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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Gassensorvorrichtung, deren Funktion es ist, die Konzentration einer gegebenen Gaskomponente, die in einem Abgas enthalten ist, das in einer Abgasleitung einer Verbrennungsmaschine strömt, zu messen.
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Technischer Hintergrund
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Im Einsatz sind Gassensorvorrichtungen, die die Konzentration einer gegebenen Gaskomponente, wie z. B. von Stickstoffoxid (NOx), messen, in einer Abgasleitung von einer Verbrennungsmaschine angeordnet. In den Gassensorvorrichtungen liegt zwischen einem Paar von Elektroden, die auf einer vorderen und einer hinteren Oberfläche eines Festelektrolytkörpers angeordnet sind, eine Spannung an, um die Konzentration von Sauerstoff in dem Abgas, d. h. einem Messgas, so zu regulieren, dass sie kleiner oder gleich einer gegebenen Konzentration ist. Zur Verbesserung der Genauigkeit bei der Bestimmung der Konzentration der gegebenen Gaskomponente wird die Konzentration von Sauerstoff, der noch verblieben ist, nachdem die Konzentration von Sauerstoffreguliert worden ist, gemessen oder weiter reguliert.
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Die
japanische Patenterstveröffentlichungsschrift Nr. 2002-310987 offenbart z. B. eine Gassensorvorrichtung, die die Konzentration von Sauerstoff in dem Messgas unter Verwendung einer Sauerstoffpumpenzelle reguliert, die aus einem Paar von Elektroden besteht, das auf einem Festelektrolytkörper angeordnet ist, und die die Konzentration von in dem Messgas verbliebenem Sauerstoff unter Verwendung einer Sauerstoffüberwachungszelle misst, die aus einem Paar von Elektroden besteht, das auf dem Festelektrolytkörper angeordnet ist. Die Gassensorvorrichtung dient dazu, die Konzentration der gegebenen Gaskomponente in dem Messgas unter Verwendung einer Sensorzelle zu messen, die aus einem Paar von Elektroden besteht, das auf dem Festelektrolytkörper angeordnet ist. Ein Ionenstromwert, der die Konzentration eines Restsauerstoffs darstellt, wird von einem Sauerstoff-Ionenstromwert subtrahiert, der als Hinweis auf die Konzentration der gegebenen Gaskomponente hergeleitet wird, um die Effekte des Restsauerstoffs auf die Bestimmung der Konzentration der gegebenen Gaskomponente zu verringern.
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Kurzfassung der Erfindung
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Aufgabenstellung der Erfindung
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In der Gassensorvorrichtung, wie sie gemäß der
japanischen Patenterstveröffentlichungsschrift Nr. 2002-310987 gelehrt wird, unterscheidet sich jedoch ein Material der Elektroden der Sauerstoffüberwachungszelle von dem der Elektroden der Sauerstoffzelle. Dies führt zu einer Differenz zwischen der Sauerstoffüberwachungszelle und der Sensorzelle in Bezug auf die Ausgangsempfindlichkeit gegenüber der Konzentration des Sauerstoffs oder einer Verringerung der Empfindlichkeit gegenüber der Konzentration des Sauerstoffs, die infolge der Alterung derselben entsteht. Eine solche Differenz wird einen Faktor bzw. eine Größe darstellen, der bzw. die einen Fehler bei der Messung der Konzentration einer gegebenen Gaskomponente in der Gassensorvorrichtung hervorruft.
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Es ist daher unmöglich, die Genauigkeit bei der Messung der Konzentration der gegebenen Gaskomponente durch Subtrahieren des Sauerstoffionen-Stromwerts, der in der Sauerstoffüberwachungszelle hergeleitet wird, von dem Sauerstoffionen-Stromwert, der in der Sensorzelle hergeleitet wird, zu verbessern.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend geschilderte Aufgabe der Bereitstellung einer Gassensorvorrichtung entwickelt, die eine einfache Struktur aufweist und die Genauigkeit beim Messen der Konzentration einer gegebenen Gaskomponente erhöht.
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Mittel zur Lösung der Aufgabe
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Gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung wird eine Gassensorvorrichtung geschaffen, die in der Abgasleitung einer Verbrennungsmaschine zum Messen einer Konzentration einer gegebenen Gaskomponente in dem Abgas, das in der Abgasleitung strömt, angeordnet ist. Die Gassensorvorrichtung weist auf: (a) einen Festelektrolytkörper, der eine Sauerstoffionenleitfähigkeit aufweist; (b) einen Messgasraum, der auf einer von den Oberflächen des Festelektrolytkörpers ausgebildet ist und in den das Abgas als ein Messgas durch einen Diffusionswiderstand eingeführt wird; (c) einen Referenzgasraum, der auf der anderen Oberfläche des Festelektrolytkörpers ausgebildet ist und in den ein Referenzgas eingeführt wird; (d) eine Pumpenzelle, die eine Pumpenelektrode aufweist, die auf einer Oberfläche des Festelektrolytkörpers angeordnet ist, der dem Messgasraum gegenüberliegt, wobei die Pumpenzelle so konzipiert ist, dass eine Spannung zwischen der Pumpenelektrode und einer Referenzelektrode anliegt, die auf einer Oberfläche des Festelektrolytkörpers angeordnet ist, die dem Referenzgasraum gegenüberliegt, sodass eine Konzentration des Sauerstoffs in dem Messgasraum reguliert wird; und (e) eine Sensorzelle, die eine Sensorelektrode aufweist, die auf der Oberfläche des Festelektrolytkörpers angeordnet ist, der dem Messgasraum stromabwärts von der Pumpenelektrode in einer Strömungsrichtung des Messgases gegenüberliegt, wobei die Sensorzelle dazu dient, einen Sauerstoffionenstrom zu messen, der zwischen der Sensorelektrode und der Referenzelektrode strömt. Ein Sauerstoff-Ionenstromwert, der durch die Sensorzelle eine gegebene Zeitspanne lang gemessen wird, nachdem ein Einsprühen des Brennstoffs in die Verbrennungsmaschine unterbrochen worden ist, wird von einem Sauerstoff-Ionenstromwert subtrahiert, der durch die Sensorzelle gemessen wird, wenn der Brennstoff in die Verbrennungsmaschine eingesprüht wird, so dass die Konzentration der gegebenen Gaskomponente hergeleitet werden kann.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Die vorstehend beschriebene Gassensorvorrichtung verwendet die Sensorzelle zum Reduzieren von Effekten der Konzentration des Sauerstoffs, der in dem Messgas verblieben ist, dessen Sauerstoffkonzentration bereits durch die Pumpenzelle reguliert worden ist, auf die Genauigkeit beim Bestimmen der Konzentration der gegebenen Gaskomponente.
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Insbesondere ist die Gassensorvorrichtung so konzipiert, dass sie den Sauerstoff-Ionenstromwert, der durch die Sensorzelle eine gegebene Zeitspanne lang gemessen wird, nachdem das Einsprühen des Brennstoffs in die Verbrennungsmaschine unterbrochen worden ist, von dem Sauerstoff-Ionenstromwert subtrahiert, der durch die Sensorzelle gemessen wird, wenn der Brennstoff in die Verbrennungsmaschine eingesprüht wird, so dass die Konzentration der gegebenen Gaskomponente hergeleitet werden kann. Dadurch wird bewirkt, dass der Sauerstoff-Ionenstromwert, wenn die Konzentration der gegebenen Gaskomponente durch die Sensorzelle nicht gemessen wird, von dem Sauerstoff-Ionenstromwert subtrahiert wird, wenn die Konzentration der gegebenen Gaskomponente durch die Sensorzelle gemessen wird, wodurch die Effekte der Konzentration des in dem Messgas verbliebenen Sauerstoffs in Bezug auf die Genauigkeit beim Bestimmen der Konzentration der gegebenen Gaskomponente gemindert werden.
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Die Minderung der Effekte der Konzentration des verbleibenden Sauerstoffs macht eine zusätzliche Zelle, wie z. B. eine Sauerstoffüberwachungszelle, die mit Überwachungselektroden ausgestattet ist, deren Materials sich von der Sensorelektrode unterscheidet, überflüssig. Dadurch werden Faktoren eliminiert, die Fehler verursachen, wenn die Sauerstoffüberwachungszelle verwendet wird, und resultiert darüber hinaus in einer vereinfachten Struktur der Gassensorvorrichtung.
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Die vorstehend beschriebene Gassensorvorrichtung verbessert demnach die Genauigkeit beim Messen der Konzentration der gegebenen Gaskomponente.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 ist eine Schnittansicht, die eine Gassensorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
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2 ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie I-I in 1 in der ersten Ausführungsform erstellt worden ist.
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3(a) ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der NOx-Konzentration und einem Ausgabestromwert einer Sensorzelle in einem regulären Zustand in der ersten Ausführungsform darstellt.
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3(b) ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der NOx-Konzentration und einem Ausgabestromwert einer Sensorzelle zu einem Zeitpunkt einer Brennstoffverringerung in der ersten Ausführungsform darstellt.
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3(c) ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der NOx-Konzentration und einem korrigierten Ausgabestromwert einer Sensorzelle in der ersten Ausführungsform darstellt.
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4 ist eine Schnittansicht, die eine Gassensorvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.
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5 ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie II-II in 4 in der zweiten Ausführungsform erstellt worden ist.
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6 ist eine Schnittansicht, die eine Gassensorvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
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7 ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie III-III in 6 gemäß der dritten Ausführungsform erstellt worden ist.
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Ausführungsform zum Ausführen der Erfindung
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Gassensorvorrichtung wird nachstehend beschrieben.
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In der vorstehenden Gassensorvorrichtung wird die vorstehend angegebenen Zeitspanne basierend auf einer Zeitverzögerung bestimmt, die für das Abgas notwendig ist, um von einer Verbrennungsmaschine zu der Gassensorvorrichtung in einer Abgasleitung angesichts einer Strömungsrate des Abgases in der Verbrennungsmaschine zu gelangen.
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Der vorstehende Messgasraum besteht aus einem ersten Gasraum, in dem die vorstehende Pumpenzelle angeordnet ist, und einem zweiten Gasraum, in dem die vorstehende Sensorzelle angeordnet ist. Der erste Gasraum und der zweite Gasraum können miteinander durch eine Sperrwand, die durch einen geringeren räumlichen Querschnitt in einer Richtung einer Strömung des Messgases definiert ist, oder durch einen porösen Körper kommunizieren, der ein Gas einlässt, so dass es hindurchströmen kann.
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Die vorstehende Anordnung ermöglicht, dass das Messgas möglichst lange in dem ersten Gasraum verbleiben kann, in dem die Pumpenelektrode angeordnet ist. Es ist zudem möglich, die Genauigkeit beim Regulieren der Konzentration des Sauerstoffs in dem Messgas unter Verwendung der Pumpenzelle zu verbessern. Dies hat eine weitere Verbesserung der Genauigkeit beim Bestimmen der Konzentration der gegebenen Gaskomponente unter Verwendung der Gassensorvorrichtung zur Folge.
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In dem zweiten Gasraum ist eine Zusatzpumpenzelle angeordnet, die dazu dient, die Sauerstoffkonzentration in dem vorstehenden Messgas zu regulieren, nachdem dessen Sauerstoffkonzentration durch die vorstehende Pumpenzelle reguliert worden ist. Die Zusatzpumpenzelle kann eine Zusatzpumpenelektrode sein, die auf einer Oberfläche des vorstehenden Festelektrolytkörpers angeordnet ist, der dem vorstehenden Messgasraum gegenüberliegt. Die Spannung kann zwischen der Zusatzpumpenelektrode und der vorstehenden Referenzelektrode zum Regulieren der Sauerstoffkonzentration in dem vorstehenden zweiten Gasraum anliegen.
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In dem vorstehenden Fall wird die Genauigkeit beim Regulieren der Sauerstoffkonzentration in dem Messgas unter Verwendung der Zusatzpumpenzelle weiter verbessert. Dies führt zu einer weiteren Verbesserung der Genauigkeit beim Erfassen der Konzentration der gegebenen Gaskomponente unter Verwendung der Gassensorvorrichtung.
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Ausführungsformen
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Die Gassensorvorrichtung 1 wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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Die Gassensorvorrichtung 1 ist in einer Abgasleitung einer Verbrennungsmaschine angeordnet und wird zum Messen der Konzentration einer gegebenen Gaskomponente in dem in der Abgasleitung strömenden Abgas verwendet.
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Die Gassensorvorrichtung 1, die in 1 und 2 dargestellt ist, beinhaltet den Festelektrolytkörper 2 mit einer Sauerstoffionenleitfähigkeit, den Messgasraum (Kammer) 51, den Referenzgasraum 52, die Pumpenzelle 41 und die Sensorzelle 42. Der Messgasraum 51 ist auf einer von den Oberflächen des Festelektrolytkörpers 2 ausgebildet. Der Messgasraum 51 ist ein Raum, in den das Abgas durch den Diffusionswiderstand 32 als das Messgas G eingeführt wird. Der Referenzgasraum 52 ist auf der anderen Oberfläche des Festelektrolytkörpers 2 ausgebildet und als ein Raum definiert, in den das Referenzgas A eingeführt wird.
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Die Pumpenzelle 41 weist die Pumpenelektrode 21 auf, die auf der Oberfläche 201 des Festelektrolytkörpers 2 angeordnet ist, der dem Messgasraum 51 gegenüberliegt. Die Pumpenzelle 41 dient dazu, eine Spannung zwischen der Pumpenelektrode 21 und der Referenzelektrode 25 anzulegen, die auf der Oberfläche 202 des Festelektrolytkörpers 2 angeordnet ist, der dem Referenzgasraum 52 gegenüberliegt, um die Konzentration des Sauerstoffs in dem Messgasraum 51 zu regulieren. Die Sensorzelle 42 weist die Sensorelektrode 22 auf, die auf der Oberfläche 201 des Festelektrolytkörpers 2 angeordnet ist, der dem Messgasraum 51 gegenüberliegt. Die Sensorelektrode 22 ist stromabwärts von der Pumpenelektrode in einer Richtung F angeordnet, in der das Messgas G strömt. Die Sensorzelle 42 dient dazu, einen Sauerstoffionenstrom, der zwischen der Sensorzelle 22 und Referenzelektrode 25 strömt, zu messen.
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Die Gassensorvorrichtung 1, die in 3(a) bis 3(c) dargestellt ist, dient dazu, die Konzentration der gegebenen Gaskomponente basierend auf dem Sauerstoff-Ionenstromwert I, der durch Subtrahieren des Sauerstoff-Ionenstromwerts I2 von dem Sauerstoff-Ionenstromwert I1 korrigiert worden ist, zu bestimmen. Der Sauerstoff-Ionenstromwert I1 wird durch die Sensorzelle 42 gemessen, wenn ein Brennstoff in die Verbrennungsmaschine eingesprüht wird. Der Sauerstoffionenstrom I2 wird durch die Sensorzelle 42 für eine gegebene Zeitspanne, nachdem das Einsprühen des Brennstoffs in die Verbrennungsmaschine unterbrochen worden ist, gemessen.
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Die Gassensorvorrichtung 1 wird nachstehend unter Bezugnahme auf 1 bis 5 ausführlich beschrieben.
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Im Einsatz ist die Gassensorvorrichtung 1, die innerhalb einer Abdeckung angeordnet ist, in einer Abgasleitung eines Fahrzeugs installiert. Das Messgas G ist ein Abgas, das durch die Abgasleitung gelangt. Die Gassensorvorrichtung 1 wird zum Messen der Konzentration von NOx (Stickoxid) verwendet, das in dem Abgas als die gegebene Gaskomponente enthalten ist. Die Gassensorvorrichtung 1 kann die Konzentration von NH3 (Ammoniak) messen.
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Die Pumpenelektrode 21, die Sensorelektrode 22 und die Referenzelektrode 25 sind, wie in 1 zu erkennen ist, auf dem einzelnen Festelektrolytkörper 2 angeordnet. Der Isolator 31 ist durch den isolierenden ersten Abstandhalter 311 auf der Oberfläche 201 des Festelektrolytkörpers 2 gestapelt, der dem Messgasraum 51 gegenüberliegt, wodurch der Messgasraum 51 definiert wird. Die Heizeinrichtung 6 ist ebenfalls durch den isolierenden zweiten Abstandhalter 33 auf der Oberfläche 202 des Festelektrolytkörpers 2 gestapelt, der dem Referenzgasraum 52 gegenüberliegt, so dass der Festelektrolytkörper 2 erwärmt wird.
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Die Gassensorvorrichtung 1 ist, wie in 1 zu erkennen ist, rechtwinklig geformt und so konzipiert, dass das Messgas G von einem Ende derselben in der Längenrichtung L eingeführt wird. Der Diffusionswiderstand 32 ist in eine Einlassöffnung 312 für das Messgas G eingebettet, die in einem Endabschnitt des ersten Abstandhalters 311 in der Längenrichtung L ausgebildet ist. Die Strömungsrichtung des Messgases G in der Gassensorvorrichtung 1 ist von einem Ende zu dem anderen Ende der Gassensorvorrichtung 1 in der Längenrichtung L ausgerichtet.
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Der Diffusionswiderstand 32 besteht, wie in 1 und 2 dargestellt, aus einem porösen Körper, der gasdurchlässig ist und dazu dient, das Messgas G mit einer gegebenen Diffusionsrate in den Messgasraum 51 einzuführen. Die Heizeinrichtung 6 weist die leitfähige Schicht 62 auf, die in dem Isolatorsubstrat 61 angeordnet ist und durch die ein elektrischer Strom fließt. Die leitfähige Schicht 62 beinhaltet den wärmeleitfähigen Abschnitt 621, der der Pumpenelektrode 21 und der Sensorelektrode 22 gegenüberliegt, und ein Paar von Leitungsabschnitten 622, die die Enden des wärmeleitfähigen Abschnitts 621 verbinden.
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Die Pumpenzelle 41 ist mit einem Spannungsanlegemittel ausgestattet, das dazu dient, zwischen der Pumpenelektrode 21 und der Referenzelektrode 25 eine Spannung anzulegen. Die Sensorzelle 42 ist mit einem Strommessmittel ausgestattet, das dazu dient, den zwischen der Sensorelektrode 22 und der Referenzelektrode 25 fließenden elektrischen Strom zu messen.
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Der Festelektrolytkörper 2 ist ein Zirkonsubstrat, das eine Sauerstoffionenleitfähigkeit aufweist. Die Referenzelektrode 25 gemäß dieser Ausführungsform wird sowohl durch die Puppenelektrode 21 als auch die Sensorelektrode 22 gemeinsam verwendet und ist diesen gegenüberliegend angeordnet. Die Referenzelektrode 25 kann alternativ für jeweils die Pumpenelektrode 21 und die Sensorelektrode 22 angeordnet sein. Die Pumpenelektrode 21 und die Referenzelektrode 25 bestehen aus einem sauerstoffabbaubaren Material, wie z. B. Platin und Gold. Die Sensorelektrode 22 besteht aus einem NOx-abbaubaren Material, wie z. B. Platin und auch Rhodium.
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Der Betrieb der Gassensorvorrichtung 1 zum Messen der Konzentration der gegebenen Gaskomponente, d. h. NOx, sowie Vorzüge der Gassensorvorrichtung 1 werden nachstehend beschrieben.
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Wenn die NOx-Konzentration in dem Messgas G durch die Gassensorvorrichtung 1 gemessen wird, wird das Messgas G, d. h. das Abgas, in den Messgasraum 51 durch den Diffusionswiderstand 32 eingeführt. Das Referenzgas A, d. h. Luft, wird ebenfalls in den Referenzgasraum 52 eingeführt.
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Die Spannung wird dann zwischen der Pumpenelektrode 21 und der Referenzelektrode 25 der Pumpenzelle 41 zum Abführen des in dem Messgas G enthaltenen Sauerstoffs aus dem Messgasraum 51 angelegt, sodass die Sauerstoffkonzentration in dem Messgas G in dem Messgasraum 51 bei einer konstanten Sauerstoffkonzentration beibehalten werden kann.
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Anschließend strömt das Messgas G, dessen Sauerstoffkonzentration durch die Pumpenzelle 41 reguliert worden ist, zu einer stromabwärtigen Seite des Messgasraums 51. In der Sensorzelle 42 strömt die Menge des Sauerstoff-Ionenstromwerts I1, die eine Funktion der NOx-Konzentration und des verbliebenen Sauerstoffs ist, wie in 3(a) dargestellt, zwischen der Sensorelektrode 22 und Referenzelektrode 25.
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Die Gassensorvorrichtung 1 verwendet einen Zustand, in dem kaum NOx aus der Verbrennungsmaschine emittiert wird, so dass Effekte der Konzentration des verbliebenen Sauerstoffs in dem Messgasraum 51 auf die Genauigkeit beim Messen der NOx-Konzentration gemindert werden. Insbesondere wenn kaum NOx aus der Verbrennungsmaschine emittiert wird (d. h. in einem Brennstoffverringerungszustand), strömt der Sauerstoff-Ionenstromwert I2, wie in 3(b) dargestellt ist, zwischen der Sensorelektrode 22 und der Referenzelektrode 25 als eine Funktion der Sauerstoffkonzentration. Die Pumpenzelle 41 wird so gesteuert, dass die Sauerstoffkonzentration in dem Messgas G jederzeit konstant beibehalten wird. Der Sauerstoff-Ionenstromwert I2 in der Sensorzelle 42 zum Zeitpunkt der Brennstoffverringerung ist daher im Wesentlichen mit dem Sauerstoff-Ionenstromwert I2' in der Sensorzelle 42 identisch, wenn in der Verbrennungsmaschine Brennstoff verbrannt wird.
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Der Sauerstoff-Ionenstromwert I2 in der Sensorzelle 42 zum Zeitpunkt der Brennstoffverringerung ist daher als der Sauerstoff-Ionenstromwert I2 definiert, der durch die Sensorzelle 42 für eine gegebene Zeitspanne gemessen wird, nachdem das Einsprühen des Brennstoffs in die Verbrennungsmaschine unterbrochen worden ist. Der Sauerstoff-Ionenstromwert I1 in der Sensorzelle 42 in einem regulären Zustand ist als der Sauerstoff-Ionenstromwert I1 definiert, der als eine Funktion der NOx-Konzentration und der Konzentration des verbliebenen Sauerstoffs gemessen wird, wenn der Brennstoff in die Verbrennungsmaschine eingesprüht wird.
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In der Gassensorvorrichtung 1 wird der Sauerstoff-Ionenstromwert I2, der durch die Sensorzelle 42 während der gegebenen Zeitspanne gemessen wird, nachdem das Einsprühen des Brennstoffs in die Verbrennungsmaschine unterbrochen worden ist, von dem Sauerstoff-Ionenstromwert I1 subtrahiert, der durch die Sensorzelle 42 in dem regulären Zustand gemessen wird, wo der Brennstoff in die Verbrennungsmaschine eingesprüht wird, so dass, wie in 3(a) dargestellt der Sauerstoff-Ionenstrom I hergeleitet wird, nachdem dieser korrigiert worden ist.
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In der vorstehend geschilderten Art und Weise wird der Sauerstoff-Ionenstromwert, wenn die NOx-Konzentration nicht durch die Sensorzelle 42 gemessen wird, von dem Sauerstoff-Ionenstromwert subtrahiert, wenn die NOx-Konzentration durch die Sensorzelle 42 gemessen wird, wodurch die Effekte der Konzentration des Sauerstoffs, der in dem Messgas G verblieben ist, auf die Genauigkeit beim Bestimmen der NOx-Konzentration gemindert werden.
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Die Minderung der Effekte der Konzentration des verbliebenen Sauerstoffs macht die Notwendigkeit einer zusätzlichen Zelle, wie z. B. einer Sauerstoffüberwachungszelle, die mit Überwachungselektroden ausgestattet ist, deren Material sich von der Sensorelektrode 22 unterscheidet, überflüssig. Dadurch werden Faktoren eliminiert, die Fehler verursachen, wenn die Sauerstoffüberwachungszelle verwendet wird, und eine vereinfachte Struktur der Gassensorvorrichtung 1 ist die Folge.
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Die Gassensorvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform verbessert daher die Genauigkeit beim Messen der NOx-Konzentration.
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Zweite Ausführungsform
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Die Gassensorvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform, wie in 4 und 5 dargestellt, weist den Messgasraum 51 auf, der einen ersten Gasraum 511 beinhaltet, in dem die Pumpenzelle 41 angeordnet ist, und einen zweiten Gasraum 512, in dem die Sensorzelle 42 angeordnet ist.
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Der erste Gasraum 511 ist auf einer Endseite in der Längsrichtung L ausgebildet, wo der Diffusionswiderstand 32 installiert ist. Der zweite Gasraum 512 ist in dem anderen Ende in der Längsrichtung L benachbart zu dem ersten Gasraum 511 ausgebildet. Das Messgasgas G soll so lange wie möglich verbleiben, so dass der verbliebene Sauerstoff in dem Messgas G kaum in Richtung auf die Sensorelektrode 22 des zweiten Gasraums 512 strömen kann.
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Der erste Gasraum 511 und der zweite Gasraum 512 kommunizieren miteinander und sind voneinander durch die Sperrwand 34 abgetrennt, die einen räumlichen Querschnitt in der Strömungsrichtung F des Messgases G verringert. Die Sperrwand 34 erstreckt sich von der Oberfläche 201 des Festelektrolytkörpers 2, der dem Messgasraum 51 gegenüberliegt. Der Schlitz 342 (d. h. ein Spalt), durch den das Messgas G gelangt, ist zwischen dem Isolator 31 und einer Endoberfläche der Sperrwand 34 ausgebildet.
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Der erste Gasraum 511 und der zweite Gasraum 512 können alternativ durch einen gasdurchlässigen porösen Körper anstatt durch die Sperrwand 34 voneinander isoliert sein. Der poröse Körper kann so angeordnet sein, dass er zwischen dem ersten Gasraum 511 und dem zweiten Gasraum 512 vollständig isoliert.
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Die anderen Anordnungen der Gassensorvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform sind mit jenen gemäß der ersten Ausführungsform identisch. Die Bezugszeichen in der Zeichnung sind mit jenen in der ersten Ausführungsform identisch. Die Gassensorvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform bietet die gleichen Vorzüge wie in der ersten Ausführungsform.
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Dritte Ausführungsform
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Die Gassensorvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform, die in 6 und 7 dargestellt ist, weist die Zusatzpumpenzelle 43 auf, die in dem zweiten Gasraum 512 angeordnet ist. Die Zusatzpumpenzelle 43 dient dazu, die Sauerstoffkonzentration in dem Messgas G zu regulieren, dessen Sauerstoffkonzentration bereits durch die Pumpenzelle 41 reguliert worden ist.
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Die Zusatzpumpenzelle 43 beinhaltet die Zusatzpumpenelektrode 23, die auf der Oberfläche 201 des Festelektrolytkörpers 2 angeordnet ist, der dem Messgasraum 51 gegenüberliegt. Die Spannung liegt zwischen der Zusatzpumpenelektrode 23 und der Referenzelektrode 25 an, so dass die Sauerstoffkonzentration in dem zweiten Gasraum 512 reguliert wird. Die Zusatzpumpenelektrode 23 ist stromauf von der Sensorelektrode 22 innerhalb des zweiten Gasraums 512 in der Strömungsrichtung F des Messgases G angeordnet. Die Zusatzpumpenzelle 43 dient dazu, die Konzentration des verbliebenen Sauerstoffs in dem Messgas G zusätzlich zu regulieren, wodurch die Genauigkeit bei der Bestimmung der NOx-Konzentration weiter verbessert wird.
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Die weiteren Anordnungen der Gassensorvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform sind mit jenen gemäß der ersten Ausführungsform identisch. Die Bezugszeichen in der Zeichnung sind mit jenen gemäß der ersten Ausführungsform identisch. Die Gassensorvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform bietet die gleichen Vorzüge wie in der ersten Ausführungsform.
