EP2411794A2 - Verfahren zum betreiben eines sensorelements und sensorelement - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines sensorelements und sensorelement

Info

Publication number
EP2411794A2
EP2411794A2 EP10709446A EP10709446A EP2411794A2 EP 2411794 A2 EP2411794 A2 EP 2411794A2 EP 10709446 A EP10709446 A EP 10709446A EP 10709446 A EP10709446 A EP 10709446A EP 2411794 A2 EP2411794 A2 EP 2411794A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor element
internal resistance
exhaust gas
internal combustion
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP10709446A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peer Kruse
Jens Schneider
Lothar Diehl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2411794A2 publication Critical patent/EP2411794A2/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4073—Composition or fabrication of the solid electrolyte

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a sensor element for determining the concentration of gas components in the exhaust gas of internal combustion engines and a sensor element for determining the concentration of gas components in the exhaust gas of internal combustion engines.
  • the subject matter of the present invention is also a computer program and a computer program product which are suitable for carrying out the method.
  • Such sensors which are also referred to as lambda probes, are known, for example, from the book publication "Bosch Kraftfahrtechnisches Taschenbuch” 25th edition, pages 133 ff, a sensor for determining gas components and / or the concentration of gas constituents in gas mixtures, in particular in exhaust gases of internal combustion engines, with a reference electrode which can be acted upon by a reference gas channel with a reference gas, in particular air or an oxygen-containing gas, is also known from DE 100 43 089 C2.
  • Sensor elements for lambda probes which are usually constructed in a planar manner, have a reference gas channel in which a reference electrode is arranged. These sensors are used for example as jump probes.
  • these sensors are also operated with a so-called pumped reference or with a reference applied to a pumping voltage reference, in which the reference electrode is supplied from the exhaust gas with oxygen via an impressed anodic current.
  • the unburned hydrocarbons in the reference gas channel usually diffuse slower than oxygen
  • a single hydrocarbon molecule typically transcribes more than a single oxygen molecule so that the effective oxygen consumption rate of diffused unburned hydrocarbons is greater than the pure oxygen diffusion rate. This results in a relative enrichment of unburned hydrocarbons or a relative lack of oxygen at the reference electrode.
  • the risk of CSD behavior in the reference gas channel is significantly greater than in the inner volume in the probe housing, which is in communication with the reference gas channel.
  • the CSD behavior can now be counteracted by the fact that the sensor element is acted upon by applying an electrical voltage with an electron current, thereby driving an oxygen ion current.
  • the oxygen ion current passes into an oxygen flow at the reference electrode and leads via the reference channel into the outer region of the sensor element. tes.
  • a sufficient oxygen partial pressure is generated in order to oxidize or transport off fat gas components, so that the CSD behavior is actively eliminated.
  • the internal resistance of such lambda probes is also temperature-dependent. If such probes are operated with a pumping current, a pumping current leads to a voltage drop at the internal resistance and thus to a displacement of the measuring signal. With constant supply voltage and constant internal resistance (which is due to a constant temperature), the voltage drop is constant and can thus be considered in advance in the control unit. For unheated sensors, however, the internal resistance depends on the exhaust gas temperature. This can lead to a temperature-dependent voltage drop across the internal resistance, which corresponds to a signal delay. This is proportional to the pumping current.
  • Unheated lambda sensors known in the art are usually operated without pumping current. On the one hand, this leads to a disappearance of the temperature-dependent signal delay due to the proportionality of the signal delay to the pumping current. On the other hand, in this way no pumping action to eliminate the CSD behavior by flushing the reference channel can be achieved.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method for operating an unheated sensor element, in particular a lambda probe, and such a lambda probe in which the CSD behavior is eliminated.
  • This object is achieved by a method for operating a sensor element for determining the concentration of gas components in the exhaust gas of internal combustion engines and a sensor element having the features of the independent claims 1 and 4.
  • the basic idea of the invention is to minimize the CSD behavior, ie a signal delay in the case of unheated lambda probes, by first determining the internal resistance of the sensor element and by adjusting the supply voltage of the sensor element with increasing temperature and thereby decreasing internal resistance in such a way that the control point of the sensor element does not change, that is, is located at the same point and while a predeterminable minimum pumping current is not exceeded.
  • the advantage of this measure is an increased pumping at high temperatures at which fat gas can increasingly evaporate from the pack.
  • the internal resistance of the sensor element is measured.
  • the internal resistance over the temperature of the sensor element based on the operating parameters of the internal combustion engine is calculated or taken from a map. In this case, depending on, for example, the operating point of the internal combustion engine, the exhaust gas temperature, the exhaust gas amount ratio, the Abgasmassen- ström determined, and from these on the temperature and thus the internal resistance of the sensor element.
  • Zirconia instead of yttria-stabilized zirconia in the area under the outer electrode with a thickness between 10 microns and 50 microns from.
  • lower internal resistance values can be achieved, especially in the low-temperature range, because the resistance component of the ion-installation reaction is lowered.
  • local areas with yttrium-stabilized zirconium oxide can be used. This applies in particular to the layers via which one or both electrodes are connected to the electrolyte.
  • Such a lambda probe is also operated with a very low pumping current, which leads to the lowest possible voltage distortion and still ensures a CSD and shunt resistance.
  • the pump currents are in the range between 0 ⁇ A and 10 ⁇ A, preferably between 2 ⁇ A and ⁇ ⁇ A.
  • a sensor element according to the invention is shown schematically in section.
  • FIG. 1 shows schematically a sensor element which is formed by an electrolyte 100 which can be applied to a carrier 105, for example by screen printing.
  • the electrolyte has a thickness of about 500 microns.
  • the lambda probe has an outer electrode 110 which is exposed to the exhaust gas (not shown) and which is connected to a control unit SG via an electrical line 11 1 shown only schematically in FIG. 1 and a reference arranged in a reference gas volume 130 (reference gas channel) - Electrode 120, which is also connected via a line 140 to the control unit SG.
  • the electrode surface in particular of the electrode 1 10 exposed to the exhaust gas, is chosen to be as large as possible, ideally it is chosen to be maximum, taking into account the structural conditions and the resulting temperature distributions.
  • the reference electrode 120 whose surface adjoins the electrode exposed to the exhaust gas
  • the probe 1 10 is positioned as close as possible to the outer surface of the probe in order to couple the electrolyte arranged therebetween as well as possible to the hot exhaust gas.
  • the probe can be operated with a pump current that is chosen to be as small as possible in order to ensure a low voltage delay while still ensuring the CSD and shunt capability.
  • Pump currents are in the range between 0 ⁇ A and 10 ⁇ A, in particular and preferably in the range between 2 ⁇ A and 5 ⁇ A.
  • a pump current only at a higher temperature, for example> 500 0 C, to switch on, which serves to bring about a "Abreak- tion" of evaporating from the packing fat gas.
  • An outlet 132 of the pumping gas is designed to be small, in order to prevent the penetration of grease gas to the reference electrode 120 as far as possible, however, it must be so large that a pressure equalization with the environment is ensured, whereby porous layers with a high flow resistance must be avoided, an open channel with a correspondingly small diameter being preferred
  • the reference channel can be realized by a simple pressure layer with a sacrificial layer of thickness 20 to 30 ⁇ m and a channel width between 0.5 and 1 mm (not shown) .in principle, it is also possible to use a not quite tightly printed electrode feed line as reference channel to use
  • the compensation of the signal delay presupposes the knowledge of the internal resistance of the sensor element, which is first determined. This can be determined, for example, by measurements or by calculation or, for example, by means of a characteristic map, depending on the operating parameters of the internal combustion engine, such as the exhaust gas mass flow, the exhaust gas quantity ratio, the exhaust gas temperature and the like.
  • the method described above can be implemented, for example, as a computer program in the control unit of the internal combustion engine and run there.
  • the program code may be stored on a machine-readable medium that the controller SG can read.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen, insbesondere einer Lambdasonde ist gekennzeichnet durch folgende Schritte: es wird der Innenwiderstand des Sensorelements bestimmt; es wird die Pumpspannung der Referenzelektrode bei mit steigender Temperatur sinkendem Innenwiderstand derart nachgeregelt, dass der Regelpunkt des Sensorelements sich nicht verändert und ein vorgebbarer minimaler Pumpstrom nicht unterschritten wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements und Sensorelement
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen und ein Sensorelement zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt, welche zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind.
Stand der Technik
Solche Sensoren, die auch als Lambdasonden bezeichnet werden, gehen beispielsweise aus der Buchveröffentlichung „Bosch Kraftfahrtechnisches Taschenbuch" 25. Auflage, Seiten 133 ff hervor. Ein Sensor zur Bestimmung von Gaskomponenten und/oder der Konzentration von Gasbestandteilen in Gasgemi- sehen, insbesondere in Abgasen von Verbrennungsmotoren, mit einer Referenzelektrode, die über einen Referenzgaskanal mit einem Referenzgas, insbesondere Luft oder einem sauerstoffhaltigen Gas, beaufschlagbar ist, ist ferner aus der DE 100 43 089 C2 bekannt geworden.
Sensorelemente für Lambdasonden, die üblicherweise planar aufgebaut sind, weisen einen Referenzgaskanal auf, in dem eine Referenzelektrode angeordnet ist. Diese Sensoren werden beispielsweise als Sprungsonden eingesetzt. Der Ausdruck „Sprungsonde" ist von der Kennlinie derartiger Lambdasensoren abgeleitet, die bei einer Luftzahl λ=1 einen „Sprung" von einem ersten Spannungswert im Bereich von etwa 900 mV auf einen zweiten Spannungswert im Bereich von wenigen mV ausführt. Dieser Sprung wird detektiert und zur Bestimmung des korrekten Luft-Kraftstoff-Gemisches bei λ=1 , bei dem eine optimale, stöchio- metrische Verbrennung vorliegt, ausgewertet.
Darüber hinaus werden diese Sensoren auch mit einer sogenannten gepumpten Referenz bzw. mit einer mit einer Pumpspannung beaufschlagten Referenz betrieben, bei der über einen aufgeprägten anodischen Strom die Referenzelektrode aus dem Abgas mit Sauerstoff versorgt wird.
Beim Betrieb derartiger Lambdasonden tritt nun das Problem auf, dass an der Referenzelektrode bzw. in einem benachbarten Referenzgasvolumen unverbrannte Kohlenwasserstoffe auftreten, die beispielsweise von verschmutzten und/oder überhitzten Bauteilen oder einer undichten Packung der Sonde herrühren. Durch diese unverbrannten Kohlenwasserstoffe wird ein nicht vernachlässigbarer Teil des der Referenzelektrode zugeführten Sauerstoffs verbraucht, so- dass die Sauerstoffkonzentration an der Referenzelektrode herabgesetzt und damit die Sondenfunktion gestört ist. Dieses Phänomen ist als CSD-Verhalten („Characteristic-Shift-Down") bekannt. In diesem Zusammenhang ist es weiter störend, dass die unverbrannten Kohlenwasserstoffe vorzugsweise an den heißen, katalytisch aktiven Flächen, d.h. insbesondere an der Referenzelektrode in dem heißen Bereich der Sonde („Hot-Spot-Bereich") oxidiert werden. Darüber hinaus diffundieren die unverbrannten Kohlenwasserstoffe in den Referenzgaskanal zwar meist langsamer als Sauerstoff, jedoch setzt ein einzelnes Kohlenwasserstoffmolekül in der Regel mehr als ein einzelnes Sauerstoffmolekül um, sodass die effektive Sauerstoffverbrauchsrate durch eindiffundierte unverbrannte Kohlenwasserstoffe größer ist als die Diffusionsrate für reinen Sauerstoff. Damit kommt es an der Referenzelektrode zu einer relativen Anreicherung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen bzw. zu einem relativen Sauerstoffmangel. Schließlich ist aufgrund der erläuterten Mechanismen die Gefahr des CSD- Verhaltens im Referenzgaskanal deutlich größer als im Innenvolumen im Son- dengehäuse, das mit dem Referenzgaskanal in Verbindung steht.
Dem CSD-Verhalten kann nun dadurch entgegengewirkt werden, dass das Sensorelement durch Anlegen einer elektrischen Spannung mit einem Elektronenstrom beaufschlagt wird, der dadurch einen Sauerstoffionenstrom antreibt. Der Sauerstoff ionenstrom geht an der Referenzelektrode in einen Sauerstoffstrom über und führt über den Referenzkanal in den Außenbereich des Sensorelemen- tes. Dabei wird ein ausreichender Sauerstoffpartialdruck erzeugt, um Fettgaskomponenten zu oxidieren oder abzutransportieren, sodass das CSD-Verhalten aktiv beseitigt wird.
Der Innenwiderstand derartiger Lambdasonden ist darüber hinaus temperaturabhängig. Sofern derartige Sonden mit einem Pumpstrom betrieben werden, führt ein Pumpstrom zu einem Spannungsabfall am Innenwiderstand und damit zu einer Verschiebung des Messsignals. Bei konstanter Versorgungsspannung und konstantem Innenwiderstand (der durch eine konstante Temperatur bedingt ist) ist auch der Spannungsabfall konstant und kann so vorab im Steuergerät berücksichtigt werden. Bei unbeheizten Sensoren ist jedoch der Innenwiderstand abhängig von der Abgastemperatur. Hierdurch kann es zu einem temperaturabhängigen Spannungsabfall am Innenwiderstand kommen, der einem Signalverzug entspricht. Dieser ist proportional zum Pumpstrom.
Aus dem Stand der Technik bekannte, unbeheizte Lambdasensoren werden gewöhnlich ohne Pumpstrom betrieben. Dies führt einerseits aufgrund der Proportionalität des Signalverzuges zum Pumpstrom zu einem Verschwinden des temperaturabhängigen Signalverzuges. Andererseits kann auf diese Weise keine Pumpwirkung zur Beseitigung des CSD-Verhaltens durch Spülen des Referenzkanals erreicht werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines unbeheizten Sensorelements, insbesondere einer Lambdasonde, und eine derartige Lambdasonde zu vermitteln, bei der das CSD-Verhalten beseitigt ist.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen und ein Sensorelement mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 4 gelöst. Grundidee der Erfindung ist es, das CSD-Verhalten, also einen Signalverzug bei unbeheizten Lambdasonden, dadurch zu minimieren, dass zunächst der Innenwiderstand des Sensorelements bestimmt wird und dass die Versorgungsspannung des Sensorelements mit steigender Temperatur und dadurch sinkendem Innenwiderstand derart nachgeregelt wird, dass der Regelpunkt des Sensorelements sich nicht verändert, das heißt an der gleichen Stelle liegt und dabei ein vorgebbarer minimaler Pumpstrom nicht unterschritten wird.
Der Vorteil dieser Maßnahme liegt in einem vermehrten Pumpen bei hohen Temperaturen, bei denen Fettgas auch vermehrt aus der Packung ausdampfen kann.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den unabhängigen Ansprü- chen 1 und 4 angegebenen Verfahrens und des Sensorelements möglich.
So wird bei einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens beispielsweise der Innenwiderstand des Sensorelements gemessen.
Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird der Innenwiderstand über die Temperatur des Sensorelements anhand der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine rechnerisch ermittelt oder einem Kennfeld entnommen. Dabei wird, abhängig beispielsweise vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, auch die Abgastemperatur, das Abgasmengenverhältnis, den Abgasmassen- ström bestimmt, und aus diesen auf die Temperatur und somit den Innenwiderstand des Sensorelements geschlossen.
Das erfindungsgemäße Sensorelement zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen mit wenigstens einer E- lektrolytschicht zeichnet sich durch die Verwendung von Scandium-stabilisiertem
Zirkonoxid statt Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid im Bereich unter der Außenelektrode mit einer Dicke zwischen 10 μm und 50 μm aus. Hierdurch sind vor allem im Niedertemperaturbereich niedrigere Innenwiderstandswerte erreichbar, weil der Widerstandsanteil der loneneinbaureaktion abgesenkt wird. Um eine verbesserte lonenleitfähigkeit herzustellen, können dabei Lokalbereiche mit Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid verwendet werden. Dies betrifft insbesondere die Schichten, über die eine oder auch beide Elektroden mit dem Elektrolyten verbunden sind.
Weiterhin ist zur Reduktion des Gleichstrominnenwiderstands vorgesehen, die Elektrodenflächen zu maximieren und die Referenzelektrode nahe an der äußeren Oberfläche der Sonde zu positionieren, um den dazwischen angeordneten Elektrolyten möglichst gut an das heiße Abgas zu koppeln.
Eine derartige Lambdasonde wird darüber hinaus mit einem sehr geringen Pumpstrom betrieben, der zu einem möglichst geringen Spannungsverzug führt und dennoch eine CSD- und Nebenschlussfestigkeit gewährleistet. Die Pumpströme liegen dabei im Bereich zwischen 0 μA und 10 μA, bevorzugt zwischen 2 μA und δ μA.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Sensorelement schematisch im Schnitt dargestellt.
Ausführungsformen der Erfindung
In Fig. 1 ist schematisch ein Sensorelement dargestellt, welches durch einen E- lektrolyten 100 gebildet wird, der auf einen Träger 105, beispielsweise mittels Siebdruck aufgebracht sein kann. Der Elektrolyt weist eine Dicke von etwa 500 μm auf. Die erfindungsgemäße Drucktechnik zur Herstellung des Elektrolyten im
Bereich 101 unter der Außenelektrode 1 10 wird eingesetzt, um eine geringe Schichtdicke von etwa 10 μm bis 50 μm von Scandium-stabilisiertem Zirkonoxid zu erzielen und dadurch den Innenwiderstand bedingt durch die lonen- Einbaureaktion zu minimieren. Die Lambdasonde weist eine dem (nicht dargestellten) Abgas ausgesetzte Außenelektrode 1 10 auf, die mit einem Steuergerät SG mit über eine in der Fig. 1 nur schematisch dargestellte elektrische Leitung 1 1 1 verbunden ist und eine in einem Referenzgasvolumen 130 (Referenzgaskanal) angeordnete Referenz- elektrode 120, die ebenfalls über eine Leitung 140 mit dem Steuergerät SG verbunden ist. Zur Reduktion des Gleichstrominnenwiderstands ist die Elektrodenfläche insbesondere der dem Abgas ausgesetzten Elektrode 1 10 möglichst groß gewählt, im Idealfall ist sie unter Berücksichtigung der baulichen Gegebenheiten und der daraus resultierenden Temperaturverteilungen maximal gewählt. Die Re- ferenzelektrode 120, deren Fläche an die der dem Abgas ausgesetzten Elektrode
1 10 angepasst ist, ist möglichst nahe an der äußeren Oberfläche der Sonde positioniert, um den dazwischen angeordneten Elektrolyten möglichst gut an das heiße Abgas zu koppeln. Die Sonde kann mit einem Pumpstrom betrieben werden, der möglichst klein gewählt wird, um einen geringen Spannungsverzug zu verur- Sachen und dennoch die CSD- und Nebenschlussfähigkeit zu gewährleisten. Die
Pumpströme liegen im Bereich zwischen 0 μA und 10 μA, insbesondere und bevorzugt im Bereich zwischen 2 μA und 5 μA.
Rein prinzipiell ist es auch möglich, einen Pumpstrom erst bei einer höheren Temperatur, beispielsweise > 5000C, zuzuschalten, der dazu dient, eine „Abreak- tion" des aus der Dichtpackung ausdampfenden Fettgases herbeizuführen. Ein Auslass 132 des Pumpgases wird klein dimensioniert, um ein Vordringen von Fettgas zur Referenzelektrode 120 möglichst zu unterbinden. Er muss allerdings so groß gewählt werden, dass ein Druckausgleich mit der Umgebung gewährleis- tet ist. Hierbei müssen poröse Schichten mit hohem Strömungswiderstand vermieden werden. Zu bevorzugen ist ein offener Kanal mit entsprechend kleinem Querschnitt. Der Referenzkanal kann durch eine einfache Druckschicht mit einer Opferschicht der Dicke 20 bis 30 μm und einer Kanalbreite zwischen 0,5 und 1 mm realisiert werden (nicht dargestellt). Rein prinzipiell ist es auch möglich, eine nicht ganz dicht gedruckte Elektrodenzuleitung als Referenzkanal zu nutzen
(nicht dargestellt). Darüber hinaus kann vorgesehen sein, mit einer porösen Druckschicht 133 im Eingangsbereich des Referenzkanals ein weiteres Eindringen von Fettgaskomponenten in den Referenzgaskanal 130 zu unterdrücken und gleichzeitig den Strömungswiderstand und somit den Druckaufbau im Referenz- bereich einzustellen. Im Folgenden wird ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Lambdasen- sors zur Kompensation des Signalverzugs, der sich durch den Pumpstrom zur Unterdrückung von CSD-Verhalten ergibt, beschrieben. Die Kompensation des Signalverzugs setzt die Kenntnis des Innenwiderstands des Sensorelements voraus, der zunächst bestimmt wird. Dieser kann beispielsweise durch Messungen oder rechnerisch oder beispielsweise mittels eines Kennfelds, abhängig von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie dem Abgasmassenstrom, dem Abgasmengenverhältnis, der Abgastemperatur und dergleichen, bestimmt werden. Es erfolgt nun eine Anpassung der Versorgungsspannung der Sonde an den mit steigender Temperatur sinkenden Innenwiderstand derart, dass die Versorgungsspannung mit steigender Temperatur nachgeregelt wird, sodass der Regelpunkt immer an der gleichen Stelle liegt, das heißt sich nicht verändert und dabei ein minimaler Pumpstrom nicht unterschritten wird. Hierbei wird auf vorteilhafte Weise ein vermehrtes Pumpen bei hohen Temperaturen erreicht, bei denen auch Fettgas vermehrt aus der Packung ausdampfen kann.
Durch die Veränderung des Regelpunkts, der innerhalb einer Regelsoftware im Steuergerät SG erfolgt, können CSD-bedingte Signalverzüge kompensiert werden.
Das vorstehend beschriebene Verfahren kann beispielsweise als Computerprogramm im Steuergerät der Brennkraftmaschine implementiert sein und dort ablaufen. Der Programmcode kann auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein, den das Steuergerät SG lesen kann.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen, insbesondere einer Lambda-Sonde, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - es wird der Innenwiderstand des Sensorelements bestimmt;
- es wird die Pumpspannung der Referenzelektrode bei (120) mit steigender Temperatur sinkendem Innenwiderstand derart nachgeregelt, dass der Regelpunkt des Sensorelements sich nicht verändert und ein vorgebbarer minimaler Pumpstrom nicht unterschritten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Innenwiderstand des Sensorelements durch eine Ri-Puls-Innenwiderstandsmessung bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Innenwiderstand des Sensorelements anhand der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine rechnerisch ermittelt wird oder einem Kennfeld entnommen wird.
4. Sensorelement zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen mit wenigstens einer Elektrolytschicht, gekennzeichnet durch eine Elektrolytschicht (101 ) unter der abgasseitigen E- lektrode zwischen 10 und 50 μm Dicke, bestehend aus
a. Scandium-stabilisiertem Zirkonoxid und/oder b. einer Mischung aus Scandium- und Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid und/oder c. mittels einer Mischung aus Scandium um Yttrium stabilisiertem Zirkonoxid.
5. Sensorelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Minimierung des Gleichstrominnenwiderstands des Sensorelements die Elektro- denflächen (1 10, 120) so an dem Elektrolyten ausgebildet sind, dass sie eine geometrisch maximal mögliche Oberfläche aufweisen.
6. Sensorelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzelektrode (120) nahe der äußeren, dem Abgas ausgesetzten Oberfläche des Sensorelements angeordnet ist.
7. Sensorelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem Pumpstrom beaufschlagt wird, der zwischen 0 μA und 10 μA beträgt, vorzugsweise zwischen 2 μA und 5 μA beträgt.
8. Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät, insbesondere dem Steuergerät einer Brennkraftmaschine abläuft.
9. Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wenn das Programm auf einem Computer oder einem Steuergerät eines Fahrzeugs ausgeführt wird.
EP10709446A 2009-03-25 2010-02-18 Verfahren zum betreiben eines sensorelements und sensorelement Ceased EP2411794A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200910001840 DE102009001840A1 (de) 2009-03-25 2009-03-25 Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements und Sensorelement
PCT/EP2010/052043 WO2010108731A2 (de) 2009-03-25 2010-02-18 Verfahren zum betreiben eines sensorelements und sensorelement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2411794A2 true EP2411794A2 (de) 2012-02-01

Family

ID=42272016

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10709446A Ceased EP2411794A2 (de) 2009-03-25 2010-02-18 Verfahren zum betreiben eines sensorelements und sensorelement

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2411794A2 (de)
CN (1) CN102362174B (de)
DE (1) DE102009001840A1 (de)
RU (1) RU2541702C2 (de)
WO (1) WO2010108731A2 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013210753A1 (de) 2013-06-10 2014-12-11 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zum Betreiben von Lambdasonden
JP6048463B2 (ja) * 2014-09-01 2016-12-21 トヨタ自動車株式会社 ガス濃度検出装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH063431B2 (ja) * 1984-02-08 1994-01-12 三菱電機株式会社 機関の空燃比センサ
DE4445033A1 (de) * 1994-12-16 1996-06-27 Heraeus Electro Nite Int Verfahren zur Messung der Konzentration eines Gases in einem Gasgemisch sowie elektrochemischer Sensor zur Bestimmung der Gaskonzentration
JPH10239276A (ja) * 1996-12-27 1998-09-11 Ngk Insulators Ltd 一酸化炭素ガスセンサおよび同センサを用いた測定装置
DE19928561C2 (de) * 1999-06-22 2003-02-06 Bayerische Motoren Werke Ag Verfahren zur Schätzung von Temperaturgrößen im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine
DE10043089C2 (de) 2000-09-01 2003-02-27 Bosch Gmbh Robert Gassensor
JP4682465B2 (ja) * 2000-10-31 2011-05-11 株式会社デンソー ガス濃度検出装置
US6787014B2 (en) * 2001-10-09 2004-09-07 Kabushiki Kaisha Riken Gas-detecting element and gas-detecting device comprising same
JP3880506B2 (ja) * 2001-12-27 2007-02-14 株式会社日本自動車部品総合研究所 ガス濃度検出装置
JP4662207B2 (ja) * 2005-11-28 2011-03-30 日本特殊陶業株式会社 空燃比検出装置
DE102006041184A1 (de) * 2006-09-01 2008-03-06 Robert Bosch Gmbh Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Führungssonde
DE102008023695A1 (de) * 2008-05-15 2009-11-19 Robert Bosch Gmbh Sensorelement mit verbesserten dynamischen Eigenschaften

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2010108731A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2541702C2 (ru) 2015-02-20
WO2010108731A2 (de) 2010-09-30
DE102009001840A1 (de) 2010-09-30
WO2010108731A3 (de) 2010-11-25
RU2011142616A (ru) 2013-04-27
CN102362174A (zh) 2012-02-22
CN102362174B (zh) 2014-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69628970T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Stromversorgung eines Heizers in einer Sauerstoffmesssonde
DE10342270B4 (de) Gaskonzentrationsdetektor
DE3445755A1 (de) Luft/kraftstoffverhaeltnis-detektor
DE69738007T2 (de) Gassensor, Verfahren zur Überwachung des Gassensors und der Gaskonzentration
DE102004045161B4 (de) Gaskonzentrations-Messvorrichtung
EP2583091B1 (de) Verfahren zum betreiben einer gassonde
DE10324408A1 (de) Gassensorelement zur Messung wasserstoffhaltiger Gase und Messverfahren, bei dem dieses Gassensorelement Verwendung findet
DE10043089C2 (de) Gassensor
EP2401604A1 (de) Festelektrolytgassensor für die messung diverser gasspezies
EP2106543A1 (de) Sensorelement mit unterdrückter fettgasreaktion
EP2411794A2 (de) Verfahren zum betreiben eines sensorelements und sensorelement
EP2411795A1 (de) Verfahren zum betreiben einer lambda-sonde
EP2411796A1 (de) Verfahren zum betreiben eines sensorelements und sensorelement
DE102006061565A1 (de) Sondeneinrichtung mit Anpassungseinrichtung zur Anpassung an Auswerteeinrichtung zur Auswertung eines Sondengrenzstroms
DE10308395A1 (de) Sensorelement eines Gassensors
DE102020005125A1 (de) Gassensor und gassensor-betriebssteuerverfahren
DE102010039392A1 (de) Vorrichtung zur Erfassung eines Sauerstoffanteils eines Gases
DE3313783C2 (de)
WO2008025631A1 (de) Schaltungsanordnung zum betreiben einer führungssonde
EP2106544B1 (de) Sensorelement mit offsetstrom durch h2o-zersetzung
DE102018123120A1 (de) Sensorsteuerungsvorrichtung
DE19937016A1 (de) Sensorelement und Verfahren zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration in Gasgemischen
DE102022211060A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum
DE102009060172A1 (de) Verfahren zum Diagnostizieren einer Dynamik eines Abgassensors
DE102006060636A1 (de) Verfahren zum Kalibrieren eines Sensorelements

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20111025

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20120724

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R003

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN REFUSED

18R Application refused

Effective date: 20140203