CN101506650B - 用于驱动导向探测器的电路装置 - Google Patents
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Abstract
用于驱动设置在催化式排气净化器后面的导向探测器的电路装置，导向探测器具有至少一个设置在固体电解质中的参考电极、暴露于废气的废气电极和覆盖废气电极的多孔陶瓷涂层，其特征在于，在参考电极和废弃电极之间设置了有目的地影响参考电极和废气电极之间的氧离子迁移的电阻。
Description
本发明涉及一种用于驱动催化式排气净化器下游设置的导向探测器的电路装置，其具有在权利要求1的前序部分中所提到的特征。
现有技术
从DE 41 00 106 Cl公知一种废气探测器，其中暴露于废气的电极被多孔陶瓷保护层覆盖，其中催化活性物质离散地和均匀地分布，使得离散分布的催化活性物质(优选是铂)在温度较高的时候是活性的，与此相反，均匀分布活性成份(优选是铑)在较低温度下是活性的。通过所述物质微小的物质的量，实现了尤其对传感器调节设备尤其在低温下的改进。此外，在生产技术上可以很容易地制造所述传感器。
在这种带氧离子传导的固体电解质的废气传感器中，通过测量在废气电极和参考电极(所述参考电极暴露于氧离子含量已限定了的气体例如大气)之间的电势，测量混合物从含油多(fetten)到含油少(mageren)这一转变。所述转变可以表示为在混合物从含油多转变为含油少的时候探测器电压的强烈跳跃，这一跳跃也称为λ跳跃。废气电极被覆盖废气电极的多孔保护层隔离。所述保护层不仅用于机械保护废气电极，而且增强了所谓的抗毒性。
为了监视催化式排气净化器下游的废气组成，这种跳跃探测器被用作导向探测器。所述导向探测器用于监视催化式排气净化器并且还用于平衡催化式排气净化器上游的调节混合物构成的探测器，即所谓的Vorkat-探测器。对这种催化式排气净化器下游使用的导向探测器的调节和监视基于一个调节点，其略微偏离在大体积范围(Fettbereich)内的化学计算出的点(λ＝1)。使用在600mV到700mV范围内的调节电压。
在调整这种高调节点的时候不利的是，探测器电压本身在恒定的λ下取决于油气成份即一氧化碳(CO)和氢气(H2)的比例。此外，在调节点的气体组成还明显依赖于探测器温度。这种明显的气体和温度依赖性的结果是，提高了用于最优地协调调节系统的工作付出。所述催化式排气净化器在含油多/含油少变换后经过较长的时间间隔可以分别很好地调整气体平衡。在一定的情况下，有工作范围，在这种工作范围中，由于不同的气体组成，在系统中不可能调节到恒定的λ值。
本发明所基于的任务是，介绍一种电路装置，其实现了具有低油气浓度的很小的范围内油气测量的精度的提高。此外，应该降低测量信号的温度依赖性。
公开本发明
本发明的优点
根据本发明的用于驱动催化式排气净化器下游设置的导向探测器的电路装置的优点是，借助于公知的跳跃探测器可以检测在废气中的油气成份。通过在参考电极和废气电极之间设置的、有目的地影响参考电极和废气电极之间的氧离子迁移的电阻，以十分有利地方式实现了油气浓度下的线性特征曲线性能。特别有利的是，跳跃探测器可以被用作导向探测器，导向探测器不需要额外的电路消耗。所述输出信号基于公知的对这种跳跃探测器的探测器电压的测量。
选择电阻，使得经由其下降的探测器电压低于所述导向探测器的能斯特电压(Nernstspannung)。有利的电阻值在5000和20000欧姆之间变动。
有利地，电阻和多孔涂层相互协调，使得通过由电阻引起的氧离子迁移，在多孔涂层中积聚的油气分子被完全氧化。
有利地，调整所述多孔涂层的孔隙度和厚度，使得在氢含量为100ppm的情况下，氧化电流在从20μA到60μA的范围内变化。所述电阻和氧化电流的值适用于所使用的电极大小。在改变废气电极几何面积的时候，必须相应地调整这些值。
通过选择合适的催化作用上较少活性的电极可以降低相对于CO的灵敏度。那么导向探测器的输出信号与氢气分压成比例。
附图简述
本发明的其它优点和特征是接下来对实施例的描述以及图示的目标。
其中示出：
图1示意性地示出废气探测器的结构；
图2a和2b示意性地示出本发明所利用的用于驱动导向探测器的电路装置；
图3示出典型的Hinterkat气体组成下，作为λ值的函数的探测器电压
a)无布线
b)具有在图2a中所示出的布线；
图4示出在两个不同的根据图2a连接在参考电极和废气电极之间的电阻的情况下，对于氢气浓度的探测器电压。
对实施例的描述
在图1中所示的废气探测器具有固体电解质100，在固体电解质中公知地设置有参考电极110和废气电极120。废气电极120暴露于废气150并且由单层或者多层的多孔保护层130覆盖。带有废气电极120和参考电极110的废气探测器构成独立的电压源。
在图1中示意性地示出从参考电极110到废气电极120的氧离子流以及(以一氧化碳为例)通过多孔涂层130到废气电极120的一氧化碳CO流。在废气电极120中进行下列反应：
CO+O2---＞CO2+2e-。
此外，在废气电极120中进行油气氢气H2的其它反应：
H2+O2---＞H2O+2e-。
在图2中示意性地示出用于驱动在图1中所示的探测器的电路装置。相应地，废气电极120与端子220并且参考电极110与端子210连接，以便测量探测器电压Us。电阻Rx处于端子210和端子220之间(参照图2a)。备选地，也可以在端子210和参考电极110之间设置另外的并联电阻Rp，如在图2b中示意性地示出。所述电阻例如是56kΩ。相当多的O2--离子流从参考电极110流经并联到参考电极110以及废气电极120的电阻Rx到废气电极120。流经构成探测器的固体电解质100的电流在废气电极120处通过上述的与油气H2和CO的反应几乎被吸收。
在相应调整保护层130的扩散电阻的时候和在并联电阻Rx具有最优值的时候，可以调整驱动条件，在所述驱动条件下基本上每个到达保护层130的油气分子被氧化。流经装置的电流与在废气中的成份浓度成比例。因此，探测器电压Us也与废气中的浓度成比例。
在图3中示出在这种探测器的情况下，对于λ值的探测器电压Us。图3a示出在λ等于1且在3种不同的探测器温度下未连接的探测器和典型的λ跳跃。在普遍的600mV的调节点，经调整的λ值以λ的0,35‰变化。当对于λ的信号变化在调节点很高的时候，这对于调节通常是有利的。在未连接的探测器的情况下，在730℃的情况下在调节点处斜率dU/dλ为-110V。
在图3b中示出带有电阻Rx为15kΩ和图2a中布线的对于相同温度的相同探测器。在0.2V和0.45V之间的探测器电压范围内，找到探测器电压和λ之间不依赖于探测器温度的线性曲线。在这个范围内，特征曲线几乎不依赖于探测器温度。在350mV的调节点处得出λ变化为0.03‰。这与未连接的探测器的情况下的λ变化相比少了超过一个数量级。在调节点处斜率dU/dλ的值为-670V，大于未连接的探测器的情况下的6倍。这大大缓解了在调节点处的调节。调节点处有利的值位于λ＝0.999和λ＝0.9998之间。
在图4中，探测器电压表示为对于电阻Rx为8kΩ和16kΩ之间氢含量的函数。在涂层孔隙度已调整的情况下，通过电阻值调整所述线性范围。在16kΩ的时候，特征曲线在40ppm和120ppm H2之间线性走势，在8kΩ的时候，特征曲线在80ppm和220ppm H2之间线性走势。
应该指出，应该考虑此处参考风道(未示出)的抽吸能力。假如通过参考气体不能补充提供足够的氧气，那么上述的反应特性在这方面受限。
为了获得扩散控制即实现适当的扩散电流，通常选择所述电阻Rx的方式，使得得到的探测器电压Us大大低于在无电流状态下相应的探测器能斯特电压。这一条件将上限电压限制在0.45V到0.5V。在探测器电压低于0.2V的情况下，作为另一电极反应释放氧气。
O2---＞1/2O2+2e-。
通过所述并行反应提高了电流或者探测器电压Us。
在被用作催化式排气净化器下游的导线探测器的情况下，几乎仅仅氢气和一氧化碳作为油气成份出现。由于氢气更快的扩散性，氢气被证明具有显然更大的敏感度。涉及到与一氧化碳的反应，已知的电极部分在催化方面基本上不是活性的。由此，采用合适选择的催化非活性的电极材料有可能引起关于H2的选择性的增加。
为了避免如上所述经由参考风道对氧的补充迁移限制前述测量，在跳跃探测器用作导向探测器的情况下使用保护层130，所述保护层比公知的导向探测器下的保护层厚。备选地或者附加地，可以设置更大的参考风道。由此可以扩展和优化前述的线性范围。
Claims (7)
1.一种用于驱动设置在催化式排气净化器后面的导向探测器的电路装置，所述电路装置至少具有设置在固体电解质中的参考电极(110)、暴露于废气的废气电极(120)和覆盖所述废气电极(120)的多孔陶瓷涂层(130)，其特征在于，在参考电极(110)和废气电极(120)之间设置了有目的地影响参考电极(110)和废气电极(120)之间的氧离子迁移的电阻，使得探测器电压在λ＝1附近不是通过能斯特电压确定的，而是在λ＜1范围内与油气浓度线性相关。
2.按照权利要求1的电路装置，其特征在于，使所述电阻和多孔陶瓷涂层(130)相互协调，使得通过由电阻引起的氧离子迁移，在所限定调整的λ范围内，在多孔陶瓷涂层中积聚的油气分子完全被氧化，其中λ＜1。
3.按照权利要求1或2的电路装置，其特征在于，所述电阻具有在5kΩ和20kΩ欧姆之间的值。
4.按照权利要求1或2的电路装置，其特征在于，调整所述多孔陶瓷涂层(130)的孔隙度和厚度，使得在氢含量为100ppm H2的情况下，流过在20μA和60μA之间的氧化电流。
5.按照权利要求1或2的电路装置，其特征在于，使多孔陶瓷涂层(130)的孔隙度和厚度以及电阻相互协调，使得0.35V的探测器电压出现在0.999和0.9998之间的λ范围内。
6.按照权利要求1或2的电路装置，其特征在于，所述电阻在5kΩ和20kΩ之间变动。
7.按照权利要求1或2的电路装置，其特征在于，所述电阻是8kΩ或者16kΩ。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |