JP5642275B2 - 測定ガス空間内のガスの特性を測定する装置 - Google Patents
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Description
公知の装置及び方法の上記欠点を少なくとも大部分回避する、測定ガス空間内のガスの少なくとも1つの特性を測定する装置及び方法を提案する。ガスとは特に、例えば内燃機関の排ガスであってよい。測定ガス空間とは、例えば排ガスチャネルであってよい。測定ガス空間内のガスの少なくとも1つの特性とは、基本的に任意の物理的及び/又は化学的特性であってよい。しかし、この少なくとも1つの特性がガス中のガス成分の割合、例えば分圧、パーセンテージ又は他の量で定量化しうる割合であると、特に有利である。ガス成分はとりわけ酸素としてよい。しかし他の種類のガス成分も検出可能である。特性は定性的又は定量的に検出される。特性はとりわけ酸素割合、例えば酸素分圧及び/又は空気比であってよい。以下では、他の可能な実施形態を制限することなく、以上のことを前提とする。よって、装置はとりわけ少なくとも1つのラムダセンサを含んでいてよい。
図1には、測定ガス空間112内のガスの少なくとも1つの特性を測定する先行技術による装置110が示されている。測定ガス空間112は例えば内燃機関の排ガス路であってよい。図示の実施例では、装置110はセンサ素子114とインタフェース116を介してセンサ素子114に接続されたコントロール部118とを含んでいる。コントロール部118は1つ以上の電子素子を含んでいてよく、また完全に又は部分的に特定用途向け集積回路(ASIC)として形成されていてよい。センサ素子114は例えばラムダセンサとして形成されていてよく、図示の実施例では、内部ポンプ電極(IPE)とも呼ばれる第1電極120と、排気電極(ALE)とも呼ばれる第2電極122と、これら電極120、122を接続する固体電解質124、例えばイットリウム安定化二酸化ジルコニウムを含んでいる。図示の実施例では、電極120、122は層構造の内部に配置されている。第1電極120は電極中空体126の中に配置されており、第1電極120にはガス流入孔128を介して測定ガス空間からのガスを印加することができる。電極中空体126とガス流入孔128の間には拡散障壁130が配置されている。拡散障壁130は、測定ガス空間112からのガスの電極中空体116内へ又は逆方向に流れるのを防ぎ、拡散輸送のみを許す多孔質の部材である。一方、第2電極122は基準ガスチャネル134又は排気チャネルの形態の基準ガス空間132内に配置されている。図示の実施例では、基準ガスチャネル134はガス透過性の多孔質媒体で充填されている。電極120、122とこれら電極を接続する固体電解質124とでポンプセル136が形成されている。電極120、122は、図1AにおいてALE(排気電極)又はIPE(内部ポンプ電極)と記されている接続コンタクト138によって電気的にコンタクト可能である。さらに、センサ素子114は、図示の実施例では、2つのヒータコンタクトH+及びH-を有する加熱抵抗144を包囲するヒータ絶縁142を備えた加熱素子140を含んでいる。
Claims (20)
- 測定ガス空間(112)内のガスの少なくとも1つの特性を測定する装置(110)であって、
前記装置(110)は、少なくとも1つのセンサ素子(114)と少なくとも1つのコントロール部(118)を含んでおり、
前記センサ素子(114)は、少なくとも1つの第1電極(120)及び少なくとも1つの第2電極(122)並びに前記第1電極(120)と前記第2電極(122)とを接続する少なくとも1つの固体電解質(124)を備えた少なくとも1つのポンプセル(136)を含んでおり、
前記第1電極(120)には前記測定ガス空間(112)からのガスが供給可能であり、
前記第2電極(122)は、少なくとも1つの基準ガス空間(132)内に配置されており、
前記センサ素子(114)は、更に少なくとも1つの第3電極(162)を有しており、
前記第3電極(162)と前記第2電極(122)とで補助ポンプセル(166)が形成されており、
前記コントロール部(118)は、前記第2電極(122)を仮想アース(148)に接続するように構成されており、
前記仮想アース(148)は、前記第2電極(122)に電極電位を印加し、
前記コントロール部(118)は、前記電極電位を前記ガスの測定された特性に依存して変化させるように構成されており、
前記コントロール部(118)は、更に前記ポンプセル(136)にポンプ電圧が印加され、前記第1電極(120)におけるポンプ電流が測定されるように構成されている、
ことを特徴とする装置(110)。 - 前記少なくとも1つの特性の測定は、少なくとも1つのガス成分の割合の検出である、
請求項1に記載の装置(110)。 - 前記コントロール部(118)は、前記第3電極(162)と前記第2電極(122)との間に電圧を印加し、前記補助ポンプセル(166)に補助ポンプ電流を流れさせるように構成されている、
請求項1又は2に記載の装置(110)。 - 前記コントロール部(118)は、前記第3電極(162)に電極電位を印加するように構成されており、
前記電圧は前記電極電位と前記仮想アース(148)の電位との間の電位差として生じる、
請求項3に記載の装置(110)。 - 前記電極電位は、一定の電極電位である、
請求項4に記載の装置(110)。 - 測定すべき前記特性は、前記ガス中の酸素割合であり、
前記電圧は、或る量の酸素が前記補助ポンプセル(166)によって前記第2電極(122)へとポンピングされ、その結果、所定の空気比範囲内の各空気比について、静的な測定の際に前記第2電極(122)に酸素が存在するように選定されている、
請求項3から5のいずれか1項に記載の装置(110)。 - 前記コントロール部(118)は、前記ポンプセル(136)にポンプ電圧を印加するために、少なくとも1つのポンプ電圧源(152)を含んでおり、
前記ポンプ電圧源(152)は、単極ポンプ電圧源(152)として形成されており、
前記仮想アース(148)の電位は、所定の空気比範囲内で前記第1電極(120)の電位の正負が替わらないように、所定の空気比範囲内で選定されている、
請求項6に記載の装置(110)。 - 前記第3電極(162)には、前記測定ガス空間(112)からのガス及び/又は別の基準ガス空間(132)からのガスが供給可能である、
請求項1から7のいずれか1項に記載の装置(110)。 - 前記仮想アース(148)は、調節可能な仮想アース(148)として形成されている、
請求項1から8のいずれか1項に記載の装置(110)。 - 前記第2電極(122)は、基準ガスチャネル(134)内に配置されている、
請求項1から9のいずれか1項に記載の装置(110)。 - 前記センサ素子(114)は、更に、少なくとも2つのヒータコンタクトを備えた少なくとも1つの加熱素子(140)を有しており、
前記第3電極(162)は、前記ヒータコンタクトの少なくとも1つと電気的に接続されている、
請求項1から10のいずれか1項に記載の装置(110)。 - 前記コントロール部(118)は、前記第3電極(162)と前記ヒータコンタクトに一定の電位を印加するように構成されている、
請求項11記載の装置(110)。 - 前記一定の電位は、アース電位である、
請求項12に記載の装置(110)。 - 前記ガスの測定された特性は、空気比である、
請求項1から13のいずれか1項に記載の装置(110)。 - 前記コントロール部(118)は、λ=1において前記電極電位の値に極小値をとらせるように構成されている、
請求項14に記載の装置(110)。 - 前記変化は、1秒〜10秒の時定数で行われる、
請求項1から15のいずれか1項に記載の装置(110)。 - 前記基準ガス空間(132)は、開端形の基準ガスチャネル(134)として形成されている、
請求項1から16のいずれか1項に記載の装置(110)。 - 前記開端形の基準ガスチャネル(134)は、開端形の空気基準チャネルである、
請求項17に記載の装置(110)。 - 測定ガス空間(112)内のガスの少なくとも1つの特性を測定する方法において、
少なくとも1つの第1電極(120)及び少なくとも1つの第2電極(122)並びに前記第1電極(120)と前記第2電極(122)とを接続する少なくとも1つの固体電解質(124)を備えた少なくとも1つのポンプセル(136)を有するセンサ素子(114)を使用し、
前記第1電極(120)には前記測定ガス空間(112)からのガスが供給可能であり、
前記第2電極(122)は、少なくとも1つの基準ガス空間(132)内に配置されており、
前記センサ素子(114)は、更に少なくとも1つの第3電極(162)を有しており、
前記第3電極(162)と前記第2電極(122)とで補助ポンプセル(166)が形成されており、
前記第2電極(122)を仮想アース(148)に接続し、
前記仮想アース(148)は、前記第2電極(122)に電極電位を印加し、
前記電極電位を前記ガスの測定された特性に依存して変化させ、
前記ポンプセル(136)にポンプ電圧を印加し、前記第1電極(120)におけるポンプ電流を測定する、
ことを特徴とする方法。 - 請求項1から18のいずれか1項に記載の装置(110)を使用して実施する、
請求項19に記載の方法。
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