DE102019000726A1

DE102019000726A1 - Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases und System zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases

Info

Publication number: DE102019000726A1
Application number: DE102019000726.3A
Authority: DE
Inventors: Taku Okamoto
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2018-02-13
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2019-08-14
Also published as: CN110161104A; CN110161104B; JP2019138800A; JP6966348B2; US10969362B2; US20190250123A1

Abstract

Eine Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases misst die Konzentration eines spezifischen Gases in einem Messgegenstandsgas mit einem Sensorelement, das einen Mischpotenzialsensor umfasst, der eine Erfassungselektrode und eine Referenzelektrode umfasst. Eine Einheit zur Ableitung der Konzentration eines spezifischen Gases, die in der Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases enthalten ist, erfasst eine elektromotorische Kraft und leitet einen Korrekturwert (ΔV) ab, der die Differenz zwischen einer elektromotorischen Kraft für die Korrekturwertableitung (Vb), welche die elektromotorische Kraft ist, und einer elektromotorischen Referenzkraft (Va) kompensiert, die auf der Basis von Informationen über die elektromotorische Referenzkraft, die in einer Speichereinheit gespeichert sind, bei einer Korrekturwert-Ableitungszeit bestimmt wird, welche die Zeit ist, während der die Erfassungselektrode einem Gas für die Korrekturwertableitung ausgesetzt ist, welches das Messgegenstandsgas ist, das bei dem Zustand vorliegt, bei dem angenommen wird, dass weder Ammoniak noch ein brennbares Gas enthalten ist. In einer Konzentrationsableitungsverarbeitung anschließend an die Korrekturwert-Ableitungszeit leitet die Einheit zur Ableitung der Konzentration eines spezifischen Gases die Konzentration eines spezifischen Gases unter Verwendung einer korrigierten elektromotorischen Kraft ab, die durch Korrigieren der elektromotorischen Kraft mit dem Korrekturwert bestimmt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases und ein System zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases.
STAND DER TECHNIK
Gassensoren, welche die Konzentration eines spezifischen Gases, wie z.B. die Ammoniakkonzentration, in einem Messgegenstandsgas, wie z.B. einem Kraftfahrzeugabgas, erfassen, sind bekannt. Beispielsweise ist ein Mischpotenzial-Gassensor, der eine Erfassungselektrode und eine Referenzelektrode umfasst, die auf einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten angeordnet sind, in PTL 1 beschrieben.
DOKUMENTENLISTE
PATENTDOKUMENT
PTL 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2017-116371
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Wenn die Konzentration eines spezifischen Gases mit einem Mischpotenzial-Gassensor abgeleitet wird, wird die Entsprechung zwischen der Konzentration des spezifischen Gases und der elektromotorischen Kraft vor der Ableitung im Vorhinein bestimmt, und die Konzentration des spezifischen Gases wird auf der Basis der Entsprechung und der Ausgabe des Gassensors (der elektromotorischen Kraft zwischen der Erfassungs- und der Referenzelektrode) bestimmt. Die Entsprechung kann z.B. durch Testen einer Mehrzahl von Gasen, die das spezifische Gas bei verschiedenen bekannten Konzentrationen umfassen, und Messen der Ausgabe des Gassensors für jedes der Gase bestimmt werden.
Die Entsprechung zwischen der elektromotorischen Kraft und der Konzentration des spezifischen Gases kann jedoch von der im Vorhinein festgelegten Entsprechung in dem Fall abweichen, bei dem z.B. der Gassensor für einen längeren Zeitraum verwendet wird. Wenn die Konzentration des spezifischen Gases auf der Basis der im Vorhinein festgelegten Entsprechung unter den Umständen abgeleitet wird, bei denen das Phänomen aufgetreten ist, kann die Genauigkeit der Messung der Konzentration des spezifischen Gases verschlechtert werden.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehenden Probleme zu lösen. Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist die genaue Ableitung der Konzentration eines spezifischen Gases in dem Messgegenstandsgas.
Zum Lösen der Hauptaufgabe nutzt die vorliegende Erfindung die folgenden Gegenstände.
Eine Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases gemäß der vorliegenden Erfindung ist

eine Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases, welche die Konzentration eines spezifischen Gases mit einem Sensorelement misst, das eine Mischpotenzialzelle umfasst, wobei die Mischpotenzialzelle einen Festelektrolytkörper, eine Erfassungselektrode, die auf dem Festelektrolytkörper angeordnet ist, und eine Referenzelektrode, die auf dem Festelektrolytkörper angeordnet ist, umfasst, wobei die Konzentration eines spezifischen Gases die Konzentration eines spezifischen Gases in einem Messgegenstandsgas ist, wobei das spezifische Gas aus Ammoniak und einem brennbaren Gas ausgewählt ist, wobei die Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases umfasst:
eine elektromotorische Kraft-Erfassungseinheit, die eine elektromotorische Kraft der Mischpotenzialzelle erfasst, die bei dem Zustand erzeugt wird, bei dem die Erfassungselektrode dem Messgegenstandsgas ausgesetzt wird;
eine Sauerstoffkonzentration-Erfassungseinheit, die eine Sauerstoffkonzentration in dem Messgegenstandsgas erfasst;
eine Speichereinheit, die eine Messentsprechung und Informationen über eine elektromotorische Referenzkraft speichert, wobei die Messentsprechung die Entsprechung zwischen der Konzentration eines spezifischen Gases, der Sauerstoffkonzentration und der elektromotorischen Kraft ist, wobei die Informationen bezüglich der elektromotorischen Referenzkraft eine elektromotorische Referenzkraft betreffen, welche die elektromotorische Kraft ist, die bei dem Zustand erzeugt wird, bei dem die Erfassungselektrode einem Gas ausgesetzt ist, das Ammoniak oder ein brennbares Gas nicht umfasst; und
eine Einheit zur Ableitung der Konzentration eines spezifischen Gases, die eine Konzentrationsableitungsverarbeitung durchführt, in der die Konzentration eines spezifischen Gases, die der elektromotorischen Kraft entspricht, und die Sauerstoffkonzentration auf der Basis der Messentsprechung abgeleitet werden,
wobei die Einheit zur Ableitung der Konzentration eines spezifischen Gases bei einer Korrekturwert-Ableitungszeit bewirkt, dass die elektromotorische Kraft-Erfassungseinheit die elektromotorische Kraft erfasst und einen Korrekturwert ableitet, der die Differenz zwischen einer elektromotorischen Kraft für die Korrekturwertableitung, welche die elektromotorische Kraft ist, und der elektromotorischen Referenzkraft auf der Basis der Informationen über die elektromotorische Referenzkraft kompensiert, wobei die Korrekturwert-Ableitungszeit die Zeit ist, während der die Erfassungselektrode einem Gas für die Korrekturwertableitung ausgesetzt ist, wobei das Gas für die Korrekturwertableitung das Messgegenstandsgas ist, das bei dem Zustand vorliegt, bei dem angenommen wird, dass weder Ammoniak noch ein brennbares Gas enthalten ist, wobei die Einheit zur Ableitung der Konzentration eines spezifischen Gases in der Konzentrationsableitungsverarbeitung, die anschließend an die Korrekturwert-Ableitungszeit durchgeführt wird, die Konzentration eines spezifischen Gases unter Verwendung einer korrigierten elektromotorischen Kraft ableitet, die durch Korrigieren der elektromotorischen Kraft mit dem Korrekturwert bestimmt wird.

Die Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases kann die Konzentration eines spezifischen Gases in dem Messgegenstandsgas genau ableiten. Die Gründe dafür sind nachstehend beschrieben. Die Entsprechung zwischen den Konzentrationen eines spezifischen Gases und Sauerstoff in dem Messgegenstandsgas und der elektromotorischen Kraft einer Mischpotenzialzelle kann sich in dem Fall ändern, bei dem z.B. ein Sensorelement für einen längeren Zeitraum verwendet wird (nachstehend wird diese Änderung als „Änderung der Ausgabeeigenschaften“ bezeichnet). Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, dass die Änderung der Ausgabeeigenschaften die Änderung ist, bei der die elektromotorische Kraft im Wesentlichen in dem gleichen Ausmaß unabhängig von den Konzentrationen des spezifischen Gases und von Sauerstoff abweicht (sich ändert). Daher wird davon ausgegangen, dass es die Verwendung eines Korrekturwerts, der die Abweichung der elektromotorischen Kraft kompensiert, die aufgrund der Änderung der Ausgabeeigenschaften aufgetreten ist, ermöglicht, die Konzentration des spezifischen Gases genau abzuleiten. Die Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases gemäß der vorliegenden Erfindung leitet den Korrekturwert ab, der die Differenz zwischen einer elektromotorischen Referenzkraft und einer elektromotorischen Kraft für die Korrekturwertableitung kompensiert. Die elektromotorische Referenzkraft ist der Wert, der von den gespeicherten Informationen über die elektromotorische Referenzkraft abgeleitet wird, und sie ist eine elektromotorische Kraft, die vor dem Auftreten der Änderung der Ausgabeeigenschaften erzeugt wird. Die elektromotorische Kraft für die Korrekturwertableitung ist eine elektromotorische Kraft, welche die Abweichung der elektromotorischen Kraft wiedergibt, wenn die Änderung der Ausgabeeigenschaften aufgetreten ist. Sowohl die elektromotorische Kraft für die Korrekturwertableitung als auch die elektromotorische Referenzkraft sind die elektromotorischen Kräfte, die bei dem Zustand erzeugt werden, bei dem die Einflüsse von Ammoniak und eines brennbaren Gases vernachlässigbar sind (oder als vernachlässigbar betrachtet werden). Folglich entspricht die Differenz zwischen der elektromotorischen Kraft für die Korrekturwertableitung und der elektromotorischen Referenzkraft der Abweichung der elektromotorischen Kraft, die aufgrund der Änderung der Ausgabeeigenschaften aufgetreten ist. Daher ermöglichen das Ableiten des Korrekturwerts, der die vorstehend genannte Differenz kompensiert, und die Verwendung einer korrigierten elektromotorischen Kraft, die durch Korrigieren der elektromotorischen Kraft mit dem Korrekturwert anschließend an die Korrekturwert-Ableitungszeit berechnet wird, die genaue Ableitung der Konzentration eines spezifischen Gases in dem Messgegenstandsgas selbst nach dem Auftreten der Änderung der Ausgabeeigenschaften.
Der Ausdruck „brennbares Gas“, der hier verwendet wird, bezieht sich auf Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoff (HC). D.h., das spezifische Gas ist jedwedes von Ammoniak (NH₃), CO und HC. Der Ausdruck „Zustand, bei dem angenommen wird, dass weder Ammoniak noch ein brennbares Gas enthalten ist“, der hier verwendet wird, bezieht sich auf den Zustand, bei dem die Konzentrationen dieser Gase niedrig genug sind, um die Einflüsse der Gase auf die elektromotorische Kraft zu vernachlässigen. Ein Beispiel für den „Zustand, bei dem angenommen wird, dass weder Ammoniak noch ein brennbares Gas enthalten ist“, ist beispielsweise der Zustand, bei dem die Konzentrationen von Ammoniak (NH₃), CO und HC in dem Messgegenstandsgas weniger als 1 ppm oder weniger als 0,1 ppm betragen. Der Ausdruck „Erfassen einer elektromotorischen Kraft“, der hier verwendet wird, bezieht sich auch auf den Vorgang des Erfassens von Informationen, die in die elektromotorische Kraft umgerechnet bzw. umgewandelt werden können, oder von Informationen, die als zur elektromotorischen Kraft äquivalent erachtet werden. Der Ausdruck „Erfassen der Konzentration von Sauerstoff“, der hier verwendet wird, bezieht sich auch auf den Vorgang des Erfassens von Informationen, die in die Konzentration von Sauerstoff umgerechnet bzw. umgewandelt werden können, oder von Informationen, die als zur Konzentration von Sauerstoff äquivalent erachtet werden.
In der Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Messgegenstandsgas ein Abgas sein, das von einem Verbrennungsmotor emittiert wird, und das Gas für die Korrekturwertableitung kann ein Abgas sein, das von dem Verbrennungsmotor während einer Kraftstoffunterbrechung emittiert wird. Da die Menge von Ammoniak und eines brennbaren Gases, die in dem Abgas enthalten sind, das während einer Kraftstoffunterbrechung emittiert wird, vernachlässigbar gering ist, ermöglicht die Verwendung des Abgases, das während des vorstehend genannten Zeitraums emittiert wird, als Gas für die Korrekturwertableitung zum Ableiten des Korrekturwerts die geeignete Ableitung des Korrekturwerts.
In einem solchen Fall kann die Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases gemäß der vorliegenden Erfindung eine Informationserfassungseinheit umfassen, die Kraftstoffunterbrechung-Ausführungsinformationen, welche die Ausführung der Kraftstoffunterbrechung betreffen, erfasst, und die Einheit zur Ableitung der Konzentration eines spezifischen Gases kann die Korrekturwert-Ableitungszeit auf der Basis der Kraftstoffunterbrechung-Ausführungsinformationen erfassen. Dies ermöglicht es der Einheit zur Ableitung der Konzentration eines spezifischen Gases, die Korrekturwert-Ableitungszeit in einer geeigneten Weise zu erfassen.
In der Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Gas für die Korrekturwertableitung das Messgegenstandsgas sein, das in dem Zustand vorliegt, bei dem das Messgegenstandsgas als Luft angenommen werden kann. Da die Menge von Ammoniak und eines brennbaren Gases, die in der Luft enthalten sind, vernachlässigbar klein ist, ermöglicht die Verwendung des Abgases, das während des vorstehend genannten Zeitraums emittiert wird, als Gas für die Korrekturwertableitung zum Ableiten des Korrekturwerts die geeignete Ableitung des Korrekturwerts. Es sollte beachtet werden, dass das Abgas, das während der Kraftstoffunterbrechung emittiert wird, eine Art des Messgegenstandsgases ist, das in dem Zustand vorliegt, bei dem das Messgegenstandsgas als Luft angenommen werden kann.
In einem solchen Fall kann die Einheit zur Ableitung der Konzentration eines spezifischen Gases bestimmen, ob die Sauerstoffkonzentration, die durch die Sauerstoffkonzentration-Erfassungseinheit erfasst worden ist, in einem im Vorhinein festgelegten Bereich liegt, bei dem angenommen wird, dass die Sauerstoffkonzentration gleich der Sauerstoffkonzentration in Luft ist, fällt oder nicht, und die Korrekturwert-Ableitungszeit auf der Basis der Ergebnisse erfassen. Dies ermöglicht es der Einheit zur Ableitung der Konzentration eines spezifischen Gases, die Korrekturwert-Ableitungszeit durch ein relativ problemloses und einfaches Verfahren zu erfassen.
In der Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases gemäß der vorliegenden Erfindung können die Informationen über die Informationen über die elektromotorische Referenzkraften sein, welche die Entsprechung zwischen der Sauerstoffkonzentration in einem Gas, das Ammoniak oder ein brennbares Gas nicht umfasst, und der elektromotorischen Referenzkraft, die erzeugt wird, wenn die Erfassungselektrode dem Gas ausgesetzt ist, umfassen, und die Einheit zur Ableitung der Konzentration eines spezifischen Gases kann die elektromotorische Referenzkraft, die der Sauerstoffkonzentration in dem Gas für die Korrekturwertableitung entspricht, die durch die Sauerstoffkonzentration-Erfassungseinheit erfasst wird, auf der Basis der Informationen über die elektromotorische Referenzkraft ableiten und den Korrekturwert auf der Basis der elektromotorischen Referenzkraft und der elektromotorischen Kraft für die Korrekturwertableitung ableiten. Selbst wenn die Erfassungselektrode einem Gas ausgesetzt wird, das Ammoniak oder ein brennbares Gas nicht umfasst, kann die elektromotorische Referenzkraft mit der Sauerstoffkonzentration in dem Gas variieren. Dasselbe gilt für die elektromotorische Kraft für die Korrekturwertableitung. Folglich ermöglichen das Speichern der Entsprechung zwischen der Sauerstoffkonzentration und der elektromotorischen Referenzkraft und die Verwendung der elektromotorischen Referenzkraft, die der Sauerstoffkonzentration in dem Gas für die Korrekturwertableitung zum Ableiten des Korrekturwerts entspricht, die Ableitung eines noch besser geeigneten Korrekturwerts. Folglich kann die Konzentration des spezifischen Gases mit einer besseren Genauigkeit gemessen werden.
Ein System zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases nach einem der vorstehend genannten Aspekte und das vorstehend beschriebene Sensorelement. Demgemäß hat das System zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases dieselben vorteilhaften Effekte wie die Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases gemäß der vorliegenden Erfindung. D.h., dass das System zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases beispielsweise die Konzentration eines spezifischen Gases in dem Messgegenstandsgas genau ableiten kann.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das ein System 2 zum Behandeln eines Abgases zeigt, das von einem Motor 1 emittiert wird.
2 ist ein Diagramm, das ein Ammoniakkonzentration-Messsystem 20 zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für eine Steuerroutine zeigt.
4 ist ein Konzeptdiagramm, das die Messentsprechung 73 zeigt, die in einer Speichereinheit 72 gespeichert ist, die in eine Ammoniakkonzentration-Messvorrichtung 70 einbezogen ist.
5 ist ein Graph, der die Entsprechungen zwischen der Sauerstoffkonzentration und der elektromotorischen Kraft zeigt.
6 ist ein Graph, der die Entsprechungen zwischen der Ammoniakkonzentration und der elektromotorischen Kraft zeigt.
7 ist ein Graph, der die Entsprechungen zwischen der CO Konzentration und der elektromotorischen Kraft zeigt.

BESTE ART UND WEISE DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die 1 ist ein Diagramm, das ein System 2 zum Behandeln eines Abgases, das von einem Motor 1 emittiert wird, zeigt, wobei das System 2 ein Ammoniakkonzentration-Messsystem 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst. Die 2 ist ein Diagramm, welches das Ammoniakkonzentration-Messsystem 20 zeigt, das die Konzentration eines spezifischen Gases (in dieser Ausführungsform Ammoniak) in dem Abgas misst.
Das Abgasbehandlungssystem 2 ist ein System zum Behandeln eines Abgases, das von dem Motor 1 emittiert wird und welches das Messgegenstandsgas ist. Der Motor 1 ist in dieser Ausführungsform ein Dieselmotor. Das Abgasbehandlungssystem 2 umfasst, wie es in der 1 gezeigt ist, eine Abgasleitung 3, die mit dem Motor 1 verbunden ist, und ein Ammoniakkonzentration-Messsystem 20, das einen Gassensor 30 umfasst, der in der Abgasleitung 3 angeordnet ist. Das Abgasbehandlungssystem 2 umfasst einen DOC (Dieseloxidationskatalysator) 4, einen DPF (Dieselpartikelfilter) 5, einen Injektor 6, eine SCR (selektive katalytische Reduktion) 7, den Gassensor 30 und einen ASC (Ammoniakschlupfkatalysator) 8, die in dieser Reihenfolge in der Richtung des Abgasstroms angeordnet sind. Der DOC 4 ist einer der Oxidationskatalysatoren, die in das Abgasbehandlungssystem 2 einbezogen sind. Der DOC 4 entgiftet das Abgas durch Umwandeln von HC und CO, die in dem Abgas enthalten sind, zu Wasser und Kohlendioxid. Der DPF 5 fängt PM ein, das in dem Abgas enthalten ist. Der Injektor 6 ist eine Vorrichtung, die mindestens eines, ausgewählt aus Ammoniak und einer Substanz, die Ammoniak erzeugen kann (z.B. Harnstoff), in die Abgasleitung einspritzt, so dass die Substanz der SCR 7 zugeführt wird. In dieser Ausführungsform spritzt der Injektor 6 Harnstoff in die Abgasleitung ein und der Harnstoff wird durch eine Hydrolyse zersetzt, so dass Ammoniak erzeugt wird. Die SCR 7 reduziert Stickstoffoxide (NOx), die in dem Abgas enthalten sind, zu harmlosem N₂ und H₂O unter Verwendung des Ammoniaks, das von dem Injektor 6 in die Abgasleitung zugeführt wird. Das Abgas, das durch den SCR 7 hindurchgetreten ist, strömt durch eine Leitung 10. Der Gassensor 30 ist an der Leitung 10 angebracht. Der ASC 8 ist in der Leitung 10 auf der stromabwärtigen Seite angeordnet. Der ASC 8 ist einer der Oxidationskatalysatoren, die in das Abgasbehandlungssystem 2 einbezogen sind, und wird im Gegensatz zu dem DOC 4 (stromaufwärtiger DOC) auch als „stromabwärtiger DOC“ bezeichnet. Der ASC 8 oxidiert überschüssiges Ammoniak, das in dem Abgas enthalten ist, das durch den SCR 7 hindurchgetreten ist, zu harmlosem N₂ und H₂O. Das Abgas, das durch den ASC 8 hindurchgetreten ist, wird beispielsweise in die Luft abgegeben.
Das Ammoniakkonzentration-Messsystem 20 umfasst den Gassensor 30 und eine Ammoniakkonzentration-Messvorrichtung 70, die elektrisch mit dem Gassensor 30 verbunden ist. Der Gassensor 30 ist ein Ammoniaksensor, der ein elektrisches Signal als Reaktion auf die Konzentration von überschüssigem Ammoniak in dem Messgegenstandsgas erzeugt, das durch den SCR 7 hindurchgetreten ist und innerhalb der Leitung 10 vorliegt. Der Gassensor 30 dient auch als Sauerstoffsensor, der als Reaktion auf die Sauerstoffkonzentration in dem Messgegenstandsgas ein elektrisches Signal erzeugt. D.h., der Gassensor 30 ist ein Mehrfachsensor. Die Ammoniakkonzentration-Messvorrichtung 70 leitet die Ammoniakkonzentration in dem Messgegenstandsgas auf der Basis des elektrischen Signals ab, das durch den Gassensor 30 erzeugt worden ist, und sendet die Ammoniakkonzentration zu einem Motor-ECU 9. Das Motor-ECU 9 steuert die Menge des Harnstoffs, der von dem Injektor 6 in die Abgasleitung eingespritzt worden ist, derart, dass sich die Konzentration des überschüssigen Ammoniaks Null nähert. Nachstehend werden Details des Ammoniakkonzentration-Messsystems 20 beschrieben.
Der Gassensor 30 umfasst, wie es in der vergrößerten Querschnittsansicht von 1 gezeigt ist, ein Sensorelement 31; eine Schutzabdeckung 32, die ein Ende des Sensorelements 31 in der Längsrichtung, d.h., das vordere Ende (in der 1 das untere Ende), des Sensorelements 31, bedeckt und schützt; einen Elementfixierabschnitt 33, der das Sensorelement 31 in einer umschließenden Weise fixiert; und eine Mutter 37, die an dem Elementfixierabschnitt 33 angebracht ist. Das eine Ende des Sensorelements 31 ist mit einer porösen Schutzschicht 48 bedeckt.
Die Schutzabdeckung 32 ist eine zylindrische Abdeckung mit geschlossenem Ende, die das eine Ende des Sensorelements 31 bedeckt. Obwohl die Schutzabdeckung 32, die in der 1 gezeigt ist, eine Einschichtabdeckung ist, kann die Schutzabdeckung 32 eine Abdeckung sein, die durch zwei oder mehr Schichten ausgebildet ist, die beispielsweise eine innere Schutzabdeckung und eine äußere Schutzabdeckung umfassen. Die Schutzabdeckung 32 weist eine Mehrzahl von darin ausgebildeten Löchern auf, durch die das Messgegenstandsgas in das Innere der Schutzabdeckung 32 hindurchtreten. Das eine Ende des Sensorelements 31 und die poröse Schutzschicht 48 sind innerhalb des Raums angeordnet, der durch die Schutzabdeckung 32 umgeben ist.
Der Elementfixierabschnitt 33 umfasst ein zylindrisches Hauptmetallformstück 34; einen keramischen Träger 35, der in einem offenen Loch eingeschlossen ist, das innerhalb des Hauptmetallformstücks 34 ausgebildet ist; und einen Presskörper 36, der in dem offenen Loch eingeschlossen ist, das innerhalb des Hauptmetallformstücks 34 ausgebildet ist, wobei der Presskörper 36 durch Formen eines Pulvers aus einer Keramik, wie z.B. Talk, zu einer Form hergestellt wird. Das Sensorelement 31 durchdringt den Elementfixierabschnitt 33 in der Längsrichtung. Der Presskörper 36 wird zwischen dem Hauptmetallformstück 34 und dem Sensorelement 31 zusammengedrückt. Dies ermöglicht es dem Presskörper 36, das offene Loch, das innerhalb des Hauptmetallformstücks 34 ausgebildet ist, zu versiegeln, und das Sensorelement 31 zu fixieren.
Die Mutter 37 ist koaxial mit dem Hauptmetallformstück 34 fixiert und weist ein Außengewinde auf, das auf dessen Außenumfang ausgebildet ist. Das Außengewinde der Mutter 37 ist in das Innere eines Montageelements 12 eingesetzt, das durch Schweißen mit der Leitung 10 verbunden worden ist, wobei das Montageelement 12 ein Innengewinde aufweist, das in dem Innenumfang davon ausgebildet ist. Dies ermöglicht es dem Gassensor 30, an der Leitung 10 fixiert zu werden, während das eine Ende des Sensorelements 31 und der Schutzabdeckung 32 in die Leitung 10 vorragt.
Das Sensorelement 31 wird unter Bezugnahme auf die 2 beschrieben. Die Querschnittsansicht des Sensorelements 31, das in der 2 gezeigt ist, zeigt einen Querschnitt des Sensorelements 31 entlang der Mittelachse in der Längsrichtung (einen Querschnitt in der vertikalen Richtung in der 1). Das Sensorelement 31 umfasst eine Basis 40, die aus einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten zusammengesetzt ist; eine Erfassungselektrode 51 und eine Hilfselektrode 52, die auf der oberen Oberfläche der Basis 40 an dem einen Ende des Sensorelements 31 (in der 1 das untere Ende; in der 2 das linksseitige Ende) angeordnet sind; eine Referenzelektrode 53, die innerhalb der Basis 40 angeordnet ist; und eine Heizeinrichtungseinheit 60, mit der die Temperatur der Basis 40 eingestellt wird.
Die Basis 40 umfasst vier Schichten, d.h., eine erste Substratschicht 41, eine zweite Substratschicht 42, eine Abstandshalterschicht 43 und eine Festelektrolytschicht 44, die Schichten sind, die aus einem Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten, wie z.B. Zirkoniumoxid (ZrO₂), zusammengesetzt sind, wobei die vier Schichten in dieser Reihenfolge in einer Aufwärtsrichtung in der 2 übereinander gestapelt sind. Die Basis 40 weist eine plattenartige Struktur auf. Die Festelektrolyte, welche die vier Schichten bilden, sind dicht und hermetisch. Der Umfang eines Abschnitts der Basis 40, der innerhalb der Schutzabdeckung 32 vorliegt, ist dem Messgegenstandsgas ausgesetzt, das in das Innere der Schutzabdeckung 32 eingeführt worden ist. Die Basis 40 weist einen Referenzgas-Einführungsraum 46 auf, der in einem Abschnitt der Basis 40 ausgebildet ist, der zwischen der oberen Oberfläche der zweiten Substratschicht 42 und der unteren Oberfläche der Festelektrolytschicht 44 angeordnet ist, wobei die Seiten des Abschnitts durch die Seitenoberflächen der Abstandshalterschicht 43 festgelegt sind. Der Referenzgas-Einführungsraum 46 weist eine Öffnung auf, die an dem anderen Ende (in der 2 dem rechtsseitigen Ende) des Sensorelements 31 ausgebildet ist, das entfernt von dem einen Ende des Sensorelements 31 ist. Dem Referenzgas-Einführungsraum 46 wird ein Referenzgas zugeführt, das für die Messung der Ammoniak- und Sauerstoffkonzentrationen verwendet wird, wie z.B. Luft. Die Schichten, welche die Basis 40 bilden, können Substrate sein, die aus einem Zirkoniumoxid-Festelektrolyten, dem 3 bis 15 mol-% Yttriumoxid (Y₂O₃) als Stabilisator zugesetzt worden sind (Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumoxid (YSZ)-Substrate), zusammengesetzt sind.
Die Erfassungselektrode 51 ist eine poröse Elektrode, die auf der oberen Oberfläche der Festelektrolytschicht 44 in der Basis 40 angeordnet ist, die in der 2 gezeigt ist. Die Erfassungselektrode 51, die Festelektrolytschicht 44 und die Referenzelektrode 53 bilden eine Mischpotenzialzelle 55. In der Mischpotenzialzelle 55 wird ein Mischpotenzial (elektromotorische Kraft EMK), das auf die Ammoniakkonzentration in dem Messgegenstandsgas anspricht, an der Erfassungselektrode 51 erzeugt. Die elektromotorische Kraft EMK zwischen der Erfassungselektrode 51 und der Referenzelektrode 53 wird zum Ableiten der Ammoniakkonzentration in dem Messgegenstandsgas verwendet. Die Erfassungselektrode 51 ist in erster Linie aus einem Material zusammengesetzt, das ein Mischpotenzial als Reaktion auf die Ammoniakkonzentration erzeugen kann und eine Empfindlichkeit bezüglich der Ammoniakkonzentration aufweist. Die Erfassungselektrode 51 kann ein Edelmetall, wie z.B. Gold (Au), als Hauptbestandteil umfassen. Der Hauptbestandteil der Erfassungselektrode 51 ist vorzugsweise eine Au-Pt-Legierung. Der hier verwendete Begriff „Hauptbestandteil“ bezieht sich auf einen Bestandteil mit dem höchsten Anteil (Atom-%, Atomgewichtsverhältnis) von allen Bestandteilen. Der Grad der Konzentration (= Anteil Au [Atom-%]/Anteil von Pt [Atom-%]) der Erfassungselektrode 51, der durch mindestens ein Verfahren, ausgewählt aus Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) und Augerelektronen-Spektroskopie (AES), bestimmt wird, beträgt vorzugsweise 0,1 oder mehr und beträgt mehr bevorzugt 0,3 oder mehr. Der Grad der Konzentration der Erfassungselektrode 51 ist der Grad der Oberflächenkonzentration in den Oberflächen der Edelmetallteilchen, die in die Erfassungselektrode 51 einbezogen sind. Der Anteil [Atom-%] von Au ist der Anteil von Au, der in den Oberflächen der Edelmetallteilchen vorliegt, die in die Erfassungselektrode 51 einbezogen sind. Entsprechend ist der Anteil [Atom-%] von Pt der Anteil von Pt, der in den Oberflächen der Edelmetallteilchen vorliegt, die in die Erfassungselektrode 51 einbezogen sind. Die Oberflächen der Edelmetallteilchen können die Oberfläche der Erfassungselektrode 51 (z.B. in der 2 die obere Oberfläche) oder eine Bruchoberfläche der Erfassungselektrode 51 sein. Beispielsweise kann in dem Fall, bei dem die Oberfläche der Erfassungselektrode 51 (in der 2 die obere Oberfläche) freiliegt, der Grad der Konzentration auf der Oberfläche der Erfassungselektrode 51 gemessen werden und XPS kann für die Messung verwendet werden. In einem solchen Fall kann der Grad der Konzentration alternativ mittels AES gemessen werden. In dem Fall, bei dem die Erfassungselektrode 51 mit der porösen Schutzschicht 48 bedeckt ist, wie dies in dieser Ausführungsform der Fall ist, wird der Grad der Konzentration durch Analysieren einer Bruchoberfläche der Erfassungselektrode 51 (in der 2 der Bruchoberfläche, die sich in der vertikalen Richtung erstreckt) durch XPS oder AES bestimmt. Je größer der Grad der Konzentration ist, desto niedriger ist der Anteil von Pt, der in der Oberfläche der Erfassungselektrode 51 vorliegt, und desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass Ammoniak, das in dem Messgegenstandsgas vorliegt, durch Pt in der Umgebung der Erfassungselektrode 51 zersetzt wird. Folglich ist die Genauigkeit, mit der das Ammoniakkonzentration-Messsystem 20 die Ammoniakkonzentration ableitet, umso höher, je größer der Grad der Konzentration ist. Die Obergrenze für den Grad der Konzentration ist nicht festgelegt. Beispielsweise umfasst die Erfassungselektrode 51 nicht notwendigerweise Pt. Die gesamte Erfassungselektrode 51 kann aus Au zusammengesetzt sein. Die Erfassungselektrode 51 kann eine poröse Cermetelektrode sein, die aus einer Au-Pt-Legierung und Zirkoniumoxid zusammengesetzt ist.
Die Hilfselektrode 52 ist eine poröse Elektrode, die auf der oberen Oberfläche der Festelektrolytschicht 44 angeordnet ist, und zwar entsprechend wie die Erfassungselektrode 51. Die Hilfselektrode 52, die Festelektrolytschicht 44 und die Referenzelektrode 53 bilden eine elektrochemische Konzentrationszelle 56. In der Konzentrationszelle 56 wird eine Differenz der elektromotorischen Kraft V, die eine Potenzialdifferenz ist, die auf die Differenz der Sauerstoffkonzentration zwischen der Hilfselektrode 52 und der Referenzelektrode 53 anspricht, erzeugt. Die Differenz der elektromotorischen Kraft V wird zum Ableiten der Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) in dem Messgegenstandsgas verwendet. Die Hilfselektrode 52 kann aus jedwedem Edelmetall mit einer katalytischen Aktivität zusammengesetzt sein. Beispielsweise kann die Hilfselektrode 52 aus Pt, Ir, Rh, Pd oder einer Legierung zusammengesetzt sein, die mindestens ein Metall umfasst, das aus den vorstehend genannten Elementen ausgewählt ist. In dieser Ausführungsform ist die Hilfselektrode 52 aus Pt zusammengesetzt. Die Hilfselektrode 52 kann eine poröse Cermetelektrode sein, die aus Pt und Zirkoniumoxid zusammengesetzt ist.
Die Referenzelektrode 53 ist eine poröse Elektrode, die auf der unteren Oberfläche der Festelektrolytschicht 44 angeordnet ist, d.h., auf einer Oberfläche der Festelektrolytschicht 44, die der Oberfläche gegenüberliegt, auf der die Erfassungselektrode 51 und die Hilfselektrode 52 angeordnet sind. Die Referenzelektrode 53 ist dem Inneren des Referenzgas-Einführungsraums 46 ausgesetzt und ihr wird das Referenzgas (in dieser Ausführungsform Luft) zugeführt, das in dem Referenzgas-Einführungsraum 46 vorliegt. Das Potenzial der Referenzelektrode 53 ist eine Referenz, mit der die elektromotorische Kraft EMK und die Differenz der elektromotorischen Kraft V gemessen werden. Die Referenzelektrode 53 kann aus jedwedem Edelmetall mit einer katalytischen Aktivität zusammengesetzt sein. Beispielsweise kann die Referenzelektrode 53 aus Pt, Ir, Rh, Pd oder einer Legierung zusammengesetzt sein, die mindestens ein Metall umfasst, das aus den vorstehend genannten Elementen ausgewählt ist. In dieser Ausführungsform ist die Referenzelektrode 53 aus Pt zusammengesetzt. Die Referenzelektrode 53 kann eine poröse Cermetelektrode sein, die aus Pt und Zirkoniumoxid zusammengesetzt ist.
Die poröse Schutzschicht 48 bedeckt die Oberfläche des Sensorelements 31, das die Erfassungselektrode 51 und die Hilfselektrode 52 umfasst. Beispielsweise vermindert die poröse Schutzschicht 48 die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Rissen in dem Sensorelement 31 durch Feuchtigkeit und dergleichen, die in dem Messgegenstandsgas enthalten ist und auf dem Sensorelement 31 abgeschieden wird. Die poröse Schutzschicht 48 umfasst beispielsweise jedwedes von Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Spinell, Kordierit, Titanoxid und Magnesiumoxid als Hauptbestandteil. In dieser Ausführungsform ist die poröse Schutzschicht 48 aus Aluminiumoxid zusammengesetzt. Die Dicke der porösen Schutzschicht 48 beträgt beispielsweise 20 bis 1000 µm. Die Porosität der porösen Schutzschicht 48 beträgt beispielsweise 5 % bis 60 %. Das Sensorelement 31 umfasst nicht notwendigerweise die poröse Schutzschicht 48.
Die Heizeinrichtungseinheit 60 erwärmt die Basis 40 (insbesondere die Festelektrolytschicht 44) und behält die Temperatur der Basis 40 bei, um den Festelektrolyten, der die Basis 40 bildet, zu aktivieren und dadurch die Sauerstoffionenleitfähigkeit zu erhöhen. D.h., die Heizeinrichtungseinheit 60 ist für die Temperatursteuerung verantwortlich. Die Heizeinrichtungseinheit 60 umfasst eine Heizeinrichtungselektrode 61, eine Heizeinrichtung 62, ein Durchgangsloch 63, eine Heizeinrichtungsisolierschicht 64 und einen Anschlussdraht 66. Die Heizeinrichtungselektrode 61 ist eine Elektrode, die so angeordnet ist, dass sie mit der unteren Oberfläche der ersten Substratschicht 41 in Kontakt kommt. Die Heizeinrichtungselektrode 61 ist mit einer Heizeinrichtungsstromquelle 77 verbunden, die in die Ammoniakkonzentration-Messvorrichtung 70 einbezogen ist.
Die Heizeinrichtung 62 ist ein elektrisches Widerstandselement, das zwischen der ersten Substratschicht 41 und der zweiten Substratschicht 42 angeordnet ist, die oberhalb und unterhalb der Heizeinrichtung 62 angeordnet sind. Die Heizeinrichtung 62 ist mit dem Anschlussdraht 66 und dem Durchgangsloch 63 mit der Heizeinrichtungselektrode 61 verbunden. Die Heizeinrichtung 62 erzeugt nach dem Zuführen von elektrischem Strom von der Heizeinrichtungsstromquelle 77 durch die Heizeinrichtungselektrode 61 Wärme, um die Basis 40, die das Sensorelement 31 bildet, zu erwärmen und die Temperatur der Basis 40 beizubehalten. Die Ausgangsleistung der Heizeinrichtung 62 kann unter Verwendung eines Temperatursensors (in dieser Ausführungsform einer Temperaturerfassungseinheit 78) gesteuert werden, so dass die Mischpotenzialzelle 55 und die Konzentrationszelle 56 (insbesondere die Festelektrolytschicht 44) bei einer im Vorhinein festgelegten Betriebstemperatur betrieben werden. Die Betriebstemperatur wird vorzugsweise auf 450 °C oder mehr eingestellt, um die Festelektrolytschicht 44 der Mischpotenzialzelle 55 in einer geeigneten Weise zu aktivieren. Die Betriebstemperatur kann auf 600 °C oder mehr und 700 °C oder weniger eingestellt werden. Die Betriebstemperatur kann auf 650 °C oder mehr und 660 °C oder weniger eingestellt werden. Die Heizeinrichtungsisolierschicht 64 ist eine poröse Aluminiumoxid-Isolierschicht, die auf der oberen und der unteren Oberfläche der Heizeinrichtung 62 angeordnet und aus einem Isolator, wie z.B. Aluminiumoxid, zusammengesetzt ist.
Die Ammoniakkonzentration-Messvorrichtung 70 ist eine Vorrichtung, welche die Ammoniakkonzentration in dem Messgegenstandsgas mit dem Sensorelement 31 misst. Die Ammoniakkonzentration-Messvorrichtung 70 dient auch als Vorrichtung zum Steuern des Sensorelements 31. Die Ammoniakkonzentration-Messvorrichtung 70 umfasst eine Steuereinheit 71 (ein Beispiel für die Einheit zur Ableitung der Konzentration eines spezifischen Gases und die Informationserfassungseinheit), eine Speichereinheit 72, eine elektromotorische Kraft-Erfassungseinheit 75, eine Sauerstoffkonzentration-Erfassungseinheit 76, eine Heizeinrichtungsstromquelle 77 und eine Temperaturerfassungseinheit 78.
Die Steuereinheit 71 ist für die Steuerung der gesamten Vorrichtung verantwortlich. Die Steuereinheit 71 ist beispielsweise ein Mikroprozessor, der eine CPU, einen RAM und dergleichen umfasst. Die Speichereinheit 72 speichert Verarbeitungsprogramme und Daten, die durch die Steuereinheit 71 verwendet werden. Die Speichereinheit 72 speichert eine Messentsprechung 73 und Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 (Details sind nachstehend beschrieben). Die elektromotorische Kraft-Erfassungseinheit 75 ist eine Spannungserfassungsschaltung, die mit der Erfassungselektrode 51 und der Referenzelektrode 53 der Mischpotenzialzelle 55 verbunden ist, um eine elektromotorische Kraft EMK zu erfassen. Die Sauerstoffkonzentration-Erfassungseinheit 76 ist eine Spannungserfassungsschaltung, die mit der Hilfselektrode 52 und der Referenzelektrode 53 der Konzentrationszelle 56 verbunden ist, um die Differenz der elektromotorischen Kraft V als Sauerstoffkonzentration zu erfassen. Die elektromotorische Kraft-Erfassungseinheit 75 und die Sauerstoffkonzentration-Erfassungseinheit 76 geben die elektromotorische Kraft EMK bzw. die Differenz der elektromotorischen Kraft V an die Steuereinheit 71 aus. Die Steuereinheit 71 leitet eine Ammoniakkonzentration, die der elektromotorischen Kraft EMK und der Sauerstoffkonzentration in dem Messgegenstandsgas entspricht, auf der Basis der elektromotorischen Kraft EMK, der Sauerstoffkonzentration, die der Differenz der elektromotorischen Kraft V entspricht, und der Messentsprechung 73 ab. Die Heizeinrichtungsstromquelle 77 ist eine Stromquelle, mit der die Heizeinrichtung 62 mit elektrischem Strom versorgt wird. Die Steuereinheit 71 steuert die Ausgangsleistung der Heizeinrichtung 62. Die Temperaturerfassungseinheit 78 ist ein Modul, das einen Wert (in dieser Ausführungsform den Widerstand) ansprechend auf die Temperatur der Heizeinrichtung 62 erfasst. Die Temperaturerfassungseinheit 78 ist beispielsweise mit der Heizeinrichtungselektrode 61 verbunden und erfasst den Widerstand der Heizeinrichtung 62 durch Leiten eines kleinen elektrischen Stroms durch die Heizeinrichtung 62 und Messen der Spannung.
Obwohl dies nicht in der 2 gezeigt ist, sind die Erfassungselektrode 51, die Hilfselektrode 52 und die Referenzelektrode 53 elektrisch mit einer Mehrzahl von Anschlussdrähten verbunden, die sich in einer eins-zu-eins-Beziehung in die Richtung des anderen Endes des Sensorelements 31 erstrecken (in der 2 des rechtsseitigen Endes). Die elektromotorische Kraft-Erfassungseinheit 75 und die Sauerstoffkonzentration-Erfassungseinheit 76 messen die elektromotorische Kraft EMK bzw. die Differenz der elektromotorischen Kraft V mittels der Anschlussdrähte.
Nachstehend wird der Betrieb des vorstehend beschriebenen Ammoniakkonzentration-Messsystems 20 beschrieben. Die 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für die Steuerroutine zeigt, die durch die Steuereinheit 71 ausgeführt wird. Die Steuereinheit 71 speichert die Routine beispielsweise in der Speichereinheit 72 und startet die Routine nach dem Empfangen einer Anweisung zum Starten der Ableitung der Ammoniakkonzentration von dem Motor-ECU 9. Vor der Messung bewirkt die Steuereinheit 71, dass die Heizeinrichtung 62 Wärme erzeugt, während die Ausgangsleistung der Heizeinrichtungsstromquelle 77 gesteuert wird, um die Temperaturen der Mischpotenzialzelle 55 und der Konzentrationszelle 56 auf eine im Vorhinein bestimmte Betriebstemperatur (z.B. eine Temperatur von 600 °C oder mehr und 700 °C oder weniger) einzustellen. Die Steuereinheit 71 steuert die Betriebstemperatur durch Steuern der Ausgangsleistung der Heizeinrichtungsstromquelle 77 so dass beispielsweise die Temperatur (in dieser Ausführungsform der Widerstand) der Heizeinrichtung 62, die durch die Temperaturerfassungseinheit 78 erfasst wird, ein im Vorhinein festgelegter Wert ist. Das von dem Motor 1 emittierte Abgas wurde in die Schutzabdeckung 32 geleitet. D.h., die Erfassungselektrode 51 und die Hilfselektrode 52 wurden dem Abgas ausgesetzt.
Zu Beginn der Steuerroutine bestimmt die Steuereinheit 71, ob die Korrekturwert-Ableitungszeit zum Ableiten des Korrekturwerts, der zum Ableiten der Ammoniakkonzentration verwendet wird, vorliegt oder nicht (Schritt S100). Die Korrekturwert-Ableitungszeit ist die Zeit, während der die Erfassungselektrode 51 einem Gas für die Korrekturwertableitung ausgesetzt wird, wobei es sich um ein Messgegenstandsgas handelt, das in dem Zustand vorliegt, bei dem angenommen wird, dass weder Ammoniak noch ein brennbares Gas enthalten ist. In dieser Ausführungsform ist das Gas für die Korrekturwertableitung ein Abgas, das von dem Motor 1 während der Kraftstoffunterbrechung emittiert wird. Die Steuereinheit 71 bestimmt, ob die Kraftstoffunterbrechung-Ausführungsinformationen, welche die Ausführung einer Kraftstoffunterbrechung des Motors 1 betreffen, von dem Motor-ECU 9 erfasst worden sind oder nicht, beispielsweise bei im Vorhinein festgelegten Zeitintervallen. Nach dem Erhalten der Kraftstoffunterbrechung-Ausführungsinformationen bestimmt die Steuereinheit 71, dass die Kraftstoffunterbrechung des Motors 1 ausgeführt worden ist. Nach einer im Vorhinein festgelegten Verzögerungszeit seit der Erfassung der Kraftstoffunterbrechung-Ausführungsinformationen bestimmt die Steuereinheit 71, dass die Erfassungselektrode 51 dem Abgas ausgesetzt ist, das während der Kraftstoffunterbrechung emittiert wird, d.h., es handelt sich um die Korrekturwert-Ableitungszeit. Die Verzögerungszeit wird im Vorhinein auf der Basis der Zeit bestimmt, die für das Messgegenstandsgas zum Strömen von dem Motor 1 zu dem Gassensor 30 erforderlich ist.
Wenn die Steuereinheit 71 im Schritt S100 bestimmt, dass es sich nicht um die Korrekturwert-Ableitungszeit handelt, bestimmt die Steuereinheit 71, ob es sich um die Zeit zum Ableiten der Ammoniakkonzentration handelt oder nicht (Schritt S200). Die Steuereinheit 71 bestimmt, dass es sich um die Konzentrationsableitungszeit handelt, beispielsweise nach einer im Vorhinein festgelegten Zeit oder nach dem Erhalten einer Anweisung zum Ableiten der Konzentration von der Motor-ECU 9. Wenn die Steuereinheit 71 im Schritt S200 bestimmt, dass es sich um die Konzentrationsableitungszeit handelt, führt die Steuereinheit 71 eine Konzentrationsableitungsverarbeitung in den Schritten S210 bis S230 durch.
Bei der Konzentrationsableitungsverarbeitung erfasst zuerst die Steuereinheit 71 die elektromotorische Kraft EMK der Mischpotenzialzelle 55 mit der elektromotorische Kraft-Erfassungseinheit 75 (Schritt S210). Folglich erfasst die Steuereinheit 71 die elektromotorische Kraft EMK der Mischpotenzialzelle 55, die in dem Zustand erzeugt wird, bei dem die Erfassungselektrode 51 dem Messgegenstandsgas ausgesetzt ist. In der Mischpotenzialzelle 55 finden elektrochemische Reaktionen, wie z.B. die Oxidation von Ammoniak, das in dem Messgegenstandsgas enthalten ist, und die Ionisation von Sauerstoff, der in dem Gas enthalten ist, an der Dreiphasen-Grenzfläche zwischen der Erfassungselektrode 51, der Festelektrolytschicht 44 und dem Messgegenstandsgas statt, und folglich wird an der Erfassungselektrode 51 ein Mischpotenzial erzeugt. Demgemäß reagiert die elektromotorische Kraft EMK auf die Konzentrationen von Ammoniak und Sauerstoff in dem Messgegenstandsgas. Anschließend leitet in dem Fall, bei dem der Korrekturwert abgeleitet worden ist, die Steuereinheit 71 eine korrigierte elektromotorische Kraft unter Verwendung des Korrekturwerts ab (Schritt S215). Da jedoch vorstehend der Fall beschrieben ist, bei dem der Korrekturwert nicht abgeleitet worden ist, überspringt die Steuereinheit 71 die Ableitung der korrigierten elektromotorischen Kraft.
Die Steuereinheit 71 erfasst die Differenz der elektromotorischen Kraft V der Konzentrationszelle 56 als die Sauerstoffkonzentration in dem Messgegenstandsgas mit der Sauerstoffkonzentration-Erfassungseinheit 76 (Schritt S220). In der Konzentrationszelle 56 tritt als Reaktion auf die Differenz zwischen der Sauerstoffkonzentration in dem Messgegenstandsgas und der Sauerstoffkonzentration in der Luft, die in dem Referenzgas-Einführungsraum 46 vorliegt, eine Differenz der elektromotorischen Kraft V zwischen der Hilfselektrode 52 und der Referenzelektrode 53 auf. Obwohl Kohlenwasserstoffe, NH₃, CO, NO und NO₂, die in dem Messgegenstandsgas enthalten sind, durch die katalytische Wirkung von Pt, das in der Hilfselektrode 52 enthalten ist, vermindert oder oxidiert werden können, beeinflusst die Reduktion-Oxidation-Reaktion kaum die Sauerstoffkonzentration in dem Messgegenstandsgas, da die Konzentrationen dieser Gaskomponenten in dem Messgegenstandsgas üblicherweise viel niedriger sind als die Sauerstoffkonzentration in dem Messgegenstandsgas. Daher reagiert die Differenz der elektromotorischen Kraft V auf die Sauerstoffkonzentration in dem Messgegenstandsgas. Die Speichereinheit 72 speichert die Entsprechung zwischen der Differenz der elektromotorischen Kraft V und der Sauerstoffkonzentration, die experimentell oder dergleichen abgeleitet worden ist. Die Steuereinheit 71 erfasst die Sauerstoffkonzentration in dem Messgegenstandsgas, die aus der Differenz der elektromotorischen Kraft V auf der Basis der Entsprechung umgerechnet wird. Die Steuereinheit 71 kann einen der Schritte S210 und S220 zuerst durchführen. Alternativ können die Schritte S210 und S220 parallel durchgeführt werden.
Die Steuereinheit 71 leitet die Ammoniakkonzentration in dem Messgegenstandsgas auf der Basis der elektromotorischen Kraft EMK, die im Schritt S210 erfasst worden ist, oder der korrigierten elektromotorischen Kraft, die im Schritt S215 abgeleitet worden ist, der Sauerstoffkonzentration, die im Schritt S220 erfasst worden ist, und der Messentsprechung 73 ab (Schritt S230). Da vorstehend der Fall beschrieben ist, bei dem die elektromotorische Kraft nicht abgeleitet worden ist, leitet die Steuereinheit 71 die Ammoniakkonzentration auf der Basis der elektromotorischen Kraft EMK ab. In dieser Ausführungsform ist die Messentsprechung 73 die Beziehung, die durch die nachstehende Formel (1) dargestellt ist, die experimentell bestimmt worden ist. Die 4 ist ein Konzeptdiagramm, das die Messentsprechung 73 zeigt, die durch die Formel (1) dargestellt ist. $EMK = A \times ln (p_{NH3}) + B \times ln (p_{O2}) + C$
(wobei EMK die elektromotorische Kraft [mV] darstellt; p_NH3 die Ammoniakkonzentration [ppm] in dem Messgegenstandsgas darstellt; p_O2 die Sauerstoffkonzentration [%] in dem Messgegenstandsgas darstellt; und A bis C Konstanten sind)
In der Messentsprechung 73 gemäß dieser Ausführungsform hängen, wie es in der 4 gezeigt ist, die Ammoniakkonzentration und die Sauerstoffkonzentration derart mit der elektromotorischen Kraft EMK zusammen, dass die elektromotorische Kraft EMK umso größer ist, je höher die Ammoniakkonzentration ist, und dass die elektromotorische Kraft EMK umso größer ist, je niedriger die Sauerstoffkonzentration ist. Da die horizontale Achse in der 4 eine logarithmische Achse ist, wird die Beziehung zwischen dem Logarithmus der Ammoniakkonzentration (in der Formel (1), In(p_NH3)) und der elektromotorischen Kraft EMK durch eine Gerade dargestellt, wenn die Sauerstoffkonzentration konstant ist (vgl. die Geraden La bis Ld). Die Messentsprechung 73 kann eine Beziehung sein, wie sie durch die Formel (1) oder ein Kennfeld (die Tabelle, die dazugehörige Werte enthält) dargestellt wird, wie es in der 4 gezeigt ist. In dem Schritt S230 leitet die Steuereinheit 71 die Ammoniakkonzentration auf der Basis der Messentsprechung 73 ab. Beispielsweise wenn die elektromotorische Kraft EMK die Spannung V1 [mV] ist und die Sauerstoffkonzentration 10 % beträgt, beträgt die Ammoniakkonzentration, die durch die Steuereinheit 71 abgeleitet wird, „10 ppm“ (vgl. die 4). Nach dem Ableiten der Ammoniakkonzentration in dem Schritt S230 gibt die Steuereinheit 71 die Ammoniakkonzentration zu dem Motor-ECU 9 (Schritt S240) aus und führt die Verarbeitung des Schritts S100 aus.
Die Messentsprechung 73 ist beispielsweise eine Entsprechung, die unter Verwendung des Sensorelements 31 experimentell bestimmt worden ist. Normalerweise kann die Ammoniakkonzentration unter Verwendung der Messentsprechung 73 und der elektromotorischen Kraft EMK und der Sauerstoffkonzentration, die in den Schritten S210 bzw. S220 erfasst worden sind, in einer geeigneten Weise abgeleitet werden. Beispielsweise wenn der Gassensor 30 für einen längeren Zeitraum verwendet wird, kann jedoch die vorstehend beschriebene Änderung der Ausgabeeigenschaften auftreten und die Entsprechung kann abweichen. Die Ergebnisse der Untersuchung der Änderung der Ausgabeeigenschaften sind nachstehend beschrieben.
Es wurde ein Sensorelement 31 hergestellt, das eine Erfassungselektrode 51, die aus einer Au-Pt-Legierung zusammengesetzt war und einen Grad der Konzentration von 0,92 aufwies, und eine Hilfselektrode 52, die aus Pt zusammengesetzt ist, umfasst. Das Sensorelement 31 wurde in vier verschiedene Zustände, d.h., die Zustände 1 bis 4, gebracht, und die Ausgabeeigenschaften des Sensorelements 31 mit jedem der Zustände 1 bis 4 wurden bestimmt. Das Sensorelement 31 mit dem Zustand 1 wurde in der folgenden Weise hergestellt. Das Sensorelement 31 wurde in der Abgasleitung 3 für den Motor 1 (Dieselmotor) angeordnet, wie es in der 1 gezeigt ist. Anschließend wurde, während der Motor 1 betrieben wurde, die Temperatur der Mischpotenzialzelle 55 mit der Heizeinrichtung 62 für 2 Stunden bei einer im Vorhinein festgelegten Betriebstemperatur (650 °C) gehalten. Dann wurden der Motor 1 und die Heizeinrichtung 62 ausgeschaltet. Das Sensorelement 31 wurde für 24 Stunden in der Abgasleitung 3 belassen. Dieses Sensorelement 31 wird als „Sensorelement 31 mit dem Zustand 1“ bezeichnet. Das Sensorelement 31 mit dem Zustand 2 wurde durch Halten der Temperatur der Mischpotenzialzelle 55 mit der Heizeinrichtung 62 für 24 Stunden bei einer im Vorhinein festgelegten Betriebstemperatur (650 °C) in der Luft, anschließend Ausschalten der Heizeinrichtung 62 und dann Belassen des Sensorelements 31 in der Luft für 24 Stunden hergestellt. Das Sensorelement 31 mit dem Zustand 3 wurde in der folgenden Weise hergestellt. Zuerst wurde das Sensorelement 31 in der Leitung angeordnet. Anschließend wurde, während die Temperatur der Mischpotenzialzelle 55 mit der Heizeinrichtung 62 bei einer im Vorhinein festgelegten Betriebstemperatur (650 °C) gehalten wurde, ein Modellgas (Sauerstoffkonzentration: 10 %, Ammoniakkonzentration: 50 ppm, CO-Konzentration: 100 ppm, C₂H₄-Konzentration: 100 ppm, H₂O-Konzentration: 5 %, Rest: Stickstoff), das ein Abgas simulierte, bei einer Flussrate von 200 L/min durch die Leitung geleitet. Der vorstehend genannte Zustand wurde für zwei Stunden beibehalten. Dann wurde, nachdem das Strömen des Modellgases gestoppt und die Heizeinrichtung 62 ausgeschaltet worden ist, das Sensorelement 31 für 24 Stunden belassen. Dieses Sensorelement 31 wird als „Sensorelement 31 mit dem Zustand 3“ bezeichnet. Das Sensorelement 31 mit dem Zustand 4 wurde durch Halten der Temperatur der Mischpotenzialzelle 55 mit der Heizeinrichtung 62 für 24 Stunden bei einer im Vorhinein festgelegten Betriebstemperatur (650 °C) in Luft, anschließend Ausschalten der Heizeinrichtung 62 und dann Erwärmen des Sensorelements 31 auf 850 °C hergestellt.

Jedes der Sensorelemente 31 mit den Zuständen 1 bis 4 wurde zum Messen der elektromotorischen Kraft EMK verwendet, die bei dem Zustand erzeugt wurde, bei dem die Erfassungselektrode 51 einem Modellgas ausgesetzt wurde, das kein Ammoniak oder brennbares Gas enthielt. Das Modellgas umfasste 5 % H₂O und als Rest Sauerstoff und Stickstoff. Die elektromotorische Kraft EMK wurde mehrmals mit unterschiedlichen Sauerstoffkonzentrationen gemessen. Die Temperatur des Modellgases betrug 120 °C. Die Flussrate des Modellgases betrug 200 L/min. Das Modellgas wurde durch eine Leitung mit einem Durchmesser von 70 mm geleitet und die Erfassungselektrode 51 des Sensorelements 31 wurde dem Modellgas innerhalb der Leitung ausgesetzt. Die Betriebstemperatur der Mischpotenzialzelle 55 wurde auf 650 °C eingestellt. Die Tabelle 1 fasst die elektromotorischen Kräfte EMK zusammen, die unter Verwendung von jedem der Sensorelemente 31 mit den Zuständen 1 bis 4 gemessen worden sind. Die Tabelle 1 zeigt auch ideale elektromotorische Kräfte EMK (ideale Ausgabeeigenschaften), die den jeweiligen Sauerstoffkonzentrationen entsprechen und die in dem Zustand erzeugt werden sollten, bei dem die Erfassungselektrode 51 einem Gas ausgesetzt ist, das kein Ammoniak oder brennbares Gas enthält. Die Tabelle 1 zeigt auch den Ausdruck für ideale Ausgabeeigenschaften und die Näherungsformel (logarithmische Näherung) der elektromotorischen Kraft von jedem der Zustände 1 bis 4. Die Ausdrücke der idealen Ausgabeeigenschaften und der elektromotorischen Kräfte der idealen Ausgabeeigenschaften, die in der Tabelle 1 gezeigt sind, wurden mittels der nachstehenden Nernst'schen Gleichung (Formel (2)) abgeleitet. Die 5 ist ein Graph, der die Entsprechungen zwischen der Sauerstoffkonzentration und der elektromotorischen Kraft zeigt und zeigt die idealen Ausgabeeigenschaften und die Ausgabeeigenschaften von jedem der Sensorelemente 31 mit den Zuständen 1 und 2. Wie es aus den in der Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, waren die elektromotorischen Kräfte bei dem Zustand 3 im Wesentlichen identisch mit den elektromotorischen Kräften bei dem Zustand 2, und die elektromotorischen Kräfte bei dem Zustand 4 waren im Wesentlichen identisch mit den elektromotorischen Kräften der idealen Ausgabeeigenschaften. Daher wurde die Darstellung der Zustände 3 und 4 weggelassen, da ansonsten die 5 schwierig zu betrachten ist. Die Gerade L0 in der 5 ist die Gerade, die durch den Ausdruck der idealen Ausgabeeigenschaften dargestellt ist, der in der Tabelle 1 gezeigt ist. Die Geraden L1 und L2 in der 5 sind die Geraden, die durch die Näherungsformeln der Sensorelemente 31 mit den Zuständen 1 und 2 dargestellt sind, die in der Tabelle 1 gezeigt sind.

EMK = (RT/4F) \times ln (P_{O2Luft} {/P}_{O2Gas})

(wobei EMK die elektromotorische Kraft [V] darstellt, R die Gaskonstante [J/(K · mol)] darstellt, T die Temperatur [K] der Mischpotenzialzelle 55 darstellt, F die Faradaykonstante [C/mol] darstellt, P_O2Gas die Sauerstoffkonzentration [%] in dem Modellgas darstellt und P_O2Luft die Sauerstoffkonzentration [%] in Luft) darstellt [Tabelle 1]

		Sauerstoffkonzentration [%]						Näherungsformel
		1	3	5	10	15	20	Näherungsformel
Elektromotorische Kraft [mV]	Ideale Ausgabeeigenschaften	48,20	26,30	16,88	3,45	-4,05	-11,24	y = -19,55 × ln(x) + 48,173
	Zustand 1	44,28	20,47	10,33	-2,13	-9,55	-14,32	y = -19,48 × ln(x) + 42,962
	Zustand 2	57,90	35,62	25,80	12,20	4,42	-1,20	y = -19,68 × ln(x) + 57,604
	Zustand 3	57,80	35,97	25,75	12,13	4,20	-1,10	y = -19,71 × ln(x) + 57,654
	Zustand 4	48,20	26,10	16,90	3,50	-4,10	-12,30	y = -19,74 × ln(x) + 48,299
x ist die Sauerstoffkonzentration [%], y ist die elektromotorische Kraft [mV] in der Näherungsformel

Die Ergebnisse der Messung der Zustände 1 bis 4, die in der Tabelle 1 und in der 5 gezeigt sind, bestätigen, dass die Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration und der elektromotorischen Kraft mit den Zuständen, bei denen das Sensorelement 31 verwendet wurde, variierte, d.h., es trat eine Änderung der Ausgabeeigenschaften auf. Die Änderung der Ausgabeeigenschaften zwischen den Sensorelementen 31 mit dem Zustand 1 bis 4 war eine Änderung, bei der nur der Achsenabschnitt der Geraden, die durch die Näherungsformel dargestellt ist, gemäß dem Zustand variierte, während die Steigung der Geraden im Wesentlichen unverändert blieb. Die Geraden, die durch die Näherungsformeln der Zustände 1 to 3 dargestellt sind, wiesen eine Steigung auf, die im Wesentlichen mit derjenigen der Geraden der idealen Ausgabeeigenschaften identisch war, während nur die Achsenabschnitte der Geraden von dem Achsenabschnitt der Geraden der idealen Ausgabeeigenschaften variierten. Die elektromotorischen Kräfte des Sensorelements 31 mit dem Zustand 4 waren im Wesentlichen mit den idealen Ausgabeeigenschaften identisch. Es wird davon ausgegangen, dass die Änderung der Ausgabeeigenschaften durch Verunreinigungen (z.B. OH-Gruppen, die von H₂O dissoziiert sind, CO-Gas und Schwefelbestandteile, die in einem Kraftstoff enthalten sind) verursacht wird, die in dem Abgas enthalten sind und auf der Erfassungselektrode 51 abgeschieden werden. Es wird davon ausgegangen, dass die Ausgabeeigenschaften des Sensorelements 31 mit dem Zustand 4 mit den idealen Ausgabeeigenschaften identisch waren, da solche Verunreinigungen durch Erwärmen bei einer hohen Temperatur (850 °C) entfernt wurden.

Jedes der Sensorelemente 31 mit den Zuständen 1 bis 4 wurde zum Messen der elektromotorischen Kraft EMK verwendet, die in dem Zustand erzeugt wurde, bei dem die Erfassungselektrode 51 einem Modellgas ausgesetzt wurde, das mindestens eines von Ammoniak und einem brennbaren Gas umfasste, und zwar mit demselben Verfahren, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Die Tabellen 2 und 3 und die 6 und 7 zeigen die Ergebnisse. Die Tabelle 2 und die 6 zeigen die elektromotorischen Kräfte EMK, die den jeweiligen Ammoniakkonzentrationen entsprechen, die gemessen wurden, wenn ein Modellgas verwendet wurde, das Ammoniak umfasst. Dieses Modellgas umfasste 5 % H₂O, 10 % Sauerstoff und als Rest Ammoniak und Stickstoff. Die weiteren Messbedingungen waren so wie in der Messung, die in der Tabelle 1 beschrieben ist. Die Tabelle 3 und die 7 zeigen die elektromotorischen Kräfte EMK, die den jeweiligen CO-Konzentrationen entsprechen, die gemessen wurden, wenn ein Modellgas verwendet wurde, das CO umfasst, wobei es sich um eine Art von brennbarem Gas handelt. Dieses Modellgas umfasste 5 % H₂O, 10 % Sauerstoff und als Rest CO und Stickstoff. Die weiteren Messbedingungen waren so wie in der Messung, die in der Tabelle 1 beschrieben ist. Die Tabellen 2 und 3 zeigen Näherungsformeln wie in der Tabelle 1. In den 6 und 7 ist die Darstellung mit dem Zustand 3 wie in der 5 aus Gründen der Einfachheit weggelassen. Die Geraden L1n, L2n und L4n, die in der 6 gezeigt sind, sind die Geraden, die durch Näherungsformeln der Sensorelemente 31 mit den Zuständen 1, 2 bzw. 4 dargestellt sind, die in der Tabelle 2 gezeigt sind. Die Geraden L1c, L2c und L4c, die in der 7 gezeigt sind, sind die Geraden, die durch Näherungsformeln der Sensorelemente 31 mit den Zuständen 1, 2 bzw. 4 dargestellt sind, die in der Tabelle 3 gezeigt sind. [Tabelle 2]

		Ammoniakkonzentration [ppm]				Näherungsformel^x
		1	50	100	500	Näherungsformel^x
Elektromotorische Kraft [mV]	Zustand 1	-1,34	114,64	135,16	191,00	y = 30,628 × ln(x) - 2,9367
	Zustand 2	13,30	130,40	151,25	208,46	y = 31,046 × ln(x) + 11,513
	Zustand 3	13,40	130,15	151,36	209,45	y = 31,151 × ln(x) + 11,365
	Zustand 4	3,87	119,86	140,37	196,21	y = 30,627 × ln(x) + 2,2805
x ist die Ammoniakkonzentration [ppm], y ist die elektromotorische Kraft [mV] in der Näherungsformel

[Tabelle 3]

		CO-Konzentration [ppm]				Näherungsformel^×
		100	300	500	1000	Näherungsformel^×
Elektromotorische Kraft [mV]	Zustand 1	22,16	63,88	85,27	116,51	y = 40,798 × ln(x) - 167,03
	Zustand 2	36,27	77,21	99,21	130,27	y = 40,689 × ln(x) - 152,61
	Zustand 3	35,37	76,22	98,24	129,27	y = 40,647 × ln(x) -153,33
	Zustand 4	27,16	68,89	90,28	121,52	y = 40,798 × ln(x) - 162,03
x ist die CO-Konzentration [ppm], y ist die elektromotorische Kraft [mV] in der Näherungsformel

Die Messergebnisse, die in der Tabelle 2 und der 6 gezeigt sind, bestätigen, dass die Änderung der Ausgabeeigenschaften zwischen den Sensorelementen 31 mit den Zuständen 1 bis 4 eine Änderung war, in der nur die Achsenabschnitte der Geraden, die durch die Näherungsformel dargestellt sind, gemäß dem Zustand variierten, während die Steigung der Geraden im Wesentlichen unverändert blieb. Dasselbe gilt für die Messergebnisse, die in der Tabelle 3 und der 7 gezeigt sind. Ferner waren die Änderungen der Achsenabschnitte mit den Änderungen der Ausgabeeigenschaften im Wesentlichen identisch, die unter Verwendung eines Modellgases gemessen wurden, das kein Ammoniak oder brennbares Gas enthielt. Beispielsweise wenn die Änderungen des Achsenabschnitts zwischen den Sensorelementen 31 mit den Zuständen 1 und 2, die in den 5 bis 7 gezeigt sind, durch ΔV12, ΔV12n bzw. ΔV12c dargestellt werden, sind ΔV12, ΔV12n und ΔV12c, die von den Näherungsformeln abgeleitet sind, die in den Tabellen 1 bis 3 gezeigt sind, ΔV12 = 14,642 mV (= 57,604 - 42,962), ΔV12n = 14,4497 mV (= 11,513 - 2,9367) und ΔV12c = 14,42 mV (= (-152,61) - (-167,03)). D.h., ΔV12, ΔV12n und ΔV12c sind im Wesentlichen identisch.
Aus den Ergebnissen, die in den Tabellen 1 bis 3 und den 5 bis 7 gezeigt sind, ist ersichtlich, dass die Änderung der Ausgabeeigenschaften des Sensorelements 31 eine Änderung ist, bei der die elektromotorische Kraft EMK unabhängig von den Konzentrationen von Ammoniak, einem brennbaren Gas, und Sauerstoff im Wesentlichen in demselben Ausmaß abweicht (sich ändert). Daher wird es, wenn ein Korrekturwert abgeleitet werden kann, der die Abweichung der elektromotorischen Kraft EMK kompensiert, die durch die Änderung der Ausgabeeigenschaften verursacht wird, möglich, die Konzentration eines spezifischen Gases selbst dann genau abzuleiten, nachdem sich die Entsprechung bezogen auf die gespeicherte Messentsprechung 73 geändert hat.
In dieser Ausführungsform wurde die Messentsprechung 73 (die Beziehung, die durch die Formel (1) dargestellt und in der 4 gezeigt ist) unter Verwendung des Sensorelements 31 mit dem Zustand 4 experimentell bestimmt. Daher sind beispielsweise die Gerade Lc, die in der 4 gezeigt ist, und die Gerade L4n, die in der 6 gezeigt ist, Geraden, welche die Beziehung zwischen der Ammoniakkonzentration und der elektromotorischen Kraft EMK bei einer Sauerstoffkonzentration von 10 % darstellen, und weisen im Wesentlichen dieselbe Steigung und denselben Achsenabschnitt auf. Die Konstante A der vorstehenden Formel (1) ist mit dem Koeffizienten (= 30,627) des Terms der Ammoniakkonzentration in der Näherungsformel des Sensorelements 31 mit dem Zustand 4, die in der Tabelle 2 gezeigt ist, im Wesentlichen identisch. Entsprechend ist die Konstante B der vorstehenden Formel (1) mit dem Koeffizienten (= -19,74) des Terms der Sauerstoffkonzentration in der Näherungsformel des Sensorelements 31 mit dem Zustand 4, die in der Tabelle 1 gezeigt ist, im Wesentlichen identisch.
Unter erneuter Bezugnahme auf die Beschreibung der Steuerroutine, die in der 3 gezeigt ist, führt dann, wenn die Steuereinheit 71 im Schritt S100 bestimmt, dass es sich um die Korrekturwert-Ableitungszeit handelt, die Steuereinheit 71 eine Korrekturwert-Ableitungsverarbeitung in den Schritten S110 bis S140 durch. In der Korrekturwert-Ableitungsverarbeitung erfasst die Steuereinheit 71 zuerst die elektromotorische Kraft EMK des Messgegenstandsgases und die Sauerstoffkonzentration in dem Gas (Schritte S110 bzw. S120). Die vorstehend genannte Verarbeitung wird wie in den vorstehenden Schritten S210 und S220 durchgeführt. Es sollte beachtet werden, dass, da die Schritte S110 und S120 während der Korrekturwert-Ableitungszeit durchgeführt werden, d.h., während die Erfassungselektrode 51 dem Messgegenstandsgas ausgesetzt ist, das während der Kraftstoffunterbrechung emittiert wird, die elektromotorische Kraft EMK und die Sauerstoffkonzentration, die durch die Steuereinheit 71 erfasst werden, diejenigen des Messgegenstandsgases sind, das in dem Zustand vorliegt, bei dem angenommen wird, dass weder Ammoniak noch ein brennbares Gas enthalten ist (ein solches Gas wird als „Gas für die Korrekturwertableitung“ bezeichnet). Die in diesem Schritt erfasste elektromotorische Kraft EMK wird als „elektromotorische Kraft für die Korrekturwertableitung“ bezeichnet.
Die Steuereinheit 71 leitet eine elektromotorische Referenzkraft, die der Sauerstoffkonzentration entspricht, auf der Basis der Sauerstoffkonzentration, die im Schritt S120 erfasst worden ist, und der Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 ab (Schritt S130). Die elektromotorische Referenzkraft ist die elektromotorische Kraft EMK, die in dem Zustand erzeugt wird, bei dem die Erfassungselektrode 51 einem Gas ausgesetzt ist, das Ammoniak oder ein brennbares Gas nicht enthält, bevor die Änderung der Ausgabeeigenschaften stattfindet. Die Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 sind Informationen, welche die elektromotorische Referenzkraft betreffen. In dieser Ausführungsform umfassen die Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 die Entsprechung zwischen der Sauerstoffkonzentration und der elektromotorischen Referenzkraft. In dieser Ausführungsform sind die Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 Informationen, welche die Entsprechung betreffen, die durch die Formel der idealen Ausgabeeigenschaften (in der 5 die Gerade L0) dargestellt sind, die in der Tabelle 1 gezeigt ist. Die Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 können eine Beziehung oder ein Kennfeld (eine Tabelle, die dazugehörige Werte enthält) sein. Die Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 können Informationen sein, welche die Entsprechung betreffen, die durch die Näherungsformel mit dem Zustand 4 dargestellt ist, die in der Tabelle 1 gezeigt ist. In jedem Fall wurden die Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 unter Verwendung der Nernst'schen Gleichung oder experimentell bestimmt und in der Speichereinheit 72 gespeichert. In dem Schritt S130 leitet die Steuereinheit 71 die elektromotorische Referenzkraft auf der Basis der Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 ab. Beispielsweise ist in dem Fall, bei dem die Sauerstoffkonzentration in dem Gas für die Korrekturwertableitung, die im Schritt S120 erfasst worden ist, Pa [%] ist, die elektromotorische Referenzkraft, die durch die Steuereinheit 71 abgeleitet wird, Va [mV] (vgl. die 5).
Die Steuereinheit 71 leitet einen Korrekturwert ab, der die Differenz zwischen der elektromotorischen Kraft für die Korrekturwertableitung, die im Schritt S110 erfasst worden ist, und der elektromotorischen Referenzkraft, die im Schritt S130 erfasst worden ist, kompensiert, und speichert den Korrekturwert in der Speichereinheit 72 (Schritt S140). In dieser Ausführungsform wird die Differenz zwischen der elektromotorischen Kraft für die Korrekturwertableitung und der elektromotorischen Referenzkraft direkt als Korrekturwert abgeleitet. Es sollte beachtet werden, dass, wie es vorstehend beschrieben worden ist, die elektromotorische Referenzkraft eine elektromotorische Kraft EMK ist, die erzeugt wird, bevor die Änderung der Ausgabeeigenschaften stattfindet, während die elektromotorische Kraft für die Korrekturwertableitung eine elektromotorische Kraft ist, welche die vorstehend beschriebene Abweichung der elektromotorischen Kraft EMK wiedergibt, wenn die Änderung der Ausgabeeigenschaften stattgefunden hat. Sowohl die elektromotorische Kraft für die Korrekturwertableitung als auch die elektromotorische Referenzkraft sind elektromotorische Kräfte, die in dem Zustand erzeugt werden, bei dem die Einflüsse von Ammoniak und eines brennbaren Gases vernachlässigbar sind (oder als vernachlässigbar betrachtet werden). Folglich wird davon ausgegangen, dass die Differenz zwischen der elektromotorischen Kraft für die Korrekturwertableitung und der elektromotorischen Referenzkraft der Abweichung der elektromotorischen Kraft entspricht, die aufgrund der Änderung der Ausgabeeigenschaften aufgetreten ist. Beispielsweise ist in dem Fall, bei dem das Sensorelement 31 im Laufe des Gebrauchs in denselben Zustand wie dem vorstehenden Zustand 1 gebracht wird (die Beziehung, die durch die Gerade L1 dargestellt ist), wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Gas für die Korrekturwertableitung Pa [%] ist, die elektromotorische Kraft für die Korrekturwertableitung Vb [mV], wie es in der 5 gezeigt ist. Die Differenz zwischen Va und Vb entspricht der Abweichung (Änderung des Achsenabschnitts der vorstehend beschriebenen Näherungsformel) der elektromotorischen Kraft, die aufgrund der Änderung der Ausgabeeigenschaften aufgetreten ist. Demgemäß leitet die Steuereinheit 71 ΔV (= Vb - Va) als Korrektur zum Kompensieren der Abweichung ab.
Nachdem die Steuereinheit 71 den Korrekturwert im Schritt S140 abgeleitet und gespeichert hat, führt die Steuereinheit 71 die Verarbeitung von Schritt S200 durch. Wenn die Steuereinheit 71 die Konzentrationsableitungsverarbeitung im Schritt S215 durchführt, nachdem die Steuereinheit 71 den Korrekturwert abgeleitet und den Korrekturwert in der Speichereinheit 72 gespeichert hat, leitet die Steuereinheit 71 eine korrigierte elektromotorische Kraft unter Verwendung des Korrekturwerts ab. Insbesondere wird die korrigierte elektromotorische Kraft, die durch die Steuereinheit 71 abgeleitet wird, durch Subtrahieren des Korrekturwerts von der elektromotorischen Kraft EMK berechnet, die im Schritt S210 erfasst worden ist. Im Schritt S230 leitet die Steuereinheit 71 die Ammoniakkonzentration auf der Basis der korrigierten elektromotorischen Kraft, der Sauerstoffkonzentration, die im Schritt S220 erfasst worden ist, und der Messentsprechung 73 ab. Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist die Änderung der Ausgabeeigenschaften des Sensorelements 31 eine Änderung, bei der die elektromotorische Kraft EMK unabhängig von den Konzentrationen von Ammoniak, eines brennbaren Gases und Sauerstoff im Wesentlichen um dasselbe Ausmaß abweicht (sich ändert). Daher ist die tatsächliche Entsprechung zwischen den Konzentrationen von Ammoniak und Sauerstoff und der elektromotorischen Kraft EMK des Sensorelements 31, die gilt, nachdem die Änderung der Ausgabeeigenschaften stattgefunden hat, derart, dass die elektromotorische Kraft EMK von der Messentsprechung 73, die in der 4 gezeigt ist, einheitlich mit demselben Ausmaß abweicht. Beispielsweise ändern sich bezüglich des Sensorelements 31 mit dem Zustand 1 die Steigungen der Geraden La bis Ld, die in der 4 gezeigt sind, nicht und nur die Achsenabschnitte der Geraden weichen um ΔV ab, wie es in der 5 gezeigt ist. In dieser Ausführungsform korrigiert die Steuereinheit 71 die elektromotorische Kraft EMK mit dem Korrekturwert, so dass die Abweichung kompensiert wird. Dies ermöglicht die genaue Ableitung der Konzentration eines spezifischen Gases in dem Messgegenstandsgas unter Verwendung der Messentsprechung 73, selbst nachdem die Änderung der Ausgabeeigenschaften stattgefunden hat.
Da die Steuereinheit 71 den Korrekturwert jedesmal, wenn die Steuereinheit 71 im Schritt S100 bestimmt, dass es sich um die Korrekturwert-Ableitungszeit handelt, ableitet, kann der zuletzt abgeleitete Korrekturwert, d.h., der neueste Korrekturwert, im Schritt S215 verwendet werden.
Bei der Ammoniakkonzentration-Messvorrichtung 70 gemäß der vorstehend detailliert beschriebenen Ausführungsform leitet die Steuereinheit 71 einen Korrekturwert ab, der die Differenz zwischen der elektromotorischen Kraft für die Korrekturwertableitung, die bei der Korrekturwert-Ableitungszeit erfasst worden ist, während der die Erfassungselektrode 51 dem Gas für die Korrekturwertableitung ausgesetzt ist, und der elektromotorischen Referenzkraft, die unter Verwendung der Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 abgeleitet worden ist, kompensiert. In der Konzentrationsableitungsverarbeitung anschließend an die Korrekturwert-Ableitungszeit leitet die Steuereinheit 71 die Ammoniakkonzentration in dem Messgegenstandsgas unter Verwendung des Korrekturwerts ab. Folglich kann die Konzentration eines spezifischen Gases in dem Messgegenstandsgas selbst nachdem eine Änderung der Ausgabeeigenschaften stattgefunden hat, genau abgeleitet werden.
Das Messgegenstandsgas ist ein Abgas, das von einem Verbrennungsmotor emittiert worden ist. Das Gas für die Korrekturwertableitung ist ein Abgas, das von dem Verbrennungsmotor während einer Kraftstoffunterbrechung emittiert wird. Da die Mengen von Ammoniak und eines brennbaren Gases, die in dem Abgas enthalten sind, das während der Kraftstoffunterbrechung emittiert wird, vernachlässigbar sind, ermöglicht die Verwendung des Abgases, das während des Zeitraums als Gas für die Korrekturwertableitung zum Ableiten des Korrekturwerts emittiert wird, eine geeignete Ableitung des Korrekturwerts. Da die Steuereinheit 71 die Korrekturwert-Ableitungszeit auf der Basis der Kraftstoffunterbrechung-Ausführungsinformationen erfasst, die von dem Motor-ECU 9 erfasst worden sind, kann die Steuereinheit 71 die Korrekturwert-Ableitungszeit in einer geeigneten Weise bestimmen.
Die Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 umfassen die Entsprechung zwischen der Sauerstoffkonzentration in einem Gas, das Ammoniak oder ein brennbares Gas nicht umfasst, und der elektromotorischen Referenzkraft, die in dem Zustand erzeugt wird, bei dem die Erfassungselektrode 51 dem Gas ausgesetzt ist. Die Steuereinheit 71 leitet eine elektromotorische Referenzkraft, die der Sauerstoffkonzentration in dem Gas für die Korrekturwertableitung entspricht, die durch die Sauerstoffkonzentration-Erfassungseinheit 76 erfasst wird, auf der Basis der Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 ab, die in der Speichereinheit 72 gespeichert sind. Die Steuereinheit 71 leitet den Korrekturwert auf der Basis der elektromotorischen Referenzkraft und der elektromotorischen Kraft für die Korrekturwertableitung ab. Selbst wenn die Erfassungselektrode 51 einem Gas ausgesetzt ist, das Ammoniak oder ein brennbares Gas nicht enthält, können die elektromotorische Referenzkraft und die elektromotorische Kraft für die Korrekturwertableitung mit der Sauerstoffkonzentration in dem Gas variieren, wie es in der 5 gezeigt ist. Um dies zu berücksichtigen, wurde die Entsprechung zwischen der Sauerstoffkonzentration und der elektromotorischen Referenzkraft gespeichert und der Korrekturwert wird unter Verwendung einer elektromotorischen Referenzkraft abgeleitet, die der Sauerstoffkonzentration in dem Gas für die Korrekturwertableitung entspricht. Die ermöglicht die Ableitung eines noch besser geeigneten Korrekturwerts. Folglich kann die Genauigkeit der Messung der Konzentration eines spezifischen Gases weiter verbessert werden.
Es ist selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt ist und dass die vorliegende Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen implementiert werden kann, solange diese in dem technischen Umfang der vorliegenden Erfindung liegen.
Beispielsweise ist, obwohl das Gas für die Korrekturwertableitung in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein Abgas ist, das von dem Motor 1 während einer Kraftstoffunterbrechung emittiert wird, das Gas für die Korrekturwertableitung nicht darauf beschränkt. Das Gas für die Korrekturwertableitung kann jedwede Art von Messgegenstandsgas bei dem Zustand sein, bei dem angenommen wird, dass weder Ammoniak noch ein brennbares Gas enthalten ist. Beispielsweise kann das Gas für die Korrekturwertableitung das Messgegenstandsgas sein, von dem angenommen wird, dass es Luft ist. Da die Mengen von Ammoniak und eines brennbaren Gases, die in der Luft vorliegen, vernachlässigbar sind, ermöglicht es die Verwendung eines solchen Abgases als Gas für die Korrekturwertableitung zum Ableiten des Korrekturwerts der Steuereinheit 71, den Korrekturwert in einer geeigneten Weise abzuleiten. In einem solchen Fall kann die Steuereinheit 71 bestimmen, ob die Sauerstoffkonzentration, die durch die Sauerstoffkonzentration-Erfassungseinheit 76 erfasst worden ist, innerhalb eines im Vorhinein festgelegten Bereichs (z.B. 20 % bis 22 %), in dem angenommen wird, dass die Sauerstoffkonzentration, die durch die Sauerstoffkonzentration-Erfassungseinheit 76 erfasst worden ist, gleich der Sauerstoffkonzentration in der Luft ist, liegt oder nicht, und die Korrekturwert-Ableitungszeit auf der Basis der Ergebnisse erfassen. Dies ermöglicht es der Steuereinheit 71, die Korrekturwert-Ableitungszeit durch ein relativ problemloses und einfaches Verfahren zu erfassen. Insbesondere in dem Fall, bei dem das Messgegenstandsgas ein Abgas ist, das von dem Motor 1 emittiert wird, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas gleich der Sauerstoffkonzentration in der Luft ist, ist es sehr wahrscheinlich, dass das Abgas ein Abgas ist, das von dem Motor 1 während einer Kraftstoffunterbrechung emittiert worden ist. Mit anderen Worten, es ist sehr wahrscheinlich, dass das Abgas in dem Zustand vorliegt, bei dem angenommen wird, dass weder Ammoniak noch ein brennbares Gas enthalten ist. Folglich kann die Steuereinheit 71 die Korrekturwert-Ableitungszeit in einer geeigneten Weise erfassen. In dem vorstehend genannten Fall erfasst ferner die Steuereinheit 71 nicht notwendigerweise die Kraftstoffunterbrechung-Ausführungsinformationen von dem Motor-ECU 9.
Obwohl die Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform Informationen sind, welche die Entsprechung zwischen der Sauerstoffkonzentration und der elektromotorischen Referenzkraft umfassen, sind die Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können die Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 eine elektromotorische Referenzkraft sein, die eine elektromotorische Kraft EMK ist, die in dem Zustand erzeugt wird, bei dem die Erfassungselektrode 51 einem Gas ausgesetzt ist, das Ammoniak oder ein brennbares Gas nicht umfasst und eine Sauerstoffkonzentration aufweist, die gleich der Sauerstoffkonzentration (z.B. 21 %) in der Luft ist. In einem solchen Fall kann die Steuereinheit 71 die Schritte S120 und S130, die in der 3 gezeigt sind, überspringen, und stattdessen die Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74, d.h., die elektromotorische Referenzkraft, aus der Speichereinheit 72 auslesen. Beispielsweise ist in dem Fall, bei dem das Gas für die Korrekturwertableitung das Messgegenstandsgas ist, von dem angenommen wird, dass es Luft ist (wie z.B. ein Abgas, das während einer Kraftstoffunterbrechung emittiert wird), die Sauerstoffkonzentration in dem Gas für die Korrekturwertableitung im Wesentlichen mit der Sauerstoffkonzentration in der Luft identisch. Daher kann die Steuereinheit 71 die Schritte S120 und S130 unter der Annahme überspringen, dass die Sauerstoffkonzentration in dem Gas für die Korrekturwertableitung gleich der Sauerstoffkonzentration in der Luft ist und den Korrekturwert auf der Basis der elektromotorischen Kraft für die Korrekturwertableitung und der elektromotorischen Referenzkraft auf der Basis der Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 ableiten. In dem vorstehend genannten Fall sind die Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 keine Informationen, die durch die Gerade L0 dargestellt werden, sondern nur eine elektromotorische Referenzkraft. Dies vermindert die Menge von Daten der Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74. Es ist jedoch bevorzugt, wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Entsprechung zwischen der Sauerstoffkonzentration und der elektromotorischen Referenzkraft zu nutzen, um die Genauigkeit der Ableitung der Konzentration eines spezifischen Gases weiter zu erhöhen.
Obwohl das Sensorelement 31 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Konzentrationszelle 56 zum Messen der Sauerstoffkonzentration umfasst, ist das Sensorelement 31 nicht darauf beschränkt. D.h., das Sensorelement 31 umfasst nicht notwendigerweise die Konzentrationszelle 56 (insbesondere die Hilfselektrode 52). In einem solchen Fall kann die Ammoniakkonzentration-Messvorrichtung 70 die Sauerstoffkonzentration von einer Vorrichtung erfassen, die von dem Sensorelement 31 verschieden ist. Beispielsweise kann die Ammoniakkonzentration-Messvorrichtung 70 die Sauerstoffkonzentration von einem anderen Sensor (z.B. einem Sauerstoffsensor, einem A/F-Sensor oder einem NOx-Sensor), der in der Abgasleitung 3 angeordnet ist, oder einer anderen Vorrichtung (z.B. der Motor-ECU 9) erfassen. In einem solchen Fall, ist es, wenn die Sauerstoffkonzentration die Sauerstoffkonzentration in dem Messgegenstandsgas ist, die an einer Position gemessen wird, die von der Position des Sensorelements 31 in der Abgasleitung 3 verschieden ist, bevorzugt, die Zeitverzögerung (Verzögerungszeit) aufgrund der Differenz zwischen der Position, bei der die Sauerstoffkonzentration gemessen wird, und der Position des Sensorelements 31 zu berücksichtigen. Insbesondere wird die Zeit, die das Messgegenstandsgas benötigt, um durch die Abgasleitung 3 von einer stromaufwärtigen Position des Sensorelements 31 und der Sauerstoffkonzentration-Messposition zu einer stromabwärtigen Position der zwei Positionen zu strömen, als Verzögerungszeit betrachtet. Die Steuereinheit 71 erfasst die Sauerstoffkonzentration in dem Gas für die Korrekturwertableitung, wobei die vorstehend genannte Verzögerungszeit berücksichtigt wird, und nutzt die Sauerstoffkonzentration für die Verarbeitung, die im Schritt S130 durchgeführt wird. Daher kann die Steuereinheit 71 abhängig von dem Ausmaß der Verzögerungszeit in der Speichereinheit 72 eine Sauerstoffkonzentration speichern, die bei einer Zeit vor der Zeit gemessen worden ist, bei der die Steuereinheit 71 im Schritt S100 bestimmt, dass es sich um die Korrekturwert-Ableitungszeit handelt, und die Sauerstoffkonzentration für die Verarbeitung nutzen, die im Schritt S130 ausgeführt wird.
Obwohl dies in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform nicht speziell beschrieben ist, ist es bevorzugt, dass die Änderung der Ausgabeeigenschaften des Sensorelements 31 (die Ausgabeeigenschaften des Sensorelements 31 sind im Wesentlichen identisch) zwischen der Zeit, bei der die Messentsprechung 73 bestimmt wird, und der Zeit, bei der die Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 im Vorhinein festgelegt werden, nicht stattfindet. Beispielsweise ist es in dem Fall, bei dem die verwendeten Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 die idealen Ausgabeeigenschaften oder die Ausgabeeigenschaften mit dem Zustand 4 sind, bevorzugt, das Sensorelement 31 in denselben Zustand wie den Zustand 4 zu bringen (z.B. Erwärmen bei einer hohen Temperatur), und zwar vor dem Experiment, das zur Bestimmung der Messentsprechung 73 durchgeführt wird. Obwohl die Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74, die in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform verwendet werden, die idealen Ausgabeeigenschaften oder die Ausgabeeigenschaften des Zustands 4 sind, sind die Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können Informationen, welche die Entsprechung betreffen, die bei dem Zustand bestimmt wird, bei dem die Ausgabeeigenschaften ausgehend von den idealen Ausgabeeigenschaften geändert worden sind, wie z.B. dem Zustand 1, 2 oder 3, als Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 verwendet werden. In einem solchen Fall wird die Messentsprechung 73 bei denselben Zuständen, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, experimentell bestimmt, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
Obwohl die Speichereinheit 72 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Messentsprechung 73 und die Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 unabhängig speichert, ist die Speichereinheit 72 nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Messentsprechung 73 auch als Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 dienen. Beispielsweise kann in dem Fall, bei dem die Messentsprechung 73 die Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration und der elektromotorischen Kraft EMK bei einer Ammoniakkonzentration von 0 ppm umfasst, die Steuereinheit 71 eine elektromotorische Kraft EMK bei einer Ammoniakkonzentration von 0 ppm nutzen, die auf der Basis der Messentsprechung 73 und der Sauerstoffkonzentration in dem Gas für die Korrekturwertableitung als elektromotorische Referenzkraft abgeleitet worden ist.
Obwohl dies in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform nicht speziell beschrieben worden ist, können beispielsweise, wie es aus der Formel (2) ersichtlich ist, die Ausgabeeigenschaften der Mischpotenzialzelle 55 auch mit der Temperatur T der Mischpotenzialzelle 55, d.h., der Betriebstemperatur des Sensorelements 31 während des Gebrauchs, variieren. Daher ist es bevorzugt, die Messentsprechung 73 und die Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 zu bestimmen, während die Temperatur der Mischpotenzialzelle 55 durch Erwärmen bei derselben Betriebstemperatur gehalten wird. In dem Fall, bei dem ein Sensorelement 31 bei einer Mehrzahl von Betriebstemperaturen verwendet werden kann, ist es bevorzugt, die Messentsprechung 73 und die Informationen über die elektromotorische Referenzkraft 74 für jede der Betriebstemperaturen zu bestimmen und diese in der Speichereinheit 72 zu speichern.
Obwohl das spezifische Gas in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform Ammoniak ist, ist das spezifische Gas nicht darauf beschränkt. Das spezifische Gas kann Kohlenmonoxid (CO) oder ein Kohlenwasserstoff (HC) sein. In dem Fall, bei dem das spezifische Gas ein Kohlenwasserstoff ist, kann die Konzentration des spezifischen Gases eine Kohlenstoffäquivalentkonzentration der gesamten Kohlenwasserstoffe sein. Beispielsweise ändert sich, wie es in der 7 gezeigt ist, die Entsprechung zwischen der CO-Konzentration und der elektromotorischen Kraft EMK derart, dass die elektromotorische Kraft aufgrund der Änderung der Ausgabeeigenschaften in demselben Ausmaß abweicht. Daher wird selbst in dem Fall, bei dem das spezifische Gas nicht Ammoniak ist, unter Verwendung eines Korrekturwerts, der die Differenz zwischen der elektromotorischen Kraft für die Korrekturwertableitung und der elektromotorischen Referenzkraft wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kompensiert, eine genaue Messung der Konzentration des spezifischen Gases ermöglicht.
Obwohl die Messentsprechung 73 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Beziehung ist, die durch die Formel (1) dargestellt ist, ist die Messentsprechung 73 nicht darauf beschränkt. Die Messentsprechung 73 kann jedwede Entsprechung zwischen den Konzentrationen eines spezifischen Gases und Sauerstoff und der elektromotorischen Kraft sein, die experimentell bestimmt worden ist.
Obwohl der Motor 1 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein Dieselmotor ist, kann stattdessen auch ein Benzinmotor verwendet werden.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-023322 , die am 23. Februar 2018 eingereicht worden ist und deren gesamter Inhalt unter Bezugnahme hierin einbezogen ist.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann in industriellen Bereichen verwendet werden, in denen Gassensoren, welche die Konzentration eines spezifischen Gases, wie z.B. einer Ammoniakkonzentration, in einem Messgegenstandsgas, wie z.B. einem Kraftfahrzeugabgas, erfassen, hergestellt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018023322 [0068]

Claims

Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases, welche die Konzentration eines spezifischen Gases mit einem Sensorelement misst, das eine Mischpotenzialzelle umfasst, wobei die Mischpotenzialzelle einen Festelektrolytkörper, eine Erfassungselektrode, die auf dem Festelektrolytkörper angeordnet ist, und eine Referenzelektrode, die auf dem Festelektrolytkörper angeordnet ist, umfasst, wobei die Konzentration eines spezifischen Gases die Konzentration eines spezifischen Gases in einem Messgegenstandsgas ist, wobei das spezifische Gas aus Ammoniak und einem brennbaren Gas ausgewählt ist, wobei die Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases umfasst: eine elektromotorische Kraft-Erfassungseinheit, die eine elektromotorische Kraft der Mischpotenzialzelle erfasst, die bei dem Zustand erzeugt wird, bei dem die Erfassungselektrode dem Messgegenstandsgas ausgesetzt wird; eine Sauerstoffkonzentration-Erfassungseinheit, die eine Sauerstoffkonzentration in dem Messgegenstandsgas erfasst; eine Speichereinheit, die eine Messentsprechung und Informationen über eine elektromotorische Referenzkraft speichert, wobei die Messentsprechung die Entsprechung zwischen der Konzentration eines spezifischen Gases, der Sauerstoffkonzentration und der elektromotorischen Kraft ist, wobei die Informationen bezüglich der elektromotorischen Referenzkraft eine elektromotorische Referenzkraft betreffen, welche die elektromotorische Kraft ist, die bei dem Zustand erzeugt wird, bei dem die Erfassungselektrode einem Gas ausgesetzt ist, das Ammoniak oder ein brennbares Gas nicht umfasst; und eine Einheit zur Ableitung der Konzentration eines spezifischen Gases, die eine Konzentrationsableitungsverarbeitung durchführt, in der die Konzentration eines spezifischen Gases, die der elektromotorischen Kraft entspricht, und die Sauerstoffkonzentration auf der Basis der Messentsprechung abgeleitet werden, wobei die Einheit zur Ableitung der Konzentration eines spezifischen Gases bei einer Korrekturwert-Ableitungszeit bewirkt, dass die elektromotorische Kraft-Erfassungseinheit die elektromotorische Kraft erfasst und einen Korrekturwert ableitet, der die Differenz zwischen einer elektromotorischen Kraft für die Korrekturwertableitung, welche die elektromotorische Kraft ist, und der elektromotorischen Referenzkraft auf der Basis der Informationen über die elektromotorische Referenzkraft kompensiert, wobei die Korrekturwert-Ableitungszeit die Zeit ist, während der die Erfassungselektrode einem Gas für die Korrekturwertableitung ausgesetzt ist, wobei das Gas für die Korrekturwertableitung das Messgegenstandsgas ist, das bei dem Zustand vorliegt, bei dem angenommen wird, dass weder Ammoniak noch ein brennbares Gas enthalten ist, wobei die Einheit zur Ableitung der Konzentration eines spezifischen Gases in der Konzentrationsableitungsverarbeitung, die anschließend an die Korrekturwert-Ableitungszeit durchgeführt wird, die Konzentration eines spezifischen Gases unter Verwendung einer korrigierten elektromotorischen Kraft ableitet, die durch Korrigieren der elektromotorischen Kraft mit dem Korrekturwert bestimmt wird.
Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases nach Anspruch 1, bei der das Messgegenstandsgas ein Abgas ist, das von einem Verbrennungsmotor emittiert wird; und bei der das Gas für die Korrekturwertableitung ein Abgas ist, das von dem Verbrennungsmotor während einer Kraftstoffunterbrechung emittiert wird.
Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases nach Anspruch 2, wobei die Vorrichtung ferner eine Informationserfassungseinheit umfasst, die Kraftstoffunterbrechung-Ausführungsinformationen erfasst, welche die Ausführung der Kraftstoffunterbrechung betreffen, wobei die Einheit zur Ableitung der Konzentration eines spezifischen Gases die Korrekturwert-Ableitungszeit auf der Basis der Kraftstoffunterbrechung-Ausführungsinformationen erfasst.
Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Gas für die Korrekturwertableitung das Messgegenstandsgas ist, das bei dem Zustand vorliegt, bei dem angenommen werden kann, dass das Gas Luft ist.
Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases nach Anspruch 4, bei der die Einheit zur Ableitung der Konzentration eines spezifischen Gases bestimmt, ob die Sauerstoffkonzentration, die durch die Sauerstoffkonzentration-Erfassungseinheit erfasst worden ist, innerhalb eines im Vorhinein festgelegten Bereichs, in dem angenommen wird, dass die Sauerstoffkonzentration gleich der Sauerstoffkonzentration in der Luft ist, liegt oder nicht, und die Korrekturwert-Ableitungszeit auf der Basis der Ergebnisse erfasst.
Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Informationen über die elektromotorische Referenzkraft Informationen sind, welche die Entsprechung zwischen der Sauerstoffkonzentration in einem Gas, das Ammoniak oder ein brennbares Gas nicht umfasst, und der elektromotorischen Referenzkraft, die bei dem Zustand erzeugt wird, bei dem die Erfassungselektrode dem Gas ausgesetzt ist, umfassen, und bei der die Einheit zur Ableitung der Konzentration eines spezifischen Gases die elektromotorische Referenzkraft, die der Sauerstoffkonzentration in dem Gas für die Korrekturwertableitung entspricht, wobei die Sauerstoffkonzentration durch die Sauerstoffkonzentration-Erfassungseinheit erfasst wird, auf der Basis der Informationen über die elektromotorische Referenzkraft ableitet, und den Korrekturwert auf der Basis der elektromotorischen Referenzkraft und der elektromotorischen Kraft für die Korrekturwertableitung ableitet.
System zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases, umfassend: die Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gases nach einem der Ansprüche 1 bis 6; und das Sensorelement.