DE102021001398A1

DE102021001398A1 - Gassensorsatz und verfahren zum messen von konzentrationen einer mehrzahl von zielkomponenten in einem zu messenden gas

Info

Publication number: DE102021001398A1
Application number: DE102021001398.0A
Authority: DE
Inventors: Daichi Ichikawa; Nobuhiko Mori; Yuichiro Kondo
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2021-03-16
Publication date: 2021-09-23
Also published as: JP2021148656A; JP7349397B2; US20210293743A1; US11567034B2

Abstract

Ein erster Gassensor (500A) mit einem ersten Sensorelement umfasst eine erste Schutzabdeckung (504A), die das erste Sensorelement schützt, und ein zweiter Gassensor (500B) mit einem zweiten Sensorelement umfasst eine zweite Schutzabdeckung (504B), die das zweite Sensorelement schützt. Die erste Schutzabdeckung (504A) ist mit einem Oxidationskatalysator für eine Zielkomponente von einer Mehrzahl von Zielkomponenten beschichtet und die zweite Schutzabdeckung (504B) ist mit einem inerten Katalysator für die eine Zielkomponente beschichtet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensorsatz, in dem ein Sauerstoffionen-leitender Festelektrolyt verwendet wird, und ein Verfahren zum Messen von Konzentrationen einer Mehrzahl von Zielkomponenten in einem zu messenden Gas.
Beschreibung des Standes der Technik:
Herkömmlich wurden Gassensoren vorgeschlagen, welche die Konzentrationen einer Mehrzahl von Zielkomponenten, wie z.B. Stickstoffoxid (NO) und Ammoniak (NH₃) und dergleichen, messen, die in der Gegenwart von Sauerstoff gemeinsam vorliegen, wie z.B. in einem Abgas.
Beispielsweise ist in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO 2017/222002 ein Gassensor offenbart, in dem in einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten eine leere Vorkammer, eine leere Hauptkammer, eine leere Hilfskammer und eine leere Messkammer, die durch Diffusionswiderstandselemente getrennt sind, zusammen mit Pumpelektroden bereitgestellt sind, die in jeder der jeweiligen Kammern angeordnet sind. Mit einem solchen Gassensor wird das Ablaufen oder das Stoppen einer Oxidationsreaktion von NH₃ zu NO, die innerhalb der leeren Vorkammer abläuft, durch Umschalten zwischen einem Betreiben (EIN) oder Stoppen (AUS) einer Vorpumpzelle der leeren Vorkammer umgeschaltet. Darüber hinaus werden die Gaskonzentrationen von NH₃ und NO auf der Basis einer Änderung eines Pumpstroms (nachstehend als Messpumpstrom Ip3 bezeichnet) einer Messelektrode innerhalb der leeren Messkammer gemessen, die aufgrund einer Differenz bei der Diffusionsrate von NH₃ und NO von der leeren Vorkammer in die leere Hauptkammer auftritt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In dem Gassensor, der in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO 2017/222002 offenbart ist, wird der Messpumpstrom Ip3 erfasst, während ein Umschalten in regelmäßigen Intervallen zwischen EIN oder AUS der Vorpumpzelle der leeren Vorkammer durchgeführt wird. Daher tritt ein Problem dahingehend auf, dass die Genauigkeit aufgrund der Verlängerung des Umschaltzyklus vermindert wird und die Genauigkeit auch aufgrund der niedrigen Empfindlichkeit vermindert wird.
<Verschlechterung der Genauigkeit aufgrund der Verlängerung des Umschaltzyklus>
Zusätzlich zu der O₂-Konzentration in der leeren Vorpumpkammer unterscheiden sich die jeweiligen Gaskonzentrationen von jeder der leeren Kammern, die Zustandsgröße des Pumpstroms und dergleichen, wenn die Vorpumpzelle EIN geschaltet ist und wenn sie AUS geschaltet ist. Anders ausgedrückt erreicht der Messpumpstrom Ip3 zum Zeitpunkt des Umschaltens der Vorpumpzelle einen stationären Zustand, nachdem eine Zeitverzögerung aufgrund des Gasdiffusionswiderstands, der Elektrodenreaktionswiderstand und der Steuerung der Pumpspannung aufgetreten ist. Daher ist es zum Erfassen des Messpumpstroms Ip3ein, wenn sie EIN geschaltet ist, und des Messpumpstroms Ip3aus, wenn sie AUS geschaltet ist, erforderlich, für eine Zeit zu warten, bis der stationäre Zustand erreicht ist, nachdem das Umschalten der Vorpumpzelle stattgefunden hat, und der Umschaltzyklus muss auf eine bestimmte Länge eingestellt werden. Während des Umschaltzyklus können Fälle auftreten, bei denen die Konzentrationen von NOx/NH₃ fluktuieren, was zu Bedenken dahingehend führt, dass die Genauigkeit der Messung der NOx/NH₃-Konzentrationen abnehmen könnte. Insbesondere entsteht aufgrund der Tatsache, dass der Umschaltzyklus der Vorpumpzelle verlängert ist, ein Problem dahingehend, dass eine Variation der Konzentrationen, wenn die Vorpumpzelle EIN geschaltet und wenn sie AUS geschaltet ist, groß wird und die Genauigkeit der Berechnung der Konzentrationen vermindert wird.
<Verschlechterung der Genauigkeit aufgrund einer niedrigen Empfindlichkeit>
Die NH₃-Konzentration wird aus einer Differenz (= ΔIp3) zwischen dem Messpumpstrom Ip3ein, wenn sie EIN geschaltet ist, und dem Messpumpstrom Ip3aus, wenn sie AUS geschaltet ist, berechnet. Der Wert von ΔIp3 (= NHs-Empfindlichkeit) in Bezug auf eine bestimmte NH₃-Konzentration beträgt etwa 20 % des Werts von Ip3aus (= NO-Empfindlichkeit) in Bezug auf die gleiche Konzentration von NO. Andererseits weist beim Erfassen der Messpumpströme Ip3ein und Ip3aus eine Rauschkomponente, die in beiden Stromwerten erzeugt wird, etwa den gleichen Grad auf und daher beträgt das S/N (Signal/Rausch)-Verhältnis der NH₃-Empfindlichkeit etwa 20 % des S/N-Verhältnisses der NO-Empfindlichkeit. Daher beträgt auch die Genauigkeit bei der Berechnung der NH₃-Konzentration etwa 20 % der Genauigkeit bei der Berechnung der NO-Konzentration (ein Fehler des 5-fachen) und es tritt ein Problem dahingehend auf, dass die Genauigkeit bei der Berechnung der Konzentrationen vermindert wird.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Probleme gemacht und hat die Aufgabe, einen Gassensor bereitzustellen, der sowohl eine Verminderung der Genauigkeit der Berechnung der Konzentrationen aufgrund einer Verlängerung des Umschaltzyklus als auch eine Verminderung der Genauigkeit der Berechnung der Konzentrationen aufgrund einer niedrigen Empfindlichkeit vermindern kann.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist durch einen Gassensorsatz gekennzeichnet, der zum Erfassen einer Mehrzahl von Zielkomponenten ausgebildet ist und mindestens zwei Gassensoren umfasst, die in einer Abgasleitung eingebaut sind, wobei:

von den mindestens zwei Gassensoren mindestens ein erster Gassensor ein erstes Sensorelement umfasst, das eine erste Sensorzelle umfasst, die in einem ersten Strukturkörper ausgebildet ist, der aus mindestens einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten ausgebildet ist;
von den mindestens zwei Gassensoren mindestens ein zweiter Gassensor ein zweites Sensorelement umfasst, das eine zweite Sensorzelle umfasst, die in einem zweiten Strukturkörper ausgebildet ist, der aus mindestens einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten ausgebildet ist;
ein Oxidationskatalysator für eine Zielkomponente aus einer Mehrzahl von Zielkomponenten auf einem Bereich entsprechend mindestens einem Gaseinführungsabschnitt des ersten Sensorelements aufgebracht ist; und
ein inerter Katalysator für die eine Zielkomponente auf einem Bereich entsprechend mindestens einem Gaseinführungsabschnitt des zweiten Sensorelements aufgebracht ist.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist durch einen Gassensorsatz gekennzeichnet, der zum Erfassen einer Mehrzahl von Zielkomponenten ausgebildet ist und einen Gassensor umfasst, der in einer Abgasleitung eingebaut ist;
wobei der Gassensor umfasst:

einen Strukturkörper, der aus mindestens einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten ausgebildet ist;
ein Sensorelement, das eine erste Sensorzelle, die in dem Strukturkörper ausgebildet ist und einen ersten Gaseinführungsabschnitt aufweist, und eine zweite Sensorzelle, die in dem Strukturkörper ausgebildet ist und einen zweiten Gaseinführungsabschnitt aufweist, umfasst; und
eine Schutzabdeckung, die zum Schützen mindestens des ersten Gaseinführungsabschnitts und des zweiten Gaseinführungsabschnitts des Sensorelements ausgebildet ist; und
auf der Schutzabdeckung:
- ein Oxidationskatalysator für eine Zielkomponente von der Mehrzahl von Zielkomponenten auf einem Bereich entsprechend mindestens dem ersten Gaseinführungsabschnitt des Sensorelements aufgebracht ist; und
- ein inerter Katalysator für die eine Zielkomponente auf einem Bereich entsprechend mindestens dem zweiten Gaseinführungsabschnitt des Sensorelements aufgebracht ist.

Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist durch ein Verfahren zum Messen von Konzentrationen einer Mehrzahl von Zielkomponenten in einem zu messenden Gas durch einen Gassensorsatz gekennzeichnet, wobei:

der Gassensorsatz eine erste Sensorzelle und eine zweite Sensorzelle umfasst;
jede der ersten Sensorzelle und der zweiten Sensorzelle in einer Richtung, in der ein Gas eingeführt wird, mindestens mit einer Gaseinführungsöffnung, einem ersten Diffusionsrateneinstellelement, einer ersten Kammer, einem zweiten Diffusionsrateneinstellelement, einer zweiten Kammer, einem dritten Diffusionsrateneinstellelement und einer Messkammer versehen ist;
die Messkammer der ersten Sensorzelle eine erste Messpumpzelle umfasst; und
die Messkammer der zweiten Sensorzelle eine zweite Messpumpzelle umfasst,
wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- Erfassen einer Konzentration einer zweiten Zielkomponente auf der Basis einer Differenz zwischen einem Stromwert, der zu der ersten Messpumpzelle fließt, und einem Stromwert, der zu der zweiten Messpumpzelle fließt;
- Erfassen einer Gesamtkonzentration der ersten Zielkomponente und einer zweiten Zielkomponente durch den Stromwert, der zu der zweiten Messpumpzelle fließt; und
- Erfassen einer Konzentration der ersten Zielkomponente durch Subtrahieren der Konzentration der zweiten Zielkomponente von der Gesamtkonzentration.

Gemäß dem ersten Aspekt, dem zweiten Aspekt oder dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung können sowohl eine Verminderung der Genauigkeit der Berechnung der Konzentrationen aufgrund der Verlängerung des Umschaltzyklus als auch eine Verminderung der Genauigkeit der Berechnung der Konzentrationen aufgrund einer niedrigen Empfindlichkeit verhindert werden. Ferner kann die Konzentration einer unverbrannten Komponente, wie z.B. eines Abgases, und einer Mehrzahl von Komponenten (beispielsweise NO und NH₃), die in der Gegenwart von Sauerstoff gemeinsam vorliegen, über einen längeren Zeitraum genau gemessen werden.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mittels eines veranschaulichenden Beispiels gezeigt ist.
Figurenliste

1A ist ein schematisches Aufbaudiagramm, das einen ersten Gassensorsatz zeigt;
1B ist eine Querschnittsansicht, die ein Strukturbeispiel des ersten Gassensorsatzes zeigt (eine Querschnittsansicht entlang der IB-IB-Linie in der 1A: gestrichelte Linien sind weggelassen);
2A ist eine vertikale Querschnittsansicht, die ein Strukturbeispiel eines ersten Gassensors zeigt (eine Querschnittsansicht entlang der Linie IIA-IIA in der 2B);
2B ist eine Ansicht, die den ersten Gassensor von unten betrachtet zeigt;
3 ist ein erläuterndes Diagramm, das Betriebsvorgänge einer ersten Schutzabdeckung in dem ersten Gassensor zeigt;
4A ist eine vertikale Querschnittsansicht, die ein Strukturbeispiel eines zweiten Gassensors zeigt (eine Querschnittsansicht entlang der Linie IVA-IVA in der 4B);
4B ist eine Ansicht, die den zweiten Gassensor von unten betrachtet zeigt;
5A ist eine vertikale Querschnittsansicht (eine Querschnittsansicht entlang der Linie VA-VA in der 5B), die einen beispielhaften Aufbau einer ersten Schutzabdeckung gemäß eines weiteren Beispiels zeigt;
5B ist eine Ansicht, welche die erste Schutzabdeckung gemäß dem weiteren Beispiel von unten betrachtet zeigt;
6 ist ein erläuterndes Diagramm, das Betriebsvorgänge einer ersten Schutzabdeckung gemäß eines weiteren Beispiels zeigt;
7A ist eine Querschnittsansicht (eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIIA-VIIA in der 8: gestrichelte Linien sind weggelassen), die ein Strukturbeispiel eines ersten Gassensors zeigt;
7B ist eine Querschnittsansicht (eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIIB-VIIB in der 9: gestrichelte Linien sind weggelassen), die ein Strukturbeispiel eines zweiten Gassensors zeigt;
8 ist eine Querschnittsansicht (eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in der 7A), die ein Strukturbeispiel einer ersten Sensorzelle in dem ersten Gassensor zeigt;
9 ist eine Querschnittsansicht (eine Querschnittsansicht entlang der Linie IX-IX in der 7B), die ein Strukturbeispiel einer zweiten Sensorzelle in dem zweiten Gassensor zeigt;
10 ist ein Aufbaudiagramm, das schematisch den ersten Gassensorsatz zeigt;
11 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch Reaktionen in einer ersten Schutzabdeckung des ersten Gassensors und innerhalb einer ersten Diffusionswiderstand-Einstellkammer, innerhalb einer ersten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer und innerhalb einer ersten Messkammer der ersten Sensorzelle des ersten Gassensors, sowie in einer zweiten Schutzabdeckung des zweiten Gassensors und innerhalb einer zweiten Diffusionswiderstand-Einstellkammer, innerhalb einer zweiten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer und innerhalb einer zweiten Messkammer der zweiten Sensorzelle des zweiten Gassensors zeigt;
12 ist ein Graph, der ein Kennfeld zeigt, das durch den Gassensorsatz genutzt wird;
13 ist ein erläuterndes Diagramm (Tabelle 1), welches das Kennfeld, das durch den Gassensorsatz genutzt wird, in der Form einer Tabelle zeigt;
14 ist ein erläuterndes Diagramm (Tabelle 2), das Messergebnisse in der Form einer Tabelle zum Bestätigen der Verlässlichkeit des Kennfelds zeigt;
15 ist eine Querschnittsansicht, in der ein Strukturbeispiel eines Gassensors gezeigt ist, der durch den Gassensorsatz genutzt wird;
16 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die ein Strukturbeispiel einer Schutzabdeckung entsprechend einem Gassensor zeigt;
17A ist ein schematisches Aufbaudiagramm, das einen zweiten Gassensorsatz zeigt; und
17B ist eine Querschnittsansicht, die ein Strukturbeispiel des zweiten Gassensorsatzes zeigt (eine Querschnittsansicht entlang der Linie IB-IB in der 1A: gestrichelte Linien sind weggelassen).

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen eines Gassensorsatzes und eines Verfahrens zum Messen von Konzentrationen einer Mehrzahl von Zielkomponenten in einem zu messenden Gas gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen dargestellt und beschrieben.
Zuerst werden nachstehend ein grundlegendes beispielhaftes Aufbaubeispiel und Messprinzipien eines Gassensorsatzes (nachstehend als erster Gassensorsatz 1000A bezeichnet) gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
Wie es in den 1A und 1B gezeigt ist, umfasst der erste Gassensorsatz 1000A einen ersten Gassensor 500A und einen zweiten Gassensor 500B, die beispielsweise in eine Abgasleitung 1002 eingebaut sind, die ein Abgasweg von einem Motor eines nicht gezeigten Fahrzeugs ist, und dient zum Erfassen der Konzentrationen von mindestens zwei von Gaskomponenten, wie z.B. NOx, NH₃ und O₂, die in einem Abgas enthalten sind, das als zu messendes Gas dient, das von dem Motor abgegeben wird.
Wie es in der 1B gezeigt ist, sind der erste Gassensor 500A und der zweite Gassensor 500B an dem Inneren der Abgasleitung 1002 in einem Zustand angebracht, bei dem Mittelachsen des ersten Gassensors 500A und des zweiten Gassensors 500B senkrecht zu einer Strömungsrichtung des zu messenden Gases innerhalb der Abgasleitung 1002 vorliegen. Die jeweiligen Mittelachsen des ersten Gassensors 500A und des zweiten Gassensors 500B können am Inneren der Abgasleitung 1002 in einem Zustand senkrecht zu der Strömungsrichtung des zu messenden Gases innerhalb der Abgasleitung 1002 angebracht sein, während sie zusätzlich bei einem vorgegebenen Winkel (beispielsweise 45°) in Bezug auf die vertikale Richtung geneigt sind.
Wie es in den 2A und 2B gezeigt ist, ist der erste Gassensor 500A mit einem ersten Sensorelement 502A, das eine Funktion des Erfassens einer vorgegebenen Gaskonzentration in dem zu messenden Gas aufweist, einer ersten Schutzabdeckung 504A, die eine Umgebung um das erste Sensorelement 502A bedeckt, einem Gehäuse 124A, einem Anbringungselement 126A und einem Sensorstützelement 128A versehen. Das Anbringungselement 126A ist in einer zylindrischen Form ausgebildet und wird mit der Abgasleitung 1002 (vgl. die 1A) durch Schweißen, Befestigen durch Schrauben oder dergleichen verbunden. Das Gehäuse 124A ist ein Metallelement, das in einer zylindrischen Form ausgebildet ist und mit dem Anbringungselement 126A verbunden ist. Die erste Schutzabdeckung 504A ist an dem Außenumfang des Gehäuses 124A angebracht. Das Sensorstützelement 128A ist mit einem zentralen Abschnitt des Anbringungselements 126A verbunden und stützt einen proximalen Endteil des ersten Sensorelements 502A. Folglich ist der erste Gassensor 500A innerhalb der Abgasleitung 1002 angebracht (vgl. die 1A). Darüber hinaus kann die Richtung, in der das zu messende Gas innerhalb der Abgasleitung 1002 strömt, jede der Richtungen in der 2A sein.
Die erste Schutzabdeckung 504A ist in einer umgebenden Beziehung zu der Umgebung des ersten Sensorelements 502A angeordnet. Die erste Schutzabdeckung 504A umfasst eine mit einem Boden versehene röhrenförmige erste Innenseitenabdeckung 130A, die das distale Ende des ersten Sensorelements 502A umgibt, und eine erste Außenseitenabdeckung 132A, welche die erste Innenseitenabdeckung 130A bedeckt. Ferner sind eine erste Gaskammer 134A und eine zweite Gaskammer 136A in einem Abschnitt ausgebildet, der durch die erste Innenseitenabdeckung 130A und die erste Außenseitenabdeckung 132A umgeben ist. Eine Sensorelementkammer 138A ist auf einer Innenseite der ersten Innenseitenabdeckung 130A ausgebildet. Die erste Schutzabdeckung 504A ist aus einem Metall ausgebildet, wie z.B. rostfreiem Stahl oder dergleichen.
Die erste Innenseitenabdeckung 130A umfasst ein Innenseitenelement 140A und ein Außenseitenelement 142A. Das Innenseitenelement 140A umfasst einen zylindrischen Abschnitt mit großem Durchmesser 140Aa, einen zylindrischen Abschnitt mit kleinem Durchmesser 140Ab mit einem kleineren Durchmesser als der Abschnitt mit großem Durchmesser 140Aa und einen abgestuften Abschnitt 140Ac, der den Abschnitt mit großem Durchmesser 140Aa und den Abschnitt mit kleinem Durchmesser 140Ab verbindet. Das Innenseitenelement 140A ist von der Außenseite des ersten Sensorelements 502A getrennt und ist in einer umgebenden Beziehung zu einem Seitenabschnitt des ersten Sensorelements 502A angeordnet.
Das Außenseitenelement 142A umfasst einen zylindrisch geformten röhrenförmigen Abschnitt 142Aa, der mit einem größeren Durchmesser als der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 140Ab des Innenseitenelements 140A ausgebildet ist, einen konischen Abschnitt 142Ab, der auf einer distalen Endseite des röhrenförmigen Abschnitts 142Aa angeordnet ist, und einen Zwischenabschnitt 142Ac, der zwischen dem röhrenförmigen Abschnitt 142Aa und dem konischen Abschnitt 142Ab angeordnet ist. Der röhrenförmige Abschnitt 142Aa ist in einer bedeckenden Beziehung zu der Außenseite des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 140Ab angeordnet, wodurch eine Lücke 144A zwischen dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 140Ab und dem röhrenförmigen Abschnitt 142Aa gebildet wird. Ferner ragt ein Teil des röhrenförmigen Abschnitts 142Aa diametral einwärts und liegt an dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 140Ab des Innenseitenelements 140A durch eine Mehrzahl von vorragenden Abschnitten 142Ad an. Der Zwischenabschnitt 142Ac ist in einer Form entlang einer Innenumfangsoberfläche eines abgestuften Abschnitts 132Ac der ersten Außenseitenabdeckung 132A ausgebildet und der Zwischenabschnitt 142Ac liegt an der ersten Außenseitenabdeckung 132A an. Der konische Abschnitt 142Ab ist in einer konischen Form mit einem Durchmesser ausgebildet, der in der Richtung der distalen Endseite abnimmt, und ist in einer bedeckenden Beziehung zu der distalen Endseite des ersten Sensorelements 502A angeordnet. Insbesondere ist ein Gaseinführungsabschnitt des ersten Sensorelements 502A in der Richtung der Sensorelementkammer 138A angeordnet. Eine distale Endseite des konischen Abschnitts 142Ab ist in einer flachen Form ausgebildet und ein kreisförmiger Elementkammerauslass 146A, der eine Verbindung zwischen der zweiten Gaskammer 136A und der Sensorelementkammer 138A ermöglicht, ist in einem distalen Endteil des konischen Abschnitts 142Ab ausgebildet.
Ein proximaler Endteil der ersten Innenseitenabdeckung 130A ist an dem Gehäuse 124A an dem Abschnitt mit großem Durchmesser 140Aa des Innenseitenelements 140A angebracht. Eine Lücke zwischen dem Innenseitenelement 140A und dem Außenseitenelement 142A der ersten Innenseitenabdeckung 130A bildet einen Strömungsdurchgang für das zu messende Gas zu dem ersten Sensorelement 502A.
Die erste Außenseitenabdeckung 132A umfasst einen zylindrischen Abschnitt mit großem Durchmesser 132Aa, einen zylindrischen Körperabschnitt 132Ab, der integriert auf der distalen Endseite des Abschnitts mit großem Durchmesser 132Aa angeordnet ist, und einen abgestuften Abschnitt 132Ac, der auf der distalen Endseite des Körperabschnitts 132Ab ausgebildet ist und dessen Durchmesser sich in einer radialen Einwärtsrichtung vermindert. Ferner umfasst die erste Außenseitenabdeckung 132A einen zylindrischen distalen Endabschnitt 132Ad, der sich von dem abgestuften Abschnitt 132Ac zu der distalen Endseite erstreckt, und eine distale Endoberfläche 132Ae, die so ausgebildet ist, dass sie die distale Endseite des distalen Endabschnitts 132Ad verschließt. Die erste Außenseitenabdeckung 132A ist an dem Gehäuse 124A an dem Abschnitt mit großem Durchmesser 132Aa angebracht.
Auf dem Körperabschnitt 132Ab und dem abgestuften Abschnitt 132Ac sind sechs erste Gaskammer-Durchgangslöcher 150A, die eine Verbindung zwischen der Abgasleitung 1002 (vgl. die 1A und 1B) und der ersten Gaskammer 134A ermöglichen, jeweils in Intervallen von etwa 60° in der Umfangsrichtung angeordnet, wie es in der 2B gezeigt ist. Ferner ist auf dem distalen Endabschnitt 132Ad und der distalen Endoberfläche 132Ae eine Mehrzahl von zweite Gaskammer-Durchgangslöchern 152A bereitgestellt, die eine Verbindung zwischen der Abgasleitung und der zweiten Gaskammer 136A herstellen. Von diesen sind drei der zweite Gaskammer-Durchgangslöcher 152A auf der distalen Endoberfläche 132Ae in Intervallen von 120° in der Umfangsrichtung angeordnet. Drei der zweite Gaskammer-Durchgangslöcher 152A sind auch auf der distalen Endoberfläche 132Ad in Intervallen von 120° in der Umfangsrichtung angeordnet. Das zu messende Gas (beispielsweise ein Abgas), das von den erste Gaskammer-Durchgangslöchern 150A und den zweite Gaskammer-Durchgangslöchern 152A strömt, tritt durch die erste Gaskammer 134A, die zweite Gaskammer 136A und die Sensorelementkammer 138A der ersten Schutzabdeckung 504A hindurch und wird zu dem ersten Sensorelement 502A geleitet.
Ferner wird ein NH₃-Oxidationskatalysator auf die Innenoberfläche der ersten Innenseitenabdeckung 130A des ersten Gassensors 500A aufgebracht. Als Beispiel der Beschichtung für den NH₃-Oxidationskatalysator kann eine Pt (Platin)-Beschichtung mit einem Oxidationsvermögen bezüglich NH₃ genannt werden. Der Bereich, auf dem der NH₃-Oxidationskatalysator aufgebracht ist, ist ein Bereich, der in der 2A gezeigt ist und der mindestens den Gaseinführungsabschnitt des ersten Sensorelements 502A bedeckt.
Selbstverständlich kann der NH₃-Oxidationskatalysator auch auf die Innenoberfläche (einen Abschnitt der Innenoberfläche oder die gesamte Innenoberfläche) der ersten Innenseitenabdeckung 130A aufgebracht werden oder alternativ kann der NH₃-Oxidationskatalysator auf die Innenoberfläche oder die Außenoberfläche oder die Innenoberfläche und die Außenoberfläche des Innenseitenelements 140A aufgebracht werden.
Zusätzlich wird, wie es in der 3 gezeigt ist, das zu messende Gas (beispielsweise ein Abgas), das von den erste Gaskammer-Durchgangslöchern 150A in die erste Gaskammer 134A geströmt ist, durch die Lücke 144A zu der Sensorelementkammer 138A geleitet. Das zu messende Gas strömt durch den Elementkammerauslass 146A, die zweite Gaskammer 136A und die zweite Gaskammer-Durchgangslöcher 152A nach außen.
Insbesondere führt die erste Außenseitenabdeckung 132A das Gas durch die erste Gaskammer-Durchgangslöcher 150A von im Wesentlichen einem Zwischenabschnitt in der Längsrichtung ein und leitet das Gas ausgehend von der ersten Innenseitenabdeckung 130A rückwärts. Die erste Innenseitenabdeckung 130A führt das Gas von hinten durch eine hintere Öffnung (die Lücke 144A) ein und leitet das Gas zu dem Gaseinführungsabschnitt des ersten Sensorelements 502A. Dabei verbleibt das eingeführte Gas vorübergehend innerhalb der Sensorelementkammer 138A, und zwar zusammen mit einem Teil des Gases, das in das erste Sensorelement 502A eingeführt wird. Darüber hinaus wird das Gas, das in die Sensorelementkammer 138A eingeführt wird, durch eine Öffnung (den Elementkammerauslass 146A) zu der Seite der ersten Außenseitenabdeckung 132A geleitet.
Wie es in 4A und 4B gezeigt ist, sind ein zweites Sensorelement 502B und eine zweite Schutzabdeckung 504B des zweiten Gassensors 500B in der gleichen Weise wie das erste Sensorelement 502A und die erste Schutzabdeckung 504A des ersten Gassensors 500A ausgebildet, der vorstehend beschrieben worden ist. Demgemäß wurde in 4A und 4B der Buchstabe „B“ den Bezugszeichen der jeweiligen Elemente hinzugefügt und eine doppelte Beschreibung solcher jeweiligen Elemente ist weggelassen.
Die zweite Schutzabdeckung 504B umfasst eine zweite Innenseitenabdeckung 130B, die mindestens einen Gaseinführungsabschnitt des zweiten Sensorelements 502B schützt, und eine zweite Außenseitenabdeckung 132B, welche die zweite Innenseitenabdeckung 130B schützt.
Darüber hinaus führt die zweite Außenseitenabdeckung 132B das Gas durch erste Gaskammer-Durchgangslöcher 150B von im Wesentlichen einem Zwischenabschnitt in der Längsrichtung ein und leitet das Gas ausgehend von der zweiten Innenseitenabdeckung 130B rückwärts. Die zweite Innenseitenabdeckung 130B führt das Gas von hinten durch eine hintere Öffnung (die Lücke 144B) ein und leitet das Gas zu dem Gaseinführungsabschnitt des zweiten Sensorelements 502B. Dabei verbleibt das eingeführte Gas vorübergehend innerhalb einer Sensorelementkammer 138B, und zwar zusammen mit einem Teil des Gases, das in das zweite Sensorelement 502B eingeführt wird. Darüber hinaus wird das Gas, das in die Sensorelementkammer 138B eingeführt wird, durch eine Öffnung (Elementkammerauslass 146B) zu der Seite der zweiten Außenseitenabdeckung 132B geleitet.
Ferner wird ein inerter NH₃-Katalysator auf die Innenoberfläche der zweiten Innenseitenabdeckung 130B des zweiten Gassensors 500B aufgebracht. Als Beispiel der Beschichtung für den inerten NH₃-Katalysator kann eine CrN (Chromnitrid)-Beschichtung genannt werden, die bezüglich NH₃ inert ist. Der Bereich, auf dem der inerte NH₃-Katalysator aufgebracht ist, ist ein Bereich, der in der 4A gezeigt ist und der mindestens den Gaseinführungsabschnitt des zweiten Sensorelements 502B bedeckt. Selbstverständlich kann der inerte NH₃-Katalysator auch auf die Innenoberfläche (einen Abschnitt der Innenoberfläche oder die gesamte Innenoberfläche) der zweiten Innenseitenabdeckung 130B aufgebracht werden oder alternativ kann der inerte NH₃-Katalysator auf die Innenoberfläche oder die Außenoberfläche oder die Innenoberfläche und die Außenoberfläche eines Innenseitenelements 140B aufgebracht werden.
Beispielsweise wird in der vorstehend beschriebenen ersten Außenseitenabdeckung 132A das zu messende Gas durch eine Lücke zwischen der ersten Innenseitenabdeckung 130A und dem Innenseitenelement 140A in die Seite der Sensorelementkammer eingebracht. Abgesehen davon kann ein Aufbau bereitgestellt werden, wie er in einer ersten Schutzabdeckung 504Aa eines weiteren Beispiels gezeigt ist, das in 5A, 5B und 6 gezeigt ist. Insbesondere kann ohne Bereitstellen der vorstehend beschriebenen Lücke 144A (vgl. die 2A) eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 160A an einer Position bereitgestellt werden, die näher an dem Gehäuse 124A innerhalb des Innenseitenelements 140A liegt. Durch die Durchgangslöcher 160A wird das zu messende Gas zu dem ersten Sensorelement 502A geleitet und wird durch den Gaseinführungsabschnitt des ersten Sensorelements 502A in die Seite der Sensorelementkammer 138A eingebracht. Obwohl dies nicht gezeigt ist, werden die gleichen Merkmale wie diejenigen, die vorstehend beschrieben sind, auch auf die zweite Schutzabdeckung 504B angewandt. Darüber hinaus kann, wie es in der 6 gezeigt ist, ein Verteilungselement 162A, das zu einer umgekehrten U-Form verformt ist, an dem hinteren Ende der ersten Innenseitenabdeckung 130A bereitgestellt werden. Gemäß diesem Merkmal breitet sich das Messgas, das in die Lücke zwischen der ersten Außenseitenabdeckung 132A und dem Innenseitenelement 140A eingetreten ist, aus oder wird verteilt, und wird ausgehend von dem Innenseitenelement 140A nach hinten geleitet.
Als nächstes wird ein beispielhafter Aufbau eines ersten Gassensors 500A und eines zweiten Gassensors 500B unter Bezugnahme auf 7A bis 11 beschrieben.
Wie es in der 7A gezeigt ist, umfasst der erste Gassensor 500A das erste Sensorelement 502A. Das erste Sensorelement 502A umfasst einen ersten Strukturkörper 14A, der aus einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten ausgebildet ist, und eine erste Sensorzelle 15A, die in dem ersten Strukturkörper 14A ausgebildet ist.
Die erste Sensorzelle 15A umfasst eine erste Gaseinführungsöffnung 16A, in die ein zu messendes Gas eingeführt wird, eine erste Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18A, die mit der ersten Gaseinführungsöffnung 16A in Verbindung steht, und eine erste Messkammer 20A, die mit der ersten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18A in Verbindung steht. Die erste Gaseinführungsöffnung 16A, die erste Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18A und die erste Messkammer 20A sind innerhalb des ersten Strukturkörpers 14A ausgebildet.
Die erste Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18A umfasst eine erste Haupteinstellkammer 18Aa, die mit der ersten Gaseinführungsöffnung 16A in Verbindung steht, und eine erste Hilfseinstellkammer 18Ab, die mit der ersten Haupteinstellkammer 18Aa in Verbindung steht. Die erste Messkammer 20A steht mit der ersten Hilfseinstellkammer 18Ab in Verbindung.
Ferner umfasst die erste Sensorzelle 15A eine erste Diffusionswiderstand-Einstellkammer 24A (eine erste Kammer der ersten Sensorzelle 15A), die zwischen der ersten Gaseinführungsöffnung 16A und der ersten Haupteinstellkammer 18Aa innerhalb des ersten Strukturkörpers 14A bereitgestellt ist und die mit der ersten Gaseinführungsöffnung 16A in Verbindung steht.
Insbesondere ist, wie es in der 8 gezeigt ist, der erste Strukturkörper 14A aus sechs Schichten ausgebildet, einschließlich eine erste Substratschicht 26Aa, eine zweite Substratschicht 26Ab, eine dritte Substratschicht 26Ac, eine erste Festelektrolytschicht 28A, eine erste Abstandshalterschicht 30A und eine zweite Festelektrolytschicht 32A, die von einer Unterseite betrachtet in der Zeichnung in dieser Reihenfolge gestapelt sind. Die jeweiligen Schichten sind jeweils aus einer Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolytschicht, wie z.B. Zirkoniumoxid (ZrO₂) oder dergleichen, zusammengesetzt.
In der ersten Sensorzelle 15A sind zwischen einer unteren Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 32A und einer oberen Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 28A auf einer distalen Endseite des ersten Sensorelements 502A die erste Gaseinführungsöffnung 16A, ein erstes Diffusionsrateneinstellelement 34A, die erste Diffusionswiderstand-Einstellkammer 24A, ein zweites Diffusionsrateneinstellelement 36A, die erste Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18A, ein drittes Diffusionsrateneinstellelement 38A und die erste Messkammer 20A bereitgestellt. Ferner ist ein viertes Diffusionsrateneinstellelement 40A zwischen der ersten Haupteinstellkammer 18Aa und der ersten Hilfseinstellkammer 18Ab, welche die erste Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18A bilden, bereitgestellt.
Die erste Gaseinführungsöffnung 16A, das erste Diffusionsrateneinstellelement 34A, die erste Diffusionswiderstand-Einstellkammer 24A, das zweite Diffusionsrateneinstellelement 36A, die erste Haupteinstellkammer 18Aa, das vierte Diffusionsrateneinstellelement 40A, die erste Hilfseinstellkammer 18Ab, das dritte Diffusionsrateneinstellelement 38A und die erste Messkammer 20A sind aneinander angrenzend in einer Weise ausgebildet, dass sie in dieser Reihenfolge miteinander in Verbindung stehen. Ein Abschnitt von der ersten Gaseinführungsöffnung 16A, der zu der ersten Messkammer 20A führt, kann auch als erster Gasströmungsabschnitt bezeichnet werden.
Die erste Gaseinführungsöffnung 16A, die erste Diffusionswiderstand-Einstellkammer 24A, die erste Haupteinstellkammer 18Aa, die erste Hilfseinstellkammer 18Ab und die erste Messkammer 20A sind Innenräume, die durch Aushöhlen der ersten Abstandshalterschicht 30A bereitgestellt werden. Jedwede der ersten Diffusionswiderstand-Einstellkammer 24A, der ersten Haupteinstellkammer 18Aa, der ersten Hilfseinstellkammer 18Ab und der ersten Messkammer 20A ist in einer Weise angeordnet, dass jeweilige obere Teile davon durch eine untere Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 32A festgelegt sind, jeweilige untere Teile davon durch eine obere Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 28A festgelegt sind, und jeweilige Seitenteile davon durch Seitenoberflächen der ersten Abstandshalterschicht 30A festgelegt sind.
Andererseits umfasst, wie es in der 7B gezeigt ist, eine zweite Sensorzelle 15B eine zweite Gaseinführungsöffnung 16B, die in einem zweiten Strukturkörper 14B ausgebildet ist und in die ein zu messendes Gas eingeführt wird, eine zweite Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18B, die innerhalb des zweiten Strukturkörpers 14B ausgebildet ist und mit der zweiten Gaseinführungsöffnung 16B in Verbindung steht, und eine zweite Messkammer 20B, die innerhalb des zweiten Strukturkörpers 14B ausgebildet ist und mit der zweiten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18B in Verbindung steht.
Die zweite Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18B umfasst eine zweite Haupteinstellkammer 18Ba, die mit der zweiten Gaseinführungsöffnung 16B in Verbindung steht, und eine zweite Hilfseinstellkammer 18Bb, die mit der zweiten Haupteinstellkammer 18Ba in Verbindung steht. Die zweite Messkammer 20B steht mit der zweiten Hilfseinstellkammer 18Bb in Verbindung.
Ferner umfasst die zweite Sensorzelle 15B eine zweite Diffusionswiderstand-Einstellkammer 24B (eine erste Kammer der zweiten Sensorzelle 15B), die zwischen der zweiten Gaseinführungsöffnung 16B und der zweiten Haupteinstellkammer 18Ba innerhalb des zweiten Strukturkörpers 14B bereitgestellt ist und die mit der zweiten Gaseinführungsöffnung 16B in Verbindung steht.
Insbesondere ist, wie es in der 9 gezeigt ist, der zweite Strukturkörper 14B aus sechs Schichten ausgebildet, einschließlich eine erste Substratschicht 26Ba, eine zweite Substratschicht 26Bb, eine dritte Substratschicht 26Bc, eine erste Festelektrolytschicht 28B, eine zweite Abstandshalterschicht 30B und eine zweite Festelektrolytschicht 32B, die von einer Unterseite betrachtet in der Zeichnung in dieser Reihenfolge gestapelt sind. Die jeweiligen Schichten sind jeweils aus einer Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolytschicht, wie z.B. Zirkoniumoxid (ZrO₂) oder dergleichen, zusammengesetzt.
Zwischen einer unteren Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 32B und einer oberen Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 28B auf einer distalen Endseite des zweiten Sensorelements 502B ist die zweite Sensorzelle 15B mit der zweiten Gaseinführungsöffnung 16B, einem ersten Diffusionsrateneinstellelement 34B, der zweiten Diffusionswiderstand-Einstellkammer 24B, einem zweiten Diffusionsrateneinstellelement 36B, der zweiten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18B, einem dritten Diffusionsrateneinstellelement 38B und der zweiten Messkammer 20B versehen. Ferner ist ein viertes Diffusionsrateneinstellelement 40B zwischen der zweiten Haupteinstellkammer 18Ba und der zweiten Hilfseinstellkammer 18Bb, welche die zweite Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18B bilden, bereitgestellt.
Die zweite Gaseinführungsöffnung 16B, das erste Diffusionsrateneinstellelement 34B, die zweite Diffusionswiderstand-Einstellkammer 24B, das zweite Diffusionsrateneinstellelement 36B, die zweite Haupteinstellkammer 18Ba, das vierte Diffusionsrateneinstellelement 40B, die zweite Hilfseinstellkammer 18Bb, das dritte Diffusionsrateneinstellelement 38B und die zweite Messkammer 20B sind aneinander angrenzend in einer Weise ausgebildet, dass sie in dieser Reihenfolge miteinander in Verbindung stehen. Ein Abschnitt von der zweiten Gaseinführungsöffnung 16B, der zu der zweiten Messkammer 20B führt, kann auch als zweiter Gasströmungsabschnitt bezeichnet werden.
Die zweite Gaseinführungsöffnung 16B, die zweite Diffusionswiderstand-Einstellkammer 24B, die zweite Haupteinstellkammer 18Ba, die zweite Hilfseinstellkammer 18Bb und die zweite Messkammer 20B sind Innenräume, die durch Aushöhlen der zweiten Abstandshalterschicht 30B bereitgestellt werden. Jedwede der zweiten Diffusionswiderstand-Einstellkammer 24B, der zweiten Haupteinstellkammer 18Ba, der zweiten Hilfseinstellkammer 18Bb und der zweiten Messkammer 20B ist derart angeordnet, dass jeweilige obere Teile davon durch eine untere Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 32B festgelegt sind, jeweilige untere Teile davon durch eine obere Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 28B festgelegt sind und jeweilige Seitenteile davon durch Seitenoberflächen der zweiten Abstandshalterschicht 30B festgelegt sind.
Wie es in den 8 und 9 zusammen mit der ersten Sensorzelle 15A und der zweiten Sensorzelle 15B gezeigt ist, sind jedwede der ersten Diffusionsrateneinstellelemente (34A und 34B), der dritten Diffusionsrateneinstellelemente (38A und 38B) und der vierten Diffusionsrateneinstellelemente (40A und 40B) als zwei horizontal längliche Schlitze (wobei Öffnungen davon eine Längsrichtung in einer Richtung senkrecht zu der Zeichnung aufweisen) bereitgestellt. Die jeweiligen zweiten Diffusionsrateneinstellelemente (36A und 36B) sind als ein oder zwei horizontal längliche(r) Schlitz(e) (wobei eine Öffnung davon eine Längsrichtung in einer Richtung senkrecht zu der Zeichnung aufweist) bereitgestellt.
Ferner ist, wie es in der 8 gezeigt ist, bezüglich der ersten Sensorzelle 15A ein Referenzgas-Einführungsraum 41A zwischen einer oberen Oberfläche der dritten Substratschicht 26Ac und einer unteren Oberfläche der ersten Abstandshalterschicht 30A an einer Position angeordnet, die von der distalen Endseite weiter entfernt ist als der erste Gasströmungsabschnitt. Der Referenzgas-Einführungsraum 41A ist ein innerer Raum, in dem ein oberer Teil davon durch eine untere Oberfläche der ersten Abstandshalterschicht 30A festgelegt ist, ein unterer Teil davon durch eine obere Oberfläche der dritten Substratschicht 26Ac festgelegt ist, und Seitenteile davon durch Seitenoberflächen der ersten Festelektrolytschicht 28A festgelegt sind. Beispielsweise wird Sauerstoff oder atmosphärische Luft als Referenzgas in den Referenzgas-Einführungsraum 41A eingeführt.
Die erste Gaseinführungsöffnung 16A ist eine Stelle, die bezüglich des Außenraums offen ist, und das zu messende Gas wird von dem Außenraum durch die erste Gaseinführungsöffnung 16A in die erste Sensorzelle 15A gezogen.
Das erste Diffusionsrateneinstellelement 34A der ersten Sensorzelle 15A ist eine Stelle, die auf das zu messende Gas, das von der ersten Gaseinführungsöffnung 16A in die erste Diffusionswiderstand-Einstellkammer 24A eingeführt wird, einen vorgegebenen Diffusionswiderstand ausübt.
Das zweite Diffusionsrateneinstellelement 36A der ersten Sensorzelle 15A ist eine Stelle, die auf das zu messende Gas, das von der ersten Diffusionswiderstand-Einstellkammer 24A in die erste Haupteinstellkammer 18Aa eingeführt wird, einen vorgegebenen Diffusionswiderstand ausübt.
Die erste Haupteinstellkammer 18Aa ist als Raum zum Zweck des Einstellens eines Sauerstoffpartialdrucks in dem zu messenden Gas bereitgestellt, das von der ersten Gaseinführungsöffnung 16A eingeführt wird. Der Sauerstoffpartialdruck wird durch den Betrieb einer ersten Hauptpumpzelle 42A eingestellt.
Die erste Hauptpumpzelle 42A umfasst eine erste elektrochemische Pumpzelle (elektrochemische Hauptpumpzelle), die durch Einbeziehen einer ersten Hauptinnenseitenpumpelektrode 44A, einer ersten Außenseitenpumpelektrode 46A und eines Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten, der zwischen den zwei Pumpelektroden eingeschlossen ist, ausgebildet ist. Die erste Hauptinnenseitenpumpelektrode 44A ist im Wesentlichen jeweils auf der gesamten Oberfläche einer oberen Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 28A, einer unteren Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 32A und Seitenoberflächen der ersten Abstandshalterschicht 30A, welche die erste Haupteinstellkammer 18Aa festlegen, bereitgestellt. Die erste Außenseitenpumpelektrode 46A ist in einem Zustand bereitgestellt, in dem sie zu dem Außenraum auf der oberen Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 32A freiliegt.
Die erste Hauptpumpzelle 42A legt eine erste Pumpspannung Vp1 an, die von einer ersten variablen Stromquelle 48A für die erste Sensorzelle 15A zugeführt wird, die außerhalb des ersten Sensorelements 502A bereitgestellt ist, und durch Ermöglichen, dass ein erster Pumpstrom Ip1 zwischen der ersten Außenseitenpumpelektrode 46A und der ersten Hauptinnenseitenpumpelektrode 44A fließt, kann Sauerstoff im Inneren der ersten Haupteinstellkammer 18Aa in den Außenraum hinausgepumpt werden oder alternativ Sauerstoff in dem Außenraum in die erste Haupteinstellkammer 18Aa hineingepumpt werden.
Ferner umfasst die erste Sensorzelle 15A eine erste Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50A, die eine elektrochemische Sensorzelle ist. Die erste Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50A ist durch die erste Hauptinnenseitenpumpelektrode 44A, eine erste Referenzelektrode 52A, die zwischen der ersten Festelektrolytschicht 28A und einer oberen Oberfläche der dritten Substratschicht 26Ac eingeschlossen ist, und einen Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten, der zwischen diesen Elektroden eingeschlossen ist, ausgebildet. Die erste Referenzelektrode 52A ist eine Elektrode mit einer in der Draufsicht im Wesentlichen rechteckigen Form, die in der gleichen Weise wie die erste Außenseitenpumpelektrode 46A und dergleichen aus einem porösen Cermet hergestellt ist. Ferner ist in der Umgebung der ersten Referenzelektrode 52A eine erste Referenzgas-Einführungsschicht 54A bereitgestellt, die aus porösem Aluminiumoxid hergestellt ist und mit dem ersten Referenzgas-Einführungsraum 41A verbunden ist. Insbesondere wird das Referenzgas in dem ersten Referenzgas-Einführungsraum 41A über die erste Referenzgas-Einführungsschicht 54A zu der Oberfläche der ersten Referenzelektrode 52A eingeführt. Die erste Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50A erzeugt eine erste elektromotorische Kraft V1 zwischen der ersten Hauptinnenseitenpumpelektrode 44A und der ersten Referenzelektrode 52A, die durch die Differenz der Sauerstoffkonzentration zwischen der Atmosphäre innerhalb der ersten Haupteinstellkammer 18Aa und dem Referenzgas in dem ersten Referenzgas-Einführungsraum 41A verursacht wird.
Die erste elektromotorische Kraft V1, die in der ersten Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50A erzeugt wird, ändert sich abhängig von dem Sauerstoffpartialdruck der Atmosphäre, die in der ersten Haupteinstellkammer 18Aa vorliegt.
Gemäß der vorstehend genannten ersten elektromotorischen Kraft V1 regelt die erste Sensorzelle 15A die erste variable Stromquelle 48A der ersten Hauptpumpzelle 42A. Folglich kann die erste Pumpspannung Vp1, die durch die erste variable Stromquelle 48A an die erste Hauptpumpzelle 42A angelegt wird, gemäß dem Sauerstoffpartialdruck der Atmosphäre in der ersten Haupteinstellkammer 18Aa gesteuert werden.
Das vierte Diffusionsrateneinstellelement 40A übt einen vorgegebenen Diffusionswiderstand auf das zu messende Gas aus, dessen Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) durch den Betrieb der ersten Hauptpumpzelle 42A in der ersten Haupteinstellkammer 18Aa eingestellt wird, und es handelt sich um eine Stelle, die das zu messende Gas in die erste Hilfseinstellkammer 18Ab leitet.
Die erste Hilfseinstellkammer 18Ab ist als Raum zum weiteren Durchführen einer Einstellung des Sauerstoffpartialdrucks durch eine erste Hilfspumpzelle 56A in Bezug auf das zu messende Gas bereitgestellt, das durch das vierte Diffusionsrateneinstellelement 40A eingeführt wird, nachdem die Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) im Vorhinein in der ersten Haupteinstellkammer 18Aa eingestellt worden ist. Gemäß diesem Merkmal kann die Sauerstoffkonzentration innerhalb der ersten Hilfseinstellkammer 18Ab mit einer hohen Genauigkeit konstant gehalten werden und daher kann bewirkt werden, dass die erste Sensorzelle 15A die NOx-Konzentration mit einer hohen Genauigkeit messen kann.
Die erste Hilfspumpzelle 56A ist eine elektrochemische Pumpzelle und ist innerhalb des ersten Strukturkörpers 14A durch eine erste Hilfspumpelektrode 58A, die in einer gegenüberliegenden Beziehung zu der ersten Hilfseinstellkammer 18Ab ausgebildet ist, die vorstehend beschriebene erste Außenseitenpumpelektrode 46A, die erste Festelektrolytschicht 28A und die zweite Festelektrolytschicht 32A ausgebildet.
Darüber hinaus ist in der gleichen Weise wie die erste Hauptinnenseitenpumpelektrode 44A die erste Hilfspumpelektrode 58A auch unter Verwendung eines Materials ausgebildet, welches das Reduktionsvermögen in Bezug auf die NOx-Komponente in dem zu messenden Gas abschwächt.
Die erste Hilfspumpzelle 56A kann durch Anlegen einer gewünschten zweiten Pumpspannung Vp2 zwischen der ersten Hilfspumpelektrode 58A und der ersten Außenseitenpumpelektrode 46A Sauerstoff in der Atmosphäre innerhalb der ersten Hilfseinstellkammer 18Ab in den Außenraum hinauspumpen oder kann alternativ Sauerstoff von dem Außenraum in die erste Hilfseinstellkammer 18Ab hineinpumpen.
Ferner ist zum Einstellen des Sauerstoffpartialdrucks in der Atmosphäre innerhalb der ersten Hilfseinstellkammer 18Ab eine elektrochemische Sensorzelle und insbesondere eine zweite Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50B zum Steuern der ersten Hilfspumpe durch die erste Hilfspumpelektrode 58A, die erste Referenzelektrode 52A, die zweite Festelektrolytschicht 32A, die erste Abstandshalterschicht 30A und die erste Festelektrolytschicht 28A ausgebildet.
Darüber hinaus führt die erste Hilfspumpzelle 56A ein Pumpen durch eine zweite variable Stromquelle 48B durch, deren Spannung auf der Basis einer zweiten elektromotorischen Kraft V2 gesteuert wird, die durch die zweite Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50B erfasst wird. Folglich wird der Sauerstoffpartialdruck in der Atmosphäre innerhalb der ersten Hilfseinstellkammer 18Ab so eingestellt, dass er ein niedriger Partialdruck wird, der die Messung von NOx nicht wesentlich beeinflusst.
Ferner wird zusammen damit ein zweiter Pumpstromwert Ip2 der ersten Hilfspumpzelle 56A zum Steuern der zweiten elektromotorischen Kraft V2 der zweiten Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50B verwendet. Insbesondere wird der zweite Pumpstrom Ip2 als Steuersignal in die zweite Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50B eingespeist und durch Steuern der zweiten elektromotorischen Kraft V2 wird der Gradient des Sauerstoffpartialdrucks in dem zu messenden Gas, das durch das vierte Diffusionsrateneinstellelement 40A in die erste Hilfseinstellkammer 18Ab eingeführt wird, so gesteuert, dass er stets konstant bleibt. Ferner wird, wenn die erste variable Stromquelle 48A der ersten Hauptpumpzelle 42A in einer Weise geregelt wird, dass der zweite Pumpstromwert Ip2 konstant wird, die Genauigkeit der Sauerstoffpartialdrucksteuerung bzw. -einstellung innerhalb der ersten Hilfseinstellkammer 18Ab weiter verbessert. Wenn die erste Sensorzelle 15A als NOx-Sensor verwendet wird, wird durch die Wirkungen der ersten Hauptpumpzelle 42A und der ersten Hilfspumpzelle 56A die Sauerstoffkonzentration innerhalb der ersten Hilfseinstellkammer 18Ab für jede der jeweiligen Bedingungen mit einer hohen Genauigkeit bei einem vorgegebenen Wert gehalten.
Das dritte Diffusionsrateneinstellelement 38A übt auf das zu messende Gas einen vorgegebenen Diffusionswiderstand aus, dessen Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) durch den Betrieb der ersten Hilfspumpzelle 56A in der ersten Hilfseinstellkammer 18Ab eingestellt wird, und es handelt sich um eine Stelle, die das zu messende Gas in die erste Messkammer 20A leitet.
In der ersten Sensorzelle 15A wird die Messung der NOx-Konzentration in erster Linie durch eine erste Messpumpzelle 60A durchgeführt, die in der ersten Messkammer 20A bereitgestellt ist. Die erste Messpumpzelle 60A ist eine elektrochemische Pumpzelle, die durch eine erste Messelektrode 62A, die erste Außenseitenpumpelektrode 46A, die zweite Festelektrolytschicht 32A, die erste Abstandshalterschicht 30A und die erste Festelektrolytschicht 28A ausgebildet ist. Die erste Messelektrode 62A ist beispielsweise direkt auf der oberen Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 28A innerhalb der ersten Messkammer 20A bereitgestellt und ist eine poröse Cermetelektrode, die aus einem Material hergestellt ist, dessen Reduktionsvermögen in Bezug auf die NOx-Komponente in dem zu messenden Gas höher ist als diejenige der ersten Hauptinnenseitenpumpelektrode 44A. Die erste Messelektrode 62A wirkt auch als NOx-Reduktionskatalysator zum Reduzieren von NOx, das in der Atmosphäre oberhalb der ersten Messelektrode 62A vorliegt.
Die erste Messpumpzelle 60A kann Sauerstoff, der durch eine Zersetzung von Stickstoffoxid in der Atmosphäre in der Umgebung der ersten Messelektrode 62A (innerhalb der ersten Messkammer 20A) erzeugt wird, hinauspumpen und kann die erzeugte Menge als dritten Pumpstromwert Ip3 und insbesondere als Sensorausgabe (einen ersten Stromwert Ip3) der ersten Sensorzelle 15A erfassen.
Ferner ist zum Erfassen des Sauerstoffpartialdrucks in der Umgebung der ersten Messelektrode 62A (innerhalb der ersten Messkammer 20A) eine elektrochemische Sensorzelle und insbesondere eine dritte Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50C zum Steuern der Messpumpe durch die erste Festelektrolytschicht 28A, die erste Messelektrode 62A und die erste Referenzelektrode 52A ausgebildet. Eine dritte variable Stromquelle 48C wird auf der Basis einer dritten elektromotorischen Kraft V3 gesteuert, die durch die dritte Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50C erfasst wird.
Das zu messende Gas, das in die erste Hilfseinstellkammer 18Ab eingeführt wird, erreicht die erste Messelektrode 62A innerhalb der ersten Messkammer 20A durch das dritte Diffusionsrateneinstellelement 38A bei einer Bedingung, bei welcher der Sauerstoffpartialdruck gesteuert bzw. eingestellt ist. Stickstoffoxid, das in dem zu messenden Gas in der Umgebung der ersten Messelektrode 62A vorliegt, wird reduziert, so dass Sauerstoff erzeugt wird. Dann wird der erzeugte Sauerstoff einem Pumpen durch die erste Messpumpzelle 60A unterzogen. Dabei wird eine dritte Pumpspannung Vp3 der dritten variablen Stromquelle 48C derart gesteuert, dass die dritte elektromotorische Kraft V3, die durch die dritte Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50C erfasst wird, konstant wird. Die Menge von Sauerstoff, der in der Umgebung der ersten Messelektrode 62A erzeugt wird, ist proportional zu der Konzentration von Stickstoffoxid in dem zu messenden Gas. Demgemäß kann die Stickstoffoxidkonzentration in dem zu messenden Gas unter Verwendung des ersten Stromwerts Ip3 der ersten Messpumpzelle 60A berechnet werden. Insbesondere misst die erste Messpumpzelle 60A die Konzentration einer festgelegten Komponente (NO) innerhalb der ersten Messkammer 20A.
Ferner ist in der ersten Sensorzelle 15A eine erste Heizeinrichtung 72A derart ausgebildet, dass sie von oberhalb und unterhalb zwischen der zweiten Substratschicht 26Ab und der dritten Substratschicht 26Ac eingeschlossen ist. Die erste Heizeinrichtung 72A erzeugt dadurch Wärme, dass sie durch eine nicht gezeigte Heizeinrichtungselektrode, die auf einer unteren Oberfläche der ersten Substratschicht 26Aa bereitgestellt ist, von außen mit Strom versorgt wird. Als Ergebnis der Wärme, die durch die erste Heizeinrichtung 72A erzeugt wird, wird die Sauerstoffionenleitfähigkeit des Festelektrolyten, der die erste Sensorzelle 15A bildet, verbessert. Die erste Heizeinrichtung 72A ist in dem gesamten Bereich der ersten Diffusionswiderstand-Einstellkammer 24A und der ersten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18A sowie der ersten Messkammer 20A eingebettet, wodurch eine vorgegebene Stelle der ersten Sensorzelle 15A erwärmt und bei einer vorgegebenen Temperatur gehalten werden kann. Darüber hinaus ist eine erste Heizeinrichtungsisolierschicht 74A, die aus Aluminiumoxid oder dergleichen hergestellt ist, auf der oberen und unteren Oberfläche der ersten Heizeinrichtung 72A zum Erhalten einer elektrischen Isolierung derselben von der zweiten Substratschicht 26Ab und der dritten Substratschicht 26Ac ausgebildet.
Die erste Diffusionswiderstand-Einstellkammer 24A wirkt auch als Pufferraum. Insbesondere können Schwankungen der Konzentration des zu messenden Gases beseitigt werden, die durch Druckschwankungen des zu messenden Gases in dem Außenraum (Pulsierungen des Abgasdrucks in dem Fall, bei dem das zu messende Gas ein Abgas eines Kraftfahrzeugs ist) verursacht werden.
Andererseits umfasst, wie es in der 9 gezeigt ist, die zweite Sensorzelle 15B eine zweite Hauptpumpzelle 42B, eine zweite Hilfspumpzelle 56B, eine vierte Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50D, eine fünfte Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50E und eine sechste Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50F.
Die zweite Hauptpumpzelle 42B umfasst in der gleichen Weise wie die erste Hauptpumpzelle 42A eine zweite elektrochemische Pumpzelle (elektrochemische Hauptpumpzelle), die dadurch ausgebildet ist, dass sie eine zweite Hauptinnenseitenpumpelektrode 44B, eine zweite Außenseitenpumpelektrode 46B und einen Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten, der zwischen den zwei Pumpelektroden eingeschlossen ist, umfasst.
Durch Anlegen einer vierten Pumpspannung Vp4, die von einer vierten variablen Stromquelle 48D für die zweite Sensorzelle zugeführt wird, und durch Ermöglichen, dass ein vierter Pumpstrom Ip4 zwischen der zweiten Außenseitenpumpelektrode 46B und der zweiten Hauptinnenseitenpumpelektrode 44B fließt, kann Sauerstoff im Inneren der zweiten Haupteinstellkammer 18Ba in den Außenraum hinausgepumpt werden oder alternativ Sauerstoff in dem Außenraum in die zweite Haupteinstellkammer 18Ba hineingepumpt werden.
Die zweite Hilfspumpzelle 56B ist in der gleichen Weise wie die vorstehend beschriebene erste Hilfspumpzelle 56A eine elektrochemische Pumpzelle und ist innerhalb des zweiten Strukturkörpers 14B durch eine zweite Hilfspumpelektrode 58B, die in einer gegenüberliegenden Beziehung zu der zweiten Hilfseinstellkammer 18Bb angeordnet ist, die zweite Außenseitenpumpelektrode 46B, die erste Festelektrolytschicht 28B und die zweite Festelektrolytschicht 32B ausgebildet.
Die zweite Hilfspumpzelle 56B kann durch Anlegen einer gewünschten fünften Spannung Vp5 zwischen der zweiten Hilfspumpelektrode 58B und der zweiten Außenseitenpumpelektrode 46B Sauerstoff in der Atmosphäre innerhalb der zweiten Hilfseinstellkammer 18Bb in den Außenraum hinauspumpen oder kann alternativ Sauerstoff von dem Außenraum in die zweite Hilfseinstellkammer 18Bb hineinpumpen.
Die vierte Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50D ist in der gleichen Weise wie die erste Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50A durch die zweite Hauptinnenseitenpumpelektrode 44B, eine gemeinsame zweite Referenzelektrode 52B, die zwischen der ersten Festelektrolytschicht 28B und einer oberen Oberfläche der dritten Substratschicht 26Bc eingeschlossen ist, und einen Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten, der zwischen diesen Elektroden eingeschlossen ist, ausgebildet.
Die vierte Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50D erzeugt eine vierte elektromotorische Kraft V4 zwischen der zweiten Hauptinnenseitenpumpelektrode 44B und der zweiten Referenzelektrode 52B, die durch die Differenz der Sauerstoffkonzentration zwischen der Atmosphäre innerhalb der zweiten Haupteinstellkammer 18Ba und dem Referenzgas in einem Referenzgas-Einführungsraum 41B verursacht wird.
Die vierte elektromotorische Kraft V4, die in der vierten Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50D erzeugt wird, ändert sich abhängig von dem Sauerstoffpartialdruck der Atmosphäre, die in der zweiten Haupteinstellkammer 18Ba vorliegt. Gemäß der vorstehend genannten vierten elektromotorischen Kraft V4 regelt die zweite Sensorzelle 15B die vierte variable Stromquelle 48D der zweiten Hauptpumpzelle 42B. Folglich kann die vierte Pumpspannung Vp4, die durch die vierte variable Stromquelle 48D an die zweite Hauptpumpzelle 42B angelegt wird, gemäß dem Sauerstoffpartialdruck der Atmosphäre in der zweiten Haupteinstellkammer 18Ba gesteuert werden.
Um ferner den Sauerstoffpartialdruck in der Atmosphäre innerhalb der zweiten Hilfseinstellkammer 18Bb zu steuern bzw. einzustellen, ist eine elektrochemische Sensorzelle und insbesondere die fünfte Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50E zum Steuern der zweiten Hilfspumpe durch die zweite Hilfspumpelektrode 58B, die zweite Referenzelektrode 52B, die zweite Festelektrolytschicht 32B, die zweite Abstandshalterschicht 30B und die erste Festelektrolytschicht 28B ausgebildet.
Die zweite Hilfspumpzelle 56B führt ein Pumpen durch eine fünfte variable Stromquelle 48E durch, deren Spannung auf der Basis einer fünften elektromotorischen Kraft V5 gesteuert wird, die durch die fünfte Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50E erfasst wird. Folglich wird der Sauerstoffpartialdruck in der Atmosphäre innerhalb der zweiten Hilfseinstellkammer 18Bb so gesteuert bzw. eingestellt, dass er ein niedriger Partialdruck wird, der die Messung von NOx nicht wesentlich beeinflusst.
Ferner wird zusammen damit ein fünfter Pumpstromwert Ip5 der zweiten Hilfspumpzelle 56B zum Steuern der fünften elektromotorischen Kraft V5 der fünften Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50E verwendet. Insbesondere wird der fünfte Pumpstrom Ip5 als Steuersignal in die fünfte Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50E eingespeist und durch Steuern der fünften elektromotorischen Kraft V5 wird der Gradient des Sauerstoffpartialdrucks in dem zu messenden Gas, das durch das vierte Diffusionsrateneinstellelement 40B in die zweite Hilfseinstellkammer 18Bb eingeführt wird, so gesteuert, dass er stets konstant bleibt. Ferner wird, wenn die vierte variable Stromquelle 48D der zweiten Hauptpumpzelle 42B derart geregelt wird, dass der fünfte Pumpstromwert Ip5 konstant wird, die Genauigkeit der Steuerung bzw. Einstellung des Sauerstoffpartialdrucks innerhalb der zweiten Hilfseinstellkammer 18Bb weiter verbessert. Wenn die zweite Sensorzelle 15B als NOx-Sensor verwendet wird, wird durch die Wirkungen der zweiten Hauptpumpzelle 42B und der zweiten Hilfspumpzelle 56B die Sauerstoffkonzentration innerhalb der zweiten Hilfseinstellkammer 18Bb für jede der jeweiligen Bedingungen mit einer hohen Genauigkeit bei einem vorgegebenen Wert gehalten.
Das dritte Diffusionsrateneinstellelement 38B übt auf das zu messende Gas einen vorgegebenen Diffusionswiderstand aus, dessen Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) durch den Betrieb der zweiten Hilfspumpzelle 56B in der zweiten Hilfseinstellkammer 18Bb eingestellt wird, und es handelt sich um eine Stelle, die das zu messende Gas in die zweite Messkammer 20B leitet.
In der zweiten Sensorzelle 15B wird die Messung der NOx-Konzentration in erster Linie durch den Betrieb einer zweiten Messpumpzelle 60B durchgeführt, die in der zweiten Messkammer 20B bereitgestellt ist. Die zweite Messpumpzelle 60B ist eine elektrochemische Pumpzelle, die durch eine zweite Messelektrode 62B, die zweite Außenseitenpumpelektrode 46B, die zweite Festelektrolytschicht 32B, die zweite Abstandshalterschicht 30B und die erste Festelektrolytschicht 28B ausgebildet ist. Die zweite Messelektrode 62B ist beispielsweise direkt auf der oberen Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 28B innerhalb der zweiten Messkammer 20B bereitgestellt und ist eine poröse Cermetelektrode, die aus einem Material hergestellt ist, dessen Reduktionsvermögen in Bezug auf die NOx-Komponente in dem zu messenden Gas höher ist als dasjenige der zweiten Hauptinnenseitenpumpelektrode 44B. Die zweite Messelektrode 62B wirkt auch als NOx-Reduktionskatalysator zum Reduzieren von NOx, das in der Atmosphäre oberhalb der zweiten Messelektrode 62B vorliegt.
Die zweite Messpumpzelle 60B kann Sauerstoff, der durch die Zersetzung von Stickstoffoxid in der Atmosphäre in der Umgebung der zweiten Messelektrode 62B (innerhalb der zweiten Messkammer 20B) erzeugt wird, hinauspumpen und kann die erzeugte Menge als einen sechsten Pumpstromwert Ip6 und insbesondere als eine Sensorausgabe (einen zweiten Stromwert Ip6) der zweiten Sensorzelle 15B erfassen.
Um ferner den Sauerstoffpartialdruck in der Umgebung der zweiten Messelektrode 62B (innerhalb der zweiten Messkammer 20B) zu erfassen, ist eine elektrochemische Sensorzelle und insbesondere die sechste Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50F zum Steuern der Messpumpe durch die erste Festelektrolytschicht 28B, die zweite Messelektrode 62B und die zweite Referenzelektrode 52B ausgebildet. Eine sechste variable Stromquelle 48F wird auf der Basis einer sechsten elektromotorischen Kraft V6 gesteuert, die durch die sechste Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50F erfasst wird.
Das zu messende Gas, das in die zweite Hilfseinstellkammer 18Bb eingeführt wird, erreicht die zweite Messelektrode 62B innerhalb der zweiten Messkammer 20B durch das dritte Diffusionsrateneinstellelement 38B in einem Zustand, bei dem der Sauerstoffpartialdruck eingestellt ist. Stickstoffoxid, das in dem zu messenden Gas in der Umgebung der zweiten Messelektrode 62B vorliegt, wird reduziert, wodurch Sauerstoff erzeugt wird. Dann wird der erzeugte Sauerstoff einem Pumpen durch die zweite Messpumpzelle 60B unterzogen. Dabei wird eine sechste Spannung Vp6 der sechsten variablen Stromquelle 48F derart gesteuert, dass die sechste elektromotorische Kraft V6, die durch die sechste Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50F erfasst wird, konstant wird. Die Menge von Sauerstoff, der in der Umgebung der zweite Messelektrode 62B erzeugt wird, ist proportional zur Konzentration von Stickstoffoxid in dem zu messenden Gas. Demgemäß kann die Stickstoffoxidkonzentration in dem zu messenden Gas unter Verwendung des sechsten Messpumpstromwerts Ip6 der zweiten Messpumpzelle 60B berechnet werden. Insbesondere misst die zweite Messpumpzelle 60B die Konzentration einer festgelegten Komponente (NO) innerhalb der zweiten Messkammer 20B.
Ferner umfasst die zweite Sensorzelle 15B eine elektrochemische Sauerstofferfassungszelle 70. Die Sauerstofferfassungszelle 70 umfasst die zweite Festelektrolytschicht 32B, die zweite Abstandshalterschicht 30B, die erste Festelektrolytschicht 28B, die dritte Substratschicht 26Bc, die zweite Außenseitenpumpelektrode 46B und die zweite Referenzelektrode 52B. Gemäß der elektromotorischen Kraft Vref, die durch die Sauerstofferfassungszelle 70 erhalten wird, kann der Sauerstoffpartialdruck in dem zu messenden Gas erfasst werden, das außerhalb des zweiten Sensorelements 502B vorliegt.
Ferner ist in der zweiten Sensorzelle 15B eine zweite Heizeinrichtung 72B entsprechend der vorstehend genannten ersten Heizeinrichtung 72A in einer Weise ausgebildet, dass sie von oberhalb und unterhalb zwischen der zweiten Substratschicht 26Bb und der dritten Substratschicht 26Bc eingeschlossen ist. Die zweite Heizeinrichtung 72B ist in dem gesamten Bereich der zweiten Diffusionswiderstand-Einstellkammer 24B und der zweiten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18B und der zweiten Messkammer 20B eingebettet, wodurch eine vorgegebene Stelle der zweiten Sensorzelle 15B erwärmt und bei einer vorgegebenen Temperatur gehalten werden kann. Darüber hinaus ist eine zweite Heizeinrichtungsisolierschicht 74B, die aus Aluminiumoxid oder dergleichen hergestellt ist, auf der oberen und unteren Oberfläche der zweiten Heizeinrichtung 72B zum Zweck des Erhaltens einer elektrischen Isolierung derselben von der zweiten Substratschicht 26Bb und der dritten Substratschicht 26Bc ausgebildet.
Die zweite Diffusionswiderstand-Einstellkammer 24B wirkt auch als Pufferraum. Insbesondere können Schwankungen der Konzentration des zu messenden Gases beseitigt werden, die durch Druckschwankungen des zu messenden Gases in dem Außenraum (Pulsierungen des Abgasdrucks in dem Fall, bei dem das zu messende Gas ein Abgas eines Kraftfahrzeugs ist) verursacht werden.
Ferner umfasst, wie es schematisch in der 10 gezeigt ist, der erste Gassensorsatz 1000A eine erste Temperatursteuervorrichtung 100A, eine zweite Temperatursteuervorrichtung 100B, eine erste Sauerstoffkonzentration-Steuervorrichtung 102A, eine zweite Sauerstoffkonzentration-Steuervorrichtung 102B und eine Zielkomponentenkonzentration-Erfassungsvorrichtung 104.
Die erste Temperatursteuervorrichtung 100A steuert die Zuführung von Strom zu der ersten Heizeinrichtung 72A des ersten Sensorelements 502A und steuert dadurch die Temperatur der ersten Sensorzelle 15A. Die zweite Temperatursteuervorrichtung 100B steuert die Zuführung von Strom zu der zweiten Heizeinrichtung 72B des zweiten Sensorelements 502B und steuert dadurch die Temperatur der zweiten Sensorzelle 15B.
Die erste Sauerstoffkonzentration-Steuervorrichtung 102A steuert die Sauerstoffkonzentration innerhalb der ersten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18A der ersten Sensorzelle 15A. Die zweite Sauerstoffkonzentration-Steuervorrichtung 102B steuert die Sauerstoffkonzentration innerhalb der zweiten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18B der zweiten Sensorzelle 15B.
Die Zielkomponentenkonzentration-Erfassungsvorrichtung 104 erfasst die Konzentrationen der ersten Zielkomponente (NO) und der zweiten Zielkomponente (NH₃) auf der Basis der Differenz (Änderungsausmaß Δlp) zwischen dem ersten Stromwert Ip3, der zu der ersten Messpumpzelle 60A der ersten Sensorzelle 15A fließt, und dem zweiten Stromwert Ip6, der zu der zweiten Messpumpzelle 60B der zweiten Sensorzelle 15B fließt, des zweiten Stromwerts Ip6 (der Gesamtkonzentration) und eines später beschriebenen Kennfelds 110.
Darüber hinaus sind die erste Temperatursteuervorrichtung 100A, die zweite Temperatursteuervorrichtung 100B, die erste Sauerstoffkonzentration-Steuervorrichtung 102A, die zweite Sauerstoffkonzentration-Steuervorrichtung 102B und die Zielkomponentenkonzentration-Erfassungsvorrichtung 104 aus einem oder mehreren Prozessor(en) ausgebildet, der oder die eine oder eine Mehrzahl von CPU(s) (zentrale Verarbeitungseinheiten), Speichervorrichtung(en) und dergleichen aufweist oder aufweisen. Bei dem einen oder den mehreren Prozessor(en) handelt es sich um softwarebasierte funktionelle Einheiten, in denen vorgegebene Funktionen realisiert sind, beispielsweise durch die CPUs, die Programme ausführen, die in einer Speichervorrichtung gespeichert sind. Selbstverständlich können die Prozessoren aus einem integrierten Schaltkreis ausgebildet sein, wie z.B. einer FPGA (feldprogrammierbare Gatteranordnung), in dem die Mehrzahl von Prozessoren gemäß deren Funktionen verbunden ist. Darüber hinaus kann, wie es vorstehend erwähnt worden ist, das Kennfeld 110 im Vorhinein in der Speichervorrichtung gespeichert werden, wobei es sich um einen der peripheren Schaltkreise des Gassensors handelt. Selbstverständlich kann auch das Kennfeld 110, das durch die Kommunikationseinrichtung erfasst wird (in der vorstehend beschriebenen Speichervorrichtung gespeichert ist), verwendet werden.
Die erste Temperatursteuervorrichtung 100A und die zweite Temperatursteuervorrichtung 100B regeln die erste Heizeinrichtung 72A und die zweite Heizeinrichtung 72B auf der Basis von voreingestellten Temperaturbedingungen und den gemessenen Werten von Temperatursensoren (nicht gezeigt), welche die jeweilige Temperatur des ersten Sensorelements 502A und des zweiten Sensorelements 502B messen, wodurch die jeweiligen Temperaturen des ersten Sensorelements 502A und des zweiten Sensorelements 502B auf Temperaturen gemäß der vorstehend beschriebenen Bedingung eingestellt werden.
Auf der Basis der voreingestellten Sauerstoffkonzentrationsbedingung innerhalb der ersten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18A und der zweiten elektromotorischen Kraft V2, die in der zweiten Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50B erzeugt wird (vgl. die 8), regelt die erste Sauerstoffkonzentration-Steuervorrichtung 102A die erste variable Stromquelle 48A, wodurch die Sauerstoffkonzentration innerhalb der ersten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18A auf eine Konzentration gemäß der vorstehend beschriebenen Bedingung eingestellt wird.
Auf der Basis der voreingestellten Sauerstoffkonzentrationsbedingung innerhalb der zweiten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18B und der fünften elektromotorischen Kraft V5, die in der fünften Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle 50E erzeugt wird (vgl. die 9), regelt die zweite Sauerstoffkonzentration-Steuervorrichtung 102B die vierte variable Stromquelle 48D, wodurch die Sauerstoffkonzentration innerhalb der zweiten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18B auf eine Konzentration gemäß der vorstehend beschriebenen Bedingung eingestellt wird.
Durch diese Sauerstoffkonzentration-Steuervorrichtungen (102A und 102B) oder die Temperatursteuervorrichtungen (100A und 100B) oder alternativ durch die Sauerstoffkonzentration-Steuervorrichtungen (102A und 102B) und die Temperatursteuervorrichtungen (100A und 100B) führt der erste Gassensorsatz 1000A eine Steuerung derart durch, dass das NH₃ in NO in einem Verhältnis umgewandelt wird, das zur Messung von NH₃ geeignet ist, ohne eine Zersetzung von NO innerhalb der ersten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18A des ersten Sensorelements 502A und der zweiten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18B des zweiten Sensorelements 502B zu verursachen.
Verarbeitungsbetriebsvorgänge des ersten Gassensorsatzes 1000A werden auch unter Bezugnahme auf die 11 beschrieben.
Zunächst unterliegt in dem ersten Gassensor 500A, da der NH₃-Oxidationskatalysator auf der Innenoberfläche der ersten Schutzabdeckung 504A aufgebracht ist (vgl. 2A und 2B), das NH₃, das in die erste Schutzabdeckung 504A eingeführt worden ist, im Inneren der ersten Schutzabdeckung 504A einer Oxidationsreaktion von NH₃ → NO und nahezu das gesamte NH₃, das in das Innere der ersten Schutzabdeckung 504A eingeführt worden ist, wird in NO umgewandelt. Insbesondere bewegt sich das NH₃ von dem ersten Diffusionsrateneinstellelement 34A und danach mit einem Diffusionskoeffizienten von NO von 1,8 cm²/s zu der ersten Messkammer 20A.
Andererseits wird in dem zweiten Gassensor 500B, da der NH₃-inerte Katalysator auf die Innenoberfläche der zweiten Schutzabdeckung 504B aufgebracht ist (vgl. 4A und 4B), das NH₃, das zu dem Inneren der zweiten Schutzabdeckung 504B eingeführt worden ist, über die zweite Gaseinführungsöffnung 16B in die zweite Sensorzelle 15B eingeführt, ohne in NO umgewandelt zu werden, und erreicht die zweite Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18B. In der zweiten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18B wird durch den Betrieb der zweiten Sauerstoffkonzentration-Steuervorrichtung 102B (vgl. die 10) eine Steuerung derart durchgeführt, dass das gesamte NH₃ in NO umgewandelt wird, und daher bewirkt das NH₃, das in die zweite Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18B geströmt ist, eine Oxidationsreaktion von NH₃ → NO innerhalb der zweiten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18B, und das gesamte NH₃ innerhalb der zweiten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18B wird in NO umgewandelt. Demgemäß tritt das NH₃, das durch die zweite Gaseinführungsöffnung 16B eingeführt worden ist, durch das erste Diffusionsrateneinstellelement 34B und das zweite Diffusionsrateneinstellelement 36B bei einem NH₃-Diffusionskoeffizienten von 2,2 cm²/s hindurch, und tritt, nachdem es innerhalb der zweiten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18B in NO umgewandelt worden ist, durch das dritte Diffusionsrateneinstellelement 38B bei dem NO-Diffusionskoeffizienten von 1,8 cm²/s hindurch und bewegt sich in die angrenzende zweite Messkammer 20B.
Insbesondere liegt in der ersten Sensorzelle 15A die Stelle, bei der die Oxidationsreaktion von NH₃ stattfindet, innerhalb der ersten Schutzabdeckung 504A, und in der zweiten Sensorzelle 15B liegt die Stelle, bei der die Oxidationsreaktion von NH₃ stattfindet, innerhalb der zweiten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18B. Da NO und NH₃ jeweils unterschiedliche Diffusionskoeffizienten aufweisen, entspricht die Differenz zwischen dem Hindurchtreten durch die zweiten Diffusionsrateneinstellelemente (36A und 36B) mit NO oder dem Hindurchtreten durch diese mit NH₃ einer Differenz der Menge von NO, das in die erste Messkammer 20A und die zweite Messkammer 20B einströmt. Ein solches Merkmal bewirkt eine Differenz zwischen dem ersten Stromwert Ip3 der ersten Messpumpzelle 60A und dem zweiten Stromwert Ip6 der zweiten Messpumpzelle 60B. Es ist jedoch signifikant, dass der zweite Stromwert Ip6 der zweiten Messpumpzelle 60B dem Gesamtwert der NH₃-Konzentration und der NO-Konzentration in dem Messgas entspricht.
Zusätzlich ändert sich das Änderungsausmaß ΔIp zwischen dem ersten Stromwert Ip3 und dem zweiten Stromwert Ip6 gemäß der NH₃-Konzentration in dem zu messenden Gas. Daher können die jeweiligen Konzentrationen von NO und NH₃ aus dem zweiten Stromwert Ip6 (der Gesamtkonzentration von NO und NH₃), der zu der zweiten Messpumpzelle 60B fließt, und dem vorstehend genannten Änderungsausmaß ΔIp (der NH₃-Konzentration) erhalten werden.
Demgemäß können mit der Zielkomponentenkonzentration-Erfassungsvorrichtung 104 (vgl. die 10) die jeweiligen Konzentrationen von NO und NH₃ auf der Basis des Änderungsausmaßes ΔIp zwischen dem ersten Stromwert Ip3 und dem zweiten Stromwert Ip6, dem zweiten Stromwert Ip6 und beispielsweise dem Kennfeld 110 (vgl. die 10 und 12) erfasst werden.
Wenn das Kennfeld 110 graphisch dargestellt wird, wie es in der 12 gezeigt ist, wird ein Graph erstellt, in dem der zweite Stromwert Ip6 (µA) auf der horizontalen Achse aufgetragen ist und das Änderungsausmaß ΔIp (µA) zwischen dem ersten Stromwert Ip3 und dem zweiten Stromwert Ip6 auf der vertikalen Achse aufgetragen ist. In der 12 sind repräsentativ eine erste Kennlinie L1 und eine zweite Kennlinie L2 sowie eine erste Auftragungsgruppe P1, eine zweite Auftragungsgruppe P2 und eine dritte Auftragungsgruppe P3 des Änderungsausmaßes ΔIp dargestellt, wobei NO-Konzentration-Umwandlungswerte davon einem 100 ppm-System, einem 50 ppm-System und einem 25 ppm-System angehören.
Die erste Kennlinie L1 zeigt eine Eigenschaft in Bezug auf einen Fall, bei dem der NO-Konzentration-Umwandlungswert 0 ppm beträgt, d.h., einen Fall, bei dem NO nicht in dem zu messenden Gas enthalten ist, für Fälle, in denen der NH₃-Konzentration-Umwandlungswert zwischen 0 ppm, 25 ppm, 50 ppm, 75 ppm und 100 ppm verändert wird.
Die zweite Kennlinie L2 zeigt eine Eigenschaft in Bezug auf einen Fall, bei dem der NH₃-Konzentration-Umwandlungswert 0 ppm beträgt, d.h., einen Fall, bei dem NH₃ nicht in dem zu messenden Gas enthalten ist, für Fälle, in denen der NO-Konzentration-Umwandlungswert zwischen 0 ppm, 25 ppm, 50 ppm, 75 ppm und 100 ppm verändert wird.
Bei einer Darstellung des Graphen in der 12 für ein leichteres Verständnis in der Form einer Tabelle ist deren Inhalt derart, wie es in der 13 gezeigt ist. Deren Inhalt kann beispielsweise durch Durchführen der Experimente 1 bis 5, die später beschrieben werden, bestimmt werden.
In der Tabelle von 13 entspricht der Inhalt, der in dem ersten Abschnitt [1] dargestellt ist, der ersten Kennlinie L1 von 12, und der Inhalt, der in dem zweiten Abschnitt [2] dargestellt ist, entspricht der zweiten Kennlinie L2 von 12. Aus einem Vergleich der Abschnitte [1] und [2] ist ersichtlich, dass NH₃ eine Empfindlichkeit aufweist, die das 1,14-fache von derjenigen von NO beträgt. Ein solches Merkmal ergibt sich auf der Basis der Differenz der Diffusionskoeffizienten von NH₃ und NO und wird durch die Temperatur des Sensorelements und die Sauerstoffkonzentration innerhalb des inneren Raums bestimmt. Ferner entspricht in der Tabelle von 13 der Inhalt des dritten Abschnitts [3] der ersten Auftragungsgruppe P1 von 12, der Inhalt des vierten Abschnitts [4] entspricht der zweiten Auftragungsgruppe P2 von 12 und der Inhalt des fünften Abschnitts [5] entspricht der dritten Auftragungsgruppe P3 von 12.
Darüber hinaus wird unter Bezugnahme auf die Inhalte des dritten Abschnitts [3], des vierten Abschnitts [4] und des fünften Abschnitts [5] in der 13 die NO-Konzentration durch Berechnen der Gesamtkonzentration (des NO-Umwandlungswerts) auf der Basis des zweiten Stromwerts Ip6 und insbesondere von jedwedem des 100 ppm-Systems, des 50 ppm-Systems und des 25 ppm-Systems, Erfassen der NH₃-Konzentration auf der Basis des Änderungsausmaßes ΔIp und Subtrahieren der NH₃-Konzentration von der Gesamtkonzentration erfasst.
Beispielsweise wird in dem Fall, bei dem der zweite Stromwert Ip6 0,537 (µA) beträgt, die Tatsache, dass die Gesamtkonzentration 25 ppm beträgt, aus dem fünften Abschnitt [5] der Tabelle 1 von 13 berechnet. Darüber hinaus beträgt in dem Fall, bei dem das Änderungsausmaß ΔIp 0,041 (µA) beträgt, die NH₃-Konzentration gemäß dem fünften Abschnitt [5] der Tabelle 1 von 13 4,4 ppm. Demgemäß beträgt unter Berücksichtigung der Differenz der Empfindlichkeit zwischen NH₃ und NO die NO-Konzentration 25 - 4,4 × 1,14 = etwa 20,0 ppm.
Darüber hinaus kann in dem Fall, bei dem kein entsprechendes Änderungsausmaß ΔIp auf dem Kennfeld 110 vorliegt, das Änderungsausmaß ΔIp auf dem Kennfeld, das diesem am nächsten kommt, festgelegt werden, um dadurch die Gesamtkonzentration zu berechnen, und zusammen damit kann die NH₃-Konzentration beispielsweise durch eine bekannte Näherungsberechnung bestimmt werden. Darüber hinaus kann die NO-Konzentration durch Subtrahieren der bestimmten NH₃-Konzentration von der berechneten Gesamtkonzentration bestimmt werden. Alternativ kann die Konzentration von NH₃, das die zweite Zielkomponente ist, auf der Basis einer Korrelationsgleichung zwischen den jeweiligen Konzentrationen von NH₃ und NO, ΔIp und Ip6 berechnet werden, und die Konzentration von NO, das die erste Zielkomponente ist, kann durch Subtrahieren der Konzentration der zweiten Zielkomponente von der Gesamtkonzentration berechnet werden.
Als nächstes wird ein experimentelles Beispiel zum Zweck des Erhaltens des Kennfelds 110 beschrieben.

(1) Der vorstehend beschriebene erste Gassensor 500A mit dem ersten Sensorelement 502A und der ersten Schutzabdeckung 504A und der zweite Gassensor 500B mit dem zweiten Sensorelement 502B und der zweiten Schutzabdeckung 504B werden hergestellt, und die Metallkomponenten werden zu einer Sensorform zusammengebaut und an einer Modellgas-Messvorrichtung angebracht. Darüber hinaus werden das erste Sensorelement 502A und das zweite Sensorelement 502B durch die erste Heizeinrichtung 72A und die zweite Heizeinrichtung 72B, die in das erste Sensorelement 502A und das zweite Sensorelement 502B einbezogen sind, auf etwa 850 °C erwärmt.
(2) Die Spannung, die zwischen der ersten Hauptinnenseitenpumpelektrode 44A und der ersten Außenseitenpumpelektrode 46A angelegt wird, sowie die Spannung, die zwischen der zweiten Hauptinnenseitenpumpelektrode 44B und der zweiten Außenseitenpumpelektrode 46B angelegt wird, werden derart geregelt, dass die elektromotorische Kraft zwischen der ersten Hilfspumpelektrode 58A der ersten Sensorzelle 15A und der ersten Referenzelektrode 52A und die elektromotorische Kraft zwischen der zweiten Hilfspumpelektrode 58B der zweiten Sensorzelle 15B und der zweiten Referenzelektrode 52B 385 mV erreichen.
(3) Als nächstes werden die Spannung, die zwischen der ersten Hilfspumpelektrode 58A und der ersten Außenseitenpumpelektrode 46A angelegt wird, sowie die Spannung, die zwischen der zweiten Hilfspumpelektrode 58B und der zweiten Außenseitenpumpelektrode 46B angelegt wird, derart geregelt, dass die elektromotorische Kraft zwischen der ersten Hilfspumpelektrode 58A der ersten Sensorzelle 15A und der ersten Referenzelektrode 52A und die elektromotorische Kraft zwischen der zweiten Hilfspumpelektrode 58B der zweiten Sensorzelle 15B und der zweiten Referenzelektrode 52B 380 mV erreichen.
(4) Ferner werden die Spannung, die zwischen der ersten Messelektrode 62A und der ersten Außenseitenpumpelektrode 46A angelegt wird, sowie die Spannung, die zwischen der zweiten Messelektrode 62B und der zweiten Außenseitenpumpelektrode 46B angelegt wird, derart geregelt, dass die elektromotorische Kraft zwischen der ersten Messelektrode 62A der ersten Messpumpzelle 60A und der ersten Referenzelektrode 52A in der ersten Sensorzelle 15A bzw. die elektromotorische Kraft zwischen der zweiten Messelektrode 62B der zweiten Messpumpzelle 60B und der zweiten Referenzelektrode 52B in der zweiten Sensorzelle 15B 400 mV erreichen.
(5) Als nächstes wurden N₂ und 3 % H₂O als Basisgas bei 120 L/min zu der Modellgas-Messvorrichtung strömen gelassen und nach dem Messen des Stroms, der zu der ersten Messpumpzelle 60A und der zweiten Messpumpzelle 60B fließt, wurde der Offset-Strom, der zu der ersten Messpumpzelle 60A und der zweiten Messpumpzelle 60B fließt, als 0,003 µA bestimmt.
(6) Als nächstes wurden, während N₂ und 3 % H₂O weiter als Basisgas bei 120 L/min zu der Modellgas-Messvorrichtung strömten und während eine Gesamtgasströmungsrate von 120 L/min aufrechterhalten wurde, durch den Zusatz von NH₃ in Mengen von 25, 50, 75 und 100 ppm der erste Messpumpstrom (erste Stromwert Ip3) und der zweite Messpumpstrom (zweite Stromwert Ip6), die durch die erste Messpumpzelle 60A und die zweite Messpumpzelle 60B strömen, gemessen (Experiment 1: vgl. die erste Kennlinie L1 von 12 und den ersten Abschnitt [1] von Tabelle 1 von 13).
(7) Als nächstes wurden, während N₂ und 3 % H₂O weiter als Basisgas bei 120 L/min zu der Modellgas-Messvorrichtung strömten und während eine Gesamtgasströmungsrate von 120 L/min aufrechterhalten wurde, durch den stufenweisen Zusatz von NO in Mengen von 25, 50, 75 und 100 ppm der erste Stromwert Ip3 und der zweite Stromwert Ip6, die zu der ersten Messpumpzelle 60A und der zweiten Messpumpzelle 60B fließen, gemessen (Experiment 2: vgl. die zweite Kennlinie L2 von 12 und den zweiten Abschnitt [2] von Tabelle 1 von 13).
(8) Als nächstes wurden N₂ und 3 % H₂O als Basisgas in die Modellgas-Messvorrichtung bei 120 L/min strömen gelassen und die NO-Konzentration wurde allmählich stufenweise auf NO = 100, 80, 60, 40, 20 und 0 ppm vermindert und bezogen auf jede NO-Konzentration von NO = 80, 60, 40, 20 und 0 ppm wurde NH₃ dem Gas derart zugesetzt, dass der zweite Stromwert Ip6 der zweiten Messpumpzelle 60B zu dem Zeitpunkt, bei dem NO = 100 ppm betrug, bei 2,137 µA aufrechterhalten wurde. Dabei wurde die Flussrate des Basisgases so eingestellt, dass die Gesamtgasströmungsrate bei 120 L/min gehalten wurde. In jeder jeweiligen Gasatmosphäre wurde der erste Stromwert Ip3, der zu der ersten Messpumpzelle 60A fließt, gemessen (Experiment 3). Die Beziehung zwischen den jeweiligen Konzentrationen von NO und NH₃, dem ersten Stromwert Ip3 und dem zweiten Stromwert Ip6 und die Differenz (Änderungsausmaß Δlp) zwischen dem ersten Stromwert Ip3 und dem zweiten Stromwert Ip6 sind durch die erste Auftragungsgruppe P1 von 12 und den dritten Abschnitt [3] von Tabelle 1 von 13 gezeigt.
(9) Als nächstes wurden N₂ und 3 % H₂O als Basisgas in die Modellgas-Messvorrichtung bei 120 L/min strömen gelassen und die NO-Konzentration wurde allmählich stufenweise auf NO = 50, 40, 30, 20, 10 und 0 ppm vermindert und in Bezug auf jede NO-Konzentration von NO = 40, 30, 20, 10 und 0 ppm wurde NH₃ dem Gas derart zugesetzt, dass der zweite Stromwert Ip6 der zweiten Messpumpzelle 60B zu dem Zeitpunkt, bei dem NO = 50 ppm betrug, bei 1,070 µA aufrechterhalten wurde. Dabei wurde die Flussrate des Basisgases so eingestellt, dass die Gesamtgasströmungsrate bei 120 L/min gehalten wurde. In jeder jeweiligen Gasatmosphäre wurde der erste Stromwert Ip3, der zu der ersten Messpumpzelle 60A fließt, gemessen (Experiment 4). Die Beziehung zwischen den jeweiligen Konzentrationen von NO und NH₃, dem ersten Stromwert Ip3 und dem zweiten Stromwert Ip6 und die Differenz (Änderungsausmaß Δlp) zwischen dem ersten Stromwert Ip3 und dem zweiten Stromwert Ip6 sind durch die zweite Auftragungsgruppe P2 von 12 und den vierten Abschnitt [4] von Tabelle 1 von 13 gezeigt.
(10) Als nächstes wurden N₂ und 3 % H₂O als Basisgas in die Modellgas-Messvorrichtung bei 120 L/min strömen gelassen und die NO-Konzentration wurde allmählich stufenweise auf NO = 25, 20, 15, 10, 5 und 0 ppm vermindert und in Bezug auf jede NO-Konzentration von NO = 20, 15, 10, 5 und 0 ppm wurde NH₃ dem Gas derart zugesetzt, dass der zweite Stromwert Ip6 der zweiten Messpumpzelle 60B zu dem Zeitpunkt, bei dem NO = 25 ppm betrug, bei 0,537 µA aufrechterhalten wurde. Dabei wurde die Flussrate des Basisgases so eingestellt, dass die Gesamtgasströmungsrate bei 120 L/min gehalten wurde. In jeder jeweiligen Gasatmosphäre wurde der erste Stromwert Ip3, der zu der ersten Messpumpzelle 60A fließt, gemessen (Experiment 5). Die Beziehung zwischen den jeweiligen Konzentrationen von NO und NH₃, dem ersten Stromwert Ip3 und dem zweiten Stromwert Ip6 und die Differenz (Änderungsausmaß Δlp) zwischen dem ersten Stromwert Ip3 und dem zweiten Stromwert Ip6 sind durch die dritte Auftragungsgruppe P3 von 12 und den fünften Abschnitt [5] von Tabelle 1 von 13 gezeigt.
(11) Unter Verwendung der Daten, die in Experiment 1 bis Experiment 5 erhalten worden sind, wurde das Kennfeld 110 erzeugt, das in der 12 gezeigt ist. Zum Bestätigen der Verlässlichkeit des erhaltenen Kennfelds 110 wurden der erste Stromwert Ip3 und der zweite Stromwert Ip6 in den Mischgasen aus NO und NH₃ mit Konzentrationen, die sich in den Experimenten 1 bis 5 voneinander unterscheiden, und die Differenz (Änderungsausmaß Δlp) zwischen dem ersten Stromwert Ip3 und dem zweiten Stromwert Ip6 gemessen, worauf die in der Tabelle 2 von 14 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden. Wenn die Ergebnisse der Tabelle 2 (durch Δ angegeben) in dem Graphen von 12 aufgetragen wurden, stimmten die Ergebnisse gut mit den Konzentrationen überein, die aus dem Kennfeld 110 abgeschätzt worden sind.

Als nächstes wird ferner ein Gassensorsatz (nachstehend als zweiter Gassensorsatz 1000B bezeichnet) gemäß einer zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 15 bis 17B beschrieben.
Der zweite Gassensorsatz 1000B (vgl. 17A und 17B) weist im Wesentlichen den gleichen Aufbau auf wie der vorstehend beschriebene erste Gassensorsatz 1000A, unterscheidet sich jedoch davon dahingehend, dass ein einzelner Gassensor 500 verwendet wird, in dem die erste Sensorzelle 15A und die zweite Sensorzelle 15B integriert sind. Darüber hinaus sollte beachtet werden, dass die Elemente, die dem vorstehend beschriebenen ersten Gassensorsatz 1000A entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und eine doppelte Beschreibung solcher Merkmale weggelassen ist.
Wie es in der 15 gezeigt ist, umfasst der Gassensor 500 ein einzelnes Sensorelement 502. Das Sensorelement 502 umfasst einen Strukturkörper 14, der aus einem einzelnen Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten ausgebildet ist, und eine erste Sensorzelle 15A und eine zweite Sensorzelle 15B, die in dem Strukturkörper 14 ausgebildet sind.
In diesem Fall sind, wenn eine Dickenrichtung des Strukturkörpers 14 als eine vertikale Richtung festgelegt ist und eine Breitenrichtung des Strukturkörpers 14 als eine horizontale Richtung festgelegt ist, innerhalb eines Strukturkörpers 14 die erste Sensorzelle 15A und die zweite Sensorzelle 15B in einem Zustand integriert angeordnet, in dem sie in der horizontalen Richtung ausgerichtet sind.
Wie es in der 15 gezeigt ist, umfasst die erste Sensorzelle 15A eine erste Gaseinführungsöffnung 16A, die in dem Strukturkörper 14 ausgebildet ist und in die ein zu messendes Gas eingeführt wird, eine erste Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18A, die innerhalb des Strukturkörpers 14 ausgebildet ist und mit der ersten Gaseinführungsöffnung 16A in Verbindung steht, und eine erste Messkammer 20A, die innerhalb des Strukturkörpers 14 ausgebildet ist und mit der ersten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18A in Verbindung steht. Da die Konfiguration dieser Merkmale mit derjenigen der ersten Sensorzelle 15A, die in 7A und 8 gezeigt ist, im Wesentlichen identisch ist, ist eine doppelte Beschreibung davon weggelassen.
Wie es in der 15 gezeigt ist, umfasst die zweite Sensorzelle 15B eine zweite Gaseinführungsöffnung 16B, die in dem Strukturkörper 14 ausgebildet ist und in die ein zu messendes Gas eingeführt wird, eine zweite Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18B, die innerhalb des Strukturkörpers 14 ausgebildet ist und mit der zweiten Gaseinführungsöffnung 16B in Verbindung steht, und eine zweite Messkammer 20B, die innerhalb des Strukturkörpers 14 ausgebildet ist und mit der zweiten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18B in Verbindung steht. Da die Konfiguration dieser Merkmale mit derjenigen der zweiten Sensorzelle 15B, die in 7B und 9 gezeigt ist, im Wesentlichen identisch ist, ist eine doppelte Beschreibung davon weggelassen.
Darüber hinaus sind, wie es in der 15 gezeigt ist, eine erste Außenseitenpumpelektrode, die auf der Außenseite von mindestens der ersten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18A der ersten Sensorzelle 15A angeordnet ist, und eine zweite Außenseitenpumpelektrode, die auf der Außenseite von mindestens der zweiten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18B der zweiten Sensorzelle 15B angeordnet ist, zusammen bereitgestellt, wodurch eine einzelne Außenseitenpumpelektrode 46 gebildet wird. Ferner sind eine Referenzelektrode der ersten Sensorzelle 15A und eine Referenzelektrode der zweiten Sensorzelle 15B gemeinsam bereitgestellt, wodurch eine einzelne Referenzelektrode 52 gebildet wird.
Wie es in der 16 gezeigt ist, sind in einer Schutzabdeckung 504 entsprechend dem vorstehend beschriebenen Gassensor 500 ein röhrenförmiges Halteelement 200, welches das Sensorelement 502 hält, und ein Trennelement 202 bereitgestellt, das zwischen einem zentralen Abschnitt in einer Breitenrichtung eines distalen Endabschnitts des Halteelements 200 oder anders ausgedrückt zwischen einer Innenseitenabdeckung 130 und einem Abschnitt entsprechend einer Grenze zwischen der ersten Sensorzelle 15A und der zweiten Sensorzelle 15B angeordnet ist. Beispielsweise ist eine Bodenplatte 204 des Halteelements 200 bereitgestellt und innerhalb der Bodenplatte 204 ist ein erstes Durchgangsloch 206a in einem Abschnitt entsprechend der ersten Gaseinführungsöffnung 16A der ersten Sensorzelle 15A bereitgestellt, und ein zweites Durchgangsloch 206b ist in einem Abschnitt entsprechend der zweiten Gaseinführungsöffnung 16B der zweiten Sensorzelle 15B bereitgestellt. Ferner ist das Trennelement 202 zwischen der Bodenplatte 204 und einem Außenseitenelement 142 der Innenseitenabdeckung 130 angeordnet. Ferner sind auf dem Außenseitenelement 142 ein erstes Durchgangsloch 208a entsprechend der ersten Sensorzelle 15A und ein zweites Durchgangsloch 208b entsprechend der zweiten Sensorzelle 15B bereitgestellt. Darüber hinaus ist innerhalb der Innenoberfläche des Außenseitenelements 142 ein NH₃-Oxidationskatalysator auf einer Innenoberfläche auf der Seite der ersten Sensorzelle 15A aufgebracht, und ein inerter NH₃-Katalysator ist auf einer Innenoberfläche auf der Seite der zweiten Sensorzelle 15B aufgebracht.
Aufgrund des vorstehend beschriebenen Aufbaus erzeugt der zweite Gassensorsatz 1000B die gleichen vorteilhaften Effekte wie diejenigen des vorstehend beschriebenen ersten Gassensorsatzes 1000A. Darüber hinaus sind in dem Gassensor 500 des zweiten Gassensorsatzes 1000B die erste Sensorzelle 15A und die zweite Sensorzelle 15B in einem Strukturkörper 14 integriert. Daher kann, wie es in 17A und 17B gezeigt ist, ein einzelner Gassensor 500 an der Abgasleitung 1002 angebracht werden und die Struktur zum Anbringen des Gassensors 500 an der Abgasleitung 1002 kann vereinfacht werden. Darüber hinaus kann, da die Außenseitenpumpelektrode 46 gemeinsam mit der ersten Sensorzelle 15A und der zweiten Sensorzelle 15B bereitgestellt ist und in der gleichen Weise die Referenzelektrode 52 gemeinsam mit der ersten Sensorzelle 15A und der zweiten Sensorzelle 15B bereitgestellt ist, die Anzahl von Verdrahtungen vermindert werden.
[Von der Ausführungsform erhaltene Erfindungen]
Nachstehend werden die Erfindungen beschrieben, die aus der vorstehend beschriebenen Ausführungsform erhalten werden können.
[1] Der erste Gassensorsatz 1000A ist ein Gassensorsatz, der zum Erfassen einer Mehrzahl von Zielkomponenten ausgebildet ist und mindestens zwei Gassensoren umfasst, die in der Abgasleitung 1002 eingebaut sind, wobei:

von den mindestens zwei Gassensoren der mindestens eine erste Gassensor 500A das erste Sensorelement 502A umfasst, das die erste Sensorzelle 15A umfasst, die in dem ersten Strukturkörper 14A ausgebildet ist, der aus mindestens dem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten ausgebildet ist;
von den mindestens zwei Gassensoren der mindestens eine zweite Gassensor 500B das zweite Sensorelement 502B umfasst, das die zweite Sensorzelle 15B umfasst, die in dem zweiten Strukturkörper 14B ausgebildet ist, der aus dem mindestens einen Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten ausgebildet ist;
der Oxidationskatalysator für eine Zielkomponente aus einer Mehrzahl von Zielkomponenten auf einem Bereich entsprechend mindestens dem Gaseinführungsabschnitt des ersten Sensorelements 502A aufgebracht ist; und
der inerte Katalysator für die eine Zielkomponente auf einem Bereich entsprechend mindestens dem Gaseinführungsabschnitt des zweiten Sensorelements 502B aufgebracht ist.

Gemäß einem solchen Aufbau können sowohl eine Verminderung der Genauigkeit der Berechnung der Konzentrationen aufgrund der Verlängerung des Umschaltzyklus als auch eine Verminderung der Genauigkeit der Berechnung der Konzentrationen aufgrund einer niedrigen Empfindlichkeit verhindert werden. Ferner können die jeweiligen Konzentrationen einer Mehrzahl von Zielkomponenten über einen längeren Zeitraum selbst in einer Atmosphäre einer unverbrannten Komponente, wie z.B. einem Abgas, und einer Mehrzahl von Zielkomponenten (beispielsweise NO und NH₃), die gemeinsam in der Gegenwart von Sauerstoff vorliegen, genau gemessen werden.
Darüber hinaus ist der Oxidationskatalysator für die eine Zielkomponente von der Mehrzahl von Zielkomponenten auf einem Bereich entsprechend mindestens dem Gaseinführungsabschnitt des ersten Sensorelements 502A aufgebracht und der inerte Katalysator für die eine Zielkomponente ist auf einem Bereich entsprechend mindestens dem Gaseinführungsabschnitt des zweiten Sensorelements 502B aufgebracht. Daher kann der erste Gassensorsatz 1000A lediglich durch Ändern der Software des Steuersystems des ersten Gassensors 500A und des zweiten Gassensors 500B das Verfahren des Messens der jeweiligen Konzentrationen von NO und NH₃ einfach realisieren, das bisher nicht realisiert werden konnte, ohne separat verschiedene Messvorrichtungen oder dergleichen als Hardware hinzuzufügen. Als Ergebnis kann die Genauigkeit des Steuerns eines NOx-Reinigungssystems und des Erfassens von dessen Versagen verbessert werden. Insbesondere kann zwischen NO und NH₃ in einem Abgas stromabwärts von einem SCR-System unterschieden werden, was zur genauen Steuerung der eingespritzten Menge von Harnstoff sowie zur Erfassung einer Verschlechterung des SCR-Systems beiträgt.
[2] In den ersten Gassensorsatz 1000A ist ferner die erste Schutzabdeckung 504A einbezogen, die zum Schützen mindestens des Gaseinführungsabschnitts des ersten Sensorelements 502A ausgebildet ist, wobei die erste Schutzabdeckung 504A umfasst:

das erste Innenseitenelement 140A, das in einer umgebenden Beziehung zu einem Seitenabschnitt des ersten Sensorelements 502A angeordnet ist, und die erste Innenseitenabdeckung 130A, die zum Abdecken mindestens des Gaseinführungsabschnitts des ersten Sensorelements 502A ausgebildet ist; und
die erste Außenseitenabdeckung 132A, die zum Schützen der ersten Innenseitenabdeckung 130A, zum Einführen von Gas durch eine Öffnung 150A und zum Leiten des Gases rückwärts von der ersten Innenseitenabdeckung 130A ausgebildet ist;
wobei die erste Innenseitenabdeckung 130A die hintere Öffnung 144A umfasst, die zum Leiten des Gases von hinten zu dem Gaseinführungsabschnitt des ersten Sensorelements 502A ausgebildet ist.

In der ersten Außenseitenabdeckung 132A der ersten Schutzabdeckung 504A in dem ersten Gassensor 500A wird das Gas durch die Öffnung 150A eingeführt. Das Gas, das in die erste Außenseitenabdeckung 132A eingeführt wird, wird rückwärts von der ersten Innenseitenabdeckung 130A geleitet und wird durch die hintere Öffnung 144A der ersten Innenseitenabdeckung 130A zu dem Gaseinführungsabschnitt des ersten Sensorelements 502A geleitet. Da insbesondere der Oxidationskatalysator für die eine Zielkomponente auf einem Bereich entsprechend mindestens dem Gaseinführungsabschnitt des ersten Sensorelements 502A aufgebracht ist, kann die eine Zielkomponente, die in dem Gas enthalten ist, das zu dem Gaseinführungsabschnitt geleitet wird, effizient oxidiert werden. Gemäß diesem Merkmal wird in einer Kombination mit der inaktiven oder inerten Wirkung in Bezug auf die eine Zielkomponente durch die zweite Schutzabdeckung 504B des zweiten Gassensors 500B ein Beitrag zur Messung der jeweiligen Konzentrationen, beispielsweise von NO und NH₃, geleistet.
[3] In den ersten Gassensorsatz 1000A ist ferner die zweite Schutzabdeckung 504B einbezogen, die zum Schützen mindestens des Gaseinführungsabschnitts des zweiten Sensorelements 502B ausgebildet ist, wobei die zweite Schutzabdeckung 504B das zweite Innenseitenelement 140B, das in einer umgebenden Beziehung zu dem Seitenabschnitt des zweiten Sensorelements 502B angeordnet ist, und die zweite Innenseitenabdeckung 130B, die zum Abdecken mindestens des Gaseinführungsabschnitts des zweiten Sensorelements 502B ausgebildet ist, umfasst; und
die zweite Außenseitenabdeckung 132B zum Schützen der zweiten Innenseitenabdeckung 130B, zum Einführen des Gases durch die Öffnung 150B und zum Leiten des Gases rückwärts von der zweiten Innenseitenabdeckung 130B ausgebildet ist;
wobei die zweite Innenseitenabdeckung 130B die hintere Öffnung 144B umfasst, die zum Leiten des Gases von hinten zu dem Gaseinführungsabschnitt des zweiten Sensorelements 502B ausgebildet ist.
In der zweiten Außenseitenabdeckung 132B der zweiten Schutzabdeckung 504B wird das Gas durch die Öffnung 150B eingeführt. Das Gas, das in die zweite Außenseitenabdeckung 132B eingeführt wird, wird rückwärts von der zweiten Innenseitenabdeckung 130B geleitet und wird durch die hintere Öffnung 144B der zweiten Innenseitenabdeckung 130B zu dem Gaseinführungsabschnitt des zweiten Sensorelements 502B geleitet. Da insbesondere der inerte Katalysator für die eine Zielkomponente auf einem Bereich entsprechend mindestens dem Gaseinführungsabschnitt des zweiten Sensorelements 502B aufgebracht ist, wird die eine Zielkomponente, die in dem Gas enthalten ist, das zu dem Gaseinführungsabschnitt geleitet wird, als solche bewahrt, ohne oxidiert zu werden. Gemäß diesem Merkmal wird in einer Kombination mit der Oxidationswirkung in Bezug auf die eine Zielkomponente durch die erste Schutzabdeckung 504A des ersten Gassensors 500A ein Beitrag zur Messung der jeweiligen Konzentrationen, beispielsweise von NO und NH₃, geleistet.
[4] In dem ersten Gassensorsatz 1000A umfasst die erste Schutzabdeckung 504A:

das erste Innenseitenelement 140A, das in einer umgebenden Beziehung zu dem Seitenabschnitt des ersten Sensorelements 502A angeordnet ist und die Mehrzahl von Durchgangslöchern in dem hinteren Teil davon aufweist;
die erste Innenseitenabdeckung 130A, die zum Schützen mindestens des Gaseinführungsabschnitts des ersten Sensorelements 502A ausgebildet ist; und
die erste Außenseitenabdeckung 132A, die zum Schützen der ersten Innenseitenabdeckung 130A, zum Einführen des Gases durch die Öffnung 150A und zum Leiten des Gases zu der ersten Innenseitenabdeckung 130A ausgebildet ist;
wobei die erste Innenseitenabdeckung 130A das Verteilungselement 162A umfasst, das zum Bewirken, dass das Messgas, das in die Lücke zwischen der ersten Außenseitenabdeckung 132A und dem ersten Innenseitenelement 140A eingetreten ist, sich ausbreitet oder verteilt, und zum Leiten des Messgases rückwärts von dem ersten Innenseitenelement 140A ausgebildet ist.

Gemäß einem solchen Aufbau wird in der ersten Außenseitenabdeckung 132A der ersten Schutzabdeckung 504A in dem ersten Gassensor 500A das Gas durch die Öffnung 150A eingeführt. Das Gas, das in die erste Außenseitenabdeckung 132A eingeführt wird, wird von dem ersten Innenseitenelement 140A durch das Verteilungselement 162A rückwärts geleitet und wird ferner durch die Mehrzahl von Durchgangslöchern 160A des ersten Innenseitenelements 140A zu dem Gaseinführungsabschnitt des ersten Sensorelements 502A geleitet. Insbesondere kann in der ersten Schutzabdeckung 504A, da der Oxidationskatalysator für die eine Zielkomponente auf einem Bereich entsprechend mindestens dem Gaseinführungsabschnitt des ersten Sensorelements 502A aufgebracht ist, die Zielkomponente, die in dem Gas enthalten ist, das zu dem Gaseinführungsabschnitt geleitet wird, effizient oxidiert werden. Gemäß diesem Merkmal wird in einer Kombination mit der inaktiven oder inerten Wirkung in Bezug auf die eine Zielkomponente durch die zweite Schutzabdeckung 504B des zweiten Gassensors 500B ein Beitrag zur Messung der jeweiligen Konzentrationen, wie beispielsweise von NO und NH₃, geleistet.
[5] In dem ersten Gassensorsatz 1000A umfasst die zweite Schutzabdeckung 504B:

das zweite Innenseitenelement 140B, das in einer umgebenden Beziehung zu dem Seitenabschnitt des zweiten Sensorelements 502B angeordnet ist und die Mehrzahl von Durchgangslöchern 160B in dem hinteren Teil davon aufweist;
die zweite Innenseitenabdeckung 130B, die zum Schützen mindestens des Gaseinführungsabschnitts des zweiten Sensorelements 502B ausgebildet ist; und
die zweite Außenseitenabdeckung 132B, die zum Schützen mindestens der zweiten Innenseitenabdeckung 130B ausgebildet ist;
wobei die zweite Innenseitenabdeckung 130B ein Verteilungselement 162B umfasst, das zum Bewirken, dass das Messgas, das in eine Lücke zwischen der zweiten Außenseitenabdeckung 132B und dem zweiten Innenseitenelement 140B eingetreten ist, sich ausbreitet oder verteilt, und zum Leiten des Messgases rückwärts von dem zweiten Innenseitenelement 140B ausgebildet ist.

Gemäß einem solchen Aufbau wird in der zweiten Außenseitenabdeckung 132B der zweiten Schutzabdeckung 504B in dem zweiten Gassensor 500B das Gas durch die Öffnung 150B eingeführt. Das Gas, das in die zweite Außenseitenabdeckung 132B eingeführt wird, wird rückwärts von dem zweiten Innenseitenelement 140B durch das Verteilungselement 162B geleitet und wird ferner durch eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 160B des zweiten Innenseitenelements 140B zu dem Gaseinführungsabschnitt des zweiten Sensorelements 502B geleitet. Insbesondere wird in der zweiten Schutzabdeckung 504B, da der inerte Katalysator für die eine Zielkomponente auf einem Bereich entsprechend mindestens dem Gaseinführungsabschnitt des zweiten Sensorelements 502B aufgebracht ist, die eine Zielkomponente, die in dem Gas enthalten ist, das zu dem Gaseinführungsabschnitt geleitet wird, als solche bewahrt, ohne oxidiert zu werden. Gemäß diesem Merkmal wird in einer Kombination mit der oxidierenden Wirkung in Bezug auf die eine Zielkomponente durch die erste Schutzabdeckung 504A des ersten Gassensors 500A ein Beitrag zur Messung der jeweiligen Konzentrationen, beispielsweise von NO und NH₃, geleistet.
[6] In dem ersten Gassensorsatz 1000A ist der Oxidationskatalysator innerhalb der ersten Schutzabdeckung 504A auf mindestens der Innenoberfläche des ersten Innenseitenelements 140A oder mindestens der Innenoberfläche der ersten Innenseitenabdeckung 130A oder mindestens der Innenoberfläche des ersten Innenseitenelements 140A und der Innenoberfläche der ersten Innenseitenabdeckung 130A aufgebracht; und
der inerte Katalysator innerhalb der zweiten Schutzabdeckung 504B ist auf mindestens der Innenoberfläche des zweiten Innenseitenelements 140B oder mindestens der Innenoberfläche der zweiten Innenseitenabdeckung 130B oder mindestens der Innenoberfläche des zweiten Innenseitenelements 140B und der Innenoberfläche der zweiten Innenseitenabdeckung 130B aufgebracht.
Mindestens der Gaseinführungsabschnitt des ersten Sensorelements 502A liegt auf der Innenoberfläche des ersten Innenseitenelements 140A und der Innenoberfläche der ersten Innenseitenabdeckung 130A frei. Ferner ist innerhalb der ersten Schutzabdeckung 504A der Oxidationskatalysator für die eine Zielkomponente auf mindestens der Innenoberfläche des ersten Innenseitenelements 140A oder mindestens der Innenoberfläche der ersten Innenseitenabdeckung 130A oder mindestens der Innenoberfläche des ersten Innenseitenelements 140A und der Innenoberfläche der ersten Innenseitenabdeckung 130A aufgebracht. Daher kann die eine Zielkomponente, die in dem Gas enthalten ist, das zu dem Gaseinführungsabschnitt geleitet wird, effizient oxidiert werden.
Mindestens der Gaseinführungsabschnitt des zweiten Sensorelements 502B liegt auf der Innenoberfläche des zweiten Innenseitenelements 140B und der Innenoberfläche der zweiten Innenseitenabdeckung 130B frei. Ferner ist innerhalb der zweiten Schutzabdeckung 504B der inerte Katalysator für die eine Zielkomponente auf mindestens der Innenoberfläche des zweiten Innenseitenelements 140B oder mindestens der Innenoberfläche der zweiten Innenseitenabdeckung 130B oder mindestens der Innenoberfläche des zweiten Innenseitenelements 140B und der Innenoberfläche der zweiten Innenseitenabdeckung 130B aufgebracht. Daher wird die eine Zielkomponente, die in dem Gas enthalten ist, das zu dem Gaseinführungsabschnitt geleitet wird, als solche bewahrt, ohne oxidiert zu werden.
[7] In dem ersten Gassensorsatz 1000A sind ferner die erste Temperatursteuervorrichtung 100A, die zum Steuern der Temperatur der ersten Sensorzelle 15A ausgebildet ist;
die zweite Temperatursteuervorrichtung 100B, die zum Steuern der Temperatur der zweiten Sensorzelle 15B ausgebildet ist;
die erste Sauerstoffkonzentration-Steuervorrichtung 102A und die zweite Sauerstoffkonzentration-Steuervorrichtung 102B; und
die Zielkomponentenkonzentration-Erfassungsvorrichtung 104 bereitgestellt;
wobei jede der ersten Sensorzelle 15A und der zweiten Sensorzelle 15B in einer Richtung, in der ein Gas eingeführt wird, mindestens mit der Gaseinführungsöffnung 16A (16B), dem ersten Diffusionsrateneinstellelement 34A (34B), der ersten Kammer (der ersten Diffusionswiderstand-Einstellkammer 24A (der zweiten Diffusionswiderstand-Einstellkammer 24B)), dem zweiten Diffusionsrateneinstellelement 36A (36B), der zweiten Kammer (der ersten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18A (der zweiten Sauerstoffkonzentration-Einstellkammer 18B)), dem dritten Diffusionsrateneinstellelement 38A (38B) und der Messkammer 20A (20B) versehen ist;
die Messkammer 20A der ersten Sensorzelle 15A die erste Messpumpzelle 60A umfasst;
die Messkammer 20B der zweiten Sensorzelle 15B die zweite Messpumpzelle 60B umfasst;
die erste Sauerstoffkonzentration-Steuervorrichtung 102A die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Kammer 18A der ersten Sensorzelle 15A steuert;
die zweite Sauerstoffkonzentration-Steuervorrichtung 102B die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Kammer 18B der zweiten Sensorzelle 15B steuert; und
die Zielkomponentenkonzentration-Erfassungsvorrichtung 104:

die Konzentration der zweiten Zielkomponente auf der Basis der Differenz zwischen einem Stromwert, der zu der ersten Messpumpzelle 60A fließt, und einem Stromwert, der zu der zweiten Messpumpzelle 60B fließt, erfasst;
die Gesamtkonzentration einer ersten Zielkomponente und der zweiten Zielkomponente durch den Stromwert, der zu der zweiten Messpumpzelle 60B fließt, erfasst; und
die Konzentration der ersten Zielkomponente durch Subtrahieren der Konzentration der zweiten Zielkomponente von der Gesamtkonzentration erfasst.

Gemäß einem solchen Aufbau können die jeweiligen Konzentrationen einer Mehrzahl von Zielkomponenten über einen längeren Zeitraum selbst in einer Atmosphäre einer unverbrannten Komponente, wie z.B. einem Abgas, und einer Mehrzahl von Zielkomponenten (beispielsweise NO und NH₃), die gemeinsam in der Gegenwart von Sauerstoff vorliegen, genau gemessen werden.
Darüber hinaus kann in dem ersten Gassensorsatz 1000A durch Aufbringen des Oxidationskatalysators für die eine Zielkomponente auf die erste Schutzabdeckung 504A und dergleichen, Aufbringen des inerten Katalysators für die eine Zielkomponente auf die zweite Schutzabdeckung 504B und dergleichen und lediglich durch Ändern der Software des Steuersystems des ersten Gassensors 500A und des zweiten Gassensors 500B das Verfahren zum Messen der jeweiligen Konzentrationen von NO und NH₃ einfach realisiert werden, das bisher nicht realisiert werden konnte, ohne separat verschiedene Messvorrichtungen oder dergleichen als Hardware hinzuzufügen. Als Ergebnis kann die Genauigkeit des Steuerns eines NOx-Reinigungssystems und des Erfassens von dessen Versagen verbessert werden. Insbesondere kann zwischen NO und NH₃ in einem Abgas stromabwärts von einem SCR-System unterschieden werden, was zu einer genauen Steuerung der eingespritzten Menge von Harnstoff sowie zur Erfassung einer Verschlechterung des SCR-Systems beiträgt.
[8] In dem ersten Gassensorsatz 1000A ist von der Mehrzahl von Zielkomponenten eine der Zielkomponenten NH₃ und die andere der Zielkomponenten ist NO. Gemäß diesem Merkmal kann zwischen NO und NH₃ in einem Abgas stromabwärts von einem SCR-System unterschieden werden, was zu einer genauen Steuerung der eingespritzten Menge von Harnstoff sowie zur Erfassung einer Verschlechterung des SCR-Systems beiträgt.
[9] In dem ersten Gassensorsatz 1000A nutzt die Zielkomponentenkonzentration-Erfassungsvorrichtung 104 das Kennfeld 110, in dem die Beziehung zwischen der NO-Konzentration und der NH₃-Konzentration jeweils durch den Stromwert Ip6, der im Vorhinein experimentell gemessen wird, der zu der zweiten Messpumpzelle 60B fließt, und die Differenz ΔIp zwischen dem Stromwert Ip3, der zu der ersten Messpumpzelle 60A fließt, und dem Stromwert Ip6, der zu der zweiten Messpumpzelle 60B fließt, festgelegt ist; und bestimmt die jeweiligen Konzentrationen von NO und NH₃ durch Vergleichen des Stromwerts Ip6, der während des tatsächlichen Gebrauchs zu der zweiten Messpumpzelle 60B fließt, und der Differenz Δlp zwischen dem Stromwert Ip3, der zu der ersten Messpumpzelle 60A fließt, und dem Stromwert Ip6, der zu der zweiten Messpumpzelle 60B fließt, mit dem Kennfeld 110.
Lediglich durch Ändern der Software des Steuersystems des ersten Gassensors 500A und des zweiten Gassensors 500B kann der erste Gassensorsatz 1000A das Verfahren zum Messen der jeweiligen Konzentrationen von NO und NH₃ einfach realisieren, das bisher nicht realisiert werden konnte, ohne separat verschiedene Messvorrichtungen oder dergleichen als Hardware hinzuzufügen.
[10] Der zweite Gassensorsatz 1000B ist ein Gassensorsatz, der zum Erfassen einer Mehrzahl von Zielkomponenten ausgebildet ist und den Gassensor 500 umfasst, der in der Abgasleitung 1002 eingebaut ist; wobei der Gassensor 500 umfasst:

den Strukturkörper 14, der aus mindestens dem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten ausgebildet ist;
das Sensorelement 502, das die erste Sensorzelle 15A, die in dem Strukturkörper 14 ausgebildet ist und den ersten Gaseinführungsabschnitt aufweist, und die zweite Sensorzelle 15B, die in dem Strukturkörper 14 ausgebildet ist und den zweiten Gaseinführungsabschnitt aufweist, umfasst; und
die Schutzabdeckung 504, die zum Schützen mindestens des ersten Gaseinführungsabschnitts und des zweiten Gaseinführungsabschnitts des Sensorelements 502 ausgebildet ist; und
auf der Schutzabdeckung 504:
- der Oxidationskatalysator für die Zielkomponente von der Mehrzahl von Zielkomponenten auf einem Bereich entsprechend mindestens dem ersten Gaseinführungsabschnitt des Sensorelements 502 aufgebracht ist; und
- der inerte Katalysator für die eine Zielkomponente auf einem Bereich entsprechend mindestens dem zweiten Gaseinführungsabschnitt des Sensorelements 502 aufgebracht ist.

In dem zweiten Gassensorsatz 1000B kann neben dem Bereitstellen der gleichen vorteilhaften Effekte wie diejenigen des vorstehend beschriebenen ersten Gassensorsatzes 1000A, da die erste Sensorzelle 15A und die zweite Sensorzelle 15B zu einem Strukturkörper 14 integriert sind, ein einzelner Gassensor 500 an der Abgasleitung 1002 angebracht werden und die Struktur zum Anbringen des Gassensors 500 an der Abgasleitung 1002 kann vereinfacht werden. Darüber hinaus ist die Außenseitenpumpelektrode 46 zusammen mit der ersten Sensorzelle 15A und der zweiten Sensorzelle 15B bereitgestellt und in der gleichen Weise kann, da die Referenzelektrode 52 zusammen mit der ersten Sensorzelle 15A und der zweiten Sensorzelle 15B bereitgestellt werden kann, einhergehend mit dem Ermöglichen einer Verminderung der Größe des zweiten Gassensorsatzes 1000B die Anzahl der Verdrahtungen vermindert werden.
In dem vorstehend beschriebenen zweiten Gassensorsatz 1000B kann der NH₃-Oxidationskatalysator auf der Innenseite der ersten Gaseinführungsöffnung 16A des Sensorelements 502 aufgebracht sein und der inerte NH₃-Katalysator kann auf der Innenseite der zweiten Gaseinführungsöffnung 16B aufgebracht sein.
[11] In dem zweiten Gassensorsatz 1000B:

umfasst die Schutzabdeckung 504 die Innenseitenabdeckung 130, die zum Schützen mindestens des ersten Gaseinführungsabschnitts und des zweiten Gaseinführungsabschnitts ausgebildet ist, und eine Außenseitenabdeckung 132, die zum Schützen der Innenseitenabdeckung ausgebildet ist;
umfasst die Innenseitenabdeckung 130 das Trennelement 202, das zum Trennen des Bereichs entsprechend dem ersten Gaseinführungsabschnitt und des Bereichs entsprechend dem zweiten Gaseinführungsabschnitt ausgebildet ist;
ist der Oxidationskatalysator innerhalb der Innenseitenabdeckung 130 auf einem Bereich entsprechend dem ersten Gaseinführungsabschnitt aufgebracht, der durch das Trennelement 202 getrennt ist; und
ist der inerte Katalysator innerhalb der Innenseitenabdeckung 130 auf einem Bereich entsprechend dem zweiten Gaseinführungsabschnitt aufgebracht, der durch das Trennelement 202 getrennt ist.

Gemäß einem solchen Aufbau wird in dem Gas, das in die Innenseitenabdeckung 130 eingeführt wird, die eine Zielkomponente des Gases, das über den Bereich entsprechend dem ersten Gaseinführungsabschnitt, der durch das Trennelement 202 getrennt ist, eingeführt wird, durch den Oxidationskatalysator oxidiert. Entsprechend wird in dem Gas, das in die Innenseitenabdeckung 130 eingeführt wird, die eine Zielkomponente des Gases, das über den Bereich entsprechend dem zweiten Gaseinführungsabschnitt, der durch das Trennelement 202 getrennt ist, eingeführt wird, als solche bewahrt, ohne oxidiert zu werden.
Mit anderen Worten, auf der Innenseitenabdeckung 130 kann durch Bereitstellen des Trennelements 202, das den Bereich entsprechend dem ersten Gaseinführungsabschnitt und den Bereich entsprechend dem zweiten Gaseinführungsabschnitt trennt, der Gassensor 500, in dem die erste Sensorzelle 15A und die zweite Sensorzelle 15B zu dem einzelnen Strukturkörper 14 integriert sind, mit einer Funktion versehen werden, welche die eine Zielkomponente und die andere Zielkomponente erfassen kann.
[12] In dem zweiten Gassensorsatz 1000B umfasst die Schutzabdeckung 504 die Innenseitenabdeckung 130, die zum Schützen mindestens des ersten Gaseinführungsabschnitts und des zweiten Gaseinführungsabschnitts ausgebildet ist, und die Außenseitenabdeckung 132, die zum Schützen der Innenseitenabdeckung 130 ausgebildet ist; und
der Oxidationskatalysator ist auf mindestens dem ersten Gaseinführungsabschnitt des Sensorelements 502 aufgebracht und der inerte Katalysator ist auf mindestens dem zweiten Gaseinführungsabschnitt (beispielsweise der zweiten Gaseinführungsöffnung 16B) des Sensorelements 502 aufgebracht. Dementsprechend besteht kein Bedarf dahingehend, das Trennelement 202 zwischen der Innenseitenabdeckung 130 und dem Abschnitt entsprechend der Grenze zwischen der ersten Sensorzelle 15A und der zweiten Sensorzelle 15B bereitzustellen, und der Aufbau kann vereinfacht werden.
[13] In dem zweiten Gassensorsatz 1000B:

umfasst die Innenseitenabdeckung 130 die erste Öffnung 206a, die in einem Abschnitt eines Bereichs entsprechend dem ersten Gaseinführungsabschnitt bereitgestellt ist, und die zweite Öffnung 206b, die in einem Abschnitt des Bereichs entsprechend dem zweiten Gaseinführungsabschnitt bereitgestellt ist;
führt die Außenseitenabdeckung 132 ein Gas durch die Öffnung 150 von im Wesentlichen einem Zwischenabschnitt in einer Längsrichtung ein und leitet das Gas innerhalb der Innenseitenabdeckung 130 rückwärts von dem Bereich entsprechend dem ersten Gaseinführungsabschnitt und rückwärts von dem Bereich entsprechend dem zweiten Gaseinführungsabschnitt; und
führt die Innenseitenabdeckung 130 das Gas von hinten durch die hintere Öffnung 144 ein, leitet das Gas zu dem ersten Gaseinführungsabschnitt und dem zweiten Gaseinführungsabschnitt des Sensorelements 502 und leitet das Gas durch die erste Öffnung 206a und die zweite Öffnung 206b zu der Seite der Außenseitenabdeckung 132.

Gemäß einem solchen Aufbau wird das Gas, das durch die Öffnung 150 der Außenseitenabdeckung 132 in die Richtung der Innenseitenabdeckung 130 eingeführt wird, rückwärts von dem Bereich entsprechend dem ersten Gaseinführungsabschnitt geleitet und rückwärts von dem Bereich entsprechend dem zweiten Gaseinführungsabschnitt geleitet.
Die Innenseitenabdeckung 130 führt das Gas durch die hintere Öffnung 144 von jeweiligen rückwärtigen Richtungen in das Innere der Innenseitenabdeckung 130 ein und leitet das Gas zu dem ersten Gaseinführungsabschnitt und dem zweiten Gaseinführungsabschnitt des Sensorelements 502. Dabei wird innerhalb der Innenseitenabdeckung 130 in dem Bereich entsprechend dem ersten Gaseinführungsabschnitt, der durch das Trennelement 202 getrennt ist, die eine Zielkomponente des eingeführten Gases oxidiert, wohingegen in dem Bereich entsprechend dem zweiten Gaseinführungsabschnitt die eine Zielkomponente des eingeführten Gases als solche bewahrt wird, ohne oxidiert zu werden. Folglich können die Konzentrationen beispielsweise von NO und NH₃ gemessen werden. Darüber hinaus wird das Gas, das in das Innere der Innenseitenabdeckung 130 eingeführt wird, durch die erste Öffnung 208a und die zweite Öffnung 208b, die in der Innenseitenabdeckung 130 bereitgestellt sind, zu der Seite der Außenseitenabdeckung 132 geleitet.
[14] In dem Verfahren zum Messen von Konzentrationen einer Mehrzahl von Zielkomponenten in dem zu messenden Gas durch den Gassensor
umfasst der Gassensorsatz die erste Sensorzelle 15A und die zweite Sensorzelle 15B;
ist jede der ersten Sensorzelle 15A und der zweiten Sensorzelle 15B in einer Richtung, in der das Gas eingeführt wird, mindestens mit der Gaseinführungsöffnung 16A (16B), dem ersten Diffusionsrateneinstellelement 34A (34B), der ersten Kammer 24A (24B), dem zweiten Diffusionsrateneinstellelement 36A (36B), der zweiten Kammer 18A (18B), dem dritten Diffusionsrateneinstellelement 38A (38B) und der Messkammer 20A (20B) versehen;
umfasst die Messkammer 20A der ersten Sensorzelle 15A die erste Messpumpzelle 60A; und
umfasst die Messkammer 20B der zweiten Sensorzelle 15B die zweite Messpumpzelle 60B,
wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

Erfassen der Konzentration der zweiten Zielkomponente auf der Basis einer Differenz zwischen einem Stromwert, der zu der ersten Messpumpzelle 60A fließt, und einem Stromwert, der zu der zweiten Messpumpzelle 60B fließt;
Erfassen einer Gesamtkonzentration der ersten Zielkomponente und der zweiten Zielkomponente durch den Stromwert, der zu der zweiten Messpumpzelle 60B fließt; und
Erfassen einer Konzentration der ersten Zielkomponente durch Subtrahieren der Konzentration der zweiten Zielkomponente von der Gesamtkonzentration.

Gemäß einem solchen Aufbau können die jeweiligen Konzentrationen einer Mehrzahl von Zielkomponenten über einen längeren Zeitraum selbst in einer Atmosphäre einer unverbrannten Komponente, wie z.B. einem Abgas, und einer Mehrzahl von Zielkomponenten (beispielsweise NO und NH₃), die gemeinsam in der Gegenwart von Sauerstoff vorliegen, genau gemessen werden.
Darüber hinaus kann durch Aufbringen des Oxidationskatalysators für die eine Zielkomponente auf die erste Schutzabdeckung 504A und dergleichen, Aufbringen des inerten Katalysators für die eine Zielkomponente auf die zweite Schutzabdeckung 504B und dergleichen, und lediglich durch Ändern der Software des Steuersystems des ersten Gassensors 500A und des zweiten Gassensors 500B das Verfahren zum Messen der jeweiligen Konzentrationen von NO und NH₃ einfach realisiert werden, das bisher nicht realisiert werden konnte, ohne separat verschiedene Messvorrichtungen oder dergleichen als Hardware hinzuzufügen. Als Ergebnis kann die Genauigkeit des Steuerns eines NOx-Reinigungssystems und des Erfassens von dessen Versagen verbessert werden. Insbesondere kann zwischen NO und NH₃ in einem Abgas stromabwärts von einem SCR-System unterschieden werden, was zu einem genauen Steuern der eingespritzten Menge von Harnstoff sowie zu einer genauen Erfassung einer Verschlechterung des SCR-Systems beiträgt.
Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung können verschiedene Konfigurationen zum Verbessern der Zuverlässigkeit als Komponenten für ein Kraftfahrzeug in einem Ausmaß hinzugefügt werden, dass das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2017/222002 [0003, 0004]

Claims

Gassensorsatz, der zum Erfassen einer Mehrzahl von Zielkomponenten ausgebildet ist und mindestens zwei Gassensoren umfasst, die in einer Abgasleitung (1002) eingebaut sind, wobei: von den mindestens zwei Gassensoren mindestens ein erster Gassensor (500A) ein erstes Sensorelement (502A) umfasst, das eine erste Sensorzelle (15A) umfasst, die in einem ersten Strukturkörper (14A) ausgebildet ist, der aus mindestens einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten ausgebildet ist; von den mindestens zwei Gassensoren mindestens ein zweiter Gassensor (500B) ein zweites Sensorelement (502B) umfasst, das eine zweite Sensorzelle (15B) umfasst, die in einem zweiten Strukturkörper (14B) ausgebildet ist, der aus mindestens einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten ausgebildet ist; ein Oxidationskatalysator für eine Zielkomponente aus einer Mehrzahl von Zielkomponenten auf einem Bereich entsprechend mindestens einem Gaseinführungsabschnitt des ersten Sensorelements (502A) aufgebracht ist; und ein inerter Katalysator für die eine Zielkomponente auf einem Bereich entsprechend mindestens einem Gaseinführungsabschnitt des zweiten Sensorelements (502B) aufgebracht ist.
Gassensorsatz nach Anspruch 1, der ferner eine erste Schutzabdeckung (504A) umfasst, die zum Schützen mindestens des Gaseinführungsabschnitts des ersten Sensorelements (502A) ausgebildet ist, wobei die erste Schutzabdeckung (504A) umfasst: ein erstes Innenseitenelement (140A), das in einer umgebenden Beziehung zu einem Seitenabschnitt des ersten Sensorelements (502A) angeordnet ist; eine erste Innenseitenabdeckung (130A), die zum Abdecken mindestens des Gaseinführungsabschnitts des ersten Sensorelements (502A) ausgebildet ist; und eine erste Außenseitenabdeckung (132A), die zum Schützen der ersten Innenseitenabdeckung (130A), zum Einführen von Gas durch eine Öffnung (150A) und zum Leiten des Gases rückwärts von der ersten Innenseitenabdeckung (130A) ausgebildet ist; wobei die erste Innenseitenabdeckung (130A) eine hintere Öffnung (144A) umfasst, die zum Leiten des Gases von hinten zu dem Gaseinführungsabschnitt des ersten Sensorelements (502A) ausgebildet ist.
Gassensorsatz nach Anspruch 1 oder 2, der ferner eine zweite Schutzabdeckung (504B) umfasst, die zum Schützen mindestens eines Gaseinführungsabschnitts des zweiten Sensorelements (502B) ausgebildet ist, wobei die zweite Schutzabdeckung (504B) umfasst: ein zweites Innenseitenelement (140B), das in einer umgebenden Beziehung zu einem Seitenabschnitt des zweiten Sensorelements (502B) angeordnet ist; eine zweite Innenseitenabdeckung (130B), die zum Abdecken mindestens des Gaseinführungsabschnitts des zweiten Sensorelements (502B) ausgebildet ist; und eine zweite Außenseitenabdeckung (132B), die zum Schützen der zweiten Innenseitenabdeckung (130B), zum Einführen von Gas durch eine Öffnung (150B) und zum Leiten des Gases rückwärts von der zweiten Innenseitenabdeckung (130B) ausgebildet ist; wobei die zweite Innenseitenabdeckung (130B) eine hintere Öffnung (144B) umfasst, die zum Leiten des Gases von hinten zu dem Gaseinführungsabschnitt des zweiten Sensorelements (502B) ausgebildet ist.
Gassensorsatz nach Anspruch 2, wobei die erste Schutzabdeckung (504A) umfasst: ein erstes Innenseitenelement (140A), das in einer umgebenden Beziehung zu einem Seitenabschnitt des ersten Sensorelements (502A) angeordnet ist und eine Mehrzahl von Durchgangslöchern in einem hinteren Teil davon aufweist; eine erste Innenseitenabdeckung (130A), die zum Schützen mindestens des Gaseinführungsabschnitts des ersten Sensorelements (502A) ausgebildet ist; und eine erste Außenseitenabdeckung (132A), die zum Schützen der ersten Innenseitenabdeckung (130A), zum Einführen von Gas durch eine Öffnung (150A) und zum Leiten des Gases zu der ersten Innenseitenabdeckung (130A) ausgebildet ist; wobei die erste Innenseitenabdeckung (130A) ein Verteilungselement (162A) umfasst, das zum Bewirken, dass ein Messgas, das in eine Lücke zwischen der ersten Außenseitenabdeckung (132A) und dem ersten Innenseitenelement (140A) eingetreten ist, sich ausbreitet oder verteilt, und zum Leiten des Messgases rückwärts von dem ersten Innenseitenelement (140A) ausgebildet ist.
Gassensorsatz nach Anspruch 3, wobei die zweite Schutzabdeckung (504B) umfasst: ein zweites Innenseitenelement (140B), das in einer umgebenden Beziehung zu einem Seitenabschnitt des zweiten Sensorelements (502B) angeordnet ist und eine Mehrzahl von Durchgangslöchern (160B) in einem hinteren Teil davon aufweist; eine zweite Innenseitenabdeckung (130B), die zum Schützen mindestens des Gaseinführungsabschnitts des zweiten Sensorelements (502B) ausgebildet ist; und eine zweite Außenseitenabdeckung (132B), die zum Schützen mindestens der zweiten Innenseitenabdeckung (130B) ausgebildet ist; wobei die zweite Innenseitenabdeckung (130B) ein Verteilungselement (162B) umfasst, das zum Bewirken, dass ein Messgas, das in eine Lücke zwischen der zweiten Außenseitenabdeckung (132B) und dem zweiten Innenseitenelement (140B) eingetreten ist, sich ausbreitet oder verteilt, und zum Leiten des Messgases rückwärts von dem zweiten Innenseitenelement (140B) ausgebildet ist.
Gassensorsatz nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei: der Oxidationskatalysator innerhalb der ersten Schutzabdeckung (504A) auf mindestens einer Innenoberfläche des ersten Innenseitenelements (140A) oder mindestens einer Innenoberfläche der ersten Innenseitenabdeckung (130A) oder mindestens einer Innenoberfläche des ersten Innenseitenelements (140A) und einer Innenoberfläche der ersten Innenseitenabdeckung (130A) aufgebracht ist; und ein inerter Katalysator innerhalb der zweiten Schutzabdeckung (504B) auf mindestens einer Innenoberfläche des zweiten Innenseitenelements (140B) oder mindestens einer Innenoberfläche der zweiten Innenseitenabdeckung (130B) oder mindestens einer Innenoberfläche des zweiten Innenseitenelements (140B) und einer Innenoberfläche der zweiten Innenseitenabdeckung (130B) aufgebracht ist.
Gassensorsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend: eine erste Temperatursteuervorrichtung (100A), die zum Steuern einer Temperatur der ersten Sensorzelle (15A) ausgebildet ist; eine zweite Temperatursteuervorrichtung (100B), die zum Steuern einer Temperatur der zweiten Sensorzelle (15B) ausgebildet ist; eine erste Sauerstoffkonzentration-Steuervorrichtung (102A) und eine zweite Sauerstoffkonzentration-Steuervorrichtung (102B); und eine Zielkomponentenkonzentration-Erfassungsvorrichtung (104); wobei jede der ersten Sensorzelle (15A) und der zweiten Sensorzelle (15B) in einer Richtung, in der ein Gas eingeführt wird, mindestens mit einer Gaseinführungsöffnung (16A, 16B), einem ersten Diffusionsrateneinstellelement (34A, 34B), einer ersten Kammer (24A, 24B), einem zweiten Diffusionsrateneinstellelement (36A, 36B), einer zweiten Kammer (18A, 18B), einem dritten Diffusionsrateneinstellelement (38A, 38B) und einer Messkammer (20A, 20B) versehen ist; die Messkammer (20A) der ersten Sensorzelle (15A) eine erste Messpumpzelle (60A) umfasst; und die Messkammer (20B) der zweiten Sensorzelle (15B) eine zweite Messpumpzelle (60B) umfasst; die erste Sauerstoffkonzentration-Steuervorrichtung (102A) eine Sauerstoffkonzentration in der zweiten Kammer (18A) der ersten Sensorzelle (15A) steuert; die zweite Sauerstoffkonzentration-Steuervorrichtung (102B) eine Sauerstoffkonzentration in der zweiten Kammer (18B) der zweiten Sensorzelle (15B) steuert; und die Zielkomponentenkonzentration-Erfassungsvorrichtung (104): eine Konzentration einer zweiten Zielkomponente auf der Basis einer Differenz zwischen einem Stromwert, der zu der ersten Messpumpzelle (60A) fließt, und einem Stromwert, der zu der zweiten Messpumpzelle (60B) fließt, erfasst; eine Gesamtkonzentration einer ersten Zielkomponente und der zweiten Zielkomponente durch den Stromwert, der zu der zweiten Messpumpzelle (60B) fließt, erfasst; und eine Konzentration der ersten Zielkomponente durch Subtrahieren der Konzentration der zweiten Zielkomponente von der Gesamtkonzentration erfasst.
Gassensorsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei von der Mehrzahl von Zielkomponenten eine der Zielkomponenten NH₃ ist und die andere der Zielkomponenten NO ist.
Gassensorsatz nach Anspruch 8, wobei die Zielkomponentenkonzentration-Erfassungsvorrichtung (104): ein Kennfeld (110) nutzt, in dem eine Beziehung zwischen einer NO-Konzentration und einer NH₃-Konzentration jeweils durch einen Stromwert (Ip6), der im Vorhinein experimentell gemessen wird, der zu der zweiten Messpumpzelle (60B) fließt, und eine Differenz (Δlp) zwischen einem Stromwert (Ip3), der zu der ersten Messpumpzelle (60A) fließt, und dem Stromwert (Ip6), der zu der zweiten Messpumpzelle (60B) fließt, festgelegt ist; und die jeweiligen Konzentrationen von NO und NH₃ durch Vergleichen des Stromwerts (Ip6), der während des tatsächlichen Gebrauchs zu der zweiten Messpumpzelle (60B) fließt, und der Differenz (Δlp) zwischen dem Stromwert (Ip3), der zu der ersten Messpumpzelle (60A) fließt, und dem Stromwert (Ip6), der zu der zweiten Messpumpzelle (60B) fließt, mit dem Kennfeld (110) bestimmt.
Gassensorsatz, der zum Erfassen einer Mehrzahl von Zielkomponenten ausgebildet ist und einen Gassensor (500) umfasst, der in einer Abgasleitung (1002) eingebaut ist; wobei der Gassensor (500) umfasst: einen Strukturkörper (14), der aus mindestens einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten ausgebildet ist; ein Sensorelement (502), das eine erste Sensorzelle (15A), die in dem Strukturkörper (14) ausgebildet ist und einen ersten Gaseinführungsabschnitt aufweist, und eine zweite Sensorzelle (15B), die in dem Strukturkörper (14) ausgebildet ist und einen zweiten Gaseinführungsabschnitt aufweist, umfasst; und eine Schutzabdeckung (504), die zum Schützen mindestens des ersten Gaseinführungsabschnitts und des zweiten Gaseinführungsabschnitts des Sensorelements (502) ausgebildet ist; und auf der Schutzabdeckung (504): ein Oxidationskatalysator für eine Zielkomponente von der Mehrzahl von Zielkomponenten auf einem Bereich entsprechend mindestens dem ersten Gaseinführungsabschnitt des Sensorelements (502) aufgebracht ist; und ein inerter Katalysator für die eine Zielkomponente auf einem Bereich entsprechend mindestens dem zweiten Gaseinführungsabschnitt des Sensorelements (502) aufgebracht ist.
Gassensorsatz nach Anspruch 10, wobei: die Schutzabdeckung (504) eine Innenseitenabdeckung (130), die zum Schützen mindestens des ersten Gaseinführungsabschnitts und des zweiten Gaseinführungsabschnitts ausgebildet ist, und eine Außenseitenabdeckung (132), die zum Schützen der Innenseitenabdeckung ausgebildet ist, umfasst; die Innenseitenabdeckung (130) ein Trennelement (202) umfasst, das zum Trennen eines Bereichs entsprechend dem ersten Gaseinführungsabschnitt und eines Bereichs entsprechend dem zweiten Gaseinführungsabschnitt ausgebildet ist; der Oxidationskatalysator innerhalb der Innenseitenabdeckung (130) auf einem Bereich entsprechend dem ersten Gaseinführungsabschnitt aufgebracht ist, der durch das Trennelement (202) getrennt ist; und der inerte Katalysator innerhalb der Innenseitenabdeckung (130) auf einem Bereich entsprechend dem zweiten Gaseinführungsabschnitt aufgebracht ist, der durch das Trennelement (202) getrennt ist.
Gassensorsatz nach Anspruch 10, wobei: die Schutzabdeckung (504) eine Innenseitenabdeckung (130) umfasst, die zum Schützen mindestens des ersten Gaseinführungsabschnitts und des zweiten Gaseinführungsabschnitts ausgebildet ist; und die Außenseitenabdeckung (132) zum Schützen der Innenseitenabdeckung (130) ausgebildet ist; wobei der Oxidationskatalysator auf mindestens dem ersten Gaseinführungsabschnitt des Sensorelements (502) aufgebracht ist und der inerte Katalysator auf mindestens dem zweiten Gaseinführungsabschnitt des Sensorelements (502) aufgebracht ist.
Gassensorsatz nach Anspruch 11 oder 12, wobei: die Innenseitenabdeckung (130) eine erste Öffnung (206a), die in einem Abschnitt des Bereichs entsprechend dem ersten Gaseinführungsabschnitt bereitgestellt ist, und eine zweite Öffnung (206b), die in einem Abschnitt des Bereichs entsprechend dem zweiten Gaseinführungsabschnitt bereitgestellt ist, umfasst; die Außenseitenabdeckung (132) ein Gas durch eine Öffnung (150) von im Wesentlichen einem Zwischenabschnitt in einer Längsrichtung einführt und das Gas innerhalb der Innenseitenabdeckung (130) rückwärts von dem Bereich entsprechend dem ersten Gaseinführungsabschnitt und rückwärts von dem Bereich entsprechend dem zweiten Gaseinführungsabschnitt leitet; und die Innenseitenabdeckung (130) das Gas von hinten durch eine hintere Öffnung (144) einführt, das Gas zu dem ersten Gaseinführungsabschnitt und dem zweiten Gaseinführungsabschnitt des Sensorelements (502) leitet und das Gas durch die erste Öffnung (206a) und die zweite Öffnung (206b) zu einer Seite der Außenseitenabdeckung (132) leitet.
Verfahren zum Messen von Konzentrationen einer Mehrzahl von Zielkomponenten in einem zu messenden Gas durch einen Gassensorsatz, wobei: der Gassensorsatz eine erste Sensorzelle (15A) und eine zweite Sensorzelle (15B) umfasst; jede der ersten Sensorzelle (15A) und der zweiten Sensorzelle (15B) in einer Richtung, in der ein Gas eingeführt wird, mindestens mit einer Gaseinführungsöffnung (16A (16B)), einem ersten Diffusionsrateneinstellelement (34A (34B)), einer ersten Kammer (24A (24B)), einem zweiten Diffusionsrateneinstellelement (36A (36B)), einer zweiten Kammer (18A (18B)), einem dritten Diffusionsrateneinstellelement (38A (38B)) und einer Messkammer (20A (20B)) versehen ist; die Messkammer (20A) der ersten Sensorzelle (15A) eine erste Messpumpzelle (60A) umfasst; und die Messkammer (20B) der zweiten Sensorzelle (15B) eine zweite Messpumpzelle (60B) umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Erfassen einer Konzentration einer zweiten Zielkomponente auf der Basis einer Differenz zwischen einem Stromwert, der zu der ersten Messpumpzelle (60A) fließt, und einem Stromwert, der zu der zweiten Messpumpzelle (60B) fließt; Erfassen einer Gesamtkonzentration der ersten Zielkomponente und einer zweiten Zielkomponente durch den Stromwert, der zu der zweiten Messpumpzelle (60B) fließt; und Erfassen einer Konzentration der ersten Zielkomponente durch Subtrahieren der Konzentration der zweiten Zielkomponente von der Gesamtkonzentration.