DE102004008233A1 - Process to regenerate automotive exhaust gas sensor with sensitivity regeneration circuit involves exposing electrode to oxidation atmosphere - Google Patents

Process to regenerate automotive exhaust gas sensor with sensitivity regeneration circuit involves exposing electrode to oxidation atmosphere Download PDF

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Abstract

An automotive exhaust system has a gas sensor element with a sensor cell consisting of a solid electrolyte with two electrodes. One electrode is exposed and responds to the concentration of NOx exhaust gases. The sensor has a sensitivity regeneration circuit that exposes the electrode to an oxidation atmosphere and restores sensitivity to NOx. The sensor cell electrode in the measuring gas cell is Cermet with Rhodium. In conditions when there is an oxygen-rich atmosphere in the measuring gas, the control circuit deactivates the oxygen pump cell and/or the sensor cell, exposing the sensor cell electrode to the oxidation atmosphere. The gas monitored is the exhaust gas. In lean burn conditions or when the vehicle is stationary, the oxygen pump cell and/or sensor cell are de-activated, exposing the first sensor cell electrode to oxidation. Also claimed is a process to manufacture a gas sensor.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Gassensorelement mit einer Empfindlichkeits-Regenerierungsschaltung zur Wiederherstellung der nach längerer Verwendung verringerten Empfindlichkeit des Gassensorelements sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines Gassensorelements, das eine gewünschte Empfindlichkeit eines Gassensorelements für eine längere Zeitdauer gewährleistet.The invention relates generally to a gas sensor element with a sensitivity regeneration circuit to restore the after a long time Use reduced sensitivity of the gas sensor element as well to a method for producing a gas sensor element, the one desired Sensitivity of a gas sensor element guaranteed for a longer period of time.

Die durch Abgasemissionen von Kraftfahrzeugen hervorgerufene Luftverschmutzung hat in jüngerer Zeit zu schwerwiegenden Umweltbelastungen geführt, was zur Folge hat, dass die Emissionsauflagen Jahr um Jahr immer mehr verschärft werden.The through exhaust emissions from motor vehicles Air pollution has recently become too serious Environmental pollution, which has the consequence that the emission requirements always year after year more tightened become.

Eine Verringerung der potentiellen Schadstoffe in den Abgasen der Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen lässt sich durch Verwendung von Verbrennungsregelsystemen zur Regelung des Verbrennungsvorgangs in einer Brennkraftmaschine sowie durch Verwendung von Abgas-Katalysatorsystemen erzielen, die Abgas-Schadstoffe in harmlose oder weniger schädliche Verbrennungsprodukte umsetzen. Eine effektivere Schadstoffminderung lässt sich durch Messung der im Abgas enthaltenen Stickoxide (NOx) und Rückkopplung der Messwerte auf ein Verbrennungsregelsystem der Brennkraftmaschine oder ein Katalysator-Überwachungssystem erzielen. Es sind daher bereits einige NOx-Sensoren vorgeschlagen worden, mit deren Hilfe eine sehr genaue Bestimmung der Konzentration von NOx in den Abgasemissionen von Kraftfahrzeugen möglich ist.A reduction in potential Pollutants in the exhaust gases of the internal combustion engines of motor vehicles let yourself by using combustion control systems to control the Combustion process in an internal combustion engine and by use of exhaust gas catalyst systems achieve the exhaust pollutants in harmless or less harmful combustion products implement. A more effective reduction in pollutants can be measured by nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas and feedback of the measured values to a Achieve combustion control system of the internal combustion engine or a catalyst monitoring system. Some NOx sensors have therefore already been proposed with their help a very precise determination of the concentration of NOx in the exhaust gas emissions from motor vehicles is possible.

Aus der japanischen Patentschrift Nr. 2885336 ist ein typischer NOx-Sensor bekannt. In 12 ist ein Gassensorelement veranschaulicht, das bei einem solchen NOx-Sensor Verwendung findet.A typical NOx sensor is known from Japanese Patent No. 2885336. In 12 illustrates a gas sensor element that is used in such a NOx sensor.

Das in 12 dargestellte Gassensorelement 1 umfasst Festelektrolytschichten 51 und 52 sowie eine zwischen den Festelektrolytschichten 51 und 52 ausgebildete Messgaskammer 7, in die ein zu messendes Gas (das nachstehend auch als Messgas bezeichnet ist) über eine poröse Schutzschicht 12 und ein Nadelloch 11 eintreten kann. Die Messgaskammer 7 besteht aus einer ersten Messgas-Unterkammer 7a und einer zweiten Messgas-Unterkammer 7b. Das Gassensorelement 1 umfasst außerdem eine Sauerstoff-Pumpzelle 2, eine Sauerstoff-Überwachungszelle 3 sowie eine Sensorzelle 4. Die Sauerstoff-Pumpzelle 2 wird von Pumpzellenelektroden 2a und 2b gebildet, die an der Festelektrolytschicht 52 befestigt sind, während die Sauerstoff-Überwachungszelle 3 von Überwachungszellenelektroden 3a und 3b gebildet wird, die an der Festelektrolytschicht 51 befestigt sind. Die Sensorzelle 4 wird von Sensorzellenelektroden 4a und 4b gebildet, die an der Festelektrolytschicht 51 befestigt sind.This in 12 shown gas sensor element 1 includes solid electrolyte layers 51 and 52 as well as one between the solid electrolyte layers 51 and 52 trained sample gas chamber 7 , into which a gas to be measured (also referred to as measurement gas hereinafter) is deposited over a porous protective layer 12 and a pinhole 11 can occur. The sample gas chamber 7 consists of a first sample gas subchamber 7a and a second sample gas sub-chamber 7b , The gas sensor element 1 also includes an oxygen pump cell 2 , an oxygen monitoring cell 3 as well as a sensor cell 4 , The oxygen pump cell 2 is made of pump cell electrodes 2a and 2 B formed on the solid electrolyte layer 52 are attached while the oxygen monitoring cell 3 of monitoring cell electrodes 3a and 3b is formed on the solid electrolyte layer 51 are attached. The sensor cell 4 is made of sensor cell electrodes 4a and 4b formed on the solid electrolyte layer 51 are attached.

Die Sauerstoff-Pumpzelle 2 pumpt in Abhängigkeit von einer angelegten Spannung Sauerstoff in die erste Messgas-Unterkammer 7a hinein oder aus der ersten Messgas-Unterkammer 7a heraus. Die Überwachungszelle 3 dient zur Überwachung der Konzentration von Sauerstoff in der ersten Messgas-Unterkammer 7a. Die Sauerstoff-Pumpzelle 2 wird durch Rückkopplung derart geregelt, dass die von der Überwachungszelle 3 überwachte Konzentration von Sauerstoff in der ersten Messgas-Unterkammer 7a auf einem konstanten Wert gehalten wird. Die Sensorzelle 4 ist der zweiten Messgas-Unterkammer 7b ausgesetzt und dient zur Aufspaltung von NOx zur Erzeugung von Sauerstoffionen.The oxygen pump cell 2 Pumps oxygen into the first sample gas subchamber depending on an applied voltage 7a into or out of the first sample gas subchamber 7a out. The monitoring cell 3 is used to monitor the concentration of oxygen in the first sample gas subchamber 7a , The oxygen pump cell 2 is regulated by feedback in such a way that that of the monitoring cell 3 monitored concentration of oxygen in the first sample gas subchamber 7a is kept at a constant value. The sensor cell 4 is the second sample gas subchamber 7b exposed and serves to break down NOx to produce oxygen ions.

Die Konzentration von Sauerstoff in der ersten Messgas-Unterkammer 7a wird in der vorstehend beschriebenen Weise durch die Sauerstoff-Pumpzelle 2 konstant gehalten, sodass auch die Konzentration von Sauerstoff in der zweiten Messgas-Unterkammer 7b konstant gehalten wird. Auf diese Weise kann die Konzentration von NOx als Funktion der Menge an Sauerstoffionen bzw. als Funktion eines Sauerstoffionenstroms bestimmt werden, der zwischen den Sensorzellenelektroden 4a und 4b fließt. Die Bezugszahlen 61 und 62 bezeichnen Distanzstücke, während die Bezugszahl 81 eine Referenzgaskammer bezeichnet, in die Luft als Referenzgas geführt wird. Die Bezugszahl 9 bezeichnet ein Heizelement.The concentration of oxygen in the first sample gas subchamber 7a is in the manner described above by the oxygen pump cell 2 kept constant so that the concentration of oxygen in the second sample gas subchamber 7b is kept constant. In this way, the concentration of NOx can be determined as a function of the amount of oxygen ions or as a function of an oxygen ion current that is between the sensor cell electrodes 4a and 4b flows. The reference numbers 61 and 62 denote spacers, while the reference number 81 denotes a reference gas chamber into which air is led as a reference gas. The reference number 9 denotes a heating element.

Die in der zweiten Messgas-Unterkammer 7b angeordnete Sensorzellenelektrode 4a wird von einer aus einem metallkeramischen Verbundwerkstoff bestehenden, sog. Cermet-Elektrode gebildet, die Rhodium (Rh) zur Erleichterung der Reduktion und Aufspaltung von NOx enthält.The one in the second sample gas subchamber 7b arranged sensor cell electrode 4a is formed by a so-called cermet electrode made of a metal-ceramic composite material which contains rhodium (Rh) to facilitate the reduction and splitting of NOx.

Im Rahmen der Erfindung wurde das Gassensorelement 1 Haltbarkeits- bzw. Beständigkeitstests unterzogen, wobei festgestellt werden konnte, dass die Reaktionsfähigkeit der Sensorzellenelektrode 4a in Bezug auf die Aufspaltung von NOx nach längerer Verwendung abnimmt, was dazu führt, dass eine genaue Bestimmung der Konzentration von NOx mit Schwierigkeiten verbunden ist.In the context of the invention, the gas sensor element 1 Durability or durability tests, whereby it was found that the responsiveness of the sensor cell electrode 4a in terms of NOx decomposition decreases after prolonged use, which leads to difficulties in accurately determining the concentration of NOx.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Gassensorelement anzugeben, das derart ausgestaltet ist, dass ein gewünschter Empfindlichkeitsgrad einer Sensorzelle in Bezug auf einen zu messenden Gasbestandteil wie NOx für eine längere Zeitdauer gewährleistet ist.The invention is therefore the object on the basis of specifying a gas sensor element designed in this way is that a desired one Degree of sensitivity of a sensor cell in relation to one to be measured Gas component such as NOx for a longer period of time guaranteed is.

Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen angegebenen Mitteln gelöst.This task is carried out in the claims specified means solved.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Gassensorelement angegeben, das zur Messung der Konzentration von NOx in den Abgasemissionen von Kraftfahrzeugen Verwendung finden kann. Dieses Gassensorelement umfasst (a) eine Messgaskammer, in die ein Messgas unter einem gegebenen Diffusionswiderstand eintritt, (b) eine Sauerstoff-Pumpzelle, die zur Steuerung der Sauerstoffkonzentration eines in der Messgaskammer enthaltenen Messgases selektiv Sauerstoff in die Messgaskammer hineinpumpt und aus der Messgaskammer abpumpt und einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörper sowie eine erste und eine zweite, an Oberflächen des Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörpers angebrachte Pumpzellenelektrode aufweist, von denen die erste Pumpzellenelektrode der Messgaskammer ausgesetzt ist, (c) eine Sensorzelle zur Messung der Konzentration eines in dem in der Messgaskammer befindlichen Messgas enthaltenen spezifischen Gasbestandteils, die einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörper sowie eine erste und eine zweite, an Oberflächen des Festelektrolytkörpers angebrachte Sensorzellenelektrode zur Erzeugung eines Signals als Funktion der Konzentration des spezifischen Gasbestandteils aufweist, wobei die erste Sensorzellenelektrode der Messgaskammer ausgesetzt ist, und (d) eine Steuerschaltung, die den Betrieb der Sauerstoff-Pumpzelle zur Aufrechterhaltung eines gegebenen niedrigen Konzentrationswertes des Sauerstoffs in der ersten Messgaskammer während einer ersten Zeitdauer steuert, wenn die Bestimmung der Konzentration des in dem Messgas enthaltenen spezifischen Gasbestandteils erforderlich ist, und während einer in Bezug auf die erste Zeitdauer unterschiedlichen zweiten Zeitdauer Sauerstoff in die Messgaskammer injiziert, um die in der Messgaskammer angeordnete erste Sensorzellenelektrode zur Wiederherstellung der Ansprechempfindlichkeit der Sensorzelle einer Oxidationsatmosphäre auszusetzen.According to one embodiment of the invention, a gas sensor element is specified that can be used to measure the concentration of NOx in the exhaust gas emissions of motor vehicles. This gas sensor element comprises (a) a measuring gas chamber into which a measuring gas is placed under a ge given diffusion resistance occurs, (b) an oxygen pumping cell, which selectively pumps oxygen into the measuring gas chamber and pumps it out of the measuring gas chamber to control the oxygen concentration of a measuring gas contained in the measuring gas chamber and an oxygen-ion-conducting solid electrolyte body as well as a first and a second on surfaces of the oxygen ions has a pump cell electrode attached to the conductive solid electrolyte body, of which the first pump cell electrode is exposed to the measurement gas chamber, (c) a sensor cell for measuring the concentration of a specific gas component contained in the measurement gas in the measurement gas chamber, which contains an oxygen ion-conducting solid electrolyte body and a first and a second Has surfaces of the solid electrolyte body attached sensor cell electrode for generating a signal as a function of the concentration of the specific gas component, wherein the first sensor cell electrode of the measuring gas mer is exposed, and (d) a control circuit that controls the operation of the oxygen pumping cell to maintain a given low concentration value of oxygen in the first sample gas chamber for a first period of time when the determination of the concentration of the specific gas component contained in the sample gas is required , and injects oxygen into the measurement gas chamber during a second time period which is different with respect to the first time period in order to expose the first sensor cell electrode arranged in the measurement gas chamber to an oxidation atmosphere in order to restore the sensitivity of the sensor cell.

Die Abnahme der Empfindlichkeit der Sensorzelle lässt sich auf eine Verringerung des Bereichs der Außenfläche der ersten Sensorzellenelektrode zurückführen, die durch eine Agglomeration bzw. Sinterung ihrer metallischen Verbindungen hervorgerufen wird. Die Steuerschaltung dient zur Oxidation eines Teils der metallischen Verbindungen der ersten Sensorzellenelektrode, um auf diese Weise das Volumen der ersten Sensorzellenelektrode zu vergrößern und damit die Abnahme des Bereichs der ersten Sensorzellenelektrode aufzuheben, wodurch sich die Empfindlichkeit der Sensorzelle wiederherstellen lässt.The decrease in sensitivity of the Sensor cell leaves result from a reduction in the area of the outer surface of the first sensor cell electrode, the through an agglomeration or sintering of their metallic compounds is caused. The control circuit is used to oxidize a Part of the metallic connections of the first sensor cell electrode, in this way the volume of the first sensor cell electrode to enlarge and thus the decrease in the area of the first sensor cell electrode cancel, which can restore the sensitivity of the sensor cell.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die der Messgaskammer ausgesetzte erste Sensorzellenelektrode von einer Rhodium enthaltenden Cermet-Elektrode gebildet. Die vorstehend beschriebene Abnahme der Empfindlichkeit tritt vorzugsweise bei einer Rhodium enthaltenden Elektrode auf, die zur Messung von NOx dient. Der vorstehend beschriebene Regenerierungsvorgang erweist sich in einem solchen Falle als effektiver.According to a preferred embodiment the invention is the first sensor cell electrode exposed to the measuring gas chamber formed by a rhodium-containing cermet electrode. The above described decrease in sensitivity occurs preferably a rhodium-containing electrode, which is used to measure NOx. The regeneration process described above is shown in in such a case as more effective.

Bei einer sauerstoffreichen Atmosphäre im Messgas kann die Steuerschaltung die Sauerstoff-Pumpzelle und/oder die Sensorzelle zur Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer deaktivieren und dadurch die in der Messgaskammer angeordnete Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre aussetzen.With an oxygen-rich atmosphere in the sample gas can the control circuit, the oxygen pump cell and / or the sensor cell to inject oxygen into the sample gas chamber and thereby the sensor cell electrode arranged in the measuring gas chamber the oxidation atmosphere expose.

Wenn das Messgas ein von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenes Abgas ist, kann die Steuerschaltung bei einem mageren Zustand des Abgases oder im Stillstand der Brennkraftmaschine die Sauerstoff-Pumpzelle und/oder die Sensorzelle zur Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer deaktivieren und dadurch die in der Messgaskammer angeordnete erste Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre aussetzen.If the sample gas is from an internal combustion engine expelled Is exhaust gas, the control circuit can in a lean condition of the Exhaust gas or when the internal combustion engine is at a standstill, the oxygen pump cell and / or deactivate the sensor cell for injecting oxygen into the sample gas chamber and thereby the first sensor cell electrode arranged in the measuring gas chamber the oxidation atmosphere expose.

Die Steuerschaltung kann auch die Sauerstoff-Pumpzelle und/oder die Sensorzelle zur Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer aktivieren und dadurch die in der Messgaskammer angeordnete erste Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre aussetzen.The control circuit can also Oxygen pump cell and / or the sensor cell for the injection of Activate oxygen in the sample gas chamber and thereby the in the Expose the sample gas chamber of the first sensor cell electrode to the oxidation atmosphere.

Das Gassensorelement kann außerdem auch eine Sauerstoff-Überwachungszelle umfassen, die die Sauerstoffkonzentration in der Messgaskammer zur Steuerung des Betriebs der Sauerstoff-Pumpzelle überwacht und einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörper sowie eine erste und eine zweite, an Oberflächen des Festelektrolytkörpers angebrachte Überwachungszellenelektrode aufweist, von denen die erste Überwachungszellenelektrode der Messgaskammer ausgesetzt ist, wobei die Steuerschaltung bei einer sauerstoffreichen Atmosphäre in der Messgaskammer die Sauerstoff-Pumpzelle und/oder die Sensorzelle und/oder die Überwachungszelle zur Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer deaktiviert und dadurch die in der Messgaskammer angeordnete erste Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre aussetzt.The gas sensor element can also an oxygen monitoring cell include the oxygen concentration in the sample gas chamber Control of the operation of the oxygen pumping cell monitors and an oxygen ion conductive solid electrolyte body and has first and second monitoring cell electrodes attached to surfaces of the solid electrolyte body, of which the first monitor cell electrode the sample gas chamber is exposed, the control circuit at an oxygen-rich atmosphere the oxygen pump cell and / or the sensor cell in the measuring gas chamber and / or the monitoring cell deactivated for the injection of oxygen into the sample gas chamber and thereby the first sensor cell electrode arranged in the measuring gas chamber the oxidation atmosphere exposes.

Die Steuerschaltung kann bei einem mageren Zustand des Abgases oder im Stillstand der Brennkraftmaschine dann die Sauerstoff-Pumpzelle und/oder die Sensorzelle und/oder die Überwachungszelle zur Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer deaktivieren und dadurch die in der Messgaskammer angeordnete erste Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre aussetzen. Alternativ kann die Steuerschaltung die Sauerstoff-Pumpzelle und/oder die Sensorzelle und/oder die Sauerstoff-Überwachungszelle zur Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer aktivieren und dadurch die in der Messgaskammer angeordnete erste Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre aussetzen.The control circuit can with a lean condition of the exhaust gas or at a standstill of the internal combustion engine then the oxygen pump cell and / or the sensor cell and / or the monitoring cell to inject oxygen into the sample gas chamber and thereby the first sensor cell electrode arranged in the measuring gas chamber the oxidation atmosphere expose. Alternatively, the control circuit can be the oxygen pump cell and / or the sensor cell and / or the oxygen monitoring cell to inject oxygen into the sample gas chamber and thereby the first sensor cell electrode arranged in the measuring gas chamber the oxidation atmosphere expose.

Die Steuerschaltung kann die in der ersten Messgaskammer angeordnete erste Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre in einem Zustand aussetzen, bei dem die Temperatur des Gassensorelements 400°C oder mehr beträgt.The control circuit can be used in the first measuring gas chamber arranged first sensor cell electrode of the oxidizing atmosphere suspend in a state where the temperature of the gas sensor element 400 ° C or is more.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Gassensorelements angegeben, das (a) eine Messgaskammer, in die ein Messgas unter einem gegebenen Diffusionswiderstand eintritt, (b) eine Sauerstoff-Pumpzelle, die zur Steuerung der Sauerstoffkonzentration eines in der Messgaskammer enthaltenen Messgases selektiv Sauerstoff in die Messgaskammer hineinpumpt und aus der Messgaskammer abpumpt und einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörper sowie eine erste und eine zweite, an Oberflächen des Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörpers angebrachte Pumpzellenelektrode aufweist, von denen die erste Pumpzellenelektrode der Messgaskammer ausgesetzt ist, und (c) eine Sensorzelle zur Messung der Konzentration eines in dem in der Messgaskammer befindlichen Messgas enthaltenen spezifischen Gasbestandteils umfasst, die einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörper sowie eine erste und eine zweite, an Oberflächen des Festelektrolytkörpers angebrachte Sensorzellenelektrode zur Erzeugung eines Signals als Funktion der Konzentration des spezifischen Gasbestandteils aufweist, wobei die erste Sensorzellenelektrode der Messgaskammer ausgesetzt ist. Das Verfahren umfasst hierbei die Schritte: (a) Aktivierung der Sauerstoff-Pumpzelle zur Aufrechterhaltung eines gegebenen niedrigen Konzentrationswertes des Sauerstoffs in der ersten Messgaskammer während einer ersten Zeitdauer, wenn die Bestimmung der Konzentration des in dem Messgas enthaltenen spezifischen Gasbestandteils erforderlich ist, und (b) Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer während einer in Bezug auf die erste Zeitdauer unterschiedlichen zweiten Zeitdauer, um die in der Messgaskammer angeordnete erste Sensorzellenelektrode zur Wiederherstellung der Ansprechempfindlichkeit der Sensorzelle einer Oxidationsatmosphäre auszusetzen.According to a second embodiment of the invention, a method for controlling the operation of a gas sensor element is specified, which (a) a measuring gas chamber into which a measuring gas enters under a given diffusion resistance, (b) an oxygen pump cell, which selectively pumps oxygen into the measuring gas chamber and pumps it out of the measuring gas chamber to control the oxygen concentration of a measuring gas contained in the measuring gas chamber and has an oxygen ion-conducting solid electrolyte body and a first and a second pump cell electrode attached to surfaces of the oxygen ion-conducting solid electrolyte body to which the first pump cell electrode of the measuring gas chamber is exposed, and (c) a sensor cell for measuring the concentration of a specific gas component contained in the measuring gas in the measuring gas chamber, which comprises an oxygen ion-conducting solid electrolyte body and a first and a second sensor cell electrode attached to surfaces of the solid electrolyte body for generating a signal as a function of the concentration of the specific gas component, the first sensor cell electrode being exposed to the measurement gas chamber. The method here comprises the steps: (a) activation of the oxygen pump cell to maintain a given low concentration value of the oxygen in the first measurement gas chamber for a first period of time when the determination of the concentration of the specific gas component contained in the measurement gas is required, and (b ) Injection of oxygen into the measurement gas chamber during a second time period which is different with respect to the first time period, in order to expose the first sensor cell electrode arranged in the measurement gas chamber in order to restore the sensitivity of the sensor cell to an oxidation atmosphere.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die der Messgaskammer ausgesetzte erste Sensorzellenelektrode von einer Rhodium enthaltenden Cermet-Elektrode gebildet.According to a preferred embodiment the invention is the first sensor cell electrode exposed to the measuring gas chamber formed by a rhodium-containing cermet electrode.

Im Sauerstoff-Injektionsschritt wird bei einer sauerstoffreichen Atmosphäre im Messgas die Sauerstoff-Pumpzelle und/oder die Sensorzelle zur Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer deaktiviert und dadurch die in der Messgaskammer angeordnete Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre ausgesetzt.In the oxygen injection step in the case of an oxygen-rich atmosphere in the sample gas, the oxygen pump cell and / or the sensor cell for injecting oxygen into the sample gas chamber deactivated and thereby the sensor cell electrode arranged in the measuring gas chamber the oxidation atmosphere exposed.

Wenn das Messgas ein von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenes Abgas ist, kann im Sauerstoff-Injektionsschritt bei einem mageren Zustand des Abgases oder im Stillstand der Brennkraftmaschine die Sauerstoff-Pumpzelle und/oder die Sensorzelle zur Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer deaktiviert und dadurch die in der Messgaskammer angeordnete erste Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre ausgesetzt werden.If the sample gas is from an internal combustion engine expelled Exhaust gas can be in the oxygen injection step if the exhaust gas is lean or the engine is at a standstill the oxygen pump cell and / or the sensor cell for injecting oxygen into the measuring gas chamber deactivated and thereby the first sensor cell electrode arranged in the measuring gas chamber oxidizing atmosphere get abandoned.

Alternativ kann im Sauerstoff-Injektionsschritt die Sauerstoff-Pumpzelle und/oder die Sensorzelle zur Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer aktiviert und dadurch die in der Messgaskammer angeordnete erste Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre ausgesetzt werden.Alternatively, in the oxygen injection step the oxygen pump cell and / or the sensor cell for injection activated by oxygen in the sample gas chamber and thereby the in the measuring gas chamber arranged first sensor cell electrode exposed to the oxidation atmosphere become.

Das Gassensorelement kann außerdem eine Sauerstoff-Überwachungszelle umfassen, die zur Steuerung des Betriebs der Sauerstoff-Pumpzelle die Sauerstoffkonzentration in der Messgaskammer überwacht und einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörper sowie eine erste und eine zweite, an Oberflächen des Festelektrolytkörpers angebrachte Überwachungszellenelektrode aufweist, von denen die erste Überwachungszellenelektrode der Messgaskammer ausgesetzt ist.The gas sensor element can also comprise an oxygen monitoring cell, to control the operation of the oxygen pump cell, the oxygen concentration monitored in the sample gas chamber and a solid electrolyte body conducting oxygen ions as well first and second monitor cell electrodes attached to surfaces of the solid electrolyte body has, of which the first monitoring cell electrode is exposed to the sample gas chamber.

Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Gassensorelements angegeben, mit den Schritten (1) Vorbereiten einer Gassensorelement-Anordnung zur Herstellung eines Gassensorelements mit (a) einer Messgaskammer, in die ein Messgas unter einem gegebenen Diffusionswiderstand eintritt, (b) einer Sauerstoff-Pumpzelle, die zur Steuerung der Sauerstoffkonzentration eines in der Messgaskammer enthaltenen Messgases selektiv Sauerstoff in die Messgaskammer hineinpumpt und aus der Messgaskammer abpumpt und einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörper sowie eine erste und eine zweite, an Oberflächen des Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörpers angebrachte Pumpzellenelektrode aufweist, von denen die erste Pumpzellenelektrode der Messgaskammer ausgesetzt ist, und (c) einer Sensorzelle zur Messung der Konzentration eines in dem in der Messgaskammer befindlichen Messgas enthaltenen spezifischen Gasbestandteils, die einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörper sowie eine erste und eine zweite, an Oberflächen des Festelektrolytkörpers angebrachte Sensorzellenelektrode zur Erzeugung eines Signals als Funktion der Konzentration des spezifischen Gasbestandteils aufweist, wobei die erste Sensorzellenelektrode der Messgaskammer ausgesetzt ist und von einer Rhodium enthaltenden Cermet-Elektrode gebildet wird, (2) Einbrennen der Gassensorelement-Anordnung zur Fertigstellung des Gassensorelements, und (3) Aussetzen der in der Messgaskammer angeordneten ersten Sensorzellenelektrode einer Oxidationsatmosphäre in einem Temperaturbereich von 400°C bis 1000°C, nachdem der Einbrennvorgang der Gassensorelement-Anordnung erfolgt ist.According to a third embodiment The invention is a method for producing a gas sensor element specified, with the steps (1) preparing a gas sensor element arrangement for producing a gas sensor element with (a) a measuring gas chamber, into which a sample gas enters under a given diffusion resistance, (b) an oxygen pumping cell used to control the oxygen concentration of a sample gas contained in the sample gas chamber selectively oxygen Pumped into the sample gas chamber and pumped out of the sample gas chamber and a solid electrolyte body conducting oxygen ions as well a first and a second conductive on surfaces of the oxygen ion Solid electrolyte body has attached pump cell electrode, of which the first pump cell electrode is exposed to the sample gas chamber, and (c) a sensor cell for Measurement of the concentration of one in the sample gas chamber Sample gas contains a specific gas component that contains oxygen ions conductive solid electrolyte body and a first and a second attached to surfaces of the solid electrolyte body Sensor cell electrode for generating a signal as a function of concentration of the specific gas component, the first sensor cell electrode is exposed to the sample gas chamber and a rhodium-containing one Cermet electrode is formed, (2) stoving the gas sensor element assembly to complete the gas sensor element, and (3) expose the a first sensor cell electrode arranged in the measuring gas chamber oxidizing atmosphere in a temperature range from 400 ° C to 1000 ° C after the baking process the gas sensor element arrangement has taken place.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Aussetzungsschritt zyklisch durchgeführt und kann außerdem den Schritt des Aussetzens der ersten Sensorzellenelektrode einer Reduktionsatmosphäre in einem Temperaturbereich von 400°C bis 1000°C nach jedem Zyklus umfassen, bei dem die erste Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre ausgesetzt wird.According to a preferred embodiment the invention, the suspension step is carried out cyclically and can also the step of exposing the first sensor cell electrode reducing atmosphere in a temperature range from 400 ° C to 1000 ° C after each cycle, in which the first sensor cell electrode is exposed to the oxidation atmosphere becomes.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:The invention is illustrated below of preferred embodiments with reference to the related Drawings closer described. Show it:

1(a) eine Längsschnittansicht eines Gassensorelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 1 (a) 2 shows a longitudinal sectional view of a gas sensor element according to a first exemplary embodiment of the invention,

1(b) eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A gemäß 1(a), 1 (b) a cross-sectional view along the line AA according to 1 (a) .

2 eine auseinandergezogene Darstellung des Gassensorelements gemäß 1(a), 2 an exploded view of the gas sensor element according to 1 (a) .

3(a) Strom-Klemmenspannungskennlinien einer Sensorzelle, 3 (a) Current-terminal voltage characteristics of a sensor cell,

3(b) Strom-Klemmenspannungskennlinien einer Sensorzelle nach Beständigkeitstests, 3 (b) Current-terminal voltage characteristics of a sensor cell after durability tests,

3(c) Strom-Klemmenspannungskennlinien einer durch einen Oxidationsvorgang gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung regenerierten Sensorzelle, 3 (c) Current-terminal voltage characteristics of a sensor cell regenerated by an oxidation process according to the first exemplary embodiment of the invention,

4 Beziehungen zwischen dem Ausgangssignal der Sensorzelle eines Gassensorelements und der Konzentration von NOx vor und nach Beständigkeitstests und nachdem eine Sensorzellenelektrode einer Oxidation in Luft unterzogen worden ist, 4 Relationships between the output signal of the sensor cell of a gas sensor element and the concentration of NOx before and after durability tests and after a sensor cell electrode has been subjected to oxidation in air,

5 Beziehungen zwischen dem Ausgangssignal der Sensorzelle eines Gassensorelements und der Konzentration von NOx vor und nach Beständigkeitstests, 5 Relationships between the output signal of the sensor cell of a gas sensor element and the concentration of NOx before and after resistance tests,

6 ein Ablaufdiagramm eines zur Wiederherstellung der Ansprechempfindlichkeit einer Sensorzelle auf NOx ausgeführten Programms, 6 1 shows a flowchart of a program executed to restore the sensitivity of a sensor cell to NOx,

7 zeitabhängige Signalverläufe zur Veranschaulichung des zyklischen Anlegens einer Spannung an Pumpzellenelektroden zur Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer eines Gassensorelements, 7 time-dependent signal curves to illustrate the cyclical application of a voltage to pump cell electrodes for the injection of oxygen into the measuring gas chamber of a gas sensor element,

8 zeitabhängige Signalverläufe zur Veranschaulichung des zyklischen Anlegens einer Spannung an Sensorzellenelektroden zur Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer eines Gassensorelements, 8th time-dependent signal curves to illustrate the cyclical application of a voltage to sensor cell electrodes for the injection of oxygen into the measuring gas chamber of a gas sensor element,

9(a) eine Längsschnittansicht eines Gassensorelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 9 (a) 2 shows a longitudinal sectional view of a gas sensor element according to a second exemplary embodiment of the invention,

9(b) eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A gemäß 9(a), 9 (b) a cross-sectional view along the line AA according to 9 (a) .

10 eine Längsschnittansicht eines Gassensorelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 10 2 shows a longitudinal sectional view of a gas sensor element according to a third exemplary embodiment of the invention,

11 Beziehungen zwischen dem Ausgangssignal einer während der Herstellung oxidierten Sensorzelle eines Gassensorelements und der Konzentration von NOx vor und nach Beständigkeitstests, und 11 Relationships between the output signal of a sensor cell of a gas sensor element oxidized during manufacture and the concentration of NOx before and after durability tests, and

12 eine Längsschnittansicht eines Gassensorelements des Standes der Technik. 12 a longitudinal sectional view of a gas sensor element of the prior art.

In den Figuren, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Bauelemente bezeichnen, ist insbesondere in den 1(a), 1(b) und 2 ein Gassensorelement 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, das in dem zylindrischen Gehäuse eines Gassensors angeordnet ist. Der Gassensor ist z.B. in der Wand eines Abgasrohrs einer Brennkraftmaschine zur Messung der Konzentration eines spezifischen Gasbestandteils wie der in den Abgasemissionen der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide (NOx) zu deren Verwendung bei der Regelung von Verbrennungsvorgängen in der Brennkraftmaschine und/oder bei Katalysatorsystemen angeordnet. Der Gassensor weist in seinem oberen Abschnitt ein Schutzgehäuse auf, in dem das Gassensorelement 1 angeordnet und den Abgasen ausgesetzt ist. Ein gegenüber dem oberen Abschnitt angeordneter Basisbereich des Gassensors befindet sich außerhalb des Abgasrohrs der Brennkraftmaschine und ist der als Referenzgas dienenden Umgebungsluft ausgesetzt, die eine konstante Konzentration von Sauerstoff (O2) enthält.In the figures, in which the same reference numerals designate the same components, in particular in the 1 (a) . 1 (b) and 2 a gas sensor element 1 according to a first embodiment of the invention, which is arranged in the cylindrical housing of a gas sensor. The gas sensor is arranged, for example, in the wall of an exhaust pipe of an internal combustion engine for measuring the concentration of a specific gas component, such as the nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas emissions of the internal combustion engine, for use in regulating combustion processes in the internal combustion engine and / or in catalyst systems. In its upper section, the gas sensor has a protective housing in which the gas sensor element 1 arranged and exposed to the exhaust gases. A base region of the gas sensor arranged opposite the upper section is located outside the exhaust pipe of the internal combustion engine and is exposed to the ambient air which serves as a reference gas and which contains a constant concentration of oxygen (O 2 ).

Das Gassensorelement 1 umfasst eine Sauerstoffionen leitende Festelektrolytschicht 51, von der eine Sauerstoff-Pumpzelle 2 gebildet wird, eine Sauerstoffionen leitende Festelektrolytschicht 52, von der eine Sauerstoff-Überwachungszelle 3 und eine Sensorzelle 4 gebildet wird, ein Distanzstück 61 zur Bildung einer Messgaskammer 7, Distanzstücke 62, 63 und 64 zur Bildung von Referenzgaskammern 81 und 82 sowie ein Heizelement 9. Das Heizelement 9, das Distanzstück 62, die Festelektrolytschicht 51, das Distanzstück 61, die Festelektrolytschicht 52 sowie die Distanzstücke 63 und 64 sind in dieser Reihenfolge in Form eines Laminats übereinander angeordnet.The gas sensor element 1 comprises a solid electrolyte layer which conducts oxygen ions 51 , of which an oxygen pump cell 2 is formed, a solid electrolyte layer which conducts oxygen ions 52 , of which an oxygen monitoring cell 3 and a sensor cell 4 is formed, a spacer 61 to form a sample gas chamber 7 , Spacers 62 . 63 and 64 for the formation of reference gas chambers 81 and 82 as well as a heating element 9 , The heating element 9 , the spacer 62 who have favourited Solid Electrolyte Layer 51 , the spacer 61 who have favourited Solid Electrolyte Layer 52 as well as the spacers 63 and 64 are arranged one above the other in this order in the form of a laminate.

Die Messgaskammer 7 bildet eine innere Kammer, in die zu messendes Gas (das nachstehend auch als Messgas bezeichnet ist) von einer Umgebungsatmosphäre eintritt, der der obere Bereich des Gassensors ausgesetzt ist. Die Messgaskammer 7 wird in der in 2 veranschaulichten Weise von Fenstern 61a und 61b gebildet, die in dem zwischen den Festelektrolytschichten 51 und 52 angeordneten Distanzstück 61 ausgebildet sind. Diese Fenster 61a und 61b stehen über eine Öffnung 61c miteinander in Verbindung und bilden eine erste Messgas-Unterkammer 7a und eine zweite Messgas-Unterkammer 7b.The sample gas chamber 7 forms an inner chamber into which gas to be measured (hereinafter also referred to as measuring gas) enters from an ambient atmosphere to which the upper region of the gas sensor is exposed. The sample gas chamber 7 is in the in 2 illustrated way of windows 61a and 61b formed in the between the solid electrolyte layers 51 and 52 arranged spacer 61 are trained. These windows 61a and 61b stand over an opening 61c with each other and form a first sample gas sub-chamber 7a and a second sample gas subchamber 7b ,

Die erste Messgas-Unterkammer 7a ist stromauf der Messgasströmung (d.h., in der Figur links) angeordnet und steht mit dem Außenbereich des Gassensorelements 1 über ein in der Festelektrolytschicht 52 ausgebildetes Nadelloch 11 in Verbindung, welches in Bezug auf das durch das Nadelloch 11 strömende Messgas als Diffusionswiderstand wirkt. Die Abmessungen des Nadellochs 11 sind derart gewählt, dass die Diffusionsrate oder Diffusionsgeschwindigkeit des in die erste Messgas-Unterkammer 7a strömenden Messgases einen gewünschten Wert annimmt.The first sample gas subchamber 7a is arranged upstream of the sample gas flow (ie on the left in the figure) and stands with the outer region of the gas sensor element 1 over one in the solid electrolyte layer 52 trained pinhole 11 connected in relation to that through the pinhole 11 flowing sample gas acts as diffusion resistance. The dimensions of the pinhole 11 are chosen such that the rate of diffusion or rate of diffusion into the first sample gas subchamber 7a flowing sample gas assumes a desired value.

Die Festelektrolytschicht 52 ist teilweise mit einer Schutzschicht 12 aus einem porösen Aluminiumoxidmaterial versehen. Diese Schutzschicht 12 ist auch über der Einlassöffnung des Nadellochs 11 angeordnet und dient zur Verhinderung eines Zusetzens bzw. einer Verstopfung des Nadellochs 11 sowie einer Verschmutzung bzw. Vergiftung der der Messgaskammer 7 ausgesetzten Elektroden, worauf nachstehend noch näher eingegangen wird.The solid electrolyte layer 52 is partly with a protective layer 12 made of a porous alumina material. This protective layer 12 is also above the needle hole inlet 11 arranged and serves to prevent clogging or blockage of the needle hole 11 and contamination or poisoning of the sample gas chamber 7 exposed electrodes, which will be discussed in more detail below.

Den Referenzgaskammern 81 und 82 des Gassensorelements 1 wird Umgebungsluft als Referenzgas mit einer konstanten Konzentration von Sauerstoff (O2) zugeführt. Hierbei wird die Referenzgaskammer 81 von dem Fenster 62a gebildet, das in dem an der Unterseite der Festelektrolytschicht 51 in der in 2 veranschaulichten Weise angeordneten Distanzstück 62 ausgebildet ist, während die Referenzgaskammer 82 von dem Fenster 63a gebildet wird, das in dem an der Oberseite der Festelektrolytschicht 52 angeordneten Distanzstück 63 ausgebildet ist.The reference gas chambers 81 and 82 of Gas sensor element 1 ambient air is supplied as a reference gas with a constant concentration of oxygen (O 2 ). Here, the reference gas chamber 81 from the window 62a formed that in the at the bottom of the solid electrolyte layer 51 in the in 2 illustrated way arranged spacer 62 is formed while the reference gas chamber 82 from the window 63a is formed in the at the top of the solid electrolyte layer 52 arranged spacer 63 is trained.

Die die Messgaskammer 7 und die Referenzgaskammern 81 und 82 bildenden Distanzstücke 61, 62, 63 und 64 bestehen jeweils aus einem Isoliermaterial, wie Aluminiumoxid, während die die Sauerstoff-Pumpzelle 2, die Sauerstoff- Überwachungszelle 3 und die Sensorzelle 4 bildenden Festelektrolytschichten 51 und 52 jeweils aus einem Sauerstoffionen leitenden Elektrolytmaterial wie Zirkondioxid oder Cerdioxid bestehen.The the sample gas chamber 7 and the reference gas chambers 81 and 82 forming spacers 61 . 62 . 63 and 64 each consist of an insulating material, such as aluminum oxide, while the oxygen pump cell 2 , the oxygen monitoring cell 3 and the sensor cell 4 forming solid electrolyte layers 51 and 52 each consist of an electrolyte material that conducts oxygen ions, such as zirconium dioxide or cerium dioxide.

Wie in den 1(a) und 1(b) veranschaulicht ist, besteht die Sauerstoff-Pumpzelle 2 aus der Festelektrolytschicht 51 sowie an den gegenüberliegenden Oberflächen der Festelektrolytschicht 51 angebrachten Pumpzellenelektroden 2a und 2b und dient zum Hineinpumpen von Sauerstoff in die Messgaskammer 7 oder zum Abpumpen von Sauerstoff aus der Messgaskammer 7, um die Konzentration von Sauerstoff in der Messgaskammer 7 auf einem konstanten Wert zu halten. Die Pumpzellenelektrode 2a ist hierbei der ersten Messgas-Unterkammer 7a ausgesetzt, in die das Nadelloch 11 hineinführt. Die Pumpzellenelektrode 2b ist dagegen der Referenzgaskammer 81 ausgesetzt.As in the 1 (a) and 1 (b) is illustrated, there is the oxygen pump cell 2 from the solid electrolyte layer 51 as well as on the opposite surfaces of the solid electrolyte layer 51 attached pump cell electrodes 2a and 2 B and is used to pump oxygen into the sample gas chamber 7 or for pumping oxygen out of the sample gas chamber 7 to the concentration of oxygen in the sample gas chamber 7 to keep at a constant value. The pump cell electrode 2a is the first sample gas subchamber 7a exposed to the needle hole 11 ushers. The pump cell electrode 2 B is the reference gas chamber 81 exposed.

Die Sensorzelle 4 besteht in der vorstehend beschriebenen Weise aus der Festelektrolytschicht 52 sowie an den gegenüberliegenden Oberflächen der Festelektrolytschicht 52 angebrachten Sensorzellenelektroden 4a und 4b und dient zur Erzeugung eines elektrischen Signals als Funktion der Konzentration des in dem Messgas enthaltenen spezifischen Gasbestandteils (wie z.B. des in den Abgasen der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs enthaltenen NOx). Hierbei ist die Sensorzellenelektrode 4a der stromab der ersten Messgas-Unterkammer 7a angeordneten zweiten Messgas-Unterkammer 7b ausgesetzt, während die Sensorzellenelektrode 4b der Referenzgaskammer 82 ausgesetzt ist.The sensor cell 4 consists of the solid electrolyte layer in the manner described above 52 as well as on the opposite surfaces of the solid electrolyte layer 52 attached sensor cell electrodes 4a and 4b and serves to generate an electrical signal as a function of the concentration of the specific gas component contained in the measurement gas (such as, for example, the NOx contained in the exhaust gases of the internal combustion engine of a motor vehicle). Here is the sensor cell electrode 4a the downstream of the first sample gas subchamber 7a arranged second sample gas sub-chamber 7b exposed while the sensor cell electrode 4b the reference gas chamber 82 is exposed.

Die Sauerstoff-Überwachungszelle 3 besteht aus der Festelektrolytschicht 52 sowie an den gegenüberliegenden Oberflächen der Festelektrolytschicht 52 angebrachten Überwachungszellenelektroden 3a und 3b und dient zur Überwachung der Sauerstoffkonzentration in der Messgaskammer 7 zur Steuerung des Betriebs der Sauerstoff-Pumpzelle 2. Hierbei ist die Überwachungszellenelektrode 3a der zweiten Messgas-Unterkammer 7b ausgesetzt, während die Überwachungszellenelektrode 3b der Referenzgaskammer 82 ausgesetzt ist. Vorzugsweise sind die Überwachungszellenelektroden 3a und 3b im wesentlichen in der gleichen Position wie die Sensorzellenelektroden 4a und 4b angeordnet, damit die Überwachungszellenelektrode 3a und die Sensorzellenelektrode 4a in der zweiten Messgas-Unterkammer 7b im wesentlichen die gleiche Sauerstoffkonzentration erfassen.The oxygen monitoring cell 3 consists of the solid electrolyte layer 52 as well as on the opposite surfaces of the solid electrolyte layer 52 attached monitoring cell electrodes 3a and 3b and is used to monitor the oxygen concentration in the sample gas chamber 7 to control the operation of the oxygen pump cell 2 , Here is the monitor cell electrode 3a the second sample gas subchamber 7b exposed while the monitor cell electrode 3b the reference gas chamber 82 is exposed. The monitoring cell electrodes are preferably 3a and 3b essentially in the same position as the sensor cell electrodes 4a and 4b arranged so that the monitoring cell electrode 3a and the sensor cell electrode 4a in the second sample gas subchamber 7b detect essentially the same oxygen concentration.

Die Pumpzellenelektrode 2a der Sauerstoff-Pumpzelle 2 und die Überwachungszellenelektrode 3a der Sauerstoff-Überwachungszelle 3 bestehen jeweils aus einem Material, das in Bezug auf das im Messgas enthaltene NOx inert ist und somit zu keiner nennenswerten Aufspaltung von NOx führt. Hierbei bestehen die Pumpzellenelektrode 2a und die Überwachungszellenelektrode 3a jeweils aus einer porösen Cermet-Elektrode, die Pt und Au als metallische Hauptbestandteile enthält. Vorzugsweise liegt der Anteil von Au in den metallischen Bestandteilen zwischen 1 bis 10 Gewichtsprozenten. Die poröse Cermet-Elektrode kann erhalten werden, indem ein Gemisch oder ein Brei, der ein Metalllegierungspulver und ein Keramikmaterial wie Zirkondioxid oder Aluminiumoxid enthält, hergestellt und einem Einbrennvorgang bzw. einer Ofentrocknung unterzogen wird.The pump cell electrode 2a the oxygen pump cell 2 and the monitor cell electrode 3a the oxygen monitoring cell 3 each consist of a material that is inert with respect to the NOx contained in the sample gas and therefore does not lead to any appreciable breakdown of NOx. Here the pump cell electrode exists 2a and the monitor cell electrode 3a each made of a porous cermet electrode, which contains Pt and Au as the main metallic components. The proportion of Au in the metallic constituents is preferably between 1 and 10 percent by weight. The porous cermet electrode can be obtained by making a mixture or slurry containing a metal alloy powder and a ceramic material such as zirconia or alumina and subjecting it to a baking process or oven drying.

Die Sensorzellenelektrode 4a wird von einer porösen Cermet-Elektrode gebildet, die z.B. Pt und Rh enthält und in Bezug auf eine Dissoziation oder Aufspaltung von NOx reaktionsfähig ist. Die metallischen Bestandteile der Cermet-Elektrode umfassen vorzugsweise 10 bis 50 Gewichtsprozente Rh. Die Pumpzellenelektrode 2b, die Überwachungszellenelektrode 3b und die Sensorzellenelektrode 4b werden jeweils von einer porösen Cermet-Elektrode gebildet, die Pt enthält.The sensor cell electrode 4a is formed by a porous cermet electrode, which contains Pt and Rh, for example, and is reactive with respect to dissociation or decomposition of NOx. The metallic components of the cermet electrode preferably comprise 10 to 50 percent by weight Rh. The pump cell electrode 2 B , the monitoring cell electrode 3b and the sensor cell electrode 4b are each formed by a porous cermet electrode that contains Pt.

Wie in 2 veranschaulicht ist, sind die Pumpzellenelektroden 2a und 2b, die Überwachungszellenelektroden 3a und 3b und die Sensorzellenelektroden 4a und 4b fest mit jeweiligen Signalaufnahmeleitungen 2c, 2d, 3c, 3d, 4c und 4d verbunden. Diejenigen Oberflächenbereiche der Festelektrolytschichten 51 und 52, die nicht von den Pumpzellenelektroden 2a und 2b, den Überwachungszellenelektroden 3a und 3b sowie den Sensorzellenelektroden 4a und 4b in Anspruch genommen werden, können mit Isolierschichten aus z.B. Aluminiumoxid überzogen sein. Vorzugsweise sind diese Isolierschichten zumindest zwischen den Oberflächenbereichen der Festelektrolytschicht 52 und den Leitungen 3c, 4c, 3d und 4d sowie zwischen den Oberflächenbereichen der Festelektrolytschicht 51 und den Leitungen 2c und 2d angeordnet.As in 2 are the pump cell electrodes 2a and 2 B who have favourited Monitoring Cell Electrodes 3a and 3b and the sensor cell electrodes 4a and 4b fixed with respective signal recording lines 2c . 2d . 3c . 3d . 4c and 4d connected. Those surface areas of the solid electrolyte layers 51 and 52 that are not from the pump cell electrodes 2a and 2 B , the monitoring cell electrodes 3a and 3b and the sensor cell electrodes 4a and 4b can be covered with insulating layers made of, for example, aluminum oxide. These insulating layers are preferably at least between the surface regions of the solid electrolyte layer 52 and the lines 3c . 4c . 3d and 4d and between the surface areas of the solid electrolyte layer 51 and the lines 2c and 2d arranged.

Das Heizelement 9 wird von einer laminierten Schichtanordnung eines Heizelementblattes 13 aus einem Isoliermaterial wie Aluminiumoxid und einer aus Aluminiumoxid bestehenden isolierenden Deckschicht gebildet. Auf der der isolierenden Deckschicht 15 gegenüberliegenden Oberfläche des Heizelementblattes 13 ist eine Heizelektrode 14 angeordnet, die von einer aus Pt und einem Keramikmaterial wie Aluminiumoxid bestehenden Cermet-Elektrode gebildet wird. Das Heizelement 9 wird von einer außerhalb des Gassensorelements 1 angeordneten (nicht dargestellten) Sensor-Steuereinheit mit elektrischem Strom versorgt und erwärmt die Sauerstoff-Pumpzelle 2, die Sauerstoff-Überwachungszelle 3 und die Sensorzelle 4 auf eine Aktivierungstemperatur, die für eine ausreichende Aktivierung der Zellen 2, 3 und 4 erforderlich ist.The heating element 9 is from a laminated layer arrangement of a heating element sheet 13 formed from an insulating material such as aluminum oxide and an insulating cover layer consisting of aluminum oxide. On the insulating top layer 15 opposite surface of the heating element sheet 13 is a heating electrode 14 arranged by a Cermet-Elek consisting of Pt and a ceramic material such as aluminum oxide trode is formed. The heating element 9 is from outside the gas sensor element 1 arranged (not shown) sensor control unit supplies and heats the oxygen pump cell 2 who have favourited Oxygen Monitoring Cell 3 and the sensor cell 4 to an activation temperature necessary for sufficient activation of the cells 2 . 3 and 4 is required.

Die Heizelektrode ist in der in 2 veranschaulichten Weise über in dem Heizelementblatt 13 ausgebildete, mit leitendem Material beschichtete Durchgangslöcher SH mit Außenanschlüssen P (d.h., mit Kontaktelektroden) elektrisch verbunden. Die Pumpzellenelektroden 2a und 2b der Sauerstoff-Pumpzelle 2 sind über die Leitungen 2c und 2d sowie über mit leitendem Material beschichtete Durchgangslöcher SH in dem Distanzstück 62, der Deckschicht 15 und dem Heizelementblatt 13 elektrisch mit Außenanschlüssen P verbunden. Die Überwachungszellenelektroden 3a und 3b sind mit Außenanschlüssen P über die Leitungen 3c und 3d sowie über mit leitendem Material beschichtete Durchgangslöcher SH in der Festelektrolytschicht 52 und den Distanzstücken 63 und 64 sowie außerdem mit einem an der Festelektrolytschicht 52 ausgebildeten inneren Anschluss 120 elektrisch verbunden. Die Sensorzellenelektroden 4a und 4b sind mit Außenanschlüssen P über die Leitungen 4c und 4d und über mit leitendem Material beschichtete Durchgangslöcher SH in der Festelektrolytschicht 52 und den Distanzstücken 63 und 64 sowie außerdem mit einem an der Festelektrolytschicht 52 ausgebildeten inneren Anschluss 120 verbunden. Die Außenanschlüsse P sind über (nicht dargestellte) Verbindungselemente bzw. Steckverbindungen mit (nicht dargestellten) Leitungen elektrisch verbunden, die an die Verbindungselemente durch Crimp- oder Quetschverbindungen oder durch Hartlöten angeschlossen sind, wodurch jeweilige elektrische Verbindungen zwischen einer Pumpschaltung, einer Überwachungsschaltung, einer Sensorschaltung sowie einer Heizelement-Stromversorgungsschaltung (nicht dargestellt) und der Sauerstoff-Pumpzelle 2, der Sauerstoff-Überwachungszelle 3, der Sensorzelle 4 und dem Heizelement 9 hergestellt werden.The heating electrode is in the 2 illustrated way across in the heating element sheet 13 formed through holes SH coated with conductive material with external connections P (ie, with contact electrodes) electrically connected. The pump cell electrodes 2a and 2 B the oxygen pump cell 2 are over the lines 2c and 2d as well as through holes SH coated with conductive material in the spacer 62 , the top layer 15 and the heating element sheet 13 electrically connected to external connections P. The monitor cell electrodes 3a and 3b are with external connections P via the lines 3c and 3d as well as through holes SH coated with conductive material in the solid electrolyte layer 52 and the spacers 63 and 64 and also with one on the solid electrolyte layer 52 trained internal connection 120 electrically connected. The sensor cell electrodes 4a and 4b are with external connections P via the lines 4c and 4d and through holes SH coated with conductive material in the solid electrolyte layer 52 and the spacers 63 and 64 and also with one on the solid electrolyte layer 52 trained internal connection 120 connected. The external connections P are electrically connected via connecting elements (not shown) or plug connections to lines (not shown) which are connected to the connecting elements by crimping or crimping connections or by brazing, as a result of which respective electrical connections between a pump circuit, a monitoring circuit and a sensor circuit and a heater power supply circuit (not shown) and the oxygen pump cell 2 , the oxygen monitoring cell 3 , the sensor cell 4 and the heating element 9 getting produced.

Das Gassensorelement 1 wird unter Verwendung der nachstehend näher beschriebenen Schritte hergestellt.The gas sensor element 1 is made using the steps described below.

Zunächst werden Zirkondioxid-Grünblätter zur Herstellung der Festelektrolytschichten 51 und 52 sowie Aluminiumoxid-Grünblätter zur Herstellung der Distanzstücke 61, 62, 63 und 64, des Heizelementblatts 13 und der Deckschicht 15 unter Verwendung eines Streichmessers bzw. Rakels oder durch ein Spritz- oder Stranggussverfahren hergestellt. Sodann werden auf den Grünblättern die Pumpzellenelektroden 2a und 2b, die Überwachungszellenelektroden 3a und 3b, die Sensorzellenelektroden 4a und 4b, die Leitungen 2c, 2d, 3c, 3d, 4c und 4d, die inneren Anschlüsse 120 sowie die Außenanschlüsse P unter Verwendung eines Siebdruckverfahrens ausgebildet. Schließlich werden die Grünblätter übereinander in Form eines Laminats angeordnet, das dann zur Fertigstellung des Gassensorelements 1 einem Einbrennvorgang (Ofentrocknung) unterzogen wird.First, zirconia green leaves are used to manufacture the solid electrolyte layers 51 and 52 and aluminum oxide green sheets for the production of the spacers 61 . 62 . 63 and 64 , of the heating element sheet 13 and the top layer 15 manufactured using a doctor knife or doctor blade or by an injection or continuous casting process. Then the pump cell electrodes are on the green leaves 2a and 2 B who have favourited Monitoring Cell Electrodes 3a and 3b who have favourited Sensor Cell Electrodes 4a and 4b , the lines 2c . 2d . 3c . 3d . 4c and 4d , the internal connections 120 and the external connections P are formed using a screen printing process. Finally, the green leaves are arranged one above the other in the form of a laminate, which is then subjected to a baking process (oven drying) in order to complete the gas sensor element 1.

Nachstehend wird auf Betrieb und Wirkungsweise des Gassensorelements 1 näher eingegangen.Below is the operation and operation of the gas sensor element 1 discussed in more detail.

Bei dem Gassensorelement 1 gemäß 1 treten die Abgase der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs durch die poröse Schutzschicht 12 und das Nadelloch 11 hindurch und gelangen in die erste Messgas-Unterkammer 7a. Die Menge des in die erste Messgas-Unterkammer 7a strömenden Gases hängt hierbei von den Diffusionswiderstandswerten der Schutzschicht 12 und des Nadellochs 11 ab. Das in die erste Messgas-Unterkammer 7a eintretende Gas gelangt dann über die Öffnung 61c in die zweite Messgas-Unterkammer 7b.With the gas sensor element 1 according to 1 the exhaust gases of the internal combustion engine of a motor vehicle pass through the porous protective layer 12 and the pinhole 11 through and into the first sample gas subchamber 7a , The amount of gas in the first sample gas subchamber 7a flowing gas depends on the diffusion resistance values of the protective layer 12 and the pinhole 11 from. That in the first sample gas subchamber 7a entering gas then passes through the opening 61c into the second sample gas subchamber 7b ,

Die Pumpschaltung dient dazu, mittels einer variablen bzw. einstellbaren Strom- oder Spannungsquelle 70 eine derartige Spannung an die Pumpzellenelektroden 2a und 2b der Sauerstoff-Pumpzelle 2 anzulegen, dass die der Referenzgaskammer 81 ausgesetzte Pumpzellenelektrode 2b an höherem Potential liegt. Dies führt zu einer Reduktion des Sauerstoffs im Gas durch die der ersten Messgas-Unterkammer 7a ausgesetzte Pumpzellenelektrode 2a und damit zur Erzeugung von Sauerstoffionen, die zu der Pumpzellenelektrode 2b gepumpt werden. Wenn dagegen von der Pumpschaltung an die Sauerstoff-Pumpzelle 2 eine derartige Spannung angelegt wird, dass die Pumpzellenelektrode 2a sich auf höherem Potential befindet, führt dies zu einer Reduktion des Sauerstoffs in der in der Referenzgaskammer 81 befindlichen Luft durch die Pumpzellenelektrode 2b und damit zur Erzeugung von Sauerstoffionen, die wiederum zu der Pumpzellenelektrode 2a gepumpt werden. Die Pumpschaltung steuert somit das Anlegen der Spannung an die Sauerstoff-Pumpzelle 2 zur Regelung der Konzentration von Sauerstoff in der Messgaskammer 7.The pump circuit is used by means of a variable or adjustable current or voltage source 70 such a voltage to the pump cell electrodes 2a and 2 B the oxygen pump cell 2 create that of the reference gas chamber 81 exposed pump cell electrode 2 B is at higher potential. This leads to a reduction in the oxygen in the gas through that of the first sample gas subchamber 7a exposed pump cell electrode 2a and thus for the generation of oxygen ions to the pump cell electrode 2 B be pumped. If, on the other hand, from the pump circuit to the oxygen pump cell 2 such a voltage is applied that the pump cell electrode 2a is at a higher potential, this leads to a reduction in the oxygen in the in the reference gas chamber 81 air through the pump cell electrode 2 B and thus for the generation of oxygen ions, which in turn go to the pump cell electrode 2a be pumped. The pump circuit thus controls the application of the voltage to the oxygen pump cell 2 for regulating the concentration of oxygen in the sample gas chamber 7 ,

Die Überwachungsschaltung dient dazu, über eine Strom- oder Spannungsquelle 80 eine Konstantspannung (von z.B. 0,40 V) an die Sauerstoff-Überwachungszelle 3 derart anzulegen, dass die der Referenzgaskammer 82 ausgesetzte Überwachungszellenelektrode 3b an höherem Potential liegt. Dies führt zu einer Reduktion des Sauerstoffs in dem in der zweiten Messgas-Unterkammer 7b befindlichen Gas durch die in der zweiten Messgas-Unterkammer 7b angeordnete Überwachungszellenelektrode 3a und damit zur Bildung von Sauerstoffionen, die zu der Überwachungszellenelektrode 3b gepumpt werden. Wie vorstehend beschrieben, wird die Überwachungszellenelektrode 3a von einer Pt-Au-Cermet-Elektrode gebildet, bei der keine nennenswerte Aufspaltung von NOx erfolgt. Auf diese Weise fließt ein Sauerstoffionenstrom zwischen den Überwachungszellenelektroden 3a und 3b als Funktion der Konzentration von Sauerstoff in dem von der ersten Messgas-Unterkammer 7a in die zweite Messgas-Unterkammer 7b strömenden und die Überwachungszellenelektrode 3a erreichenden Gas. Die Einregelung und Aufrechterhaltung eines konstanten Konzentrationswertes des in der zweiten Messgas-Unterkammer 7b befindlichen Sauerstoffs wird somit durch Messung des zwischen den Überwachungszellenelektroden 3a und 3b fließenden Stroms unter Verwendung eines Amperemeters 85 und derartige Regelung der an die Sauerstoff-Pumpzelle 2 angelegten Spannung erzielt, dass der von dem Amperemeter 85 gemessene Strom auf einem konstanten Wert von z.B. 0,2 μA gehalten wird.The monitoring circuit is used via a current or voltage source 80 a constant voltage (e.g. 0.40 V) to the oxygen monitoring cell 3 so that the reference gas chamber 82 exposed monitor cell electrode 3b is at higher potential. This leads to a reduction in the oxygen in the second sample gas subchamber 7b located gas through the in the second sample gas sub-chamber 7b arranged monitoring cell electrode 3a and thus the formation of oxygen ions that go to the monitoring cell electrode 3b be pumped. As described above, the monitor cell electrode 3a formed by a Pt-Au cermet electrode, in which there is no appreciable splitting of NOx. In this way, an oxygen ion current flows between the monitor cell electrodes 3a and 3b as a radio tion of the concentration of oxygen in the from the first sample gas subchamber 7a into the second sample gas subchamber 7b flowing and the monitoring cell electrode 3a reaching gas. The regulation and maintenance of a constant concentration value in the second sample gas sub-chamber 7b oxygen is thus measured by measuring the between the monitoring cell electrodes 3a and 3b flowing current using an ammeter 85 and such regulation of the to the oxygen pump cell 2 applied voltage achieved that of the ammeter 85 measured current is kept at a constant value of, for example, 0.2 μA.

Die Sensorschaltung dient dazu, mit Hilfe einer Strom- oder Spannungsquelle 90 eine Konstantspannung (von z.B. 0,40 V) derart an die Sensorzelle 4 anzulegen, dass die der Referenzgaskammer 82 ausgesetzte Sensorzellenelektrode 4b auf höherem Potential liegt. Wie vorstehend beschrieben, wird die Sensorzellenelektrode 4a von einer Pt-Rh-Cermet-Elektrode gebildet, die in Bezug auf eine Dissoziation oder Aufspaltung von NOx reaktionsfähig ist. In der zweiten Messgas-Unterkammer 7b werden somit NOx und Sauerstoff (O2) von der Sensorzellenelektrode 4a unter Bildung von Sauerstoffionen reduziert, die zu der Sensorzellenelektrode 4b gepumpt werden.The sensor circuit is used with the help of a current or voltage source 90 a constant voltage (for example 0.40 V) to the sensor cell 4 create that of the reference gas chamber 82 exposed sensor cell electrode 4b is at a higher potential. As described above, the sensor cell electrode 4a formed by a Pt-Rh cermet electrode that is reactive with respect to dissociation or decomposition of NOx. In the second sample gas subchamber 7b thus NOx and oxygen (O 2 ) from the sensor cell electrode 4a reduced to form oxygen ions leading to the sensor cell electrode 4b be pumped.

Die Pumpschaltung und die Überwachungsschaltung dienen somit in der vorstehend beschriebenen Weise zur Aufrechterhaltung eines im wesentlichen konstanten Konzentrationswertes des Sauerstoffs in der ersten Messgas-Unterkammer 7a und der zweiten Messgas-Unterkammer 7b, wodurch bewirkt wird, dass ein Sauerstoffionenstrom über die Sensorzelle 4 als Funktion der im Messgas enthaltenen NOx-Konzentration fließt. Die Bestimmung der NOx-Konzentration kann somit durch Messung des über die Sensorzelle 4 fließenden Stroms unter Verwendung eines Amperemeters 95 der Sensorschaltung erfolgen.The pump circuit and the monitoring circuit thus serve in the manner described above to maintain an essentially constant concentration value of the oxygen in the first sample gas subchamber 7a and the second sample gas subchamber 7b , causing an oxygen ion flow across the sensor cell 4 flows as a function of the NOx concentration contained in the sample gas. The NOx concentration can thus be determined by measuring the via the sensor cell 4 flowing current using an ammeter 95 the sensor circuit.

3(a) zeigt Strom-Klemmenspannungskennlinien der Sensorzelle 4, die in Gasen erhalten wurden, die ein Gasgemisch mit einem Anteil von 1000 ppm bzw. 500 ppm NO-Gas, 100 ppm O2-Gas und einem N2-Ausgleichsgas darstellten, wobei an die Sauerstoff-Pumpzelle 2 eine Spannung von 0,3 V derart angelegt war, dass die Pumpzellenelektrode 2b den positiven Anschluss darstellte, und wobei sich die Überwachungszelle 3 in einem Ruhezustand befand (bei dem der Überwachungszellenstrom den Wert Null hatte). Die Kennlinien gemäß 3(a) zeigen, dass ein durch Aufspaltung von NOx entstehender Sauerstoffionenstrom über die Sensorzelle fließt, und dass die Strom-Klemmenspannungskennlinie der Sensorzelle 4 einen Grenzstrombereich aufweist, in dem ein Sättigungsstrom (der nachstehend auch als Grenzstrom bezeichnet ist) als Funktion der Konzentration von NOx erzeugt wird. Die Bestimmung der Konzentration von NOx wird somit vorgenommen, indem eine die Bildung des Grenzstroms in der Sensorzelle 4 herbeiführende Spannung (bei diesem Ausführungsbeispiel 0,4 V) an die Sensorzelle 4 angelegt und sodann der Betrag des tatsächlich über die Sensorzelle 4 fließenden Grenzstroms gemessen wird. 3 (a) shows current-terminal voltage characteristics of the sensor cell 4 which were obtained in gases which were a gas mixture with a proportion of 1000 ppm or 500 ppm NO gas, 100 ppm O 2 gas and an N 2 compensation gas, with the oxygen pump cell 2 a voltage of 0.3 V was applied such that the pump cell electrode 2 B represented the positive connection, and being the monitoring cell 3 was in an idle state (where the monitor cell current was zero). The characteristics according to 3 (a) show that an oxygen ion current resulting from the splitting of NOx flows over the sensor cell, and that the current-terminal voltage characteristic curve of the sensor cell 4 has a limit current range in which a saturation current (hereinafter also referred to as a limit current) is generated as a function of the concentration of NOx. The determination of the concentration of NOx is thus carried out by forming the limit current in the sensor cell 4 causing voltage (in this embodiment 0.4 V) to the sensor cell 4 and then the amount of actually through the sensor cell 4 flowing limit current is measured.

Bei einem Beständigkeitstest, bei dem das Gassensorelement 1 in das Abgasrohr der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs eingebaut war und die Brennkraftmaschine bzw. das Kraftfahrzeug über eine Strecke von 100 000 km betrieben wurde, ergab sich jedoch, dass sich die Strom-Klemmenspannungskennlinie der Sensorzelle 4 nach dem Test verändert hatte. 3(b) zeigt die nach diesem Beständigkeitstest erhaltenen Strom-Klemmenspannungskennlinien der Sensorzelle 4. Ein Vergleich der Kennlinien gemäß den 3(a) und 3(b) ergibt, dass sich der Widerstandswert der Sensorzelle 4 in einem Stromanstiegsbereich unterhalb der für den Grenzstrombereich erforderlichen Klemmenspannung der Sensorzelle 4 erhöht hat, sodass das NOx-Aufspaltungsvermögen der Sensorzellenelektrode 4a abgenommen hat und somit eine höhere Spannung als die Sensorzellen-Betriebsspannung (d.h., 0,4 V) zur Bildung des Grenzstroms erforderlich ist, wodurch sich die Ansprechempfindlichkeit der Sensorzelle 4 auf NOx in der in 4 veranschaulichten Weise verringert. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Ausgangssignal des Gassensorelements 1 und der gemessenen NOx-Konzentration bei Gasen, die ein Gasgemisch mit Anteilen von 0 bis 1000 ppm NO-Gas, 5% O2-Gas und einem N2-Ausgleichsgas darstellen.In a durability test in which the gas sensor element 1 was installed in the exhaust pipe of the internal combustion engine of a motor vehicle and the internal combustion engine or the motor vehicle was operated over a distance of 100,000 km, however, it was found that the current-terminal voltage characteristic curve of the sensor cell 4 had changed after the test. 3 (b) shows the current-terminal voltage characteristics of the sensor cell obtained after this resistance test 4 , A comparison of the characteristics according to 3 (a) and 3 (b) shows that the resistance value of the sensor cell 4 in a current rise range below the terminal voltage of the sensor cell required for the limit current range 4 has increased, so that the NOx-splitting ability of the sensor cell electrode 4a has decreased and therefore a higher voltage than the sensor cell operating voltage (ie, 0.4 V) is required to form the limit current, which increases the sensitivity of the sensor cell 4 on NOx in the in 4 illustrated manner decreased. 4 shows the relationship between the output signal of the gas sensor element 1 and the measured NOx concentration for gases which represent a gas mixture with proportions of 0 to 1000 ppm NO gas, 5% O 2 gas and an N 2 balance gas.

Weiterhin ergab sich bei einem im Rahmen der Erfindung durchgeführten Sensorempfindlichkeits-Regenerierungstest, dass eine Wiederherstellung des NOx-Aufspaltungsvermögens der Sensorzellenelektrode 4a erzielbar ist, wenn das Gassensorelement 1 nach dem Beständigkeitstest Luft ausgesetzt wird, wobei lediglich das Heizelement 9 aktiviert ist, während die Sauerstoff-Pumpzelle 2, die Sauerstoff-Überwachungszelle 3 und die Sensorzelle 4 sich sämtlich im Ruhezustand befinden, sodass in den Zellen 2, 3 und 4 keine Ströme erzeugt werden. 3(c) zeigt Strom-Klemmenspannungskennlinien der Sensorzelle 4 nach einer Regenerierung, bei der das Gassensorelement 1 nach dem vorstehend beschriebenen 100 000 km-Beständigkeitstest für eine Dauer von 10 min Luft ausgesetzt war. Nachdem das Gassensorelement 1 Luft ausgesetzt, d.h., einer Oxidation in Luft unterzogen worden ist, wird ein Ausgangssignal des Gassensorelements 1 erhalten, wie es in 4 durch das Symbol "Δ" gekennzeichnet ist. Die Kennlinien gemäß 4 zeigen, dass die Abhängigkeit des Sensorausgangssignals von der NOx-Konzentration bei dem Gassensorelement 1 nach der Oxidation in Luft weitgehend derjenigen vor der Durchführung des Beständigkeitstests entspricht.Furthermore, in a sensor sensitivity regeneration test carried out within the scope of the invention, it was found that the NOx decomposition capacity of the sensor cell electrode was restored 4a can be achieved if the gas sensor element 1 exposed to air after the durability test, using only the heating element 9 is activated while the oxygen pump cell 2 who have favourited Oxygen Monitoring Cell 3 and the sensor cell 4 are all at rest, so in the cells 2 . 3 and 4 no currents are generated. 3 (c) shows current-terminal voltage characteristics of the sensor cell 4 after regeneration in which the gas sensor element 1 was exposed to air for 10 minutes after the 100,000 km durability test described above. After the gas sensor element 1 Exposed to air, that is, subjected to oxidation in air, becomes an output signal of the gas sensor element 1 get like it in 4 is marked by the symbol "Δ". The characteristics according to 4 show that the dependency of the sensor output signal on the NOx concentration in the gas sensor element 1 after oxidation in air largely corresponds to that before carrying out the resistance test.

Die vorstehend beschriebene Verringerung der Leistungsfähigkeit der Sensorzelle 4 wird einer Abnahme des Bereichs der Außenfläche der Sensorzellenelektrode 4a zugeschrieben, die durch Agglomeration (Sinterung) ihrer metallischen Bestandteile hervorgerufen wird, während ihre Regenerierung einer Vergrößerung des Bereiches der Außenfläche der Sensorzellenelektrode 4a auf Grund der in Luft erfolgenden Oxidation zugeschrieben wird. Während der Beständigkeitstests des Gassensorelements 1 wird nämlich die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Messgas-Unterkammer 7b auf einem niedrigen Wert gehalten, was dazu führt, dass eine allmähliche Agglomeration (Sinterung) der metallischen Bestandteile der Sensorzellenelektrode 4a auftritt, sodass sich der Bereich der Außenfläche der Sensorzellenelektrode 4a verkleinert. Dies hat wiederum ein verringertes NOx-Aufspaltungsvermögen der Sensorzellenelektrode 4a zur Folge. Wenn die Sensorzellenelektrode 4a der Sensorzelle 4 mit ihrem verringerten NOx-Aufspaltungsvermögen einer sauerstoffreichen Atmosphäre ausgesetzt wird, bei der die Sauerstoffkonzentration im Bereich der Sensorzellenelektrode 4a vorzugsweise 1% oder mehr beträgt, hat dies eine Umsetzung des in der Sensorzellenelektrode 4a enthaltenen Rh in Rhodiumoxid (Rh2O3) zur Folge, wodurch sich das Volumen der Sensorzellenelektrode 4a vergrößert und hierdurch die agglomerationsbedingte Verringerung des Bereichs der Sensorzellenelektrode 4a aufgehoben bzw. rückgängig gemacht wird. Auf diese Weise wird das NOx- Aufspaltungsvermögen der Sensorzellenelektrode 4a wieder hergestellt. Die gewünschte Regenerierung lässt sich erzielen, indem zumindest 1% der in der Sensorzellenelektrode 4a enthaltenen Rh-Atome oxidiert wird. Ein Überschuss an Rhodiumoxid (Rh2O3) in Bezug auf die Rh-Atome führt jedoch zu einem verringerten NOx-Aufspaltungsvermögen der Sensorzellenelektrode 4a. Vorzugsweise wird daher der Anteil von Rh-Atomen in der Sensorzellenelektrode 4a, der durch die in Luft erfolgende Oxidation in Rhodiumoxid umgesetzt wird, auf 5% oder weniger gehalten.The above-described reduction in the performance of the sensor cell 4 becomes one Decrease in the area of the outer surface of the sensor cell electrode 4a attributed to, which is caused by agglomeration (sintering) of their metallic components, while their regeneration an enlargement of the area of the outer surface of the sensor cell electrode 4a is attributed to the oxidation occurring in air. During the resistance tests of the gas sensor element 1 namely the oxygen concentration in the second sample gas subchamber 7b kept at a low value, which leads to a gradual agglomeration (sintering) of the metallic components of the sensor cell electrode 4a occurs so that the area of the outer surface of the sensor cell electrode 4a reduced. This in turn has a reduced NOx decomposition capacity of the sensor cell electrode 4a result. If the sensor cell electrode 4a the sensor cell 4 with its reduced NOx decomposition capacity is exposed to an oxygen-rich atmosphere in which the oxygen concentration in the area of the sensor cell electrode 4a is preferably 1% or more, this has a conversion of that in the sensor cell electrode 4a contained Rh in rhodium oxide (Rh 2 O 3 ) resulting in the volume of the sensor cell electrode 4a enlarged and thereby the agglomeration-related reduction in the area of the sensor cell electrode 4a is canceled or undone. In this way, the NOx decomposition ability of the sensor cell electrode 4a restored. The desired regeneration can be achieved by at least 1% of that in the sensor cell electrode 4a contained Rh atoms is oxidized. However, an excess of rhodium oxide (Rh 2 O 3 ) with respect to the Rh atoms leads to a reduced NOx decomposition capacity of the sensor cell electrode 4a , The proportion of Rh atoms in the sensor cell electrode is therefore preferred 4a , which is converted to rhodium oxide by air oxidation, is kept at 5% or less.

Die Oxidation der Sensorzellenelektrode 4a wird in der in den 1(a) und 1(b) veranschaulichten Weise unter Verwendung einer Steuerschaltung 150 erzielt, die zur Steuerung des Betriebs der Sauerstoff-Pumpzelle 2, der Sauerstoff-Überwachungszelle 3 und der Sensorzelle 4 dient. Wenn die NOx-Konzentration in den Abgasen der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bestimmt werden soll, überwacht die Steuerschaltung 150 das Ausgangssignal der Sauerstoff-Überwachungszelle 3 zur Steuerung der an die Sauerstoff-Pumpzelle 2 angelegten Spannung dahingehend, dass die Konzentration von Sauerstoff (O2) in der Messgaskammer 7 auf einem niedrigeren Wert gehalten wird. Wenn keine Bestimmung der NOx-Konzentration erfolgen soll, führt die Steuerschaltung 150 der Messgaskammer 7 Sauerstoffgas zur Wiederherstellung des NOx-Aufspaltungsvermögens der Sensorzellenelektrode 4a zu. Hierbei unterzieht die Steuerschaltung 150 die Sensorzellenelektrode 4a einer Oxidation z.B. unmittelbar nach einem Stillstand der Brennkraftmaschine oder in regelmäßigen Zeitintervallen oder nach einer vorgegebenen Fahrtstrecke des Fahrzeugs, wenn eine Messung der Konzentration von NOx nicht erforderlich ist.The oxidation of the sensor cell electrode 4a is in the in the 1 (a) and 1 (b) illustrated manner using a control circuit 150 achieved to control the operation of the oxygen pump cell 2 , the oxygen monitoring cell 3 and the sensor cell 4 serves. The control circuit monitors when the NOx concentration in the exhaust gases of the internal combustion engine of a motor vehicle is to be determined 150 the output signal of the oxygen monitoring cell 3 to control the oxygen pump cell 2 applied voltage in that the concentration of oxygen (O 2 ) in the sample gas chamber 7 is kept at a lower value. If the NOx concentration is not to be determined, the control circuit performs 150 the sample gas chamber 7 Oxygen gas to restore the NOx decomposition capacity of the sensor cell electrode 4a to. Here the control circuit undergoes 150 the sensor cell electrode 4a an oxidation, for example immediately after the internal combustion engine has come to a standstill or at regular time intervals or after a predetermined travel distance of the vehicle, if it is not necessary to measure the concentration of NOx.

Die Steuerschaltung 150 kann hierbei die Oxidation der Sensorzellenelektrode 4a in zwei Betriebsarten herbeiführen, die nachstehend näher beschrieben werden. Die erste Betriebsart besteht in der Deaktivierung der Sauerstoff-Pumpzelle 2 und/oder der Sauerstoff-Überwachungszelle 3 und/oder der Sensorzelle 4, wenn viel Sauerstoff bzw. ein sauerstoffreiches Gas im Abgasrohr der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs vorhanden ist. Wenn sich z.B. die Brennkraftmaschine im Stillstand befindet oder das Abgas der Brennkraftmaschine einem mageren Luft-Kraftstoffgemisch entspricht, nimmt die Steuerschaltung 150 eine Injektion von sauerstoffangereichertem Gas in die Messgaskammer 7 vor, um die Sensorzellenelektrode 4a diesem Gas auszusetzen. Während der ersten Betriebsart ist es zwar erwünscht, die Sauerstoff-Pumpzelle 2, die Sauerstoff-Überwachungszelle 3 und die Sensorzelle 4 sämtlich zu deaktivieren, jedoch kann auch nur zumindest eine der Zellen außer Betrieb gesetzt werden, solange das Gassensorelement 1 in einen Betriebszustand versetzt wird, bei dem sich eine bestimmte Sauerstoffmenge in der Messgaskammer 7 befindet. Vorzugsweise wird hierbei das Heizelement 9 zum Anheben der Temperatur des Gassensorelements 1 (d.h., der Temperatur der Sensorzellenelektrode 4a) auf eine im Bereich von 400°C bis 1000°C, vorzugsweise 600°C bis 800°C, liegende Temperatur aktiviert, um auf diese Weise die Oxidation der Sensorzellenelektrode 4a zu erleichtern.The control circuit 150 can cause the oxidation of the sensor cell electrode 4a in two operating modes, which are described in more detail below. The first operating mode is to deactivate the oxygen pump cell 2 and / or the oxygen monitoring cell 3 and / or the sensor cell 4 when there is a lot of oxygen or an oxygen-rich gas in the exhaust pipe of the internal combustion engine of a motor vehicle. If, for example, the internal combustion engine is at a standstill or the exhaust gas of the internal combustion engine corresponds to a lean air / fuel mixture, the control circuit takes over 150 an injection of oxygen-enriched gas into the sample gas chamber 7 to the sensor cell electrode 4a expose to this gas. During the first operating mode, it is desirable to have the oxygen pump cell 2 who have favourited Oxygen Monitoring Cell 3 and the sensor cell 4 Deactivate all, but only at least one of the cells can be deactivated as long as the gas sensor element 1 is put into an operating state in which there is a certain amount of oxygen in the sample gas chamber 7 located. The heating element is preferably used here 9 to raise the temperature of the gas sensor element 1 (ie, the temperature of the sensor cell electrode 4a ) activated to a temperature in the range from 400 ° C to 1000 ° C, preferably 600 ° C to 800 ° C, in order to prevent the oxidation of the sensor cell electrode 4a to facilitate.

In 5 ist das Ergebnis eines Beständigkeitstests veranschaulicht, bei dem die Brennkraftmaschine nach jeweils 10 Stunden abgestellt und die Sauerstoff-Pumpzelle 2, die Sauerstoff-Überwachungszelle 3 und die Sensorzelle 4 sämtlich außer Betrieb gesetzt wurden, während das Heizelement 9 nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine für 5 min zur Oxidation der Sensorzellenelektrode 4a eingeschaltet wurde, woraufhin die Brennkraftmaschine erneut gestartet und für eine Gesamtstrecke von 100 000 km in Betrieb gehalten wurde. Die Figur zeigt, dass nach dem Beständigkeitstest die Ansprechempfindlichkeit des Gassensorelements 1 auf einem gewünschten Wert gehalten werden kann. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass die erforderliche Zeitdauer, während der die Sensorzellenelektrode 4a zur Wiederherstellung ihrer Ansprechempfindlichkeit der Oxidationsatmosphäre ausgesetzt ist, nicht auf die bei diesem Ausführungsbeispiel in Betracht gezogenen 5 min beschränkt ist.In 5 the result of a durability test is illustrated, in which the internal combustion engine is switched off after every 10 hours and the oxygen pump cell 2 who have favourited Oxygen Monitoring Cell 3 and the sensor cell 4 all were put out of operation while the heating element 9 after switching off the internal combustion engine for 5 min to oxidize the sensor cell electrode 4a was switched on, whereupon the internal combustion engine was restarted and kept in operation for a total distance of 100,000 km. The figure shows that after the durability test, the responsiveness of the gas sensor element 1 can be kept at a desired value. In this context it should be noted that the required period of time during which the sensor cell electrode 4a is exposed to the oxidation atmosphere to restore its responsiveness, is not limited to the 5 min considered in this embodiment.

Die Steuerschaltung 150 kann von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) gebildet werden, die einen Mikrocomputer aufweist. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm von logischen Schritten bzw. eines Programms, das von der Steuerschaltung 150 zur Wiederherstellung der Ansprechempfindlichkeit des Gassensorelements 1 ausgeführt wird.The control circuit 150 can be formed by an electronic control unit (ECU) which has a microcomputer. 6 shows a flowchart of logical steps or a program by the control circuit 150 to Restoring the sensitivity of the gas sensor element 1 is performed.

Zunächst wird in einem Schritt 101 ermittelt, ob ein Zündschalter des Fahrzeugs abgeschaltet ist oder nicht. Wenn hierbei das Ergebnis JA erhalten wird, was beinhaltet, dass der Zündschalter abgeschaltet ist, geht der Ablauf auf einen Schritt 102 über, bei dem bestimmt wird, ob ein EIN-AUS-Schaltvorgang des Zündschalters soeben abgeschlossen worden ist oder nicht. Wenn hierbei das Ergebnis JA erhalten wird, geht der Ablauf auf einen Schritt 103 über, bei dem ein eingebauter Zeitgeber angesteuert wird und eine Hochzählung für 5 min vornimmt. Der Ablauf geht dann auf einen Schritt 104 über, bei dem ermittelt wird, ob nach der Ansteuerung des Zeitgebers 5 min abgelaufen sind oder nicht. Wenn hierbei das Ergebnis NEIN erhalten wird, was beinhaltet, dass 5 min noch nicht vergangen sind, geht der Ablauf auf einen Schritt 105 über, bei dem die an die Sauerstoff-Pumpzelle 2, die Sauerstoff-Überwachungszelle 3 und die Sensorzelle 4 angelegte Spannung abgeschaltet wird, während das Heizelement 9 eingeschaltet bleibt. Der Ablauf kehrt sodann zum Schritt 101 zurück.First, one step 101 determines whether an ignition switch of the vehicle is turned off or not. If the result is YES, which means that the ignition switch is turned off, the process goes to one step 102 above, in which it is determined whether an ON-OFF switching operation of the ignition switch has just been completed or not. If the result is YES, the process goes to one step 103 above, in which a built-in timer is activated and increments for 5 min. The process then goes to one step 104 above, in which it is determined whether 5 minutes have elapsed after the triggering of the timer or not. If the result is NO, which means that 5 minutes have not yet passed, the process goes to one step 105 about where the to the oxygen pump cell 2 who have favourited Oxygen Monitoring Cell 3 and the sensor cell 4 applied voltage is turned off while the heating element 9 remains switched on. The process then returns to the step 101 back.

Wenn dagegen im Schritt 104 das Ergebnis JA erhalten wird, was beinhaltet, dass 5 min vergangen sind, geht der Ablauf auf einen Schritt 106 über, bei dem die Sauerstoff-Pumpzelle 2, die Sauerstoff-Überwachungszelle 3, die Sensorzelle 4 und das Heizelement 9 sämtlich abgeschaltet werden, um die Oxidation der Sensorzellenelektrode 4a zu beenden.If against it in step 104 if the result is YES, which means that 5 minutes have passed, the process goes to one step 106 about where the oxygen pump cell 2 who have favourited Oxygen Monitoring Cell 3 , the sensor cell 4 and the heating element 9 all be turned off to prevent the oxidation of the sensor cell electrode 4a to end.

Wird im Schritt 101 das Ergebnis NEIN erhalten, was beinhaltet, dass der Zündschalter sich im Einschaltzustand befindet, geht der Ablauf auf einen Schritt 107 über, bei dem die Sauerstoff-Pumpzelle 2, die Sauerstoff-Überwachungszelle 3, die Sensorzelle 4 und das Heizelement 9 eingeschaltet werden, um die Messung der Konzentration von NOx zu beginnen.Will in step 101 If the result is NO, which means that the ignition switch is in the on state, the process goes to one step 107 about where the oxygen pump cell 2 who have favourited Oxygen Monitoring Cell 3 , the sensor cell 4 and the heating element 9 be turned on to start measuring the concentration of NOx.

Die zweite Betriebsart der Steuerschaltung 150 besteht in der Aktivierung der Sauerstoff-Pumpzelle 2 und/oder der Sauerstoff-Überwachungszelle 3 und/oder der Sensorzelle 4 zur Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer 7. Hierbei wird eine Spannung z.B. an die Sauerstoff-Pumpzelle 2 derart angelegt, dass die in der ersten Messgas-Unterkammer 7a angeordnete Pumpzellenelektrode 2a als positive (+) Elektrode dient. Hierdurch wird Sauerstoff (O2) aus der Referenzgaskammer 81 in die erste Messgas-Unterkammer 7a gepumpt, um die Sensorzellenelektrode 4a einer Oxidationsatmosphäre auszusetzen. Vorzugsweise wird das Heizelement 9 in der zweiten Betriebsart eingeschaltet.The second operating mode of the control circuit 150 consists in the activation of the oxygen pump cell 2 and / or the oxygen monitoring cell 3 and / or the sensor cell 4 for injecting oxygen into the sample gas chamber 7 , This applies a voltage to the oxygen pump cell, for example 2 laid out in such a way that in the first sample gas subchamber 7a arranged pump cell electrode 2a serves as a positive (+) electrode. This turns oxygen (O 2 ) from the reference gas chamber 81 into the first sample gas subchamber 7a pumped to the sensor cell electrode 4a exposed to an oxidation atmosphere. Preferably the heating element 9 switched on in the second operating mode.

Zur Bestätigung der vorteilhaften Wirkung der zweiten Betriebsart wurde ebenfalls ein 100 000 km-Beständigkeitstest wie der vorstehend beschriebene Test durchgeführt. Während dieses Beständigkeitstests wurde das Gassensorelement 1 im aktivierten Zustand gehalten. An die Sauerstoff-Pumpzelle 2 wurde eine Spannung von 0,5 V derart angelegt, dass die in der ersten Messgas-Unterkammer 7a angeordnete Pumpzellenelektrode 2a nach jeweils 1 Stunde für 1 min zum Pumpen von Sauerstoff in die erste Messgas-Unterkammer 7a auf hohem Potential gehalten wurde. Das Ergebnis dieses Beständigkeitstests war im wesentlichen identisch mit dem Ergebnis des im Rahmen der vorstehend beschriebenen ersten Betriebsart durchgeführten Beständigkeitstests. 7 zeigt zeitabhängige Signalverläufe, die die zweite Betriebsart der Steuerschaltung 150 veranschaulichen, bei der das Potential an den Pumpzellenelektroden 2a und 2b nach jeweils 1 Stunde für 1 min umgekehrt wird. Diese Spannungssteuerung lässt sich unter Verwendung eines Ereigniszeitgebers in der Steuerschaltung 150 durchführen.To confirm the beneficial effect of the second mode of operation, a 100,000 km durability test was also carried out like the test described above. During this durability test, the gas sensor element 1 was kept in the activated state. To the oxygen pump cell 2 a voltage of 0.5 V was applied such that the voltage in the first sample gas subchamber 7a arranged pump cell electrode 2a after 1 hour for 1 min to pump oxygen into the first sample gas subchamber 7a was kept at high potential. The result of this durability test was substantially identical to the result of the durability test performed in the first mode described above. 7 shows time-dependent waveforms representing the second operating mode of the control circuit 150 illustrate the potential at the pump cell electrodes 2a and 2 B reversed after 1 hour for 1 min. This voltage control can be done using an event timer in the control circuit 150 carry out.

Außerdem wurde ein weiterer 100 000 km-Beständigkeitstest wie der vorstehend beschriebene zur Bestätigung der vorteilhaften Wirkung der zweiten Betriebsart durchgeführt. Auch bei diesem Beständigkeitstest wurde das Gassensorelement 1 im aktivierten Zustand gehalten. An die Sensorzelle 4 wurde eine Spannung von 0,5 V derart angelegt, dass die in der zweiten Messgas-Unterkammer 7b angeordnete Sensorzellenelektrode 4a nach jeweils 1 Stunde für 1 min auf hohem Potential gehalten wurde, um Sauerstoff in die zweite Messgas-Unterkammer 7b zu pumpen. Bei diesem Oxidationsverfahren ergab sich im wesentlichen die gleiche vorteilhafte Wirkung wie bei dem im Rahmen der ersten Betriebsart der Steuerschaltung 150 durchgeführten Oxidationsverfahren. 8 zeigt zeitabhängige Signalverläufe, die die von der Steuerschaltung 150 durchgeführte Steuerung der an die Sensorzellenelektroden 4a und 4b angelegten Spannung veranschaulichen.In addition, another 100,000 km durability test such as that described above was carried out to confirm the beneficial effects of the second mode. The gas sensor element 1 was also kept in the activated state in this resistance test. To the sensor cell 4 a voltage of 0.5 V was applied such that the in the second sample gas subchamber 7b arranged sensor cell electrode 4a was held at high potential for 1 min after every 1 hour to add oxygen to the second sample gas subchamber 7b to pump. This oxidation method essentially gave the same advantageous effect as that in the context of the first operating mode of the control circuit 150 performed oxidation process. 8th shows time-dependent waveforms that are generated by the control circuit 150 performed control of the sensor cell electrodes 4a and 4b illustrate applied voltage.

In den 9(a) und 9(b) ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, bei dem das Gassensorelement 1 bei einem Grenzstrom-Regelsystem Verwendung findet, das aus einer Pumpschaltung mit einer Strom- bzw. Spannungsquelle 70, einer Überwachungsschaltung mit einer Strom- bzw. Spannungsquelle 80 und einem Amperemeter 85, einer Sensorschaltung mit einer Strom- bzw. Spannungsquelle 90 und einem Amperemeter 95 sowie aus einer Stromdifferenz-Messschaltung 49 besteht.In the 9 (a) and 9 (b) illustrates a second embodiment of the invention in which the gas sensor element 1 is used in a limit current control system that consists of a pump circuit with a current or voltage source 70 , a monitoring circuit with a current or voltage source 80 and an ammeter 85 , a sensor circuit with a current or voltage source 90 and an ammeter 95 as well as from a current difference measuring circuit 49 consists.

Die Pumpschaltung ist zur Abfrage eines in ihr gespeicherten und die Beziehung zwischen an die Sauerstoff-Pumpzelle 2 angelegten Spannungen und den sich hierbei ergebenden Strömen durch die Sauerstoff-Pumpzelle 2 wiedergebenden Kennfeldes ausgestaltet, um auf diese Weise eine an die Sauerstoff-Pumpzelle 2 anzulegende Sollspannung zu bestimmen, die die Erzeugung eines Grenzstroms zwischen den Pumpzellenelektroden 2a und 2b zur Folge hat. Auf diese Weise hält die Pumpschaltung die Sauerstoffkonzentration in der ersten Messgas-Unterkammer 7a auf einem gegebenen niedrigeren Wert. Dies führt jedoch zu einer Instabilität der Sauerstoffkonzentration in der zweiten Messgas-Unterkammer 7b im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem die Pumpschaltung die an die Sauerstoff-Pumpzelle 2 anzulegende Spannung als Funktion des Ausgangssignals der Sauerstoff-Überwachungszelle 3 bestimmt, was eine geringere Messgenauigkeit bei der Bestimmung der NOx-Konzentration unter Verwendung des zwischen den Sensorzellenelektroden 4a und 4b der Sensorzelle 4 auftretenden Stroms zur Folge hat.The pump circuit is used to query one stored in it and the relationship between the oxygen pump cell 2 applied voltages and the resulting currents through the oxygen pump cell 2 reproducing map designed in this way to the oxygen pump cell 2 to determine the target voltage to be applied, which generates a limit current between the pump cell electrodes 2a and 2 B has the consequence. In this way, the pump circuit keeps the oxygen concentration in the first sample gas subchamber 7a at a given lower value. However, this leads to instability of the sow material concentration in the second measuring gas sub-chamber 7b in comparison to the first exemplary embodiment, in which the pump circuit connects to the oxygen pump cell 2 voltage to be applied as a function of the output signal of the oxygen monitoring cell 3 determines what a lower measurement accuracy when determining the NOx concentration using the between the sensor cell electrodes 4a and 4b the sensor cell 4 current occurs.

Zur Vermeidung dieses Nachteils wird von der Stromdifferenz-Messschaltung 49 die Differenz zwischen dem zwischen den Sensorzellenelektroden 4a und 4b fließenden Strom und dem zwischen den Überwachungszellenelektroden 3a und 3b fließenden Strom zur Ermittlung der NOx-Konzentration als Funktion dieser Differenz bestimmt. Auf diese Weise kann das Gassensorelement 1 ein Ausgangssignal erzeugen, das die NOx-Konzentration unabhängig von Änderungen der Sauerstoffkonzentration in der zweiten Messgas-Unterkammer 7b angibt.To avoid this disadvantage, the current difference measuring circuit 49 the difference between that between the sensor cell electrodes 4a and 4b flowing current and that between the monitor cell electrodes 3a and 3b flowing current determined to determine the NOx concentration as a function of this difference. In this way, the gas sensor element 1 generate an output signal indicating the NOx concentration regardless of changes in the oxygen concentration in the second sample gas subchamber 7b indicates.

Obwohl dies in der Zeichnung nicht im einzelnen veranschaulicht ist, dient die Steuerschaltung 150 zur Oxidation der Sensorzellenelektrode 4a zur Wiederherstellung der NOx-Ansprechempfindlichkeit der Sensorzelle 4. Die weiteren Merkmale entsprechen dem ersten Ausführungsbeispiel, sodass sich ihre erneute Beschreibung erübrigt.Although this is not illustrated in detail in the drawing, the control circuit serves 150 for the oxidation of the sensor cell electrode 4a to restore the NOx response sensitivity of the sensor cell 4 , The other features correspond to the first exemplary embodiment, so that their renewed description is unnecessary.

10 zeigt ein Gassensorelement 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Gassensorelement 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst eine der zweiten Messgas-Unterkammer 7b ausgesetzte zweite Sauerstoff-Pumpzelle 20 und besitzt nicht die bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1(a) und 1(b) vorgesehene Referenzgaskammer 82. 10 shows a gas sensor element 1 according to a third embodiment of the invention. The gas sensor element 1 According to this exemplary embodiment, one of the second measurement gas subchamber comprises 7b exposed second oxygen pump cell 20 and does not have that in the first embodiment according to FIGS 1 (a) and 1 (b) provided reference gas chamber 82 ,

Bei diesem Gassensorelement 1 findet ein EMK- bzw. Quellenspannungs-Regelsystem Verwendung, das aus einer Pumpschaltung mit einer Strom- bzw. Spannungsquelle 70, einer Überwachungsschaltung mit einem Spannungsdetektor 360, einer Sensorschaltung mit einer Strom- oder Spannungsquelle 90 und einem Amperemeter 95 sowie aus einer zweiten Pumpschaltung mit einer Strom- bzw. Spannungsquelle 98 besteht. Dieses EMK- oder Quellenspannungs-Regelsystem dient zur Überwachung der Sauerstoffkonzentration in der ersten Messgas-Unterkammer 7a als Funktion einer in der Sauerstoff-Überwachungszelle 3 erzeugten EMK bzw.With this gas sensor element 1 an EMF or source voltage control system is used, which consists of a pump circuit with a current or voltage source 70 , a monitoring circuit with a voltage detector 360 , a sensor circuit with a current or voltage source 90 and an ammeter 95 and from a second pump circuit with a current or voltage source 98 consists. This EMF or source voltage control system is used to monitor the oxygen concentration in the first sample gas subchamber 7a as a function of one in the oxygen monitoring cell 3 generated EMF or

Quellenspannung und zur Steuerung bzw. Regelung der an die Sauerstoff-Pumpzelle 2 anzulegenden Spannung.Source voltage and to control or regulate the oxygen pump cell 2 voltage to be applied.

Die Sauerstoff-Pumpzelle 2 umfasst hierbei die Pumpzellenelektroden 2a und 2b, die an den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Festelektrolytschicht 52 angebracht sind. Die Pumpzellenelektrode 2a ist der ersten Messgas-Unterkammer 7a ausgesetzt, während die Pumpzellenelektrode 2b dem im Außenbereich des Gassensorelements 1 vorüberströmenden Messgas ausgesetzt ist. Die Sauerstoff-Überwachungszelle 3 umfasst die Überwachungszellenelektroden 3a und 3b, die an den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Festelektrolytschicht 51 angebracht sind. Die Überwachungszellenelektrode 3a ist hierbei der ersten Messgas-Unterkammer 7a ausgesetzt, während die Überwachungszellenelektrode 3b der Referenzgaskammer 81 ausgesetzt ist. Die Sensorzelle 4 umfasst die Sensorzellenelektroden 4a und 4b, die an den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Festelektrolytschicht 51 angebracht sind. Die Sensorzellenelektrode 4a ist hierbei der zweiten Messgas-Unterkammer 7b ausgesetzt, während die Sensorzellenelektrode 4b von einer auch der der Referenzgaskammer 81 ausgesetzten Überwachungszellenelektrode 3b zugeordneten gemeinsamen Elektrode gebildet wird.The oxygen pump cell 2 includes the pump cell electrodes 2a and 2 B on the opposite surfaces of the solid electrolyte layer 52 are attached. The pump cell electrode 2a is the first sample gas subchamber 7a exposed while the pump cell electrode 2 B the outside of the gas sensor element 1 measuring gas flowing past is exposed. The oxygen monitoring cell 3 includes the monitor cell electrodes 3a and 3b on the opposite surfaces of the solid electrolyte layer 51 are attached. The monitoring cell electrode 3a is the first sample gas subchamber 7a exposed while the monitor cell electrode 3b the reference gas chamber 81 is exposed. The sensor cell 4 includes the sensor cell electrodes 4a and 4b on the opposite surfaces of the solid electrolyte layer 51 are attached. The sensor cell electrode 4a is the second sample gas subchamber 7b exposed while the sensor cell electrode 4b one of the reference gas chamber 81 exposed monitoring cell electrode 3b associated common electrode is formed.

Die zweite Sauerstoff-Pumpzelle 20 wird von der Festelektrolytschicht 52, einer Elektrode 20a und der auch der Sauerstoff-Pumpzelle 2 zugeordneten Elektrode 2b gebildet. Hierbei ist die Elektrode 20a an der Oberfläche der der zweiten Messgas-Unterkammer 7b ausgesetzten Festelektrolytschicht 52 angebracht. Die zweite Sauerstoff-Pumpzelle 20 dient zum Abpumpen des in der zweiten Messgas-Unterkammer 7b verbleibenden Restsauerstoffs in den Außenbereich des Gassensorelements 1, sodass die Sauerstoffkonzentration in der zweiten Messgas-Unterkammer 7b annähernd auf den Wert Null (0) verringert werden kann. Ruf diese Weise kann die Sensorzelle 4 die NOx-Konzentration in der zweiten Messgas-Unterkammer 7b mit hoher Genauigkeit messen.The second oxygen pump cell 20 is from the solid electrolyte layer 52 , an electrode 20a and also the oxygen pump cell 2 associated electrode 2 B educated. Here is the electrode 20a on the surface of the second sample gas subchamber 7b exposed solid electrolyte layer 52 appropriate. The second oxygen pump cell 20 is used to pump out the gas in the second sample gas subchamber 7b remaining residual oxygen in the outer region of the gas sensor element 1 , so that the oxygen concentration in the second sample gas subchamber 7b approximately to the value zero ( 0 ) can be reduced. The sensor cell can call this way 4 the NOx concentration in the second sample gas subchamber 7b measure with high accuracy.

Im Betrieb des Gassensorelements 1 wird eine durch die Nernst'sche Gleichung gegebene EMK bzw. Quellenspannung zwischen den Überwachungszellenelektroden 3a und 3b als Funktion der Differenz der Sauerstoffkonzentration zwischen der ersten Messgas-Unterkammer 7a und der Referenzgaskammer 81 erzeugt und von dem Spannungsdetektor 360 gemessen. Die Referenzgaskammer 81 ist mit Luft gefüllt, die eine konstante Sauerstoffkonzentration aufweist, sodass an den Überwachungszellenelektroden 3a und 3b die EMK bzw. Quellenspannung als Funktion der Sauerstoffkonzentration in der ersten Messgas-Unterkammer 7a gebildet wird. Die Sauerstoffkonzentration in dem in die zweite Messgas-Unterkammer 7b strömenden Gas wird daher auf einem konstanten niedrigeren Wert gehalten, indem die an die Pumpzellenelektroden 2a und 2b angelegte Spannung derart gesteuert wird, dass die zwischen den Überwachungszellenelektroden 3a und 3b erzeugte EMK bzw. Quellenspannung einen konstanten Wert von z.B. 0,20 V annimmt.In operation of the gas sensor element 1 becomes an EMF or source voltage between the monitoring cell electrodes given by the Nernst equation 3a and 3b as a function of the difference in oxygen concentration between the first sample gas subchamber 7a and the reference gas chamber 81 generated and by the voltage detector 360 measured. The reference gas chamber 81 is filled with air that has a constant oxygen concentration, so that on the monitoring cell electrodes 3a and 3b the EMF or source voltage as a function of the oxygen concentration in the first sample gas subchamber 7a is formed. The oxygen concentration in the second sample gas subchamber 7b flowing gas is therefore kept at a constant lower value by connecting to the pump cell electrodes 2a and 2 B applied voltage is controlled such that the between the monitor cell electrodes 3a and 3b generated EMF or source voltage assumes a constant value of 0.20 V, for example.

Obwohl dies in der Figur nicht dargestellt ist, dient die Steuerschaltung 150 zur Oxidation der Sensorzellenelektrode 4a zur Wiederherstellung der NOx-Ansprechempfindlichkeit der Sensorzelle 4. Die anderen Merkmale entsprechen dem ersten Ausführungsbeispiel, sodass sich ihre erneute Beschreibung erübrigt.Although this is not shown in the figure, the control circuit is used 150 for the oxidation of the sensor cell electrode 4a to restore the NOx response sensitivity of the sensor cell 4 , The other features correspond to the first version Example, so that their re-description is unnecessary.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Oxidationsverfahren zur Wiederherstellung der nach einer längeren Verwendung eines im Rahmen eines typischen Herstellungsverfahrens hergestellten Gassensorelements 1 verringerten NOx-Ansprechempfindlichkeit der Sensorzelle 4, jedoch kann alternativ auch das Herstellungsverfahren in der nachstehend näher beschriebenen Weise dahingehend ausgestaltet werden, dass die Abnahme der NOx-Ansprechempfindlichkeit der Sensorzelle 4 minimal gehalten wird.The exemplary embodiments described above relate to oxidation processes for restoring the gas sensor element produced after a long use of a typical manufacturing process 1 reduced NOx sensitivity of the sensor cell 4 , however, as an alternative, the manufacturing method can also be designed in the manner described in more detail below such that the decrease in the NOx response sensitivity of the sensor cell 4 is kept to a minimum.

Die Herstellung des Gassensorelements 1 erfolgt hierbei in den nachstehend näher beschriebenen Schritten.The production of the gas sensor element 1 takes place in the steps described in more detail below.

Zunächst werden Zirkondioxid-Grünblätter zur Bildung der Festelektrolytschichten 51 und 52 sowie Aluminiumoxid-Grünblätter zur Bildung der Distanzstücke 61 und 62, des Heizelementblatts 13 und der Deckschicht 15 durch ein Spritz- oder Stranggussverfahren oder unter Verwendung eines Streichmessers bzw. Rakels hergestellt. Sodann werden auf den Grünblättern die Pumpzellenelektroden 2a, 2b und 20a, die Überwachungszellenelektroden 3a und 3b, die Sensorzellenelektroden 4a und 4b, die Leitungen 2c, 2d, 3c, 3d, 4c und 4d sowie die inneren Anschlüsse 120 (siehe 2) und die äußeren Anschlüsse P unter Verwendung eines Siebdruckverfahrens ausgebildet. Die Grünblätter werden zur Bildung eines Laminats übereinander angeordnet, das dann in Luft einem Einbrennvorgang (Ofentrocknung) unterzogen wird. Diese Schritte entsprechen den vorstehend in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung bereits beschriebenen Schritten. Schließlich wird das eingebrannte Laminat bei hohen Temperaturen einer Oxidationsatmosphäre ausgesetzt. Der Temperaturbereich liegt hierbei vorzugsweise zwischen 400°C und 1000°C, wobei ein Temperaturbereich zwischen 600°C und 900°C bevorzugt wird. Eine über 1000°C liegende Temperatur bewirkt, dass Rhodium (Rh) stabiler als Rhodiumoxid (Rh2O3) wird, sodass die Bildung einer gewünschten Niederschlagsmenge an Rhodiumoxid mit Schwierigkeiten verbunden ist. Eine unter 400°C liegende Temperatur hat dagegen zur Folge, dass die Niederschlagsrate von Rhodiumoxid in unerwünschter Weise abnimmt. Die Oxidationsatmosphäre umfasst vorzugsweise zumindest 1% Sauerstoff, während die Oxidationszeit vorzugsweise mehr als 1 Stunde beträgt.First, zirconia green leaves are used to form the solid electrolyte layers 51 and 52 and alumina green sheets to form the spacers 61 and 62 , of the heating element sheet 13 and the top layer 15 manufactured by an injection or continuous casting process or using a doctor knife or doctor blade. Then the pump cell electrodes are on the green leaves 2a . 2 B and 20a who have favourited Monitoring Cell Electrodes 3a and 3b who have favourited Sensor Cell Electrodes 4a and 4b , the lines 2c . 2d . 3c . 3d . 4c and 4d as well as the internal connections 120 (please refer 2 ) and the outer connections P are formed using a screen printing process. The green leaves are arranged one above the other to form a laminate, which is then subjected to a baking process (oven drying) in air. These steps correspond to the steps already described above in connection with the first exemplary embodiment of the invention. Finally, the burned-in laminate is exposed to an oxidation atmosphere at high temperatures. The temperature range here is preferably between 400 ° C. and 1000 ° C., a temperature range between 600 ° C. and 900 ° C. being preferred. A temperature above 1000 ° C causes rhodium (Rh) to be more stable than rhodium oxide (Rh 2 O 3 ), so that the formation of a desired amount of precipitation of rhodium oxide is difficult. A temperature below 400 ° C, however, has the consequence that the precipitation rate of rhodium oxide decreases undesirably. The oxidation atmosphere preferably comprises at least 1% oxygen, while the oxidation time is preferably more than 1 hour.

Wenn das eingebrannte Laminat der Oxidationsatmosphäre ausgesetzt wird, führt dies zu einem allmählichen Niederschlag des in der Pt-Rh-Sensorzellenelektrode 4a enthaltenen Rhodiums (Rh) in Form von Rhodiumoxid (Rh2O3) an der Elektrodenoberfläche, sodass sich an der Oberfläche der Sensorzellenelektrode 4a die Konzentration von Rh vergrößert, das in Bezug auf die Aufspaltung von NOx reaktionsfähig ist. Außerdem ist das ausgefällte bzw. niedergeschlagene Rh noch nicht durch inerte Bestandteile wie Au verunreinigt, die von der Pumpzellenelektrode 2a während eines Einbrennvorgangs bei der Herstellung des Gassensorelements 1 normalerweise verstreut werden, sodass die NOx-Ansprechempfindlichkeit der Sensorzelle 4 gewährleistet ist.When the baked laminate is exposed to the oxidation atmosphere, it gradually leads to the precipitation in the Pt-Rh sensor cell electrode 4a contained rhodium (Rh) in the form of rhodium oxide (Rh 2 O 3 ) on the electrode surface, so that on the surface of the sensor cell electrode 4a increases the concentration of Rh, which is reactive with respect to the decomposition of NOx. In addition, the precipitated or precipitated Rh is not yet contaminated by inert components such as Au from the pump cell electrode 2a during a burn-in process in the manufacture of the gas sensor element 1 are normally scattered so that the NOx sensitivity of the sensor cell 4 is guaranteed.

In 11 ist das Ergebnis eines 100 000 km-Beständigkeitstests veranschaulicht, bei dem ein unter Oxidation des eingebrannten Laminats in Luft für 10 Stunden bei 900°C hergestelltes Gassensorelement 1 im Abgasrohr der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs angeordnet und die Brennkraftmaschine bzw. das Kraftfahrzeug sodann über 100 000 km betrieben worden waren. Der Figur ist zu entnehmen, dass die NOx-Ansprechempfindlichkeit der Sensorzelle 4 auch nach dem Beständigkeitstest weitgehend konstant geblieben war. Außerdem konnte festgestellt werden, dass bei einem Gassensorelement 1, bei dessen Herstellung nach dem Einbrennvorgang eine Oxidationsbehandlung erfolgt, die NOx-Ansprechempfindlichkeit für eine längere Zeitdauer auf einem gewünschten Wert gehalten werden kann, sodass die in Verbindung mit dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel vorstehend beschriebene Regenerierungsregelung nicht erforderlich ist.In 11 the result of a 100,000 km durability test is illustrated, in which a gas sensor element 1 produced by oxidizing the burned-in laminate in air for 10 hours at 900 ° C. is arranged in the exhaust pipe of the internal combustion engine of a motor vehicle, and the internal combustion engine or the motor vehicle is then arranged over 100,000 km had been operated. The figure shows that the NOx sensitivity of the sensor cell 4 remained largely constant even after the durability test. It was also found that with a gas sensor element 1 , in the production of which an oxidation treatment is carried out after the baking process, the NOx sensitivity can be kept at a desired value for a longer period of time, so that the regeneration control described above in connection with the first to third exemplary embodiments is not necessary.

Indem die Sensorzelle 4 in der vorstehend beschriebenen Weise einer Oxidationsatmosphäre ausgesetzt wird, wird somit bewirkt, dass sich in der Pt-Rh-Sensorzellenelektrode 4a enthaltenes Rhodium Rh niederschlägt und allmählich als Rhodiumoxid (Rh2O3) an der Elektrodenoberfläche auftritt, was wiederum dazu führt, dass eine stärkere Konzentration von Rh an der Oberfläche der Sensorzellenelektrode 4a vorhanden ist. Der Anstieg der die Oberfläche der Sensorzellenelektrode 4a bedeckenden Menge an Rhodiumoxid führt jedoch zu einer verringerten Niederschlagsrate von Rh. Zur Vermeidung dieses Problems kann das Gassensorelement 1 abwechselnd einer Oxidationsatmosphäre und einer Reduktionsatmosphäre ausgesetzt werden. Nachdem es der Oxidationsatmosphäre ausgesetzt war, wird hierbei das Gassensorelement 1 auch einer Reduktionsatmosphäre zur Reduzierung des an der Oberfläche der Sensorzellenelektrode 4a auftretenden Rh2O3 zu metallischem Rh ausgesetzt, woraufhin es wieder zur Steigerung des Niederschlags von Rh der Oxidationsatmosphäre ausgesetzt wird. Diese Reduktion von Rh2O3 zu Rh lässt sich erzielen, indem die Sensorzellenelektrode 4a einem leicht entzündlichen bzw. entflammbaren Gas wie H2-Gas ausgesetzt oder an die Sensorzelle 4 eine Spannung derart angelegt wird, dass die Sensorzellenelektrode 4a an niedrigem Potential liegt.By the sensor cell 4 Exposure to an oxidation atmosphere in the manner described above thus causes the Pt-Rh sensor cell electrode to be caused 4a Rh contained Rh precipitates and gradually occurs as rhodium oxide (Rh 2 O 3 ) on the electrode surface, which in turn leads to a higher concentration of Rh on the surface of the sensor cell electrode 4a is available. The increase in the surface of the sensor cell electrode 4a covering amount of rhodium oxide leads to a reduced rate of precipitation of Rh. To avoid this problem, the gas sensor element 1 alternately exposed to an oxidation atmosphere and a reduction atmosphere. After being exposed to the oxidation atmosphere, the gas sensor element becomes here 1 also a reducing atmosphere to reduce that on the surface of the sensor cell electrode 4a occurring Rh 2 O 3 exposed to metallic Rh, whereupon it is again exposed to the oxidation atmosphere to increase the precipitation of Rh. This reduction of Rh 2 O 3 to Rh can be achieved by using the sensor cell electrode 4a exposed to a highly flammable or flammable gas such as H 2 gas or to the sensor cell 4 a voltage is applied such that the sensor cell electrode 4a is at low potential.

Die vorstehend beschriebenen Herstellungsvorgänge können auch zur Herstellung des Gassensorelements 1 gemäß 1 dienen.The manufacturing processes described above can also be used to manufacture the gas sensor element 1 according to 1 serve.

Das vorstehend beschriebene Gassensorelement besitzt somit eine Sensorzelle, die aus einem Festelektrolytkörper und zwei, an dem Festelektrolytkörper angebrachten Elektroden besteht. Eine dieser Elektroden ist einem Gasbestandteil, wie dem in den Abgasen der Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen enthaltenen NOx ausgesetzt und spricht darauf zur Erzeugung eines Signals als Funktion der Konzentration dieses Gasbestandteils an. Das Gassensorelement ist mit einer Empfindlichkeits-Regenerierungsschaltung versehen, die dazu dient, diese Elektrode der Sensorzelle einer Oxidationsatmosphäre auszusetzen und auf diese Weise die Ansprechempfindlichkeit der Sensorzelle wieder herzustellen. Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung eines Gassensorelements angegeben, das die Ansprechempfindlichkeit der Sensorzelle für eine längere Zeitdauer gewährleistet.The gas sensor element described above thus has a sensor cell which consists of a solid electrolyte body and two electrodes attached to the solid electrolyte body. One of these Electrodes are exposed to a gas component, such as the NOx contained in the exhaust gases of automotive internal combustion engines, and are responsive to generating a signal as a function of the concentration of that gas component. The gas sensor element is provided with a sensitivity regeneration circuit which serves to expose this electrode of the sensor cell to an oxidation atmosphere and in this way to restore the sensitivity of the sensor cell. In addition, a method for producing a gas sensor element is specified which ensures the responsiveness of the sensor cell for a longer period of time.

Claims (18)

Gassensorelement, gekennzeichnet durch eine Messgaskammer, in die ein Messgas unter einem gegebenen Diffusionswiderstand eintritt, eine Sauerstoff-Pumpzelle, die zur Steuerung der Sauerstoffkonzentration eines in der Messgaskammer enthaltenen Messgases selektiv Sauerstoff in die Messgaskammer hineinpumpt und aus der Messgaskammer abpumpt und einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörper sowie eine erste und eine zweite, an Oberflächen des Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörpers angebrachte Pumpzellenelektrode aufweist, von denen die erste Pumpzellenelektrode der Messgaskammer ausgesetzt ist, eine Sensorzelle zur Messung der Konzentration eines in dem in der Messgaskammer befindlichen Messgas enthaltenen spezifischen Gasbestandteils, die einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörper sowie eine erste und eine zweite, an Oberflächen des Festelektrolytkörpers angebrachte Sensorzellenelektrode zur Erzeugung eines Signals als Funktion der Konzentration des spezifischen Gasbestandteils aufweist, wobei die erste Sensorzellenelektrode der Messgaskammer ausgesetzt ist, und eine Steuerschaltung, die den Betrieb der Sauerstoff-Pumpzelle zur Aufrechterhaltung eines gegebenen niedrigen Konzentrationswertes des Sauerstoffs in der ersten Messgaskammer während einer ersten Zeitdauer steuert, wenn die Bestimmung der Konzentration des in dem Messgas enthaltenen spezifischen Gasbestandteils erforderlich ist, und während einer in Bezug auf die erste Zeitdauer unterschiedlichen zweiten Zeitdauer Sauerstoff in die Messgaskammer injiziert, um die in der Messgaskammer angeordnete erste Sensorzellenelektrode zur Wiederherstellung der Ansprechempfindlichkeit der Sensorzelle einer Oxidationsatmosphäre auszusetzen.Gas sensor element, characterized by a Sample gas chamber, in which a sample gas under a given diffusion resistance entry, an oxygen pump cell used to control the oxygen concentration of a sample gas contained in the sample gas chamber selectively oxygen Pumped into the sample gas chamber and pumped out of the sample gas chamber and a solid electrolyte body conducting oxygen ions as well a first and a second conductive on surfaces of the oxygen ion Solid electrolyte body has attached pump cell electrode, of which the first pump cell electrode is exposed to the sample gas chamber, a sensor cell for measurement the concentration of a sample gas in the sample gas chamber contained specific gas component, which is an oxygen ion conductive solid electrolyte body and a first and a second attached to surfaces of the solid electrolyte body Sensor cell electrode for generating a signal as a function of Has concentration of the specific gas component, the first sensor cell electrode of the sample gas chamber is exposed, and a Control circuit that maintains the operation of the oxygen pump cell given low concentration value of oxygen in the first sample gas chamber during controls a first period of time when determining the concentration of the specific gas component contained in the sample gas is required is, and during a with respect to the first period different second period Oxygen is injected into the sample gas chamber to that in the sample gas chamber arranged first sensor cell electrode to restore the Expose the sensitivity of the sensor cell to an oxidation atmosphere. Gassensorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der Messgaskammer ausgesetzte erste Sensorzellenelektrode von einer Rhodium enthaltenden Cermet-Elektrode gebildet wird.Gas sensor element according to claim 1, characterized in that the first sensor cell electrode exposed to the measuring gas chamber is formed by a rhodium-containing cermet electrode. Gassensorelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung bei einer sauerstoffreichen Atmosphäre im Messgas die Sauerstoff-Pumpzelle und/oder die Sensorzelle zur Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer deaktiviert und dadurch die in der Messgaskammer angeordnete Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre aussetzt.Gas sensor element according to claim 1 or 2, characterized characterized that the control circuit at an oxygen-rich the atmosphere the oxygen pump cell in the sample gas and / or the sensor cell for injecting oxygen into the sample gas chamber is deactivated and thereby the sensor cell electrode arranged in the measuring gas chamber the oxidation atmosphere exposes. Gassensorelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgas ein von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenes Abgas ist und dass die Steuerschaltung bei einem mageren Zustand des Abgases oder im Stillstand der Brennkraftmaschine die Sauerstoff-Pumpzelle und/oder die Sensorzelle zur Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer deaktiviert und dadurch die in der Messgaskammer angeordnete erste Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre aussetzt.Gas sensor element according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the sample gas is from an internal combustion engine expelled Is exhaust gas and that the control circuit in a lean condition of the exhaust gas or when the internal combustion engine is at a standstill, the oxygen pump cell and / or the sensor cell for injecting oxygen into the sample gas chamber deactivated and thereby the first arranged in the sample gas chamber Sensor cell electrode exposed to the oxidation atmosphere. Gassensorelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung die Sauerstoff-Pumpzelle und/oder die Sensorzelle zur Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer aktiviert und dadurch die in der Messgaskammer angeordnete erste Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre aussetzt.Gas sensor element according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the control circuit the oxygen pump cell and / or the sensor cell is activated to inject oxygen into the sample gas chamber and thereby the first sensor cell electrode arranged in the measuring gas chamber the oxidation atmosphere exposes. Gassensorelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sauerstoff-Überwachungszelle vorgesehen ist, die die Sauerstoffkonzentration in der Messgaskammer zur Steuerung des Betriebs der Sauerstoff-Pumpzelle überwacht und einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörper sowie eine erste und eine zweite, an Oberflächen des Festelektrolytkörpers angebrachte Überwachungszellenelektrode aufweist, von denen die erste Überwachungszellenelektrode der Messgaskammer ausgesetzt ist, und dass die Steuerschaltung bei einer sauerstoffreichen Atmosphäre in der Messgaskammer die Sauerstoff-Pumpzelle und/oder die Sensorzelle und/oder die Überwachungszelle zur Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer deaktiviert und dadurch die in der Messgaskammer angeordnete erste Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre aussetzt.Gas sensor element according to claim 1 or 2, characterized characterized that an oxygen monitoring cell is provided which is the oxygen concentration in the sample gas chamber for control monitors the operation of the oxygen pump cell and a solid electrolyte body conducting oxygen ions as well first and second monitor cell electrodes attached to surfaces of the solid electrolyte body has, of which the first monitoring cell electrode the sample gas chamber is exposed, and that the control circuit at an oxygen-rich atmosphere the oxygen pump cell and / or the sensor cell in the measuring gas chamber and / or the monitoring cell deactivated for the injection of oxygen into the sample gas chamber and thereby the first sensor cell electrode arranged in the measuring gas chamber the oxidation atmosphere exposes. Gassensorelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sauerstoff-Überwachungszelle vorgesehen ist, die zur Steuerung des Betriebs der Sauerstoff-Pumpzelle die Sauerstoffkonzentration in der Messgaskammer überwacht und einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörper sowie eine erste und eine zweite, an Oberflächen des Festelektrolytkörpers angebrachte Überwachungszellenelektrode aufweist, von denen die erste Überwachungszellenelektrode der Messgaskammer ausgesetzt ist, dass das Messgas ein von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenes Abgas ist und dass die Steuerschaltung bei einem mageren Zustand des Abgases oder im Stillstand der Brennkraftmaschine die Sauerstoff-Pumpzelle und/oder die Sensorzelle und/oder die Überwachungszelle zur Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer deaktiviert und dadurch die in der Messgaskammer angeordnete erste Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre aussetzt.Gas sensor element according to claim 1 or 2, characterized in that an oxygen monitoring cell is provided, which monitors the oxygen concentration in the measuring gas chamber to control the operation of the oxygen pump cell and an oxygen ion-conducting solid electrolyte body and a first and a second, attached to surfaces of the solid electrolyte body Has monitoring cell electrode, of which the first monitoring cell electrode is exposed to the measuring gas chamber, that the measuring gas is an exhaust gas emitted by an internal combustion engine and that the control circuit in a lean state of the exhaust gas or when the internal combustion engine is at a standstill machine deactivates the oxygen pump cell and / or the sensor cell and / or the monitoring cell for injecting oxygen into the measuring gas chamber and thereby exposes the first sensor cell electrode arranged in the measuring gas chamber to the oxidation atmosphere. Gassensorelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sauerstoff-Überwachungszelle vorgesehen ist, die zur Steuerung des Betriebs der Sauerstoff-Pumpzelle die Sauerstoffkonzentration in der Messgaskammer überwacht und einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörper sowie eine erste und eine zweite, an Oberflächen des Festelektrolytkörpers angebrachte Überwachungszellenelektrode aufweist, von denen die erste Überwachungszellenelektrode der Messgaskammer ausgesetzt ist, und dass die Steuerschaltung die Sauerstoff-Pumpzelle und/oder die Sensorzelle und/oder die Sauerstoff-Überwachungszelle zur Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer aktiviert und dadurch die in der Messgaskammer angeordnete erste Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre aussetzt.Gas sensor element according to claim 1 or 2, characterized characterized that an oxygen monitoring cell is provided which is used to control the operation of the oxygen pump cell Monitored oxygen concentration in the sample gas chamber and an oxygen ion conductive solid electrolyte body and a first and a second monitoring cell electrode attached to surfaces of the solid electrolyte body has, of which the first monitoring cell electrode the sample gas chamber is exposed, and that the control circuitry the oxygen pump cell and / or the sensor cell and / or the oxygen monitoring cell activated for the injection of oxygen into the sample gas chamber and thereby the first sensor cell electrode arranged in the measuring gas chamber the oxidation atmosphere exposes. Gassensorelement nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung die in der ersten Messgaskammer angeordnete erste Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre in einem Zustand aussetzt, bei dem die Temperatur des Gassensorelements 400°C oder mehr beträgt.Gas sensor element according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the control circuit in the first Measuring gas chamber arranged first sensor cell electrode of the oxidation atmosphere in one Condition in which the temperature of the gas sensor element is 400 ° C or more is. Gassensorelement nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der spezifische Gasbestandteil ein Stickoxid ist.Gas sensor element according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the specific gas component Is nitric oxide. Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Gassensorelements, das (a) eine Messgaskammer, in die ein Messgas unter einem gegebenen Diffusionswiderstand eintritt, (b) eine Sauerstoff-Pumpzelle, die zur Steuerung der Sauerstoffkonzentration eines in der Messgaskammer enthaltenen Messgases selektiv Sauerstoff in die Messgaskammer hineinpumpt und aus der Messgaskammer abpumpt und einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörper sowie eine erste und eine zweite, an Oberflächen des Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörpers angebrachte Pumpzellenelektrode aufweist, von denen die erste Pumpzellenelektrode der Messgaskammer ausgesetzt ist, und (c) eine Sensorzelle zur Messung der Konzentration eines in dem in der Messgaskammer befindlichen Messgas enthaltenen spezifischen Gasbestandteils umfasst, die einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörper sowie eine erste und eine zweite, an Oberflächen des Festelektrolytkörpers angebrachte Sensorzellenelektrode zur Erzeugung eines Signals als Funktion der Konzentration des spezifischen Gasbestandteils aufweist, wobei die erste Sensorzellenelektrode der Messgaskammer ausgesetzt ist, gekennzeichnet durch die Schritte Aktivierung der Sauerstoff-Pumpzelle zur Aufrechterhaltung eines gegebenen niedrigen Konzentrationswertes des Sauerstoffs in der ersten Messgaskammer während einer ersten Zeitdauer, wenn die Bestimmung der Konzentration des in dem Messgas enthaltenen spezifischen Gasbestandteils erforderlich ist, und Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer während einer in Bezug auf die erste Zeitdauer unterschiedlichen zweiten Zeitdauer, um die in der Messgaskammer angeordnete erste Sensorzellenelektrode zur Wiederherstellung der Ansprechempfindlichkeit der Sensorzelle einer Oxidationsatmosphäre auszusetzen.Method for controlling the operation of a gas sensor element, the (a) a sample gas chamber into which a sample gas is placed under a given diffusion resistance occurs, (b) an oxygen pump cell, to control the oxygen concentration of one in the sample gas chamber contained sample gas selectively pumps oxygen into the sample gas chamber and pumped out of the sample gas chamber and an oxygen ion-conducting Solid electrolyte body and a first and a second, which conduct on surfaces of the oxygen ion Solid electrolyte body has attached pump cell electrode, of which the first pump cell electrode is exposed to the sample gas chamber, and (c) a sensor cell for measuring the concentration of one in the in the sample gas chamber specific gas component contained in the sample gas, the solid electrolyte body conducting oxygen ions as well first and second sensor cell electrodes attached to surfaces of the solid electrolyte body to generate a signal as a function of the concentration of the specific gas component has, wherein the first sensor cell electrode of the measuring gas chamber exposed, characterized by the steps activation the oxygen pump cell to maintain a given low Concentration value of the oxygen in the first sample gas chamber while a first period of time when determining the concentration of the specific gas component contained in the sample gas is required is and Injection of oxygen into the sample gas chamber during a with respect to the first period different second period, around the first sensor cell electrode arranged in the measuring gas chamber to restore the sensitivity of the sensor cell exposed to an oxidation atmosphere. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die der Messgaskammer ausgesetzte erste Sensorzellenelektrode von einer Rhodium enthaltenden Cermet-Elektrode gebildet wird.A method according to claim 11, characterized in that the first sensor cell electrode exposed to the measuring gas chamber is formed by a rhodium-containing cermet electrode. Gassensorelement nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Sauerstoff-Injektionsschritt bei einer sauerstoffreichen Atmosphäre im Messgas die Sauerstoff-Pumpzelle und/oder die Sensorzelle zur Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer deaktiviert werden und dadurch die in der Messgaskammer angeordnete Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre ausgesetzt wird.Gas sensor element according to claim 11 or 12, characterized characterized that in the oxygen injection step at an oxygen-rich the atmosphere in the sample gas, the oxygen pump cell and / or the sensor cell Injection of oxygen into the sample gas chamber can be deactivated and thereby the sensor cell electrode arranged in the measuring gas chamber the oxidation atmosphere is exposed. Gassensorelement nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgas ein von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenes Abgas ist und dass im Sauerstoff-Injektionsschritt bei einem mageren Zustand des Abgases oder im Stillstand der Brennkraftmaschine die Sauerstoff-Pumpzelle und/oder die Sensorzelle zur Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer deaktiviert werden und dadurch die in der Messgaskammer angeordnete erste Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre ausgesetzt wird.Gas sensor element according to claim 11 or 12, characterized characterized in that the sample gas is from an internal combustion engine expelled Exhaust gas is and that in the oxygen injection step at a lean State of the exhaust gas or when the internal combustion engine is at a standstill Oxygen pump cell and / or the sensor cell for the injection of Oxygen can be deactivated in the sample gas chamber and thereby the first sensor cell electrode arranged in the measuring gas chamber Oxidation atmosphere exposed becomes. Gassensorelement nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Sauerstoff-Injektionsschritt die Sauerstoff-Pumpzelle und/oder die Sensorzelle zur Injektion von Sauerstoff in die Messgaskammer aktiviert werden und dadurch die in der Messgaskammer angeordnete erste Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre ausgesetzt wird.Gas sensor element according to claim 11 or 12, characterized characterized that the oxygen pumping cell in the oxygen injection step and / or the sensor cell for injecting oxygen into the measuring gas chamber be activated and thereby the one arranged in the sample gas chamber first sensor cell electrode exposed to the oxidation atmosphere becomes. Gassensorelement nach zumindest einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sauerstoff-Überwachungszelle vorgesehen ist, die zur Steuerung des Betriebs der Sauerstoff-Pumpzelle die Sauerstoffkonzentration in der Messgaskammer überwacht und einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörper sowie eine erste und eine zweite, an Oberflächen des Festelektrolytkörpers angebrachte Überwachungszellenelektrode aufweist, von denen die erste Überwachungszellenelektrode der Messgaskammer ausgesetzt ist.Gas sensor element according to at least one of claims 11 to 15, characterized in that an oxygen monitoring cell is provided which monitors the oxygen concentration in the measuring gas chamber to control the operation of the oxygen pumping cell and an oxygen ion-conducting solid electrolyte body and a first and a second, on surfaces of the solid electrolyte body attached monitoring cell electrode has, of which the first monitoring cell electrode is exposed to the measuring gas chamber. Verfahren zur Herstellung eines Gassensorelements, gekennzeichnet durch die Schritte: Vorbereiten einer Gassensorelement-Anordnung zur Herstellung eines Gassensorelements mit (a) einer Messgaskammer, in die ein Messgas unter einem gegebenen Diffusionswiderstand eintritt, (b) einer Sauerstoff-Pumpzelle, die zur Steuerung der Sauerstoffkonzentration eines in der Messgaskammer enthaltenen Messgases selektiv Sauerstoff in die Messgaskammer hineinpumpt und aus der Messgaskammer abpumpt und einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörper sowie eine erste und eine zweite, an Oberflächen des Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörpers angebrachte Pumpzellenelektrode aufweist, von denen die erste Pumpzellenelektrode der Messgaskammer ausgesetzt ist, und (c) einer Sensorzelle zur Messung der Konzentration eines in dem in der Messgaskammer befindlichen Messgas enthaltenen spezifischen Gasbestandteils, die einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörper sowie eine erste und eine zweite, an Oberflächen des Festelektrolytkörpers angebrachte Sensorzellenelektrode zur Erzeugung eines Signals als Funktion der Konzentration des spezifischen Gasbestandteils aufweist, wobei die erste Sensorzellenelektrode der Messgaskammer ausgesetzt ist und von einer Rhodium enthaltenden Cermet-Elektrode gebildet wird, Einbrennen der Gassensorelement-Anordnung zur Fertigstellung des Gassensorelements, und Aussetzen der in der Messgaskammer angeordneten ersten Sensorzellenelektrode einer Oxidationsatmosphäre in einem Temperaturbereich von 400°C bis 1000°C, nachdem der Einbrennvorgang der Gassensorelement-Anordnung erfolgt ist.Method for producing a gas sensor element, characterized by the steps: preparing a gas sensor element arrangement to produce a gas sensor element with (a) a sample gas chamber, into which a sample gas enters under a given diffusion resistance, (B) an oxygen pumping cell used to control the oxygen concentration of a sample gas contained in the sample gas chamber selectively oxygen in pumps the sample gas chamber in and pumps it out of the sample gas chamber and a solid electrolyte body conducting oxygen ions as well a first and a second conductive on surfaces of the oxygen ion Solid electrolyte body has attached pump cell electrode, of which the first pump cell electrode is exposed to the sample gas chamber, and (c) a sensor cell for measuring the concentration of one in the in the sample gas chamber sample gas contained contained specific gas component, the an oxygen ion-conducting solid electrolyte body and a first and a second, on surfaces of the solid electrolyte body attached sensor cell electrode for generating a signal as a function the concentration of the specific gas component, wherein the first sensor cell electrode is exposed to the sample gas chamber and is formed by a rhodium-containing cermet electrode, branding the gas sensor element arrangement for completing the gas sensor element, and Expose the first arranged in the sample gas chamber Sensor cell electrode of an oxidation atmosphere in a temperature range of 400 ° C up to 1000 ° C, after the burn-in process of the gas sensor element arrangement takes place is. Verfahren zur Herstellung eines Gassensorelements nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussetzungsschritt zyklisch durchgeführt wird und außerdem den Schritt des Aussetzens der ersten Sensorzellenelektrode einer Reduktionsatmosphäre in einem Temperaturbereich von 400°C bis 1000°C nach jedem Zyklus umfasst, bei dem die erste Sensorzellenelektrode der Oxidationsatmosphäre ausgesetzt wird.Method of manufacturing a gas sensor element according to claim 17, characterized in that the suspension step is carried out cyclically and also the step of exposing the first sensor cell electrode reducing atmosphere in a temperature range from 400 ° C to 1000 ° C after each cycle, in which the first sensor cell electrode is exposed to the oxidation atmosphere becomes.
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