JP2000146905A - 流動する排気ガス成分用センサ及び排気ガス中の還元可能な成分及び酸化可能な成分の割合を測定する方法 - Google Patents
流動する排気ガス成分用センサ及び排気ガス中の還元可能な成分及び酸化可能な成分の割合を測定する方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 還元可能な成分の存在で排気ガス中の酸化可
能な成分を法的に必要な精度で測定する実際に使用可能
なセンサ及び方法の提供 【解決手段】 限界電流測定のための手段が設けられて
いる流動する排気ガス成分用センサにおいて、還元可能
なガス用の限界電流ポンプ及び（拡散方向で見て）前記
限界電流ポンプの後方に配置された酸化可能なガス用の
限界電流ポンプが設置されており、その際、還元可能な
ガス用の限界電流ポンプの電極が酸化可能なガスと還元
可能なガスとの間の反応を触媒しない材料からなること
を特徴とする流動する排気ガス成分用センサ。
能な成分を法的に必要な精度で測定する実際に使用可能
なセンサ及び方法の提供 【解決手段】 限界電流測定のための手段が設けられて
いる流動する排気ガス成分用センサにおいて、還元可能
なガス用の限界電流ポンプ及び（拡散方向で見て）前記
限界電流ポンプの後方に配置された酸化可能なガス用の
限界電流ポンプが設置されており、その際、還元可能な
ガス用の限界電流ポンプの電極が酸化可能なガスと還元
可能なガスとの間の反応を触媒しない材料からなること
を特徴とする流動する排気ガス成分用センサ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、限界電流測定用の
手段を備えた流動する排気ガス成分用のセンサ、及びこ
のようなセンサを使用して排気ガス成分を測定する方法
に関する。
手段を備えた流動する排気ガス成分用のセンサ、及びこ
のようなセンサを使用して排気ガス成分を測定する方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車の排気ガスを調査するための多数
の装置が公知であり、例えば書籍「Automative Electro
nics Handbook (1995), Mc Graw Hill Inc. Kapitel 6
"Exhaust Gas Sensors"」に記載されている。この装置
には、例えばλ＝１−センサのようなオットー機関内へ
噴射される空気−燃料混合物が約１のλ値を有するかど
うかをネルンスト電圧の測定により調査する平衡型セン
サ（Gleichgewichtssensor）が属している。同様に平衡
型センサはＵＥＧＯ−センサ（又はユニバーサルセン
サ）であり、このセンサはネルンスト原則に基づくセン
サと限界電流センサとを組合せた形で作動し、限界電流
センサはその周囲を燃焼エンジンの排気ガスが通過し、
λ値に依存するその測定電流がλ値の制御のために使用
される。非平衡型センサ（Ungleichgewichtssensor）に
属する混合ポテンシャルセンサ（Mischpotentialsenso
r）の作用は、減少された触媒活性がガルバノＺｒＯ2−
セルの電極に関するガス平衡の調節を妨害することに起
因する。これは、酸素における還元／酸化−平衡の状態
が生じることができず、特に電極活性、温度及びガス組
成によって決定される混合ポテンシャルが形成される結
果となる。この混合ポテンシャルセンサが電極の状態に
依存する信号を「パッシブ」に測定することにより、こ
のセンサは関与するガスに関する情報を可能にする。し
かしながらこのセンサは実際の使用において著しく問題
がある、それというのも著しく狭い温度範囲でのみ正し
く動作し、かつその信号はしばしば前段階の状況に依存
するためである。さらに、このセンサは劣化した場合し
ばしばその特性が変化する。同様に非平衡型センサはＮ
Ｏx−ポンプセンサである。このセンサはＮＯxを酸素の
存在で測定するために用いられる。このセンサは第１の
カソードの限界電流セル中で酸素を汲み出すように機能
し、この場合、限界電流セル中の電極は白金−金からな
っており、これはＮＯxを汲み出すのを妨げる。従っ
て、第２のカソードの限界電流セル中で排気ガス中のＮ
Ｏx成分に比例する限界電流を測定することができる。
の装置が公知であり、例えば書籍「Automative Electro
nics Handbook (1995), Mc Graw Hill Inc. Kapitel 6
"Exhaust Gas Sensors"」に記載されている。この装置
には、例えばλ＝１−センサのようなオットー機関内へ
噴射される空気−燃料混合物が約１のλ値を有するかど
うかをネルンスト電圧の測定により調査する平衡型セン
サ（Gleichgewichtssensor）が属している。同様に平衡
型センサはＵＥＧＯ−センサ（又はユニバーサルセン
サ）であり、このセンサはネルンスト原則に基づくセン
サと限界電流センサとを組合せた形で作動し、限界電流
センサはその周囲を燃焼エンジンの排気ガスが通過し、
λ値に依存するその測定電流がλ値の制御のために使用
される。非平衡型センサ（Ungleichgewichtssensor）に
属する混合ポテンシャルセンサ（Mischpotentialsenso
r）の作用は、減少された触媒活性がガルバノＺｒＯ2−
セルの電極に関するガス平衡の調節を妨害することに起
因する。これは、酸素における還元／酸化−平衡の状態
が生じることができず、特に電極活性、温度及びガス組
成によって決定される混合ポテンシャルが形成される結
果となる。この混合ポテンシャルセンサが電極の状態に
依存する信号を「パッシブ」に測定することにより、こ
のセンサは関与するガスに関する情報を可能にする。し
かしながらこのセンサは実際の使用において著しく問題
がある、それというのも著しく狭い温度範囲でのみ正し
く動作し、かつその信号はしばしば前段階の状況に依存
するためである。さらに、このセンサは劣化した場合し
ばしばその特性が変化する。同様に非平衡型センサはＮ
Ｏx−ポンプセンサである。このセンサはＮＯxを酸素の
存在で測定するために用いられる。このセンサは第１の
カソードの限界電流セル中で酸素を汲み出すように機能
し、この場合、限界電流セル中の電極は白金−金からな
っており、これはＮＯxを汲み出すのを妨げる。従っ
て、第２のカソードの限界電流セル中で排気ガス中のＮ
Ｏx成分に比例する限界電流を測定することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】今までは、還元可能な
成分の存在で排気ガス中の酸化可能な成分を、法的に必
要な精度で測定する、実際に使用可能な方法がなかっ
た。
成分の存在で排気ガス中の酸化可能な成分を、法的に必
要な精度で測定する、実際に使用可能な方法がなかっ
た。
【０００４】本発明の課題は、従って前記の方法を提供
することであった。
することであった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記の課題は、本発明の
請求項１の特徴部に記載したセンサ、つまり限界電流測
定のための手段が設けられている流動する排気ガス成分
用センサにおいて、還元可能なガス用の限界電流ポンプ
及び（拡散方向で見て）前記限界電流ポンプの後方に配
置された酸化可能なガス用の限界電流ポンプが設置され
ており、その際、還元可能なガス用の限界電流ポンプの
電極が酸化可能なガスと還元可能なガスとの間の反応を
触媒しない材料からなることを特徴とする流動する排気
ガス成分用センサ、及び請求項１３に記載した方法、つ
まり請求項１から１２までのいずれか１項記載のセンサ
を使用して、排気ガス中の還元可能な成分及び酸化可能
な成分の割合を測定する方法により解決される。
請求項１の特徴部に記載したセンサ、つまり限界電流測
定のための手段が設けられている流動する排気ガス成分
用センサにおいて、還元可能なガス用の限界電流ポンプ
及び（拡散方向で見て）前記限界電流ポンプの後方に配
置された酸化可能なガス用の限界電流ポンプが設置され
ており、その際、還元可能なガス用の限界電流ポンプの
電極が酸化可能なガスと還元可能なガスとの間の反応を
触媒しない材料からなることを特徴とする流動する排気
ガス成分用センサ、及び請求項１３に記載した方法、つ
まり請求項１から１２までのいずれか１項記載のセンサ
を使用して、排気ガス中の還元可能な成分及び酸化可能
な成分の割合を測定する方法により解決される。
【０００６】本発明によるセンサは、簡単な構成の非平
衡型センサである。センサ中での還元可能なガス及び酸
化可能なガスの分析は、１つのセンサで行われる、つま
り、２つの分析に対して相互に別々のセンサを必要とし
ない。限界電流センサを用いて分析される。限界電流セ
ンサが拡散挙動を「アクティブ」に測定する。この電極
はポンピングするだけでかつ触媒作用を回避するかもし
くはアノード酸化するだけでなければならない。必要な
場合に（劣化により）、限界電流を達成するために場合
によりポンプ電圧を僅かに高める必要がある。しかしな
がら測定信号は本来は拡散抵抗である。本発明によるセ
ンサは、閉じた制御回路を有し、その結果、費用のかか
る電子工学的スイッチは必要でない。このセンサは、デ
ィーゼルエンジンのようなリーンな領域で駆動するエン
ジンからの排気ガスを測定するのにも、並びにオットー
機関のようなλ＝１の領域で駆動するエンジンの排気ガ
スを測定するのにも適している。本発明によるセンサを
用いて、一方で還元可能なガスの割合と、他方で酸化可
能なガスの割合との合計量を測定でき、その結果、この
センサは多くの場合に高価で、複雑でかつ嵩張る分析装
置に置き換えることができる。このセンサはＯＢＤ（on
board diagnosis）目的で使用することもできる。セン
サの作動方式は、カソードセル中の電極材料の相応する
選択により電極材料の触媒活性が、かなり高い温度にも
かかわらず還元可能な排気ガス成分、例えば酸素が過剰
量で存在する場合でも、還元可能な及び酸化可能な排気
ガス成分間の反応が十分に排除されるほど僅かであるこ
とに起因する。電極材料のできる限り僅かな触媒活性
は、材料の相応する形状によっても支持され、その際、
最も適した形状は簡単な試験によって探し出すことがで
きる。
衡型センサである。センサ中での還元可能なガス及び酸
化可能なガスの分析は、１つのセンサで行われる、つま
り、２つの分析に対して相互に別々のセンサを必要とし
ない。限界電流センサを用いて分析される。限界電流セ
ンサが拡散挙動を「アクティブ」に測定する。この電極
はポンピングするだけでかつ触媒作用を回避するかもし
くはアノード酸化するだけでなければならない。必要な
場合に（劣化により）、限界電流を達成するために場合
によりポンプ電圧を僅かに高める必要がある。しかしな
がら測定信号は本来は拡散抵抗である。本発明によるセ
ンサは、閉じた制御回路を有し、その結果、費用のかか
る電子工学的スイッチは必要でない。このセンサは、デ
ィーゼルエンジンのようなリーンな領域で駆動するエン
ジンからの排気ガスを測定するのにも、並びにオットー
機関のようなλ＝１の領域で駆動するエンジンの排気ガ
スを測定するのにも適している。本発明によるセンサを
用いて、一方で還元可能なガスの割合と、他方で酸化可
能なガスの割合との合計量を測定でき、その結果、この
センサは多くの場合に高価で、複雑でかつ嵩張る分析装
置に置き換えることができる。このセンサはＯＢＤ（on
board diagnosis）目的で使用することもできる。セン
サの作動方式は、カソードセル中の電極材料の相応する
選択により電極材料の触媒活性が、かなり高い温度にも
かかわらず還元可能な排気ガス成分、例えば酸素が過剰
量で存在する場合でも、還元可能な及び酸化可能な排気
ガス成分間の反応が十分に排除されるほど僅かであるこ
とに起因する。電極材料のできる限り僅かな触媒活性
は、材料の相応する形状によっても支持され、その際、
最も適した形状は簡単な試験によって探し出すことがで
きる。
【０００７】カソードセル用の電極材料が白金−金から
なる場合が有利である。
なる場合が有利である。
【０００８】両方の限界電流ポンプは、有利に１つの基
板上に設けられる。それにより、センサの著しくコンパ
クトな形態が可能であるだけでなく、このセンサはその
構造においてＵＥＧＯ−センサの構造と類似しており、
そのためにかなりの転換を必要とせずにＵＥＧＯ−セン
サ用の製造ラインで製造することができる。
板上に設けられる。それにより、センサの著しくコンパ
クトな形態が可能であるだけでなく、このセンサはその
構造においてＵＥＧＯ−センサの構造と類似しており、
そのためにかなりの転換を必要とせずにＵＥＧＯ−セン
サ用の製造ラインで製造することができる。
【０００９】酸化可能なガス用の限界電流ポンプ及び還
元可能なガス用の限界電流ポンプが一定のポンプ電圧で
作動することができるのが有利である。排気ガス中に含
まれるＨ2Ｏ及びＣＯ2の分解を妨げるために、還元可能
なガス用の限界電流ポンプが限界電流に依存するポンプ
電圧で作動することもできる。
元可能なガス用の限界電流ポンプが一定のポンプ電圧で
作動することができるのが有利である。排気ガス中に含
まれるＨ2Ｏ及びＣＯ2の分解を妨げるために、還元可能
なガス用の限界電流ポンプが限界電流に依存するポンプ
電圧で作動することもできる。
【００１０】本発明によるセンサの有利な実施態様にお
いて、酸化可能なガス用の少なくとも２つの選択的ポン
プセルが設けられており、この場合、電極材料は、拡散
方向で見て後方のセルの前にあるセル中ではその都度酸
化可能な排気ガス成分の反応だけを許容するように選択
され、かつこの場合、電極材料は例えば有利にスピネル
が混合されることによりその組成に関して選択され、か
つその形状に関して選択される。
いて、酸化可能なガス用の少なくとも２つの選択的ポン
プセルが設けられており、この場合、電極材料は、拡散
方向で見て後方のセルの前にあるセル中ではその都度酸
化可能な排気ガス成分の反応だけを許容するように選択
され、かつこの場合、電極材料は例えば有利にスピネル
が混合されることによりその組成に関して選択され、か
つその形状に関して選択される。
【００１１】本発明による方法を用いて、有利に、リー
ンな排気ガスの酸化可能な成分及びλ＝１を有する排気
ガスの還元可能な及び酸化可能な成分を測定することが
できる。後者のλ＝１の排気ガスの適用は、従って特に
有利に使用可能である、それというのも、三元触媒の効
率を０〜１００％の範囲内で評価することが可能である
ためである。このために今まで使用したλ−センサを用
いては約８０〜１００％の評価が行うことができる。
ンな排気ガスの酸化可能な成分及びλ＝１を有する排気
ガスの還元可能な及び酸化可能な成分を測定することが
できる。後者のλ＝１の排気ガスの適用は、従って特に
有利に使用可能である、それというのも、三元触媒の効
率を０〜１００％の範囲内で評価することが可能である
ためである。このために今まで使用したλ−センサを用
いては約８０〜１００％の評価が行うことができる。
【００１２】酸化可能なガス用の少なくとも２つのポン
プセルを有する本発明による実施態様のセンサを用い
て、有利に一酸化炭素及びアンモニアの割合もしくは一
酸化炭素及び炭化水素の割合を並行して測定することが
できる。選択性、例えばＳＣＲ法（下記参照）の場合に
は排気ガス中でのＣＯの存在でのＮＨ3の検出は系中で
の適当な手段によっても、例えばＮＨ3もしくはその前
駆体の導入の前に前接されたＣＯの酸化のための酸化触
媒によっても達成される。
プセルを有する本発明による実施態様のセンサを用い
て、有利に一酸化炭素及びアンモニアの割合もしくは一
酸化炭素及び炭化水素の割合を並行して測定することが
できる。選択性、例えばＳＣＲ法（下記参照）の場合に
は排気ガス中でのＣＯの存在でのＮＨ3の検出は系中で
の適当な手段によっても、例えばＮＨ3もしくはその前
駆体の導入の前に前接されたＣＯの酸化のための酸化触
媒によっても達成される。
【００１３】本発明によるセンサ及び本発明による方法
の更なる有利な実施態様は、従属形式請求項に記載し
た。
の更なる有利な実施態様は、従属形式請求項に記載し
た。
【００１４】
【実施例】本発明を、次に図面により説明した実施例に
つき詳説する。
つき詳説する。
【００１５】図１は本発明によるセンサの１実施態様の
略示断面図である。
略示断面図である。
【００１６】図２は図１において示された実施態様から
の部分断面図及び排気ガスと共にセンサ入口からセンサ
内を通過して拡散する還元可能な排気ガス成分（主に酸
素）及び酸化可能な排気ガス成分の濃度を位置座標に対
してプロットしたグラフである。
の部分断面図及び排気ガスと共にセンサ入口からセンサ
内を通過して拡散する還元可能な排気ガス成分（主に酸
素）及び酸化可能な排気ガス成分の濃度を位置座標に対
してプロットしたグラフである。
【００１７】図３ａは、オットー機関中へ噴射された燃
料混合物が、エンジン、第１のネルンストセル、触媒お
よび先行技術に該当する第２のネルンストセル又は本発
明による（例えば図１で示されたような）センサを通過
する経路の略図である。
料混合物が、エンジン、第１のネルンストセル、触媒お
よび先行技術に該当する第２のネルンストセル又は本発
明による（例えば図１で示されたような）センサを通過
する経路の略図である。
【００１８】図３ｂは時間に対して図３ａの第１のネル
ンストセル中で測定されたネルンスト電圧をプロットし
たグラフ及び図３ａの第２のネルンストセル中で３種の
異なる運転状態において測定されたネルンスト電圧をプ
ロットしたグラフである。
ンストセル中で測定されたネルンスト電圧をプロットし
たグラフ及び図３ａの第２のネルンストセル中で３種の
異なる運転状態において測定されたネルンスト電圧をプ
ロットしたグラフである。
【００１９】図３ｃは時間に対して３種の異なる運転状
態において図３ａのセンサで測定された還元可能な及び
酸化可能な排気ガス成分の限界電流をプロットしたグラ
フである。
態において図３ａのセンサで測定された還元可能な及び
酸化可能な排気ガス成分の限界電流をプロットしたグラ
フである。
【００２０】図４は、Ｏ2含有ガスの測定された限界電
流をＯ2濃度に対してプロットしたグラフであり、その
際、ガスがＨ2Ｏを含有せずかつＣＯ2を含有しない場合
とガスがＨ2Ｏ及びＣＯ2を含有する場合の両方の場合が
考慮されており、第２の場合に２つのポンプ電極に対す
る限界電流が提示される。
流をＯ2濃度に対してプロットしたグラフであり、その
際、ガスがＨ2Ｏを含有せずかつＣＯ2を含有しない場合
とガスがＨ2Ｏ及びＣＯ2を含有する場合の両方の場合が
考慮されており、第２の場合に２つのポンプ電極に対す
る限界電流が提示される。
【００２１】図５はもう一つの実施態様の本発明による
センサの略示断面図を表す。
センサの略示断面図を表す。
【００２２】図６は２種の酸化可能な排気ガス成分の選
択的測定のために適した本発明によるセンサのもう一つ
の実施態様の略示断面図及びガス試料と共にセンサ入口
からセンサ内を通過して拡散する還元可能な排気ガス成
分（主に酸素）及び両方の酸化可能な排気ガス成分の濃
度を位置座標に対してプロットしたグラフである。
択的測定のために適した本発明によるセンサのもう一つ
の実施態様の略示断面図及びガス試料と共にセンサ入口
からセンサ内を通過して拡散する還元可能な排気ガス成
分（主に酸素）及び両方の酸化可能な排気ガス成分の濃
度を位置座標に対してプロットしたグラフである。
【００２３】次に記載する本発明によるセンサ及び本発
明による方法の実施例は、特に有利なものであり、この
実施例は単に例示しただけであり、特許請求の範囲内で
これらの多様な変更が可能であることは明らかである。
明による方法の実施例は、特に有利なものであり、この
実施例は単に例示しただけであり、特許請求の範囲内で
これらの多様な変更が可能であることは明らかである。
【００２４】図１中に示されたセンサ１は、相互に積層
した４層のセラミック層２，３，４及び５からなる。層
２と層３との界面には電気的ヒータ６が配置されてい
る。層４は貫通する有利にリング状の開口部７を有し、
層５は比較的小さな貫通する開口部８を有し、この開口
部８は開口部７に対して同心に配置されている。層５の
外側にはリング状の電極９が設置されており、その外径
は、開口部７の直径とほぼ同じ大きさであり、その内径
は開口部８の直径よりもいくらか大きい。層５の内側に
は相互に及び電極９に対して同心に２つのリング状の電
極１０及び１１が設置されており、これらの電極は相互
に触れ合わず、この場合、電極１１の外径は開口部７の
外径とほぼ同じであり、電極１０の内径は電極９の内径
とほぼ同じである。電極９及び１０もしくは９及び１１
はそれぞれ限界電流セル１２もしくは１３を形成してい
る。開口部８と電極１０との間に及び電極１０と１１と
の間には、有利に拡散抵抗１４及び１５が設置されてお
り、これらが開口部７においてリング状のバリアを形成
する。電極９と１０もしくは９と１１との間には、それ
ぞれ両方とも一定のポンプ電圧Ｕp1もしくはＵp2がかけ
られている。別の場合にＵp1は生じた限界電流Ｉgr1に
依存する（Ｕp1＝ａ＋ｂ・Ｉgr1）。この依存性は通常
の電気的スイッチによって達成される。電極１０及び１
１は限界電流Ｉgr 1もしくはＩgr2の検出のために導線１
６もしくは１７と接続しており、この限界電流の強度を
測定抵抗１８もしくは１９中で測定することができる。
電極に対して垂直方向に延びる矢印は、限界電流セル中
のＯ--−イオン流の方向を具体化して示している。
した４層のセラミック層２，３，４及び５からなる。層
２と層３との界面には電気的ヒータ６が配置されてい
る。層４は貫通する有利にリング状の開口部７を有し、
層５は比較的小さな貫通する開口部８を有し、この開口
部８は開口部７に対して同心に配置されている。層５の
外側にはリング状の電極９が設置されており、その外径
は、開口部７の直径とほぼ同じ大きさであり、その内径
は開口部８の直径よりもいくらか大きい。層５の内側に
は相互に及び電極９に対して同心に２つのリング状の電
極１０及び１１が設置されており、これらの電極は相互
に触れ合わず、この場合、電極１１の外径は開口部７の
外径とほぼ同じであり、電極１０の内径は電極９の内径
とほぼ同じである。電極９及び１０もしくは９及び１１
はそれぞれ限界電流セル１２もしくは１３を形成してい
る。開口部８と電極１０との間に及び電極１０と１１と
の間には、有利に拡散抵抗１４及び１５が設置されてお
り、これらが開口部７においてリング状のバリアを形成
する。電極９と１０もしくは９と１１との間には、それ
ぞれ両方とも一定のポンプ電圧Ｕp1もしくはＵp2がかけ
られている。別の場合にＵp1は生じた限界電流Ｉgr1に
依存する（Ｕp1＝ａ＋ｂ・Ｉgr1）。この依存性は通常
の電気的スイッチによって達成される。電極１０及び１
１は限界電流Ｉgr 1もしくはＩgr2の検出のために導線１
６もしくは１７と接続しており、この限界電流の強度を
測定抵抗１８もしくは１９中で測定することができる。
電極に対して垂直方向に延びる矢印は、限界電流セル中
のＯ--−イオン流の方向を具体化して示している。
【００２５】電極１０は酸化剤の存在で酸化可能な排気
ガス成分の酸化を実際に触媒しない材料からなる。この
電極材料の触媒作用又はより良好に無作用は、さらにそ
の形状によって影響される。このような材料は例えば白
金−金である。電極１１のための有利な材料は白金−ロ
ジウムである。
ガス成分の酸化を実際に触媒しない材料からなる。この
電極材料の触媒作用又はより良好に無作用は、さらにそ
の形状によって影響される。このような材料は例えば白
金−金である。電極１１のための有利な材料は白金−ロ
ジウムである。
【００２６】まず、リーンな排気ガス中での酸化可能な
ガスの検出におけるセンサ１の使用を説明する。
ガスの検出におけるセンサ１の使用を説明する。
【００２７】図２に示したように、分析すべきガス２０
が、開口部８を通ってセンサ１中へ流入し、電極１０及
び１１の前を過ぎって拡散する。排気ガスの全ての還元
可能なガスは限界電流センサ１２中でカソード限界電流
により汲み出される。このことは、ガスからセンサ中へ
進む区間に対する濃度をプロットした図２のグラフ中の
曲線２１に具体的に示されている。この際に還元可能な
ガス（特に酸素）及び酸化可能なガスは相互に反応して
はならない。例えば炭化水素（以後ＨＣ）が酸素と反応
しないように、高温及び触媒反応を避けなければならな
い。他方で、限界電流セルは所定の最低温度を必要と
し、この温度が高くなれば限界電流も高くなる。従って
妥協をしなければならない。リーンな混合物を分析する
場合センサは約７００〜約８００℃の温度で運転され
る。この温度効果は部分的に開口部７中の排気ガスの著
しく高い空間速度により相殺され、それにより熱力学的
平衡の調節は妨げられる。しかしながら、電極１０（カ
ソード）が触媒作用を示さないか又はできる限り僅かな
触媒作用を示す材料からなる場合、この反応は妨げられ
る。このような材料は例えば白金−金である。触媒作用
はさらに拡散区域（気相拡散、クヌーセン拡散）の適当
な形態によって減少させることができる。
が、開口部８を通ってセンサ１中へ流入し、電極１０及
び１１の前を過ぎって拡散する。排気ガスの全ての還元
可能なガスは限界電流センサ１２中でカソード限界電流
により汲み出される。このことは、ガスからセンサ中へ
進む区間に対する濃度をプロットした図２のグラフ中の
曲線２１に具体的に示されている。この際に還元可能な
ガス（特に酸素）及び酸化可能なガスは相互に反応して
はならない。例えば炭化水素（以後ＨＣ）が酸素と反応
しないように、高温及び触媒反応を避けなければならな
い。他方で、限界電流セルは所定の最低温度を必要と
し、この温度が高くなれば限界電流も高くなる。従って
妥協をしなければならない。リーンな混合物を分析する
場合センサは約７００〜約８００℃の温度で運転され
る。この温度効果は部分的に開口部７中の排気ガスの著
しく高い空間速度により相殺され、それにより熱力学的
平衡の調節は妨げられる。しかしながら、電極１０（カ
ソード）が触媒作用を示さないか又はできる限り僅かな
触媒作用を示す材料からなる場合、この反応は妨げられ
る。このような材料は例えば白金−金である。触媒作用
はさらに拡散区域（気相拡散、クヌーセン拡散）の適当
な形態によって減少させることができる。
【００２８】カソード限界電流は測定抵抗１８中で測定
することができる。その大きさは排気ガスがリーンであ
る場合には確かにあまり重要でない、それというのも還
元可能なガスが大部分酸素からなっているためである。
ポンプセル１２は一定のポンプ電圧で作動することがで
きる。この場合、生じるＨ2及びＣＯは即座にＯ2と反応
する場合には、Ｈ2Ｏ及び／又はＣＯ2を還元することは
妨げにならない。著しく不活性な電極１０は、Ｈ2Ｏ還
元もしくはＣＯ2還元を回避するために電流に依存する
ポンプ電圧（Ｕp＝ａ＋ｂＩgr）（上記参照）を用いて
作業する必要がある。
することができる。その大きさは排気ガスがリーンであ
る場合には確かにあまり重要でない、それというのも還
元可能なガスが大部分酸素からなっているためである。
ポンプセル１２は一定のポンプ電圧で作動することがで
きる。この場合、生じるＨ2及びＣＯは即座にＯ2と反応
する場合には、Ｈ2Ｏ及び／又はＣＯ2を還元することは
妨げにならない。著しく不活性な電極１０は、Ｈ2Ｏ還
元もしくはＣＯ2還元を回避するために電流に依存する
ポンプ電圧（Ｕp＝ａ＋ｂＩgr）（上記参照）を用いて
作業する必要がある。
【００２９】酸化可能なガスとして、特にＨＣ、一酸化
炭素（ＣＯ）及びアンモニア（ＮＨ3）が重要である。
ＮＯxの分解の目的で、存在するＮＯxとの反応のために
必要であるよりもより多くのＮＨ3（例えば尿素のよう
な前駆体の形で）が添加される場合、ＮＨ3はＳＣＲ
（選択的接触還元）法の場合、排気ガス中へ達する。限
界電流セル１３中では、図２のグラフ中の曲線２２が示
すように、排気ガス中の酸化可能なガスはアノード酸化
される。アノードの限界電流の強さから酸化可能なガス
の濃度の合計が決定される。酸化可能なガスの濃度が低
く、従ってアノード限界電流が小さいために、ヒータの
挿入は場合により障害になりえる。しかしながらこれが
カソード限界電流においても生じるため、同時に両方の
限界電流中で生じる電流ピークを障害としてフィルタリ
ングできる。
炭素（ＣＯ）及びアンモニア（ＮＨ3）が重要である。
ＮＯxの分解の目的で、存在するＮＯxとの反応のために
必要であるよりもより多くのＮＨ3（例えば尿素のよう
な前駆体の形で）が添加される場合、ＮＨ3はＳＣＲ
（選択的接触還元）法の場合、排気ガス中へ達する。限
界電流セル１３中では、図２のグラフ中の曲線２２が示
すように、排気ガス中の酸化可能なガスはアノード酸化
される。アノードの限界電流の強さから酸化可能なガス
の濃度の合計が決定される。酸化可能なガスの濃度が低
く、従ってアノード限界電流が小さいために、ヒータの
挿入は場合により障害になりえる。しかしながらこれが
カソード限界電流においても生じるため、同時に両方の
限界電流中で生じる電流ピークを障害としてフィルタリ
ングできる。
【００３０】リーンな領域で運転されるエンジンはディ
ーゼルエンジン及び−いずれにせよ時間により−ＢＤＥ
−エンジンである。
ーゼルエンジン及び−いずれにせよ時間により−ＢＤＥ
−エンジンである。
【００３１】センサ１は約６００〜約７００℃の間の温
度で有利に、λ＝１の領域の混合物中で還元可能なガス
及び酸化可能なガスの検出のためにも使用され、この場
合、触媒の監視のために使用される。この領域におい
て、還元可能なガスの濃度も重要であり、その結果アノ
ード及びカソードの限界電流が測定され、濃度決定のた
めに使用される。
度で有利に、λ＝１の領域の混合物中で還元可能なガス
及び酸化可能なガスの検出のためにも使用され、この場
合、触媒の監視のために使用される。この領域におい
て、還元可能なガスの濃度も重要であり、その結果アノ
ード及びカソードの限界電流が測定され、濃度決定のた
めに使用される。
【００３２】λ＝１の付近で運転されるエンジンの排気
ガスはわずかな量の遊離酸素を含有するにすぎない。有
害物質として、粗製排気ガス中の還元可能な成分、例え
ばＮＯx及び酸化可能な成分、例えばＣＯ、Ｈ2及びＨＣ
が生じ、これらは触媒によって著しく低い値にまで低減
される。今日の技術は、エンジンを著しく正確に制御す
ることが可能である。もちろん、エンジンは三元触媒を
用いて運転される場合λ＝１に制御してはならない。こ
のエンジンはむしろ著しく正確にバランスをとった「ス
ウィング運転（Pendelbetrieb）」によりλ＝１付近で
（例えばλ＝０．９７５〜１．０２５）で運転しなけれ
ばならず、それにより排気ガス中の有害物質を排除する
ことができる。図３ａは噴射ポンプ、多様なセンサ及び
制御装置を含めたオットー機関及び触媒からなる装置の
略図である。基準値に対応する組成の燃料混合物を噴射
ポンプ３０から導管３１を介してエンジン３２中へ噴射
し、そこで燃焼させる。排気ガスは導管３３を通してエ
ンジンから外へ誘導され、次いでネルンストセンサ３４
に通される。前記の「スウィング運転」の結果、ネルン
ストセンサ３４、λ＝１−センサの信号４０は図３ｂで
示した形を有し、この形はλ＝１に相当する電圧（４５
０ｍＶ）に対して対称である。示された形から逸脱する
場合、燃料−空気−混合物の組成は制御装置３５を用い
て信号に依存して変えられる。排気ガスがネルンストセ
ンサ３３を通過した後、三元触媒に通され、先行技術の
場合には引き続きＯＢＤ Ｉ（on Board diagnosis I）
センサ３７、もう一つのλ＝１−センサを通過する。運
転状態に応じて、ネルンストセンサ３７は図３ｂのグラ
フに示された信号４１、４３及び４４を示す。振動波を
示す信号４１は、触媒が最適に運転していないことを示
す。曲線４１は触媒の効率が約８０％又はそれ以下であ
るにすぎないことが推知される。この情報は不正確すぎ
る、それというのも触媒は５０％の効率でもなお使用可
能であるためである。信号４３及び４４は直線を形成
し、これは触媒が機能している（効率＞８０％）、つま
りスウィング運転を補償していることを意味する。信号
４３は直線４２によって示された３００〜６００ｍＶの
間の範囲内にある。このことから、エンジンが平均して
λ＝１に制御されていることが推測される。
ガスはわずかな量の遊離酸素を含有するにすぎない。有
害物質として、粗製排気ガス中の還元可能な成分、例え
ばＮＯx及び酸化可能な成分、例えばＣＯ、Ｈ2及びＨＣ
が生じ、これらは触媒によって著しく低い値にまで低減
される。今日の技術は、エンジンを著しく正確に制御す
ることが可能である。もちろん、エンジンは三元触媒を
用いて運転される場合λ＝１に制御してはならない。こ
のエンジンはむしろ著しく正確にバランスをとった「ス
ウィング運転（Pendelbetrieb）」によりλ＝１付近で
（例えばλ＝０．９７５〜１．０２５）で運転しなけれ
ばならず、それにより排気ガス中の有害物質を排除する
ことができる。図３ａは噴射ポンプ、多様なセンサ及び
制御装置を含めたオットー機関及び触媒からなる装置の
略図である。基準値に対応する組成の燃料混合物を噴射
ポンプ３０から導管３１を介してエンジン３２中へ噴射
し、そこで燃焼させる。排気ガスは導管３３を通してエ
ンジンから外へ誘導され、次いでネルンストセンサ３４
に通される。前記の「スウィング運転」の結果、ネルン
ストセンサ３４、λ＝１−センサの信号４０は図３ｂで
示した形を有し、この形はλ＝１に相当する電圧（４５
０ｍＶ）に対して対称である。示された形から逸脱する
場合、燃料−空気−混合物の組成は制御装置３５を用い
て信号に依存して変えられる。排気ガスがネルンストセ
ンサ３３を通過した後、三元触媒に通され、先行技術の
場合には引き続きＯＢＤ Ｉ（on Board diagnosis I）
センサ３７、もう一つのλ＝１−センサを通過する。運
転状態に応じて、ネルンストセンサ３７は図３ｂのグラ
フに示された信号４１、４３及び４４を示す。振動波を
示す信号４１は、触媒が最適に運転していないことを示
す。曲線４１は触媒の効率が約８０％又はそれ以下であ
るにすぎないことが推知される。この情報は不正確すぎ
る、それというのも触媒は５０％の効率でもなお使用可
能であるためである。信号４３及び４４は直線を形成
し、これは触媒が機能している（効率＞８０％）、つま
りスウィング運転を補償していることを意味する。信号
４３は直線４２によって示された３００〜６００ｍＶの
間の範囲内にある。このことから、エンジンが平均して
λ＝１に制御されていることが推測される。
【００３３】信号４４は３００ｍＶを下回る。このこと
から燃料−空気混合物がリーン過ぎであり、エンジン制
御は最適に運転されていないことが推測される。
から燃料−空気混合物がリーン過ぎであり、エンジン制
御は最適に運転されていないことが推測される。
【００３４】ネルンストセンサ３７をセンサ１（引用符
号３８）に置き換えた場合、３つの異なる運転状態にお
いて、図３ｃのグラフに示されたようにそれぞれ２つの
信号４７、４８及び４９が得られる。信号４７はゼロの
線に対してほぼ対称である。このことはエンジン制御が
良好に機能していることを意味する。しかしながら、こ
の信号４７は相互に十分に離れており、このことは排気
ガスがなおかなりの量の還元可能なガス及び酸化可能な
ガスを含有することを意味し、この情報は制限された触
媒効果を示唆する。この信号４７はこの場合、還元可能
な及び酸化可能な排気ガス成分の割合に関する量的な情
報だけでなく、先行技術の場合のように８０〜１００％
の範囲内だけでなく、０〜１００％の範囲内での触媒の
なお維持している効率の程度に関する情報をも可能にし
ている。このことは実際に重要な意味がある、それとい
うのも触媒は限定的に、今日まで可能であるよりも長く
利用できるためである。信号４８はゼロの線に対して対
照的であり、これも良好なエンジン制御を示唆している
が、この信号は法的に許される還元可能な及び酸化可能
な汚染物質の含有量の上限を規定する線４６により境界
付けられる範囲の内側にあるほどゼロの線に近い。ゼロ
の線に近いことは触媒が最適に機能していることを示
す。この信号４９は排気ガス組成が著しくリーンな範囲
内にある場合に得られ、これはエンジン制御が良好に機
能していないことを意味している。この信号は、信号４
７及び４８により特徴付けられる場合と同様に、触媒の
品質に関する情報及び還元可能な及び酸化可能な排気ガ
ス成分の割合に関する情報を提供する。排気ガスの汚染
に関する量的情報を得るために、先行技術による方法の
場合では高価な嵩張る装置、例えばＩＲ−分光分析機を
用いた分析が必要である。センサ１はＯＢＤ ＩＩの場
合の使用に対する本質的な前提条件を満たしている。
号３８）に置き換えた場合、３つの異なる運転状態にお
いて、図３ｃのグラフに示されたようにそれぞれ２つの
信号４７、４８及び４９が得られる。信号４７はゼロの
線に対してほぼ対称である。このことはエンジン制御が
良好に機能していることを意味する。しかしながら、こ
の信号４７は相互に十分に離れており、このことは排気
ガスがなおかなりの量の還元可能なガス及び酸化可能な
ガスを含有することを意味し、この情報は制限された触
媒効果を示唆する。この信号４７はこの場合、還元可能
な及び酸化可能な排気ガス成分の割合に関する量的な情
報だけでなく、先行技術の場合のように８０〜１００％
の範囲内だけでなく、０〜１００％の範囲内での触媒の
なお維持している効率の程度に関する情報をも可能にし
ている。このことは実際に重要な意味がある、それとい
うのも触媒は限定的に、今日まで可能であるよりも長く
利用できるためである。信号４８はゼロの線に対して対
照的であり、これも良好なエンジン制御を示唆している
が、この信号は法的に許される還元可能な及び酸化可能
な汚染物質の含有量の上限を規定する線４６により境界
付けられる範囲の内側にあるほどゼロの線に近い。ゼロ
の線に近いことは触媒が最適に機能していることを示
す。この信号４９は排気ガス組成が著しくリーンな範囲
内にある場合に得られ、これはエンジン制御が良好に機
能していないことを意味している。この信号は、信号４
７及び４８により特徴付けられる場合と同様に、触媒の
品質に関する情報及び還元可能な及び酸化可能な排気ガ
ス成分の割合に関する情報を提供する。排気ガスの汚染
に関する量的情報を得るために、先行技術による方法の
場合では高価な嵩張る装置、例えばＩＲ−分光分析機を
用いた分析が必要である。センサ１はＯＢＤ ＩＩの場
合の使用に対する本質的な前提条件を満たしている。
【００３５】センサ１で測定された還元可能な及び酸化
可能なガスの割合は、測定された限界電流Ｉgrに比例す
る。大部分の還元可能なガスは酸素である。約８００ｍ
Ｖのポンプ電圧で運転する場合、Ｏ2割合が多いときに
は限界電流とＯ2割合との間の比例関係は線状である。
λ＝１−領域にとって特に重要である＜２％の範囲内の
Ｏ2割合において、排気ガスがＨ2Ｏ及びＣＯ2を含有す
る場合、Ｏ2の遊離下でのＣＯ2及びＨ2Ｏの還元に起因
する線形性の逸脱が生じる。限界電流は一方で空気中で
（酸素２１％）のＯ2含有量に対してプロットされた
（曲線５０）、他方で酸素の他にＣＯ2及びＨ2Ｏを含有
するガス混合物に対してプロットされた図４のグラフ
は、曲線５１及び５２の状況を示す。この曲線５１及び
５２は、基本的なポンプ電圧が曲線５１の場合に８００
ｍＶであり、曲線５２の場合に６００ｍＶであることに
より区別される。低い電圧の場合には線形性の逸脱はよ
り僅かであることが認識される。発明者はこの認識か
ら、ポンプ電圧を式Ｕp＝ａ＋ｂ・Ｉg rに応じた限界電
流に依存させる（上記参照）という思想を導き出した。
これとは別に、センサ１中にネルンストセルを組み込ん
だ。こうして改良されたセンサが図５に示されており、
この場合、セラミックプレート３及び４の間にはプレー
ト３に接するセラミックプレート６０及びこのセラミッ
クプレート６０に接するセラミックプレート６１が挿入
されている。プレート６１は貫通する開口部６２を有し
ており、この開口部は開口部７と同じ底面を有すること
ができ、開口部７と同心に配置されていることができ
る。この開口部６２は外気と連結しており、参照空気と
して利用される。開口部６２と接するプレート４の面
は、金属電極６３で覆われており、開口７に接するプレ
ートの面上で開口部７のカソード室内に、開口部７と同
心のリング状の電極６４が設置されている。通常ネルン
ストセルが運転される。カソード電流はネルンストセル
の電圧が例えば４５０ｍＶとなるように制御される。こ
れはアノード部分をλ−バウンス（λ−Sprung）におい
て維持するのに必要なだけカソード部において汲み出さ
れ、それによりＨ2Ｏ及びＣＯ2が分解されないことを補
償する。
可能なガスの割合は、測定された限界電流Ｉgrに比例す
る。大部分の還元可能なガスは酸素である。約８００ｍ
Ｖのポンプ電圧で運転する場合、Ｏ2割合が多いときに
は限界電流とＯ2割合との間の比例関係は線状である。
λ＝１−領域にとって特に重要である＜２％の範囲内の
Ｏ2割合において、排気ガスがＨ2Ｏ及びＣＯ2を含有す
る場合、Ｏ2の遊離下でのＣＯ2及びＨ2Ｏの還元に起因
する線形性の逸脱が生じる。限界電流は一方で空気中で
（酸素２１％）のＯ2含有量に対してプロットされた
（曲線５０）、他方で酸素の他にＣＯ2及びＨ2Ｏを含有
するガス混合物に対してプロットされた図４のグラフ
は、曲線５１及び５２の状況を示す。この曲線５１及び
５２は、基本的なポンプ電圧が曲線５１の場合に８００
ｍＶであり、曲線５２の場合に６００ｍＶであることに
より区別される。低い電圧の場合には線形性の逸脱はよ
り僅かであることが認識される。発明者はこの認識か
ら、ポンプ電圧を式Ｕp＝ａ＋ｂ・Ｉg rに応じた限界電
流に依存させる（上記参照）という思想を導き出した。
これとは別に、センサ１中にネルンストセルを組み込ん
だ。こうして改良されたセンサが図５に示されており、
この場合、セラミックプレート３及び４の間にはプレー
ト３に接するセラミックプレート６０及びこのセラミッ
クプレート６０に接するセラミックプレート６１が挿入
されている。プレート６１は貫通する開口部６２を有し
ており、この開口部は開口部７と同じ底面を有すること
ができ、開口部７と同心に配置されていることができ
る。この開口部６２は外気と連結しており、参照空気と
して利用される。開口部６２と接するプレート４の面
は、金属電極６３で覆われており、開口７に接するプレ
ートの面上で開口部７のカソード室内に、開口部７と同
心のリング状の電極６４が設置されている。通常ネルン
ストセルが運転される。カソード電流はネルンストセル
の電圧が例えば４５０ｍＶとなるように制御される。こ
れはアノード部分をλ−バウンス（λ−Sprung）におい
て維持するのに必要なだけカソード部において汲み出さ
れ、それによりＨ2Ｏ及びＣＯ2が分解されないことを補
償する。
【００３６】図６中にセンサの断面図が図示されてお
り、この断面図は開口部７中に電極７０及び７１を備え
たカソードセル６７及び電極７０及び７３もしくは７０
及び７５を備えたアノードセル６８及び６９を有する。
図６のこのセンサは図１〜３に示されたセンサとは、付
加的なアノードセル６８によって異なっている。このア
ノードセルは排気ガス中の２種の酸化可能なガスを選択
的に同時に測定するために用いられる。この選択性を達
成するために、電極７３は酸化可能なガスの一方の酸化
だけを触媒する金属からなる必要がある。このような材
料は混合ポテンシャルセンサの開発の際に見出された。
これはコバルト及びクロムを含有するスピネルである。
ガスを選択的に酸化させるために、特別な場合に適した
組成及び適当な電極の形状は簡単な試験によって調査で
きる。例えばλ＝１−領域における排気ガス中でＣＯ及
びＨＣ又はＣＯ及びＮＨ3を同時に測定するために、カ
ソードセル（電極７０及び７１）中で還元可能なガスが
汲み出された後に、第１のアノードセル６８中でＣＯが
酸化され、第２のアノード６９中でＨＣもしくはＮＨ 3
が酸化される。この現象は図６に記載されたグラフにつ
いて示されており、その際、ガスの濃度がガス拡散の進
行する経路に対してプロットされており、この場合、曲
線８０は還元可能なガス、曲線８１はＣＯ及び曲線８２
はＨＣもしくはＮＨ3である。電極７１はこの場合Ｐｔ
−Ａｕからなり、電極７３はＣｏＣｒＭｎＯ4を有し、
電極７５はＰｔ−Ｒｈからなる。
り、この断面図は開口部７中に電極７０及び７１を備え
たカソードセル６７及び電極７０及び７３もしくは７０
及び７５を備えたアノードセル６８及び６９を有する。
図６のこのセンサは図１〜３に示されたセンサとは、付
加的なアノードセル６８によって異なっている。このア
ノードセルは排気ガス中の２種の酸化可能なガスを選択
的に同時に測定するために用いられる。この選択性を達
成するために、電極７３は酸化可能なガスの一方の酸化
だけを触媒する金属からなる必要がある。このような材
料は混合ポテンシャルセンサの開発の際に見出された。
これはコバルト及びクロムを含有するスピネルである。
ガスを選択的に酸化させるために、特別な場合に適した
組成及び適当な電極の形状は簡単な試験によって調査で
きる。例えばλ＝１−領域における排気ガス中でＣＯ及
びＨＣ又はＣＯ及びＮＨ3を同時に測定するために、カ
ソードセル（電極７０及び７１）中で還元可能なガスが
汲み出された後に、第１のアノードセル６８中でＣＯが
酸化され、第２のアノード６９中でＨＣもしくはＮＨ 3
が酸化される。この現象は図６に記載されたグラフにつ
いて示されており、その際、ガスの濃度がガス拡散の進
行する経路に対してプロットされており、この場合、曲
線８０は還元可能なガス、曲線８１はＣＯ及び曲線８２
はＨＣもしくはＮＨ3である。電極７１はこの場合Ｐｔ
−Ａｕからなり、電極７３はＣｏＣｒＭｎＯ4を有し、
電極７５はＰｔ−Ｒｈからなる。
【００３７】図６中に示されたセンサ部分断面図は、セ
ンサ１（図１）の場合と類似したセンサに属し、このカ
ソードセルが一定の電圧、電流依存電圧（式Ｕp＝ａ＋
ｂ・Ｉgrによる）で作動し、又は図５のセンサと同様の
構造である。
ンサ１（図１）の場合と類似したセンサに属し、このカ
ソードセルが一定の電圧、電流依存電圧（式Ｕp＝ａ＋
ｂ・Ｉgrによる）で作動し、又は図５のセンサと同様の
構造である。
【図１】本発明による１実施態様のセンサの断面図。
【図２】図１のセンサの部分断面図及び還元可能なガス
成分と酸化可能なガス成分の濃度を位置座標に対してプ
ロットしたグラフ。
成分と酸化可能なガス成分の濃度を位置座標に対してプ
ロットしたグラフ。
【図３】エンジン、第１のネルンストセル、触媒および
センサ（第２のネルンストセル又は本発明によるセン
サ）を通過する経路の略図（図３ａ）、図３ａの第１の
ネルンストセル中で測定された電圧及び第２のネルンス
トセル中で測定された電圧をプロットしたグラフ（図３
ｂ）、図３ａのセンサにおいて測定された還元可能な及
び酸化可能な排気ガス成分の限界電流を時間に対してプ
ロットしたグラフ（図３ｃ）。
センサ（第２のネルンストセル又は本発明によるセン
サ）を通過する経路の略図（図３ａ）、図３ａの第１の
ネルンストセル中で測定された電圧及び第２のネルンス
トセル中で測定された電圧をプロットしたグラフ（図３
ｂ）、図３ａのセンサにおいて測定された還元可能な及
び酸化可能な排気ガス成分の限界電流を時間に対してプ
ロットしたグラフ（図３ｃ）。
【図４】Ｏ2含有ガスの測定された限界電流をＯ2濃度に
対してプロットしたグラフ。
対してプロットしたグラフ。
【図５】本発明による１実施態様のセンサの断面図。
【図６】２種の酸化可能なガス成分の選択的測定に適し
た本発明によるもう一つの実施態様のセンサの断面図及
び各ガス成分の濃度を位置座標に対してプロットしたグ
ラフ。
た本発明によるもう一つの実施態様のセンサの断面図及
び各ガス成分の濃度を位置座標に対してプロットしたグ
ラフ。
１ センサ、 ２，３，４，５ セラミック層、 ８
開口部、 ９，１０，１１ 電極、 １２，１３ 限界
電流セル
開口部、 ９，１０，１１ 電極、 １２，１３ 限界
電流セル
Claims (24)
- 【請求項１】 限界電流測定のための手段が設けられて
いる流動する排気ガス成分用センサにおいて、還元可能
なガス用の限界電流ポンプ及び拡散方向で見て前記限界
電流ポンプの後方に配置された酸化可能なガス用の限界
電流ポンプが設置されており、その際、還元可能なガス
用の限界電流ポンプの電極が酸化可能なガスと還元可能
なガスとの間の反応を触媒しない材料からなることを特
徴とする流動する排気ガス成分用センサ。 - 【請求項２】 電極材料が白金−金からなる、請求項１
記載のセンサ。 - 【請求項３】 両方の限界電流ポンプが１つの基板上に
設置されている、請求項１又は２記載のセンサ。 - 【請求項４】 酸化可能なガス用の限界電流ポンプが一
定のポンプ電圧で作動することができる、請求項１から
３までのいずれか１項記載のセンサ。 - 【請求項５】 還元可能なガス用の限界電流ポンプが一
定のポンプ電圧で作動するか又は限界電流に依存するポ
ンプ電圧で作動することができる、請求項１から４まで
のいずれか１項記載のセンサ。 - 【請求項６】 電圧を、式：Ｕp ＝ ａ＋ｂ・Ｉgrに
応じて電子工学的に制御する、請求項５記載のセンサ。 - 【請求項７】 ネルンストセルと組み合わされている、
請求項５記載のセンサ。 - 【請求項８】 ネルンストセルがカソード室中に配置さ
れている、請求項７記載のセンサ。 - 【請求項９】 少なくとも２つの酸化可能なガス用ポン
プセルが設けられており、この場合、拡散方向で見て後
者のセルの前にあるセル中でだけその都度酸化可能な排
気ガス成分の反応を可能にするように電極材料が選択さ
れ、その際、この材料はその組成に関して、及び場合に
よりその形状に関して選択される、請求項１から８まで
のいずれか１項記載のセンサ。 - 【請求項１０】 アノード室用に２つのポンプセルが設
けられている、請求項９記載のセンサ。 - 【請求項１１】 拡散方向で見て第１のポンプの電極材
料が、コバルト−クロム−スピネルを含有する、請求項
１０記載のセンサ。 - 【請求項１２】 スピネルが、コバルト−クロム−マン
ガン−スピネルである、請求項１１記載のセンサ。 - 【請求項１３】 請求項１から１２までのいずれか１項
記載のセンサを使用して、排気ガス中の還元可能な成分
及び酸化可能な成分の割合を測定する方法。 - 【請求項１４】 リーンな排気ガスの酸化可能な成分の
割合を測定する、請求項１３記載の方法。 - 【請求項１５】 さらに還元性成分の割合を測定する、
請求項１４記載の方法。 - 【請求項１６】 約７００〜約８００℃の範囲内の温度
で測定する、請求項１４又は１５記載の方法。 - 【請求項１７】 λがほぼ１の排気ガスの還元可能な成
分及び酸化可能な成分の割合を測定する、請求項１３記
載の方法。 - 【請求項１８】 約６００〜約７００℃の範囲内の温度
で測定する、請求項１７記載の方法。 - 【請求項１９】 酸化可能な排気ガス成分の割合の合計
を測定する、請求項１３から１８までのいずれか１項記
載の方法。 - 【請求項２０】 個々の酸化可能な排気ガス成分の割合
を選択的に測定する、請求項１３から１８までのいずれ
か１項記載の方法。 - 【請求項２１】 アンモニアの割合を測定する、請求項
２０記載の方法。 - 【請求項２２】 ２種の酸化可能な排気ガス成分を選択
的に測定する、請求項２０記載の方法。 - 【請求項２３】 一酸化炭素とアンモニアの割合又は一
酸化炭素と炭化水素の割合を並行して測定する、請求項
２２記載の方法。 - 【請求項２４】 還元性ガスの割合をＣＯ2及びＨ2Ｏの
分解を回避しながら測定する、請求項１３から２３まで
のいずれか１項記載の方法。
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