DE69732582T2 - Verfahren und Vorrrichtung zur Messung der Sauerstoffkonzentration und Stickstoffoxidkonzentration - Google Patents

Verfahren und Vorrrichtung zur Messung der Sauerstoffkonzentration und Stickstoffoxidkonzentration Download PDF

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Noriaki Mizuho-ku Kondo
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Description

  • Hinsichtlich ihres technischen Gebiets betrifft diese Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Sauerstoff-Konzentration und der Stickstoffoxid-Konzentration unter Verwendung eines NOx-Sensors und ist vorzugsweise zum Erfassen der Konzentration von Stickstoffoxiden als giftige Bestandteile entworfen, welche aus verschiedenen Verbrennungsvorrichtungen, wie beispielsweise aus einem Verbrennungsmotor, ausgestoßen werden.
  • Bisher ist eine Stickstoffoxid-Konzentrations-Messvorrichtung zum Messen der Konzentration von Stickstoffoxiden (NOx) in Abgasen beispielsweise eines Verbrennungsmotors unter Verwendung eines NOx-Sensors bekannt, bei welchem, wie beispielsweise in der europäischen Patentschrift EP 0 678 740 A1 und im SAE-Papier Nr. 960 334 Seiten 137 bis 142, 1996, usw. offenbart, eine erste Messkammer, welche über eine erste Diffusionsratenregulierungs-Schicht mit einer Messgasseite in Verbindung steht, und eine zweite Messkammer, welche mit der ersten Messkammer über eine zweite Diffusionsratenregulierungs-Schicht in Verbindung steht, aus Sauerstoff-Ionen leitenden Feststoffelektrolyt-Schichten ausgebildet sind, wobei eine erste Sauerstoff-Pumpzelle und eine Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle auf der ersten Messkammer ausgebildet sind, indem jeweils eine Feststoffelektrolyt-Schicht zwischen einem Paar poröser Elektroden angeordnet ist, und bei welcher eine zweite Sauerstoff-Pumpzelle auf der zweiten Messkammer auf ähnliche Weise durch Anordnen einer Feststoffelektrolyt-Schicht zwischen einem anderen Paar poröser Elektroden ausgebildet ist.
  • Bei diesem Typ der Stickstoffoxid-Konzentrations-Messvorrichtung wird bewirkt, dass der Strom durch die erste Sauerstoff-Pumpzelle fließt, so dass eine Ausgangsspannung aus der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle ein vorgegebener konstanter Wert zum Anlegen einer vorgegebenen konstanten Spannung an der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle ist, während eine konstante Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer zum Auspumpen des Sauerstoffs aus der zweiten Messkammer durch ein Anlegen einer konstanten Spannung an der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle aufrechterhalten wird. Die NOx-Konzentration in dem Messgas wird auf der Grundlage des Stromwerts erfasst, welcher in der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle fließt.
  • Es ist anzumerken, dass andere Gasbestandteile als NOx, das bedeutet Sauerstoff, Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid, in den Abgasen aus den Verbrennungsmotoren vorliegen, welche das Messgas sind. Bei der oben stehend beschriebenen Stickstoffoxid-Konzentrations-Messvorrichtung wird das Innere der ersten Messkammer durch die erste Sauerstoff-Pumpzelle auf eine extrem niedrige Sauerstoff-Konzentration geregelt, während eine konstante Spannung an der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle in einer Auspumprichtung des Sauerstoffs aus der zweiten Messkammer auf der Seite der zweiten Messkammer, in welche das Gas fließt, welches auf die niedrige Sauerstoff-Konzentration geregelt ist, angelegt wird, wodurch NOx in dem Messgas durch die katalytische Funktion der porösen Elektrode, welche die zweite Sauerstoff-Pumpzelle bildet und Sauerstoff aus der zweiten Messkammer extrahiert, zu Sauerstoff und Stickstoff zersetzt wird. Der Pumpstrom, welcher zu diesem Zeitpunkt durch die zweite Sauerstoff-Pumpzelle fließt, wird bei einem Versuch erfasst, die NOx-Konzentration in dem Messgas zu messen, ohne durch die anderen Gasbestandteile in dem Messgas beeinträchtigt zu werden.
  • Zur genauen Erfassung der NOx-Konzentration durch oben stehendes Erfassungsverfahren unter Verwendung der oben stehenden Stickstoffoxid-Konzentrations-Messvorrichtung muss jede Zelle durch Erwärmen des Sensors auf eine vorgegebene Aktivierungstemperatur, wie beispielsweise 800°C oder mehr, aktiviert werden. Folglich wird eine separate Heizung zum Erwärmen des Sensors bereitgestellt.
  • Im Verlauf einer eingehenden Untersuchung beim Anstreben der vorliegenden Erfindung wurde den folgenden Problemen begegnet.
  • Wenn die oben stehend beschriebene Stickstoffoxid-Konzentrations-Messvorrichtung beispielsweise zum Beobachten des Zustands des NOx-Katalysators verwendet wird, welcher NOx zur NOx-Dämpfung bei einem Verbrennungsmotor reduziert, welcher mit einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis mit einem größeren Luft- als Kraftstoffanteil betrieben wird, wobei folglich der NOx-Bestandteil in den Abgasen erhöht wird, d.h. bei einem so genannten Magermixmotor.
  • Namentlich wird die oben stehend beschriebene Stickstoffoxid-Konzentrations-Messvorrichtung zum Durchführen einer derartigen Steuerung verwendet, bei welcher ein NOx-Sensor in einem Abgasweg des Verbrennungsmotors dem NOx-Katalysator nachgeschaltet bestückt ist, um die NOx-Konzentration zum Erfassen des Ausmaßes der NOx-Leckmenge aus dem NOx-Katalysator zu messen. Wenn sich hier das Ausmaß der NOx-Leckmenge zu erhöhen beginnt, wird das Luft/Kraftstoffverhältnis der Luft/Kraftstoffmischung, welche dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, vorübergehend auf ein kraftstoffreiches Luft/Kraftstoffverhältnis geregelt, um unverbranntes Gas aus einem Verbrennungsmotor abzulassen, wobei das unverbrannte Gas mit dem NOx, welches im NOx-Katalysator gespeichert ist, zur NOx-Emissionsdämpfung reagiert.
  • Zum Realisieren dieser NOx-Regelung muss eine separate Luft/Kraftstoffverhältnis-Messvorrichtung zum Messen des Luft/Kraftstoffverhältnisses auf der Grundlage der Sauer stoff-Konzentration in dem Abgas in dem Verbrennungsmotor bereitgestellt werden, weil die oben stehend beschriebene Stickstoffoxid-Konzentrations-Messvorrichtung das Luft/Kraftstoffverhältnis der Luft/Kraftstoffmischung, welche dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, nicht messen kann.
  • Zum Realisieren der oben stehend beschriebenen NOx-Regelung muss die Luft/Kraftstoffmischungsregelung, welche gewöhnlich in dem Verbrennungsmotor in der herkömmlichen Praxis ausgeführt wird, gleichzeitig durchgeführt werden. Zu diesem Zweck müssen ein NOx-Sensor und ein Sauerstoff-Konzentrations-Sensor (ein so genannter Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor) in dem Abgassystem des Verbrennungsmotors bereitgestellt werden.
  • Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen einer Sauerstoff-Konzentration und einer NOx-(Stickstoffoxid)-Konzentration nur durch einen NOx-Sensor bereitzustellen, wobei eine Verwendung von zwei Sensoren, nämlich eines NOx-Sensors und eines Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors, insbesondere zur Vereinfachung des Verfahrens und der Struktur des Erfassungssystems der NOx-Konzentration und der Sauerstoff-Konzentration (Luft/Kraftstoffverhältnis) bei einer Implementierung der oben stehend beschriebenen NOx-Regelung vermieden wird.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren des unabhängigen Anspruchs 13 und durch die Vorrichtung gemäß des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Gesichtspunkte und Einzelheiten der Erfindung werden aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen offenkundig. Die Ansprüche sollen als ein erster, nicht einschränkender Ansatz zum Definieren der Erfindung in allgemeinen Worten verstanden werden.
  • Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Messen der Sauerstoff-Konzentration und der Stickstoffoxid-Konzentration in einem Messgas unter Verwendung eines NOx-Sensors mit einer ersten Messkammer, einer zweiten Messkammer und einer Heizung bereitgestellt. Die erste Messkammer weist vorzugsweise eine erste Sauerstoff-Pumpzelle und eine Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle auf und steht in Verbindung mit der Seite des Messgases einer ersten Diffusionsratenregulierungs-Schicht. Das Gas in der ersten oder zweiten Kammer kann auch Messgas genannt werden. Der Ausdruck "die Seite des" ist dazu gedacht, das Messgas zu benennen, z.B. das unmittelbare Abgas selbst, bevor es in die erste Kammer eintritt. Die erste Sauerstoff-Pumpzelle weist vorteilhafterweise eine Sauerstoff-Ionen leitende Feststoffelektrolyt-Schicht auf, welche zwischen porösen Elektroden angeordnet ist. Die zweite Messkammer weist eine zweite Sauerstoff-Pumpzelle vorzugsweise mit einer Sauerstoff-Ionen leitenden Feststoffelektrolyt-Schicht auf, welche zwischen porösen Elektroden angeordnet ist, und steht vorteilhafterweise über eine zweite Diffusionsratenregulierungs-Schicht mit der ersten Messkammer in Verbindung. Die Heizung ist zum Erwärmen der Zellen auf eine vorgegebene Aktivierungstemperatur ausgebildet. Das Verfahren umfasst mindestens einen der folgenden Schritte – den Schritt des Bewirkens, dass der Strom in der ersten Sauerstoff-Pumpzelle fließt, so dass eine Ausgangsspannung der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle einen vorgegebenen Wert annimmt, zum Regeln der Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer auf einen konstanten Wert, den Schritt des Anlegens einer konstanten Spannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle in einer Sauerstoff-Auspumprichtung aus der ersten Messkammer, und den Schritt des Messens der Konzentration des Stickstoffoxids in dem Messgas auf der Grundlage des Werts des Stroms, welcher in der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle fließt, und des Messens der Sauerstoff-Konzentration in dem Messgas auf der Grundlage des Werts des Stroms, welcher in der ersten Sauerstoff-Pumpzelle fließt.
  • Bei einem zweiten Gesichtspunkt, welcher mit dem ersten Gesichtspunkt in Zusammenhang steht, wird die Strommenge, welche der Heizung zugeführt wird, gesteuert, so dass die Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle in dem NOx-Sensor eine vorgegebene Zieltemperatur wird.
  • Bei einem dritten Gesichtspunkt, welcher mit dem zweiten Gesichtspunkt in Zusammenhang steht, werden die gemessenen Ergebnisse der Sauerstoff-Konzentration und der Stickstoffoxid-Konzentration in Abhängigkeit von der Abweichung von dem Zielwert der Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle zur Temperaturkompensation der Messergebnisse korrigiert.
  • Gemäß einem vierten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Messen der Sauerstoff-Konzentration und der Stickstoffoxid-Konzentration in einem Messgas unter Verwendung eines NOx-Sensors bereitgestellt, welcher dem NOx-Sensor ähnlich ist, welcher beim ersten Gesichtspunkt dargestellt wurde. Die Messvorrichtung umfasst ein Pumpstrom-Steuerungsmittel, welches eine Schaltung oder ein Modul sein könnte, welches bewirkt, dass der Strom in der ersten Sauerstoff-Pumpzelle fließt, so dass eine Ausgangsspannung der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle einen vorgegebenen Wert annimmt, zum Regeln der Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer auf einen konstanten Wert, und vorteilhafterweise ein Mittel zum Anlegen einer konstanten Spannung, welches eine Schaltung oder ein Modul zum Anlegen einer konstanten Spannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle in einer Auspumprichtung des Sauerstoffs aus der zweiten Messkammer sein könnte. Die Messvorrichtung kann weiterhin ein Stickstoffoxid-Konzentrations-Messmittel, welches eine Bestimmungsschaltung oder ein Bestimmungsmodul zum Messen der Stickstoffoxid-Konzentration in dem Messgas auf der Grundlage des Werts des Stroms sein könnte, welcher in der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle fließt, und vorteilhafterweise ein Sauerstoff-Konzentrations-Messmittel umfassen, welches eine Bestimmungsschaltung oder ein Bestimmungsmodul zum Messen der Sauerstoff-Konzentration in dem Messgas auf der Grundlage des Werts des Stroms sein könnte, welcher in der ersten Sauerstoff-Pumpzelle fließt.
  • Bei einem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, welcher mit dem vierten Gesichtspunkt in Zusammenhang steht, kann die Vorrichtung weiterhin ein Temperaturerfassungsmittel, welches eine Bestimmungsschaltung oder ein Bestimmungsmodul zum Erfassen der Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle sein könnte, und/oder ein Heizstromzuführungs-Steuerungsmittel zum Steuern des Stroms umfassen, welcher der Heizung zugeführt wird, so dass die Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle, wie durch das Temperatur-Erfassungsmittel erfasst, eine vorgegebene Zieltemperatur wird.
  • Bei einem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, welcher mit dem fünften Gesichtspunkt in Zusammenhang steht, kann die Vorrichtung weiterhin ein Korrekturmittel umfassen, welches eine Schaltung oder ein Modul zur Temperaturkompensation der Messergebnisse der Sauerstoff-Konzentration und der Stickstoffoxid-Konzentration durch ein Korrigieren der Messergebnisse als Reaktion auf eine Abweichung der Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle von der Zieltemperatur sein könnte, wie durch das Temperatur-Erfassungsmittel erfasst.
  • Bei einem siebten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, welcher mit dem fünften oder dem sechsten Gesichtspunkt in Zusammenhang steht, erfasst das Temperaturerfassungsmittel vorteilhafterweise die Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle durch ein Erfassen des Innenwiderstands der Messzelle, und wobei insbesondere das Heizstromzuführungs-Steuerungsmittel die Strommenge steuert, welche der Heizung zugeführt wird, so dass der erfasste Innenwiderstand der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle ein vorgegebener Wert entsprechend der Zieltemperatur wird.
  • Bei einem achten Gesichtspunkt, welcher mit dem siebten Gesichtspunkt in Zusammenhang steht, ist in dem NOx-Sensor die poröse Elektrode auf der gegenüberliegenden Seite der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle hinsichtlich der ersten Messkammer vorzugsweise geschlossen, und ein Teil des Sauerstoffs in dem resultierenden geschlossenen Raum kann über einen Leckmengenwiderstand entweichen, wobei das Pumpstrom-Steuerungsmittel vorteilhafterweise bewirkt, dass eine geringe Strommenge in der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle in eine Auspumprichtung des Sauerstoffs in dem ersten Messraum in den geschlossenen Raum fließt, um die Strommenge zu regeln, welche in der ersten Sauerstoff-Pumpzelle fließt. Da bewirkt wird, dass der geschlossene Raum als eine interne Sauerstoff-Referenzquelle fungiert, nimmt eine elektromotorische Kraft, welche an der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle erzeugt wird, einen konstanten Wert an. Weiterhin unterbricht gemäß diesem Gesichtspunkt das Temperaturerfassungsmittel vorzugsweise periodisch eine Verbindung zwischen dem Pumpstrom-Steuerungsmittel und der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle, so dass während einer derartigen Unterbrechung bewirkt wird, dass eine Strommenge zum Erfassen des Innenwiderstands, welche größer ist als der kleine Strom, in der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle in einer der Fließrichtung des kleinen Stroms entgegengesetzten Richtung fließt. Der Innenwiderstand der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle kann aus einer Spannung erfasst werden, welche zu diesem Zeitpunkt an den Elektroden der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle erzeugt wird.
  • Bei einem neunten Gesichtspunkt, welcher mit dem achten Gesichtspunkt in Zusammenhang steht, kann das Temperaturerfassungsmittel bewirken, dass der Strom zum Erfassen des Innenwiderstands in einer Richtung in der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle fließt, wobei das Temperaturerfassungsmittel dann bewirkt, dass der Strom in einer zur vorhergehenden Richtung des Innenwiderstand-Erfassungsstroms entgegengesetzten Richtung fließt.
  • Bei einem zehnten Gesichtspunkt, welcher mit jedem der Gesichtspunkte 4 bis 9 in Zusammenhang steht, sind in dem NOx-Sensor die erste Sauerstoff-Pumpzelle, die Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle und die zweite Sauerstoff-Pumpzelle vorzugsweise aus Feststoffelektrolyt-Schichten als unterschiedlich dünne Platten ausgebildet, wobei die erste Messkammer und die zweite Messkammer durch Laminieren der jeweiligen Feststoffelektrolyt-Schichten, jede mit einer kleinen Lücke dazwischen, mit den Feststoffelektrolyt-Schichten angefertigt sind, welche die erste und die zweite Sauerstoff-Pumpzelle bilden, welche nach außen zeigen. Die Heizung umfasst vorteilhafterweise zwei Heizungssubstrate in der Gestalt dünner Platten, welche aus Heizungssubstraten mit darin eingebetteten Heizungsdrähten angefertigt sind, wobei die Heizungssubstrate auf beiden Seiten in der Laminierungsrichtung jeder Feststoffelektrolyt-Schicht in dem NOx-Sensor mit einem vorgegebenen Zwischenraum dazwischen zum Erwärmen des NOx-Sensors angeordnet sind, und wobei geeigneterweise die erste Diffusionsschicht in der Feststoffelektrolyt-Schicht angeordnet ist, welche die erste Sauerstoff-Pumpzelle bildet, so dass die erste Diffusionsschicht an einer Position angeordnet ist, welche einer Mittenposition der Heizungsdrähte in dem Heizungssubstrat gegenüber steht.
  • Bei einem elften Gesichtspunkt, welcher mit dem zehnten Gesichtspunkt in Zusammenhang steht, kann die zweite Diffusionsratenregulierungs-Schicht mindestens einen Abschnitt der ersten Diffusionsratenregulierungs-Schicht in einer Ansicht überlappen, bei welcher der NOx-Sensor aus der Laminierungsrichtung der Feststoffelektrolyt-Schichten vorsteht, und wobei die Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle vorteilhafterweise in der Nähe der zweiten Diffusionsratenregulierungs-Schicht bereitgestellt wird.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erklärt.
  • Mit dem Messverfahren gemäß dem ersten Gesichtspunkt wird bewirkt, dass der Strom in einer ersten Sauerstoff-Pumpzelle fließt, so dass eine Ausgangsspannung einer Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle in dem NOx-Sensor konstant ist, wodurch die Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer konstant geregelt wird, solange eine konstante Spannung an der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle in einer Sauerstoff-Auspumprichtung aus der zweiten Messzelle angelegt wird. Insbesondere wird mit diesem Verfahren der NOx-Sensor in der gleichen Betriebsrichtung betrieben, wie die zum Messen der NOx-Konzentration unter Verwendung eines NOx-Sensors. Zu diesem Zeitpunkt wird nicht nur die Stickstoffoxid-Konzentration (NOx-Konzentration) aus dem Stromwert gemessen, welcher in der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle fließt, sondern auch die Sauerstoff-Konzentration in dem Messgas, welche aus dem Stromwert gemessen wird, welcher in der ersten Sauerstoff-Pumpzelle fließt.
  • Der Grund dafür ist, dass die Pumpstromsteuerung durch Regeln des Stroms, welcher in der ersten Pumpzelle fließt, zum Regeln der Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer auf einen konstanten Wert dem Messbetrieb der Sauerstoff-Konzentration in dem Messgas unter Verwendung eines Universalbereichs-Luft/Kraftstoffmischungs-Sensors mit einer Pumpzelle und einer Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle in/auf einer Messkammer mit einer begrenzten Diffusion des Messgases ähnlich ist, so dass der Strom, welcher durch die erste Pumpzelle fließt, proportional zu der Sauerstoff-Konzentration in dem Messgas ist und die Sauerstoff-Konzentration aus dem Stromwert gemessen (abgeleitet) werden kann.
  • Da die Sauerstoff-Konzentration und die NOx-Konzentration nur unter Verwendung des NOx-Sensors gemessen werden, gibt es gemäß der vorliegenden Erfindung folglich keine Notwendigkeit, zwei Sensoren, nämlich einen NOx-Sensor und einen Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor, in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, wobei folglich die Struktur der Steuerungsvorrichtung zur Reduzierung der Kosten vereinfacht wird.
  • Da die Sauerstoff-Konzentration und die NOx-Konzentration unter Verwendung des alleinigen NOx-Sensors gemessen werden, zeigen gemäß der vorliegenden Erfindung die gemessenen Ergebnisse weiterhin eine hohe Korrelation im Vergleich zu einem Fall, bei welchem die Konzentrationen unter Verwendung unterschiedlicher Sensoren, das bedeutet eines Sauerstoff-Sensors und eines NOx-Sensors, gemessen werden. Wenn folglich die Sauerstoff-Konzentration und die NOx-Konzentration, wie durch das erfinderische Verfahren gemessen, verwendet werden, wird es möglich, einen Verschleiß des NOx-Katalysators, welcher in einem Abgas rohr des Verbrennungsmotors bereitgestellt ist, mit hoher Genauigkeit zu beurteilen.
  • Das bedeutet, dass es für ein Erfassen des Verschleißes des NOx-Katalysators nur nötig ist, zu erfassen, in welchem Ausmaß eine NOx-Leckmenge stetig auftritt. Zu diesem Zweck reicht es aus, das Steuerungs-Luft/Kraftstoffverhältnis und das Ausmaß der NOx-Leckmenge für das Steuerungs-Luft/Kraftstoffverhältnis zu vergleichen, um zu beurteilen, ob das Ausmaß der NOx-Leckmenge relativ zu dem Steuerungs-Luft/Kraftstoffverhältnis innerhalb eines vorgegebenen zulässigen Bereichs liegt oder nicht.
  • Das bedeutet, dass je kleiner das Luft/Kraftstoffverhältnis der zugeführten Kraftstoffmischung im Allgemeinen bei einem Verbrennungsmotor ist, desto kleiner ist das Ausmaß der NOx-Leckmenge, und umgekehrt, dass je größer das Luft/Kraftstoffverhältnis ist, desto größer das Ausmaß der NOx-Leckmenge ist. Deshalb ist ein zulässiger Wert des Ausmaßes der NOx-Leckmenge relativ zu dem Luft/Kraftstoffverhältnis vorgegeben. Dann werden die Sauerstoff-Konzentration und die NOx-Konzentration gleichzeitig während des Betriebs des Verbrennungsmotors gemessen, wobei der zulässige Wert des Ausmaßes der NOx-Leckmenge der gemessenen Sauerstoff-Konzentration entspricht, es wird mit anderen Worten das Luft/Kraftstoffverhältnis ausgelesen, und der gemessene wert der NOx-Konzentration wird geprüft, ob er geringer ist als der zulässige Wert oder nicht, und der NOx-Katalysator wird als verschlissen beurteilt, wenn der gemessene Wert der NOx-Konzentration den zulässigen Wert überschreitet.
  • Wenn beim Beurteilen des Verschleißes des NOx-Katalysators unterschiedliche Sensoren zum Messen der Sauerstoff-Konzentration und der NOx-Konzentration verwendet werden, kann in Betracht gezogen werden, dass ein Fehler bei den Erfassungseigenschaften der NOx-Konzentration relativ zum Luft/Kraftstoffverhältnis beispielsweise wegen einer Variation der Eigenschaften von Sensor zu Sensor oder wegen eines Unterschieds des Grads des Verschleißes bewirkt wird, wobei folglich die Entscheidungsgenauigkeit über den Verschleiß des NOx-Katalysators gesenkt wird.
  • Sogar wenn jedoch die individuellen NOx-Sensoren eine Variation der Eigenschaften durchmachen, gibt es keinen Unterschied der Erfassungsgenauigkeit von NOx und des Luft/Kraftstoffverhältnisses durch einen alleinigen NOx-Sensor. Da die Sauerstoff-Konzentration und die NOx-Konzentration in dem Messgas unter Verwendung des alleinigen NOx-Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung gemessen werden, gibt es kein Risiko eines Fehlers, welcher bei den Erfassungseigenschaften der NOx-Konzentration relativ zum Luft/Kraftstoffverhältnis hergestellt wird, so dass ein Verschleiß des NOx-Katalysators mit hoher Genauigkeit aus den (auf der Grundlage der) gemessenen Ergebnissen beurteilt werden kann.
  • Mit dem Messverfahren einschließlich den Einzelheiten des zweiten Gesichtspunkts wird der Strom, welcher der Heizung zugeführt wird, welche in dem NOx-Sensor bereitgestellt ist, so gesteuert, dass die Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle in dem NOx-Sensor eine vorgegebene Zieltemperatur wird.
  • Der Grund dafür ist, dass, außer die Sauerstoff-Konzentration in der erstem Messkammer kann durch die Stromzuführungssteuerung zur ersten Sauerstoff-Pumpzelle (Pumpstromsteuerung) konstant geregelt werden, die Sauerstoff-Konzentration nicht korrekt gemessen werden kann, so dass es zum Regeln einer konstanten Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer nötig ist, eine konstante Temperatur in der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle einzuhalten, welche zum Messen der Sauerstoff-Konzentration aufgebaut ist.
  • Kurz gesagt misst die Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle die Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer durch Festsetzen der Seite der porösen Elektrode der Sauerstoff-Konzentrations-Messkammer gegenüber der ersten Messkammer als eine Sauerstoff-Referenzkonzentration (Sauerstoff-Partialdruck P1), wobei die Tatsache ausgenutzt wird, dass wenn eine Feststoffelektrolyt-Schicht zwischen einem Paar poröser Elektroden angeordnet wird, eine elektromotorische Kraft EMF, welche durch die Nernst-Gleichung (1): EMF = A × T × log(P1/P2) (1)gegeben ist, wobei A eine Konstante ist und T die absolute Temperatur ist, an den Elektroden in Abhängigkeit von den Sauerstoff-Partialdrücken P1, P2 der Elektrodenseiten erzeugt wird. Wenn sich deshalb die Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle auf einer Temperatur T von 1000°K befindet und die Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer 1000 ppm beträgt, ist die elektromotorische Kraft EMF in der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle 200 mV, wobei die elektro motorische Kraft EMF 160 mV für eine Temperatur T von 800°K beträgt. Folglich muss zum Regeln einer konstanten Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer, mit anderen Worten für ein korrektes Messen der Sauerstoff-Konzentration und der NOx-Konzentration, die Temperatur in der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle konstant gehalten werden.
  • Insbesondere beim oben stehend beschriebenen Universalbereichs-Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor, welcher bisher zum Messen der Sauerstoff-Konzentration verwendet wurde, wird das Innere der Messkammer durch die Pumpstromsteuerung so geregelt, dass sie im Wesentlichen (fast) von Sauerstoff befreit ist (der Zustand einer Sauerstoff-Nullkonzentration), und es ist möglich, ziemlich stabile Temperaturkennlinien zu erhalten. Wenn beim NOx-Sensor jedoch das Innere der Messkammer durch die Pumpstromsteuerung so geregelt wird, dass sie im Wesentlichen von Sauerstoff befreit ist (der Zustand der Sauerstoff-Nullkonzentration), wird der NOx-Bestandteil in dem Messgas, welches in die erste Messkammer strömt, zersetzt, wobei ein hohes Risiko besteht, dass die NOx-Konzentration (in dem Messgas) nicht gemessen werden kann. Deshalb wird die Regelung so ausgeführt, dass eine geringfügige Menge Sauerstoff (entsprechend beispielsweise einer niedrigen Sauerstoff-Konzentration von 1000 ppm) in der ersten Messkammer zurückbleibt. Das Ergebnis ist, dass die Temperaturkennlinien im Vergleich zum Universalbereichs-Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor deutlich abgesenkt werden.
  • 10 zeigt die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung Vs einer Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle und dem Pumpstrom Ip, welcher in einer Sauerstoff-Pumpzelle fließt, in einem Fall, bei welchem die Sauerstoff-Konzentration des Messgases durch eine Pumpstromsteuerung gemessen wird, welche den herkömmlichen Universalbereichs-Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor einsetzt, wobei die Sauerstoff-Konzentration festgelegt ist. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, wird, wenn der Pumpstrom Ip so geregelt wird, dass die Sauerstoff-Konzentration in einer Messkammer ungefähr null beträgt (theoretisch in der Größenordnung von 10–9 atm liegt), wobei eine Ausgangsspannung Vs der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle 450 mV ist, der Pumpstrom Ip sogar dann nur durch ΔIPA verändert wird, wenn die Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle von Ta über Tb bis Tc verändert wird, wobei eine Stromveränderungsrate pro 1°K in der Größenordnung von 2% liegt. Wenn jedoch der Pumpstrom Ip so geregelt wird, dass bei einer Ausgangsspannung Vs der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle von 150 mV die Sauerstoff-Konzentration in der Messkammer so niedrig wie ungefähr 1000 ppm ist, wird der Pumpstrom Ip durch ΔIPB deutlich verändert, wenn die Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle von Ta über Tb bis Tc verändert wird, wobei die Stromveränderungsrate pro 1°K bei mehreren zehn Prozent liegt.
  • Wenn deshalb beim korrekten Messen der Sauerstoff-Konzentration und der NOx-Konzentration unter Verwendung des NOx-Sensors, wie bei der vorliegenden Erfindung, die Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer auf einen unteren wert von ungefähr 1000 ppm durch eine Pumpstromsteuerung in der ersten Sauerstoff-Pumpzelle geregelt wird, muss die Temperatur in der Sauerstoff- Konzentrations-Messzelle genauer auf eine vorgegebene Temperatur geregelt werden.
  • Im Gegensatz dazu kann bei dem Messverfahren gemäß des zweiten Gesichtspunkts die Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle durch Steuern des Stroms, welcher der Heizung zugeführt wird, bei einer vorgegebenen konstanten Zieltemperatur gehalten werden, so dass die Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle in dem NOx-Sensor eine vorgegebene Zieltemperatur wird.
  • Deshalb kann gemäß dem zweiten Gesichtspunkt nicht nur die Sauerstoff-Konzentration und die NOx-Konzentration unter Verwendung des NOx-Sensor gemessen werden, sondern auch die Messgenauigkeit kann verbessert werden, so dass eine NOx-Regelung und eine Entscheidung über den Verschleiß des NOx-Katalysators des oben stehend beschriebenen Verbrennungsmotors genauer verwirklicht werden kann.
  • Bei dem Messverfahren des dritten Gesichtspunkts wird das Messergebnis der Sauerstoff-Konzentration und der Stickstoffoxid-Konzentration in Abhängigkeit von der Temperaturabweichung der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle von der Zieltemperatur korrigiert. Bei dem vorliegenden Verfahren können folglich sogar dann, wenn die Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle von der Zieltemperatur abweicht, obwohl die Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle durch Steuern der Strommenge gesteuert wird, welche der Heizung zugeführt wird, die Sauerstoff-Konzentration und die NOx-Konzentration Temperatur-kompensiert werden, um eine genauere Messung der NOx-Konzentration und der Sauerstoff-Konzentration zu ermöglichen.
  • Wenn beispielsweise der Antriebszustand des Verbrennungsmotors verändert wird, so dass die Temperatur des Abgases, wie des Messgases, drastisch verändert wird, gibt es Ereignisse, wobei die NOx-Sensortemperatur als Reaktion auf die Temperaturveränderungen in dem Messgas vorübergehend verändert wird, so dass die Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle durch die Heizungssteuerung nicht ausreichend gesteuert werden kann. Beim Messverfahren des dritten Gesichtspunkts können die Sauerstoff-Konzentration und die NOx-Konzentration sogar bei diesen Ereignissen genau gemessen werden.
  • Die Messvorrichtung, welche bei dem vierten Gesichtspunkt gezeigt wird, ist eine Vorrichtung zum Implementieren des Messverfahrens, welches beim ersten Gesichtspunkt gezeigt wurde. Bei dieser Vorrichtung bewirkt das Pumpstrom-Steuerungsmittel zuerst, dass der Strom in der ersten Sauerstoff-Pumpzelle fließt, so dass der Ausgangsstrom der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle ein konstanter Wert wird, um die Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer auf einen konstanten Wert zu regeln. Andererseits legt das Anwendungsmittel der konstanten Spannung eine konstante Spannung an der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle in einer Auspumprichtung des Sauerstoffs aus der zweiten Messkammer an. Das Stickstoffoxid-Konzentrations-Messmittel misst die Stickstoffoxid-Konzentration in dem Messgas auf der Grundlage des Stromwerts in der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle, während das Sauerstoff-Konzentrations-Messmittel die Sauerstoff-Konzentration in dem Messgas aus dem Stromwert misst, welcher in der ersten Sauerstoff-Pumpzelle fließt.
  • Folglich wird bei der Messvorrichtung, welche bei Gesichtspunkt 4 gezeigt ist, das Messverfahren, welches bei Gesichtspunkt 1 gezeigt wurde, zum Messen der Konzentrationen von Sauerstoff und NOx in dem Messgas unter Verwendung eines alleinigen NOx-Sensors implementiert, wobei folglich die Struktur der Steuerungsvorrichtung zum Regeln von NOx für einen Verbrennungsmotor, wie oben stehend beschrieben, zur Reduzierung ihrer Kosten vereinfacht wird, während eine genaue Beurteilung des Verschleißgrads des NOx-Katalysators gewährleistet wird.
  • Bei der Messvorrichtung, welche bei Gesichtspunkt 5 dargelegt ist, erfasst das Temperaturmessmittel auch die Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle, während das Heizstromzuführungs-Steuerungsmittel den Strom steuert, welcher der Heizung zugeführt wird, welche auf dem NOx-Sensor bereitgestellt ist, so dass die erfasste Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle eine vorgegebene Zieltemperatur annimmt. Das bedeutet, dass die Messvorrichtung, welche bei Gesichtspunkt 5 gezeigt ist, eine Vorrichtung zum Implementieren des Messverfahrens ist, welches bei Gesichtspunkt 2 dargelegt ist, und nicht nur die Sauerstoff-Konzentration und die NOx-Konzentration unter Verwendung des NOx-Sensors messen kann, sondern die Messgenauigkeit zum Gewährleisten einer genaueren Regelung der NOx-Konzentration für den Verbrennungsmotor und einer genaueren Entscheidung über den Verschleiß des NOx-Katalysators verbessern kann.
  • Bei der Messvorrichtung, welche bei Gesichtspunkt 6 gezeigt ist, korrigiert das Korrekturmittel die Messergebnisse der NOx-Konzentration und der Sauerstoff-Konzentration in Abhängigkeit von der Abweichung der Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle, welche durch das Temperatur-Erfassungsmittel erfasst wird, von der Zieltemperatur. Das bedeutet, dass die Messvorrichtung, welche bei Gesichtspunkt 6 gezeigt ist, eine Vorrichtung zum Implementieren des Messverfahrens ist, welches bei Gesichtspunkt 3 dargelegt ist, und die Messergebnisse der Sauerstoff-Konzentration und der NOx-Konzentration sogar dann Temperatur-kompensieren kann, wenn die Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle von der Zieltemperatur unter der Wirkung der Temperaturveränderungen des Messgases abweicht, obwohl die Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle auf die Zieltemperatur geregelt wird. Dies ermöglicht eine genauere Messung der Sauerstoff-Konzentration und der NOx-Konzentration.
  • Obwohl das Erfassungsmittel zum Erfassen der Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle durch eine Temperatur-Sensorvorrichtung implementiert werden kann, welche in der Umgebung der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle bereitgestellt ist, wird die Struktur des NOx-Sensors in einem derartigen Fall komplex, wobei sich auch eine Schwierigkeit beim genauen Erfassen der Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle ergibt.
  • Es wird angemerkt, dass der Innenwiderstand der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle in Abhängigkeit von der Zellentemperatur variiert, so dass der Innenwiderstand um so niedriger wird, je höher die Zellentemperatur ist.
  • Wenn der Innenwiderstand der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle erfasst wird, wie bei Gesichtspunkt 7 definiert, wird es deshalb möglich, die Zellentemperatur genau zu erfassen, ohne eine Notwendigkeit, eine separate Temperatur-Sensorvorrichtung in dem NOx-Sensor bereitzustellen, wobei folglich eine einfachere und genauere Temperaturregelung ermöglicht wird.
  • Andererseits genügt es in Fällen, bei welchen der Innenwiderstand der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle durch ein Temperatur-Sensormittel erfasst wird, wenn eine konstante Spannung an der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle zum Abtasten des Innenwiderstands für ein Erfassen der Strommenge, welche dann in der Zelle fließt, angelegt wird oder wenn bewirkt wird, dass ein konstanter Strom in der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle zum Abtasten der Spannung an den beiden Elektroden (oder Anschlüssen) der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle fließt.
  • Für ein Erfassen des Innenwiderstands der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle ist es nötig, die Verbindung zwischen dem Pumpstrom-Steuerungsmittel und der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle vorübergehend zu unterbrechen, um die Regelung der Stromzuführung an die erste Sauerstoff-Pumpzelle durch das Pumpstrom-Steuerungsmittel anzuhalten. Das bedeutet, dass, wenn der Strom der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle zum Erfassen des Innenwiderstands zugeführt wird, die Spannung an beiden Elektroden der Zelle aufhört, der Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer zu entsprechen, so dass, wenn die Regelungsoperation des Pumpstrom-Steuerungsmittels zu diesem Zeitpunkt fortgesetzt wird, die Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer inkorrekt geregelt würde. Deshalb ist es wünschenswert, die Regelungsoperation durch das Pumpstrom-Steuerungsmittel für ein Vorbeugen einer derartig verfehlten Regelungsoperation während einer Messung des Innenwiderstands der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle anzuhalten.
  • Die Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle misst die Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer durch die elektromotorische Kraft EMF, welche durch Gleichung (1) erhalten wird. Die Sauerstoff-Konzentration in Richtung auf eine der gepaarten porösen Elektroden der Zelle, welche nicht mit der ersten Messkammer in Kontakt steht, muss eine vorgegebene Sauerstoff-Referenzkonzentration sein. Zu diesem Zweck kann ein Referenzgas mit einer konstanten Sauerstoff-Konzentration, wie beispielsweise Luft der Atmosphäre, in Richtung auf eine derartige Elektrode eingeführt werden. Zum Einführen des Referenzgases von draußen ist es jedoch angemessen, eine Lücke oder eine Rohrleitung zum Einführen des Referenzgases in den NOx-Sensor bereitzustellen, wobei folglich die Struktur des NOx-Sensors verkompliziert wird.
  • Zum Festsetzen einer Sauerstoff-Referenzkonzentration an einer porösen Elektrode auf der Seite der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle gegenüber der ersten Messkammer genügt es, wenn die poröse Elektrode in dem NOx-Sensor auf der Seite der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle gegenüber der ersten Messkammer geschlossen ist und ein Teil des Sauerstoffs in dem resultierenden geschlossenen Raum über einen Leckmengenwiderstand entweichen kann, wobei das Pumpstrom-Steuerungsmittel bewirkt, dass eine kleine Strommenge in der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle in eine Auspumprichtung des Sauerstoffs in dem ersten Messraum in den geschlossenen Raum fließt, um die Strommenge, welche in der ersten Sauerstoff-Pumpzelle fließt, zu regeln, so dass, da bewirkt wird, dass der geschlossene Raum als eine interne Sauerstoff-Referenzquelle fungiert, eine elektromotorische Kraft, welche an der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle erzeugt wird, einen konstanten Wert gemäß Gesichtspunkt 8 annimmt. In diesem Fall gibt es keine Notwendigkeit, eine Lücke in dem NOx-Sensor zum Einführen des Referenzgases bereitzustellen, wobei folglich die Struktur des NOx-Sensors vereinfacht wird.
  • Zum Messen des Innenwiderstands der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle durch ein Temperaturerfassungsmittel, unterbricht das Temperaturerfassungsmittel periodisch eine Verbindung zwischen dem Pumpstrom-Steuerungsmittel und der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle, so dass während einer derartigen Unterbrechung bewirkt wird, dass eine Strommenge, welche größer ist als der kleine (oder winzige) Strom, für ein Erfassen des Innenwiderstands in der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle in einer Richtung fließt, welche der Fließrichtung des kleinen Stroms entgegengesetzt ist, wobei der Innenwiderstand der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle aus einer Spannung erfasst wird, welche zu diesem Zeitpunkt an den Elektroden der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle gemäß Gesichtspunkt 8 erzeugt wird.
  • Das bedeutet, da sich die Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle gemäß dem vorliegenden Gesichtspunkt die interne Sauerstoff-Referenzquelle durch eine kleine Strommenge selbst erzeugt, welche dorthin zugeführt wird, dass eine ausreichende Sauerstoff-Menge in dem geschlossenen Raum gespeichert ist, welcher als eine interne Sauerstoff-Referenzquelle betrieben wird, so dass, wenn bewirkt wird, dass der Erfassungsstrom für den Innenwiderstand in die gleiche Richtung fließt, wie die Fließrichtung des kleinen Stroms (für die interne Sauerstoff-Referenzquelle), die Sauerstoff-Menge in dem geschlossenen Raum dazu neigen würde, überhöht zu sein, was zu Rissen in dem NOx-Sensor aufgrund einer Überladung an Sauerstoff führen könnte.
  • Folglich wird bei der Messvorrichtung gemäß Gesichtspunkt 8 bewirkt, dass der Strom zum Erfassen des Innenwiderstands in die entgegengesetzte Richtung zur üblichen Fließrichtung des kleinen Stroms in der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle fließt, um den Innenwiderstand der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle aus der Spannung zu erfassen, welche zu diesem Zeitpunkt an den Elektroden hergestellt wird.
  • Währenddessen wird, wenn bewirkt wird, dass der Strom in einer Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle fließt, die Spannung, welche durch die Zelle erzeugt wird und welche die Spannung an ihren Elektroden ist, nicht nur mit dem Innenwiderstand der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle, sondern auch mit der elektromotorischen Kraft variiert, welche als Reaktion auf das Sauerstoff-Konzentrationsverhältnis an den Elektroden erzeugt wird. Da jedoch die Werte der Sauerstoff-Konzentration an jeder Elektrode der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (d.h. die in der ersten Sauerstoff-Messkammer und die in dem geschlossenen Raum) durch eine Zuführung der kleinen Strommenge und durch die Stromzuführungssteuerung für die erste Sauerstoff-Pumpzelle durch das Pumpstrom-Steuerungsmittel im Wesentlichen konstant sind, ist die elektromotorische Kraft, welche auf den Beginn der Stromzuführung des Erfassungsstroms für den Innenwiderstand unmittelbar folgt, im Wesentlichen konstant. Deshalb kann gemäß dem vorliegenden Gesichtspunkt der Innenwiderstand der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle erfasst werden, ohne durch diese elektromotorische Kraft beeinträchtigt zu werden.
  • Wenn weiterhin bewirkt wird, dass der Strom zum Erfassen des Innenwiderstands in der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle fließt, um den Innenwiderstand der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle zu erfassen, arbeitet die letztere als eine Pumpzelle, so dass Sauerstoff in eine der Stromfließrichtung entgegengesetzten Richtung als Reaktion auf die Menge des zugeführten Stroms bewegt wird. Das Ergebnis ist, dass die Sauerstoff-Konzentration in dem geschlossenen Raum als Reaktion auf die Menge des Erfassungsstroms für den Innenwiderstand und auf die Dauer der Stromzuführung gesenkt wird, so dass eine gewisse Zeitspanne nach dem Erfassungszeitpunkt des Innenwiderstands vergehen muss, bis die Sauerstoff-Konzentration in dem geschlossenen Raum durch die Zuführung des kleinen Stroms die Sauerstoff-Referenzkonzentration wiedererlangt hat, um zu erlauben, dass die Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle die Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer korrekt misst. Wenn folglich die Regelungsoperation für das Pumpstrom-Steuerungsmittel unmittelbar nach der Erfassung des Innenwiderstands begonnen wird, kann die Sauerstoff-Gaskonzentration und die NOx-Konzentration in dem Messgas nicht korrekt gemessen werden.
  • Wie bei Gesichtspunkt 9 gezeigt, kann das Temperaturerfassungsmittel zur Reduzierung der Zeitdauer, bis es möglich wird, die Sauerstoff-Gaskonzentration und die NOx-Konzentration nach der Erfassung des Innenwiderstands korrekt zu messen, so aufgebaut werden, dass bewirkt wird, dass der Strom zum Erfassen des Innenwiderstands in der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle in eine Richtung fließt, gefolgt von einem Bewirken, dass der Strom in eine zur vorherigen Richtung des Erfassungsstroms für den Innenwiderstand entgegengesetzte Richtung fließt.
  • Das bedeutet, dass, wenn bewirkt wird, dass der Strom zum Erfassen des Innenwiderstands in der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle während einer Erfassung ihres Innenwiderstands alternierend fließt, der Zustand des vorübergehenden Absenkens der elektromotorischen Kraft der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle und der Sauerstoff-Konzentration an den jeweiligen Elektroden der Zelle schnell in den stabilen Zustand vor der Erfassung des Innenwiderstands wiederhergestellt werden kann, wobei folglich die Zeitdauer bis zu einer korrekten Messung der NOx-Konzentration und der Sauerstoff-Konzentration nach einer Erfassung des Innenwiderstands verkürzt wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch die Temperatur einer der drei Sauerstoff-Konzentrations-Messzellen des NOx-Sensors, welcher zum Erfassen der Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer ausgebildet ist, welche die Messgenauigkeit der Sauerstoff-Konzentration und der NOx-Konzentration am deutlichsten beeinträchtigt, erfasst, und die Strommenge, welche der Heizung zugeführt wird, wird gesteuert, so dass die erfasste Temperatur gleich der Zieltemperatur wird. In Abhängigkeit von der Struktur des NOx-Sensors neigt jedoch die Temperatur der ersten Sauerstoff-Pumpzelle oder die der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle dazu, von den Zieltemperaturen abzuweichen, so dass eine ausreichende Messgenauigkeit der Sauerstoff-Konzentration und der NOx-Konzentration nicht gewährleistet werden kann.
  • Zum Realisieren einer befriedigenderen Wirkung, welche sich für das Heizstromzuführungs-Steuerungsmittel eignet, ist es wünschenswert, dass, wie bei Gesichtspunkt 10 dargelegt, die erste Sauerstoff-Pumpzelle, die Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle und die zweite Sauerstoff-Pumpzelle in dem NOx-Sensor aus Feststoffelektrolyt-Schichten als jeweils unterschiedliche dünne Platten ausgebildet sind, wobei die erste Messkammer und die zweite Messkammer durch Laminieren der jeweiligen Feststoffelektrolyt-Schichten, jede mit einer kleinen Lücke dazwischen, angefertigt sind, wobei die Feststoffelektrolyt-Schichten die erste und die zweite Sauerstoff-Pumpzelle bilden, welche nach außen zeigen. Die Heizung umfasst zwei Heizungssubstrate in der Gestalt dünner Platten, welche aus Heizungssubstraten mit darin eingebetteten Heizungsdrähten angefertigt sind, wobei die Heizungssubstrate auf beiden Seiten in der Laminierungsrichtung der Feststoffelektrolyt-Schichten in dem NOx-Sensor mit einem vorgegebenen Zwischenraum dazwischen zum Erwärmen des NOx-Sensors angeordnet sind. Die erste Diffusionsschicht ist in der Feststoffelektrolyt-Schicht angeordnet, welche die erste Sauerstoff-Pumpzelle bildet, so dass die erste Diffusionsschicht an einer Position angeordnet ist, welche einer Mittenposition der Heizungsdrähte in dem Heizungssubstrat gegenüber steht.
  • Das bedeutet, dass, wenn der NOx-Sensor und die Heizung wie oben stehend beschrieben konstruiert werden, die Feststoffelektrolyt-Schicht, welche mit der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle versehen ist, welche zwischen den Feststoffelektrolyt-Schichten angeordnet ist, welche mit der ersten und mit der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle versehen sind, und die Heizungssubstrate auf ihren beiden Seiten in der Laminierungsrichtung angeordnet sind, so dass, wenn die Strommenge, welche in der Heizung fließt, gesteuert wird, um die Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle zu regeln, die erste und die zweite, Sauerstoff-Pumpzelle zuverlässiger nahe an die Zieltemperaturen geregelt werden können, während das Messgas, welches aus der ersten Diffusionsschicht in die erste Messkammer fließt, durch die Heizung ausreichend erwärmt werden kann.
  • Das Ergebnis ist, dass bei der Messvorrichtung, welche bei Gesichtspunkt 10 dargelegt ist, Temperaturschwankungen in den jeweiligen Zellen des NOx-Sensors vermindert werden können, während die jeweiligen Zellen für den Temperatureinfluss der Messgase kaum empfänglich sind, wobei folglich die Messgenauigkeit der Sauerstoff-Konzentration und der NOx-Konzentration weiter erhöht wird.
  • Gemäß Gesichtspunkt 11 überlappt die zweite Diffusionsratenregulierungs-Schicht mindestens einen Abschnitt der ersten Diffusionsratenregulierungs-Schicht in einer Ansicht, bei welcher der NOx-Sensor aus der Laminierungsrichtung der Feststoffelektrolyt-Schichten vorsteht und die Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle in der Nähe der zweiten Diffusionsratenregulierungs-Schicht bereitgestellt wird. Die Temperatur des NOx-Sensors und der Messgase in dem Sensor kann zuverlässiger nahe an die Zieltemperatur geregelt werden, wobei folglich die Sauerstoff-Konzentration und die NOx-Konzentration verbessert wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Schemaansicht, welche die Struktur einer gesamten Messvorrichtung zum Messen der Sauerstoff-Konzentration und der Stickstoffoxid-Konzentration gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht, welche die Struktur des NOx-Sensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm, welches eine Verarbeitung zum Messen einer Sauerstoff-Konzentration und einer NOx-Konzentration illustriert, welche von einer ECU gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiederholt ausgeführt wird.
  • 4 ist ein Ablaufdiagramm, welches eine Erfassungsverarbeitung für den Innenwiderstand illustriert, welche als Unterbrechungsverarbeitung nach jeder vorgegebenen Zeitspanne in der ECU gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
  • 5 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Temperatur der Vorrichtung und dem Innenwiderstand einer Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle zeigt.
  • 6 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Sauerstoff-Konzentration des NOx-freien Messgases und dem ersten und dem zweiten Pumpstrom zeigt.
  • 7 ist ein Zeitdiagramm, welches Veränderungen bei dem ersten und bei dem zweiten Pumpstrom zeigt, welche durch Veränderungen der Abgastemperatur während einer Beschleunigung und während einer Verlangsamung eines Verbrennungsmotors bewirkt werden.
  • 8 ist eine grafische Darstellung, welche ein Beispiel einer Abbildung zeigt, welche zum Bestimmen des Temperaturkorrekturbetrags für den zweiten Pumpstrom verwendet wird.
  • 9 ist ein Zeitdiagramm, welches den Betrieb während einer in 4 gezeigten Erfassungsverarbeitung des Innenwiderstands illustriert.
  • 10 ist ein Schaubild, welches Temperaturkennlinien der Sauerstoff-Konzentration illustriert, welche durch eine Pumpstromsteuerung in einem Universalbereichs-Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor erhalten wurden.
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich erklärt.
  • 1 zeigt eine schematische Struktur der gesamten Vorrichtung zum Messen der Sauerstoff-Konzentration und der NOx-Konzentration der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, während 2 eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht eines NOx-Sensors 2 ist, welcher für diese Messvorrichtung einsetzbar ist.
  • Die Messvorrichtung der vorliegenden, in 1 gezeigten Ausführungsform umfasst einen NOx-Sensor 2 und eine Treiberschaltung 40 zum Umschalten einer Stromzuführung und eines Stromzuführungswegs für eine erste Sauerstoff-Pumpzelle (hier manchmal als "erste Pumpzelle" bezeichnet) 4 und für eine Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (hier manchmal als "Vs-Zelle" bezeichnet) 6, welche den NOx-Sensor 2 bilden, und zum Erfassen eines Stroms, welcher in der ersten Sauerstoff-Pumpzelle 4 fließt, (hier manchmal als "erster Pumpstrom" bezeichnet) IP1. Die Messvorrichtung umfasst auch einen Erfassungsschaltkreis 42 zum Anlegen einer konstanten Spannung an einer zweiten Sauerstoff-Pumpzelle (hier manchmal als "zweite Pumpzelle" bezeichnet) 8 zum Erfassen eines Stroms, welcher zu diesem Zeitpunkt fließt, (hier manchmal als der "zweite Pumpstrom" bezeichnet) IP2. Die Messvorrichtung umfasst auch einen Heizstrom-Zuführungsschaltkreis 44 zum Bereitstellen eines Stroms an ein Heizungspaar 12, 14, welches in dem NOx-Sensor 2 zum Erwärmen der Zellen 4, 6 und 8 bereitgestellt ist, und eine elektronische Regelungsschaltung 50, hier manchmal als ECU bezeichnet, welche aus einem Mikro-Computer angefertigt ist, zum Regeln der Treiberschaltung 40 und des Heizstrom-Zuführungsstroms 44 zur Berechnung der Sauerstoff-Konzentration und der NOx-Konzentration in dem Messgas auf der Grundlage von Erfassungssignalen VIP1 und VIP2 aus der Treiberschaltung 40 und aus dem Erfassungsschaltkreis 42.
  • Unter Bezugnahme auf 2 umfasst die erste Pumpzelle 4 des NOx-Sensors 2 eine plattenförmige Feststoffelektrolyt-Schicht 4a, auf deren beiden Seiten rechteckige poröse Elektroden 4b, 4c und Anschlüsse 4b1, 4c1 ausgebildet sind. Die Feststoffelektrolyt-Schicht 4a ist an einem Mittenabschnitt davon durch eine kreisförmige Öffnung durchgeführt, so dass die kreisförmige Öffnung durch die Mittenabschnitte der porösen Elektroden 4b, 4c hindurchgeht. Die kreisförmige Öffnung ist mit einem porösen Füllmittel zum Ausbilden einer Diffusionsratenregulierungs-Schicht 4d gefüllt (oder ausgepolstert).
  • Die Vs-Zelle 6 ist mit kreisförmigen porösen Elektroden 6b, 6c und Anschlussabschnitten 6b1, 6c1 auf beiden Seiten der Feststoffelektrolyt-Schicht 6a in der gleichen Gestalt wie die Feststoffelektrolyt-Schicht 4a der ersten Pumpzelle 4 versehen. Die Feststoffelektrolyt-Schicht 6a ist an einem Mittenabschnitt davon durch eine kreisförmige Öffnung durchgeführt, so dass die kreisförmige Öffnung durch die Mittenabschnitte der porösen Elektroden 6b, 6c hindurchgeht. Die kreisförmige Öffnung ist mit einem porösen Füllmittel zum Ausbilden einer Diffusionsratenregulierungs-Schicht 6d ausgepolstert.
  • Die Mittelpositionen der porösen Elektroden 6b, 6c der Vs-Zelle 6 sind im Wesentlichen mit den porösen Elektroden 4b, 4c der ersten Pumpzelle 4 auf den Feststoffelektrolyt-Schichten 6a, 4a ausgerichtet, so dass, wenn die Vs-Zelle 6 und die erste Pumpzelle 4 zusammen laminiert werden, die Diffusionsratenregulierungs-Schichten 6d, 4d einander gegenüber stehen. Die kreisförmigen (ringförmigen) porösen Elektroden 6b, 6c, welche auf der Vs-Zelle 6 ausgebildet sind, weisen eine kleinere Größe auf als die rechteckigen porösen Elektroden 4b, 4c, welche auf der ersten Pumpzelle 4 ausgebildet sind. Die vordere und hintere Oberfläche der Vs-Zelle 6 sind mit Alumina-Isolierfolien zur Abdeckung der äußeren Seiten der Anschlussabschnitte 6b1, 6c1 beschichtet, um eine Stromleckmenge aus diesen Anschlussabschnitten 6b1, 6c1 zu vermeiden. Zwischen den Anschlussabschnitten 6b1 und 6c1 ist ein Leckmengenwiderstand 6f ausgebildet, um einen Teil des Sauerstoffs entweichen zu lassen, welcher unter der Stromzuführungssteuerung, wie nachfolgend erklärt wird, in Richtung auf die poröse Elektrode 6c zu der porösen Elektrode 6b gepumpt wird.
  • Die erste Pumpzelle 4 und die so ausgebildete Vs-Zelle 6 sind über eine Feststoffelektrolyt-Schicht 18 der gleichen Gestalt wie die Feststoffelektrolyt-Schichten 4a, 6a zusammen laminiert. Die Abschnitte der Feststoffelektrolyt-Schicht 18 gegenüber den porösen Elektroden 4c, 6b sind mit einer rechteckigen Öffnung ausgebildet, welche eine größere Größe aufweist als die poröse Elektrode 4c und welche als eine erste Messkammer 20 arbeitet.
  • Auf der porösen Elektrode 6c der Vs-Zelle 6 ist eine Feststoffelektrolyt-Schicht 22 der gleichen Gestalt wie die Feststoffelektrolyt-Schichten 4a, 6a laminiert. Diese Feststoffelektrolyt-Schicht 22 ist mit einer kreisförmigen Öffnung der gleichen Größe ausgebildet wie die Diffusionsratenregulierungs-Schicht 6d der Vs-Zelle 6, wobei diese kreisförmige Öffnung. damit in Überdeckungsbeziehung mit einem porösen Füllmaterial zum Ausbilden einer Diffusionsratenregulierungs-Schicht 22d ausgepolstert ist.
  • Ähnlich der ersten Pumpzelle 4 umfasst die zweite Pumpzelle 8 eine plattenförmige Feststoffelektrolyt-Schicht 8a, auf deren beiden Seiten rechteckige poröse Elektroden 8b, 8c und zugeordnete Anschlussabschnitte 8b1, 8c1 ausgebildet sind. Diese zweite Pumpzelle 8 ist auf der Feststoffelektrolyt-Schicht 22 über eine Feststoffelektrolyt-Schicht 24 laminiert, welche identisch zu der Feststoffelektrolyt-Schicht 18 ausgebildet ist. Das Ergebnis ist, dass die rechteckige Öffnung, welche in die Feststoffelektrolyt-Schicht 24 gebohrt ist, als die zweite Messkammer 26 arbeitet.
  • Außer den Heizungen 12, 14 wird der NOx-Sensor 2 durch Zusammenlaminieren jeweiliger Abschnitte zu einem einheitlichen Körper angefertigt, welcher dann bei einer vorgegebenen Temperatur gebrannt wird.
  • Auf beiden Seiten einer laminierten Einheit, welche aus der ersten Pumpzelle 4, der Vs-Zelle 6 und der zweiten Pumpzelle 8 angefertigt ist, das bedeutet auf den äußeren Seiten der ersten Pumpzelle 4 und der zweiten Pumpzelle 8, befinden sich laminierte Heizungen 12, 14 durch Abstandshalter 28, 29 in einem vorgegeben Abstand (Gas) davon.
  • Die Heizungen 12, 14 sind mit Heizungssubstraten 12a, 14a der gleichen Gestalt wie die Feststoffelektrolyt-Schichten 4a, 6a, ... versehen, wobei Heizungsdrähte 12b, 14b auf den Seiten der Heizungssubstrate 12a, 14a ausgebildet sind, welche den Zellen 4, 8 und den zugeordneten Anschlüssen 12b1, 14b1 gegenüber stehen. Die Abstandshalter 28, 29 sind über den Anschlussabschnitten 12b1, 14b1 der Heizungsdrähte 12b, 14b angeordnet, so dass die Heizungsdrähte 12b, 14b den porösen Elektroden 4b, 8c der ersten Pumpzelle 4 und der zweiten Pumpzelle 8 mit jeweils einer Lücke dazwischen gegenüberstehen (entgegengesetzt sind).
  • Die Heizungssubstrate 12a, 14a sind vorzugsweise aus Alumina ausgebildet, während die Heizungsdrähte vorteilhafterweise durch Siebdrucken einer Paste aus einer Mischung aus Platinpulvern (als ein Hitzebeständiges Metall) und Alumina auf grünen Alumina-Folien und Brennen des resultierenden Satzes ausgebildet werden. Beim Brennen werden die grünen Alumina-Folien die Heizungssubstrate 12a, 14a und die Abstandshalter 28, 29. Die Heizungen 12, 14 werden dann mit der zuvor gebrannten ersten und zweiten Pumpzelle 4, 8 an ihren beiden Seiten unter Verwendung eines Klebstoffs vom Keramiktyp zum Vervollständigen eines NOx-Sensors 2 vereinigt.
  • Das Material, aus welchem die Feststoffelektrolyt-Schichten 4a, 6a, ... angefertigt sind, kann durch einen Mischkristall aus Zirconoxid und Yttriumoxid und durch einen Mischkristall aus Zirconoxid und Calciumoxid verkörpert werden. Zusätzlich kann ein Mischkristall aus Hafniumoxid, ein Mischkristall aus Perowskit-basierten Oxiden oder ein Mischkristall aus trivalentem Metalloxid verwendet werden. Für die porösen Elektroden, welche auf den Oberflächen der Feststoffelektrolyt-Schichten 4a, 6a, 8a bereitgestellt sind, werden vorzugsweise Platin oder Rhodium, welche katalytische Funktionen zeigen, oder ihre Legierungen verwendet. Diese porösen Elektroden können durch Verfahren ausgebildet werden, welche durch ein Dickschichtbildungsverfahren, bei welchem eine Mischung aus Platin-Pulvern mit Pulvern aus dem gleichen Material wie das der Feststoffelektrolyt-Schicht zu einer Paste ausgebildet werden, welche dann durch Siebdruck auf die Feststoffelektrolyt-Schicht aufgebracht und gebrannt wird, oder durch ein Beschichtungsfilmbildungsverfahren durch Bedampfung verkörpert werden. Die Diffusionsratenregulierungs-Schichten 4d, 6d und 22d werden vorzugsweise unter Verwendung von Keramiken mit feinen Durchbrüchen oder von porösen Keramiken ausgebildet.
  • Die Heizungsdrähte 12b, 14b der Heizungen 12, 14 werden vorzugsweise aus einem Kombinationsmaterial aus Keramiken und Platin oder Platin-Legierungen ausgebildet, während ihre Anschlussabschnitte 12b1, 14b1 vorzugsweise aus Platin oder Platin-Legierungen zum Senken des Widerstandswerts zur Reduzierung elektrischer Verluste an den Anschlussabschnitten ausgebildet werden. Die Heizungssubstrate 12a, 14a und die Abstandshalter 28, 29 können aus Alumina, Spinell, Forsterit, Steatit oder Zirconoxid ausgebildet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 1 sind die porösen Elektroden 4c, 6c der ersten Pumpzelle 4 und der Vs-Zelle 6 in Richtung auf die erste Messkammer 20 des NOx-Sensors 2 über Widerstand R1 geerdet, während die porösen Elektroden 4b, 6b der gegenüberliegenden Seite mit der Treiberschaltung 40 verbunden sind.
  • Die Treiberschaltung 40 umfasst ein Regelgerät (Regelungseinheit) 40a, welches aus einem Widerstand R2, welchem an einem Ende eine konstante Spannung VCP zugeführt wird und dessen anderes Ende mit der porösen Elektrode 6c der Vs-Zelle 6 über einen Schalter SW1 verbunden ist, und aus einem Differenzialverstärker AMP angefertigt ist, dessen eine (–) (invertierte) Eingangsanschlussseite mit der porösen Elektrode 6c der Vs-Zelle 6 über Schalter SW1 verbunden ist und dessen (+) Eingangsanschlussseite eine Referenzspannung VC0 zugeführt wird, während sein einer Ausgangsanschluss über einen Widerstand R0 mit der porösen Elektrode 4b der ersten Pumpzelle 4 verbunden ist.
  • Wenn der Schalter SW1 EINgeschaltet ist, arbeitet das Regelgerät 40a wie folgt:
    Zuerst wird bewirkt, dass ein konstanter kleiner (winziger) Strom iCP über Widerstand R2 in der Vs-Zelle 6 zum Pumpen von Sauerstoff in der ersten Messkammer 20 in Richtung auf die poröse Elektrode 6c der Vs-Zelle 6 fließt. Da die poröse Elektrode 6c durch die Feststoffelektrolyt-Schicht 22 geschlossen ist, während sie mit der porösen Elektrode 6b über den Leckmengenwiderstand 6f in Verbindung steht, weist der geschlossene Raum in der porösen Elektrode 6c eine konstante Sauerstoff-Konzentration durch die Zuführung des winzigen Stroms iCP auf und arbeitet folglich als eine interne Sauerstoff-Referenzquelle.
  • Wenn die Seite der porösen Elektrode 6c der Vs-Zelle 6 auf diese Weise als eine interne Sauerstoff-Referenzquelle arbeitet, wird in der Vs-Zelle 6 eine elektromotorische Kraft in einem Ausmaß erzeugt, welches proportional zum Verhältnis der Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer 20 zu dem der internen Sauerstoff-Referenzquelle ist, wobei die Spannung Vs der porösen Elektrode 6c eine Spannung wird, welche der Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer 20 entspricht. Da diese Spannung dem Differenzialverstärker AMP zugeführt wird, gibt der letztere eine Spannung entsprechend der Differenz zwischen der Referenzspannung VC0 und der Eingangsspannung (VC0 – Eingangsspannung) aus. Diese Ausgangsspannung wird über Widerstand R0 an die poröse Elektrode 4b der ersten Pumpzelle 4 angelegt.
  • Das Ergebnis ist, dass der erste Pumpstrom IP1 durch die erste Pumpzelle 4 fließt. Dieser erste Pumpstrom IP1 regelt die elektromotorische Kraft, welche in der Vs-Zelle 6 erzeugt wird, so dass sie eine konstante Spannung wird, das bedeutet er regelt die Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer 20, so dass sie eine konstante Konzentration wird. Das Regelgerät 40a agiert nämlich als ein Pumpstrom-Steuerungsmittel zur Regelung der Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer 20, um diese in der ersten Messkammer konstant zu halten, wenn das Messgas über die Diffusionsratenregulierungs-Schicht 4d in die erste Messkammer 20 fließt.
  • Währenddessen wird die so geregelte Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer 20 auf eine niedrige Sauerstoff-Konzentration, beispielsweise auf eine Sauerstoff-Konzentration in der Größenordnung von 1000 ppm, festgesetzt, welche die Möglichkeit der Zersetzung der NOx-Bestandteile in dem Messgas in der ersten Messkammer 20 ausschließt. Folglich wird die Referenzspannung VC0, welche diese Sauerstoff-Konzentration bestimmt, auf einen Wert in der Größenordnung von 100 mV bis 200 mV festgesetzt. Eine Spannung VIP1 an beiden Anschlüssen des Widerstands R0, welcher zwischen dem Ausgang des Differenzialverstärkers AMP und der porösen Elektrode 4b zum Erfassen des ersten Pumpstroms IP1 bereitgestellt ist, wird in die ECU 50 als ein Erfassungssignal für den ersten Pumpstrom IP1 eingegeben.
  • Die Treiberschaltung 40 wird nicht nur mit dem oben stehend beschriebenen Regelgerät 40a versehen, sondern auch mit einer Konstantstromschaltung 40b, welche über Schalter SW2 mit der porösen Elektrode 6c der Vs-Zelle 6 verbunden ist, um zu bewirken, dass ein konstanter Strom zwischen den porösen Elektroden 6b und 6c in eine zur Fließrichtung des kleinen Stroms iCP entgegengesetzte Richtung fließt, und mit einer Konstantstromschaltung 40c, welche über Schalter SW3 mit der porösen Elektrode 6c der Vs-Zelle 6 verbunden ist, um zu bewirken, dass ein konstanter Strom zwischen den porösen Elektroden 6b und 6c in die gleiche Richtung wie die Fließrichtung des kleinen Stroms iCP fließt.
  • Diese Konstantstromschaltkreise 40b, 40c arbeiten zum Erfassen des Innenwiderstands RVS der Vs-Zelle 6. Die Spannung Vs der porösen Elektrode 6c wird der ECU 50 eingegeben, um zu ermöglichen, dass der Innenwiderstand RVS der Vs-Zelle 6 durch die ECU 50 durch die Zuführung dieses konstanten Stroms erfasst wird. Die konstanten Ströme, welche durch die Konstantstromschaltkreise 40b, 40c zu fließen bewirkt werden, sind von der gleichen Größenordnung, obwohl die Stromflussrichtungen einander entgegengesetzt sind. Dieser Stromwert ist größer als der kleine Strom iCP, welcher der Vs-Zelle 6 über den Widerstand R2 zugeführt wird.
  • Die Schalter SW1 bis SW3, welche zwischen dem Regelgerät 40a und den Konstantstromschaltkreisen 40b und 40c einerseits und der porösen Elektrode 6c der Vs-Zelle anderer seits angeschlossen sind, werden durch ein Regelsignal aus der ECU 50 zum Messen der Sauerstoff-Konzentration und der NOx-Konzentration ein- und ausgeschaltet. Während des Normalbetriebs wird nur der Schalter SW1 eingeschaltet, um das Regelgerät 40a zu betreiben. Der Schalter SW1 wird nur zum Erfassen des Innenwiderstands RVS der Vs-Zelle 6 ausgeschaltet, während die Schalter SW2, SW3 so geregelt werden, dass sie sequenziell (abwechselnd) eingeschaltet werden.
  • Andererseits wird eine konstante Spannung VP2 an den porösen Elektroden 8b, 8c der zweiten Pumpzelle 8 des NOx-Sensors 2 über einen Widerstand R3 als Konstantspannungs-Anlegemittel des Erfassungsschaltkreises 42 angelegt. Die konstante Spannung VP2 wird in einer derartigen Richtung angelegt, dass die porösen Elektroden 8c und 8b positiv bzw. negativ sind, so dass in der zweiten Pumpzelle 8 der Strom aus der porösen Elektrode 8c in Richtung auf die poröse Elektrode 8b zum Pumpen von Sauerstoff in der zweiten Messkammer 26 nach draußen fließt. Weiterhin wird die konstante Spannung VP2 auf eine Spannung festgesetzt, welche in der Lage ist, NOx-Bestandteile in dem Messgas in der zweiten Messkammer zu zersetzen, welches aus der ersten Messkammer 20 über die Diffusionsratenregulierungs-Schichten 6d, 22d zum Auspumpen ihres Sauerstoff-Bestandteils fließt, wie beispielsweise auf 450 mV.
  • Der Widerstand R3 arbeitet zum Umwandeln des zweiten Pumpstroms IP2, welcher in der zweiten Pumpzelle 8 beim Anlegen der konstanten Spannung VP2 fließt, in eine Spannung VIP2, welche als ein Erfassungssignal für den ersten Pumpstrom IP2 in die ECU 50 eingegeben wird.
  • Wenn bei der oben stehend beschriebenen Sauerstoff-Konzentrations- und Stickstoffoxid-Konzentrations-Messvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform der Schalter SW1 in der Treiberschaltung 40 eingeschaltet wird, während die Schalter SW2 und SW3 ausgeschaltet sind, wird die Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer 20, in welche das Messgas über die Diffusionsratenregulierungs-Schicht (erste Diffusionsratenregulierungs-Schicht) 4d fließt, durch den Betrieb des Regelgeräts 40a auf eine konstante Sauerstoff-Konzentration geregelt. Das Messgas in der ersten Messkammer 20, welches so auf eine konstante Sauerstoff-Konzentration geregelt wird, fließt über Diffusionsratenregulierungs-Schichten (zweite Diffusionsratenregulierungs-Schichten) 6d, 22d in die zweite Messkammer 26. Folglich wird der erste Pumpstrom IP1, welcher in der ersten Pumpzelle 4 fließt, als Reaktion auf die Sauerstoff-Konzentration in dem Messgas verändert, so dass der erste Pumpstrom IP1, welcher durch die erste Pumpzelle 4 fließt, gemäß der Sauerstoff-Konzentration in dem Messgas variiert, während der zweite Pumpstrom IP2, welcher durch die zweite Pumpzelle 8 fließt, gemäß der NOx-Konzentration in dem Messgas variiert. Die ECU 50 liest die Erfassungssignale VIP1 und VIP2 aus, welche die Ströme IP1 und IP2 repräsentieren, um vorgegebene Verarbeitungsoperationen (Berechnungsoperationen) zum Messen der Sauerstoff-Konzentration und der NOx-Konzentration in dem Messgas auszuführen.
  • Zum Gewährleisten einer hohen Messgenauigkeit der jeweiligen Konzentrationen müssen die Temperaturen in den Zellen 4, 6 und 8 und insbesondere die Temperatur der Vs-Zelle 6 zum Erfassen der Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer 20 so geregelt werden, dass sie kon stant sind. Zu diesem Zweck muss die Strommenge, welche aus dem Heizstrom-Zuführungsschaltkreis 44 den Heizungen 12, 14 zugeführt wird, gesteuert werden, so dass die Temperatur der Vs-Zelle 6 gleich der Zieltemperatur ist. Folglich schaltet bei der vorliegenden Ausführungsform die ECU 50 die Zustände der Schalter SW1 bis SW3 zwischen den Ein- und Aus-Zuständen zum Erfassen der Temperatur der Vs-Zelle 6 aus ihrem Innenwiderstand RVS um, und die Strommenge aus dem Heizstrom-Zuführungsschaltkreis 44 an die Heizungen 12, 14 wird gesteuert, so dass der erfasste Wert des Innenwiderstands RVS ein konstanter Wert wird (das bedeutet, so dass die Temperatur der Vs-Zelle 6 eine Zieltemperatur wird).
  • Die Regelungsoperation, welche durch die ECU 50 zur Temperatursteuerung und zur Konzentrationsregelung ausgeführt wird, wird nun unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm 3 und 4 gezeigt.
  • 3 zeigt die Verarbeitung zum Messen der Sauerstoff-Konzentration und der NOx-Konzentration, welche in der ECU 50 wiederholt ausgeführt wird, während 4 die Innenwiderstand-Erfassungsverarbeitung zeigt, welche innerhalb der ECU 50 als eine Unterbrechungsbehandlung (Verarbeitung) zu jeder vorgegebenen Zeit T0, wie beispielsweise 1 Sekunde, zum Erfassen des Innenwiderstands RVS der Vs-Zelle 6 zum Regeln der Stromleitung zu den Heizungen 12, 14 ausgeführt wird.
  • Unter Bezugnahme auf 3 leitet nach dem Start der Messvorrichtung die Sauerstoff-Konzentrations- und NOx-Konzentrations-Messverarbeitung im Schritt S100 den Strom zuerst durch die Heizungen 12, 14, um zu beurteilen, ob der NOx-Sensor 2 durch die Stromzuführung an die Heizungen 12, 14 aktiviert wurde oder nicht, um auf eine Aktivierung des NOx-Sensors 2 auf dem Wege der Aktivierungsentscheidungsverarbeitung zu warten.
  • Diese Aktivierungsentscheidungsverarbeitung wird ausgeführt, indem beurteilt wird, ob der Innenwiderstand RVS der Vs-Zelle 6, wie er durch eine Innenwiderstand-Erfassungsverarbeitung erfasst wird, wie später erläutert wird, nicht höher geworden ist als ein vorgegebener Aktivierungsentscheidungswert oder nicht. Das bedeutet, da der Innenwiderstand der Vs-Zelle 6 mit einem Anstieg der Temperatur der Vorrichtung und mit einer Aktivierung der Vs-Zelle 6 vermindert wird, beurteilt der Schritt S100, wie in 5 gezeigt, ob nach dem Start der Stromzuführung an die Heizungen 12, 14 der Innenwiderstand RVS der Vs-Zelle 6 nicht höher geworden ist als ein vorgegebener Aktivierungsentscheidungswert oder nicht, um zu beurteilen, ob die Temperatur der Vorrichtung eine vorgegebene Aktivierungstemperatur erreicht hat oder nicht.
  • Sofort nach einem Start der Messvorrichtung wird der Schalter SW1 in einer Treiberschaltung 40 durch die Initialisierungsverarbeitung, nicht gezeigt, so geregelt, dass er eingeschaltet wird, während die Schalter SW2, SW3 so geregelt werden, dass sie ausgeschaltet sind. Bis zu dem Zeitpunkt, an welchem der NOx-Sensor 2 auf einen Wert nahe der Aktivierungstemperatur steigt, wird der Betrieb des Differenzialverstärkers AMP in der Treiberschaltung 40 durch die Aktivierungsentscheidungsverarbeitung in S100 angehalten. Der Grund dafür ist, dass, solange der NOx-Sensor 2 nicht aktiviert ist, der Innenwiderstand RVS in der Vs-Zelle 6 groß ist, so dass die Spannung (das Potenzial) Vs der porösen Elektrode 6c, welche in den Differenzialverstärker AMP eingegeben wird, überhöht wird, so dass, wenn der Differenzialverstärker AMP betätigt wird, ein Überschussstrom durch die erste Pumpzelle 4 fließt.
  • Wenn in S100 beurteilt wird, dass der NOx-Sensor aktiviert worden ist, fährt die Verarbeitung mit Schritt S110 fort, um ein Erfassungssignal VIP2 einzulesen, welches aus dem Widerstand R3 der Erfassungsschaltung 42 eingegeben wurde, um die Verarbeitung als ein Stickstoffoxid-Konzentrations-Messmittel zum Erfassen des zweiten Pumpstroms IP2 auszuführen. Beim nächsten Schritt S120 wird das Erfassungssignal VIP1, welches über Widerstand R0 der Treiberschaltung 40 eingegeben wurde, eingelesen, um eine Verarbeitung als Sauerstoff-Konzentrations-Messmittel für ein Erfassen des ersten Pumpstroms IP1 auszuführen.
  • Beim nächsten Schritt S130 wird ein Referenzkorrekturbetrag für den zweiten Pumpstrom IP2 auf der Grundlage des erfassten ersten Pumpstroms IP1 berechnet.
  • Das bedeutet, dass bei der vorliegenden Ausführungsform, nicht nur NOx sondern auch Sauerstoff in dem Messgas in die zweite Messkammer 26 fließt, weil die Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer 20 durch die Pumpstromsteuerung der Treiberschaltung 40 in Richtung auf eine Seite niedriger Sauerstoff-Konzentration geregelt wird, um einer möglichen Zersetzung der NOx-Bestandteile in dem Messgas in der ersten Messkammer 20 zu entgehen. Obwohl der zweite Pumpstrom IP2 gemäß der NOx- Konzentration in dem Messgas variiert, wird er folglich auch durch die Sauerstoff-Konzentration in dem Messgas beeinflusst. Wie aus 6 ersichtlich ist, welche typische Messergebnisse des ersten Pumpstroms IP1 und des zweiten Pumpstroms IP2 zeigt, wenn die Vorrichtung unter Verwendung eines Prüfgases, welches kein NOx enthält, als das Messgas betätigt wird, variiert der erste Pumpstrom IP1 mit einem konstanten Gradienten in Abhängigkeit von der Sauerstoff-Konzentration in dem Messgas, während der zweite Pumpstrom IP2 auch unter dem Einfluss der Sauerstoff-Konzentration in dem Messgas variiert.
  • Damit bei der vorliegenden Ausführungsform folglich der zweite Pumpstrom IP2 nur der NOx-Konzentration in dem Messgas entspricht, wird der Wert des zweiten Pumpstroms IP2, welcher der Sauerstoff-Konzentration entspricht, welche beim Messen des NOx-freien Messgases erhalten wurde, wie oben stehend beschrieben, zuvor in einem Aufzeichnungsmedium, wie beispielsweise einem ROM, als ein Versatzwert zum Korrigieren des zweiten Pumpstroms IP2 gespeichert, die Sauerstoff-Konzentration in dem Messgas wird aus dem ersten Pumpstrom IP1 erfasst, und der Versatzwert entsprechend dieser Sauerstoff-Konzentration wird aus den zuvor gespeicherten Versatzwertdaten ausgelesen, um ihn als den oben stehend beschriebenen Referenzkorrekturbetrag festzusetzen.
  • Zum Berechnen dieses Referenzkorrekturbetrags wird eine Abbildung verwendet, welche einen gespeicherten Versatzwert darin aufweist, welcher dem ersten Pumpstrom IP1 (Referenzkorrekturbetrag) zugeordnet ist, und diese Abbildung wird unter Verwendung des ersten Pumpstroms IP1 als ein Parameter abgefragt, um aus dem ersten Pumpstrom IP1 unmittelbar einen Referenzkorrekturbetrag zu finden.
  • Wenn der Referenzkorrekturbetrag auf diese Weise berechnet wurde, fährt die Verarbeitung mit Schritt S140 zum Einlesen des Innenwiderstands RVS der Vs-Zelle 6 fort, welcher durch die Innenwiderstand-Erfassungsverarbeitung erhalten wird, wie später erläutert wird. Beim nächsten Schritt S150 wird der Temperaturkorrekturbetrag für den zweiten Pumpstrom IP2 auf der Grundlage des ausgelesenen Werts des Innenwiderstands RVS berechnet.
  • Das bedeutet, dass bei der vorliegenden Ausführungsform, der Strom, welcher den Heizungen 12, 14 zugeführt wird, gesteuert wird, so dass der erfasste Wert des Innenwiderstands RVS der Vs-Zelle 6 einen vorgegebenen Wert annimmt, mit anderen Worten, so dass die Temperatur des NOx-Sensors 2 eine vorgegebene Zieltemperatur annimmt. Wenn sich jedoch die Temperatur des Messgases abrupt verändert, kann die Temperatursteuerung den Temperaturveränderungen in dem Messgas nicht nachfolgen, so dass die Temperatur des NOx-Sensors 2 zeitweise auf der Grundlage von Veränderungen der Temperatur des Messgases verändert werden kann.
  • 7 zeigt ein Beispiel gemessener Ergebnisse der Temperaturveränderungen in dem NOx-Sensor 2, wenn der NOx-Sensor 2 in einem Abgasrohr eines Verbrennungsmotors befestigt wird und sich die Messvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform zum Messen der NOx-Konzentration in dem Abgas des Verbrennungsmotors in Betrieb befindet. Wenn, wie aus 7 ersichtlich ist, in der Messvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform die Abgastemperatur vorübergehend durch eine erhöhte Luftmenge vermindert wird, welche beim Beschleunigen des Verbrennungsmotors angesaugt wurde, oder wenn die Abgastemperatur vorübergehend durch eine verminderte Luftmenge erhöht wird, welche bei seiner Verlangsamung angesaugt wurde, werden sowohl der erste Pumpstrom IP1 als auch der zweite Pumpstrom IP2 unter dem Einfluss derartiger Temperaturveränderungen trotz der Temperatursteuerung verändert, wie später erläutert wird. Insbesondere benötigt es eine Zeit von bis zu ungefähr einer Minute, bis der zweite Pumpstrom IP2 in seinen stabilen Zustand zurückkehrt. Der Grund dafür ist, dass, wenn der zweite Pumpstrom IP2 durch die Abgastemperatur beeinträchtigt wird, so dass die Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer 20 von der Zielkonzentration abweicht, es Zeit benötigt, bis die Sauerstoff-Konzentration auf ihre Zieltemperatur zurückgesetzt wird.
  • Folglich wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Temperatur der Vs-Zelle 6 aus dem Innenwiderstand RVS der Vs-Zelle 6 und unter Verwendung einer Abbildung zum Berechnen des Temperaturkorrekturbetrags, wie beispielsweise in 8 gezeigt, für ein Ermöglichen einer korrekten Messung der NOx-Konzentration aus dem zweiten Pumpstrom IP2 sogar dann erhalten, wenn die Temperatur des Messgases stark verändert wird.
  • Die in 8 gezeigte Abbildung wurde zum Finden des Temperaturkorrekturbetrags aus der Temperatur der Vorrichtung der Vs-Zelle 6 entworfen. Wenn eine Abbildung jedoch zuvor zum Berechnen des Temperaturkorrekturbetrags mit dem Innenwiderstand RVS der Vs-Zelle 6 als ein Parameter vorbereitet wird, kann der Temperaturkorrektur betrag unmittelbar aus dem Innenwiderstand RVS ohne die Notwendigkeit einer Neuberechnung (oder Rückgewinnung) des Innenwiderstands RVS in eine Temperatur erhalten werden. Es ist auch möglich, eine Abbildung mit einem Versatz zwischen der Temperatur der Vorrichtung und der Zieltemperatur (850°C in 8) vorzugeben, um den Temperaturkorrekturbetrag aus der Abweichung von dem Zielwert der Temperatur der Vorrichtung zu finden. Ersatzweise ist es möglich, vorher eine Abbildung mit einem Versatz zwischen dem Innenwiderstand RVS und einem Zielwiderstandswert festzusetzen, welcher einer Zieltemperatur als ein Parameter zugeordnet ist, um den Temperaturkorrekturbetrag aus dem Versatz (der Abweichung) des Werts des Innenwiderstands RVS von dem Zielwiderstandswert zu finden.
  • Wenn der Temperaturkorrekturbetrag im Schritt S150 gefunden wurde, fährt die Verarbeitung mit Schritt S160 fort, bei welchem der Referenzkorrekturbetrag und der Temperaturkorrekturbetrag zu dem zweiten Pumpstrom IP2 hinzugezählt werden, welcher im Schritt S110 zum Korrigieren des zweiten Pumpstroms IP2 erfasst wurde. Beim nächsten Schritt S170 wird der gerade korrigierte zweite Pumpstrom IP2 an eine externe Vorrichtung, wie beispielsweise eine Motorsteuerungsvorrichtung, als die Ergebnisse der Messung der NOx-Konzentration ausgegeben.
  • Als Nächstes wird der Temperaturkorrekturbetrag für den ersten Pumpstrom IP1 auf der Grundlage des Innenwiderstands RVS berechnet, welcher im Schritt S140 ausgelesen wurde. Beim nächsten Schritt S190 wird der erste Pumpstrom IP1, welcher in S120 erfasst wurde, unter Verwendung des berechneten Temperaturkorrekturbetrags korrigiert, und beim nächsten Schritt S200 wird der korrigierte Wert des ersten Pumpstroms IP1 als ein Ergebnis der Messung der Sauerstoff-Konzentration an ein Elektronikgerät ausgegeben, bevor wieder mit S110 fortgefahren wird.
  • Währenddessen ist die Verarbeitung in S180 und S190 die Verarbeitung zum Zuordnen des ersten Pumpstroms IP1 zu der Sauerstoff-Konzentration in dem Abgas, so dass der erste Pumpstrom IP1 der Sauerstoff-Konzentration in dem Messgas zugeordnet wird, ohne durch Temperaturveränderungen in dem NOx-Sensor 2 beeinflusst zu werden. In S180 wird der Temperaturkorrekturbetrag für den ersten Pumpstrom IP1 unter Verwendung der vorgegebenen Abbildung gefunden, wie oben stehend in S150.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform entspricht die Verarbeitung von S150, S160, S180 und S190, welche zum Korrigieren des zweiten Pumpstroms IP2, welcher der NOx-Konzentration zugeordnet ist, und zum Korrigieren des ersten Pumpstroms IP1, welcher der Sauerstoff-Konzentration zugeordnet ist, gemäß der Temperatur der Vs-Zelle 6 ausgeführt wurden, dem Korrekturmittel der vorliegenden Erfindung.
  • Die vorangehende Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform wurde unter der Bedingung vorgenommen, dass bei dem Messbetrieb der Sauerstoff-Konzentration und der NOx-Konzentration der Referenzkorrekturbetrag zum Korrigieren des zweiten Pumpstroms IP2 gemäß der Sauerstoff-Konzentration in dem Messgas auf der Grundlage des ersten Pumpstroms IP1 und der Referenzkorrekturbetrag zum Korrigieren des zweiten Pumpstroms IP2 gemäß der Tempera tur in der Vs-Zelle 6 getrennt gefunden wurden, um den zweiten Pumpstrom IP2 zu korrigieren. Der Korrekturbetrag zum Korrigieren des zweiten Pumpstroms IP2 kann jedoch gemäß der Sauerstoff-Konzentration in dem Messgas und der Temperatur in der Vs-Zelle 6 durch Festsetzen von Abbildungen zum Berechnen des Referenzkorrekturbetrags von einer Vs-Zellentemperatur zu einer anderen und durch Umschalten zwischen den Abbildungen, welche zum Berechnen des Referenzkorrekturbetrags verwendet werden, in Abhängigkeit von jeder Vs-Zellentemperatur gefunden werden. Ersatzweise kann eine zweidimensionale Abbildung zum Berechnen des Korrekturbetrags unter Verwendung des ersten Pumpstroms IP1 und der Temperatur der Vs-Zelle 6 (oder des Innenwiderstands RVS) als Parameter vorgegeben werden, um den Korrekturbetrag für den zweiten Pumpstrom IP2 unter Verwendung dieser Abbildung zu finden.
  • Nun wird die in 4 gezeigte Verarbeitung zum Erfassen des Innenwiderstands erläutert. Indessen weist diese Verarbeitung zum Erfassen des Innenwiderstands nicht nur die Funktion eines Temperaturerfassungsmittels zum Erfassen des Innenwiderstands RVS der Vs-Zelle 6 auf, sondern auch die Funktion des Heizstrom-Zuführungssteuerungsmittels zum Steuern der Strommenge, welche den Heizungen 12, 14 durch den Heizstrom-Zuführungsschaltkreis 44 auf der Grundlage der Erfassungsergebnisse zugeführt wird.
  • Wie in 4 gezeigt, wird, wenn diese Verarbeitung begonnen wird, die Spannung Vs an der porösen Elektrode 6c der Vs-Zelle 6 in S210 ausgelesen und als eine grundlegende Erfassungsspannung VS1 der Vs-Zelle 6 festgesetzt. Beim nächsten Schritt S220 wird der Schalter SW1, welcher zum Messen der Konzentration eingeschaltet war, ausgeschaltet, während der Schalter SW2, welcher mit der Konstantstromquelle 40b verbunden ist, eingeschaltet wird, um zu bewirken, dass der konstante Strom in eine Richtung fließt, welche zur Fließrichtung des kleinen Stroms in der VP-Zelle 6 umgekehrt ist, das bedeutet in eine Pumprichtung des Sauerstoffs aus dem geschlossen Raum, welcher soweit als eine interne Sauerstoff-Quelle arbeitete, in Richtung auf die erste Messkammer 20.
  • Beim nächsten Schritt S230 wird beurteilt, ob eine vorgegebene Zeit T1, wie beispielsweise 60 μsek, nach dem Beginn der Erfassungsverarbeitung abgelaufen ist oder nicht, um auf den Ablauf der vorgegebenen Zeit T1 zu warten. Wenn die vorgegebene Zeit T2 abgelaufen ist, wird die Spannung an der porösen Elektrode 6c der Vs-Zelle 6 im Schritt S240 ausgelesen, um die so ausgelesene Spannung Vs als eine Widerstandserfassungsspannung VS2 der Vs-Zelle 6 festzusetzen.
  • Wenn die Widerstandserfassungsspannung VS2 so festgesetzt ist, fährt die Verarbeitung mit Schritt S250 fort, um zu beurteilen, ob die vorgegebene Zeit T2, wie beispielsweise 100 μsek, seit dem Beginn der Erfassungsverarbeitung abgelaufen ist, um auf den Ablauf der vorgegebenen Zeit T2 zu warten. Wenn die vorgegebene Zeit T2 abgelaufen ist, wird die Erfassungsverarbeitung in S260 begonnen. Der Schalter SW2, welcher für die vorgegebene Zeit T2 eingeschaltet war, wird ausgeschaltet, während der Schalter SW3, welcher mit der Konstantstromquelle 40c verbunden ist, eingeschaltet wird, um zu bewirken, dass der konstante Strom in der gleichen Richtung in die Vs-Zelle 6 fließt, wie die Fließrichtung des kleinen Stroms iCP, das bedeutet in eine Pumprichtung des Sauerstoffs in der ersten Messkammer 20 in Richtung auf den geschlossenen Raum.
  • Wenn der Schalter SW3 auf diese Weise eingeschaltet wird, fährt die Verarbeitung mit Schritt S270 fort, um zu beurteilen, ob die vorgegebene Zeit T3, wie beispielsweise 200 μsek, nach dem Beginn der Erfassungsverarbeitung abgelaufen ist, um auf den Ablauf der vorgegebenen Zeit T3 zu warten. wenn die vorgegebene Zeit T3 abgelaufen ist, wird der Schalter SW3 in S280 ausgeschaltet. Dies schaltet alle Schalter SW1 bis SW3 in der Treiberschaltung 40 aus.
  • Im nächsten Schritt S290 wird ein Versatz (Abweichung) ΔVs (= VS1 – VS2) zwischen der grundlegenden Erfassungsspannung VS1, wie sie unmittelbar nach dem Beginn der Erfassungsverarbeitung festgesetzt wurde, und der Widerstandserfassungsspannung VS2 erhalten, wie sie nach dem Ablauf der vorgegebenen Zeit T1 festgesetzt wurde. Im Schritt S300 wird der Innenwiderstand RVS der Vs-Zelle 6 aus diesem Versatz ΔVs berechnet, gefolgt vom Fortfahren mit S310. Das Verfahren zum Berechnen des Innenwiderstands RVS in der vorliegenden Ausführungsform wird nachfolgend erläutert.
  • Im Schritt S310 wird eine Verarbeitung als Heizstrom-Zuführungssteuerungsmittel ausgeführt, bei welcher ein Steuersignal (Heizungssteuersignal) zum Steigern oder Senken des Stroms zu den Heizungen 12, 14 auf der Grundlage eines Versatzes zwischen einem berechneten Innenwiderstand RVS der Vs-Zelle 6 und einem Zielwert oder eines Versatzes zwischen einer Temperatur der Vs-Zelle 6, welche aus dem Innenwiderstand RVS erhalten wurde, und einer Zieltemperatur an den Heizstrom-Zuführungsschaltkreis 44 zum Steuern des Stromwerts ausgegeben wird, welcher von dem Heizstrom-Zuführungsschaltkreis 44 den Heizungen 12, 14 zugeführt wird.
  • Wenn bei dieser Heizstrom-Zuführungssteuerung der Heizstrom-Zuführungsschaltkreis 44 aus einem Umschaltschaltkreis besteht, welcher zu einer Hochgeschwindigkeits-Umschaltung zwischen der Stromzuführung und keiner Stromzuführung in der Lage ist, genügt es, eine relative Einschaltdauer eines Treiberimpulssignals zu steuern, welches für ein Umschalten zwischen der Stromzuführung und keiner Stromzuführung verantwortlich ist, wohingegen, wenn der Heizstrom-Zuführungsschaltkreis 44 aus einer Spannungssteuerungsschaltung besteht, welche zum Steuern einer Ausgangsspannung an die Heizungen 12, 14 in der Lage ist, genügt es, wenn die Spannung auf der Grundlage des Heizungssteuersignals aus der ECU 50 erhöht oder vermindert wird.
  • Wenn das Heizungssteuersignal auf diese Weise ausgegeben wird, fährt die Verarbeitung mit Schritt S320 fort, um zu beurteilen, ob eine vorgegebene Zeit T4, wie beispielsweise 500 μsek, nach Beginn der Erfassungsverarbeitung abgelaufen ist oder nicht, um auf den Ablauf der vorgegebenen Zeit T4 zu warten. Wenn die vorgegebene Zeit T4 abgelaufen ist, wird in S330 die Erfassungsverarbeitung begonnen. Der Schalter SW1, welcher für die vorgegebene Zeit T4 ausgeschaltet war, wird eingeschaltet, um die Erfassungsverarbeitung für ein erneutes Beginnen des Messbetriebs der Sauerstoff-Konzentration und der NOx-Konzentration zu terminieren.
  • Bei der oben stehend beschriebenen Verarbeitung zum Erfassen des Innenwiderstands wird der Schalter SW1 in der Treiberschaltung 40 ausgeschaltet, wenn die Verarbeitung zum Zeitpunkt t1 zum Beenden der Zuführung des kleinen Stroms iCP an die Vs-Zelle 6 und der Pumpstromsteuerung begonnen wird, woraufhin der Schalter SW2 eingeschaltet wird, um zu bewirken, dass der konstante Strom durch die Vs-Zelle 6 in eine Richtung fließt, welche der Fließrichtung des kleinen Stroms iCP entgegengesetzt ist. Wenn seit dieser Zeit die vorgegebene Zeit T1 zum Zeitpunkt t2 abgelaufen ist, wird die Spannung Vs auf der Seite der porösen Elektrode 6 zu diesem Zeitpunkt als eine Widerstandserfassungsspannung VS2 festgesetzt, und der Innenwiderstand RVS der Vs-Zelle 6 wird aus dem Versatz ΔVs zwischen der Widerstandserfassungsspannung VS2 und der Spannung Vs auf der Seite der porösen Elektrode 6c zur Zeit des Beginns der Erfassungsverarbeitung (d.h. der grundlegenden Erfassungsspannung VS1) aus dem Grund erfasst, welcher nun erläutert wird.
  • Wenn bewirkt wird, dass der konstante Strom zum Erfassen des Innenwiderstands durch die Vs-Zelle 6 fließt, wird zuerst die Spannung Vs an der porösen Elektrode 6c der Vs-Zelle 6 nicht nur durch den Innenwiderstand RVS der Vs-Zelle 6 variiert, sondern auch durch eine elektromotorische Kraft, welche als Reaktion auf ein Verhältnis zwischen den Sauerstoff-Konzentrationswerten an den beiden Elektroden 6b und 6c erzeugt wird. Folglich wird bei der vorliegenden Ausführungsform, damit die Spannung Vs an der porösen Elektrode 6c zur Erfassung des Innenwiderstands weniger empfindlich für den Einfluss der elektromotorischen Kraft ist, bewirkt, dass ein Strom größer als der kleine Strom iCP zum Erhöhen eines Spannungsabfalls fließt, welcher durch den Innenwiderstand RVS der Vs-Zelle 6 bewirkt wird.
  • Da andererseits die Sauerstoff-Konzentrationswerte an den Elektroden 6b, 6c der Vs-Zelle 6 durch die Pumpstromsteuerung bzw. durch die Zuführung des kleinen Stroms iCP im Wesentlichen konstant sind, wird auch die elektromotorische Kraft der Vs-Zelle 6 im Wesentlichen. konstant. wenn folglich bewirkt wird, dass der konstante Strom durch die Vs-Zelle 6 fließt, woraufhin die Spannung Vs an der porösen Elektrode 6c, das bedeutet VS2, erfasst wird, kann der Innenwiderstand RVS der Vs-Zelle 6 aus diesen Spannungswerten im wesentlichen korrekt bestimmt werden.
  • Genauer gesagt wird die Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer 20 jedoch durch eine Rückkopplungsregelung des Pumpstroms geregelt und schwankt folglich aufgrund beispielsweise einer Antwortverzögerung des Steuerungssystems, so dass sie nicht bei einem konstanten Konzentrationswert festgehalten werden kann. Andererseits wird die Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer 20 auch in Abhängigkeit von der Temperatur des NOx-Sensors 2 variiert. Wenn folglich der Innenwiderstand RVS aus der Spannung Vs festgestellt wird, welche dadurch erfasst wird, dass bewirkt wird, dass der konstante Strom, welcher den RVS erfasst, durch die Vs-Zelle 6 fließt, könnte dort ein Fehler des Innenwiderstands RVS resultieren, auch wenn er klein ist.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird folglich der Veränderungsbetrag der Spannung Vs an der porösen Elektrode 6c (Versatz ΔVs) erfasst, bis eine vorgegebene Zeit, wie beispielsweise 60 μsek, nach dem Zeitpunkt abgelaufen ist, an welchem bewirkt wird, dass der konstante Strom zum Erfassen des Innenwiderstands RVS durch die Vs-Zelle 6 fließt, und der Innenwiderstand RVS wird aus diesem Versatz ΔVs festgestellt. Auf dieser Grundlage kann der Innenwiderstand RVS der Vs-Zelle 6 und folglich die Temperatur der Vorrichtung sogar dann genau festgestellt werden, wenn die Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer 20 von der Zielkonzentration abweicht.
  • Zum Berechnen des Innenwiderstands RVS kann das Folgende eingesetzt werden. Eine Abbildung, in welcher zuvor der Innenwiderstand RVS versus Versatz ΔVs gespeichert wurde, wird bereitgestellt, und der Innenwiderstand RVS wird unter Verwendung dieser Abbildung berechnet.
  • Als Nächstes werden bei der Verarbeitung zum Erfassen des Innenwiderstands der vorliegenden Ausführungsform, wenn eine Widerstandserfassungsspannung VS2 zu einem Zeitpunkt t2 beim Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls T1 (zum Zeitpunkt t2) nach dem Beginn festgesetzt wurde, die Schalter SW2 und SW3 aus- bzw. eingeschaltet, wenn weiterhin eine andere vorgegebene Zeit, wie beispielsweise 40 μsek, zum Zeitpunkt t3 abgelaufen ist, an welchem die abgelaufene Zeit nach dem Beginn der Erfassungsverarbeitung T2 erreicht hat. Dies bewirkt, dass der konstante Strom in der gleichen Richtung wie der kleine Strom iCP durch die Vs-Zelle 6 fließt. Wenn eine weitere vorgegebene Zeit, wie beispielsweise 100 μsek, weiterhin zum Zeitpunkt t4 abgelaufen ist, an welchem die nach dem Beginn der Erfassungsverarbeitung abgelaufene Zeit T3 erreicht hat, wird der Schalter SW3 ausgeschaltet.
  • Das Ergebnis ist bei der vorliegenden Ausführungsform das folgende. Da Sauerstoff, welcher aus dem geschlossenen Raum auf der porösen Elektrode 6c der Vs-Zelle 6 zum Erfassen des Innenwiderstands RVS gepumpt wurde, schnell zurückgegeben werden kann. Außerdem wird bewirkt, dass der Strom in die der Fließrichtung des iCP entgegengesetzte Richtung fließt, um vom internen Polarisierungszustand der Vs-Zelle 6 zu einem ursprünglichen Zustand zurückzukehren, so dass der geschlossene Raum in Richtung auf die poröse Elektrode 6c schnell als die interne Sauerstoff-Referenzquelle arbeiten kann, sowie dass die Vs-Zelle 6 schnell als die Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle arbeiten kann. Folglich kann eine Zeitspanne T4, welche nach dem Beginn der Verarbeitung bis zum Betriebsbeginn der Konzentrationsmessung abläuft, 500 μsek kurz sein, was es ermöglicht, dass der Innenwiderstand RVS der Vs-Zelle 6 mit hoher Genauigkeit gemessen wird, ohne eine Messung der Sauerstoff-Konzentration und der NOx-Konzentration zu beeinträchtigen.
  • Bei der oben stehend beschriebenen Messvorrichtung zum Messen der Sauerstoff-Konzentration und der NOx-Konzentration der vorliegenden Ausführungsform wird die Temperatur des NOx-Sensors 2 aus dem Innenwiderstand RVS der Vs-Zelle 6 erfasst, welche zum Erfassen der Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer 20 ausgebildet ist, und der Stromzuführungswert zu den Heizungen 12, 14 wird gesteuert, so dass diese Temperatur gleich der Zieltemperatur wird, wie beispielsweise 850°C. Wenn der erfasste Innenwiderstand RVS oder die Temperatur der Vorrichtung, welche aus diesem Innenwiderstand RVS erhalten wird, von dem Zielwert abweicht, werden der zweite Pumpstrom IP2 und/oder der erste Pumpstrom IP1, welche die Messergebnisse der NOx-Konzentration und der Sauerstoff-Konzentration repräsentieren, jeweils durch den Temperaturkorrekturwert(-Betrag) korrigiert, welcher eine Reaktion auf den Versatzwert ist, wodurch die Messergebnisse der NOx-Konzentration und der Sauerstoff-Konzentration Temperatur-kompensiert werden. Auf diese Weise können mit der Messvorrichtung zum Messen der Sauerstoff-Konzentration und der NOx-Konzentration der vorliegenden Ausführungsform die Sauerstoff-Konzentration und die NOx-Konzentration jederzeit höchst genau erfasst werden, ohne durch die Temperatur des NOx-Sensors 2 beeinträchtigt zu werden.
  • Insbesondere bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst der NOx-Sensor 2 die erste Pumpzelle 4, die Vs-Zelle 6 und die zweite Pumpzelle 8, welche in dieser Reihenfolge laminiert sind, und die Heizungen 12, 14 sind auf beiden Seiten in der Laminierungsrichtung laminiert. Wenn weiterhin der NOx-Sensor 2 entlang der laminierten Richtung vorsteht, überlappt die Diffusionsratenregulierungs-Schicht 4d die Diffusionsratenregulierungs-Schichten 6d, 22d, und die Heizungsdrähte 12b, 14b der Heizungen 12, 14 sind so angeordnet, dass sie diesen Diffusionsratenregulierungs-Schichten im Wesentlichen an den Mittenpositionen interponiert sind. Folglich können bei der vorliegenden Ausführungsform die Zellen 4 bis 8 unter Verwendung der Heizungen 12, 14 durch oben stehend beschriebene Struktur des NOx-Sensors 2 wirksam erwärmt werden, während das Messgas, welches über diese Diffusionsratenregulierungs-Schichten in die erste Messkammer 20 und in die zweite Messkammer 26 fließt, auch wirksam erwärmt werden kann. Deshalb kann bei der vor liegenden Ausführungsform die Temperatur jeder Zelle, welche den NOx-Sensor 2 ausbilden, zuverlässiger auf die Zieltemperatur geregelt werden, um die Messgenauigkeit der Sauerstoff-Konzentration und der NOx-Konzentration zu verbessern.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Stromsteuerung für die erste Pumpzelle 4 während der Messung der Elementtemperatur unterbrochen. Wenn jedoch eine Abtast-Halte-Schaltung an einer Eingangsstufe zu dem Differenzialverstärker AMP zum Abtasten und Halten der Spannung Vs an der porösen Elektrode 6c vor dem Beginn der Messung der Temperatur der Vorrichtung bereitgestellt wird, kann der Differenzialverstärker AMP durch die abgetasteten und gehaltenen Spannungswerte sogar während der Messung der Temperatur der Vorrichtung betätigt werden und folglich eine aufrechterhaltene Stromsteuerung der ersten Pumpzelle 4 gewährleisten.
  • Es sollte angemerkt werden, dass jede Modifizierung vorgenommen werden kann, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie durch die angefügten Ansprüche definiert, zu verlassen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung bereit, welche einen NOx-Sensor (2) mit einer ersten Messkammer (20) mit einer ersten Sauerstoff-Pumpzelle (4) und einer Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6), welche Elektroden (6b, 6c) umfasst, wobei eine erste Diffusionsratenregulierungs-Schicht (4d) die erste Messkammer (20) mit dem Messgas in Verbindung bringt und wobei die erste Sauerstoff-Pumpzelle (4) eine Sauerstoff-Ionen leitende Feststoffelektrolyt-Schicht (4a) aufweist, welche zwischen porösen Elektroden (4b, 4c) angeordnet ist, eine zweite Messkammer (26) mit einer zweiten Sauerstoff-Pumpzelle (8), wobei die zweite Sauerstoff-Pumpzelle (8) eine Sauerstoff-Ionen leitende Feststoffelektrolyt-Schicht (8a) aufweist, welche zwischen porösen Elektroden (8b, 8c) angeordnet ist, und wobei eine zweite Diffusionsratenregulierungs-Schicht (6d, 22d) die zweite Messkammer (26) mit der ersten Messkammer (20) in Verbindung bringt, und eine Heizung (12, 14), welche zum Erwärmen der Zellen (4, 6, 8) auf eine vorgegebene Zieltemperatur ausgebildet ist; ein Pumpstrom-Regelungsmittel (40a), welches mit der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6) verbunden ist, zum Bewirken, dass ein kleiner Strom (iCP) in der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6) fließt und ein erster Strom (IP1) in der ersten Sauerstoff-Pumpzelle (4) fließt, sodass eine Ausgangsspannung der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6) einen vorgegebenen Wert annimmt, zum Regeln einer Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer (20) auf einen konstanten Wert; und ein Mittel zum Anlegen einer konstanten Spannung (42) für ein Anlegen einer konstanten Spannung (VP2) an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle (8) in einer Auspumprichtung des Sauerstoffs aus der zweiten Messkammer (26), wobei die konstante Spannung (VP2) angepasst ist, Stickstoffoxid, welches in der zweiten Messkammer (26) enthalten ist, zu zersetzen, sowie ein Stickstoffoxid-Konzentrations-Messmittel zum Messen der Stickstoffoxid-Konzentration und zum Messen der Sauerstoff-Konzentration umfasst, welches die Stickstoffoxid-Konzentration in dem Messgas auf der Grundlage eines Werts eines zweiten Stroms (IP2) misst, welcher in der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle (8) fließt, und welches die Sauerstoff-Konzentration im Messgas auf der Grundlage eines Werts eines Stroms (IP1) misst, welcher in der ersten Sauerstoff-Pumpzelle (4) fließt.
  • Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Messen einer Sauerstoff-Konzentration und einer Stickstoffoxid-Konzentration in einem Messgas unter Verwendung des NOx-Sensors (2) bereit, wobei das Verfahren die Schritte des Bewirkens, dass ein kleiner Strom (iCP) durch die Messzelle der Sauerstoff-Konzentration (6) fließt und dass ein erster Strom (IP1) in der ersten Sauerstoff-Pumpzelle (4) fließt, sodass eine Ausgangsspannung der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6) einen vorgegebenen Wert annimmt, zum Regeln einer Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer (20) auf einen konstanten Wert; und des Anlegens einer konstanten Spannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle (8) in einer Sauerstoff-Auspumprichtung aus der zweiten Messkammer (26), wodurch Stickstoffoxid, welches in der zweiten Messkammer (26) enthalten ist, zersetzt wird, sowie des Messens der Stickstoffoxid-Konzentration in dem Messgas auf der Grundlage eines Werts eines zweiten Stroms (IP2), welcher in der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle (8) fließt, und des Messens der Sauerstoff-Konzentration in dem Messgas auf der Grundlage eines Werts des ersten Stroms (IP1), welcher in der ersten Sauerstoff-Pumpzelle (4) fließt, umfasst.
  • Das Verfahren kann weiterhin den Schritt des Steuerns eines Stroms, welcher an die Heizung geliefert wird, so dass die erfasste Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6) die vorgegebene Zieltemperatur wird, und/oder den Schritt des Korrigierens von Messergebnissen der Sauerstoff- Konzentration und der Stickstoffoxid-Konzentration abhängig von einer Abweichung einer Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6) von der Zieltemperatur zum Temperatur-Kompensieren der Messergebnisse umfassen.

Claims (15)

  1. Vorrichtung zum Messen einer Sauerstoff-Konzentration und einer Stickstoffoxid-Konzentration in einem Messgas, umfassend: einen NOx-Sensor (2) mit – einer ersten Messkammer (20) mit einer ersten Sauerstoff-Pumpzelle (4) und einer Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6), welche Elektroden (6b, 6c) umfasst, wobei eine erste Diffusionsratenregulierungs-Schicht (4d) die erste Messkammer (20) mit dem Messgas in Verbindung bringt und wobei die erste Sauerstoff-Pumpzelle (4) eine Sauerstoff-Ionen leitende Feststoffelektrolyt-Schicht (4a) aufweist, welche zwischen porösen Elektroden (4b, 4c) angeordnet ist, – einer zweiten Messkammer (26) mit einer zweiten Sauerstoff-Pumpzelle (8), wobei die zweite Sauerstoff-Pumpzelle (8) eine Sauerstoff-Ionen leitende Feststoffelektrolyt-Schicht (8a) aufweist, welche zwischen porösen Elektroden (8b, 8c) angeordnet ist, und wobei eine zweite Diffusionsratenregulierungs-Schicht (6d, 22d) die zweite Messkammer (26) mit der ersten Messkammer (20) in Verbindung bringt, und – einer Heizung (12, 14), welche zum Erwärmen der Zellen (4, 6, 8) auf eine vorgegebene Zieltemperatur ausgebildet ist; ein Pumpstrom-Steuerungsmittel (40a), welches mit der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6) verbunden ist, zum Bewirken, dass ein kleiner Strom (iCP) in der Messzelle der Sauerstoff-Konzentration (6) fließt und ein erster Strom (IP1) in der ersten Sauerstoff-Pumpzelle (4) fließt, sodass eine Ausgangsspannung der Messzelle der Sauerstoff-Konzentration (6) einen vorgegebenen Wert annimmt, zum Regeln einer Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer (20) auf einen konstanten Wert; ein Mittel zum Anlegen einer konstanten Spannung (42) für ein Anlegen einer konstanten Spannung (VP2) an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle (8) in einer Auspumprichtung des Sauerstoffs aus der zweiten Messkammer (26), wobei die konstante Spannung (VP2) angepasst ist, Stickstoffoxid, welches in der zweiten Messkammer (26) enthalten ist, zu zersetzen; und ein Stickstoffoxid-Konzentrations-Messmittel zum Messen der Stickstoffoxid-Konzentration in dem Messgas auf der Grundlage eines Werts eines zweiten Stroms (IP2), welcher in der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle (8) fließt, gekennzeichnet durch ein Sauerstoff-Konzentrations-Messmittel zum Messen der Sauerstoff-Konzentration in dem Messgas auf der Grundlage eines Werts eines Stroms (IP1), welcher in der ersten Sauerstoff-Pumpzelle (4) fließt, und ein Temperatur-Erfassungsmittel zum Erfassen einer Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6), wobei das Temperatur-Erfassungsmittel ausgebildet ist, um die Verbindung zwischen dem Pumpstrom-Steuerungsmittel (40a) und der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6) periodisch zu unterbrechen und zu bewirken, dass während einer derartigen Unterbrechung, eine Strommenge größer als der kleine Strom (iCP) in einer Richtung fließt, welche einer Richtung des kleinen Stroms (iCP) entgegengesetzt ist, um einen Innenwiderstand (RVS) der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6) aus einer Spannung zu erfassen, welche während der Unterbrechung zwischen den Elektroden (6b, 6c) der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6) erzeugt wird.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend ein Heizstromversorgungs-Steuerungsmittel (44) zum Steuern eines Stroms, welcher an die Heizung (12, 14) geliefert wird, so dass die Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6), wie durch das Temperatur-Erfassungsmittel erfasst, die Zieltemperatur wird.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend Korrekturmittel zum Temperatur-Kompensieren von Messergebnissen der Sauerstoff-Konzentration und der Stickstoffoxid-Konzentration durch Korrigieren der Messergebnisse, welche auf eine Abweichung der Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6), wie durch das Temperatur-Erfassungsmittel erfasst, von der Zieltemperatur ansprechen.
  4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Temperatur-Erfassungsmittel ausgebildet ist, um die Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6) durch Erfassen des Innenwiderstands (RVS) der Messzelle (6) zu erfassen.
  5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: in dem NOx-Sensor (2), eine Elektrode (6c) der Elektroden (6b, 6c) der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6) geschlossen ist, wobei die geschlossene Elektrode (6c) auf einer Seite angeordnet ist, welche der ersten Messkammer (20) gegenüber steht; ein Leckwiderstand (6f) bereitgestellt wird, sodass ein Teil des Sauerstoffs in den entstandenen geschlossenen Raum entweichen kann; und das Pumpstrom-Steuerungsmittel (40a) ausgebildet ist, um Sauerstoff aus der ersten Messkammer (20) in den geschlossenen Raum zu pumpen, um die Strommenge, welche in der ersten Sauerstoff-Pumpzelle (4) fließt, derartig zu steuern, dass, indem bewirkt wird, dass der geschlossene Raum als eine interne Sauerstoff-Referenzquelle fungiert, eine elektromotorische Kraft, welche durch die Messzelle der Sauerstoff-Konzentration (6) erzeugt wird, von einem konstanten Wert ist.
  6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Temperatur-Erfassungsmittel ausgebildet ist, um zu bewirken, dass der Strom zum Erfassen des Innenwiderstands (RVS) in einer Richtung durch die Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6) und dann in einer Richtung fließt, welche der vorhergehenden Richtung eines Innenwiderstand-Erfassungsstroms entgegengesetzt ist.
  7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in dem NOx-Sensor (2): die erste Sauerstoff-Pumpzelle (4), die Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6) und die zweite Sauerstoff-Pumpzelle (8) aus Feststoffelektrolyt-Schichten als jeweils unterschiedliche dünne Platten ausgebildet sind; die erste Messkammer (20) und die zweite Messkammer (26) durch Laminierung der jeweiligen Feststoffelektrolyt-Schichten, jede mit einer kleinen Lücke dazwischen, mit denjenigen Feststoffelektrolyt-Schichten angefertigt sind, welche die erste und die zweite Sauerstoff-Pumpzelle (4, 8) bilden, welche nach außen zeigen; die Heizung (12, 14) vorzugsweise zwei Heizungssubstrate (12a, 14a) in Gestalt dünner Platten umfasst, welche aus Heizungssubstraten mit darin eingebetteten Heizungsdrähten (12b, 14b) angefertigt sind, wobei die Heizungssubstrate (12a, 14a) vorzugsweise auf beiden Seiten in einer Laminierungsrichtung der Feststoffelektrolyt-Schichten in dem NOx-Sensor mit einem vorgegebenen Zwischenraum dazwischen zum Erwärmen des NOx-Sensors angeordnet sind; und/oder wobei die erste Diffusionsratenregulierungs-Schicht (4d) in einer der Feststoffelektrolyt-Schichten, welche die erste Sauerstoff-Pumpzelle (4) bildet, derartig angeordnet ist, dass die erste Diffusionsratenregulierungs-Schicht (4d) an einer Position angeordnet ist, welche einer mittleren Position der Heizungsdrähte (12b) im Heizungssubstrat (12a) gegenüber steht.
  8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die zweite Diffusionsratenregulierungs-Schicht (6d, 22d) mindestens einen Abschnitt der ersten Diffusionsratenregulierungs-Schicht (4d) in einer Ansicht überlappt, bei welcher der NOx-Sensor aus der Laminierungsrichtung der Feststoffelektrolyt-Schichten vorsteht, und wobei die Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6) in einer Nähe der zweiten Diffusionsratenregulierungs-Schicht (6d, 22d) bereitgestellt wird.
  9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine poröse Elektrode (6b) der Elektroden (6b, 6c) der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6) in der ersten Messkammer (20) angeordnet ist, welche die zweite Diffusionsratenregulierungs-Schicht (6d, 22d) umgibt.
  10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine poröse Elektrode (4c) der Elektroden (4b, 4c) der ersten Sauerstoff-Pumpzelle (4) in der ersten Messkammer (20) angeordnet ist, welche die erste Diffusionsratenregulierungs-Schicht (4d) umgibt.
  11. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Sauerstoff-Konzentrations-Messmittel eine elektronische Recheneinheit (50) mit einem Computer umfasst, welcher ausgebildet ist, die Sauerstoff-Konzentration des Messgases auf der Grundlage des Stromwerts (IP1) zu berechnen, welcher in der ersten Sauerstoff-Pumpzelle (4) fließt.
  12. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Temperaturkorrekturmittel einen Computer umfasst, welcher ausgebildet ist, ein Ausmaß der Temperaturkorrektur der Sauerstoff-Konzentration bzw. der Stickstoffoxid-Konzentration auf der Grundlage einer Korrekturliste als eine Funktion der Abweichung von der vorgegebenen Zieltemperatur der Vorrichtung zu berechnen.
  13. Verfahren zum Messen einer Sauerstoff-Konzentration und einer Stickstoffoxid-Konzentration in einem Messgas unter Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Bewirken, dass ein kleiner Strom (iCP) durch die Messzelle der Sauerstoff-Konzentration (6) fließt und dass ein erster Strom (IP1) in der ersten Sauerstoff-Pumpzelle (4) fließt, sodass eine Ausgangsspannung der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6) einen vorgegebenen wert annimmt, zum Regeln einer Sauerstoff-Konzentration in der ersten Messkammer (20) auf einen konstanten Wert; – Anlegen einer konstanten Spannung an die zweite Sauerstoff-Pumpzelle (8) in einer Sauerstoff-Auspumprichtung des Sauerstoffs aus der zweiten Messkammer (26), wodurch Stickstoffoxid, welches in der zweiten Messkammer (26) enthalten ist, zersetzt wird; und – Messen der Stickstoffoxid-Konzentration in dem Messgas auf der Grundlage eines Werts eines zweiten Stroms (IP2), welcher in der zweiten Sauerstoff-Pumpzelle (8) fließt, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Schritte: – Messen der Sauerstoff-Konzentration in dem Messgas auf der Grundlage eines Werts des ersten Stroms (IP1), welcher in der ersten Sauerstoff-Pumpzelle (4) fließt, – periodisches Unterbrechen des kleinen Stroms (iCP) und, während einer derartigen Unterbrechung, Bewirken, dass ein Strom von größerer Menge als der kleine Strom (iCP) in einer Richtung fließt, welche einer Flussrichtung des kleinen Stroms (iCP) entgegengesetzt ist, um einen Innenwiderstand (RVS) der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6) zu erfassen, und – Erfassen einer Temperatur der Messzelle der Sauerstoff-Konzentration (6) aus einer Spannung, welche während der Unterbrechung zwischen den Elektroden (6b, 6c) der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6) erzeugt wird.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 13, weiterhin umfassend den Schritt des Steuerns eines Stroms, welcher an die Heizung geliefert wird, so dass die erfasste Temperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6) die vorgegebene Zieltemperatur wird.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, weiterhin umfassend den Schritt des Korrigierens von Messergebnissen der Sauerstoff-Konzentration und der Stickstoffoxid-Konzentration abhängig von einer Abweichung der erfassten Temperatur von der Zieltemperatur der Sauerstoff-Konzentrations-Messzelle (6) zum Kompensieren der Temperaturmessergebnisse.
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