JP5705335B2 - ガス空間における混合気のパラメータを検出するためのセンサ素子と方法 - Google Patents
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Description
DE 38 34 987 A1には、混合気、特に内燃機関の廃ガスのλ値を検出するための、限界電流センサ用のセンサ素子が開示されている。このセンサ素子は、O-2イオンを案内する固体電解質上に配置されている外側のポンプ電極及び内側のポンプ電極を備えており、それら2つの電極の内、内側のポンプ電極は拡散ギャップを通過して供給される測定ガスを受け取り、拡散ギャップは固体電解質によって覆われており、拡散ギャップに対する覆いを形成する固体電解質は、セラミック基板をシルクスクリーン技術で印刷することによって形成される固体電解質層である。
DE 20 2004 015 400 U1には、酸素測定のため、並びに体積流測定及び/又は流入量測定のためのセンサが開示されており、このセンサにおいては、絶縁体から成るプレート状の支持体の第1の表面の一領域に、固体電解質の複数の層と、給電線を備えた電極と、複数ある電極の内の一つの給電線以外の部分を覆っている拡散バリアとが相互に並んで配置されている。プレート状の支持体の第1の表面とは反対側の第2の表面の一領域においては、導電体から成る層が少なくとも一つの加熱素子として配置されている。
EP 0 152 942 A2には、混合気の燃料空気混合比を検出するための装置が開示されている。この装置は第1の側及び第2の側を備えている分離部を有している。この分離部は、第1の側において、大気を受け取り、且つ、大気と空気式に接続されている空間を画定し、また第2の側において、排ガスを受け取り、且つ、排ガス源と空気式に接続されている空間を画定する。分離部はまた、酸素イオン伝導性の固体電解質の少なくとも一部を含んでいる。更に装置は、大気に晒されている第1の電極手段と、排ガスに晒されている第2の電極手段とを有しており、酸素イオン伝導性の固体電解質は第1の電極手段と第2の電極手段との間に配置されている。装置は排ガスを受け取る空間への排ガスの拡散を制限するための手段も有している。
DE 31 08 305 A1には、排ガスにおけるラムダ当量点を検出するための、拡散限界電流の原理に従い動作するポーラログラフ測定センサが記載されており、このポーラログラフ測定センサは、プレートの形態の酸素イオン伝導性の固体電解質を備えており、この固体電解質は一方の側においてアノードを担持し、他方の側においてカソードを担持しており、それらアノード及びカソードに一定の電圧を印加することができる。カソードは多孔性の層の形態の拡散バリアでもって覆われている。二つの電極は測定すべきガスに晒されている。カソードは二つの部分カソードに分割されており、それら二つの部分カソードは測定領域において隣接して並んで配置されており、また一方の部分カソードは他方の部分カソードよりも強い陰極極性が与えられている。
EP 0 607 385 A1には、内燃機関の排ガスにおける特定の成分の濃度を検出するためのセンサが開示されている。センサはポンプセルを有しており、このポンプセルのカソードには第1の拡散バリアが設けられており、アノードには第2の拡散バリアが設けられている。代替的な実施の形態においては、センサが無負荷の基準電極を有しており、この基準電極は、電極のうちの少なくとも一つの電極の基準電極に対する分極を測定するために測定ガス中に設けられている。
DB 196 10 911 A1には、固体電解質によって形成されている内壁を備えている測定チャンバと、少なくとも一つの電極ペアを有しているガスセンサを用いて、混合気中のガスの部分圧、特に空気における部分圧を検出するための装置が開示されている。電極ペアを形成する一方の内側の電極は測定チャンバ内に配置されており、他方の外側の電極は混合気と接触している。更に装置は制御ユニットを有しており、この制御ユニットは動作時に固体電解質に対応付けられている電極ペアにポンプ電圧を印加し、それによりポンプ電流を形成するために設けられている。制御ユニットはポンプ電流を一時的に遮断する。装置はまた測定ユニットも有しており、この測定ユニットは無電流の時間中に、ネルンスト電圧によって形成される、固体電解質に対応付けられている電極ペアの電位差を測定する。
測定フェーズ中に遮断を目的として電流源を制御するステップ。
測定フェーズ中に、第1の電極と第2の電極との間の電極電圧を検出し、所定の目標電圧からの電極電圧の偏差に依存してポンプ電流を求めるステップ。
時間的に測定フェーズに続く動作フェーズにおいて、電流源がセンサ素子の第2の電極にポンプ電流を供給するように電流源を制御するステップ。測定フェーズの上記のステップ、並びにそれに続く、第2の電極にポンプ電流を供給するために電流源を制御するステップは、電極電圧と所定の目標電圧との間の偏差を最小にすることを目的として何度も実行される。
ポンプ電流に依存して、ガス空間における混合気のパラメータを求めるステップ。
測定フェーズ中に遮断を目的として電流源を制御するステップ。
測定フェーズ中に、第1の電極と第2の電極との間の電極電圧を検出し、所定の目標電圧からの電極電圧の偏差に依存してポンプ電流を求めるステップ。
時間的に測定フェーズに続く動作フェーズにおいて、電流源がセンサ素子の第2の電極にポンプ電流を供給するように電流源を制御するステップ。測定フェーズの上記のステップ、並びにそれに続く、第2の電極にポンプ電流を供給するための電流源を制御するステップは、電極電圧と所定の目標電圧との間の偏差を最小にすることを目的として何度も実行される。
ポンプ電流に依存して、ガス空間における混合気のパラメータを求めるステップ。
第3の態様による一つの別の有利な実施の形態においては、ガス流入制限部が第1の拡散バリア層を含んでいる。第1の拡散バリア層は、この第1の拡散バリア層が所定の第1の領域において第1の電極と結合されており、且つ、その第1の領域内だけで第1の電極に第1の拡散バリア層を介してガス空間の混合気が供給されるように配置されている。
Claims (7)
- ガス空間における混合気のパラメータを検出するセンサ素子(10)において、
前記センサ素子(10)は、第1の電極(20)と、第1の拡散バリア層(30)と、第2の電極(40)と、固体電解質(50)とを有しており、
前記第1の拡散バリア層(30)は、該第1の拡散バリア層(30)が所定の第1の領域において前記第1の電極(20)と接続されており、且つ、前記第1の領域内においてのみ前記第1の電極(20)に前記第1の拡散バリア層(30)を介して前記ガス空間の前記混合気が供給されるように配置されており、
前記第2の電極(40)は、別の第1の領域において前記第2の電極(40)に前記ガス空間の前記混合気が供給されるように配置されており、
前記固体電解質(50)は前記第1の電極(20)及び前記第2の電極(40)と接続されるように構成されており、
前記センサ素子は平面状の層構造を有しており、前記第1の電極(20)及び前記第2の電極(40)は、第1の軸(A1)に沿って所定の間隔を空けて、且つ、それぞれの層及び前記第1の軸(A1)に直交する第2の軸(A2)に沿って垂直方向に相互にずらされて、少なくとも部分的に前記固体電解質(50)内に埋設されており、
前記第2の電極(40)の表面及び前記第1の拡散バリア(30)の表面が一つの平面を形成し、
前記第2の電極(40)には、前記平面を介して前記ガス空間の前記混合気が供給され、
前記第1の電極(20)には、前記平面と、間接的に前記第1の拡散バリア層(30)とを介して前記ガス空間の前記混合気が供給されることを特徴とする、センサ素子(10)。 - 前記第1の拡散バリア層(30)は多孔性のセラミック材料を有している、請求項1に記載のセンサ素子(10)。
- 前記第1の拡散バリア層(30)はジルコニアを有している、請求項1又は2に記載のセンサ素子(10)。
- 前記センサ素子(10)は第2の拡散バリア層を有しており、
前記第2の拡散バリア層は、該第2の拡散バリア層が前記別の第1の領域において前記第2の電極(40)と接続されており、且つ、前記別の第1の領域においてのみ前記第2の電極(40)に前記第2の拡散バリア層を介して前記ガス空間の前記混合気が供給されるように配置されており、
前記第2の拡散バリア層は前記混合気の少なくとも一つの所定のガス成分に対して、前記第1の拡散バリア層(30)の第1の拡散抵抗よりも低い第2の拡散抵抗を有している、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のセンサ素子(10)。 - 前記第1の拡散バリア層(30)及び前記第2の拡散バリア層は同一のセラミック材料を有している、請求項4に記載のセンサ素子(10)。
- 前記第2の電極(40)の前記別の第1の領域は、前記第1の電極(20)の前記第1の領域よりも大きい面積を有している、請求項1乃至5のいずれか一項に記載のセンサ素子(10)。
- ガス空間内に配置されており、且つ、電流源と電気的に接続されている第1の電極(20)及び第2の電極(40)を備えている、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のセンサ素子(10)を用いて前記ガス空間における混合気のパラメータを検出する方法において、
測定フェーズ中に遮断を目的として前記電流源を制御するステップと、
前記測定フェーズ中に、前記第1の電極(20)と前記第2の電極(40)との間の電極電圧を検出し、所定の目標電圧からの前記電極電圧の偏差に依存してポンプ電流を求めるステップと、
時間的に前記測定フェーズに続く動作フェーズにおいて、前記電流源が前記センサ素子(10)の前記第2の電極(40)に前記ポンプ電流を供給するように前記電流源を制御するステップ、但し、前記測定フェーズの複数のステップ、並びにそれに続く、前記第2の電極(40)に前記ポンプ電流を供給するために前記電流源を制御するステップを、前記電極電圧と前記所定の目標電圧との間の偏差を最小にすることを目的として何度も実行する、
前記ポンプ電流に依存して、前記ガス空間における前記混合気のパラメータを求めるステップとを備えていることを特徴とする、方法。
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