特表 2022-514762 測定ガス中の、結合酸素を有する測定ガス成分の少なくとも一部を検出するセンサシステムの動作方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-02-15

(54)【発明の名称】測定ガス中の、結合酸素を有する測定ガス成分の少なくとも一部を検出するセンサシステムの動作方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/26 20060101AFI20220207BHJP

   G01N 27/416 20060101ALI20220207BHJP

【ＦＩ】

G01N27/26 371A

G01N27/416 331

G01N27/416 376

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021535911

(86)(22)【出願日】2019-11-12

(85)【翻訳文提出日】2021-06-18

(86)【国際出願番号】 EP2019081040

(87)【国際公開番号】W WO2020126231

(87)【国際公開日】2020-06-25

(31)【優先権主張番号】102018222624.5

(32)【優先日】2018-12-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】390023711

【氏名又は名称】ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

【住所又は居所原語表記】Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】トーマス ヴァール

(57)【要約】

測定ガス中の、特に内燃機関の排気ガス中の、結合酸素を有する測定ガス成分の少なくとも一部を検出するセンサシステム（１００）の動作方法である。センサシステム（１００）は、測定ガス中の窒素酸化物を検出する少なくとも１つの第１の測定ユニット（１５２）と、測定ガス中のアンモニアを検出する第２の測定ユニット（１５６）とを有する。この方法は、測定ガスについての所定の条件下で第１の測定ユニット（１５２）の第１の測定信号値を検出することと、測定ガスについての当該所定の条件下で第２の測定ユニット（１５６）の第２の測定信号値を検出することと、第１の測定信号値からの第２の測定信号値の偏差値を特定することと、偏差値に基づいて補正値を形成することと、補正値と第２の測定ユニットの第２の測定信号とに基づいて第２の測定ユニットの補正された第２の測定信号を形成することと、を含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定ガス中の、特に内燃機関の排気ガス中の、結合酸素を有する測定ガス成分の少なくとも一部を検出するセンサシステム（１００）の動作方法であって、
前記センサシステム（１００）は、前記測定ガス中の窒素酸化物を検出する少なくとも１つの第１の測定ユニット（１５２）と、前記測定ガス中のアンモニアを検出する第２の測定ユニット（１５６）とを有する、方法において、
・前記測定ガスについての所定の条件下で前記第１の測定ユニット（１５２）の第１の測定信号値を検出することと、
・前記測定ガスについての前記所定の条件下で前記第２の測定ユニット（１５６）の第２の測定信号値を検出することと、
・前記第１の測定信号値からの前記第２の測定信号値の偏差値を特定すること、
・前記偏差値に基づいて補正値を形成することと、
・前記補正値と前記第２の測定ユニットの第２の測定信号とに基づいて、前記第２の測定ユニットの補正された第２の測定信号を形成することと、
を含む方法。

【請求項2】

前記所定の条件は、前記測定ガス中の窒素酸化物の割合の閾値を下回ることである、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

窒素酸化物の前記閾値は、前記測定ガス中のアンモニアの割合の２０％、有利には７％である、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記第２の測定信号値を前記第１の測定信号値により除算し、続いて逆数を形成することによって前記補正値を形成する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記補正された第２の測定信号を、前記第２の測定信号に前記補正値を乗算することによって形成する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記第１の測定信号値からの前記第２の測定信号値の前記偏差値が、前記偏差値についての所定の閾値、１０％と５０％との間の割合、有利には１０％と２５％との間の割合を上回る場合にのみ前記補正値を形成する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記第１の測定ユニット（１５２）及び前記第２の測定ユニット（１５６）は、単一のセンサ要素に配置されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記第１の測定ユニット（１５２）は、第１のセンサ要素（１１０）に配置されており、前記第２の測定ユニット（１５６）は、第２のセンサ要素（１５４）に配置されており、前記第１のセンサ要素（１１０）は、前記第２のセンサ要素（１５４）とは異なっており、前記第１のセンサ要素（１１０）及び前記第２のセンサ要素（１５４）は、単一のセンサに配置されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記第１の測定ユニット（１５２）は、第１のセンサ要素（１１０）に配置されており、前記第２の測定ユニット（１５６）は、第２のセンサ要素（１５４）に配置されており、前記第１のセンサ要素（１１０）は、前記第２のセンサ要素（１５４）とは異なっており、前記第１のセンサ要素（１１０）は、第１のセンサに配置されており、前記第２のセンサ要素（１５４）は、第２のセンサに配置されており、前記第１のセンサは、前記第２のセンサとは異なっており、前記第１のセンサと前記第２のセンサとは、前記測定ガス内において相互に隣接して配置される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記測定ガスは、内燃機関の排気ガスであり、前記センサシステム（１００）は、前記内燃機関のエンジン制御装置と接続され、
前記方法は、前記エンジン制御装置が前記センサシステム（１００）にトリガ信号を送信した場合に実施される、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記測定ガスは、内燃機関の排気ガスであり、前記補正された第２の測定信号は、前記排気ガスに注入される尿素溶液の量を制御又は調整するために使用される、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法の各ステップを実施するために構成されているコンピュータプログラム。

【請求項13】

請求項１２に記載のコンピュータプログラムが格納されている電子記憶媒体。

【請求項14】

請求項１３に記載の電子記憶媒体を含む電子制御装置（１２２）。

【請求項15】

測定ガス中の、特に内燃機関の排気ガス中の、結合酸素を有する測定ガス成分の少なくとも一部を検出するセンサシステム（１００）であって、
前記測定ガス中の窒素酸化物を検出する少なくとも１つの第１の測定ユニット（１５２）と、前記測定ガス中のアンモニアを検出する第２の測定ユニット（１５６）とを含み、
請求項１４に記載の電子制御装置（１２２）をさらに備えているセンサシステム（１００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

従来技術
従来技術から、分子状酸素の存在下において、結合酸素を有する測定ガス成分の還元によって発生する酸素の割合を検出することによって、ガス混合物中の、特に内燃機関の排気ガス中の、結合酸素を有する測定ガス成分の少なくとも一部を検出する多数の方法及びセンサが知られている。

【背景技術】

【0002】

省略されて又は簡略化されて、ＮＯｘセンサ又は窒素酸化物センサとも称される、ガス混合物中の、結合酸素を有する測定ガス成分の少なくとも一部を検出するセンサは、例えば、Ｒｅｉｆ，Ｋ．，Ｄｅｉｔｓｃｈｅ，Ｋ－Ｈ．等著「Ｋｒａｆｔｆａｈｒｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｓ Ｔａｓｃｈｅｎｂｕｃｈ」（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｉｅｗｅｇ、Ｗｉｅｓｂａｄｅｎ、２０１４年、第１３３８～１３４７頁）に記載されている。

【0003】

今日自動車技術において使用されている窒素酸化物センサ（＝ＮＯｘセンサ）は、例えばラムダセンサ等の酸素センサと同様に、限界電流の原理に従って機能する。このような窒素酸化物センサは、参照セルとも称されるネルンスト濃淡電池、改変された酸素ポンプセル及び他の改変された酸素ポンプセル、いわゆるＮＯｘセルを含む。排気ガスに曝された外側ポンプ電極と、拡散バリアによって排気ガスから分離されている第１の中空空間内の内側ポンプ電極とが、酸素ポンプセルを形成する。ネルンスト電極も第１の中空空間内に配置されており、共にネルンストセルを形成する参照電極は参照ガス空間内に配置されている。ＮＯｘセルは、ＮＯｘポンプ電極と対電極とを含む。ＮＯｘポンプ電極は、第１の内部中空空間と連通しており、かつ、拡散バリアによって第１の内部中空空間から分離されている第２の中空空間内に配置されている。対電極は、参照ガス空間内に配置されている。第１及び第２の中空空間内の総ての電極は、共通の戻り導体を有している。

【0004】

窒素酸化物センサの動作時には、いわゆるＯ_２セル内において、拡散バリアを介して排気ガスと通じている第１の空洞から酸素が除去される。これによって、結果として発生するポンプ電流は、測定ガス流又は排気ガス流内の周囲空気の酸素含有量に比例する。ＮＯｘセル内において、窒素酸化物がポンプにより排出される。第２の中空空間内の雰囲気中の窒素酸化物ＮＯｘは、一定のポンプ電圧を印加することによって還元又は分解される。第２の中空空間内の測定ガス成分を還元又は分解することによって生成された、有利には窒素酸化物ＮＯｘの還元に由来する酸素は、参照ガス空間にポンプにより排出される。従って、結果として、印加されたポンプ電圧は、ＮＯｘセルの抵抗に対して、窒素酸化物ＮＯｘ又は酸素の濃度によって、窒素酸化物ＮＯｘ又は酸素の含有量に比例して、ＮＯｘ測定信号を表すポンプ電流をもたらす。

【0005】

いわゆるＳＣＲ技術（ＳＣＲ＝選択触媒還元）は、ディーゼルエンジンドライブを搭載した近年の自動車においては、高レベルのＮＯ及びＮＯ_２浄化を実現するために使用される。ここで、尿素水溶液が、ＳＣＲ触媒コンバータの上流において排気ガス管に注入される。このような尿素は、触媒コンバータ上の排気ガス温度により分解し、アンモニア（ＮＨ_３）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）を生成する。アンモニアは、触媒コンバータによりＮＯ及びＮＯ_２と反応して、分子状窒素Ｎ_２を生成する。ここで、排気ガス浄化の効率のために、触媒コンバータ内のある位置、又は、２つの触媒コンバータの間、又は、ＳＣＲ触媒コンバータの下流において、ＮＯ濃度及びＮＯ_２濃度に加えて、ＮＨ_３濃度を選択的に測定することが有利である。例えば、Ｒｅｉｆ，Ｋ．，Ｄｅｉｔｓｃｈｅ，Ｋ－Ｈ．等著「Ｋｒａｆｔｆａｈｒｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｓ Ｔａｓｃｈｅｎｂｕｃｈ」（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｉｅｗｅｇ、Ｗｉｅｓｂａｄｅｎ、２０１４年、第１３３８～１３４７頁）に記載されているような既知の窒素酸化物センサは、二酸化ジルコニウム技術により構築されている。これらは、中央測定手段としてセラミックセンサ要素を含み、セラミックセンサ要素は、集積されている加熱部によって、６５０乃至８５０℃の範囲の固定動作温度に加熱される。これによって、ドープされた二酸化ジルコニウムが、電気的なＯ_２イオン伝導体になる。測定セルの構造は、ダブルチャンバ原理に基づいた既知の構造に従う。これらのセンサは、総合信号として、ＮＯ、ＮＯ_２及びＮＨ_３を測定する。

【0006】

ここで、他のガス成分を測定するために、ＮＯ／ＮＯ_２を測定するセンサに、他の測定セルが装備される。１つ又は複数の、アンモニア測定を行う測定セルを装備することが特に有利である。このセンサは、ＳＣＲシステムにおける調整を改善するために使用することが可能である。他の測定量を提供することによって、効率の高い排気ガス浄化の調整が容易になる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】Ｒｅｉｆ，Ｋ．，Ｄｅｉｔｓｃｈｅ，Ｋ－Ｈ．等著「Ｋｒａｆｔｆａｈｒｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｓ Ｔａｓｃｈｅｎｂｕｃｈ」（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｉｅｗｅｇ、Ｗｉｅｓｂａｄｅｎ、２０１４年、第１３３８～１３４７頁）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

窒素酸化物を検出する第１の測定ユニット又は測定セルと、アンモニアを検出する第２の測定ユニット又は測定セルとを備えた、従来技術から既知のセンサシステム及びその動作方法の利点にも拘わらず、これらにはまだ改良の余地がある。排気ガス中のＮＨ_３を検出することができる測定セルは、例えば混合電位電極によって形成されており、混合電位電極は、白金等から製造されている平衡電極に対して、電気化学ポテンシャルを生成する。混合電位電極が、動作時間にわたって、排気ガス中において経年劣化することが知られている。この結果、信号は、動作時間にわたって変化し、通常、減少する。その結果、測定エラーが５０％まで発生することは稀ではない。

【課題を解決するための手段】

【0009】

発明の開示
従って、測定ガス中の、結合酸素を有する測定ガス成分の少なくとも一部を検出するセンサシステムの動作方法が提案され、この方法は、このようなセンサシステムの既知の動作方法の欠点を少なくとも大部分回避し、電極の経年劣化によるアンモニアの検出時の測定エラーを大幅に低減させることができ又は回避することができる。

【0010】

本発明に係る、測定ガス中の、特に内燃機関の排気ガス中の、結合酸素を有する測定ガス成分の少なくとも一部を検出するセンサシステムの動作方法であって、センサシステムは、測定ガス中の窒素酸化物を検出する少なくとも１つの第１の測定ユニットと、測定ガス中のアンモニアを検出する第２の測定ユニットとを有する、方法は、有利には所与の順序で、以下のステップ、即ち、
・測定ガスについての所定の条件下で第１のセンサの第１の測定信号値を検出するステップと、
・測定ガスについての上記所定の条件下で第２のセンサの第２の測定信号値を検出するステップと、
・第１の測定信号値からの第２の測定信号値の偏差値を特定するステップと、
・偏差値に基づいて補正値を形成するステップと、
・補正値と第２のセンサの第２の測定信号とに基づいて、第２のセンサの補正された第２の測定信号を形成するステップと、
を含む。

【0011】

基本的な思想は、ＮＯｘセンサの既知の感度を、ＮＨ_３についての補正値を求めるために利用することである。例えば、エンジン、ひいては排気システムの以前に特定された動作状態に対して、又は、エンジン制御装置内の種々の情報の妥当性検査から、ＮＯ及びＮＯ_２が排気管内に存在しているか否かを導出することが可能である。このことが除外し得る場合、又は、これらがごくわずかな量でしか存在しておらず、同時に、ＮＯｘ（ＮＯｘ＝ＮＯ＋ＮＯ_２）を測定するセンサ部分において信号が検出され、同時に、ＮＨ_３を測定するセンサ部分において信号が検出される場合には、これにＮＨ_３が関わっていることが仮定されるべきである。ここで、ＮＨ_３を測定するセンサ部分からの信号を、ＮＯｘを測定するセンサ部分の信号と比較することができる。ＮＨ_３センサ信号のＮＨ_３特性曲線等価物がＮＯｘセンサのＮＨ_３特性曲線等価物から偏差している場合には、偏差係数が求められ、補正値が計算され、直ちに補正係数としてＮＨ_３信号に適用される。従って、ＮＨ_３測定ユニット又は測定セルの測定エラーは、容易に低減又は回避される。

【0012】

発展形態においては、所定の条件は、測定ガス中の窒素酸化物の割合の閾値を下回ることである。これに対応して、補正機能は、例えば、エンジン制御装置において又はセンサ制御装置において動作状態が識別されたときに、例えば、排気管内にＮＯｘが存在していない又はＮＯｘがごくわずかな量でしか存在していないエンジン制御装置によって実行される。

【0013】

発展形態においては、窒素酸化物の閾値は、測定ガス中のアンモニアの割合の２０％、有利には７％である。これは、この方法を確実に実施することができる有利な閾値を表す。

【0014】

発展形態においては、補正値は、第２の測定信号値を第１の測定信号値により除算し、続いて逆数を形成することによって形成される。これによって、大きい労力をかけずに補正値を形成することができる。

【0015】

発展形態においては、補正された第２の測定信号は、第２の測定信号に補正値を乗算することによって形成される。これによって、第２の測定信号を容易に補正することができる。

【0016】

発展形態においては、補正値は、第１の測定信号値からの第２の測定信号値の偏差値が、偏差値についての所定の閾値、特に信号の１０％と５０％との間、有利には１０％と２５％との間の割合を上回る場合にのみ形成される。これによって、電極の重大な経年劣化エラーのみに基づいて、補正が行われることが保証される。

【0017】

発展形態においては、第１の測定ユニット及び第２の測定ユニットは、単一のセンサ要素に配置されている。例えば、上記の従来技術から知られているように、窒素酸化物センサは、さらなる測定ユニット又は測定セルを含むように拡張される。

【0018】

選択的に、第１の測定ユニットは、第１のセンサ要素に配置されており、第２の測定ユニットは、第２のセンサ要素に配置されており、第１のセンサ要素は、第２のセンサ要素とは異なっており、第１のセンサ要素及び第２のセンサ要素は、単一のセンサに配置されている。言い換えれば、２つの別個のセンサ要素が、単一のセンサ内に構築される。

【0019】

選択的に、第１の測定ユニットは、第１のセンサ要素に配置されており、第２の測定ユニットは、第２のセンサ要素に配置されており、第１のセンサ要素は、第２のセンサ要素とは異なっており、第１のセンサ要素は、第１のセンサに配置されており、第２のセンサ要素は、第２のセンサに配置されており、第１のセンサは、第２のセンサとは異なっており、第１のセンサと第２のセンサとは、測定ガス内において相互に隣接して配置される。言い換えれば、第１のセンサと第２のセンサとは、相互に隣接して、測定されるべきガス混合物に曝される、物理的に別個に構築されたセンサである。

【0020】

発展形態においては、測定ガスは、内燃機関の排気ガスであり、センサシステムは、内燃機関のエンジン制御装置と接続され、この方法は、エンジン制御装置がセンサシステムにトリガ信号を送信した場合に実施される。これによって、この方法は、エンジン制御装置によって要求された場合にのみ実施され、その結果、所定の条件が存在することが保証される。

【0021】

発展形態においては、測定ガスは、内燃機関の排気ガスであり、補正された第２の測定信号は、排気ガスに注入される尿素溶液の量を制御又は調整するために使用される。例えば、補正機能は、尿素溶液の注入量を制御又は調整するために、ＳＣＲ計量制御装置において実行される。

【0022】

さらに、本発明に係る方法の各ステップを実施するために構成されているコンピュータプログラムが提案される。

【0023】

さらに、本発明に係る方法を実施するためのコンピュータプログラムが格納されている電子記憶媒体が提案される。

【0024】

さらに、本発明は、本発明に係る方法を実施するための上述のコンピュータプログラムを備えた本発明に係る電子記憶媒体を含む電子制御装置を含む。

【0025】

最後に、本発明は、測定ガス中の、特に内燃機関の排気ガス中の、結合酸素を有する測定ガス成分の少なくとも一部を検出するセンサシステムにも関し、このセンサシステムは、測定ガス中の窒素酸化物を検出する少なくとも１つの第１の測定ユニットと、測定ガス中のアンモニアを検出する第２の測定ユニットとを含み、このセンサシステムは、そのような電子制御装置をさらに備えている。

【0026】

本発明の枠内においては、固体電解質は、電解特性を有する、即ち、イオン伝導特性を有する物体又は対象物として理解されるべきである。特に、これは、セラミック固体電解質であり得る。これは、固体電解質の原料、ひいては焼結後にはじめて固体電解質になる、いわゆるグリーン体又はブラウン体としての形成物も含む。特に、固体電解質は、固体電解質層として又は複数の固体電解質層から形成されるものとしてよい。本発明の枠内においては、層は、他の要素の上、下又は間にある、ある程度の高さの、平面状に拡張した、均一な塊として理解されるべきである。

【0027】

本発明の枠内においては、電極は、全般的に、電流が固体電解質及び電極を通して維持され得るように、固体電解質に接触することができる要素として理解されるべきである。従って、電極は、イオンが固体電解質に組み込まれ得る及び／又は固体電解質から除去され得る要素を含み得る。典型的に電極は、例えば、金属セラミック電極として固体電解質上に被着され得る又は他の形態により固体電解質と接続され得る貴金属電極を含む。典型的な電極材料は白金サーメット電極である。しかし、基本的には、例えば、金又はパラジウム等の他の貴金属も使用可能である。

【0028】

本発明の枠内においては、加熱要素は、固体電解質及び電極を少なくともそれらの機能温度に、有利にはそれらの動作温度に加熱するために使用される要素として理解されるべきである。機能温度は、固体電解質がイオンに対して伝導性になる温度であり、約３５０℃である。これは、動作温度とは区別されるべきである。動作温度は、センサ要素が通常動作する温度であり、機能温度よりも高い温度である。動作温度は、例えば、５００℃から９５０℃までであるものとしてよい。加熱要素は、加熱領域及び少なくとも１つの供給ラインを含み得る。本発明の枠内においては、加熱領域は、層構造において、センサ要素の表面に対して垂直な方向に沿って電極と重なる加熱要素の領域として理解されるべきである。加熱領域は、通常、動作中に供給ラインよりも強く加熱されるため、これらを区別することができる。異なる加熱は、例えば、加熱領域が供給ラインよりも高い電気抵抗を有することによって実現され得る。加熱領域及び／又は供給ラインは、例えば、電気抵抗トラックとして形成されており、電圧が印加されることによって加熱される。加熱要素は、例えば、白金サーメットから製造されるものとしてよい。

【0029】

本発明のさらなる任意の細部及び特徴は、図面に概略的に示される有利な実施例の以下の説明から明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明に係るセンサシステムの基本構成。

【図2】本発明に係る方法のフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0031】

発明の実施形態
図１は、本発明に係る方法を実施するために特に適する、本発明に係るセンサシステム１００の基本構成を示している。センサシステム１００は、ガス混合物、例えば、内燃機関の排気ガス中の、結合酸素を有する測定ガス成分の、以下においては例示的に窒素酸化物ＮＯｘと称される少なくとも一部を検出するように構成されている。

【0032】

このために、センサシステム１００は、第１のセンサ要素１１０を含む。第１のセンサ要素１１０は、外側ポンプ電極１１４と内側ポンプ電極１１６との間に形成されている第１のポンプセル１１２を含む。多孔質の酸化アルミニウム層１１８によって第１のセンサ要素１１０の周囲から分断されている外側ポンプ電極１１４は、ここでは第１の導電性接続部１２０を有しており、これを介して、第１のポンプ電流Ｉ_Ｐ１が第１のポンプセル１１２において生成される。このために、第１の導電性接続部１２０は、外部の電子制御装置１２２の端子Ｐ１と接続されている。完全な電流回路を得るために、内側ポンプ電極１１６は同様に、外部の電子制御装置１２２の共通端子ＣＯＭへ連通する第２の導電性接続部１２４を有している。第１のポンプセル１１２は、第１の中空空間１２６に接して位置している。第１の中空空間１２６は、第１のセンサ要素１１０の内部に位置しており、測定ガスと連通している。第１のポンプセル１１２において第１のポンプ電流Ｉ_Ｐ１を生成することによって、ガス混合物の分子状酸素から形成される第１の割合の酸素イオンが、第１の中空空間１２６とセンサ１００の周囲との間において搬送される。拡散バリア１２８は、周囲から第１の中空空間１２６への入り口経路に設けられている。

【0033】

第１のセンサ要素１１０は、ネルンスト電極１３２と参照電極１３４とを有する電気ネルンストセル１３０をさらに有している。ネルンスト電極１３２は、内側ポンプ電極１１６と共に、共通端子ＣＯＭへの第２の導電性接続部１２４を有しているが、参照電極１３４は、ネルンスト電圧Ｖｓ用の外部の電子制御装置１２２の端子Ｖｓへの別個の導電性接続部１３６を有している。ネルンストセル１３０は、参照ガス空間１３８に接して位置している。測定ガス空間１２６及び／又はセンサ１００の周囲からの第２の割合の酸素イオンは、端子Ｖｓと共通端子ＣＯＭとの間に参照ポンプ電流を印加することによって、参照ガス空間１３８へ搬送される。参照ポンプ電流の値は、定められた割合の酸素イオンが参照ガス空間１３８内に形成されるように設定される。これに関連して、第１のポンプ電流Ｉ_Ｐ１の値も、有利には、測定ガス空間１２６内の酸素イオンの第１の割合と参照ガス空間１３８中の酸素イオンの第２の割合との間に、定められた比率が生じるように設定される。

【0034】

ガス混合物にさらに含まれている、結合酸素を有する測定ガス成分、窒素酸化物ＮＯｘは、特に拡散によって、ほとんど影響を受けずに、「ＮＯｘポンプセル」とも称されることがある、第１のセンサ要素１１０の第２のポンプセル１４０に到達する。第２のポンプセル１４０は、ＮＯｘポンプ電極１４２及びＮＯｘ対電極１４４を有しており、第１のセンサ要素１１０の内部の第２の中空空間１４５に接して位置している。２つの電極、ＮＯｘポンプ電極１４２及び／又はＮＯｘ対電極１４４のうちの少なくとも１つは、電圧が印加されると、測定ガス成分ＮＯｘからの触媒作用によって、さらなる分子状酸素が生成され得るように構成されている。これは、第２のポンプセル１４０において形成される。

【0035】

ＮＯｘポンプ電極１４２は、共通端子ＣＯＭへ連通する導電性接続部１４６を有しているが、ＮＯｘ対電極１４４は、それを介して第２のポンプ電流Ｉ_Ｐ２が第２のポンプセル１４０に印加され得る導電性接続部１４６を有している。このために、導電性接続部１４６は、外部の電子制御装置１２２の端子Ｐ２と接続されている。第２のポンプ電流Ｉ_Ｐ２が第２のポンプセル１４０に印加されると、さらなる分子状酸素から形成された、ある割合のさらなる酸素イオンが、参照ガス空間１３８へ搬送される。第２の中空空間１４５は、拡散バリア１４７によって第１の中空空間１２６から分離されている。第１のセンサ要素１１０は、加熱要素１４８をさらに有しており、加熱要素１４８は、２つのリード線１５０によって、制御装置１２２の端子ＨＴＲ＋及びＨＴＲ－と接続されており、それを介して、加熱電流が加熱要素１４８に導入され得る。加熱要素１４８は、加熱電力を生成することによって、第１のセンサ要素１１０を、所望の温度にすることができる。第２のポンプセル１４０は、測定ガス中の窒素酸化物を検出する測定セル又は測定ユニット１５２として形成されている。

【0036】

センサシステム１００は、第２のセンサ要素１５４をさらに含む。第２のセンサ要素１５４は、測定ガス中のアンモニアを検出する第２の測定セル又は測定ユニット１５６を含む。このために、第２の測定ユニット１５６は、少なくとも１つの混合電位電極１５８及び平衡電極１６０を有している。平衡電極１６０は、例えば、白金から製造されている。混合電位電極１５８は、平衡電極１６０に対して電気化学ポテンシャルを生成する。第２のセンサ要素１５４は、電子制御装置と接続されるものとしてよい。選択的に、第２のセンサ要素１５４は、固有の制御装置と接続されている。

【0037】

図１において見て取れるように、第２のセンサ要素１５４は、第１のセンサ要素１１０内に配置されており、その結果、第１の測定ユニット１５２と第２の測定ユニット１５６とが統合されている。第１のセンサ要素１１０と第２のセンサ要素１５４とが、相互に別々に存在し得ることを明確に強調しておく。さらに、第２のセンサ要素１５４と第１のセンサ要素１１０とが、１つのセンサ内に配置され得ることを明確に強調しておく。これらは、例えば、共通のセンサハウジングによって包囲されている。さらに、第１の測定ユニット１５２と第２の測定ユニット１５６とが、相互に分離されているセンサ内に配置され得ることを明確に強調しておく。これらのセンサは、相互に隣接して、測定ガスに曝される。

【0038】

図２は、本発明に係る、センサ１００の動作方法のフローチャートを示している。はじめに、ステップＳ１０において、測定ガスに関する情報を含む又はそれに基づいて測定ガスに関する情報が得られるデータが収集される。示されている実施例においては、内燃機関及び内燃機関の排気システムのデータが求められる。これらのデータは、ステップＳ１２において評価される。示されている実施例においては、内燃機関及び内燃機関の排気システムのデータが評価される。

【0039】

ステップＳ１４においては、評価されたデータに基づいて、測定ガスについての所定の条件が存在しているか否か、又は、測定ガスについての所定の条件が満たされているか否かが検査される。示されている実施例においては、所定の条件は、測定ガス中の窒素酸化物の割合の閾値を下回ることである。換言すれば、測定ガス又は排気ガス中の窒素酸化物濃度が十分に低いか否かが検査される。このために、閾値は、測定ガス中のアンモニアの割合の２０％と、有利には７％との間であり得る。ステップＳ１４において値が閾値を上回り、従って、測定ガス又は排気ガス中の窒素酸化物濃度が十分に低くない場合には、ステップＳ１２に戻る。ステップＳ１４において値が閾値を下回り、従って、測定ガス又は排気ガス中の窒素酸化物濃度が十分に低い場合には、ステップＳ１６に進む。即ち、エンジンの、ひいては排気システムの以前に特定された動作状態に対して、又は、エンジン制御装置内の種々の情報の妥当性検査から、排気管内にＮＯ及びＮＯ_２が存在するか否かを導出することができる。ステップＳ１４において、このことを除外することができ、同時に、ＮＯｘを測定する第１の測定ユニット１５２により信号が検出され、同時に、ＮＨ_３を測定する第２の測定ユニットにより信号が検出される場合には、これにＮＨ_３が関わっていることが仮定されるべきである。

【0040】

ステップＳ１６において、第１の測定ユニット１５２の第１の測定信号値と第２の測定ユニット１５６の第２の測定信号値とが比較される。ここで、第１の測定信号値からの第２の測定信号値の偏差値が特定される。従って、ＮＨ_３を測定する第２の測定ユニット１５６の信号を、ＮＯｘを測定する第１の測定ユニット１５２の信号と比較することができる。第２の測定ユニット１５６のＮＨ_３特性曲線等価物が、第１の測定ユニット１５２のＮＨ_３特性曲線等価物から偏差している場合、偏差値が求められる。即ち、窒素酸化物が存在しない又は窒素酸化物がごくわずかな量でしか存在していない場合に、第２の測定信号値と第１の測定信号値との差が求められる。

【0041】

ステップＳ１８において、第１の測定信号値からの第２の測定信号値の偏差値が、偏差値についての所定の閾値、例えば１０％と５０％との間の割合、有利には１０％と２５％との間の割合を上回っているか否かが検査される。そうでない場合、このことから、第２の測定ユニット１５６が経年劣化しておらず又はわずかにしか経年劣化しておらず、従って、第２の測定ユニット１５６の測定信号を補正する必要がないことが推定され得る。従って、偏差値についての閾値を下回った場合には、ステップＳ１２に戻る。偏差値についての閾値を上回った場合には、第２の測定ユニット１５６が経年劣化していること、ひいては第２の測定ユニット１５６の測定信号を補正する必要があることが推定され得る。従って、偏差値についての閾値を上回った場合、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０において、偏差値に基づいて補正値が形成される。補正値は、第２の測定信号値を第１の測定信号値により除算し、続いて逆数を形成することによって形成される。

【0042】

ステップＳ２２において、このようにして形成された補正値が、例えば、電子制御装置１２２に格納される。ステップＳ２４において、第２の測定ユニット１５６の補正された第２の測定信号が、補正値及び第２の測定ユニット１５６の第２の測定信号に基づいて形成される。補正された第２の測定信号は、第２の測定信号に補正値を乗算することによって形成される。換言すれば、補正値は、補正係数として、第２の測定ユニット１５６のＮＨ_３信号に直ちに適用される。

【0043】

この方法は、センサシステム１００が内燃機関のエンジン制御装置と接続され、エンジン制御装置がセンサシステム１００にトリガ信号を送信すると、この方法が実施されることによって、実施され得る。補正された第２の測定信号を、排気ガスに注入される尿素溶液の量を制御又は調整するために使用することができる。

【図1】

【図2】

【国際調査報告】