DE112020001673T5

DE112020001673T5 - Gassensor und Verfahren zur Steuerung eines Gassensors

Info

Publication number: DE112020001673T5
Application number: DE112020001673.0T
Authority: DE
Inventors: Takayuki Sekiya; Yusuke Watanabe
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2021-12-30
Also published as: JPWO2020203774A1; WO2020203774A1; CN113614524A; US20220011258A1

Abstract

Bereitgestellt werden ein Gassensor (10) sowie ein Verfahren zur Steuerung des Gassensors, wobei der Gassensor (10) umfasst:eine Heizereinheit (110), welche eine Temperatureinstellung zum Erwärmen des Sensorelements und zum Warmhalten eines Sensorelements (12) durchführt;eine Pumpenantriebssteuereinheit (200), welche den Pumpenantrieb in Bezug auf mindestens eine Durchflusseinheit (50) für das zu messende Gas steuert;eine Messpumpenzelle (90), welche eine Konzentration eines bestimmten Gases innerhalb des zu messenden Gases, basierend auf einer elektromotorischen Kraft,die zwischen einer Referenzelektrode (60) und einer Messelektrode (92) erzeugt wird, ermittelt;eine Heizersteuereinheit (202), welche die Heizereinheit (110) steuert; undeine Pumpenstoppeinheit (204A), welche den Pumpenantrieb durch die Pumpenantriebssteuereinheit (200) stoppt, nachdem die Heizersteuereinheit (202) die Zufuhr von elektrischem Strom zu der Heizereinheit (110) stoppt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor und ein Verfahren zur Steuerung eines Gassensors.
Technischer Hintergrund
Der in JP 2018-077115 A offenbarte Gassensor ist auf das Lösen einer Aufgabe gerichtet, eine Verschlechterung der Messgenauigkeit des Gassensors zu unterdrücken, die durch Substanzen verursacht wird, die an einer Elektrode adsorbiert werden, ohne dass eine Zeitperiode auftritt, in der die Verwendung des Gassensors deaktiviert ist.
Um die vorstehend erwähnte Aufgabe zu lösen, wird bei dem Gassensor gemäß JP 2018-077115 A zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme des Gassensors, der mit einem Sensorelement aus einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten, mindestens einer auf dem Sensorelement vorgesehenen und mit einem zu messenden Gas in Kontakt stehenden Elektrode und einem Steuerungsmittel zum Steuern des Gassensors ausgestattet ist, das Sensorelement für eine vorbestimmte Zeitperiode ΔT und auf eine Temperatur T2, die höher als eine vorbestimmte Antriebstemperatur T1 ist, durch einen in dem Sensorelement vorgesehenen Heizer aufgeheizt, und dann wird die Temperatur des Sensorelements auf die vorbestimmte Antriebstemperatur T1 abgesenkt.
Kurzdarstellung der Erfindung
Für die Elektrode des vorstehend beschriebenen Sensorelements wird übrigens Platin oder Platin, dem eine Spurenmenge einer Substanz zugesetzt wurde, verwendet. Das Sensorelement ist eines, bei dem eine elektrochemische Eigenschaft ausgenutzt wird, und das Sensorelement muss auf eine hohe Temperatur (600 bis 900°C) erhitzt werden, um diese Eigenschaft zu nutzen. Da im Abgas immer Sauerstoff (O₂) vorhanden ist, trennt der Gassensor O₂ und NO im Abgas. Das abgetrennte NO wird durch eine katalytische Reaktion an einer anderen Elektrode in O₂ und N₂ zersetzt und die NO-Konzentration wird anhand der O₂-Konzentration gemessen. Wenn O₂ einer Katalysatorelektrode ausgesetzt wird, entstehen Pt und Rh der Elektrode aus PtO, PtO₂, Rh₂O₃ usw. und diese Substanzen verdampfen bei einer niedrigeren Temperatur im Vergleich zu Pt und Rh. Wenn Pt und Rh oxidiert werden, verschlechtert sich ihre katalytische Reaktivität und außerdem wird die Zersetzungskraft des Gases vermindert, und als Ergebnis erwächst die Sorge, dass die Empfindlichkeit des Sensors beeinträchtigt werden kann.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gassensor und ein Verfahren zur Steuerung des Gassensors bereitzustellen, bei dem die Oxidation der Katalysatorelektrode unterdrückt werden kann und bei dem es möglich ist, eine Abnahme der Empfindlichkeit des Gassensors zu verhindern.
Ein Gassensor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Sensorelement. Das Sensorelement enthält einen gestapelten Körper, der durch Stapeln einer Vielzahl von sauerstoffionenleitenden Festelektrolytschichten gebildet wird, wobei der Stapelkörper einen Durchflussabschnitt für zu messendes Gas enthält, der zum Einführen des zu messenden Gases konfiguriert ist und das zu messende Gas veranlasst, durch ihn zu strömen, sowie einen Referenzgaseinführungsraum, der zum Einführen eines Referenzgases konfiguriert ist, das als Referenz zum Erfassen einer Konzentration eines bestimmten Gases innerhalb des zu messenden Gases dient, eine Referenzelektrode, die im Inneren des gestapelten Körpers ausgebildet ist und in die das Referenzgas durch den Referenzgaseinführungsraum eingeführt wird, eine Messelektrode und eine innenseitige Pumpelektrode, die an einer inneren Umfangsoberfläche des Durchflussabschnitts des zu messenden Gases angeordnet sind, und eine Seitenelektrode für das zu messende Gas, die an einem Abschnitt des gestapelten Körpers angeordnet ist, der dem zu messenden Gas ausgesetzt ist. Der Gassensor enthält weiterhin eine Heizereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Temperatureinstellung zum Erwärmen des Sensorelements durchführt und das Sensorelement heiß hält, eine Pumpenantriebssteuereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie den Pumpenantrieb in Bezug auf mindestens den Durchflussabschnitt für das zu messende Gas steuert, eine Erfassungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Konzentration des bestimmten Gases in dem zu messenden Gas erfasst, basierend auf einer elektromotorischen Kraft, die zwischen der Referenzelektrode und der Messelektrode erzeugt wird, eine Heizersteuereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Heizereinheit steuert, und eine Pumpenstoppeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie den Pumpenantrieb durch die Pumpenantriebssteuereinheit stoppt, nachdem die Zufuhr von elektrischem Strom zu der Heizereinheit durch die Heizersteuereinheit gestoppt worden ist.
In einem Verfahren zur Steuerung eines Gassensors gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält der Gassensor ein Sensorelement. Das Sensorelement enthält einen gestapelten Körper, der durch Stapeln einer Vielzahl sauerstoffionenleitender Festelektrolytschichten gebildet wird, wobei der gestapelte Körper einen Durchflussabschnitt für zu messendes Gas enthält, der zum Einführen eines zu messenden Gases konfiguriert ist, und das zu messende Gas veranlasst, durch ihn zu strömen, sowie einen Referenzgaseinführungsraum, der zum Einführen eines Referenzgases konfiguriert ist, das als Referenz zum Erfassen einer Konzentration eines bestimmten Gases innerhalb des zu messenden Gases dient, eine Referenzelektrode, die in einem Inneren des gestapelten Körpers ausgebildet ist und in die das Referenzgas durch den Referenzgaseinführungsraum eingeführt wird, eine Messelektrode und eine innenseitige Pumpelektrode, die an einer inneren Umfangsoberfläche des Durchflussabschnitts des zu messenden Gases angeordnet sind, und eine Seitenelektrode für das zu messende Gas, die an einem Abschnitt des gestapelten Körpers angeordnet ist, der dem zu messenden Gas ausgesetzt ist. Der Gassensor enthält weiterhin eine Heizereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Temperatureinstellung zum Erwärmen des Sensorelements vornimmt und das Sensorelement heiß hält. Das Verfahren zum Steuern des Gassensors enthält einen Schritt des Steuerns des Pumpenantriebs in Bezug auf mindestens den Durchflussabschnitt des zu messenden Gases, einen Schritt des Erfassens einer Konzentration des bestimmten Gases innerhalb des zu messenden Gases, basierend auf einer elektromotorischen Kraft, die zwischen der Referenzelektrode und der Messelektrode erzeugt wird, und einen Schritt der Unterdrückung des Pumpenantriebs, nachdem die Zufuhr von elektrischem Strom zur Heizereinheit gestoppt wurde.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Oxidation der Katalysatorelektrode unterdrückt und eine Abnahme der Empfindlichkeit des Gassensors verhindert werden.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Gassensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines ersten Gassensors zeigt;
3 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Gassensors gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt;
4A, 4B und 4C sind Zeitdiagramme, die die Steuerungsvorgänge eines Gassensors gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigen;
5A, 5B und 5C sind Zeitdiagramme, die ein Beispiel für die Steuerungsvorgänge eines ersten Gassensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigen;
6 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines zweiten Gassensors zeigt;
7 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines dritten Gassensors zeigt;
8 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines vierten Gassensors zeigt;
9 ist eine erste Tabelle (Tabelle 1), die eine Pump-Aus-Verzögerungszeitperiode, eine Zeitperiode für das Ausschalten der Beleuchtung und eine Temperaturdifferenz zu einem Zeitpunkt, an dem ein Sensor in Betrieb ist, in den Beispielen 1 bis 5 und einem Vergleichsbeispiel zeigt;
10 ist ein Diagramm, das die Änderungen einer Licht-Aus-Zeitperiode in Bezug auf eine Pump-Aus-Verzögerungszeitperiode zeigt;
11 ist ein Diagramm, das Änderungen der Licht-Aus-Zeitperiode in Bezug auf eine Temperaturdifferenz von einem Zeitpunkt an zeigt, an dem der Sensor in Betrieb ist;
12 ist ein Diagramm, das die Änderungen der Oberflächentemperatur des Gassensors in Abhängigkeit von der verstrichenen Zeit (Pump-Aus-Verzögerungszeitperiode) nach dem Abschalten eines Heizers zeigt; und
13 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für ein Stromversorgungssystem eines Sensor-Controllers zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Ein Gassensor und ein Verfahren zur Steuerung des Gassensors gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail vorgestellt und beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, ist ein Gassensor 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem Sensorelement 12 ausgestattet. Das Sensorelement 12 hat eine längliche rechteckige Körperform, die Längsrichtung des Sensorelements 12 (die horizontale Richtung in 1) ist als eine Vorne-Hinten-Richtung definiert, und die Dickenrichtung des Sensorelements 12 (die vertikale Richtung in 1) ist als eine Oben-Unten-Richtung definiert. Weiterhin wird die Breitenrichtung des Sensorelements 12 (die Richtung senkrecht zur Vorne-Hinten-Richtung und zur Oben-Unten-Richtung) als Links-Rechts-Richtung definiert.
Das in 1 dargestellte Sensorelement 12 ist ein Element mit einem gestapelten Körper 25, in dem sechs Schichten aus einer ersten Substratschicht 14, einer zweiten Substratschicht 16, einer dritten Substratschicht 18, einer ersten Festelektrolytschicht 20, einer Abstandshalterschicht 22 und einer zweiten Festelektrolytschicht 24, die jeweils aus einer sauerstoffionenleitenden Festelektrolytschicht wie Zirkoniumdioxid (ZrO₂) oder dergleichen bestehen, in dieser Reihenfolge von der Unterseite aus gesehen gestapelt sind. Weiterhin ist der Festelektrolyt, der diese sechs Schichten bildet, dicht und luftdicht. Nachdem beispielsweise ein vorbestimmtes Verfahren und das Drucken von Schaltungsmustern auf keramische Grünplatten, die den jeweiligen Schichten entsprechen, durchgeführt wurde, wird das Sensorelement 12 durch Stapeln, und weiterhin Brennen und Integrieren der jeweiligen Schichten hergestellt.
Eine Gaseinlassöffnung 30, ein erstes Diffusionsraten-Steuerungselement 32, ein Pufferraum 34, ein zweites Diffusionsraten-Steuerungselement 36, ein erster innerer Hohlraum 38, ein drittes Diffusionsraten-Steuerungselement 40, ein zweiter innerer Hohlraum 42, ein viertes Diffusionsraten-Steuerungselement 44 und ein dritter innerer Hohlraum 46 sind an einem Ende des Sensorelements 12 (die linke Seite in 1) zwischen einer unteren Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 24 und einer oberen Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 20 in dieser Reihenfolge nebeneinander ausgebildet und kommunizieren auf diese Weise miteinander.
Die Gaseinlassöffnung 30, der Pufferraum 34, der erste innere Hohlraum 38, der zweite innere Hohlraum 42 und der dritte innere Hohlraum 46 werden durch Aushöhlen der Abstandshalterschicht 22 bereitgestellt und sind Räume im Inneren des Sensorelements 12, deren obere Abschnitte durch untere Oberflächen der zweiten Festelektrolytschicht 24, deren untere Abschnitte durch obere Oberflächen der ersten Festelektrolytschicht 20 und deren Seitenabschnitte durch Seitenoberflächen der Abstandshalterschicht 22 definiert sind.
Das erste Diffusionsraten-Steuerungselement 32, das zweite Diffusionsraten-Steuerungselement 36 und das dritte Diffusionsraten-Steuerungselement 40 sind jeweils als zwei horizontal langgestreckte Schlitze (deren Öffnungen eine Längsrichtung in einer Richtung senkrecht zur Zeichnung aufweisen) ausgebildet. Weiterhin ist das vierte Diffusionsraten-Steuerungselement 44 als ein einziger horizontal länglicher Schlitz (dessen Öffnung eine Längsrichtung in einer Richtung senkrecht zur Zeichnung hat) vorgesehen, der als ein unter einer unteren Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 24 gebildeter Spalt ausgebildet ist. Der Abschnitt von der Gaseinlasssöffnung 30 bis zum dritten inneren Hohlraum 46 wird auch als Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas bezeichnet.
Weiterhin ist an einer Position, die von einer Endseite weiter entfernt ist als der Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas, und zwischen der oberen Oberfläche der dritten Substratschicht 18 und der unteren Oberfläche der Abstandshalterschicht 22 ein Referenzgaseinführungsraum 52 an einer Position vorgesehen, an der der Seitenabschnitt durch die Seitenoberfläche der ersten Festelektrolytschicht 20 definiert ist. Beispielsweise wird die atmosphärische Luft in den Referenzgaseinführungsraum 52 als Referenzgas eingeführt, wenn die NOx-Konzentration gemessen wird.
Eine atmosphärische Gaseinführungsschicht 54 ist eine Schicht aus einer Keramik, z.B. aus porösem Aluminiumoxid, die dem Referenzgaseinführungsraum 52 ausgesetzt ist. Das Referenzgas wird durch den Referenzgaseinführungsraum 52 in die atmosphärische Gaseinführungsschicht 54 eingeleitet. Weiterhin ist die Schicht 54 zur Einführung von atmosphärischem Gas so ausgebildet, dass sie eine Referenzelektrode 60 bedeckt. Die atmosphärische Gaseinführungsschicht 54 leitet das Referenzgas in die Referenzelektrode 60 ein, während sie einen vorbestimmten Diffusionswiderstand in Bezug auf das Referenzgas innerhalb des Referenzgaseinführungsraums 52 aufweist. Weiterhin ist die atmosphärische Gaseinführungsschicht 54 so ausgebildet, dass sie dem Referenzgaseinführungsraum 52 an der hinteren Endseite (der in 1 gezeigten rechten Seite) des Sensorelements 12 ausgesetzt ist, d.h. weiter hinten als die Referenzelektrode 60. Anders ausgedrückt, der Referenzgaseinführungsraum 52 ist nicht bis zu einer Stelle direkt über der Referenzelektrode 60 ausgebildet. Die Referenzelektrode 60 kann jedoch auch direkt unterhalb des in 1 dargestellten Referenzgaseinführungsraums 52 ausgebildet sein.
Die Referenzelektrode 60 ist eine Elektrode, die so ausgebildet ist, dass sie zwischen der oberen Oberfläche der dritten Substratschicht 18 und der ersten Festelektrolytschicht 20 eingebettet ist, und wie vorstehend erwähnt, ist die atmosphärische Gaseinführungsschicht 54, die mit dem Referenzgaseinführungsraum 52 verbunden ist, um ihren Umfang herum angeordnet. Darüber hinaus ist die Referenzelektrode 60 direkt auf der oberen Oberfläche der dritten Substratschicht 18 ausgebildet, und andere Abschnitte als der Abschnitt, der mit der oberen Oberfläche der dritten Substratschicht 18 in Kontakt ist, sind von der atmosphärischen Gaseinführungsschicht 54 bedeckt. Wie später erörtert wird, ist es unter Verwendung der Referenzelektrode 60 möglich, die Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) innerhalb des ersten inneren Hohlraums 38, innerhalb des zweiten inneren Hohlraums 42 und innerhalb des dritten inneren Hohlraums 46 zu messen. Die Referenzelektrode 60 ist als poröse Cermet-Elektrode (zum Beispiel eine Cermet-Elektrode aus Pt und ZrO₂) ausgebildet.
In dem Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas ist die Gaseinlassöffnung 30 eine Stelle, die sich zum Außenraum hin öffnet, und das zu messende Gas wird durch die Gaseinlassöffnung 30 aus dem Außenraum in das Innere des Sensorelements 12 gesaugt. Das erste Diffusionsraten-Steuerungselement 32 ist eine Stelle, die dem zu messenden Gas, das aus der Gaseinführungsöffnung 30 angesaugt wird, einen vorbestimmten Diffusionswiderstand verleiht. Der Pufferraum 34 ist ein Raum, der vorgesehen ist, um das zu messende Gas, das von dem ersten Diffusionsraten-Steuerungselement 32 eingeleitet wird, zu dem zweiten Diffusionsraten-Steuerungselement 36 zu führen. Das zweite Diffusionsraten-Steuerungselement 36 ist eine Stelle, die dem zu messenden Gas, das aus dem Pufferraum 34 in den ersten inneren Hohlraum 38 gesaugt wird, einen vorbestimmten Diffusionswiderstand verleiht. Das zu messende Gas wird wie folgt von der Außenseite des Sensorelements 12 in das Innere des ersten inneren Hohlraums 38 eingeleitet. Das heißt, aufgrund von Druckschwankungen des zu messenden Gases im Außenraum (Pulsationen des Ausgasdrucks, wenn es sich bei dem zu messenden Gas um ein Autoabgas handelt) wird das zu messende Gas schnell von der Gaseinführungsöffnung 30 in das Sensorelement 12 gesaugt. Das Gas wird nicht direkt in den ersten inneren Hohlraum 38 eingeleitet, sondern wird in den ersten inneren Hohlraum 38 eingeleitet, nachdem solche Schwankungen in der Konzentration des zu messenden Gases durch Durchlaufen des ersten Diffusionsraten-Steuerungselements 32, des Pufferraums 34 und des zweiten Diffusionsraten-Steuerungselements 36 ausgeglichen worden sind. Folglich werden Schwankungen in der Konzentration des zu messenden Gases, das in den ersten inneren Hohlraum 38 eingeführt wird, nahezu vernachlässigbar. Der erste innere Hohlraum 38 dient als Raum zur Einstellung des Sauerstoffpartialdrucks in dem zu messenden Gas, das durch das zweite Diffusionsraten-Steuerungselement 36 eingeleitet wird. Der betreffende Sauerstoffpartialdruck wird durch den Betrieb einer später beschriebenen Hauptpumpzelle 62 eingestellt.
Die Hauptpumpzelle 62 ist eine elektrochemische Pumpzelle, die aus einer innenseitigen Pumpelektrode 64, die an der Innenoberfläche des ersten inneren Hohlraums 38 angeordnet ist, einer außenseitigen Pumpelektrode 66, die in einer der innenseitigen Pumpelektrode 64 entsprechenden Region innerhalb der oberen Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 24 so angeordnet ist, dass sie dem Außenraum ausgesetzt ist, und der zweiten Festelektrolytschicht 24, die zwischen den beiden Pumpelektroden liegt, besteht.
Die innenseitige Pumpelektrode 64 ist so ausgebildet, dass sie sich über die oberen und unteren Festelektrolytschichten (die erste Festelektrolytschicht 20 und die zweite Festelektrolytschicht 24), die den ersten inneren Hohlraum 38 unterteilen, und die Abstandshalterschicht 22, die als Seitenwände dient, erstreckt. Genauer gesagt ist ein Deckenelektrodenabschnitt 64a der innenseitigen Pumpelektrode 64 auf einer unteren Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 24 ausgebildet, die als Deckenoberfläche des ersten inneren Hohlraums 38 dient, und weiterhin ist ein Bodenelektrodenabschnitt 64b direkt auf einer oberen Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 20 ausgebildet, die als Bodenoberfläche des ersten inneren Hohlraums 38 dient. Darüber hinaus sind Seitenelektrodenabschnitte (nicht dargestellt) auf Seitenwandoberflächen (Innenoberflächen) der Abstandshalterschicht 22 ausgebildet, die beide Seitenwandabschnitte des ersten inneren Hohlraums 38 bilden, so dass der Deckenelektrodenabschnitt 64a und der Bodenelektrodenabschnitt 64b verbunden sind. Somit ist die innenseitige Pumpelektrode 64 als eine Struktur angeordnet, in der eine Tunnelbildung an der Stelle gebildet wird, an der die Seitenelektrodenabschnitte angeordnet sind.
Die innenseitige Pumpelektrode 64 und die äußenseitge Pumpelektrode 66 sind als poröse Cermet-Elektroden ausgebildet (z.B. Cermet-Elektroden aus ZrO₂ und Pt mit 1 % Au). Außerdem wird die innenseitige Pumpelektrode 64, die mit dem zu messenden Gas in Kontakt ist, unter Verwendung eines Materials hergestellt, das die Reduktionsfähigkeit gegenüber der NOx-Komponente im zu messenden Gas schwächt.
In der Hauptpumpzelle 62 wird eine gewünschte Pumpspannung Vp0 zwischen der innenseitigen Pumpelektrode 64 und der außenseitigen Pumpelektrode 66 angelegt, und ein Pumpstrom Ip0 wird in positiver oder negativer Richtung zwischen der innenseitigen Pumpelektrode 64 und der außenseitigen Pumpelektrode 66 fließen gelassen, wodurch der Sauerstoff in dem ersten inneren Hohlraum 38 in den Außenraum gepumpt werden kann, oder alternativ kann der Sauerstoff im Außenraum in den ersten inneren Hohlraum 38 gepumpt werden.
Um die Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) in der Atmosphäre innerhalb des ersten inneren Hohlraums 38 zu erfassen, wird eine elektrochemische Sensorzelle, genauer gesagt eine Sauerstoffpartialdruck-Erfassungs-Sensorzelle 70 zur Steuerung der Hauptpumpe (auch als Hauptpumpen-Steuerungssensorzelle 70 bezeichnet), durch die innenseitige Pumpelektrode 64, die zweite Festelektrolytschicht 24, die Abstandshalterschicht 22, die erste Festelektrolytschicht 20 und die Referenzelektrode 60 gebildet.
Durch die Messung der elektromotorischen Kraft V0 in der Hauptpumpen-Steuerungssensorzelle 70 wird es möglich, die Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) in dem ersten inneren Hohlraum 38 zu erfassen und zu bestimmen. Darüber hinaus wird der Pumpenstrom Ip0 durch Rückkopplungssteuerung der Pumpenspannung Vp0 der variablen Stromversorgung 72 so gesteuert, dass die elektromotorische Kraft V0 konstant wird. Folglich kann die Sauerstoffkonzentration in dem ersten inneren Hohlraum 38 auf einem vorgegebenen konstanten Wert gehalten werden.
Das dritte Diffusionsraten-Steuerungselement 40 verleiht dem zu messenden Gas, dessen Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) durch den Betrieb der Hauptpumpzelle 62 in dem ersten inneren Hohlraum 38 gesteuert wird, einen vorgegebenen Diffusionswiderstand und leitet das zu messende Gas in den zweiten inneren Hohlraum 42.
Der zweite innere Hohlraum 42 dient als Raum für die weitere Einstellung des Sauerstoffpartialdrucks durch eine Hilfspumpzelle 74 in Bezug auf das zu messende Gas, das durch das dritte Diffusionsraten-Steuerungselement 40 eingeleitet wird, nachdem die Sauerstoffkonzentration (der Sauerstoffpartialdruck) zuvor im ersten inneren Hohlraum 38 eingestellt wurde. In Übereinstimmung mit diesem Merkmal kann die Sauerstoffkonzentration in dem zweiten inneren Hohlraum 42 mit hoher Genauigkeit konstant gehalten werden, und daher wird es im Gassensor 10 möglich, die NOx-Konzentration mit hoher Genauigkeit zu messen.
Die vorstehend beschriebene Hilfspumpzelle 74 ist eine elektrochemische Hilfspumpzelle, die aus einer Hilfspumpelektrode 76, die auf einer inneren Oberfläche des zweiten inneren Hohlraums 42 vorgesehen ist, der außenseitigen Pumpelektrode 66 (ohne auf die außenseitige Pumpelektrode 66 beschränkt zu sein, genügt jede geeignete Pumpelektrode auf der Außenseite des Sensorelements 12) und der zweiten Festelektrolytschicht 24 gebildet wird.
Die Hilfspumpelektrode 76 ist im Inneren des zweiten inneren Hohlraums 42 in einer Struktur angeordnet, die eine ähnliche Tunnelbildung aufweist wie die innenseitige Pumpelektrode 64, die im Inneren des vorstehend beschriebenen ersten inneren Hohlraums 38 vorgesehen ist. Anders ausgedrückt: ein Deckenelektrodenabschnitt 80a ist auf der zweiten Festelektrolytschicht 24 ausgebildet, die als Deckenoberfläche des zweiten inneren Hohlraums 42 dient, und weiterhin ist ein Bodenelektrodenabschnitt 80b direkt auf einer oberen Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 20 ausgebildet, die als Bodenoberfläche des zweiten inneren Hohlraums 42 dient. Darüber hinaus sind Seitenelektrodenabschnitte (nicht dargestellt), die den Deckenelektrodenabschnitt 80a und den Bodenelektrodenabschnitt 80b verbinden, jeweils an beiden Wandoberflächen der Abstandshalterschicht 22 ausgebildet, die als die Seitenwände des zweiten inneren Hohlraums 42 dient. Auf diese Weise wird eine tunnelförmige Struktur gebildet. Darüber hinaus wird die Hilfspumpelektrode 76 in der gleichen Weise wie die innenseitige Pumpelektrode 64 unter Verwendung eines Materials gebildet, das die Reduktionsfähigkeit in Bezug auf die NOx-Komponente im zu messenden Gas schwächt.
In der Hilfspumpzelle 74 wird es durch Anlegen einer gewünschten Spannung Vp1 zwischen der Hilfspumpelektrode 76 und der außenseitigen Pumpelektrode 66 möglich, Sauerstoff aus der Atmosphäre innerhalb des zweiten inneren Hohlraums 42 in den Außenraum zu pumpen, oder alternativ Sauerstoff aus dem Außenraum in das Innere des zweiten inneren Hohlraums 42 zu pumpen.
Um den Sauerstoffpartialdruck in der Atmosphäre im Inneren des zweiten inneren Hohlraums 42 zu steuern, wird eine elektrochemische Sensorzelle und spezieller eine Sauerstoffpartialdruck-Erfassungs-Sensorzelle 82 zur Steuerung der Hilfspumpe (auch als Hilfspumpen-Steuerungssensorzelle 82 bezeichnet), durch die Hilfspumpelektrode 76, die Referenzelektrode 60, die zweite Festelektrolytschicht 24, die Abstandshalterschicht 22 und die erste Festelektrolytschicht 20 gebildet.
Außerdem führt die Hilfspumpzelle 74 durch eine variable Stromversorgung 84 Pumpen aus, deren Spannung, basierend auf einer elektromotorischen Kraft V1, gesteuert wird, die durch die Hilfspumpen-Steuerungssensorzelle 82 erfasst wird. Infolgedessen wird der Sauerstoffpartialdruck in der Atmosphäre innerhalb des zweiten inneren Hohlraums 42 so gesteuert, dass ein niedriger Partialdruck erreicht wird, der die Messung von NOx nicht wesentlich beeinflusst.
Weiterhin wird ein Pumpstrom Ip1 zur Steuerung der elektromotorischen Kraft der Hauptpumpen-Steuerungssensorzelle 70 verwendet. Genauer gesagt wird der Pumpstrom Ip1 als Steuersignal in die Hauptpumpen-Steuerungssensorzelle 70 eingegeben, und durch die Steuerung ihrer elektromotorischen Kraft V0 wird der Gradient des Sauerstoffpartialdrucks innerhalb des zu messenden Gases, das von dem dritten Diffusionsraten-Steuerungselement 40 in das Innere des zweiten inneren Hohlraums 42 eingeleitet wird, so gesteuert, dass er zu jeder Zeit konstant bleibt. Bei Verwendung als NOx-Sensor wird durch die Wirkungen der Hauptpumpzelle 62 und der Hilfspumpzelle 74 die Sauerstoffkonzentration im Inneren des zweiten inneren Hohlraums 42 auf einem konstanten Wert in der Größenordnung von 0,001 ppm gehalten.
Das vierte Diffusionsraten-Steuerungselement 44 verleiht dem zu messenden Gas einen vorbestimmten Diffusionswiderstand, dessen Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) durch den Betrieb der Hilfspumpzelle 74 im zweiten inneren Hohlraum 42 gesteuert wird, und leitet das zu messende Gas in den dritten inneren Hohlraum 46. Das vierte Diffusionsraten-Steuerungselement 44 hat die Aufgabe, die NOx-Menge zu begrenzen, die in den dritten inneren Hohlraum 46 strömt.
Der dritte innere Hohlraum 46 ist als Raum für die Durchführung eines Verfahrens zur Messung der Stickoxidkonzentration (NOx) im zu messenden Gas vorgesehen und zwar in Bezug auf das zu messende Gas, das durch das vierte Diffusionsraten-Steuerungselement 44 eingeführt wird, nachdem die Sauerstoffkonzentration (der Sauerstoffpartialdruck) zuvor im zweiten inneren Hohlraum 42 eingestellt wurde. Die Messung der NOx-Konzentration erfolgt in erster Linie in dem dritten inneren Hohlraum 46 durch den Betrieb einer Messpumpzelle 90.
Die Messpumpzelle 90 führt die Messung der NOx-Konzentration in dem zu messenden Gas im Inneren des dritten inneren Hohlraums 46 durch. Die Messpumpzelle 90 ist eine elektrochemische Pumpzelle, die aus einer Messelektrode 92, die direkt auf der oberen Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 20 angeordnet ist, die dem dritten inneren Hohlraum 46 zugewandt ist, der außenseitigen Pumpelektrode 66, der zweiten Festelektrolytschicht 24, der Abstandshalterschicht 22 und der ersten Festelektrolytschicht 20 besteht. Die Messelektrode 92 kann z.B. eine poröse Cermet-Elektrode sein. Die Messelektrode 92 fungiert auch als NOx-Reduktionskatalysator zur Reduzierung von NOx, das in der Atmosphäre innerhalb des dritten inneren Hohlraums 46 vorhanden ist.
In der Messpumpzelle 90 kann Sauerstoff, der durch die Zersetzung von Stickoxid in der Atmosphäre um die Messelektrode 92 entsteht, abgepumpt und als Pumpstrom Ip2 erfasst werden.
Um den Sauerstoffpartialdruck um die Messelektrode 92 herum zu erfassen, wird eine elektrochemische Sensorzelle und spezieller eine Messpumpzelle steuernde Sensorzelle 83, durch die erste Festelektrolytschicht 20, die Messelektrode 92 und die Referenzelektrode 60 gebildet. Eine variable Stromversorgung 94 wird, basierend auf einer elektromotorischen Kraft V2, gesteuert, die durch die Messpumpzelle steuernde Sensorzelle 83 erfasst wird.
Das zu messende Gas, das in das Innere des zweiten inneren Hohlraums 42 geleitet wird, erreicht die Messelektrode 92 des dritten inneren Hohlraums 46 durch das vierte Diffusionsraten-Steuerungselement 44 unter einer Bedingung, in der der Sauerstoffpartialdruck gesteuert wird. Stickstoffoxid, das im zu messenden Gas um die Messelektrode 92 herum vorhanden ist, wird reduziert (2NO ->N₂ + O₂), um dadurch Sauerstoff zu erzeugen. Außerdem wird dieser erzeugte Sauerstoff durch die Messpumpzelle 90 gepumpt und zu diesem Zeitpunkt wird die Spannung Vp2 der variablen Stromversorgung 94 so gesteuert, dass die elektromotorische Kraft V2, die durch die Messpumpzelle steuernde Sensorzelle 83 erfasst wird, konstant wird. Da die um die Messelektrode 92 herum erzeugte Sauerstoffmenge proportional zur Stickoxidkonzentration in dem zu messenden Gas ist, kann die Stickoxidkonzentration in dem zu messenden Gas unter Verwendung des Pumpstroms Ip2 der Messpumpzelle 90 berechnet werden.
Weiterhin wird eine elektrochemische Sensorzelle 96 durch die zweite Festelektrolytschicht 24, die Abstandshalterschicht 22, die erste Festelektrolytschicht 20, die dritte Substratschicht 18, die außenseitige Pumpelektrode 66 und die Referenzelektrode 60 gebildet, und, basierend auf einer elektromotorischen Kraft Vref, die durch die Sensorzelle 96 erhalten wird, ist es möglich, den Sauerstoffpartialdruck innerhalb des zu messenden Gases, das außerhalb des Sensors vorhanden ist, zu erfassen.
Darüber hinaus wird eine elektrochemische Referenzgaseinstellpumpzelle 100 durch die zweite Festelektrolytschicht 24, die Abstandshalterschicht 22, die erste Festelektrolytschicht 20, die dritte Substratschicht 18, die außenseitige Pumpelektrode 66 und die Referenzelektrode 60 gebildet. Die Referenzgaseinstellpumpzelle 100 führt einen Pumpvorgang durch, indem ein Steuerstrom Ip3 aufgrund einer Spannung Vp3 fließt, die von einer variablen Stromversorgung 102 angelegt wird, die zwischen der außenseitigen Pumpelektrode 66 und der Referenzelektrode 60 angeschlossen ist. Folglich saugt die Referenzgaseinstellpumpzelle 100 Sauerstoff aus dem Raum um die außenseitige Pumpelektrode 66 in den Raum (die atmosphärische Gaseinführungsschicht 54) um die Referenzelektrode 60 an. Die Spannung Vp3 der variablen Stromversorgung 102 wird im Voraus als Gleichspannung festgelegt, so dass der Steuerstrom Ip3 einen vorbestimmten Wert annimmt (ein Gleichstrom mit konstantem Wert).
Weiterhin werden in der Referenzgaseinstellpumpzelle 100 die Fläche der Referenzelektrode 60, der Steuerstrom Ip3, die Spannung Vp3 der variablen Stromversorgung 102 und dergleichen vorher so bestimmt, dass die durchschnittliche Stromdichte der Referenzelektrode 60, wenn der Steuerstrom Ip3 durch sie fließt, mehr als 0 µA/mm² und weniger als 400 µA/mm² beträgt. In diesem Fall bedeutet die durchschnittliche Stromdichte eine Stromdichte, die man erhält, indem man einen Durchschnittswert des Steuerstroms Ip3 durch eine Fläche S der Referenzelektrode 60 dividiert. Die Fläche S der Referenzelektrode 60 ist eine Fläche eines Abschnitts der Referenzelektrode 60, die der atmosphärischen Gaseinführungsschicht 54 zugewandt ist, und gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Fläche (eine Länge in einer Vorne-Hinten-Richtung und eine Breite in einer Links-Rechts-Richtung) einer oberen Oberfläche der Referenzelektrode 60. Da die vertikale Dicke der Referenzelektrode 60 extrem kleiner ist als die Länge in der Vorne-Hinten-Richtung und die Breite in der Links-Rechts-Richtung der Referenzelektrode 60, kann die Fläche der Seitenoberflächen (der vorderen, hinteren, linken und rechten Oberflächen) der Referenzelektrode 60 ignoriert werden. Der Durchschnittswert des Steuerstroms Ip3 ist ein Wert, der durch zeitliche Mittelung des Steuerstroms über eine ausreichend lange vorbestimmte Zeitperiode erhalten wird, während der momentane Änderungen des Steuerstroms Ip3 ignoriert werden können. Die durchschnittliche Stromdichte ist vorzugsweise kleiner oder gleich 200 µA/mm², bevorzugter ist sie kleiner oder gleich 170 µA/mm² und noch bevorzugter ist sie kleiner oder gleich 160 µA/mm². Die Fläche S der Referenzelektrode 60 ist vorzugsweise kleiner als oder gleich 5 mm². Ohne darauf beschränkt zu sein, beträgt die Länge der Referenzelektrode 60 in der Vorne-Hinten-Richtung beispielsweise 0,2 bis 2 mm und die Breite in der Links-Rechts-Richtung beispielsweise 0,2 bis 2,5 mm. Der Mittelwert des Steuerstroms Ip3 beträgt beispielsweise 1 bis 100 µA. Der Mittelwert des Steuerstroms Ip3 ist vorzugsweise größer oder gleich 1 µA, bevorzugter ist er größer oder gleich 4 µA, noch bevorzugter ist er größer oder gleich 5 µA und auch bevorzugter ist er größer oder gleich 8 µA.
Im Gassensor 10 mit einer solchen Konfiguration wird durch den Betrieb der Hauptpumpzelle 62 und der Hilfspumpzelle 74 das zu messende Gas, dessen Sauerstoffpartialdruck immer auf einem konstant niedrigen Wert gehalten wird (ein Wert, der keinen wesentlichen Einfluss auf die Messung von NOx hat), in die Messpumpzelle 90 eingeleitet. Dementsprechend wird es möglich, die NOx-Konzentration in dem zu messenden Gas, basierend auf dem vorstehend erwähnten Pumpenstrom Ip2, zu kennen, der fließt, indem aus der Messpumpzelle 90 der durch die Reduktion von NOx erzeugte Sauerstoff im Wesentlichen proportional zur NOx-Konzentration in dem zu messenden Gas abgepumpt wird.
Darüber hinaus ist das Sensorelement 12 mit einer Heizereinheit 110 ausgestattet, die eine Temperatureinstellung zur Erwärmung des Sensorelements 12 vornimmt und das Sensorelement 12 heiß hält, um die Sauerstoffionenleitfähigkeit des Festelektrolyten zu erhöhen. Die Heizereinheit 110 umfasst Heizer-Verbindungselektroden 112, einen Heizer 114, Durchgangslöcher 116, eine Heizer-Isolierschicht 118, ein Druckablassloch 120 und Leitungsdrähte 122.
Die Heizer-Verbindungselektroden 112 sind Elektroden, die so ausgebildet sind, dass sie mit der unteren Oberfläche der ersten Substratschicht 14 in Kontakt stehen. Dadurch, dass die Heizer-Verbindungselektroden 112 mit einer externen Stromquelle verbunden sind, ist es möglich, die Heizereinheit 110 von außen mit Strom zu versorgen.
Der Heizer 114 ist ein elektrischer Widerstand, der von oben und unten zwischen der zweiten Substratschicht 16 und der dritten Substratschicht 18 eingebettet ist. Der Heizer 114 ist über die Leitungsdrähte 122 und die Durchgangslöcher 116 mit den Heizer-Verbindungselektroden 112 verbunden, erzeugt Wärme, indem er über die Heizer-Verbindungselektroden 112 mit elektrischer Energie von außen versorgt wird, und führt die Erwärmung und Wärmespeicherung des Festelektrolyten durch, der das Sensorelement 12 bildet.
Weiterhin ist der Heizer 114 über die gesamte Region vom Pufferraum 34 bis zum dritten inneren Hohlraum 46 eingebettet, wodurch das gesamte Sensorelement 12 auf eine Temperatur eingestellt werden kann, bei der der Festelektrolyt aktiviert wird.
Die Heizer-Isolierschicht 118 ist eine Isolierschicht aus porösem Aluminiumoxid, die durch einen Isolator aus Aluminiumoxid oder dergleichen auf der oberen und unteren Oberfläche des Heizers 114 gebildet wird. Die Heizer-Isolierschicht 118 wird mit dem Ziel gebildet, eine elektrische Isolierung zwischen der zweiten Substratschicht 16 und dem Heizer 114 sowie eine elektrische Isolierung zwischen der dritten Substratschicht 18 und dem Heizer 114 zu erreichen.
Das Druckablassloch 120 ist eine Stelle, die so vorgesehen ist, dass sie die dritte Substratschicht 18 durchdringt und mit dem Referenzgaseinführungsraum 52 in Verbindung steht, und wird mit dem Ziel gebildet, einen Anstieg des Innendrucks, der mit einem Temperaturanstieg innerhalb der Heizer-Isolierschicht 118 einhergeht, abzumildern.
Darüber hinaus sind die in 1 dargestellten variablen Stromversorgungen 72, 84, 94 und 102 dergleichen tatsächlich über nicht abgebildete Leitungsdrähte oder über im Inneren des Sensorelements 12 ausgebildete Verbinder und Leitungsdrähte mit den Elektroden verbunden.
Nachfolgend wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gassensors 10 beschrieben. Zunächst werden sechs ungebrannte keramische Grünplatten hergestellt, die als keramische Komponente einen sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten wie Zirkoniumdioxid oder dergleichen enthalten. Eine Vielzahl von Plattenlöchern, die zur Positionierung beim Drucken und beim Stapeln verwendet werden, sowie die erforderlichen Durchgangslöcher werden zuvor in den Grünplatten ausgebildet. Weiterhin wird in der Grünplatte, die als Abstandshalterschicht 22 dient, ein Raum, der als Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas dient, im Voraus durch Stanzen oder dergleichen gebildet. Darüber hinaus werden für jede der ersten Substratschicht 14, der zweiten Substratschicht 16, der dritten Substratschicht 18, der ersten Festelektrolytschicht 20, der Abstandshalterschicht 22 und der zweiten Festelektrolytschicht 24 ein Musterdruckverfahren und ein Trocknungsverfahren durchgeführt, die verschiedene Muster auf den keramischen Grünplatten bilden. Genauer gesagt handelt es sich bei den Mustern, die gebildet werden, beispielsweise um Muster für die vorstehend genannten Elektroden, die mit den Elektroden verbundenen Leitungsdrähte 122, die atmosphärische Gaseinführungsschicht 54, die Heizereinheit 110 und dergleichen. Das Drucken der Muster erfolgt durch Auftragen einer Musterbildungspaste, die entsprechend den für die einzelnen Bildungsziele erforderlichen Merkmalen hergestellt wurde, auf eine Grünplatte unter Verwendung einer bekannten Siebdrucktechnik. Das Trocknungsverfahren wird ebenfalls mit einem bekannten Trocknungsmittel durchgeführt. Nach Abschluss des Musterdrucks und der Trocknung wird eine Klebepaste aufgedruckt und getrocknet, um die Grünplatten, die den jeweiligen Schichten entsprechen, aufeinander zu stapeln und zu verkleben. Dann werden die Grünplatten, auf denen die Klebepaste gebildet ist, in einer vorbestimmten Reihenfolge gestapelt, während sie durch die Plattenlöcher positioniert werden, und es wird ein Pressbondingverfahren darauf durchgeführt, um die Grünplatten durch Anwendung einer vorbestimmten Temperatur- und Druckbedingung zu pressen, wodurch ein einzelner gestapelter Körper 25 hergestellt wird. Der auf diese Weise erhaltene gestapelte Körper 25 enthält eine Vielzahl von einzelnen Sensorelementen 12. Der gestapelte Körper 25 wird geschnitten und in eine Vielzahl von Stücken mit der Größe des Sensorelements 12 zerlegt. Dann wird der geschnittene und abgetrennte gestapelte Körper 25 bei einer vorbestimmten Brenntemperatur gebrannt und man erhält das Sensorelement 12.
Im Folgenden werden einige beispielhafte Ausführungsformen in Bezug auf den Gassensor 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 2 bis 8 beschrieben.
Wie in 2 dargestellt, enthält der Gassensor gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform (im Folgenden als erster Gassensor 10A bezeichnet) zunächst das vorstehend erwähnte Sensorelement 12, eine Pumpenantriebssteuereinheit 200, eine Heizersteuereinheit 202 und eine erste Pumpenstoppeinheit 204A.
Die Pumpenantriebssteuereinheit 200 steuert den Pumpenantrieb (Pumpen von Sauerstoff aus dem Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas) in Bezug auf den Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas (siehe 1). Die Heizersteuereinheit 202 steuert die Zufuhr und das Stoppen des elektrischen Stroms zur Heizereinheit 110. Die erste Pumpenstoppeinheit 204A stoppt den Pumpenantrieb durch die Pumpenantriebssteuereinheit 200, nachdem die Heizersteuereinheit 202 die Zufuhr von elektrischem Strom zur Heizereinheit 110 gestoppt hat.
Die Pumpenantriebssteuereinheit 200, die Heizerssteuereinheit 202 und die erste Pumpenstoppeinheit 204A bestehen beispielsweise aus einer oder mehreren CPUs (Zentraleinheiten) und einer oder mehreren elektronischen Schaltungen einschließlich einer Speichervorrichtung und dergleichen. Bei den elektronischen Schaltkreisen handelt es sich um softwarebasierte Funktionseinheiten, in denen vorgegebene Funktionen beispielsweise durch die CPUs realisiert werden, die in einer Speichervorrichtung gespeicherte Programme ausführen. Natürlich können die elektronischen Schaltungen auch aus einer integrierten Schaltung wie einem FPGA (Field-Programmable Gate Array) bestehen, in dem die mehreren elektronischen Schaltungen entsprechend ihrer Funktionen verbunden sind. Die gleichen Merkmale gelten auch im Folgenden.
Wie andererseits in 3 dargestellt, enthält ein Gassensor 1000 gemäß einem Vergleichsbeispiel das vorstehend erwähnte Sensorelement 12, die Pumpenantriebssteuereinheit 200 und die Heizersteuereinheit 202.
Die Pumpenantriebssteuereinheit 200 steuert zumindest den Pumpenantrieb (Pumpen von Sauerstoff aus dem Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas) in Bezug auf den Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas. Die Heizersteuereinheit 202 steuert die Zufuhr und das Stoppen des elektrischen Stroms zur Heizereinheit 110.
Im Folgenden wird ein Steuerungsverfahren für den ersten Gassensor 10A beschrieben und mit einem Steuerungsverfahren des Vergleichsbeispiels verglichen.
Zunächst werden bei dem in den 3 und 4A bis 4C dargestellten Steuerungsverfahren des Vergleichsbeispiels durch Eingabe eines EIN-Signals in die Pumpenantriebssteuereinheit 200 und die Heizerssteuereinheit 202 verschiedene Arten von Pumpzellen angetrieben, und die Heizereinheit 110 wird mit Strom versorgt. Danach wird, wie in 4B gezeigt, die Temperatur des Sensorelements 12 (im Folgenden als Sensortemperatur bezeichnet) im Wesentlichen auf einer ersten Temperatur Tha (z.B. 800°C) gehalten, die eine hohe Temperatur ist.
Darüber hinaus wird, wie in 4C gezeigt, zu einem Speisungsstoppzeitpunkt ta durch ein AUS-Signal, das in die Pumpenantriebssteuereinheit 200 und die Heizersteuereinheit 202 eingegeben wird, der Antrieb der verschiedenen Pumpzellen gestoppt, während gleichzeitig auch die Stromzufuhr zur Heizereinheit 110 gestoppt wird. Zu diesem Zeitpunkt, wie in 4B gezeigt, nimmt die Sensortemperatur zwar allmählich ab, nachdem die Stromzufuhr zur Heizereinheit 110 gestoppt wurde, aber die Sensortemperatur wird über eine feste Periode Ta auf einer hohen Temperatur gehalten, die größer oder gleich einer vorbestimmten Temperatur Thb (z.B. 500°C) ist. Unmittelbar nachdem die Stromzufuhr zur Heizereinheit 110 gestoppt wurde, wird deren Temperatur nicht sofort gesenkt, und ein Hochtemperaturzustand wird für eine Weile aufrechterhalten. Wenn das Abgas in einem solchen Hochtemperaturzustand in den Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas eintritt, der nicht von einer Pumpe angetrieben wird, werden die Katalysatorelektroden (die Referenzelektrode 60, die innenseitige Pumpelektrode 64, die Hilfspumpelektrode 76, die Messelektrode 92 usw.) durch den Sauerstoff im Abgas oxidiert werden. Genauer gesagt, kommt es in der vorstehend erwähnten festen Periode Ta zur Oxidation der Katalysatorelektroden. Darüber hinaus bewirkt der vorstehend erwähnte Effekt der Elektrodenoxidation nicht nur eine Abnahme der Empfindlichkeit des Gassensors 1000, sondern auch eine Verlängerung der Zeitperiode (der Licht-Aus-Zeitperiode) am Beginn des Betriebs des Gassensors 1000 bis zu dem, an dem sich der Gassensor 1000 stabilisiert.
Im Gegensatz dazu verzögert die erste Pumpenstoppeinheit 204A des ersten Gassensors 10A, wie in 2 und 5A bis 5C gezeigt, das eingegebene AUS-Signal und gibt das AUS-Signal an die Pumpenantriebssteuereinheit 200 aus, nachdem die Heizersteuereinheit 202 die Stromzufuhr zur Heizereinheit 110 gestoppt hat. Genauer gesagt, zu einem Zeitpunkt tb, der nach dem Erregungsstoppzeitpunkt ta liegt, zu dem die Stromzufuhr zur Heizereinheit 110 gestoppt wird, wird der Pumpenantrieb durch die Pumpenantriebssteuereinheit 200 gestoppt.
Folglich wird der Pumpenantrieb durch die Pumpenantriebssteuereinheit 200 über eine Periode von dem Erregungsstoppzeitpunkt ta, an dem die Stromzufuhr zur Heizereinheit 110 gestoppt wird, bis zum Zeitpunkt tb fortgesetzt, wodurch das Abpumpen von Sauerstoff aus dem Durchflussabschnitt 50 für das zu messenden Gases erfolgt. Infolgedessen wird die Oxidation der Referenzelektrode 60, der Messelektrode 92 usw. unterdrückt und eine Abnahme der Empfindlichkeit des ersten Gassensors 10A verhindert.
Da die Oxidation der Elektroden unterdrückt wird, verkürzt sich, wie bereits erwähnt, auch die Zeitperiode (die Licht-Aus-Zeitperiode) zwischen dem Beginn des Betriebs des ersten Gassensors 10A und der Stabilisierung des ersten Gassensors 10A. Die kürzere Licht-Aus-Zeitperiode ermöglicht es, die NOx-Konzentration innerhalb einer frühen Zeitperiode ab dem Zeitpunkt des Motorstarts zu kennen, und es kann eine Verbesserung der Produktqualität erreicht werden.
Wie in 6 gezeigt, hat ein Gassensor gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform (im Folgenden als zweiter Gassensor 10B bezeichnet) die gleiche Konfiguration wie der vorstehend beschriebene erste Gassensor 10A, unterscheidet sich aber von diesem dadurch, dass eine zweite Pumpenstoppeinheit 204B und eine Zeitmesseinheit 206, in die ein AUS-Signal eingegeben wird, enthalten sind. Beschreibungen von Abschnitten, die sich mit denen des ersten Gassensors 10A überschneiden, werden weggelassen.
Wie in den 5A bis 5C gezeigt, gibt die Zeitmesseinheit 206 das AUS-Signal an die zweite Pumpenstoppeinheit 204B aus, wenn eine vorbestimmte Zeitperiode Tb ab dem Erregungsstoppzeitpunkt ta, an dem das AUS-Signal eingegeben wird, gemessen worden ist. Die zweite Pumpenstoppeinheit 204B gibt das AUS-Signal an die Pumpenantriebssteuereinheit 200 aus, basierend auf der Eingabe des AUS-Signals von der Zeitmesseinheit 206 in diese. Genauer gesagt, zu einem Zeitpunkt tb, nachdem die vorbestimmte Zeitperiode Tb ab dem Erregungsstoppzeitpunkt ta verstrichen ist, wenn die Stromzufuhr zur Heizereinheit 110 gestoppt wird, wird der Pumpenantrieb durch die Pumpenantriebssteuereinheit 200 gestoppt.
Darüber hinaus werden die Referenzelektrode 60 und die Messelektrode 92 und dergleichen einer Umgebung ausgesetzt, in der es für sie schwierig ist, oxidiert zu werden, nachdem der Pumpenantrieb durch die Pumpenantriebssteuereinheit 200 gestoppt wurde, indem die vorbestimmte Zeitperiode Tb, die von der Zeitmesseinheit 206 gemessen wird, auf die Zeitperiode zum Erreichen einer Temperatur eingestellt wird, die eine Umgebung schafft, in der es für die Referenzelektrode 60 und die Messelektrode 92 und dergleichen schwierig ist, oxidiert zu werden. Infolgedessen wird eine Abnahme der Empfindlichkeit des zweiten Gassensors 10B unterdrückt. Darüber hinaus wird, wie bereits erwähnt, die Zeitperiode (die Licht-Aus-Zeitperiode) zwischen dem Beginn des Antriebs des zweiten Gassensors 10B bis dann, wenn der zweite Gassensor 10B stabilisiert wird, ebenfalls kürzer.
Wie in 7 gezeigt, weist ein Gassensor gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform (im Folgenden als dritter Gassensor 10C bezeichnet) die gleiche Konfiguration wie der vorstehend beschriebene erste Gassensor 10A auf, unterscheidet sich aber von diesem dadurch, dass eine dritte Pumpenstoppeinheit 204C und eine Temperaturmesseinheit 208 zum Messen einer Temperatur (Sensortemperatur) des Sensorelements 12 enthalten sind. Beschreibungen von Abschnitten, die sich mit denen des ersten Gassensors 10A überschneiden, werden weggelassen.
Die Temperaturmesseinheit 208 misst die Temperatur (Sensortemperatur Th) des Sensorelements 12 und liefert die Sensortemperatur Th an die dritte Pumpenstoppeinheit 204C. Die Temperaturmesseinheit 208 misst die Temperatur an einer bestimmten Stelle des Sensorelements 12. Die bestimmte Stelle kann beispielsweise eine untere Oberfläche oder eine Seitenoberfläche des gestapelten Körpers 25 sein, und die bestimmte Stelle kann die Heizereinheit 110 sein.
Die dritte Pumpenstoppeinheit 204C vergleicht die eingegebene Sensortemperatur Th mit der zuvor eingestellten Schwellentemperatur Tth und zu einem Zeitpunkt, zu dem die Sensortemperatur Th kleiner oder gleich der Schwellentemperatur Tth geworden ist, wird ein AUS-Signal an die Pumpenantriebssteuereinheit 200 ausgegeben. Wie beispielsweise in den 5B und 5C gezeigt, gibt die dritte Pumpenstoppeinheit 204C zu dem Zeitpunkt tb, wenn die Sensortemperatur Th kleiner oder gleich der Schwellentemperatur Tth geworden ist, d.h. zu einem Zeitpunkt, nachdem die vorbestimmte Zeitperiode Tb von dem Erregungsstoppzeitpunkt ta an verstrichen ist, wenn die Stromzufuhr zur Heizereinheit 110 gestoppt wird, ein AUS-Signal an die Pumpenantriebssteuereinheit 200 aus, und der Pumpenantrieb wird gestoppt.
Durch Einstellen der vorbestimmten Zeitperiode Tb auf die Zeitperiode zum Erreichen einer Temperatur, die eine Umgebung schafft, in der es für die Referenzelektrode 60 und die Messelektrode 92 und dergleichen schwierig wird, oxidiert zu werden, werden die Referenzelektrode 60 und die Messelektrode 92 und dergleichen einer Umgebung ausgesetzt, in der es für sie schwierig ist, oxidiert zu werden, nachdem der Pumpenantrieb durch die Pumpenantriebssteuereinheit 200 gestoppt wurde. Infolgedessen wird eine Abnahme der Empfindlichkeit des dritten Gassensors 10C unterdrückt. Darüber hinaus wird, wie bereits erwähnt, die Zeitperiode (die Licht-Aus-Zeitperiode) zwischen dem Beginn des Antriebs des dritten Gassensors 10C bis dann, wenn der dritte Gassensor 10C stabilisiert wird, ebenfalls kürzer.
Wie in 8 gezeigt, hat ein Gassensor gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform (im Folgenden als vierter Gassensor 10D bezeichnet) die gleiche Konfiguration wie der vorstehend beschriebene dritte Gassensor 10C, unterscheidet sich aber von diesem dadurch, dass eine vierte Pumpenstoppeinheit 204D und eine Temperaturdifferenz-Berechnungseinheit 210 enthalten sind. Beschreibungen von Abschnitten, die sich mit denen des dritten Gassensors 10C überschneiden, werden weggelassen.
Die Temperaturdifferenz-Berechnungseinheit 210 berechnet eine Differenz (Temperaturdifferenz ΔTh) zwischen der vorstehend erwähnten ersten Temperatur Tha und der aktuellen Sensortemperatur Th von der Temperaturmesseinheit 208 und gibt die Temperaturdifferenz ΔTh an die vierte Pumpenstoppeinheit 204D aus.
Die vierte Pumpenstoppeinheit 204D vergleicht die eingegebene Temperaturdifferenz ΔTh mit einer zuvor eingestellten Zieltemperaturdifferenz ΔTth, und zu einem Zeitpunkt, zu dem die Temperaturdifferenz Th größer oder gleich der Zieltemperaturdifferenz ΔTth geworden ist, wird ein AUS-Signal an die Pumpenantriebssteuereinheit 200 ausgegeben. Insbesondere wird zu dem Zeitpunkt tb, wenn die Temperaturdifferenz ΔTh größer oder gleich der Zieltemperaturdifferenz ΔTth geworden ist, d.h. zu einem Zeitpunkt, nachdem die vorbestimmte Zeitperiode Tb von dem Erregungsstoppzeitpunkt ta an verstrichen ist, wenn die Stromzufuhr zu der Heizereinheit 110 gestoppt wird, das AUS-Signal an die Pumpenantriebssteuereinheit 200 ausgegeben, und der Pumpenantrieb wird gestoppt.
In der gleichen Weise wie zuvor erwähnt, werden die Referenzelektrode 60 und die Messelektrode 92 und dergleichen einer Umgebung ausgesetzt, in der es für sie schwierig ist, oxidiert zu werden, nachdem der Pumpenantrieb durch die Pumpenantriebssteuereinheit 200 gestoppt wurde, indem die vorbestimmte Zeitperiode Tb auf die Zeitperiode zum Erreichen einer Temperatur eingestellt wird, die eine Umgebung schafft, in der es für sie schwierig ist, oxidiert zu werden. Infolgedessen wird eine Abnahme der Empfindlichkeit des vierten Gassensors 100 unterdrückt. Darüber hinaus wird, wie bereits erwähnt, die Zeitperiode (die Licht-Aus-Zeitperiode) zwischen dem Beginn des Antriebs des vierten Gassensors 10D und dem Zeitpunkt, bis dann, wenn der vierte Gassensor 10D stabilisiert wird, ebenfalls kürzer.
[Beispiele]
Wie in den 5A bis 5C gezeigt, wurden die Gassensoren gemäß den Beispielen 1 bis 5 und einem Vergleichsbeispiel zehn Minuten lang an der Atmosphäre betrieben und danach wurde der Antrieb der Gassensoren gestoppt. Zu diesem Zeitpunkt unterscheidet sich die Zeitperiode zwischen dem Stoppzeitpunkt ta des Heizers, wenn der Antrieb des Gassensors gestoppt wird, zu einem Zeitpunkt tb, wenn der Antrieb der verschiedenen Pumpzellen gestoppt wird, d.h. eine Pump-Aus-Verzögerungszeitperiode Tb, von denen der Beispiele 1 bis 5 und des Vergleichsbeispiels. In diesem Fall wurden eine Licht-Aus-Zeitperiode Tc und eine Temperaturdifferenz zu einem Zeitpunkt, zu dem der Sensor in Betrieb ist, für die Beispiele 1 bis 5 und das Vergleichsbeispiel bestätigt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 von 9 dargestellt.
Darüber hinaus ist in Tabelle 1 von 9 die „Pump-Aus-Verzögerungszeitperiode Tb“ eine Verzögerungszeitperiode von dem Stoppzeitpunkt ta des Heizers bis zu dem Zeitpunkt tb, an dem der Antrieb der verschiedenen Pumpzellen gestoppt wird. Wie bereits erwähnt, ist die „Licht-Aus-Zeitperiode Tc“ die Zeitperiode vom Beginn des Antriebs des Gassensors bis zur Stabilisierung des Gassensors. Die „Temperaturdifferenz gegenüber dem Zeitpunkt, zu dem der Sensor in Betrieb ist“, ist die Differenz zwischen einer Oberflächentemperatur des Gassensors zu einem Zeitpunkt, zu dem der Sensor in Betrieb ist, und einer Oberflächentemperatur des Gassensors, nachdem der Heizer gestoppt wurde.
Auf der Grundlage der in der vorstehend erwähnten Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse zeigt 10 die Änderungen der Licht-Aus-Zeitperiode Tc in Bezug auf die Pump-Aus-Verzögerungszeitperiode Tb und 11 zeigt die Änderungen der Licht-Aus-Zeitperiode Tc in Bezug auf die Temperaturdifferenz zum Zeitpunkt, zu dem der Sensor in Betrieb ist. Weiterhin zeigt 12 Änderungen der Oberflächentemperatur des Gassensors in Bezug auf eine verstrichene Zeitperiode (die Pump-Aus-Verzögerungszeitperiode Tb), nachdem der Heizer gestoppt wurde.
[Überlegungen]
Aus den in Tabelle 1 von 9 und 10 gezeigten Ergebnissen ist ersichtlich, dass die Licht-Aus-Zeitperiode Tc in allen Beispielen 1 bis 5 gegenüber dem Vergleichsbeispiel verkürzt werden kann. Genauer gesagt ist die Pump-Aus-Verzögerungszeitperiode Tb vorzugsweise größer oder gleich 10 Sekunden, bevorzugter ist sie größer oder gleich 20 Sekunden und noch bevorzugter ist sie größer oder gleich 30 Sekunden.
Aus den in Tabelle 1 von 9 und 11 gezeigten Ergebnissen ist ersichtlich, dass die Licht-Aus-Zeitperiode Tc in allen Beispielen 1 bis 5 im Vergleich zum Vergleichsbeispiel verkürzt werden kann. Genauer gesagt ist die Temperaturdifferenz zum Zeitpunkt, an dem der Sensor in Betrieb ist, vorzugsweise größer oder gleich 200°C, bevorzugter größer oder gleich 350°C und noch bevorzugter größer oder gleich 435°C.
Aus den in Tabelle 1 von 9 und 12 dargestellten Ergebnissen ist ersichtlich, dass die Oberflächentemperatur des Gassensors mit zunehmender Dauer der Abpumpverzögerung Tb (der verstrichenen Zeitperiode) abnimmt. Wie aus den in 11 gezeigten Ergebnissen hervorgeht, ist die verstrichene Zeitperiode vorzugsweise größer als oder gleich 10 Sekunden, bevorzugter größer als oder gleich 20 Sekunden und noch bevorzugter größer als oder gleich 30 Sekunden, wenn die Temperaturdifferenz zum Zeitpunkt, zu dem der Sensor in Betrieb ist, vorzugsweise größer als oder gleich 200°C, bevorzugter größer als oder gleich 350°C und noch bevorzugter größer als oder gleich 435°C ist.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen lassen sich in der nachstehend beschriebenen Weise zusammenfassen.
[1] Die vorliegende Ausführungsform enthält das Sensorelement 12. Das Sensorelement enthält den gestapelten Körper 25, der durch Stapeln einer Vielzahl von sauerstoffionenleitenden Festelektrolytschichten gebildet wird, wobei der gestapelte Körper darin den Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas enthält, der das zu messende Gas einführt und bewirkt, dass das zu messende Gas durch ihn hindurchströmt, und den Referenzgaseinführungsraum 52, der das Referenzgas einführt, das als Referenz zum Erfassen der Konzentration des bestimmten Gases in dem zu messenden Gas dient, die Referenzelektrode 60, die im Inneren des gestapelten Körpers 25 ausgebildet ist und in die das Referenzgas durch den Referenzgaseinführungsraum 52 eingeleitet wird, die Messelektrode 92 und die innenseitige Pumpelektrode 64, die an der inneren Umfangsoberfläche des Durchflussabschnitts 50 für das zu messende Gas angeordnet sind, und die Seitenelektrode für das zu messende Gas, die an einem Abschnitt des gestapelten Körpers 25 angeordnet ist, der dem zu messenden Gas ausgesetzt ist. Der Gassensor enthält weiterhin die Heizereinheit 110, die eine Temperatureinstellung zum Erwärmen des Sensorelements 12 und zum Heißhalten des Sensorelements vornimmt, die Pumpenantriebssteuereinheit 200, die den Pumpenantrieb (Abpumpen von Sauerstoff aus dem Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas) in Bezug auf mindestens den Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas steuert, die Messpumpzelle 90, die die Konzentration des bestimmten Gases in dem zu messenden Gas erfasst, die Messpumpzelle 90, die die Konzentration des bestimmten Gases in dem zu messenden Gas, basierend auf der elektromotorischen Kraft, die zwischen der Referenzelektrode 60 und der Messelektrode 92 erzeugt wird, erfasst, die Heizersteuereinheit 202, die die Heizereinheit 110 steuert, und die erste Pumpenstoppeinheit 204A, die den Pumpenantrieb durch die Pumpenantriebssteuereinheit 200 stoppt, nachdem die Zufuhr von elektrischem Strom zu der Heizereinheit 110 durch die Heizersteuereinheit 202 gestoppt worden ist.
In der festen Periode Ta nach dem Stoppen der Stromzufuhr zur Heizereinheit 110 durch die Heizersteuereinheit 202 wird eine Umgebung geschaffen, in der Katalysatorelektroden wie die Referenzelektrode 60 und die Messelektrode 92 und dergleichen leicht oxidiert werden. Unmittelbar nachdem die Stromzufuhr zur Heizereinheit 110 gestoppt wurde, wird deren Temperatur nicht sofort gesenkt, und ein Hochtemperaturzustand wird für eine Weile beibehalten. Wenn das Abgas in einem Hochtemperaturzustand in den Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas eintritt, der keinem Pumpenantrieb unterzogen wird, wird die Katalysatorelektrode durch den Sauerstoff im Abgas oxidiert.
Der Effekt der Elektrodenoxidation führt nicht nur zu einer Verringerung der Empfindlichkeit des Gassensors, sondern auch zu einer Verzögerung der Zeitperiode (der Licht-Aus-Zeitperiode) zwischen dem Beginn des Antriebs des Gassensors und der Stabilisierung des Gassensors.
Im Gegensatz dazu wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch Fortsetzen des Pumpenantriebs durch die Pumpenantriebssteuereinheit 200 für mindestens die feste Periode Ta in der festen Periode Ta das Abpumpen von Sauerstoff aus dem Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas durchgeführt, die Oxidation der Referenzelektrode 60 und der Messelektrode 92 und dergleichen wird unterdrückt und eine Abnahme der Empfindlichkeit des Gassensors wird verhindert. Da die Oxidation der Elektroden unterdrückt wird, verkürzt sich außerdem, wie bereits erwähnt, die Zeitperiode (die Licht-Aus-Zeitperiode) vom Beginn des Antriebs des Gassensors bis zur Stabilisierung des Gassensors. Durch die kürzere Licht-Aus-Zeitperiode kann die NOx-Konzentration innerhalb einer frühen Zeitperiode ab dem Zeitpunkt des Motorstarts bekannt sein, und es kann eine Verbesserung der Produktqualität erreicht werden.
[2] In der vorliegenden Ausführungsform ist weiterhin die Zeitmesseinheit 206 enthalten, die die Zeit, basierend auf dem Stoppen der Zufuhr von elektrischem Strom zur Heizereinheit 110, misst, und die zweite Pumpenstoppeinheit 204B stoppt den Pumpenantrieb in einem Stadium, in dem die Zeitmesseinheit 206 mindestens die feste Periode Ta gemessen hat.
Wenn die Stromzufuhr zur Heizereinheit 110 durch die Heizersteuereinheit 202 gestoppt wird, sinkt die Temperatur im Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas. In der festen Periode Ta, während der die Temperatur für das zu messende Gas, das Abschnitt 50 durchströmt, hoch ist, wird eine Umgebung geschaffen, in der die Referenzelektrode 60 und die Messelektrode 92 und dergleichen leicht oxidiert werden. Durch Fortsetzen des Pumpenantriebs durch die Pumpenantriebssteuereinheit 200 für mindestens die feste Periode Ta wird die Oxidation der Referenzelektrode 60 und der Messelektrode 92 und dergleichen während der festen Periode Ta unterdrückt.
Darüber hinaus werden die Referenzelektrode 60 und die Messelektrode 92 und dergleichen einer Umgebung ausgesetzt, in der es für sie schwierig ist, oxidiert zu werden, nachdem der Pumpenantrieb durch die Pumpenantriebssteuereinheit 200 gestoppt wurde, indem die von der Zeitmesseinheit 206 gemessene vorbestimmte Zeitperiode Tb auf die vorbestimmte Zeitperiode Tb eingestellt wird, um eine Temperatur zu erreichen, die eine Umgebung herbeiführt, in der es für die Referenzelektrode 60 und die Messelektrode 92 und dergleichen schwierig wird, oxidiert zu werden. Infolgedessen wird eine Abnahme der Empfindlichkeit des Gassensors unterdrückt. Außerdem verkürzt sich, wie bereits erwähnt, die Zeitperiode (die Licht-Aus-Zeitperiode) zwischen dem Beginn des Antriebs des Gassensors bis zur Stabilisierung des Gassensors.
[3] In der vorliegenden Ausführungsform ist die Temperaturmesseinheit 208 enthalten, die die Temperatur des gestapelten Körpers 25 misst, wobei die dritte Pumpenstoppeinheit 204C den Pumpenantrieb in einem Stadium stoppt, in dem die Temperatur des gestapelten Körpers 25 die zuvor eingestellte niedrige Temperatur erreicht hat.
Wenn die Stromzufuhr zur Heizereinheit 110 durch die Heizerssteuereinheit 202 gestoppt wird, sinkt die Temperatur der bestimmten Stelle des gestapelten Körpers 25. In der festen Periode Ta, während der die Temperatur der bestimmten Stelle hoch ist, wird eine Umgebung geschaffen, in der die Referenzelektrode 60 und die Messelektrode 92 und dergleichen leicht oxidiert werden. Durch die Fortsetzung des Pumpenantriebs durch die Pumpenantriebssteuereinheit 200 in der festen Periode Ta wird die Oxidation der Referenzelektrode 60 und der Messelektrode 92 und dergleichen während der festen Periode Ta unterdrückt.
Darüber hinaus werden die Referenzelektrode 60 und die Messelektrode 92 und dergleichen einer Umgebung ausgesetzt, in der es für sie schwierig ist, oxidiert zu werden, nachdem der Pumpenantrieb durch die Pumpenantriebssteuereinheit 200 gestoppt wurde, indem die zuvor eingestellte niedrige Temperatur für die Temperatur der bestimmten Stelle auf eine Temperatur gesetzt wird, die eine Umgebung schafft, in der es für die Referenzelektrode 60 und die Messelektrode 92 und dergleichen schwierig ist, oxidiert zu werden. Infolgedessen wird eine Abnahme der Empfindlichkeit des Gassensors unterdrückt. Außerdem verkürzt sich, wie bereits erwähnt, die Zeitperiode (die Licht-AUS-Zeitperiode) vom Beginn des Antriebs des Gassensors bis zur Stabilisierung des Gassensors.
[4] In der vorliegenden Ausführungsform ist weiterhin die Temperaturmesseinheit 208 enthalten, die die Temperatur der bestimmten Stelle des gestapelten Körpers 25 misst, wobei eine Differenz zwischen der Temperatur der bestimmten Stelle zu einem Zeitpunkt, zu dem die Heizereinheit 110 durch die Heizersteuereinheit 202 Strom zugeführt wird, und der Temperatur der bestimmten Stelle zu einem Zeitpunkt, zu dem der Pumpenantrieb durch die vierte Pumpenstoppeinheit 204D gestoppt wird, größer als oder gleich einer vorbestimmten Temperatur (200°C) ist.
In der Periode, in der die Temperaturdifferenz weniger als 200°C beträgt, nachdem die Stromzufuhr zur Heizereinheit 110 durch die Heizersteuereinheit 202 gestoppt wurde, wird eine Umgebung geschaffen, in der die Referenzelektrode 60 und die Messelektrode 92 und dergleichen leicht oxidiert werden. Durch die Fortsetzung des Pumpenantriebs durch die Pumpenantriebssteuereinheit 200 in der vorstehend beschriebenen Periode wird die Oxidation der Referenzelektrode 60 und der Messelektrode 92 und dergleichen während der festen Periode Ta unterdrückt. Andererseits wird in dem Fall, dass die Temperaturdifferenz größer oder gleich 200°C geworden ist, da eine Umgebung geschaffen wird, in der eine Oxidation der Referenzelektrode 60 und der Messelektrode 92 und dergleichen unwahrscheinlich ist, der Pumpenantrieb durch die vierte Pumpenstoppeinheit 204D gestoppt.
[5] In der vorliegenden Ausführungsform ist die bestimmte Stelle des gestapelten Körpers 25 die Heizereinheit 110. Die Messung der Temperatur der Heizereinheit 110 führt dazu, dass eine Stelle mit der höchsten Temperatur innerhalb des gestapelten Körpers 25 gemessen wird. Dementsprechend kann durch die Verwendung der Temperatur der Heizereinheit 110 als Referenz der Pumpenantrieb durch die Pumpenantriebssteuereinheit 200 zuverlässig für einen Zeitperiode fortgesetzt werden, in dem der Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas in einen Hochtemperaturzustand versetzt wird. Folglich kann eine Oxidation der Referenzelektrode 60 und der Messelektrode 92 und dergleichen unterdrückt werden, und es ist möglich, eine Abnahme der Empfindlichkeit des Gassensors zu verhindern. Natürlich ermöglicht ein solches Merkmal auch eine Verkürzung der Licht-Aus-Zeitperiode.
[6] Bei der vorliegenden Ausführungsform misst die Temperaturmesseinheit 208 die Temperatur der bestimmten Stelle, basierend auf dem Widerstandswert des Heizers 114, der die Heizereinheit 110 bildet. Wenn der Heizer 114 z.B. aus Platin oder dergleichen besteht, wird der elektrische Widerstand des Heizers 114 bei einem Anstieg der Temperatur an der bestimmten Stelle höher. Somit kann anhand des Widerstandswerts des Heizers 114 die Temperatur an der bestimmten Stelle gemessen werden.
[7] In der vorliegenden Ausführungsform ist die Verzögerungszeitperiode (Pump-Aus-Verzögerungszeitperiode) von einem Zeitpunkt, an dem der Heizer 114 gestoppt wird, bis zu einem Zeitpunkt, an dem der Antrieb verschiedener Pumpzellen gestoppt wird, vorzugsweise größer oder gleich 10 Sekunden, bevorzugter größer oder gleich 20 Sekunden und noch bevorzugter größer oder gleich 30 Sekunden.
[8] In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Temperaturdifferenz zwischen einem Zeitpunkt, zu dem der Antrieb des Gassensors gestoppt ist, und einem Zeitpunkt, zu dem der Gassensor in Betrieb ist, vorzugsweise größer oder gleich 200°C, bevorzugter größer oder gleich 350°C und noch bevorzugter größer oder gleich 500°C.
[9] Bei dem Verfahren zur Steuerung des Gassensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält der Gassensor das Sensorelement (12). Das Sensorelement enthält den gestapelten Körper 25, der durch Stapeln der Vielzahl von sauerstoffionenleitenden Festelektrolytschichten gebildet wird, wobei der gestapelte Körper den Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas enthält, der das zu messende Gas einführt und bewirkt, dass das zu messende Gas durch ihn hindurchströmt, und den Referenzgaseinführungsraum 52, der das Referenzgas einführt, das als Referenz zum Erfassen einer Konzentration des bestimmten Gases in dem zu messenden Gas dient, die Referenzelektrode 60, die im Inneren des gestapelten Körpers 25 ausgebildet ist und in die das Referenzgas durch den Referenzgaseinführungsraum 52 eingeführt wird, die Messelektrode 92 und die innenseitige Pumpelektrode 64, die an der inneren Umfangsfläche des Durchflussabschnitts 50 für das zu messende Gas angeordnet sind, und eine Seitenelektrode für das zu messende Gas (die außenseitige Pumpelektrode 66 und dergleichen), die an einem Abschnitt des gestapelten Körpers 25 angeordnet ist, der dem zu messenden Gas ausgesetzt ist. Der Gassensor enthält weiterhin die Heizereinheit 110, die eine Temperatureinstellung zum Erwärmen des Sensorelements 12 und zum Warmhalten des Sensorelements 12 vornimmt. Das Verfahren zum Steuern des Gassensors enthält den Schritt (Steuerung des Pumpenantriebs) des Steuerns des Pumpenantriebs (Abpumpen von Sauerstoff aus dem Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas) in Bezug auf mindestens den Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas, den Schritt (Erfassungseinrichtung) des Erfassens der Konzentration des bestimmten Gases innerhalb des zu messenden Gases, basierend auf der elektromotorischen Kraft, die zwischen der Referenzelektrode 60 und der Messelektrode 92 erzeugt wird, und den Schritt des Stoppens des Pumpenantriebs, nachdem die Zufuhr von elektrischem Strom zur Heizereinheit 110 gestoppt worden ist.
In der festen Periode Ta nach dem Stoppen der Stromzufuhr zur Heizereinheit 110 wird eine Umgebung geschaffen, in der die Referenzelektrode 60 und die Messelektrode 92 und dergleichen leicht oxidiert werden. Unmittelbar nachdem die Stromzufuhr zur Heizereinheit 110 gestoppt wurde, wird die Temperatur nicht sofort gesenkt, und ein Hochtemperaturzustand wird für eine Weile fortgesetzt. Wenn das Abgas in einem Hochtemperaturzustand in den Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas eintritt, der keinem Pumpenantrieb unterzogen wird, wird die Katalysatorelektrode durch den Sauerstoff im Abgas oxidiert.
Der Effekt der Elektrodenoxidation führt nicht nur zu einer Verringerung der Empfindlichkeit des Gassensors, sondern auch zu einer Verlängerung der Zeitperiode (der Licht-Aus-Zeitperiode) zwischen dem Beginn des Antriebs des Gassensors bis zur Stabilisierung des Gassensors.
Im Gegensatz dazu wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch die Fortsetzung des Pumpenantriebs für mindestens die feste Periode Ta nach dem Stoppen der Stromzufuhr zur Heizereinheit 110 in mindestens der festen Periode Ta das Auspumpen von Sauerstoff aus dem Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas durchgeführt, die Oxidation der Referenzelektrode 60 und der Messelektrode 92 und dergleichen wird unterdrückt, und eine Abnahme der Empfindlichkeit des Gassensors wird verhindert. Da die Oxidation der Elektroden unterdrückt wird, verkürzt sich außerdem, wie bereits erwähnt, die Zeitperiode (die Licht-Aus-Zeitperiode) zwischen dem Beginn des Antriebs des Gassensors bis zur Stabilisierung des Gassensors. Durch die kürzere Licht-Aus-Zeitperiode kann die NOx-Konzentration innerhalb einer frühen Zeitperiode ab dem Zeitpunkt des Motorstarts bekannt sein, und es kann eine Verbesserung der Produktqualität erreicht werden.
[10] In der vorliegenden Ausführungsform ist weiterhin der Schritt der Zeitmessung enthalten, der auf dem Stoppen der Zufuhr von elektrischem Strom zu der Heizereinheit 110 basiert, wobei der Pumpenantrieb in einem Stadium gestoppt wird, in dem zumindest die feste Periode Ta ab dem Stoppen der Zufuhr von elektrischem Strom zu der Heizereinheit 110 gemessen wurde.
Wenn die Stromzufuhr zur Heizereinheit 110 gestoppt wird, sinkt die Temperatur im Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas. In der festen Periode Ta, während der die Temperatur im Durchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas hoch ist, wird eine Umgebung geschaffen, in der die Referenzelektrode 60 und die Messelektrode 92 und dergleichen leicht oxidiert werden. Durch die Fortsetzung des Pumpenantriebs in der festen Periode Ta wird die Oxidation der Referenzelektrode 60 und der Messelektrode 92 und dergleichen während der festen Periode Ta unterdrückt.
Darüber hinaus werden die Referenzelektrode 60 und die Messelektrode 92 und dergleichen einer Umgebung ausgesetzt, in der es schwierig ist, oxidiert zu werden, nachdem der Pumpenantrieb gestoppt wurde, indem die feste Periode Ta auf die Zeitperiode zum Erreichen einer Temperatur eingestellt wird, die eine Umgebung schafft, in der es schwierig ist, die Referenzelektrode 60 und die Messelektrode 92 und dergleichen zu oxidieren. Dadurch wird eine Abnahme der Empfindlichkeit des Gassensors unterdrückt. Außerdem verkürzt sich, wie bereits erwähnt, die Zeitperiode (die Licht-Aus-Zeitperiode) vom Beginn des Antriebs des Gassensors bis zur Stabilisierung des Gassensors.
[11] In der vorliegenden Ausführungsform ist weiterhin der Schritt des Messens der Temperatur des gestapelten Körpers 25 enthalten, wobei der Pumpenantrieb in einem Stadium gestoppt wird, in dem die Temperatur des gestapelten Körpers 25 eine zuvor eingestellte niedrige Temperatur erreicht hat.
Wenn die Stromzufuhr zur Heizereinheit 110 gestoppt wird, sinkt die Temperatur an der bestimmten Stelle des gestapelten Körpers 25. In der festen Periode Ta, während der die Temperatur der bestimmten Stelle hoch ist, wird eine Umgebung geschaffen, in der die Referenzelektrode 60 und die Messelektrode 92 und dergleichen leicht oxidiert werden. Durch die Fortsetzung des Pumpenantriebs in der festen Periode Ta wird die Oxidation der Referenzelektrode 60 und der Messelektrode und dergleichen während der festen Periode Ta unterdrückt.
Darüber hinaus werden die Referenzelektrode 60 und die Messelektrode 92 und dergleichen einer Umgebung ausgesetzt, in der es für sie schwierig ist, oxidiert zu werden, nachdem der Pumpenantrieb gestoppt wurde, indem die vorstehend genannte, zuvor eingestellte niedrige Temperatur für die bestimmte Stelle auf eine Temperatur eingestellt wird, die eine Umgebung schafft, in der es für die Referenzelektrode 60 und die Messelektrode 92 und dergleichen schwierig ist, oxidiert zu werden. Dadurch wird eine Abnahme der Empfindlichkeit des Gassensors unterdrückt. Außerdem verkürzt sich, wie bereits erwähnt, die Zeitperiode (die Licht-Aus-Zeitperiode) zwischen dem Beginn des Antriebs des Gassensors bis zur Stabilisierung des Gassensors.
[12] In der vorliegenden Ausführungsform ist weiterhin der Schritt des Messens der Temperatur der bestimmten Stelle des gestapelten Körpers 25 enthalten, wobei die Differenz zwischen der Temperatur der bestimmten Stelle zu einem Zeitpunkt, zu dem der Heizereinheit 110 Strom zugeführt wird, und der Temperatur der bestimmten Stelle zu einem Zeitpunkt, zu dem der Pumpenantrieb gestoppt wird, größer als oder gleich 200°C ist.
In der festen Periode Ta, in der die Temperaturdifferenz weniger als 200°C beträgt, nachdem die Stromzufuhr zur Heizereinheit 110 gestoppt wurde, wird eine Umgebung geschaffen, in der die Referenzelektrode 60 und die Messelektrode 92 und dergleichen leicht oxidiert werden. Durch die Fortsetzung des Pumpenantriebs in der festen Periode Ta wird die Oxidation der Referenzelektrode 60 und der Messelektrode 92 und dergleichen während der festen Periode Ta unterdrückt. Andererseits wird in dem Fall, dass die Temperaturdifferenz größer als oder gleich 200°C geworden ist, da eine Umgebung geschaffen wird, in der eine Oxidation der Referenzelektrode 60 und der Messelektrode 92 und dergleichen unwahrscheinlich ist, der Pumpenantrieb gestoppt.
[13] In der vorliegenden Ausführungsform ist die bestimmte Stelle des gestapelten Körpers 25 die Heizereinheit 110. Die Messung der Temperatur der Heizereinheit 110 führt dazu, dass eine Stelle mit der höchsten Temperatur innerhalb des gestapelten Körpers 25 gemessen wird. Dementsprechend kann durch die Verwendung der Temperatur der Heizereinheit 110 als Referenz der Pumpenantrieb zuverlässig über eine Periode fortgesetzt werden, in der der Gasdurchflussabschnitt 50 für das zu messende Gas in einen Zustand hoher Temperatur versetzt wird. Folglich kann die Oxidation der Referenzelektrode 60 und der Messelektrode 92 und dergleichen unterdrückt werden, und es ist möglich, eine Abnahme der Empfindlichkeit des Gassensors zu verhindern. Natürlich ermöglicht ein solches Merkmal auch eine Verkürzung der Licht-Aus-Zeitperiode.
[14] In der vorliegenden Ausführungsform wird in dem Schritt des Messens der Temperatur der bestimmten Stelle des gestapelten Körpers 25 die Temperatur der bestimmten Stelle, basierend auf dem Widerstandswert des Heizers 114, der die Heizereinheit 110 bildet, gemessen. Wenn der Heizer 114 z.B. aus Platin oder dergleichen besteht, wird der elektrische Widerstand des Heizers 114 bei einem Anstieg der Temperatur an der bestimmten Stelle höher. Somit kann, basierend auf dem Widerstandswert des Heizers 114, die Temperatur an der bestimmten Stelle gemessen werden.
Der Gassensor und das Verfahren zur Steuerung des Gassensors gemäß der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es versteht sich von selbst, dass darin verschiedene Konfigurationen angenommen werden können, ohne vom Wesen und Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist das Referenzgas zwar als atmosphärische Luft definiert, aber das Referenzgas ist nicht notwendigerweise auf diese Eigenschaft beschränkt, solange es sich um ein Gas handelt, das als Referenz für die Erfassung der Konzentration eines bestimmten Gases in dem zu messenden Gas dienen kann. So kann beispielsweise ein Gas, das zuvor auf eine vorgegebene Sauerstoffkonzentration (die höher ist als die Sauerstoffkonzentration des zu messenden Gases) eingestellt wurde, als Referenzgas eingeführt werden.
Obwohl das Sensorelement 12 in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die NOx-Konzentration in dem zu messenden Gas erfasst, ist die vorliegende Erfindung nicht unbedingt auf dieses Merkmal beschränkt, da das Sensorelement 12 in der Lage ist, die Konzentration eines bestimmten Gases in dem zu messenden Gas zu erfassen. Beispielsweise kann die Sauerstoffkonzentration in dem zu messenden Gas erfasst werden.
In der Praxis der vorliegenden Erfindung können verschiedene Konfigurationen zur Verbesserung der Zuverlässigkeit von Komponenten für ein Automobil in einem solchen Ausmaß hinzugefügt werden, dass das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt wird.
Wie in 13 gezeigt, wird in einem Sensor-Controller 300, der mit der vorstehend erwähnten Pumpenantriebssteuereinheit 200 und dergleichen ausgestattet ist, elektrische Energie von einer externen Energiequelle 302 (einer Autobatterie oder dergleichen) über eine Energiequelleneinheit 304 an die Heizersteuereinheit 202 und dergleichen geliefert. Daher sind Fälle bekannt, in denen der Heizer 114 des Sensorelements 12 und die Pumpe gleichzeitig ausgeschaltet werden, wenn die Stromzufuhr zum Sensor-Controller 300 durch einen Schlüssel-Aus-Vorgang (d.h. Abstellen des Motors durch den Fahrer) in Bezug auf das Kraftfahrzeug zwangsweise gestoppt wird.
Um den Antrieb des Heizers 114 und der Pumpe usw. auch nach einem solchen Schlüssel-Aus-Vorgang fortzusetzen, kann der Sensor-Controller 300 mit einer Reservestromquelle 306, einem Akkumulator oder dergleichen für den Antrieb der Pumpe ausgestattet sein. In Übereinstimmung mit diesem Merkmal fährt das Sensorelement 12 selbst in dem Fall, dass die Stromzufuhr zwangsweise gestoppt wird, fort, den Pumpbetrieb durch die Stromversorgung von der Reservestromquelle 306, dem Akkumulator oder dergleichen durchzuführen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018077115 A [0002, 0003]

Claims

Gassensor (10), umfassend: ein Sensorelement (12), wobei das Sensorelement enthält: einen gestapelten Körper (25), der durch Stapeln einer Vielzahl von sauerstoffionenleitenden Festelektrolytschichten gebildet wird, wobei der gestapelte Körper darin einen Durchflussabschnitt (50) für das zu messende Gas enthält, der zum Einführen eines zu messenden Gases konfiguriert ist, und das zu messende Gas veranlasst, durch ihn zu strömen, und einen Referenzgaseinführungsraum (52), der zum Einführen eines Referenzgases konfiguriert ist, das als Referenz zum Erfassen einer Konzentration eines bestimmten Gases innerhalb des zu messenden Gases dient; eine Referenzelektrode (60), die im Inneren des gestapelten Körpers ausgebildet ist und in die das Referenzgas durch den Referenzgaseinführungsraum eingeführt wird; eine Messelektrode (92) und eine innenseitige Pumpelektrode (64), die an einer inneren Umfangsoberfläche des Durchflussabschnitts des zu messenden Gases angeordnet sind; und eine Seitenelektrode für das zu messende Gas, die auf einem Abschnitt des gestapelten Körpers angeordnet ist, der dem zu messenden Gas ausgesetzt ist; der Gassensor weiterhin umfasst: eine Heizereinheit (110), die so konfiguriert ist, dass sie eine Temperatureinstellung zum Erwärmen des Sensorelements und zum Warmhalten des Sensorelements durchführt; eine Pumpenantriebssteuereinheit (200), die zum Steuern des Pumpenantriebs in Bezug auf mindestens den Durchflussabschnitt für das zu messende Gas konfiguriert ist; eine Erfassungseinheit (90), die zum Erfassen einer Konzentration des bestimmten Gases innerhalb des zu messenden Gases, basierend auf einer elektromotorischen Kraft, konfiguriert ist, die zwischen der Referenzelektrode und der Messelektrode erzeugt wird; eine Heizersteuereinheit (202), die zur Steuerung der Heizereinheit konfiguriert ist; und eine Pumpenstoppeinheit (204A), die zum Stoppen des Pumpenantriebs durch die Pumpenantriebssteuereinheit konfiguriert ist, nachdem die Zufuhr von elektrischem Strom zu der Heizereinheit durch die Heizersteuereinheit gestoppt wurde.
Gassensor nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine Zeitmesseinheit (206), die zum Messen der Zeit, basierend auf dem Stoppen der Zufuhr von elektrischem Strom zu der Heizereinheit (110), konfiguriert ist; wobei die Pumpenstoppeinheit (204B) den Pumpenantrieb in einem Stadium stoppt, in dem die Zeitmesseinheit (206) eine vorbestimmte Zeitperiode (Ta) gemessen hat.
Gassensor nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine Temperaturmesseinheit (208), die zum Messen der Temperatur des gestapelten Körpers (25) konfiguriert ist; wobei die Pumpenstoppeinheit (204C) den Pumpenantrieb in einem Stadium stoppt, in dem die Temperatur des gestapelten Körpers (25) eine zuvor eingestellte niedrige Temperatur erreicht hat.
Gassensor nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine Temperaturmesseinheit (208), die zum Messen der Temperatur an einer bestimmten Stelle des gestapelten Körpers (25) konfiguriert ist; wobei eine Differenz zwischen einer Temperatur der bestimmten Stelle zu einem Zeitpunkt, zu dem der Heizereinheit (110) durch die Heizersteuereinheit (202) elektrischer Strom zugeführt wird, und einer Temperatur der bestimmten Stelle zu einem Zeitpunkt, zu dem der Pumpenantrieb durch die Pumpenstoppeinheit (204D) gestoppt wird, größer als oder gleich 200°C ist.
Gassensor nach Anspruch 4, wobei die bestimmte Stelle des gestapelten Körpers (25) die Heizereinheit (110) ist.
Gassensor nach Anspruch 5, wobei die Temperaturmesseinheit (208) die Temperatur der bestimmten Stelle, basierend auf einem Widerstandswert eines Heizers (114), der die Heizereinheit (110) bildet, misst.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Verzögerungszeitperiode von einem Zeitpunkt, zu dem die Heizereinheit (110) gestoppt wird, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem der Antrieb verschiedener Pumpzellen gestoppt wird, größer als oder gleich 10 Sekunden ist.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Temperaturdifferenz zwischen dem Zeitpunkt, wenn der Antrieb gestoppt wird, und dem Zeitpunkt des Antreibens größer als oder gleich 200°C ist.
Verfahren zur Steuerung eines Gassensors, wobei der Gassensor umfasst: ein Sensorelement (12), wobei das Sensorelement enthält: einen gestapelten Körper (25), der durch Stapeln einer Vielzahl von sauerstoffionenleitenden Festelektrolytschichten gebildet wird, wobei der gestapelte Körper darin einen Durchflussabschnitt (50) für das zu messende Gas enthält, der so konfiguriert ist, dass er ein zu messendes Gas einführt und das zu messende Gas veranlasst, durch ihn zu fließen, und einen Referenzgaseinführungsraum (52), der zum Einführen eines Referenzgases konfiguriert ist, das als Referenz zum Erfassen einer Konzentration eines bestimmten Gases innerhalb des zu messenden Gases dient; eine Referenzelektrode (60), die in einem Inneren des gestapelten Körpers (25) ausgebildet ist und in die das Referenzgas durch den Referenzgaseinführungsraum (52) eingeführt wird; eine Messelektrode (92) und eine innenseitige Pumpelektrode (64), die an einer inneren Umfangsoberfläche des Durchflussabschnitts (50) für das zu messende Gas angeordnet sind; und eine Seitenelektrode für das zu messende Gas, die auf einem Abschnitt des gestapelten Körpers (25) angeordnet ist, der dem zu messenden Gas ausgesetzt ist; wobei der Gassensor weiterhin eine Heizereinheit (110) umfasst, die zur Durchführung einer Temperatureinstellung zum Erwärmen des Sensorelements (12) und Warmhalten des Sensorelements konfiguriert ist; wobei das Verfahren zur Steuerung des Gassensors umfasst: einen Schritt der Steuerung des Pumpenantriebs in Bezug auf mindestens den Durchflussabschnitt (50) für das zu messende Gas; einen Schritt des Erfassens einer Konzentration des bestimmten Gases innerhalb des zu messenden Gases, basierend auf einer elektromotorischen Kraft, die zwischen der Referenzelektrode (60) und der Messelektrode (92) erzeugt wird; und einen Schritt zum Stoppen des Pumpenantriebs, nachdem die Zufuhr von elektrischem Strom zur Heizereinheit (110) gestoppt wurde.
Verfahren zur Steuerung des Gassensors nach Anspruch 9, weiterhin umfassend: einen Schritt der Zeitmessung, basierend auf dem Stoppen der Zufuhr von elektrischem Strom zur Heizereinheit (110); wobei der Pumpenantrieb in einem Stadium gestoppt wird, in dem eine vorbestimmte Zeitperiode (Ta) ab dem Stoppen der Zufuhr von elektrischem Strom zu der Heizereinheit (110) gemessen worden ist.
Verfahren zur Steuerung des Gassensors nach Anspruch 9, weiterhin umfassend: einen Schritt zur Messung der Temperatur des gestapelten Körpers; wobei der Pumpenantrieb in einem Stadium gestoppt wird, in dem die Temperatur des gestapelten Körpers eine zuvor eingestellte niedrige Temperatur erreicht hat.
Verfahren zur Steuerung des Gassensors nach Anspruch 9, weiterhin umfassend: einen Schritt zur Messung der Temperatur an einer bestimmten Stelle des gestapelten Körpers; wobei eine Differenz zwischen einer Temperatur der bestimmten Stelle zu einem Zeitpunkt, zu dem der Heizereinheit elektrischer Strom zugeführt wird, und einer Temperatur der bestimmten Stelle zu einem Zeitpunkt, zu dem der Pumpenantrieb gestoppt wird, größer als oder gleich 200°C ist.
Verfahren zur Steuerung des Gassensors nach Anspruch 12, wobei die bestimmte Stelle des gestapelten Körpers die Heizereinheit ist.
Verfahren zur Steuerung des Gassensors nach Anspruch 13, wobei in dem Schritt des Messens der Temperatur der bestimmten Stelle des gestapelten Körpers die Temperatur der bestimmten Stelle, basierend auf einem Widerstandswert eines Heizers, der die Heizereinheit bildet, gemessen wird.