DE102006043089A1

DE102006043089A1 - Gas sensor, in particular lambda probe for motor vehicles with internal combustion engines

Info

Publication number: DE102006043089A1
Application number: DE200610043089
Authority: DE
Inventors: Lother Diehl; Stefan Rodewald; Jan Bahlo; Henrico Runge; Thorsten Baunach; Thomas Seiler; Stefan Binder; Daniel Bauernfeind
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2008-03-27
Also published as: WO2008031673A1

Abstract

Ein Gassensor, insbesondere Lambdasonde für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, mit zumindest einer in einem Referenzgaskanal angeordneten Referenzelektrode und einer Nernstelektrode, die von der Referenzelektrode durch eine für Ionen, insbesondere Sauerstoffionen, leitfähige Festelektrolytschicht getrennt in einer mit einem Messgas über eine Diffusionsstrecke kommunizierenden Diffusionskammer angeordnet ist, mit einer innerhalb dieser Diffusionskammer angeordneten inneren Pumpelektrode sowie einer damit durch eine Festelektrolytschicht des Keramikkörpers zusammenwirkenden und dem Messgas ausgesetzten äußeren Pumpelektrode, mit einer ansteuerbaren Sondenheizung, durch welche der Gassensor auf eine vorgebbare Betriebstemperatur aufheizbar ist, sowie mit einer elektronischen Regel- und Auswerteschaltung, welche einerseits einen über die Pumpelektroden führenden elektrischen Pumpstromkreis derart zu regeln gestattet, dass eine zwischen Referenz- und Nernstelektrode abgreifbare elektrische Spannung einen vorgebbaren Sollwert aufweist, und andererseits eine für die Regelung des Pumpstromkreises veränderbare Stellgröße in ein Messsignal umsetzt, ist dadurch gekennzeichnet, dass durch die Regel- und Auswerteschaltung die Sondenheizung in vorgebbaren Betriebsphasen so ansteuerbar ist, dass eine Überhitzung des Gassensors erfolgt.A gas sensor, in particular lambda probe for motor vehicles with internal combustion engines, having at least one reference gas channel arranged in a reference electrode and a Nernst electrode, which is arranged separated from the reference electrode by a ion, in particular oxygen ions, conductive solid electrolyte layer in a communicating with a sample gas via a diffusion path diffusion chamber with an inner pumping electrode arranged inside this diffusion chamber and an outer pumping electrode cooperating therewith through a solid electrolyte layer of the ceramic body and exposed to the measuring gas, with a controllable probe heating, by means of which the gas sensor can be heated to a predeterminable operating temperature, and with an electronic control and evaluation circuit on the one hand, to regulate an electric pumping circuit leading via the pumping electrodes such that one can be tapped off between reference and Nernst's electrodes e electrical voltage has a predefinable setpoint, and on the other hand converts a variable for the control of the pumping circuit variable manipulated variable into a measuring signal, characterized in that the probe heating in predetermined operating phases can be controlled by the control and evaluation, that overheating of the gas sensor.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Gassensor, insbesondere einer Lambdasonde für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, nach der Gattung des Anspruchs 1.The The invention is based on a gas sensor, in particular a lambda probe for motor vehicles with internal combustion engines, according to the preamble of claim 1.

Ein solcher auch als Breitbandsonde bezeichneter Gassensor geht beispielsweise aus der DE 101 63 912 A1 hervor. Derartige Breitbandsonden werden bevorzugt in Verbrennungsmotoren mit Magerbetrieb, wie zum Beispiel Dieselmotoren eingesetzt. Bei derartigen Gassensoren können aufgrund der Phosphoranteile im Abgas, welche beispielsweise durch Verunreinigungen/Additive des Kraftstoffs und/oder des Schmieröls des Verbrennungsmotors hervorgerufen werden, zu einer glasartigen Verstopfung von Poren des Sensorelements und zu Vergiftung der Elektroden führen. Hierdurch kann eine so genannte Vergiftung des Sensorelements auftreten, sodass die Funktion des Sensorelements durch eine Passivierung der katalytischen Aktivität beeinträchtigt ist. Um eine derartige Vergiftung des Sensorelements zu verhindern, sieht die nicht vorveröffentlichte DE 10 2005 061 890.1 der Anmelderin vor, in einer die Abgaselektrode überdeckenden Schicht wenigstens ein Phosphor bindendes Element, ausgewählt aus der Gruppe Kalzium und/oder Magnesium und/oder Strontium und/oder Barium und/oder der seltenen Erden oder einer beliebigen Kombination dieser Elemente vorzusehen, um im Messgas enthaltenen Phosphor als pulverförmige, kristalline Phosphor-Verbindung zu binden.Such a gas sensor, also referred to as a broadband probe, for example, is derived from US Pat DE 101 63 912 A1 out. Such broadband probes are preferably used in lean burn internal combustion engines, such as diesel engines. In gas sensors of this type, owing to the phosphorus components in the exhaust gas, which are caused, for example, by impurities / additives of the fuel and / or the lubricating oil of the internal combustion engine, glassy blockage of pores of the sensor element and poisoning of the electrodes can occur. As a result, a so-called poisoning of the sensor element occur, so that the function of the sensor element is impaired by a passivation of the catalytic activity. In order to prevent such a poisoning of the sensor element, see the unpublished DE 10 2005 061 890.1 the applicant to provide at least one phosphorus-binding element selected from the group consisting of calcium and / or magnesium and / or strontium and / or barium and / or the rare earth or any combination of these elements in a layer covering the exhaust gas electrode in the sample gas to bind contained phosphorus as a powdery, crystalline phosphorus compound.

Aus der DE 101 63 912 A1 ist ein Gassensor bekannt geworden, der auch bei Einsatz in mageren Gasgemischen eine hohe Standzeit und eine gute Messgenauigkeit aufweist. Hierzu erhält die Regel- und Auswerteschaltung des Gassensors ein Signal über Betriebszustände, bei denen das Messgas zumindest weitgehend dem Referenzgas entspricht. Während solcher Betriebszustände wird das Messgas automatisch mit einem vorgegebenen Wert verglichen und gegebenenfalls auf den vorgegebenen Wert kalibriert. Hierdurch können Verschmutzungen und Alterungsprozesse, insbesondere an den Elektroden, welche die Eigenschaften des Gassensors verändern, berücksichtigt werden und hierdurch die Betriebsweise und die Betriebsdauer des Gassensors erheblich verbessert bzw. verlängert werden.From the DE 101 63 912 A1 a gas sensor has become known, which has a long service life and good measuring accuracy even when used in lean gas mixtures. For this purpose, the control and evaluation circuit of the gas sensor receives a signal about operating states in which the measurement gas at least largely corresponds to the reference gas. During such operating conditions, the sample gas is automatically compared with a predetermined value and optionally calibrated to the predetermined value. This allows contamination and aging processes, in particular at the electrodes, which change the properties of the gas sensor, to be taken into account and, as a result, the mode of operation and the service life of the gas sensor can be considerably improved or extended.

Derartige Breitbandsonden werden getaktet betrieben. Der Sondenheizer ist dabei so ausgelegt, dass auch bei einer niedrigen Bordspannung, von beispielsweise 10,7 V und bei voller Anblasung durch den Abgasstrom die normale Betriebstemperatur des Gassensors gehalten werden kann.such Broadband probes are operated clocked. The probe heater is It is designed so that even with a low on-board voltage, of, for example, 10.7 V and at full blow by the exhaust stream the normal operating temperature of the gas sensor can be maintained.

Es hat sich nun gezeigt, dass insbesondere in auskühlenden Betriebsbedingungen im Magerbetrieb, insbesondere von Dieselmotoren, eine nachteilige Kennlinienveränderung aufgrund der sich verschließenden Diffusionsbarrieren auftreten kann.It has now been shown that, especially in cooling operating conditions in lean operation, especially of diesel engines, an adverse Characteristic change due to the occlusive Diffusion barriers may occur.

In derartigen auskühlenden Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors kann darüber hinaus keine Überhitzung über die normale Betriebstemperatur erzielt werden.In such a cooling In addition, operating conditions of the internal combustion engine can no overheating over the normal operating temperature can be achieved.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gassensor zu vermitteln, welcher insbesondere auch im Magerbetrieb ein vergiftungsstabiles ermöglicht.Of the The invention is therefore based on the object to provide a gas sensor, which in particular in lean operation a poisoning stable allows.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Der erfindungsgemäße Gassensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht ein vergiftungsstabiles Erfassen der Sondensignale im Magerbetrieb durch Ansteuern der Sondenheizung in vorgebbaren Betriebsphasen des Gassenors derart, dass eine Überhit zung des Gassensors erfolgt. Durch diese Überhitzung wird eine Vergiftung der Sonde wirkungsvoll verhindert.Of the Gas sensor according to the invention with the features of claim 1 allows a poisoning stable Detecting the probe signals in lean mode by controlling the probe heater in predetermined operating phases of the gas gate such that overheating tion the gas sensor takes place. This overheating causes poisoning the probe effectively prevented.

Unter Überhitzung versteht die vorliegende Anmeldung eine Erwärmung des Gassensors auf eine Betriebstemperatur von etwa 1000°C bis 1150°C.Under overheating the present application understands a heating of the gas sensor to a Operating temperature of about 1000 ° C up to 1150 ° C.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.By those in the dependent Claims listed measures are advantageous developments and improvements of the independent claim specified device possible.

So erfolgt die Ansteuerung der Sondenheizung durch die Regel- und Auswerteschaltung zur Herbeiführung der Überhitzung bevorzugt im Leerlaufbetrieb des Kraftfahrzeugs während einer Zeit von 5 bis 120 Sekunden, insbesondere 10 bis 30 Sekunden, vorzugsweise 20 Sekunden.So the control of the probe heater is performed by the control and evaluation circuit for the induction overheating preferably in the idle mode of the motor vehicle during a Time of 5 to 120 seconds, especially 10 to 30 seconds, preferably 20 seconds.

Um eine regelmäßige Überhitzung in einem bekannten Motorzyklus zu realisieren, ist ferner bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, die Sondenheizung durch die Regel- und Auswerteschaltung unmittelbar im Anschluss an einen Startvorgang des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs zur Herbeiführung der Überhitzung anzusteuern.Around a regular overheating in a known engine cycle to realize, is also in a further advantageous embodiment provided, the probe heater by the control and evaluation circuit immediately after a starting process of the internal combustion engine of the motor vehicle for bringing about overheating head for.

Eine längere Überhitzung ist dadurch möglich, dass die Ansteuerung der Sondenheizung durch die Regel- und Auswerteschaltung zur Herbeiführung der Überhitzung im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs erfolgt. Bevorzugt erfolgt die Ansteuerung dabei so lange, bis die zwischen der Referenz- und der Nernstelektrode abgreifbare elektrische Spannung unverändert ist und weiter für ein sich daran anschließendes Zeitintervall von etwa 5 bis 15, insbesondere 10 Sekunden.A prolonged overheating is possible because the control of the probe heating by the control and evaluation circuit to bring about the overheating in overrun operation of the motor vehicle. Preferably, the control takes place so long, until the tapped off between the reference and the Nernst electrode voltage is unchanged and continue for a subsequent time interval of about 5 to 15, in particular 10 seconds.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, die Sondenheizung durch die Regel- und Auswerteschaltung im Schubbetrieb oder im Leerlaufbetrieb des Kraftfahrzeugs gepulst anzusteuern, um so eine Überhitzung herbeizuführen.A sees another preferred embodiment before, the probe heating by the control and evaluation circuit in overrun mode or in the idle mode of the motor vehicle to trigger pulsed to such overheating bring about.

Die gepulste Heizdauer erfolgt dabei vorteilhafterweise über eine Zeit von etwa einer Sekunde. Die sich daran anschließende Abkühlperiode, in der die Sondenheizung nicht angesteuert wird, erfolgt über eine Zeitdauer von 4 Sekunden.The pulsed heating time is advantageously carried out over a Time of about one second. The subsequent cooling period, in which the probe heater is not controlled, via a Duration of 4 seconds.

Eine solche gepulste Ansteuerung kann insbesondere auch mehrfach hintereinander, bevorzugt bis zu 20 mal unmittelbar hintereinander erfolgen.A such pulsed activation can in particular also several times in succession, preferably be done up to 20 times directly after each other.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In 1 der Zeichnung ist eine schematische Schnittansicht eines Gassensors dargestellt und in 2 ist eine schematisierte Darstellung der Regel- bzw. Auswerteschaltung gezeigt.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description. In 1 the drawing is a schematic sectional view of a gas sensor is shown and in 2 is shown a schematic representation of the control or evaluation circuit.

Der in 1 gezeigte Gassensor 1 ist eine so genannte Breitbandlambdasonde zur Bestimmung eines Sauerstoffanteils in einem Abgas eines Verbrennungsmotors.The in 1 shown gas sensor 1 is a so-called broadband lambda probe for determining an oxygen content in an exhaust gas of an internal combustion engine.

Der Gassensor 1 ist als keramisches Laminat auch aus den einzelnen Schichten 2, 5, 7, 9, 14 ausgebildet. Eine elektrische Heizvorrichtung 4 sowie die zugehörigen Leiterbahnen zur elektrischen Stromzuführung sind in eine isolierende Schicht 3 eingebettet. In der Schicht 5 ist ein Referenzluftkanal 6 vorgesehen, in dem eine Referenzelektrode 8, beispielsweise aus porösem Platinmaterial angeordnet ist. Die Referenzelektrode 8 ist über eine anschließende schichtförmige Leiterbahn mit einem Anschlusskontakt des Gassensors verbunden (nicht dargestellt).The gas sensor 1 is as a ceramic laminate also from the individual layers 2 . 5 . 7 . 9 . 14 educated. An electric heater 4 and the associated conductor tracks for the electrical power supply are in an insulating layer 3 embedded. In the shift 5 is a reference air channel 6 provided in which a reference electrode 8th , For example, is arranged from porous platinum material. The reference electrode 8th is connected via a subsequent layer-shaped conductor to a terminal contact of the gas sensor (not shown).

Oberhalb der Festelektrolytschicht 7 ist eine strukturierte Festelektrolytschicht 9 mit einer großen Aussparung angeordnet, welche zentrisch zu einem den Körper des Gassensors 1 senkrecht zu dessen Schichten durchsetzenden Abgas-Zutrittsloch 10 angeordnet ist. Innerhalb der Aussparung ist unter Freilassung eines zum Zutrittsloch 10 konzentrischen Ringraums 11 poröses Material 12 als Diffusionsbarriere gegenüber einem eindiffundierenden Messgas angeordnet. Das Zutrittsloch 10 kann, wie dargestellt, als Sackloch oder abweichend von der Darstellung als eine den Körper des Gassensors 1 vollständig durchsetzende Öffnung ausgebildet sein. Im Bereich des Ringraums 11, der auch als Diffu sionskammer bezeichnet wird, trägt die Festelektrolytschicht 7 eine vorzugsweise für Gase permeable schichtförmige Nernstelektrode 3 aus porösem Platinmaterial.Above the solid electrolyte layer 7 is a structured solid electrolyte layer 9 arranged with a large recess, which centric to a the body of the gas sensor 1 perpendicular to its layers passing through the exhaust gas inlet hole 10 is arranged. Within the recess is released one of the access hole 10 concentric annulus 11 porous material 12 arranged as a diffusion barrier against a diffusing measuring gas. The access hole 10 can, as shown, as a blind hole or deviating from the representation as a the body of the gas sensor 1 completely penetrating opening may be formed. In the area of the annulus 11 , which is also referred to as Diffu sion chamber, carries the solid electrolyte layer 7 a preferably gas permeable layered Nernst electrode 3 made of porous platinum material.

Über der Schicht 9 bzw. dem porösen Material 12 liegt eine weitere Festelektrolytschicht 14, die auf ihrer, dem Ringraum und damit der Diffusionskammer 11 zugewandten Seite sowie auf ihrer dem Ringraum 11 abgewandten Seite jeweils vorzugsweise für Gase permeable innere und äußere Pumpelektroden 15, 16 aus zumindest bereichsweise porösem Platinmaterial aufweist, wobei die Elektroden 15, 16 so geformt sind, dass sie in Draufsicht auf die Schichten des Körpers des Gassensors 1 den Ringraum 11 zumindest im Wesentlichen überdecken. Über der Schicht 14 liegt noch eine gasdurchlässige Schutzschicht 17. Alle Festelektrolytschichten 2, 3, 5, 7, 9, 14 sind beispielsweise in Form von Folien aus Zirkondioxid, dem Yttriumoxid beigefügt ist, gefertigt.Over the shift 9 or the porous material 12 is another solid electrolyte layer 14 on their, the annulus and thus the diffusion chamber 11 facing side as well as on their the annulus 11 opposite side each preferably for gas permeable inner and outer pumping electrodes 15 . 16 has at least partially porous platinum material, wherein the electrodes 15 . 16 are shaped so that they are in plan view of the layers of the body of the gas sensor 1 the annulus 11 at least essentially cover. Over the shift 14 is still a gas-permeable protective layer 17 , All solid electrolyte layers 2 . 3 . 5 . 7 . 9 . 14 are for example in the form of films of zirconium dioxide, the yttria is added, made.

Die vorstehend beschriebene Breitbandsonde funktioniert wie folgt:
Das das Zutrittsloch 10 aufweisende Ende des Körpers ist im Abgasstrom bzw. in einem mit dem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors oder auch eines Heizgerätes kommunizierenden Bereich angeordnet, während das andere Ende des Körpers mit einem Referenzgas, in der Regel Luft, beaufschlagt wird.The broadband probe described above works as follows:
That the access hole 10 having end of the body is disposed in the exhaust stream or in a communicating with the exhaust stream of an internal combustion engine or a heater area, while the other end of the body with a reference gas, usually air, is applied.

Über den Referenzluftkanal 6, welcher am vorgenannten anderen Ende des Körpers 1 eine für das Referenzgas zugängige Öffnung aufweist, gelangt das Referenzgas bis in das in 1 sichtbare Endstück des Referenzgaskanals. Über das Zutrittsloch 10 gelangt Abgas zum porösen Material 12, durch das das Abgas in den Ringraum 11 diffundiert, der dementsprechend eine Diffusionskammer bildet.About the reference air channel 6 , which at the aforementioned other end of the body 1 has an accessible for the reference gas opening, the reference gas reaches into the in 1 visible end piece of the reference gas channel. About the access hole 10 Exhaust gas reaches the porous material 12 through which the exhaust gas enters the annulus 11 diffuses, which accordingly forms a diffusion chamber.

Wenn das abgasseitige Ende des Körpers 1 mittels der elektrischen Widerstandsheizung 4 beheizt wird, kann zwischen der Referenzelektrode 8 und der Nernstelektrode 13 eine elektrische Spannung abgegriffen werden, deren Maß von den Sauerstoff-Partialdrücken innerhalb des Endstückes des Referenzgaskanals 6 bzw. innerhalb des Ringraumes 11 abhängt. Hierbei wird der Effekt ausgenutzt, dass die Festelektrolytschichten 2, 3, 5, 7, 9, 14 Sauerstoffionen leiten und das Platinmaterial der vorgenannten Elektroden 8, 13 die Bildung dieser Sauerstoffionen katalysiert. Dabei tritt an den Elektroden 8, 13 eine von den jeweiligen Sauerstoff-Partialdrücken abhängige Potenzialdifferenz auf, die auch als Nernstspannung bezeichnet wird. Der Sauerstoff-Partialdruck in der Diffusionskammer 11 kann durch Anlegen einer externen elektrischen Spannung mit steuerbarer Polarität gesteuert werden. Die entsprechende Spannungsquelle wird an nicht dargestellte Kontakte angeschlossen, die mit den Pumpelektroden 15, 16 elektrisch verbunden sind, beispielsweise über im Laminat des Körpers des Gassensors 1 eingearbeitete Leiterbahnen.If the exhaust side of the body 1 by means of electrical resistance heating 4 is heated, can between the reference electrode 8th and the Nernst electrode 13 an electrical voltage can be tapped whose measure of the oxygen partial pressures within the tail of the reference gas channel 6 or within the annulus 11 depends. Here, the effect is exploited that the solid electrolyte layers 2 . 3 . 5 . 7 . 9 . 14 Pass oxygen ions and the platinum material of the aforementioned electrodes 8th . 13 catalyzes the formation of these oxygen ions. This occurs at the electrodes 8th . 13 a dependent on the respective oxygen partial pressures potential difference, which is also referred to as Nernst voltage. The partial pressure of oxygen in the diffusion chamber 11 can be controlled by applying an external voltage with controllable polarity. The ent speaking voltage source is connected to non-illustrated contacts with the pumping electrodes 15 . 16 are electrically connected, for example, in the laminate of the body of the gas sensor 1 integrated tracks.

Das Platinmaterial der Elektroden 15, 16 katalysiert die Gleichgewichtsreaktion von Sauerstoffionen zu molekularem Sauerstoff, wobei durch die externe elektrische Spannung zwischen den Elektroden 15, 16 ein Sauerstoffionenstrom mit von der elektrischen Spannung und der Polarität abhängiger Stärke und Richtung erzeugt wird. Die Stärke des Pumpstroms zwischen den Pumpelektroden 15, 16 wird als elektrisches Signal abgegriffen. Beispielweise kann durch Erfassung von Spannung und Stromstärke der elektrische Widerstand des über die Pumpelektroden führenden Stromkreises bestimmt werden. Die Pumpspannung und damit auch der zwischen den Pumpelektroden 15, 16 fließende Pumpstrom wird mittels eines Reglers so gesteuert, dass die zwischen der Referenzelktrode 8 und der Nernstelektrode 13 abgreifbare Nernstspannung immer einem festgelegten Sollwert entspricht. Damit ist der zwischen den Pumpelektroden 15, 16 abgreifbare elektrische Strom ein Maß für den Sauerstoffgehalt der Abgase relativ zum Referenzgas. Wenn beispielsweise die äußere Pumpelektrode 16 gegenüber der inneren Pumpelektrode 15 ein kleineres elektrisches Potenzial aufweist, entsprechen die Betriebsverhältnisse einem Abgas mit Lambda < 1. Bei umgekehrter Polarität liegen die Betriebsverhältnisse mit einem Lambda-Wert von Lambda > 1 vor. Auf diese Weise können die Werte von Lambda innerhalb eines großen Wertebereichs erfasst werden. Die in 2 dargestellte Regel- und Auswerteschaltung 20 ist über entsprechende Anschlüsse mit der Referenzelektrode 8 sowie den Pumpelektroden 15, 16 verbunden, wobei die innere Pumpelektrode 15 innerhalb der Breitband-Sonde mit der Nernstelektrode 13 elektrisch verbunden ist, sodass der zur inneren Pumpelektrode 15 führende Anschluss der Regel- und Auswerteschaltung 20 auch eine elektrische Verbindung mit der Nernstelektrode 13 aufweist.The platinum material of the electrodes 15 . 16 catalyzes the equilibrium reaction of oxygen ions to molecular oxygen, due to the external electrical voltage between the electrodes 15 . 16 an oxygen ion current is generated with voltage and polarity dependent strength and direction. The strength of the pumping current between the pumping electrodes 15 . 16 is tapped as an electrical signal. For example, by detecting voltage and current, the electrical resistance of the circuit passing through the pumping electrodes can be determined. The pumping voltage and thus also between the pumping electrodes 15 . 16 flowing pumping current is controlled by a regulator so that the between the reference electrode 8th and the Nernst electrode 13 tapped Nernst voltage always corresponds to a specified setpoint. This is between the pumping electrodes 15 . 16 tapped electric current is a measure of the oxygen content of the exhaust gases relative to the reference gas. For example, if the outer pumping electrode 16 opposite the inner pump electrode 15 has a smaller electrical potential, the operating conditions correspond to an exhaust gas with lambda <1. In reverse polarity are the operating conditions with a lambda value of lambda> 1 before. In this way, the values of lambda can be detected within a wide range of values. In the 2 illustrated control and evaluation circuit 20 is via appropriate connections with the reference electrode 8th and the pumping electrodes 15 . 16 connected, wherein the inner pumping electrode 15 within the broadband probe with the Nernst electrode 13 is electrically connected, so that the inner pumping electrode 15 leading connection of the control and evaluation circuit 20 also an electrical connection with the Nernst electrode 13 having.

Wie oben bereits erwähnt, wird beim Betrieb der Breitband-Sonde die elektrische Spannung zwischen der Nernstelektrode 13 bzw. der damit verbundenen inneren Pumpelektrode 15 und der Referenzelektrode 8 erfasst und mit einer vorgebbaren Sollspannung verglichen. In Abhängigkeit von der Soll-Istwert-Abweichung zwischen diesen beiden Spannungen wird eine Stromquelle, die Teil der Regel- und Auswerteschaltung 20 ist und die in einem die Pumpelektroden 15, 16 enthaltenen Pumpstromkreis elektrisch angeordnet ist, so gesteuert, dass der Pumpstrom, der der äußeren Pumpelektrode 16 zugeführt wird, erhöht oder verringert wird. Ein von der Pumpstromquelle erzeugtes Ausgangssignal wird nach weiterer Verarbeitung als ein digitales Signal wieder ausgegeben. Dieses Signal repräsentiert den Messwert für Lambda.As mentioned above, during operation of the broadband probe, the electrical voltage between the Nernst electrode 13 or the associated inner pumping electrode 15 and the reference electrode 8th recorded and compared with a predetermined target voltage. Depending on the setpoint-actual value deviation between these two voltages, a current source becomes part of the control and evaluation circuit 20 is and in one the pumping electrodes 15 . 16 contained pump circuit is arranged electrically, so controlled that the pumping current, that of the outer pumping electrode 16 is supplied, increased or decreased. An output signal generated by the pumping power source is output again as a digital signal after further processing. This signal represents the measured value for lambda.

Derartige Breitband-Lambdasonden werden nun insbesondere in Verbrennungsmotoren mit Magerbetrieb, wie beispielsweise Dieselmotoren eingesetzt. Hierbei kann aufgrund der Phosphoranteile im Abgas, die durch Verunreinigungen/Additive des Kraftstoffs oder des Schmieröls des Verbrennungsmotors verursacht werden, eine Vergiftung des Gassensors durch glasartige Verstopfungen der Poren der Elektroden hervorgerufen werden, die eine Beeinträchtigung der Funktion des Gassensors durch eine Passivierung der katalytischen Aktivität zur Folge haben. Um nun einen vergiftungsstabilen Magerbetrieb zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass die Regel- und Auswerteschaltung 20 in vorgebbaren Betriebsphasen des Kraftfahrzeugs und damit des Verbrennungsmotors und des Gassensors so angesteuert wird, dass eine Überhitzung des Gassensors 1 erfolgt. Hierzu wird die Sondenheizung 4 in den vorgebbaren Betriebsphasen, die durch ein Eingangssignal 23 der Regel- und Auswerteschaltung signalisiert werden, so angesteuert, dass der Gassensor auf eine Betriebstemperatur von etwa 1000°C bis 1150°C erhitzt und damit gegenüber der normalen Betriebstemperatur überhitzt wird. Eine dieser Betriebsphasen ist beispielsweise der Leerlauf. Dabei erfolgt die Überhitzung während einer Zeit von 5 bis 20 Sekunden, insbesondere 20 Sekunden, in der der Gassensor mit vollem Einschalttakt betrieben wird.Such broadband lambda probes are now used in particular in combustion engines with lean operation, such as diesel engines. In this case, due to the phosphorus components in the exhaust gas, which are caused by impurities / additives of the fuel or the lubricating oil of the internal combustion engine, a poisoning of the gas sensor can be caused by glassy blockages of the pores of the electrodes, the impairment of the function of the gas sensor by a passivation of the catalytic activity have as a consequence. In order to ensure now a poison-stable lean operation, it is provided that the control and evaluation circuit 20 is driven in predetermined operating phases of the motor vehicle and thus of the internal combustion engine and the gas sensor so that overheating of the gas sensor 1 he follows. For this purpose, the probe heater 4 in the predefinable operating phases, by an input signal 23 the control and evaluation circuit are signaled, so controlled that the gas sensor is heated to an operating temperature of about 1000 ° C to 1150 ° C and thus overheated compared to the normal operating temperature. One of these operating phases is, for example, idling. The overheating takes place during a time of 5 to 20 seconds, in particular 20 seconds, in which the gas sensor is operated with a full switch-on cycle.

Es kann auch eine Überhitzung beim Start des Verbrennungsmotors vorgesehen sein. Hierbei wird ein regelmäßiger Überhitzungsschritt in einem bekannten Motorzyklus dadurch realisiert, dass direkt im Anschluss an die Startrampe eine Überhitzung durchgeführt wird. In dieser Betriebsphase sind keine hohen Drehzahlen zu erwarten und damit ist auch eine Auskühlung der Sonde nicht zu erwarten.It can also be overheating be provided at the start of the engine. This is a regular overheating step realized in a known engine cycle, that directly in the Connection to the launch ramp overheating is performed. In this phase of operation, no high speeds are expected and that is also a cooling the probe is not expected.

Auch eine lange Überhitzung kann realisiert werden dadurch, dass vorzugsweise im Schubbetrieb die Überhitzung so lange erfolgt, bis sich keine Änderung der Sondenspan nung, die zwischen den Elektroden 15 bzw. 13 und 8 abgegriffen wird, mehr ergibt und im Anschluss daran die Überhitzung noch um etwa weitere 10 Sekunden weitergeführt wird. Nach diesem Überhitzungsintervall wird die Heizspannung durch die Regel- und Auswerteschaltung 20 wieder auf Normalbetrieb umgeschaltet.Also, a long overheating can be realized in that preferably in the overrun overheating takes place until there is no change in the probe clamping voltage between the electrodes 15 respectively. 13 and 8th is tapped, yields more and then the overheating is continued for about another 10 seconds. After this overheating interval, the heating voltage is controlled by the control and evaluation circuit 20 switched back to normal operation.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Regel- und Auswerteschaltung 20 eine gepulste Überhitzung des Gassensors vornimmt. Diese gepulste Überhitzung findet vorzugsweise im Schubbetrieb oder im Leerlauf des Fahrzeugs statt. Der Gassensor 1 wird dabei mit Heizpulsen beaufschlagt, deren Heizdauer vorzugsweise 1 Sekunde beträgt, wohingegen die Abkühlperiode, in der der Gassensor 1 nicht beheizt wird, vorzugsweise 4 Sekunden beträgt. Dieser gepulste Betrieb kann auch mehrmals, bis zu 20 mal direkt hintereinander wiederholt werden.Another advantageous embodiment provides that the control and evaluation circuit 20 performs a pulsed overheating of the gas sensor. This pulsed overheating is preferably in coasting or idling of the vehicle. The gas sensor 1 is thereby acted upon by heating pulses whose heating time is preferably 1 second, whereas the cooling period, in the gas sensor 1 is not heated, preferably 4 seconds. This pulsed operation can also be repeated several times, up to 20 times directly after each other.

In jedem Falle ermöglicht die Überhitzung einen vergiftungsstabilen Magerbetrieb des Gassensors.In every case possible the overheating a poison-stable lean operation of the gas sensor.

Claims

Gas sensor ( 1 ), in particular lambda probe for motor vehicles with internal combustion engines, with at least one in a reference gas channel ( 6 ) arranged reference electrode ( 8th ) and a Nernst electrode ( 13 ) coming from the reference electrode ( 8th ) by a for ion, in particular oxygen ions, conductive solid electrolyte layer ( 7 ) separated in a with a sample gas via a diffusion path ( 10 . 12 ) communicating diffusion chamber ( 11 ), with one within this diffusion chamber ( 11 ) arranged inner pumping electrode ( 15 ) as well as by a solid electrolyte layer ( 14 ) of the ceramic body cooperating and exposed to the measuring gas outer pumping electrode ( 16 ), with a controllable probe heating ( 4 ), by which the gas sensor can be heated to a predeterminable operating temperature, and with an electronic control and evaluation circuit ( 20 ), which on the one hand via the pumping electrodes ( 15 . 16 ) in such a way that one between the reference and Nernst electrodes ( 8th . 13 ) tapped electrical voltage has a predefinable setpoint, and on the other hand implements a variable for the regulation of the pumping circuit variable manipulated variable in a measuring signal, characterized in that by the control and evaluation circuit ( 20 ) the probe heater ( 4 ) is controlled in predetermined operating phases so that overheating of the gas sensor takes place.

Gas sensor according to claim 1, characterized in that the probe heater ( 4 ) by the control and evaluation circuit ( 20 ) is driven during idle operation of the motor vehicle during a time of 5 to 120 seconds, in particular 10 to 30 seconds, preferably 20 seconds to bring about overheating.

Gas sensor according to claim 1, characterized in that the probe heater ( 4 ) by the control and evaluation circuit ( 20 ) is driven immediately after a starting operation of the internal combustion engine of the motor vehicle to bring about overheating.

Gas sensor according to claim 1, characterized in that the probe heater ( 4 ) by the control and evaluation circuit ( 20 ) is driven in the overrun operation of the motor vehicle to bring about overheating.

Gas sensor according to claim 4, characterized in that the control of the probe heater ( 4 ) in the overrun mode until the time between the reference and the Nernst electrodes ( 8th . 13 ) tapped electrical voltage is unchanged and for a subsequent time interval of 5 to 15, in particular 10 seconds.

Gas sensor according to claim 1, characterized in that the probe heater ( 4 ) by the control and evaluation circuit ( 20 ) is pulsed to induce overheating in overrun or idle of the motor vehicle.

Gas sensor according to claim 6, characterized in that the pulsed heating time over a period of one second and the subsequent cooling period in which the probe heater ( 4 ) is not driven over a period of 4 seconds.

Gas sensor according to claim 6 or 7, characterized in that the pulsed control of the probe heater ( 4 ) is repeated up to 20 times immediately after one another.