(57)【要約】  本発明は、センサエレメントのための、ガス中の少なくとも１つのガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵するための吸蔵装置であって、吸蔵装置が少なくとも１つの吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）を有している形式のものに関し、吸蔵装置が、少なくとも１つの前記ガス成分透過層（３）を有しており、該透過層は、吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）が、ガス中に含まれるリン化合物、硫黄化合物、及び／又はケイ素化合物から保護されるように構成及び／又は配置されている。
2011501145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサエレメントのための、ガス中の少なくとも１つのガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵するための吸蔵装置であって、吸蔵装置が少なくとも１つの吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）を有している形式のものにおいて、
吸蔵装置が、少なくとも１つの前記ガス成分透過層（３）を有しており、該透過層は、吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）が、ガス中に含まれるリン化合物、硫黄化合物、及び／又はケイ素化合物から保護されるように構成及び／又は配置されていることを特徴とする、センサエレメントのために、ガス中の少なくとも１つのガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵するための吸蔵装置。
【請求項２】
前記透過層（３）が、吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）の、ガスに接する表面に取り付けられている、及び／又は、吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）の周囲に、検出したいガスが吸蔵剤と接触する前に透過層（３）を通過するように形成及び／又は配置されている、請求項１記載の吸蔵装置。
【請求項３】
前記透過層（３）が、多孔質材料から形成されており、該多孔質材料が、
・例えば、酸化アルミニウム、ゼオライト及び／又はコージエライトを有するグループから選択された少なくとも１つの支持セラミック構成部分と、
・例えば、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、及び／又は酸化バリウムを有するグループから選択された少なくとも１つのアルカリ土類金属酸化物、特に酸化バリウムから成る組成を有している、請求項１又は２記載の吸蔵装置。
【請求項４】
吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）が、
・少なくとも１つのアルカリ土類金属化合物、例えば、酸化物、硝酸塩及び／又は炭酸塩、特に、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム及び／又は酸化バリウムの酸化物及び／又は炭酸塩、特にバリウムの酸化物及び／又は炭酸塩、
・少なくとも１つの酸化セリウム、特に酸化セリウム（ＩＩＩ）、及び／又は酸化セリウム（ＩＶ）、及び／又は
・鉄及び／又は、例えば鉄、チタン、バナジウム、タングステン、及び／又は希土類金属を含む第３の、第４の、第５の及び／又は第６の副族の１つ又は複数の元素を有する少なくとも１つの酸化物及び／又はペロブスカイト、及び／又は
・少なくとも１つの白金族金属、例えば、パラディウム、白金、イリジウム、ロジウム、及び／又はルテニウム、及び／又は
・単体の鉄、及び／又はセリウムを有する組成物から形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の吸蔵装置。
【請求項５】
吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）の組成の全重量に対する、吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）の組成における白金族金属割合が０．０１〜５重量％、特に０．１〜３重量％である、請求項４記載の吸蔵装置。
【請求項６】
吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）の組成の全重量に対する、吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）の組成における鉄及び／又はセリウムの割合が、０〜１０重量％、例えば１〜９重量％、特に３〜８重量％である、請求項４又は５記載の吸蔵装置。
【請求項７】
吸蔵装置が、第１の吸蔵剤（２ａ）、第２の吸蔵剤（２ｂ）、及び／又は第３の吸蔵剤（２ｃ）を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の吸蔵装置。
【請求項８】
第１の吸蔵剤（２ａ）が第１のガス成分、例えばＮＯに対して高い親和性を有しており、第２の吸蔵剤（２ｂ）が第２のガス成分、例えばＮＯ２に対して高い親和性を有しており、及び／又は第３の吸蔵剤（２ｃ）が第３のガス成分、例えばＨ２Ｏに対して高い親和性を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の吸蔵装置。
【請求項９】
吸蔵装置が吸着剤（４）を有しており、該吸着剤は、吸蔵したい及び検出したいガス成分に対して、前記吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）よりも高い吸着率を有しており、前記吸着剤（４）は、前記吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）の、ガスに接する表面上に取り付けられている、請求項１から８までのいずれか１項記載の吸蔵装置。
【請求項１０】
吸着剤（４）が、微細な多孔質の酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、コージエライト、及び／又はゼオライトを有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の吸蔵装置。
【請求項１１】
吸蔵装置が第１のガス室（５）を有しており、該第１のガス室は、透過層（３）とセラミック製の基体（７）と、及び／又は第１の拡散バリア（６）とから形成されており、前記第１のガス室（５）には吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）が配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の吸蔵装置。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか１項記載の少なくとも１つの吸蔵装置と、電気的な大きさを検出するための少なくとも１つの第１の電極（１２；１２ａ；１２ｂ；１２ｃ）と第２の電極（１３；１３ａ；１３ｂ；１３ｃ）とを有しており、前記電気的な大きさは、吸蔵剤（２ａ，２ｂ，２ｃ）内に吸蔵されたガス成分の量に依存していることを特徴とする、ガス中の少なくとも１つのガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）を、質的及び／又は量的に検出するためのセンサエレメント（１１）。
【請求項１３】
前記第１の電極（１２；１２ａ；１２ｂ；１２ｃ）が第１のガス室（５）内に配置されていて、第２の電極（１３；１３ａ；１３ｂ；１３ｃ）が第１のガス室（５）の外側に配置されており、第１の電極（１２；１２ａ；１２ｂ；１２ｃ）と第２の電極（１３；１３ａ；１３ｂ；１３ｃ）とが第１のポンプセルを形成しており、第１の電極（１２；１２ａ；１２ｂ；１２ｃ）と第２の電極（１３；１３ａ；１３ｂ；１３ｃ）との間に電圧をかけることにより、イオン状の酸素がポンピング可能である、請求項１２記載のセンサエレメント（１１）。
【請求項１４】
センサエレメント（１１）が第２のガス室（２２）、第３の電極（１９）、第４の電極（２０）を有しており、第３の電極（１９）が第２のガス室（２２）内に配置されていて、第４の電極（２０）が第２のガス室（２２）の外側に配置されており、第３の電極（１９）と第４の電極（２０）とが第２のポンプセルを形成していて、第３の電極（１９）と第４の電極（２０）との間に電圧をかけることによりイオン状の酸素がポンピング可能である、請求項１２記載のセンサエレメント。
【請求項１５】
・捕集及び測定段階で、４５０℃以下の温度、例えば３５０℃以下の温度、特に２５０℃〜３５０℃の範囲で、検出したいガス成分を吸蔵剤（２）内に吸蔵し、吸蔵剤（２）内に吸蔵されたガス成分の量に依存した電気的な大きさを検出し、ガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）の量のための基準とみなし、
・再生段階で、吸蔵されたガス成分を、５００℃以上、例えば６００℃以上の温度への、特に６５０℃〜７５０℃の範囲の温度への温度上昇により、又は電気分解によって発生された水素により、少なくとも部分的に又は完全に吸蔵剤（２）から放出させることを特徴とする、
請求項１２記載のセンサエレメントによって、ガス中の少なくとも１つのガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）を、不連続的及び／又は質的及び／又は量的に検出するための方法。
【請求項１６】
・捕集段階で、２５０℃〜５００℃、例えば３００℃〜４２０℃の範囲の温度で、検出したいガス成分を吸蔵剤（２）内に吸蔵し、
・測定段階で、吸蔵されたガス成分を、６００℃〜９５０℃、例えば６５０℃〜７５０℃の範囲の温度への温度上昇により、又は電気分解により発生される水素により、少なくとも部分的に又は完全に、吸蔵剤（２）から放出させ、第１の電極（１２）と第２の電極（１３）との間に電圧をかけ、検出したいガス成分、例えばＮＯ２及び／又はＮＯを分解させ、及び／又は還元させ、及び／又は酸素を還元させ、酸素イオンを第１の電極（１２）から第２の電極（１３）へとポンピングし、第１のポンプセルで生じたポンプ電流を積分し、ガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）の量の基準とすることを特徴とする、
請求項１３又は１４記載のセンサエレメントによって、ガス中の少なくとも１つのガス成分を、不連続続的及び／又は質的及び／又は量的に検出するための方法。
【請求項１７】
測定段階において、第３の電極（１９）と第４の電極（２０）との間に、第１の電極（１２）と第２の電極（１３）との間にかけるのと同じ電圧をかけ、第３の電極（１９）で付加的に酸素を還元させ、酸素イオンを第３の電極（１９）から第４の電極（２０）へとポンピングし、第２のポンプセルで生じたポンプ電流を積分し、第１のポンプセルの積分されたポンプ電流から減算し、ガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）の量の基準とする、請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサエレメントのための、ガス中の少なくとも１つのガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵するための吸蔵装置、及び、該吸蔵装置を備えたセンサエレメント、及び、ガス中の少なくとも１つのガス成分を、不連続的及び／又は質的及び／又は量的に検出するための方法に関する。
【０００２】
背景技術
今日の排ガス技術により、内燃機関のための排ガス浄化が技術的に実行可能になった。さらに、多くの国々では、排ガス浄化に関する法規制がある。例えばヨーロッパでは、有害物質のための制限値の遵守が、いわゆる「ユーロ」基準として定められている。有害物質は、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯ、ＮＯ２、酸化窒素又はＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）、粒子状物質（ＰＭ）のような種々様々なクラスの有害物質から成っている。特別の注意が必要なのは、これらの有害物質で、窒素酸化物の種類の有害物質である。特に、二酸化窒素のような酸化窒素は、呼吸器を刺激し、損ない、スモッグ形成や酸性雨、オゾンを引き起こす。従って、排ガスの浄化は、その他の有害物質の回避及び低減の他に特に、酸化窒素の回避を目指している。
【０００３】
いわゆる３元触媒によるオットーエンジンにおける排ガス浄化は、制御装置及びコントロールにより調節可能である。これに対して、ディーゼルエンジンの排ガス浄化は比較的手間がかかる。いわゆるＳＣＲ排ガス処理（selective catalytic reduction 選択触媒還元）により、排ガス中の選択的に規定されたガス成分、特に酸化窒素が還元される。還元は、排ガスにおいて、酸化窒素とアンモニアの反応により行われる。必要なアンモニアは、排ガスに、例えば、尿素水溶液として供給される。特に、排ガスがＳＣＲ触媒に到る前に、尿素溶液は排ガスに供給される。これは例えば、制御可能又はコントロール可能な調量ポンプ又は噴射装置によって行われる。尿素溶液から加水分解反応によりアンモニアが生じる。生じたアンモニアはＳＣＲ触媒において、適当な反応温度で排ガス中の酸化窒素と反応させられ、主に窒素と水が生成される。エンジンの回転数及びトルクに依存している、未処理エミッションとも言われる、酸化窒素エミッションに応じて、尿素溶液は量的に排ガス流に供給される。
【０００４】
従って、最適な値で排ガス処理を行うことができるようにするには、排ガス中の有害物質、特に窒素酸化物の濃度を正確に検出できることが重要である。換言すれば、排ガス浄化のために必要な測定精度を得て、維持することが重要である。このために、継続的に稼動されるＮＯｘセンサを使用する。このようなＮＯｘセンサ、特に、限界電流センサは、排ガスにおける十分な耐性を有していなければならない。
【０００５】
窒素酸化物を測定するために、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００４８２４０号明細書には、ＮＯｘのための吸蔵剤を有したセンサエレメントが開示されている。このセンサエレメントは、電極と、基準電極とを有しており、これらの電極は酸素伝導性の固体電解質に取り付けられている。電圧をかけることにより、これら両電極の間で酸素イオンがポンピング可能となり、電流が測定可能である。吸蔵剤はこの場合、１つの電極に取り付けられている、又は電極内に組み込まれている。
【０００６】
ＷＯ０２／０９０９６７Ａ１に開示された別のセンサエレメントは、２つの測定電極、１つの基準電極、１つの酸素伝導性の固体電解質を主体としており、吸蔵剤を測定電極の領域及び／又は測定電極の１つに有している。
【０００７】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６３５９７７号明細書には、ＮＯｘ触媒を監視するためのセンサが開示されている。このセンサは、吸蔵剤として、ＮＯｘを吸着するための材料を有している。このセンサは、吸着されたＮＯｘ量により変化する、吸蔵材料の電気的又は電磁的な特性に反応する。
【０００８】
上記全ての吸蔵剤は、その使用中に劣化していく材料を有している。劣化過程は、１つには、リン化合物、硫黄化合物、及び／又はケイ素化合物のような排ガス成分により吸蔵剤が汚染されることによるものであり、また１つには、温度変化により吸蔵剤が負荷されることが原因であり、センサエレメントの測定特性、例えば測定精度、反応時間に不都合に影響する。このような測定エラーは、測定結果に基づくＳＣＲ排ガス処理では、尿素の過剰調量又は過小調量の恐れがあり、ひいては、結果として不完全な排ガス浄化又は付加的な物質を含む排ガスが生じる。
【０００９】
発明の開示
発明の利点
ガス中の少なくとも１つのガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）のための、請求項１に記載の本発明による吸蔵装置、請求項１１記載の本発明によるセンサエレメント、請求項１５に記載の本発明による方法は、上述したような、汚染及び温度変化に基づく吸蔵剤の劣化過程、ひいては、測定特性、例えば測定精度、反応時間の悪化を低減する、又は回避することができるという利点を有している。本発明によるセンサエレメントは、高い測定精度を保証し、長い耐用期間を有し、安価であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の対象のさらなる利点及び有利な構成は、発明の詳細な説明、図面、請求項に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１ａ】本発明によるセンサエレメント及び本発明による吸蔵装置の第１実施例を示した平面図である。
【図１ｂ】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図２】吸蔵剤のチャージレベル若しくは吸蔵剤で測定された電気的な大きさと、検出すべきガス成分の分圧との関係を示すグラフである。
【図３ａ】３つの異なる吸蔵剤を有した本発明によるセンサエレメントと吸蔵装置の第２の構成を示した図である。
【図３ｂ】図３ａのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】本発明によるセンサエレメントと、付加的な吸着剤を有した本発明による吸蔵装置の第３の構成を示した断面図である。
【図５ａ】１つのポンプセルを有した本発明によるセンサエレメントと本発明による吸蔵装置の第４の構成を概略的に示した図である。
【図５ｂ】図５ａに示したセンサエレメントのための運転電子機器の可能な構成を示した原則的な回路図である。
【図６ａ】２つのポンプセルを有した本発明によるセンサエレメントと本発明による吸蔵装置の第５の構成を示した図である。
【図６ｂ】図６ａに示したセンサエレメントのための運転電子機器の可能な構成を示した原則的な回路図である。
【００１２】
次に本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１３】
図１ａ及び図１ｂには本発明による、ガス中のガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検出するためのセンサエレメント１１と、本発明による吸蔵装置の第１の構成が示されている。図１ａには、本発明によるセンサエレメント１１と本発明による吸蔵装置が平面図で示されていて、図１ｂには図１ａのＡ−Ａ′線に沿って断面した図が示されている。本発明の範囲では吸蔵装置は、吸蔵すべきガス成分を吸蔵するための、少なくとも１つの吸蔵剤２と、吸蔵すべきガス成分を透過させる層３を有している。透過層３はこの場合、本発明によれば、吸蔵剤２が、ガス中に含まれるリン化合物、硫黄化合物、及び／又はケイ素化合物から保護されるように構成及び／又は配置されている。この場合、本発明による透過層３は吸蔵剤２を例えば、透過層３が、ガス中に含まれるリン化合物、硫黄化合物、ケイ素化合物を吸着、吸収及び／又は化学的に結合することにより保護する。このようにして透過層３は、リン化合物、硫黄化合物、及び／又はケイ素化合物が吸蔵剤２へと到り、その吸蔵特性が損なわれる恐れを回避している。
【００１４】
図１ａ及び図１ｂに示した構成では、吸蔵剤２が、セラミック製の基体７と透過層３とによって形成されたガス室５内に配置されており、ガス室５には、吸蔵すべきガス若しくは検出すべきガスが、特に透過層３を通過して進入することしかできない。しかしながら本発明による吸蔵装置の別の構成では、透過層３が吸蔵剤２の表面に形成及び／又は配置されている構成でも同様に、吸蔵剤２をリン化合物、硫黄化合物、及び／又はケイ素化合物から保護することができる。
【００１５】
図１ａ及び図１ｂに示した構成では、本発明による吸蔵装置は、拡散バリア６を、特に、拡散を制限する多孔質の構造体を有している。このような拡散バリア６は、図１ｂに示したように、ガス室５内に、透過層３に接するように形成及び／又は配置することができる。しかしながら本発明の範囲では、拡散バリア６を、透過層３の、吸蔵剤２とは反対の側に接するように形成及び／又は配置することもできる。
【００１６】
吸蔵し、検出すべきガス成分は、本発明によるセンサエレメント１１の第１の構成の範囲では、かつ、以下に記載する第２〜第５の構成の範囲では、透過層３と拡散バリア６とを通ってガス室５内に進入することができて、ここに配置された吸蔵剤２によってほぼ量的に吸蔵され、例えば吸着及び／又は特に吸収される。吸蔵されたガス成分に応じて、吸蔵剤２はその電気的特性を変化させる。吸蔵されたガス成分量はさらに、ガス室５内のガス成分の濃度、ひいてはガス中のガス成分の濃度に関連しているので、吸蔵剤２の電気的特性の変化により、ガス中の、吸蔵されたガス成分のチャージレベルを推測することができる。変化する電気的特性とは、例えば、吸蔵されたガス成分を含んだ吸蔵剤２の導電性、電気抵抗、インピーダンス又は誘電率であって良い。
【００１７】
電気特性の変化若しくは吸蔵剤２の量の変化、吸蔵剤２内に吸蔵されたガス成分の変化を検出するために、本発明によるセンサ装置１１は２つの電極１２，１３を有しており、これらの電極は、吸蔵手段２の互いに向かい合って位置する側面に配置されており、２つの導線１４，１５を介して電圧供給装置、電流供給装置、電流測定装置、電圧測定装置、抵抗測定装置、及び／又は制御装置に接続されている。当業者には公知の方法により、吸蔵剤２の電気的特性の変化が観察され、これによりガス室５内のガス成分の量を推定することができ、最終的にはガス中のガス成分の量が推定される。
【００１８】
この場合、第１の構成及び、以下に記載する本発明による第２及び第３の構成のセンサエレメントによって、ガスの少なくとも１つのガス成分の濃度を不連続的に検出するための方法は、捕集及び測定段階で、４５０℃以下の温度で、例えば３５０℃以下の温度で、特に２５０℃〜３５０℃の範囲で、検出すべきガス成分を吸蔵剤２に吸蔵し、若しくは集め、吸蔵剤２に吸蔵された若しくは集められたガス成分の量を、電気的な大きさに応じて検出し、ガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）の量の尺度としてみなし、再生段階で、吸蔵された、若しくは集められたガス成分を、５００℃以上、例えば６００℃以上、特に６５０℃〜７５０℃の範囲の温度へと上昇させることにより、又は電気分解によって生じる水素によって、少なくとも部分的に又は完全に、吸蔵剤２から放出させることを特徴とする。
【００１９】
再生段階中の温度上昇を保証するために、第１の構成、及び以下で説明する第２の構成、及び第３の構成のセンサエレメントは、加熱装置１６を有している。
【００２０】
図２には、吸蔵剤２のチャージレベル若しくは吸蔵剤２で測定された電気的な大きさと、検出すべきガス成分の分圧との関係がグラフで示されている。図２では、長方形で示した領域においては、線的若しくは殆ど線的な関係が、吸蔵剤２のチャージレベル若しくは吸蔵剤２で測定された電気的な大きさと、検出すべきガス成分の分圧との間にあることが示されている。この領域は、ガス成分の濃度を検出するために最適であり、吸蔵剤２の作業範囲と言える。さらに図２には、吸蔵剤２のチャージ可能性の限界も示されている。吸蔵剤２が最大チャージに達した後は、飽和し、その結果、測定される電気的な大きさからは、検出すべきガス成分の分圧を推測できなくなる。従って、本発明によるセンサエレメント１１は、高い測定精度を保証するために有利には、吸蔵剤２が測定段階で十分に飽和限界から離れて維持されており、飽和限界に達する前に再生されるよう作動される。高い測定精度を得るためにはさらに、高い吸収速度が基準となる。吸収速度は例えば、吸蔵剤２の大きな表面積、吸蔵剤２のために最適な温度、以下で説明する吸着を加速する吸着剤４、及び／又は、拡散バリア６によるガス進入の制限により高めることができる。
【００２１】
図３ａ及び図３ｂには、本発明によるセンサエレメント１１及び本発明による吸蔵装置の第２の構成が示されている。この場合、図３ａには、本発明によるセンサエレメント１１と本発明による吸蔵装置の平面図が示されており、図３ｂには、Ｂ−Ｂ′線に沿った断面図が示されている。図３ａ及び図３ｂには、吸蔵装置とセンサエレメント１１とが、この構成では、３つの異なる吸蔵剤２ａ，２ｂ，２ｃを有していることが示されている。しかしながら本発明では、３つ以上又は３つ以下の吸蔵剤２ａ，２ｂ，２ｃを、ガス成分を吸蔵するために使用することもできる。例えば本発明によれば、２つ、４つ、５つ、又は６つの吸蔵剤２が設けられていても良い。吸蔵剤２ａ，２ｂ，２ｃはそれぞれ電極対１２ａ，１３ａ；１２ｂ，１３ｂ；１２ｃ，１３ｃを有しており、この場合、電極対１２ａ，１３ａ；１２ｂ，１３ｂ；１２ｃ，１３ｃの電極は、各吸蔵剤２の互いに向かい合う側に配置されている。電極はそれぞれ、図示されていない電圧供給装置、電流供給装置、電流測定装置、電圧測定装置、抵抗測定装置、及び／又は制御装置への接続部に通じる導線１４ａ，１５ａ，１４ｂ，１５ｂ，１４ｃ，１５ｃを有している。有利には、図３ａに示したように、電極対１２ａ，１３ａ；１２ｂ，１３ｂ；１２ｃ，１３ｃのうちそれぞれ１つの電極１２ａ；１２ｂ；１２ｃ又は１３ａ；１３ｂ；１３ｃの導線が共通の導線に接続されていても良い。有利には、１つの吸蔵剤と１対の電極とから成る各ユニットが互いに間隔をおいて配置されている。
【００２２】
異なる吸蔵剤２ａ，２ｂ，２ｃは、ガス成分又は複数の異なるガス成分に対して異なる親和力、特に結合親和力を有していて良い。この場合、本発明における意味では「親和力」という概念は、物質の、吸蔵剤２ａ，２ｂ，２ｃに吸蔵される、例えば吸着及び／又は特に吸収される傾向と理解される。例えば、第１の吸蔵剤２ａはＮＯに対して高い親和力を有しており、第２の吸蔵剤２ｂは、ＮＯ２に対して高い親和力を有しており、第３の吸蔵剤２ｃは、Ｈ２Ｏに対して高い親和力を有している。吸蔵剤２ａ，２ｂの平衡係数が異なることにより、吸蔵されたＮＯｘの総量を精密に検出することができる。Ｈ２Ｏに対して敏感な吸蔵材料２ｃを使用することによりさらに、検出したいガス成分、例えばＮＯｘの信号に対する湿気による影響を相殺することができる。
【００２３】
図４には、本発明によるセンサエレメントと本発明による吸蔵装置の第３の構成が横断面図で示されている。この場合、第３の構成は、図１ａ及び図１ｂに示した本発明によるセンサエレメントと本発明による吸蔵装置の第１の構成とは異なり、吸蔵装置が付加的に１つの吸着剤４を有している。この吸着剤４はこの場合、表面上に、特に測定すべきガスに面した表面上に形成及び／又は配置されている。吸着剤４は本発明によれば、吸蔵剤２と比べて、検出すべきガス成分若しくは吸蔵したいガス成分に対して高い吸着能力を有している。例えば、微細な多孔質の酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、コージエライト、及び／又はゼオライトのような高活性吸着材料が、吸着剤４として使用される。吸着剤４はこの場合、吸蔵したいガス成分若しくは検出したいガス成分を、ガス室５（物理吸着）から迅速に吸着し、続く平衡反応において、吸蔵剤２と吸着剤４との間の境界面を介して、吸蔵したいガス成分若しくは検出したいガス成分を吸蔵剤２に伝達し、吸蔵剤２がガス成分を化学的に吸収する（化学吸着）。有利には、吸着剤４を使用することにより、ガス成分の捕集のために必要な時間を減じることができる。
【００２４】
有利には、本発明によるセンサエレメントは、まず、セラミック製の基体７を１３００℃よりも高い温度で焼結し、次いで吸蔵剤２と透過層３とを、場合によっては吸着剤４と拡散バリア６とともに、第２の焼結過程で、８００℃〜１１００℃の温度で製造する。
【００２５】
図５ａには本発明によるセンサエレメント１１と本発明による吸蔵装置の第４の構成が示されている。図５ａに示されているように、吸蔵装置は、セラミック製の基体７と拡散バリア６とから成るガス室５を有している。ガス室５内には吸蔵剤２と、吸蔵したいガス成分若しくは検出したいガス成分を透過させる層３とが配置されていて、この透過層３は、吸蔵剤２の、表面上、特に、吸蔵したいガスに面した表面上に形成及び／又は配置されていて、吸蔵剤２を、リン化合物、硫黄化合物、及び／又はケイ素化合物から、吸着、吸収、及び／又は化学結合により保護している。透過層３のこのような配置及び／又は構成に対して選択的に及び／又は付加的に、透過層３は本発明の範囲では、ガス室５に面した拡散バリア６の表面及び／又は、ガス室５とは反対側の拡散バリア６の表面上に形成及び／又は配置されていて良い。吸蔵したいガス成分若しくは検出したいガス成分は、この構成では、ガス進入開口１７を介して、拡散バリア６と、場合によっては単数又は複数の透過層３とを通ってガス室５内に到る。
【００２６】
第１〜第３の構成のセンサエレメントとは異なり、第４の構成では、第１の電極１２（第１の内側のポンプ電極）がガス室５内に、第２の電極１３（第１の外側のポンプ電極）がガス室５外に配置されている。この場合、第１の電極１２も第２の電極１３も、特に面状接触するように、セラミック製の基体７上に形成及び／又は配置されている。第１の電極１２と吸蔵剤２との間の直接的なコンタクトはこの構成では必要ない。セラミック製の基体７は、この構成及び以下で説明する構成では少なくとも部分的に、酸素イオン伝導性材料、有利にはイットリウム安定化酸化ジルコニウムから形成されている。ガス室５、第１の電極１２、第２の電極１３、セラミック製の基体７の酸素イオン伝導性材料はこの場合、これらが第１のポンプセルを形成するように形成及び／又は配置されている。即ち、第１の電極１２と第２の電極１３とに電圧をかけることにより、第１の電極１２において酸素を含んだ化合物を分解することができ、及び／又は酸素を酸素イオンに還元することができ、酸素イオンを酸素イオン伝導性材料を通して第２の電極１３へと案内することができ、酸素イオンを第２の電極１３で単体の酸素となるように酸化させることができる。電圧、特にポンプ電圧の負荷を保証するために、両電極１２，１３は、コンタクト１４，１５を備えたそれぞれ１つの導線を有している。
【００２７】
さらに、第４の構成及び、以下に説明する第５の構成では、外側のポンプ電極１３若しくは２０は、ガス透過性の腐食保護層１８によって覆われており、及び／又は、セラミック製の基体に、絶縁体１６ａによって取り囲まれた加熱装置１６が組み込まれている。この加熱装置は、セラミック製の基体７の外面上に配置されたコンタクト１６ｂを介して電気的にコンタクトさせることができる。
【００２８】
第４の構成及び、以下に説明する第５の構成のセンサエレメント１１による、ガス中の少なくとも１つのガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を不連続的に検出するための方法は、捕集段階で、２５０℃〜５００℃、例えば３００℃〜４２０℃の温度範囲で、検出すべきガス成分を吸蔵剤２に吸蔵し、若しくは集め、測定段階で、吸蔵された若しくは集められたガス成分を、６００℃〜９５０℃の、例えば６５０℃〜７５０℃の範囲の温度に上昇させることにより、または電気分解によって生じた水素によって、少なくとも部分的に又は完全に、吸蔵剤２から放出し、第１の電極１２と第２の電極１３との間に電圧をかけ、検出すべきガス成分、例えばＮＯ２及び／又はＮＯを分解及び／又は還元させ、及び／又は酸素を還元させ、酸素イオンを第１の電極１２から第２の電極１３へとポンピングし、結果として生じた第１のポンプセルのポンプ電流を積分し、ガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）の量の尺度とすることを特徴とする。
【００２９】
図５ｂには、図５ａに示したセンサエレメントのための作動電子機器の一構成の基本的な回路図が示されている。図５ｂには、本発明による方法が電気制御装置によって制御されることが示されている。
【００３０】
第４の構成のセンサエレメントによっては、分子酸素と、酸素を含んだガス成分の酸素とは区別されないので、高い酸素濃度の場合には有利には、センサエレメント１１に別のポンプセルを組み込み、測定段階で主として、単体酸素の量が測定される。
【００３１】
図６ａには、この原理に基づく、本発明によるセンサエレメント１１の第５の構成が示されており、この構成は、本発明による吸蔵装置と２つのポンプセルを有している。図６ａに示したように、本発明によるセンサエレメント１１の第５の構成は、本発明によるセンサエレメント１１の第４の構成とは異なり、センサエレメント１１もしくは吸蔵装置が第２のガス室２２を有しており、第２のガス室２２はセラミック製の基体７と第２の拡散バリア２１とによって形成されていて、拡散バリア２１を介してガス進入開口１７に拡散を制限するように接続されている。図６ａに示したように、第２のガス室２２はこの構成では、吸蔵剤２を有していない。しかしながら第２のガス室２２には第３の電極１９（第２の内側のポンプ電極）がセラミック製の基体７に、第４の電極２０（第２の外側のポンプ電極）がセラミック製の基体７の外面に、特に面状に接するように、形成及び／又は配置されている。この構成では、ガス室２２、第３の電極１９、第４の電極２０、セラミック製の基体７の酸素イオン伝導性材料が、第２のポンプセルを形成するように形成及び／又は配置されている。即ち、第３の電極１９と第４の電極２０に電圧をかけることにより、第３の電極１９において酸素含有化合物が分解され、及び／又は酸素が酸素イオンに還元され、酸素イオンは、酸素イオン伝導性材料を通って第４の電極２０へと案内され、酸素イオンは第４の電極２０で単体酸素となるように酸化される。第１の電圧、特に第１のポンプ電圧を第１の電極１２及び第２の電極１３に加え、第２の電圧、特に第２のポンプ電圧を第３の電極１９及び第４の電極２０に加えることを保証するために、第２の電極１３及び第４の電極２０はそれぞれ、コンタクト２３，１５を有した導線を有している。第１の電極１２と第３の電極１９も、本発明ではそれぞれ、コンタクトを有した導線を有している。しかしながら有利には導線とコンタクトの数を最小限にするために、例えば第１の電極１２と第３の電極１９が、図６ａに示したように、コンタクト１４を有した共通の１つの導線を有していても良い。
【００３２】
第２のポンプセルのガス室２２には吸蔵剤２が設けられていないので、第２のポンプセルは実際に存在する酸素しか測定しない。第２のポンプセルは従って、この構成では、測定された全酸素流量を校正するために働く。
【００３３】
有利には、このような第５の構成の、センサエレメント１１によってガス中の少なくとも１つのガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を不連続的に検出するための方法は付加的に、測定段階で、第３の電極１９と第４の電極２０との間に、第１の電極１２と第２の電極１３との間にかけるのと同じ電圧をかけ、付加的に第３の電極１９において酸素を還元させて、第３の電極１９と第４の電極２０から酸素イオンをポンピングし、結果として生じた第２のポンプセルのポンプ電流を積分し、第１のポンプセルの積分されたポンプ電流から減算し、ガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）の量の尺度とすることを特徴とする。
【００３４】
図６ｂには、図６ａに示した２つのポンプセルを有したセンサエレメント１１のための作動電子機器の一構成を示した基本的な回路図が示されている。図６ｂには、本発明による方法が、電気制御装置によって制御されることを示している。
【００３５】
本発明の対象は、センサエレメント、特にガスセンサエレメントのための、ガス中の少なくとも１つのガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵するための吸蔵装置であって、該吸蔵装置が少なくとも１つの吸蔵剤を有している形式のものであって、吸蔵装置が、少なくとも１つのガス成分透過層を有しており、該透過層は、吸蔵剤が、ガス中に含まれるリン化合物、硫黄化合物、ケイ素化合物から保護されるように形成及び／又は配置されていることを特徴とする。
【００３６】
本発明においては、吸蔵したいガス成分若しくは検出したいガス成分は基本的には、特に酸素を含んでいる全ての化合物を問題にすることができる。例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）、特に一酸化窒素（ＮＯ）及び／又は二酸化窒素、水（Ｈ２Ｏ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）が本発明による吸蔵装置に吸蔵される。
【００３７】
透過層は、本発明においては、吸蔵剤の、ガスに接している表面上に取り付けることができ、及び／又は、吸蔵剤のこの表面を覆うことができ、及び／又は、吸蔵剤の周辺に、検出したいガスが、吸蔵剤と接触する前に透過層を通過するように形成及び／又は配置することができる。例えば吸蔵剤は、透過層と、場合によってはセラミック製の基体及び／又は第１の拡散バリアから成る第１のガス室を有しており、該第１のガス室に吸蔵剤が配置されている。
【００３８】
前記層が、吸蔵したいガス成分若しくは検出したいガス成分のために透過性であることを保証するために、層を多孔質材料から形成することができる。透過層は、吸蔵剤を有利には、リン化合物、硫黄化合物、及び／又はケイ素化合物から、透過層が、ガス中に含まれるリン化合物、硫黄化合物、及び／又はケイ素化合物を吸着、吸収、及び／又は化学的に結合することにより保護する。これは例えば、アルカリ土類金属酸化物との反応によって保証することができる。従って例えば透過層を、酸化アルミニウム、ゼオライト、及び／又はコージエライトのグループから選択された少なくとも１つの支持セラミック構成部分、特に、複数の支持セラミック構成部分と、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム及び／又は酸化バリウムのグループから選択された、少なくとも１つのアルカリ土類金属酸化物、特に複数のアルカリ土類金属酸化物から成る、特に酸化バリウムである、又はこれらから成る組成を有している多孔質材料から形成することができる。例えば、透過層の組成は、透過層の組成の全重量に関して、例えば酸化アルミニウム、ゼオライト、コージエライトのような支持セラミック構成部分が９０〜９８重量％以下であり、例えば酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化ストロンチウム及び／又は酸化バリウムのようなアルカリ土類金属酸化物、特に酸化バリウムが、２〜１０重量％以下である。特に透過層の組成は、透過層の組成の全重量に関して、例えば酸化アルミニウム、ゼオライト、コージエライトのような支持セラミック構成部分が９５〜９７．９重量％であり、例えば酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化ストロンチウム及び／又は酸化バリウムのようなアルカリ土類金属酸化物、特に酸化バリウムが、２．１〜５重量％である。付加的に、透過層の組成は、酸化セリウム、特に酸化セリウム（ＩＶ）を有していて良い。酸化セリウムの割合は、透過層の組成の全重量に関して、例えば、０．５〜２重量％である。この場合、透過層の組成の構成成分の量は加えると１００重量％となる。例えば、透過層は、０．２μｍ〜１０μｍの範囲の層厚さを有していて、特に０．５〜５μｍの、有利には１〜３μｍの範囲の層厚さを有している。
【００３９】
吸蔵剤として例えば、一酸化窒素を二酸化窒素に酸化することができる、及び／又は二酸化窒素を吸収することができる、及び／又は硝酸塩として化学結合することができる化合物を使用することができる。例えば、本発明では吸蔵剤は、例えば、少なくとも１つのアルカリ土類金属化合物、特に複数のアルカリ土類金属化合物、例えば、酸化物、硝酸塩及び／又は炭酸塩、特に、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム及び／又はバリウムの酸化物及び／又は炭酸塩、特にバリウムの酸化物及び／又は炭酸塩を有する、又はこれらから成る組成物から成っている。付加的に本発明による吸蔵剤の組成は、触媒作用をする化合物及び／又は元素を有していて良い。例えば、吸蔵剤の組成は、付加的に少なくとも１つの酸化セリウム、特に酸化セリウム（ＩＩＩ）、及び／又は酸化セリウム（ＩＶ）；及び／又は鉄及び／又は、例えば鉄、チタン、バナジウム、タングステン、及び／又は希土類金属、特にセリウムとは異なる希土類金属のような第３の、第４の、第５の及び／又は第６の副族の１つ又は複数の元素を有する少なくとも１つの酸化物及び／又はペロブスカイト；及び／又は少なくとも１つの白金族金属、例えば、パラディウム、白金、イリジウム、ロジウム、及び／又はルテニウム；及び／又は単体の鉄、及び／又はセリウムを有している。有利には、個々の成分は微細に分配された形で組成物内に存在している。触媒作用をする化合物若しくは元素の添加は、本発明において、ガス成分、特に一酸化窒素の酸化を改善するために有利である。
【００４０】
吸蔵剤の組成の全重量に関して、吸蔵剤の組成におけるアルカリ土類金属化合物の割合は６０〜９０重量％である。吸蔵剤の組成の全重量に関して、吸蔵剤の組成における酸化セリウムの割合は、０．１〜２０重量％であり、例えば１〜１０重量％であり、特に３〜８重量％である。吸蔵剤の組成の全重量に関して、吸蔵剤の組成における鉄及び／又は第３、第４、第５、第６の副族のエレメントを含む酸化物及び／又はペロブスカイトの割合は、５〜２０重量％である。吸蔵剤の組成の全重量に関して、例えば、吸蔵剤の組成における酸化鉄の割合は、０．１〜１０重量％であり、特に３〜８重量％である。吸蔵剤の組成の全重量に関して、吸蔵剤の組成における白金族金属の割合は、０．０１〜５重量％、特に０．１〜３重量％である。吸蔵剤の組成の全重量に関して、吸蔵剤の組成における元素鉄及び／又はセリウムの割合は、０〜１０重量％、例えば１〜９重量％、特に３〜８重量％である。この場合、吸蔵剤の組成の構成成分の量を加えると１００重量％となる。
【００４１】
本発明による吸蔵装置は少なくとも２つの吸蔵剤、有利には少なくとも３つの吸蔵剤、例えば４つ、５つ、６つの吸蔵剤を有している。例えば本発明による吸蔵装置は、第１の吸蔵剤と第２の吸蔵剤と第３の吸蔵剤とを有している。
【００４２】
本発明では、これらの吸蔵剤は、検出したいガス成分のために異なる高さの親和力を有していて良く、及び／又は、それぞれ別の１つのガス成分のために高い親和力を有していて良い。例えば、第１の吸蔵剤は、第１のガス成分、例えばＮＯに対して高い親和力を有していて、第２の吸蔵剤は、第２のガス成分、例えばＮＯ２に対して高い親和力を有していて、及び／又は第３の吸蔵剤は、第３のガス成分、例えばＨ２Ｏに対して高い親和力を有している。この場合「高い親和力」とは、ある特定の吸蔵剤において、ある特定のガス成分を吸収、結合、及び／又は吸着させようとする傾向が、その他の吸蔵剤において吸収、結合、及び／又は吸着させる傾向より高いことを意味している。
【００４３】
第１の及び／又は第２の及び／又は第３の吸蔵剤は、本発明においては有利には、吸蔵剤層として形成されている。例えば本発明では、少なくとも２つの吸蔵剤層、特に少なくとも３つの吸蔵剤層が、互いに隣接して配置されている。複数の及び／又は異なる吸蔵剤を使用することにより、装置の使用に関して、幅広い方向付けが可能である。一方ではこれにより、個々のガス成分のためにより広い濃度範囲が装この置によってカバーされる。他方では、同時的に検出可能なガス成分の数を増やすことができる。
【００４４】
有利には、本発明による吸蔵装置はさらに１つの吸着剤を有しており、この吸着剤は、吸蔵したいガス成分若しくは検出したいガス成分のために、吸蔵剤よりも高い吸着率を有している。有利にはこの吸着剤は、吸蔵剤の、ガスに接した表面上に取り付けられている。吸着剤は例えば、微細な多孔質の酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、コージエライト、及び／又はゼオライトを有している。例えばこの吸着剤は、本発明では、透過層との関連で説明した組成を有していて良い。吸着剤の使用により有利には、ガス成分の吸着が加速される。
【００４５】
本発明の対象はさらに、質的及び／又は量的検出のための、特に、ガス中の少なくとも１つのガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検出するためのセンサエレメントであって、少なくとも１つの本発明による吸蔵装置と、電気的な大きさを検出するための少なくとも１つの第１の電極と第２の電極とを有しており、この電気的な大きさが、吸蔵剤中に吸蔵されたガス成分の量に依存しているものである。
【００４６】
本発明のセンサエレメントの第１、第２、第３の構成では、電極が、電気的な大きさとして導電性、電気抵抗、インピーダンス、及び／又は吸蔵剤の誘電率を検出可能であり、吸蔵剤内に吸蔵されたガス成分を検出可能であるように形成及び／又配置されている。有利には、このために、第１の電極及び第２の電極は、本発明による吸蔵装置の吸蔵剤の互いに向かい合って位置する側面に接触するように配置されている。さらにセンサエレメントは、少なくとも２つの導線を有しており、該導線を介して電極は、電圧供給装置、電流供給装置、電流測定装置、電圧測定装置、抵抗測定装置、及び／又は制御装置に接続されている。本発明によるセンサエレメントの第１、第２、第３の構成は、この場合、図面の説明との関連で説明したように、本発明による吸蔵装置の構成において、例えば吸蔵剤の数と、吸着剤の有無で異なっている。
【００４７】
本発明によるセンサエレメントの第４の構成では、第１の電極が（本発明による吸蔵装置の）第１のガス室内に、第２の電極が（本発明による吸蔵装置の）第１のガス室の外側に配置されており、第１の電極と第２の電極とは第１のポンプセルを形成していて、第１の電極と第２の電極との間に電圧を加えることにより、イオン状の酸素がポンピング可能である。
【００４８】
有利には、本発明によるセンサエレメントの第４及び第５の構成では、吸蔵装置のセラミック製の基体が、少なくとも部分的に又は完全に、酸素イオン伝導材料、有利にはイットリウム安定化酸化ジルコニウムから形成されている。セラミック製の基体が部分的に酸素イオン伝導材料から形成されている場合には、セラミック製の基体は、イオン伝導性ではない材料として例えば酸化アルミニウムを有している。電極はこの構成では有利には、セラミック製の基体の酸素イオン伝導材料上に配置されている。
【００４９】
吸蔵剤は、本発明によるセンサエレメントの第４及び第５の構成では、第１の電極上に取り付けられているか、又は、第１の電極に組み込まれているか、又は第１のガス室内に、第１の電極に対して間隔を置いて配置されていて良い。
【００５０】
電圧、特にポンプ電圧の付与及び電圧供給装置、電流供給装置、電流測定装置、電圧測定装置、抵抗測定装置、及び／又は制御装置への電極の接続を保証するために、本発明によるセンサエレメントの第４及び第５の構成では、センサエレメントは、それぞれ電極に接続された少なくとも２つの導線とコンタクトとを有している。
【００５１】
本発明によるセンサエレメントの第５の構成では、センサエレメントは、第２のガス室と、第３の電極と第４の電極とを有している。この場合、第３の電極は第２のガス室内に、第４の電極は第２のガス室の外側に配置されており、第３の電極と第４の電極とは第２のポンプセルを形成しており、第３の電極と第４の電極との間に電圧をかけることによりイオン状の酸素がポンピング可能である。この構成では、例えば第１のガス室だけが吸蔵剤を有している。
【００５２】
本発明の対象はさらに、特に例えば第１、第２、第３の構成の本発明によるセンサエレメントによって、ガス中の少なくとも１つのガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検出するための、不連続的に量的及び／又は質的に検出するための方法であって、捕集及び測定段階で、４５０℃以下の温度で、例えば３５０℃以下の温度で、特に２５０℃〜３５０℃の範囲で、検出すべきガス成分を吸蔵剤に吸蔵し、若しくは集め、吸蔵剤に吸蔵された若しくは集められたガス成分の量に依存する電気的な大きさを検出し、これをガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）の量の基準値としてみなし、再生段階で、吸蔵された、若しくは集められたガス成分を、５００℃以上、例えば６００℃以上、特に６５０〜７５０℃の範囲の温度へと上昇させることにより、又は電気分解によって生じる水素によって、少なくとも部分的に又は完全に、吸蔵剤から放出させることを特徴とする。吸蔵剤に集められたガス成分の量に依存した電気的な大きさの検出は、間欠的又は連続的に行うことができる。電気的な大きさとしては例えば、吸蔵剤及び吸蔵剤に吸蔵されたガス成分の導電性、電気抵抗、インピーダンス及び／又は誘電率が検出される。再生段階は、本発明では、時間的に規定された間隔で、又は限界値に達した際に開始される。時間的に規定された間隔の長さは、この場合、センサエレメントの使用場所に依存している。センサエレメントが、未処理のエミッション、ひいては、高い濃度の検出したい若しくは吸蔵したいガス成分にさらされているならば、有利には短い時間間隔、例えば約１〜２分が規定される。センサエレメントが、例えば排ガス処理された後の、低い濃度の検出したい、若しくは吸蔵したいガス成分にさらされているならば、比較的長い時間間隔、例えば１０〜３０分、特に１５分が規定される。この場合、限界値は、再生段階が、ガス成分によって吸蔵剤が飽和される前に開始されるように規定される。限界値が超過されると、及び／又は一定の規定された時間内で、開始される再生段階が多すぎると、さらには、例えばセンサエレメントを備えた装置の操作者に、又は、センサエレメントを備えた車両の運転者に診断警告が発せられる。
【００５３】
本発明の対象はさらに、特に例えば本発明の第４及び第５の構成のセンサエレメントによる、ガス中の少なくとも１つのガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検出するための、不連続的に質的及び／又は量的に検出するための方法であって、捕集段階で、２５０℃〜５００℃、例えば３００℃〜４２０℃の温度範囲で、検出すべきガス成分を吸蔵剤に吸蔵し若しくは集め、測定段階で、吸蔵された若しくは集められたガス成分を、６００℃〜９５０℃、例えば６５０℃〜７５０℃の範囲の温度に上昇させることにより、または電気分解によって生じた水素によって、少なくとも部分的に又は完全に、吸蔵剤から放出させ、第１の電極と第２の電極との間に電圧をかけ、検出すべきガス成分、例えばＮＯ２及び／又はＮＯを分解及び／又は還元させ、及び／又は酸素を還元させ、酸素イオンを第１の電極から第２の電極へとポンピングし、結果として生じた第１のポンプセルのポンプ電流を積分し、ガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）の量の尺度とすることを特徴とする。
【００５４】
有利には第１の電極１２と第２の電極１３との間に加えられる電圧は、この場合、０．５Ｖ〜１．２Ｖ、例えば０．８Ｖ〜１．１Ｖの範囲にある。
【００５５】
測定段階の継続期間は、本発明では、有利には、吸蔵したいガス成分若しくは検出したいガス成分の吸蔵剤２の最大吸蔵容量が、このガス成分の予期される量を著しく、例えば５０％下回るように調節される。この場合、ガス成分の予期される量は、エンジン制御装置に記憶されているガス成分の特性マップ並びに、拡散バリアの透過特性により算出される。
【００５６】
有利には、捕集は、２５０℃〜５００℃の温度で、有利には３００℃〜４２０℃の温度で行われる。ガス成分及び吸蔵剤のために合わせられた最適な温度で捕集することにより、ガス成分の吸収は最良にすることができる。
【００５７】
第５の構成の本発明によるセンサエレメントを使用する場合、本発明による方法のこのような構成では、付加的に、測定段階で、第３の電極と第４の電極との間に、第１の電極と第２の電極との間にかけるのと同じ電圧をかけ、この場合、付加的に、第３の電極では酸素が還元され、酸素イオンは第３の電極から第４の電極へとポンピングされ、結果として生じた第２のポンプセルのポンプ電流を積分し、これを第１のポンプセルの積分されたポンプ電流から減算し、ガス成分、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）の量の尺度とみなすことを特徴とする。
【００５８】
本発明による方法は、本発明によるセンサエレメントに接続された、特に電気的な制御装置又はコントロールによって制御し、コントロールすることができる。
【００５９】
本発明の対象はさらに、本発明によるセンサエレメント及び／又は本発明による方法を、内燃機関の運転方法の監視のために、特に、オンボード診断のために、ＳＣＲ排ガス処理のために、例えば、排ガス戻し案内の算出のために、燃焼装置の運転方法の監視のために、又は、化学的な製造プロセスの監視のために、排気装置及び／又は排気後処理装置のために使用することである。
【図１ａ】
2011501145.tif 000003
【図１ｂ】
2011501145.tif 000004
【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年8月23日(2010.8.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサエレメントのための、ガス中の少なくとも１つのガス成分を吸蔵するための吸蔵装置であって、吸蔵装置が少なくとも１つの吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）を有している形式のものにおいて、
吸蔵装置が、少なくとも１つの前記ガス成分透過層（３）を有しており、該透過層は、吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）が、ガス中に含まれるリン化合物、硫黄化合物、又はケイ素化合物から保護されるように構成又は配置されていることを特徴とする、センサエレメントのために、ガス中の少なくとも１つのガス成分を吸蔵するための吸蔵装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つのガス成分が、窒素酸化物（ＮＯｘ）である、請求項１記載の吸蔵装置。
【請求項３】
前記透過層（３）が、吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）の、ガスに接する表面に取り付けられている、又は、吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）の周囲に、検出したいガスが吸蔵剤と接触する前に透過層（３）を通過するように形成又は配置されている、請求項１又は２記載の吸蔵装置。
【請求項４】
前記透過層（３）が、多孔質材料から形成されており、該多孔質材料が、
酸化アルミニウム、ゼオライト及びコージエライトを有するグループから選択された少なくとも１つの支持セラミック構成部分と、
酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、及び酸化バリウムを有するグループから選択された少なくとも１つのアルカリ土類金属酸化物と、から成る組成を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の吸蔵装置。
【請求項５】
吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）が、
少なくとも１つのアルカリ土類金属化合物、酸化物、硝酸塩及び炭酸塩、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム及び酸化バリウムの酸化物及び炭酸塩、バリウムの酸化物及び炭酸塩、
少なくとも１つの酸化セリウム、酸化セリウム（ＩＩＩ）、及び酸化セリウム（ＩＶ）を有する組成物から形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の吸蔵装置。
【請求項６】
吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）が、
鉄及び、例えば鉄、チタン、バナジウム、タングステン、及び希土類金属を含む第３の、第４の、第５の及び第６の副族の１つ又は複数の元素を有する少なくとも１つの酸化物及びペロブスカイト、又は
少なくとも１つのパラディウム、白金、イリジウム、ロジウムを含む白金族金属、及びルテニウム、又は
単体の鉄、又はセリウムを有する組成物から形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の吸蔵装置。
【請求項７】
吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）の組成の全重量に対する、吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）の組成における白金族金属割合が０．０１〜５重量％である、請求項６記載の吸蔵装置。
【請求項８】
前記割合が、０．１〜３重量％である、請求項７記載の吸蔵装置。
【請求項９】
吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）の組成の全重量に対する、吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）の組成における鉄又はセリウムの割合が、０〜１０重量％である、請求項５から８までのいずれか１項記載の吸蔵装置。
【請求項１０】
前記割合が１〜９重量％である、請求項９記載の吸蔵装置。
【請求項１１】
前記割合が３〜８重量％である、請求項１０記載の吸蔵装置。
【請求項１２】
吸蔵装置が、第１の吸蔵剤（２ａ）、第２の吸蔵剤（２ｂ）、又は第３の吸蔵剤（２ｃ）を有している、請求項１から１１までのいずれか１項記載の吸蔵装置。
【請求項１３】
第１の吸蔵剤（２ａ）が第１のガス成分であるＮＯに対して高い親和性を有しており、第２の吸蔵剤（２ｂ）が第２のガス成分であるＮＯ２に対して高い親和性を有しており、及び第３の吸蔵剤（２ｃ）が第３のガス成分であるＨ２Ｏに対して高い親和性を有している、請求項１から１２までのいずれか１項記載の吸蔵装置。
【請求項１４】
吸蔵装置が吸着剤（４）を有しており、該吸着剤は、吸蔵したい及び検出したいガス成分に対して、前記吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）よりも高い吸着率を有しており、前記吸着剤（４）は、前記吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）の、ガスに接する表面上に取り付けられている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の吸蔵装置。
【請求項１５】
吸着剤（４）が、微細な多孔質の酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、コージエライト、又はゼオライトを有している、請求項１から１４までのいずれか１項記載の吸蔵装置。
【請求項１６】
吸蔵装置が第１のガス室（５）を有しており、該第１のガス室は、透過層（３）とセラミック製の基体（７）と第１の拡散バリア（６）とから形成されており、前記第１のガス室（５）には吸蔵剤（２，２ａ，２ｂ，２ｃ）が配置されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の吸蔵装置。
【請求項１７】
請求項１から１６までのいずれか１項記載の少なくとも１つの吸蔵装置と、電気的な大きさを検出するための少なくとも１つの第１の電極（１２；１２ａ；１２ｂ；１２ｃ）と第２の電極（１３；１３ａ；１３ｂ；１３ｃ）とを有しており、前記電気的な大きさは、吸蔵剤（２ａ，２ｂ，２ｃ）内に吸蔵されたガス成分の量に依存していることを特徴とする、ガス中の少なくとも１つのガス成分を、質的又は量的に検出するためのセンサエレメント（１１）。
【請求項１８】
前記第１の電極（１２；１２ａ；１２ｂ；１２ｃ）が第１のガス室（５）内に配置されていて、第２の電極（１３；１３ａ；１３ｂ；１３ｃ）が第１のガス室（５）の外側に配置されており、第１の電極（１２；１２ａ；１２ｂ；１２ｃ）と第２の電極（１３；１３ａ；１３ｂ；１３ｃ）とが第１のポンプセルを形成しており、第１の電極（１２；１２ａ；１２ｂ；１２ｃ）と第２の電極（１３；１３ａ；１３ｂ；１３ｃ）との間に電圧をかけることにより、イオン状の酸素がポンピング可能である、請求項１７記載のセンサエレメント（１１）。
【請求項１９】
センサエレメント（１１）が第２のガス室（２２）、第３の電極（１９）、第４の電極（２０）を有しており、第３の電極（１９）が第２のガス室（２２）内に配置されていて、第４の電極（２０）が第２のガス室（２２）の外側に配置されており、第３の電極（１９）と第４の電極（２０）とが第２のポンプセルを形成していて、第３の電極（１９）と第４の電極（２０）との間に電圧をかけることによりイオン状の酸素がポンピング可能である、請求項１７記載のセンサエレメント。
【請求項２０】
捕集及び測定段階で、４５０℃以下の温度で、検出したいガス成分を吸蔵剤（２）内に吸蔵し、吸蔵剤（２）内に吸蔵されたガス成分の量に依存した電気的な大きさを検出し、ガス成分の量のための基準とみなし、
再生段階で、吸蔵されたガス成分を、５００℃以上の温度への温度上昇により、又は電気分解によって発生された水素により、少なくとも部分的に又は完全に吸蔵剤（２）から放出させることを特徴とする、
請求項１７記載のセンサエレメントによって、ガス中の少なくとも１つのガス成分を、不連続的又は質的又は量的に検出するための方法。
【請求項２１】
前記捕集及び測定段階における前記温度が３５０℃以下の温度であって、前記再生段階における前記温度が６００℃以上の温度である、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
記捕集及び測定段階における前記温度が２５０℃〜３５０℃の範囲であって、前記再生段階における前記温度が６５０℃〜７５０℃の範囲である、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
捕集段階で、２５０℃〜５００℃の範囲の温度で、検出したいガス成分を吸蔵剤（２）内に吸蔵し、
測定段階で、吸蔵されたガス成分を、６００℃〜９５０℃の範囲の温度への温度上昇により、又は電気分解により発生される水素により、少なくとも部分的に、吸蔵剤（２）から放出させ、第１の電極（１２）と第２の電極（１３）との間に電圧をかけ、検出したいガス成分を分解させ、又は還元させ、又は酸素を還元させ、酸素イオンを第１の電極（１２）から第２の電極（１３）へとポンピングし、第１のポンプセルで生じたポンプ電流を積分し、前記ガス成分の量の基準とすることを特徴とする、
請求項１８又は１９記載のセンサエレメントによって、ガス中の少なくとも１つのガス成分を、不連続続的又は質的又は量的に検出するための方法。
【請求項２４】
前記捕集段階における温度の範囲が３００℃〜４２０℃であって、前記測定段階における温度の範囲が６５０℃〜７５０℃である、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
測定段階において、第３の電極（１９）と第４の電極（２０）との間に、第１の電極（１２）と第２の電極（１３）との間にかけるのと同じ電圧をかけ、第３の電極（１９）で付加的に酸素を還元させ、酸素イオンを第３の電極（１９）から第４の電極（２０）へとポンピングし、第２のポンプセルで生じたポンプ電流を積分し、第１のポンプセルの積分されたポンプ電流から減算し、前記ガス成分の量の基準とする、請求項２３記載の方法。
【国際調査報告】
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