DE102006060633A1 - Method for operating a sensor element and sensor element for determining the concentration of gas components in a gas mixture - Google Patents

Method for operating a sensor element and sensor element for determining the concentration of gas components in a gas mixture Download PDF

Info

Publication number
DE102006060633A1
DE102006060633A1 DE102006060633A DE102006060633A DE102006060633A1 DE 102006060633 A1 DE102006060633 A1 DE 102006060633A1 DE 102006060633 A DE102006060633 A DE 102006060633A DE 102006060633 A DE102006060633 A DE 102006060633A DE 102006060633 A1 DE102006060633 A1 DE 102006060633A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrode
gas
nernst
reference electrode
concentration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102006060633A
Other languages
German (de)
Inventor
Thomas Seiler
Lothar Diehl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102006060633A priority Critical patent/DE102006060633A1/en
Priority to PCT/EP2007/063578 priority patent/WO2008077745A1/en
Publication of DE102006060633A1 publication Critical patent/DE102006060633A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/2406—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
    • F02D41/2425—Particular ways of programming the data
    • F02D41/2429—Methods of calibrating or learning
    • F02D41/2451—Methods of calibrating or learning characterised by what is learned or calibrated
    • F02D41/2454—Learning of the air-fuel ratio control
    • F02D41/2461—Learning of the air-fuel ratio control by learning a value and then controlling another value
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/12—Introducing corrections for particular operating conditions for deceleration
    • F02D41/123—Introducing corrections for particular operating conditions for deceleration the fuel injection being cut-off

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten in einem Gasgemisch, insbesondere der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen, mit zwei zusammen mit einem Festelektrolyten (12) eine Pumpzelle (19) bildenden Elektroden, deren Außenpumpelektrode (16) über eine poröse Schutzschicht (23) dem Gasgemisch ausgesetzt ist, und mit einer in dem Festelektrolyten angeordneten Referenzelektrode (42), die mit dem Festelektrolyten (12) und einer Nernst-Elektrode (50) eine Konzentrations- oder Nernst-Zelle (45) bildet, ist dadurch gekennzeichnet, dass in vorgebbaren Betriebsarten der Brennkraftmaschine bei einer sich selbsttätig einstellenden, nicht vorgegebenen Gasatmosphäre an der Referenzelektrode eine sich zwischen der Referenzelektrode und der Nernst-Elektrode einstellende Spannung erfasst und in Abhängigkeit von dieser Spannung der Pumpstrom eingestellt wird.A method for operating a sensor element for determining the concentration of gas components in a gas mixture, in particular the concentration of gas components in the exhaust gas of internal combustion engines, comprising two together with a solid electrolyte (12) a pump cell (19) forming electrodes whose outer pumping electrode (16) via a porous protective layer (23) is exposed to the gas mixture, and with a in the solid electrolyte arranged reference electrode (42) which forms a concentration or Nernst cell (45) with the solid electrolyte (12) and a Nernst electrode (50) characterized in that detected in predetermined operating modes of the internal combustion engine at a self-adjusting, non-predetermined gas atmosphere at the reference electrode an adjusting between the reference electrode and the Nernst electrode voltage and adjusted in dependence on this voltage, the pump current.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements und ein Sensorelement zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten in einem Gasgemisch, insbesondere zur Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen, nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche 1 und 7.The The invention relates to a method for operating a sensor element and a sensor element for determining the concentration of gas components in a gas mixture, in particular for the concentration of gas components in the exhaust gas of internal combustion engines, according to the preamble of the independent claims 1 and 7th

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens.object The present invention also includes computer program and a Computer program product with a program code on a machine-readable carrier is stored to carry of the procedure.

Im Stand der Technik sind unterschiedliche Konzentrationssonden bekannt. So werden beispielsweise sogenannte Sprungsonden zur Bestimmung der Luftzahl eingesetzt. Bei diesen Sprungsonden wird das Potenzial einer abgasseitigen Elektrode relativ zu einer sauerstoffbespülten Referenzelektrode gemessen. Dieses Potenzial ändert sich über weite Lambda-Bereiche nur geringfügig. Bei Lambda = 1 dagegen springt das Potenzial um mehrere Hundert mV. Dieser Sprung in der Kennlinie der Sprungsonde wird zur Bestimmung des Lambda = 1 – Punktes verwendet.in the State of the art, different concentration probes are known. For example, so-called jump probes are used for the determination the air ratio used. With these jump probes, the potential becomes an exhaust gas-side electrode relative to an oxygen-purged reference electrode measured. This potential is changing over wide lambda ranges only slightly. At lambda = 1 against the potential jumps by several hundred mV. This jump in the Characteristic of the jump probe is used to determine the lambda = 1 point used.

Darüber hinaus werden zur Bestimmung der Luftzahl sogenannte Breitband-Lambda-Sonden eingesetzt. Sie bestehen im Wesentlichen aus einer Kombination von herkömmlicher, als galvanische Zelle wirkender Konzentrationssonde (Nernst-Sonde) sowie einer Grenzstrom- oder „Pump"-Zelle. An der Pumpzelle, die von gleicher Art ist wie eine übliche Konzentrationszelle, wird lediglich von außen eine Spannung angelegt. Ist die Spannung groß genug, stellt sich ein „Grenzstrom" ein, der proportional dem Unterschied der Sauerstoffkonzentration auf beiden Seiten der Sonde ist. Mit dem Strom werden – polaritätsabhängig – Sauerstoffatome transportiert. Eine elektronische Regelschaltung bewirkt, dass der Konzentrationssonde von der Pumpzelle über einen sehr engen Diffusionsspalt immer genau so viel Sauerstoff aus dem Abgas zugeführt wird, dass an ihr der Zustand Lambda = 1 herrscht. Bei Luftüberschuss im Abgas, im sogenannten Magerbereich, wird demgemäß Sauerstoff abgepumpt, wohingegen bei geringem Restsauerstoffgehalt des Abgases, im sogenannten fetten Bereich, durch Umkehrung der Pumpspannung Sauerstoff zugeführt wird. Der jeweilige Pumpstrom, der proportional zum Sauerstoff- oder Fettgasgehalt im Abgas ist, bildet das Ausgangssignal. Die Messung der Konzentration im Messhohlraum erfolgt anhand der Bestimmung der Nernst-Spannung zwischen der Nernst-Elektrode im Hohlraum und einer sauerstoffbespülten Referenzelektrode im Referenzraum. Derartige Sensoren gehen aus der Buchveröffentlichung Bosch Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 25. Auflage, 2003 hervor, auf die vorliegend Bezug genommen wird.In addition, broadband lambda probes are used to determine the air ratio. They essentially consist of a combination of a conventional concentration probe (Nernst probe) acting as a galvanic cell and a limiting current or "pump" cell: the pump cell, which is of the same type as a conventional concentration cell, becomes an external one If the voltage is high enough, a "cutoff current" is established, which is proportional to the difference in oxygen concentration on both sides of the probe. Depending on the polarity, the electricity is used to transport oxygen atoms. An electronic control circuit causes the concentration probe of the pumping cell via a very narrow diffusion gap is always supplied as much oxygen from the exhaust gas, that at her the state lambda = 1 prevails. In the case of excess air in the exhaust gas, in the so-called lean area, oxygen is accordingly pumped off, whereas oxygen is supplied by reversing the pumping voltage at a low residual oxygen content of the exhaust gas, in the so-called rich region. The respective pumping current, which is proportional to the oxygen or fat gas content in the exhaust gas, forms the output signal. The measurement of the concentration in the measuring cavity is based on the determination of the Nernst voltage between the Nernst electrode in the cavity and an oxygen-purged reference electrode in the reference space. Such sensors go out of the Book publication Bosch Kraftfahrisches Taschenbuch, 25th edition, 2003 referred to herein.

Sowohl bei Breitband-Lambda-Sonden als auch bei Sprungsonden wird die Referenzelektrode dabei entweder über einen Referenzgaskanal oder über eine zusätzliche Sauerstoffpumpe („gepumpte Referenz") mit Sauerstoff versorgt („bespült").Either With broadband lambda probes as well as with jump probes, the reference electrode is included either over a reference gas channel or over an additional Oxygen pump ("pumped reference") with oxygen supplied ("rinsed").

Um eine derartige Sonde auf Betriebstemperatur zu bringen, ist ferner eine Heizeinrichtung vorgesehen, die in den das Sensorelement bildenden Festelektrolyten eingebettet ist.Around To bring such a probe to operating temperature is further a heating device provided, which in the sensor element forming solid electrolyte is embedded.

Bei einer Breitband-Lambda-Sonde mit einem Referenzgaskanal wirkt sich dieser nachteilig auf die thermische Ankopplung der Pumpzelle an den Heizer aus. Bei Breitband-Lambda-Sonden und bei Sprungsonden, bei denen die Referenzelektrode in den Festelektrolyten eingebettet ist, ist die gepumpte Referenz mit einer Polarisation der Messelektrode verbunden. Darüber hinaus ist bei sämtlichen Gassensoren eine Anfälligkeit für eine Vergiftung der Referenzelektrode durch Fettgas festzustellen. So können beispielsweise bei Lambda-Sonden mit einem Referenzluftkanal Fettgase durch diesen Kanal zur Referenzelektrode gelangen. Bei Breitband-Lambda-Sonden mit einer gepumpten Referenz muss die Elektrodenzuleitung offen genug ausgeführt werden, um den Sauerstoffabtransport zu ermöglichen. Dies führt aber dazu, dass in den Betriebsarten, in denen die Sonde oder die gepumpte Referenz nicht betrieben wird, Fettgase eindringen können.at a broadband lambda probe with a reference gas channel affects this adversely affects the thermal coupling of the pumping cell the heater off. For broadband lambda probes and jump probes, where the reference electrode embedded in the solid electrolyte is, the pumped reference is connected to a polarization of the measuring electrode. About that addition is in all Gas sensors a susceptibility for one Detecting poisoning of the reference electrode by fat gas. So can For example, lambda probes with a reference air channel grease gases pass through this channel to the reference electrode. For broadband lambda probes with a pumped reference, the electrode lead must be open done enough to allow oxygen removal. But this leads to that in the modes in which the probe or the pumped Reference is not operated, fat gases can penetrate.

Dieses Phänomen wird als „Characteristic Shift Down" (CSD) bezeichnet.This phenomenon is called "Characteristic Shift Down "(CSD) designates.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Gassensors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und der Gassensor zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten in einem Gasgemisch mit den Merkmalen des Anspruchs 7 weisen demgegenüber den Vorteil auf, dass die Referenzelektrode ohne Referenzpumpstrom und ohne Referenzluftkanal betrieben wird. Die Referenzelektrode wird vielmehr als „fliegende Referenz" betrieben. Sie ist vollständig und gasdicht in den Festelektrolyten eingebettet und ist auf diese Weise weniger anfällig für Vergiftungen durch Fettgas. Ein Abgleich der Referenzelektrode wird dadurch auf sehr einfache Weise erreicht, dass in vorgegebenen Betriebsarten der Brennkraftmaschine bei sich selbsttätig einstellender, nicht vorgegebener Gasatmosphäre die sich zwischen der Referenzelektrode und der Nernst-Elektrode einstellende Spannung ermittelt wird.The inventive method for operating a gas sensor with the features of claim 1 and the gas sensor for determining the concentration of gas components in a gas mixture with the features of claim 7 have the advantage over the fact that the reference electrode is operated without reference pump flow and without reference air duct. The reference electrode is instead operated as a "flying reference." It is completely and gas-tightly embedded in the solid electrolyte, making it less susceptible to poisoning by grease gas, thereby making it possible to adjust the reference electrode in a very simple way, in the given operating modes of the internal combustion engine in self-adjusting, non-predetermined gas atmosphere extending between the reference electrode and the Nernst electric de setting voltage is determined.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Verfahrens und des Sensorelements möglich.By those in the dependent Claims listed measures are advantageous developments and improvements in the independent claims specified method and the sensor element possible.

So ist eine derartige fliegende Referenz vorteilhafterweise sowohl bei einer Sprungsonde als auch bei einer Breitbandsonde vorgesehen.So such a flying reference is advantageously both provided with a jumping probe as well as a broadband probe.

Bei einer Sprungsonde ist dabei die die Nernst-Elektrode bildende Elektrode eine dem Gasgemisch über eine poröse Schutzschicht ausgesetzte Außenelektrode. Bei einer Breitband-Lambda-Sonde ist neben der Nernstzelle, welche die Nernst-Elektrode und die Referenzelektrode umfasst, eine Pumpzelle vorgesehen mit einer Außenpumpelektrode und einer Innenpumpelektrode. Die Innenpumpelektrode kann zusammen mit der Nernst-Elektrode auf an sich bekannte Weise in einem Messhohlraum angeordnet sein, der durch eine Diffusionsbarriere von dem Abgas getrennt ist und sich im Inneren des Festelektrolyten befindet.at a jump probe is the electrode forming the Nernst electrode a the gas mixture over a porous one Protective layer exposed outer electrode. In a broadband lambda probe is next to the Nernst cell, which the Nernst electrode and the reference electrode comprises a pump cell provided with an external pumping electrode and an inner pumping electrode. The inner pumping electrode can be put together with the Nernst electrode in a known manner in a measuring cavity be arranged, through a diffusion barrier of the exhaust gas is separated and located inside the solid electrolyte.

Die Betriebsarten der Brennkraftmaschine, in denen die sich zwischen der Referenzelektrode und der Nernst-Elektrode einstellende Abgleich-Spannung ermittelt wird, sind bevorzugt der Schubbetrieb des Fahrzeugs oder eine Betriebsart des Fahrzeugs, in der die Luftzahl Lambda = 1 beträgt oder ein Fett-Betrieb der Brennkraftmaschine.The Operating modes of the internal combustion engine, in which the between the reference electrode and the Nernst electrode adjusting adjustment voltage is determined, are preferably the overrun operation of the vehicle or an operating mode of the vehicle in which the air ratio lambda = 1 or a fat operation of the internal combustion engine.

Diese Betriebsart kann beispielsweise festgestellt werden durch eine zweite Sonde oder durch einen Grenzstrombetrieb der Pumpzelle der Breitband-Lambda-Sonde selbst.These Operating mode can be determined, for example, by a second Probe or by a limiting current operation of the pumping cell of the broadband lambda probe itself.

Wenn bei Erfassung die sich zwischen der Referenzelektrode und der Nernst-Elektrode in diesen vorgegebenen Betriebsarten einstellende Spannung eine vorgebbare erste Schwelle unterschreitet oder eine vorgebbare zweite Schwelle überschreitet, wird zur Einstellung einer optimalen Betriebsweise bevorzugt über einen vorgebbaren definierten Zeitraum ein positiver bzw. negativer Pumpstrom in die Referenzelektrode eingespeist.If when detected in this between the reference electrode and the Nernst electrode predetermined operating voltage setting a predeterminable first threshold falls below or exceeds a predetermined second threshold is for setting an optimal mode of operation preferably via a predefinable defined period of time, a positive or negative pumping current fed into the reference electrode.

Der erfindungsgemäße Gassensor ist dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzelektrode gasdicht in den Festelektrolyten eingebettet ist und damit sehr vorteilhaft gegenüber Vergiftungen durch Fettgas weniger empfindlich ist als dies bei aus dem Stand der Technik bekannten Lambda-Sonden der Fall ist.Of the Gas sensor according to the invention is characterized in that the reference electrode gas-tight embedded in the solid electrolyte and thus very advantageous across from Poisoning by fat gas is less sensitive than this known from the prior art lambda probes is the case.

Bevorzugt weist die Referenzelektrode auch ein großes Volumen, insbesondere eine große flächige Ausdehnung auf, um die Speicherfähigkeit zu verbessern und so die Referenzspannung gegenüber Änderungen träger zu machen. Hierdurch ist ein Einspeisen eines positiven oder negativen Pumpstroms der Referenzelektrode erst nach einer wesentlich längeren Zeit, beispielsweise erst nach einigen Stunden notwendig im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Referenzelektroden, die alle kleinere Volumina und einen Zugang von außen aufweisen.Prefers the reference electrode also has a large volume, in particular a size area Expansion to the storage capability to improve and thus make the reference voltage against changes carrier. This is a feeding a positive or negative pump current of Reference electrode only after a much longer time, for example only after a few hours necessary as opposed to off the state The technology known reference electrodes, all smaller volumes and outside access exhibit.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:embodiments The invention is illustrated in the drawings and in the following Description closer explained. Show it:

1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Breitband-Lambda-Sonde mit Referenzluftkanal; 1 a known from the prior art broadband lambda probe with reference air duct;

2 eine aus dem Stand der Technik bekannte Breitband-Lambda-Sonde mit eingebetteter Referenzelektrode, die mit einem Referenzpumpstrom betrieben wird; 2 a prior art broadband lambda probe with embedded reference electrode operating at a reference pump current;

3 einen erfindungsgemäßen als Breitband-Lambda-Sonde ausgeführten Gassensor mit einer Mess- und Auswerteschaltung, 3 a gas sensor according to the invention designed as a broadband lambda probe with a measurement and evaluation circuit,

4 einen erfindungsgemäßen als Sprungsonde ausgeführten Gassensor und 4 a gas sensor according to the invention designed as a jump probe and

5 schematisch das Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Betreiben eines Gassensors gemäß vorliegender Erfindung. 5 schematically the flowchart of the method for operating a gas sensor according to the present invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes, auch als Breitband-Lambda-Sonde bezeichnetes Sensorelement zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten in einem Gasgemisch, insbesondere der Konzentration der Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen dargestellt. Dieses Sensorelement weist einen dem Abgas der (nicht dargestellten) Brennkraftma schine bzw. einem sonstigen Gasgemisch ausgesetzten planaren Sensorkörper 10 auf. Der Sensorkörper 10 selbst umfasst einen Festelektrolyten 12, z. B. eine mit Y2O3 stabilisierte ZrO2-Keramik, in der ein beispielsweise ringförmiger Hohlraum 13 ausgebildet ist. Der Hohlraum 13 steht über eine zentrale Öffnung 14, die im Wesentlichen senkrecht in den Festelektrolyten 12 eingebracht ist, mit dem Abgas über eine poröse Diffusionsbarriere 15 in Verbindung.In 1 is a known from the prior art, also referred to as broadband lambda probe sensor element for determining the concentration of gas components in a gas mixture, in particular the concentration of the gas components in the exhaust gas of internal combustion engines. This sensor element has an exhaust gas of the (not shown) Brennkraftma machine or other gas mixture exposed planar sensor body 10 on. The sensor body 10 itself includes a solid electrolyte 12 , z. B. a stabilized with Y 2 O 3 ZrO 2 ceramic, in an example, an annular cavity 13 is trained. The cavity 13 is above a central opening 14 which are substantially perpendicular in the solid electrolyte 12 is introduced, with the exhaust gas through a porous diffusion barrier 15 in connection.

Auf der Oberseite des Festelektrolyten 12 ist eine von einer porösen Schutzschicht 23 überdeckte, großflächige Außenpumpelektrode 16 und innerhalb des Hohlraums 13 ist auf der der Außenpumpelektrode 16 abgewandten Seite des Festelektrolyten 12 eine Innenpumpelektrode 17 angeordnet. Die Innenpumpelektrode 17 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel kreisringförmig ausgebildet und an ein Nullpotenzial gelegt.On top of the solid electrolyte 12 is one of a porous protective layer 23 covered, large external pumping electrode 16 and inside the cavity 13 is on the outside pumping electro de 16 opposite side of the solid electrolyte 12 an inner pump electrode 17 arranged. The inner pump electrode 17 is formed in the illustrated embodiment circular ring and placed on a zero potential.

Die Außenpumpelektrode 16 und die Innenpumpelektrode 17 bilden zusammen mit dem Festelektrolyten 12 eine Pumpzelle 19.The external pump electrode 16 and the inner pumping electrode 17 form together with the solid electrolyte 12 a pump cell 19 ,

Eine Referenzelektrode 42 ist im Inneren eines Referenzgasvolumens 40 an dem Festelektrolyten 12 angeordnet. Eine Nernst-Elektrode 50 ist im Bereich des auch als Messgasraum bezeichneten Hohlraums 13 der Innenpumpelektrode 17 gegenüberliegend und wie diese kreisringförmig ausgebildet. Die Nernst-Elektrode 50 liegt wie auch die Innenpumpelektrode 17 auf Nullpotenzial.A reference electrode 42 is inside a reference gas volume 40 on the solid electrolyte 12 arranged. A Nernst electrode 50 is in the range of the cavity, also referred to as sample gas space 13 the inner pump electrode 17 opposite and how this is annular. The Nernst electrode 50 lies as well as the inner pumping electrode 17 to zero potential.

Die Innenpumpelektrode 17 und die im Referenzgasvolumen 40 angeordnete Referenzelektrode 42 bilden zusammen eine Nernst- bzw. Konzentrationszelle 45.The inner pump electrode 17 and in the reference gas volume 40 arranged reference electrode 42 together form a Nernst or concentration cell 45 ,

Unterhalb des Hohlraums 13 und des Referenzgasvolumens 40 ist ein Heizer 22 in einer Heizerisolationsschicht angeordnet, der beispielsweise mäanderförmig ausgebildet sein kann. Der Heizer 22 heizt den Festelektrolyten 12 auf eine vorgebbare, für die Messung erforderliche Temperatur auf. Hierzu ist eine in der Figur nicht dargestellte, an sich bekannte Steuerschaltung vorgesehen.Below the cavity 13 and the reference gas volume 40 is a heater 22 arranged in a Heizerisolationsschicht, which may be formed, for example, meandering. The heater 22 heats the solid electrolyte 12 to a predetermined temperature required for the measurement. For this purpose, a not shown in the figure, known per se control circuit is provided.

Zur Signalerfassung und -auswertung ist eine Mess- und Auswerteschaltung vorgesehen, die im Wesentlichen einen Differenzverstärker 68 umfasst, an dessen einem Eingang eine Referenzspannung anliegt, die bevorzugt 450 mV beträgt, und dessen anderer Eingang mit der Referenzelektrode 42 elektrisch leitend verbunden ist. Der Ausgang des Differenzverstärkers 68 ist über einen Stromteiler bestehend aus einem Messwiderstand RM 70 und einem Abgleichwiderstand RAbg. 69 an die äußere Pumpelektrode 16 geführt. Die über dem Messwiderstand RM abfallende Spannung ist proportional dem Pumpstrom, der der äußeren Pumpelektrode 16 zugeführt wird und dieser wiederum stellt ein Maß dar für die Luftzahl Lambda in dem Abgas der Brennkraftmaschine.For signal acquisition and evaluation, a measurement and evaluation circuit is provided which essentially comprises a differential amplifier 68 comprises, at one input of which a reference voltage is applied, which is preferably 450 mV, and whose other input to the reference electrode 42 is electrically connected. The output of the differential amplifier 68 is a current divider consisting of a measuring resistor R M 70 and a balancing resistor R Abg. 69 to the outer pumping electrode 16 guided. The voltage drop across the measuring resistor R M is proportional to the pumping current, that of the outer pumping electrode 16 is supplied and this in turn represents a measure of the air ratio lambda in the exhaust gas of the internal combustion engine.

Bei dem in 1 dargestellten Gassensor wirkt sich der Referenzgaskanal 40 dahingehend nachteilig aus, dass er eine thermische Ankopplung der Pumpzelle 19 an die Heizung 22 negativ beeinflusst. Der Referenzgaskanal stellt nämlich im weitesten Sinne eine Wärmeisolation dar. Darüber hinaus können in den Referenzgaskanal 40 Fettgase eindringen, die zu einer Vergiftung der Referenzelektrode 42 führen, was als sogenanntes Characteristic Shift Down (CSD) bekannt ist.At the in 1 shown gas sensor affects the reference gas channel 40 to the disadvantage that it is a thermal coupling of the pumping cell 19 to the heater 22 negatively influenced. The reference gas channel is in the broadest sense a thermal insulation. In addition, in the reference gas channel 40 Fat gases penetrate, causing poisoning of the reference electrode 42 lead what is known as a so-called Characteristic Shift Down (CSD).

Einen solchen Referenzgaskanal 40 weist der in 2 dargestellte ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannte Gassensor nicht auf. Bei der in 2 dargestellten Breitband-Lambda-Sonde sind gleiche Elemente wie die in 1 dargestellten mit den gleichen Bezugszeichen versehen, sodass bezüglich deren Beschreibung auf das Vorstehende vollinhaltlich Bezug genommen wird. Im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten Gassensor ist bei dem in 2 dargestellten Gassensor die Referenzelektrode 42 in den Festelektrolyten 12 eingebettet. Eingebettet bedeutet hierbei, dass sowohl die Referenzelektrode 42 als auch deren Zuleitung offen ausgeführt sind, also beispielsweise als Cermet ausgeführt sind, um so einen Sauerstoffabtransport zu ermöglichen. Diese offene Ausführung insbesondere auch der Elektrodenzuleitung erlaubt es, dass dann, wenn die Sonde nicht betrieben wird, Fettgase eindringen können, die zu der vorstehend erwähnten Vergiftung der Referenzelektrode 42 führen.Such a reference gas channel 40 has the in 2 also not known from the prior art gas sensor. At the in 2 shown broadband lambda probe are the same elements as in 1 are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the above with respect to the description in full. Unlike the in 1 shown gas sensor is in the in 2 shown gas sensor, the reference electrode 42 in the solid electrolyte 12 embedded. Embedded here means that both the reference electrode 42 as well as their supply line are designed to be open, so for example, designed as cermet, so as to allow Sauerstoffabtransport. This open design, in particular also the electrode feed line allows that, when the probe is not operated, fat gases can penetrate, leading to the aforementioned poisoning of the reference electrode 42 to lead.

Um dieses Problem zu beseitigen, sieht die Erfindung eine sogenannte „fliegende Referenz" vor. Ein erfindungsgemäßer Gassensor in Form einer Breitbandsonde ist in 3 dargestellt, wobei bei dem in 3 dargestellten Gassensor gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind wie bei den in 1 und 2 dargestellten Gassensoren. Im Gegensatz zu dem in 2 dargestellten Gassensor ist bei dem in 3 dargestellten Gassensor die Referenzelektrode 42 vollständig und gasdicht in dem Festelektrolyten 12 eingebettet. Die Elektrodenzuleitung 43 ist hier anders als bei dem in 2 dargestellten Gassensor nicht offen ausgeführt, sondern als metallische Leitung, insbesondere als Platinleitung. Hierdurch wird ein Gasmolekültransport über die Elektrodenzuleitung verhindert.In order to eliminate this problem, the invention provides a so-called "flying reference." A gas sensor in the form of a broadband probe according to the invention is disclosed in US Pat 3 shown in which in 3 shown gas sensor elements are provided with the same reference numerals as in the 1 and 2 illustrated gas sensors. Unlike the in 2 shown gas sensor is in the in 3 shown gas sensor, the reference electrode 42 completely and gas-tight in the solid electrolyte 12 embedded. The electrode feed line 43 is different here from the one in 2 shown gas sensor is not open, but as a metallic line, especially as a platinum line. This prevents gas molecule transport via the electrode feed line.

Eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gassensors in Form einer Sprungsonde ist schematisch in 4 dargestellt.Another embodiment of a gas sensor according to the invention in the form of a jump probe is shown schematically in FIG 4 shown.

Bei dieser Sprungsonde sind die sich entsprechenden Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie bei den in 1, 2 und 3 dargestellten Gassensoren. Auch hier ist die Referenzelektrode 42 vollständig und gasdicht in dem Festelektrolyten 12 eingebettet. Die Elektrodenzuleitung 43 ist auch hier nicht offen ausgeführt, sondern als metallische Leitung, insbesondere als Platinleitung realisiert, um ein Gasmolekültransport über die Elektrodenzuleitung zu verhindern. Die die Nernst-Elektrode bildende Elektrode ist in diesem Fall die Außenelektrode, die in 4 zur Wahrung einer einheitlichen Bezeichnung mit dem Bezugszeichen 50 versehen ist.In this jumping probe, the corresponding elements are given the same reference numerals as those in FIGS 1 . 2 and 3 illustrated gas sensors. Again, the reference electrode 42 completely and gas-tight in the solid electrolyte 12 embedded. The electrode feed line 43 is not carried out here open, but realized as a metallic line, in particular as a platinum line to prevent gas molecule transport via the electrode lead. The electrode constituting the Nernst electrode in this case is the outer electrode which is in 4 to maintain a unitary name with the reference number 50 is provided.

Das Verfahren zum Betreiben eines derartigen Gassensors ist nun dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzelektrode 42 ohne Referenzpumpstrom betrieben wird. Das Potenzial, auf dem sich die Referenzelektrode 42 befindet, stellt sich selbsttätig und ohne Anwesenheit einer Gasatmosphäre ein.The method for operating such a gas sensor is now characterized in that the reference electrode 42 without reference pump current is operated. The potential on which the reference electrode 42 is established automatically and without the presence of a gas atmosphere.

Dieses Potenzial wird in regelmäßigen Abständen bestimmt durch Messung der zwischen der Referenzelektrode 42 und der Nernst-Elektrode 50 abfallenden Spannung U. Um eine zu große Anreicherung von Sauerstoff an der Referenz elektrode durch den Strom der Spannungsmessvorrichtung zu vermeiden, kann die Spannungsmessung auch mit alternierender Stromrichtung erfolgen. Die so ermittelte Spannung wird in einer Schaltungseinheit 80 durch Addition und Subtraktion entsprechender Werte so verändert, dass am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 68 wiederum die Referenzspannung U = 450 mV anliegt. Im Falle einer Sprungsonde wird die gegebenenfalls durch Addition oder Subtraktion ermittelte Spannung in einem Motorsteuergerät verarbeitet und als Regelwert zur Steuerung einer den Verbrennungsvorgang beeinflussenden Größe hinterlegt.This potential is determined periodically by measuring the between the reference electrode 42 and the Nernst electrode 50 decreasing voltage U. To avoid an excessive accumulation of oxygen at the reference electrode by the current of the voltage measuring device, the voltage measurement can also be done with alternating current direction. The voltage thus determined is in a circuit unit 80 by adding and subtracting corresponding values changed so that at the inverting input of the differential amplifier 68 again the reference voltage U = 450 mV is applied. In the case of a jump probe, the voltage possibly determined by addition or subtraction is processed in an engine control unit and stored as a control value for controlling a variable influencing the combustion process.

Die Bestimmung der sich zwischen der Referenzelektrode 42 und der Nernst-Elektrode 50 einstellenden Spannung bei einer vollständig in den Festelektrolyten 12 eingebetteten Referenzelektrode 42 erfolgt in bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, beispielsweise in regelmäßigen Abständen durch einen „Schubabgleich". Während dieser Bestimmung wird der Pumpstrom der Pumpzelle im Falle einer Breitband-Lambda-Sonde abgeschaltet. Die Sprungsonde wird stromlos betrieben. In diesem Falle, wenn sich also das die Brennkraftmaschine aufweisende Fahrzeug im Schubbetrieb befindet, strömt nur Umgebungsluft durch die Brennkraftmaschine und das Abgassystem. Die zwischen Nernst-Elektrode 50 und Referenzelektrode 42 anliegende Spannung wird dabei gemessen und in der Schaltungseinheit 80 bzw. im Falle der Sprungsonde in dem Motorsteuergerät ein Wert von 450 mV hinzuaddiert. Der resultierende Spannungswert wird gespeichert und als Regelpunkt für ein Lambda = 1 – Gas im Messhohlraum 13 bzw. im Falle der Sprungsonde im Gasgemisch (Abgas) verwendet. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird nun der Gassensor bei Vorliegen eines Fettgases (Magergases) eine Erhöhung (Verkleinerung) der Spannung zwischen Referenzelektrode 42 und Nernst-Elektrode 50 im Vergleich zur Regelpumpspannung erfahren und im Falle der Breitbband-Lambda-Sonde diese Abweichung durch einen negativen/positiven Pumpstrom auf an sich bekannte Weise entsprechend zurückregeln.The determination of itself between the reference electrode 42 and the Nernst electrode 50 adjusting voltage at a completely in the solid electrolyte 12 embedded reference electrode 42 The pumping current of the pumping cell is switched off in the case of a broadband lambda probe in this case, for example, at regular intervals by means of a "thrust balance." In this case, ie when the Internal combustion engine having vehicle in overrun operation, only ambient air flows through the internal combustion engine and the exhaust system.The between Nernst electrode 50 and reference electrode 42 applied voltage is measured and in the circuit unit 80 or in the case of the jump probe in the engine control unit, a value of 450 mV is added. The resulting voltage value is stored and used as the control point for a lambda = 1 gas in the measuring cavity 13 or used in the case of the jump probe in the gas mixture (exhaust gas). During operation of the internal combustion engine, the gas sensor is now an increase (reduction) in the voltage between the reference electrode in the presence of a rich gas (lean gas) 42 and Nernst electrode 50 experienced in comparison with the control pumping voltage and in the case of the broadband lambda probe to back this deviation by a negative / positive pumping current in a known manner accordingly.

Die Bestimmung der Nernst-Spannung kann auch in einem Betriebszustand erfolgen, in dem Fettgasüberschuss im Abgas vorliegt (Lambda < 1). In diesem Fall muss von der gemessenen Spannung ein Spannungswert in Höhe von 450 mV subtrahiert werden.The Determining the Nernst voltage can also be in an operating state take place, in the excess of fat gas present in the exhaust gas (lambda <1). In this case, a voltage value must be obtained from the measured voltage in height be subtracted from 450 mV.

Der Abgleich in vorgegebenen Betriebsarten der Brennkraftmaschine kann auch dadurch erfolgen, dass mittels einer zweiten im Abgasstrang angeordneten Sonde 90 (3) ein Lambda = 1 – Abgas eingestellt wird. In diesem Falle kann der Spannungswert zwischen der Referenzelektrode 42 und der Nernst-Elektrode 50 direkt als Regelpunkt gespeichert werden. Falls mit dieser zweiten Sonde 90 ein Magergas eingestellt wird, wird zum Spannungswert ein fester Spannungswert in Höhe von 450 mV hinzuaddiert. Wenn ein Fettgas eingestellt wird, wird ein fester Spannungswert in Höhe von 450 mV subtrahiert.The adjustment in predetermined operating modes of the internal combustion engine can also be effected by means of a second arranged in the exhaust line probe 90 ( 3 ) a Lambda = 1 - exhaust gas is set. In this case, the voltage value between the reference electrode 42 and the Nernst electrode 50 be saved directly as a control point. If with this second probe 90 If a lean gas is set, a fixed voltage value of 450 mV is added to the voltage value. When a rich gas is adjusted, a fixed voltage value of 450 mV is subtracted.

Ein großer Vorteil dieses Betriebs liegt im Wegfall des Referenzpumpstroms und der damit verknüpften Polarisation der als Nernst-Elektrode wirkenden Elektrode 50. Außerdem existiert kein abgleichabhängiger Offset. Durch die Einbettung der Referenzelektrode 42 in den Festelektrolyten 12 entfällt auch ein Referenzluftkanal mit den oben erwähnten Nachteilen. Durch die völlig gasdichte Einbettung der Referenzelektrode 42 in den Festelektrolyten 12 wird insbesondere die CSD-Anfälligkeit verringert. Eine dennoch eingetretene Veränderung des Referenzelektroden-Potenzials durch eingedrungenes Gas kann durch den vorstehend beschriebenen wiederholt durchgeführten Abgleich kompensiert werden.A major advantage of this operation is the elimination of the reference pump current and the associated polarization of the electrode acting as a Nernst electrode 50 , In addition, there is no matching-dependent offset. By embedding the reference electrode 42 in the solid electrolyte 12 also eliminates a reference air channel with the disadvantages mentioned above. Due to the completely gas-tight embedding of the reference electrode 42 in the solid electrolyte 12 In particular, CSD susceptibility is reduced. Any change in the reference electrode potential that has occurred due to the penetration of gas can be compensated for by the repeated calibration described above.

Das Verfahren zum Betreiben des Gassensors 10 wird nachfolgend in Verbindung mit 5 beschrieben. Nach dem Start des Messverfahrens 405 wird in einer Abfrage 410 ermittelt, ob eine vorgebbare Betriebsart des Fahrzeugs vorliegt, beispielsweise der Schubbetrieb. Wenn dies der Fall ist, wird auf Schritt 440 gesprungen, in dem die oben beschriebene Messung der zwischen der Referenzelektrode 42 und der als Nernst-Elektrode wirkenden Elektrode 50, die im Falle der Breitband-Lambdasonde (3) die in dem Messhohlraum 13 angeordnete Nernst-Elektrode 50 ist und die im Falle der Sprungsonde (4) die über eine poröse Schutzschicht 23 dem Gasgemisch oder Abgas ausgesetzte Außenelektrode 50 ist, anliegenden Spannung U und deren Verarbeitung in der Schaltungseinheit 80 und Speicherung als Regelpunkt des Pumpstroms (Breit bandsonde, 3) bzw. deren Verarbeitung in einem Motorsteuergerät zur Steuerung der Motoreinspritzung (Sprungsonde, 4) vorgenommen wird. Wenn eine der vorgebbaren Betriebsarten nicht vorliegt, wird in Schritt 420 mittels der separaten Lambda-Sonde 90 (vergl. 3) der Lambda-Wert bestimmt. In Schritt 430 wird geprüft, ob dieser Wert = 1 ist. Wenn dies der Fall ist, erfolgt wiederum die Messung der zwischen der Referenzelektrode 42 und der Nernst-Elektrode 50 anliegenden Spannung U und der Verarbeitung in Schritt 440. Wenn dies jedoch nicht der Fall ist, erfolgt ein Rücksprung vor Schritt 410. Die vorstehend beschriebenen Schritte werden dann wiederholt.The method of operating the gas sensor 10 will be described below in connection with 5 described. After the start of the measurement process 405 is in a query 410 determines whether a predeterminable operating mode of the vehicle is present, for example the overrun operation. If this is the case, step by step 440 jumped, in which the above-described measurement of the between the reference electrode 42 and the electrode acting as a Nernst electrode 50 in the case of the broadband lambda probe ( 3 ) in the measuring cavity 13 arranged Nernst electrode 50 and in the case of the jump probe ( 4 ) over a porous protective layer 23 exposed to the gas mixture or exhaust outside electrode 50 is, applied voltage U and its processing in the circuit unit 80 and storage as the control point of the pumping current (broad band probe, 3 ) or their processing in an engine control unit for controlling the engine injection (jump probe, 4 ) is made. If one of the predefined operating modes is not available, it will be in step 420 by means of the separate lambda probe 90 (Comp. 3 ) determines the lambda value. In step 430 it is checked whether this value = 1. If this is the case again the measurement is made between the reference electrode 42 and the Nernst electrode 50 applied voltage U and the processing in step 440 , However, if this is not the case, a return occurs before step 410 , The above-described steps are then repeated.

Nachdem in Schritt 440 eine Messung der Spannung zwischen Referenzelektrode 42 und Nernst-Elektrode 50 und damit ein Abgleich des Gassensors erfolgt ist, wird ein Zeitsignal in Schritt 450 erhöht und in Abfrage 460 geprüft, ob dieses Zeitsignal einen vorgebbaren Wert aufweist. Wenn dies nicht der Fall ist, erfolgt ein Rücksprung vor Schritt 450, ist dies der Fall, erfolgt ein Rücksprung vor Schritt 410 und das vorbeschriebene Verfahren startet von Neuem. Das Zeitintervall, nach dem die Messung erneut zu erfolgen hat, wird in Abhängigkeit von der Referenzelektrode 42, insbesondere in Abhängigkeit von deren Größe, d. h. Ausdehnung, gewählt. Wenn die Referenzelektrode 42 ein größeres Volumen aufweist, welches eine größere Speicherfähigkeit zulässt und die Änderung der Referenzspannung verlangsamt, muss ein Abgleich der Messung der zwischen Referenzelektrode 42 und Nernst-Elektrode 50 anliegenden Spannung erst nach einem größeren Zeitraum erfolgen. Weist die Referenzelektrode 42 dagegen ein kleineres Volumen auf, muss dieser Abgleich früher erfolgen. Das Zeitintervall muss insoweit empirisch festgelegt werden.After in step 440 a measurement of the voltage between the reference electrode 42 and Nernst electrode 50 and so that an adjustment of the gas sensor has occurred, a time signal in step 450 raised and in query 460 checked whether this time signal has a predetermined value. If this is not the case, a return occurs before step 450 If this is the case, a return occurs before step 410 and the method described above starts again. The time interval after which the measurement has to be repeated becomes dependent on the reference electrode 42 , in particular depending on their size, ie extension, selected. When the reference electrode 42 has a larger volume, which allows a greater storage capacity and slows down the change in the reference voltage, a comparison of the measurement between the reference electrode 42 and Nernst electrode 50 voltage applied only after a longer period of time. Indicates the reference electrode 42 on the other hand, a smaller volume, this adjustment must be made earlier. The time interval must be determined empirically so far.

Wenn der zwischen der Referenzelektrode 42 und der Nernst-Elektrode 50 gemessene Spannungswert unterhalb eines ersten Grenzwerts, beispielsweise unterhalb von –1 V, oder oberhalb eines zweiten Grenzwerts, beispielsweise oberhalb von 1 V, liegt, kann über eine vorgegebene definierte Zeit ein negativer bzw. positiver Pumpstrom in die Referenzelektrode 42 eingespeist werden. In diesem Falle ist demnach der Referenzstrom nicht Null, wie in 3 dargestellt, sondern ungleich Null. Dies dient lediglich der „Einstellung" der Referenzelektrode 42, ist für die eigentliche Messung jedoch nicht relevant.If the between the reference electrode 42 and the Nernst electrode 50 measured voltage value is below a first limit value, for example below -1 V, or above a second limit value, for example above 1 V, can over a predetermined defined time a negative or positive pumping current into the reference electrode 42 be fed. In this case, therefore, the reference current is not zero, as in 3 but not equal to zero. This merely serves to "adjust" the reference electrode 42 , but is not relevant to the actual measurement.

Statt der Erfassung einer Betriebsart, bei der Luftzahl Lambda = 1 ist durch einen zweiten im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneten Sensor 90 kann auch vorgesehen sein, den in 3 dargestellten Gassensor im Grenzstrombetrieb zu betreiben und auf diese Weise den Lambda-Wert zu ermitteln oder den durch den zweiten Gassensor 90 ermittelten Wert zu verifizieren.Instead of detecting a mode in which the air ratio lambda = 1 is through a second arranged in the exhaust system of the internal combustion engine sensor 90 can also be provided in the 3 to operate the gas sensor shown in the limit current operation and to determine in this way the lambda value or by the second gas sensor 90 verified value.

Auch die Schuberkennung kann durch einen Grenzstrombetrieb der Pumpzelle 19 verifiziert werden.The thrust detection can also be achieved by a limiting current operation of the pumping cell 19 be verified.

Das vorstehend beschriebene Verfahren kann beispielsweise als Computerprogramm auf einem Rechengerät, insbesondere dem Steuergerät einer Brennkraftmaschine implementiert sein und dort ablaufen. Der Programmcode kann auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein, den das Steuergerät lesen kann.The The method described above can be used, for example, as a computer program on a computing device, in particular the control unit of a Internal combustion engine to be implemented and run there. The program code may be stored on a machine-readable medium that the controller reads can.

Claims (13)

Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten in einem Gasgemisch, insbesondere der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen, mit einer in oder an einem Festelektrolyten (12) angeordneten, als Nernst-Elektrode wirkenden Elektrode und mit einer in dem Festelektrolyten (12) angeordneten Referenzelektrode (42), die mit dem Festelektrolyten (12) und der als Nernst-Elektrode wirkenden Elektrode eine Konzentrations- oder Nernstzelle bildet, dadurch gekennzeichnet, dass in vorgebbaren Betriebsarten bei einer sich an der Referenzelektrode (42) selbsttätig einstellenden, nicht vorgegebenen Gasatmosphäre eine sich zwischen der Referenzelektrode (42) und der als Nernst-Elektrode wirkenden Elektrode einstellende Spannung erfasst wird und ausgehend von diesem Messsignal weitere Betriebsgrößen des Gassensors und/oder der Brennkraftmaschine bestimmt werden.Method for operating a sensor element for determining the concentration of gas components in a gas mixture, in particular the concentration of gas components in the exhaust gas of internal combustion engines, with one in or on a solid electrolyte ( 12 ), acting as a Nernst electrode and with one in the solid electrolyte ( 12 ) arranged reference electrode ( 42 ) with the solid electrolyte ( 12 ) and the electrode acting as a Nernst electrode forms a concentration or Nernst cell, characterized in that in predeterminable operating modes at a on the reference electrode ( 42 ) automatically adjusting, non-predetermined gas atmosphere is a between the reference electrode ( 42 ) and the voltage acting as a Nernst electrode adjusting voltage is detected and based on this measurement signal further operating variables of the gas sensor and / or the internal combustion engine are determined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor eine Sprungsonde ist, deren Außenelektrode die als Nernst-Elektrode (50) wirkende Elektrode ist, wobei die sich zwischen der Außenelektrode und der Referenzelektrode (42) einstellende Spannung zur Bestimmung der die Einspritzung der Brennkraftmaschine charakterisierenden Steuergrößen verwendet wird.A method according to claim 1, characterized in that the gas sensor is a jumping probe whose outer electrode is the Nernst electrode ( 50 ) acting electrode, which between the outer electrode and the reference electrode ( 42 ) adjusting voltage for determining the injection of the internal combustion engine characterizing control variables is used. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor eine Breitband-Lambda-Sonde ist, mit einer Pumpzelle (19) umfassend eine Außenpumpelektrode (16) und eine Innenpumpelektrode (17) sowie mit einer Nernstzelle umfassend die die Nernstzelle bildende Elektrode (50) und die Referenzelektrode (42), wobei zwischen der Referenzelektrode (42) und der Nernst-Elektrode (50) einstellende Spannung erfasst und in Abhängigkeit von dieser Spannung der Pumpstrom eingestellt wird.A method according to claim 1, characterized in that the gas sensor is a broadband lambda probe, with a pumping cell ( 19 ) comprising an external pumping electrode ( 16 ) and an inner pump electrode ( 17 ) and a Nernst cell comprising the Nernst cell-forming electrode ( 50 ) and the reference electrode ( 42 ), between the reference electrode ( 42 ) and the Nernst electrode ( 50 ) adjusting voltage is detected and adjusted in dependence on this voltage, the pump current. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustände der Brennkraftmaschine der Schubbetrieb eines Fahrzeuges oder der Fettbetrieb sind.Method according to one of claims 1 to 3, characterized that the operating conditions of the Internal combustion engine, the overrun operation of a vehicle or the rich operation are. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustände mithilfe einer zweiten im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneten Sonde (90) und/oder durch einen Grenzstrombetrieb des Sensorelements ermittelt werden.A method according to claim 4, characterized in that the operating conditions using a second arranged in the exhaust line of the internal combustion engine probe ( 90 ) and / or determined by a limiting current operation of the sensor element. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die sich zwischen der Referenzelektrode (42) und der Nernst-Elektrode (50) einstellende Spannung eine vorgebbare erste Schwelle unterschreitet oder eine vorgebbare zweite Schwelle überschreitet, über einen vorgebbaren Zeitraum ein positiver oder negativer Pumpstrom in die Referenzelektrode eingespeist wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when the between the reference electrode ( 42 ) and the Nernst electrode ( 50 ) adjusting voltage falls below a predetermined first threshold or exceeds a predetermined second threshold, a positive or negative pumping current is fed into the reference electrode over a predetermined period of time. Sensorelement zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten in einem Gasgemisch, insbesondere der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen mit einer in oder an einem Festelektrolyten (12) angeordneten, als Nernst-Elektrode wirkenden Elektrode (50) und mit einer in dem Festelektrolyten (12) angeordneten Referenzelektrode (42), die mit dem Festelektrolyten (12) und der als Nernst-Elektrode wirkenden Elektrode (50) eine Konzentrations- oder Nernstzelle bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzelektrode (42) im Wesentlichen gasdicht in dem Festelektrolyten (12) angeordnet ist und während der Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten stromlos ist.Sensor element for determining the concentration of gas components in a gas mixture, in particular the concentration of gas components in the exhaust gas of internal combustion engines with in or on a solid electrolyte ( 12 ), acting as Nernst electrode electrode ( 50 ) and with one in the solid electrolyte ( 12 ) arranged reference electrode ( 42 ) with the solid electrolyte ( 12 ) and the electrode acting as a Nernst electrode ( 50 ) forms a concentration or Nernst cell, characterized in that the reference electrode ( 42 ) substantially gas-tight in the solid electrolyte ( 12 ) and is de-energized during the determination of the concentration of gas components. Sensorelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Sprungsonde ist, bei der die die Nernst-Elektrode bildende Elektrode (50) eine dem Gasgemisch über eine poröse Schutzschicht (23) ausgesetzte Außenelektrode ist.Sensor element according to claim 7, characterized in that it is a jumping probe, in which the Nernst electrode forming electrode ( 50 ) a the gas mixture over a porous protective layer ( 23 ) exposed outer electrode. Sensorelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Breitband-Lambdasonde ist mit einer Pumpzelle umfassend eine Außenpumpelektrode (16) und eine Innenpumpelektrode (17) sowie mit einer Nernstzelle umfassend die die Nernst-Elektrode bildende Elektrode (50) und die Referenzelektrode (42).Sensor element according to claim 7, characterized in that it is a broadband lambda probe with a pumping cell comprising an external pumping electrode ( 16 ) and an inner pump electrode ( 17 ) and a Nernst cell comprising the electrode forming the Nernst electrode ( 50 ) and the reference electrode ( 42 ). Sensorelement nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzelektrode großflächig ausgebildet ist und aus einem Cermet besteht.Sensor element according to one of claims 7 to 9, characterized in that the reference electrode formed over a large area is and consists of a cermet. Sensorelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Zuleitungen zu der Referenzelektrode aus Platin oder einem Metall der Platin-Gruppe bestehen.Sensor element according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the electrical leads to the reference electrode made of platinum or a metal of the platinum group. Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft.Computer program that shows all the steps of a procedure according to one of the claims 1 to 4, if it's on a computing device expires. Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einen maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wenn das Programm auf einem Computer oder einem Steuergerät ausgeführt wird.Computer program product with program code based on a machine readable carrier is stored to carry of the method according to one of claims 1 to 4, when the program running a computer or a controller.
DE102006060633A 2006-12-21 2006-12-21 Method for operating a sensor element and sensor element for determining the concentration of gas components in a gas mixture Withdrawn DE102006060633A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006060633A DE102006060633A1 (en) 2006-12-21 2006-12-21 Method for operating a sensor element and sensor element for determining the concentration of gas components in a gas mixture
PCT/EP2007/063578 WO2008077745A1 (en) 2006-12-21 2007-12-10 Method for operating a sensor element, and sensor element for determining the concentration of gas components in a gas mixture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006060633A DE102006060633A1 (en) 2006-12-21 2006-12-21 Method for operating a sensor element and sensor element for determining the concentration of gas components in a gas mixture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102006060633A1 true DE102006060633A1 (en) 2008-06-26

Family

ID=39126145

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102006060633A Withdrawn DE102006060633A1 (en) 2006-12-21 2006-12-21 Method for operating a sensor element and sensor element for determining the concentration of gas components in a gas mixture

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102006060633A1 (en)
WO (1) WO2008077745A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010108732A1 (en) * 2009-03-25 2010-09-30 Robert Bosch Gmbh Method for operating a lambda probe
DE102011002856A1 (en) 2011-01-19 2012-07-19 Robert Bosch Gmbh Method for detecting at least one parameter of a gas
DE102011087291A1 (en) * 2011-11-29 2013-05-29 Continental Automotive Gmbh Method and device for operating a binary lambda probe, which is arranged in an exhaust tract of an internal combustion engine
DE102014007168A1 (en) * 2014-05-15 2015-11-19 Audi Ag Method for operating an exhaust system for an internal combustion engine and corresponding exhaust system

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012141925A1 (en) 2011-04-13 2012-10-18 3M Innovative Properties Company Method of detecting volatile organic compounds
JP2014510933A (en) 2011-04-13 2014-05-01 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Vapor sensor including sensor element and integrated heating mechanism
KR101968999B1 (en) 2011-04-13 2019-04-15 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 Method of using an absorptive sensor element
JP6038950B2 (en) 2011-12-13 2016-12-07 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Method for identification and quantitative measurement of unknown organic compounds in gaseous media

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4828672A (en) * 1988-03-30 1989-05-09 Westinghouse Electric Corp. Unitary self-generating reference gas sensor
EP1074833A1 (en) * 1997-03-21 2001-02-07 Ngk Spark Plug Co., Ltd Method and apparatus for measuring NOx gas concentration
DE19834276A1 (en) * 1998-07-30 2000-02-10 Bosch Gmbh Robert Flue gas probe
JP3587290B2 (en) * 1998-09-17 2004-11-10 日本特殊陶業株式会社 NOx gas sensor
DE10313064A1 (en) * 2003-03-24 2004-10-28 Webasto Thermosysteme Gmbh Gas sensor and method for manufacturing a gas sensor

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010108732A1 (en) * 2009-03-25 2010-09-30 Robert Bosch Gmbh Method for operating a lambda probe
CN102362175A (en) * 2009-03-25 2012-02-22 罗伯特·博世有限公司 Method for operating lambda probe
DE102011002856A1 (en) 2011-01-19 2012-07-19 Robert Bosch Gmbh Method for detecting at least one parameter of a gas
WO2012097897A1 (en) 2011-01-19 2012-07-26 Robert Bosch Gmbh Method and device for capturing at least one parameter of a gas
KR20140097522A (en) * 2011-11-29 2014-08-06 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하 Method and device for the operation of a binary lambda sensor arranged in an exhaust gas tract of an internal combustion engine
WO2013079489A1 (en) * 2011-11-29 2013-06-06 Continental Automotive Gmbh Method and device for the operation of a binary lambda sensor arranged in an exhaust gas tract of an internal combustion engine
DE102011087291A1 (en) * 2011-11-29 2013-05-29 Continental Automotive Gmbh Method and device for operating a binary lambda probe, which is arranged in an exhaust tract of an internal combustion engine
CN104105860A (en) * 2011-11-29 2014-10-15 大陆汽车有限公司 Method and device for the operation of a binary lambda sensor arranged in an exhaust gas tract of an internal combustion engine
CN104105860B (en) * 2011-11-29 2017-03-08 大陆汽车有限公司 Method and apparatus for making the binary lambda seeker work being arranged in I. C. engine exhaust road
US9903790B2 (en) 2011-11-29 2018-02-27 Continental Automotive Gmbh Method and device for the operation of a binary lambda sensor arranged in an exhaust gas tract of an internal combustion engine
KR101868104B1 (en) * 2011-11-29 2018-06-18 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하 Method and device for the operation of a binary lambda sensor arranged in an exhaust gas tract of an internal combustion engine
DE102014007168A1 (en) * 2014-05-15 2015-11-19 Audi Ag Method for operating an exhaust system for an internal combustion engine and corresponding exhaust system
DE102014007168B4 (en) * 2014-05-15 2020-03-05 Audi Ag Method for operating an exhaust system for an internal combustion engine and corresponding exhaust system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008077745A1 (en) 2008-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006060633A1 (en) Method for operating a sensor element and sensor element for determining the concentration of gas components in a gas mixture
DE3515588C2 (en)
DE3635624C2 (en)
DE10156248C1 (en) Gas sensor for measuring concentration of component in gas mixture e.g. oxygen in exhaust gas of internal combustion engine, comprises solid electrolyte, diffusion barrier and electrodes
DE19708011B4 (en) Method for detecting sensor element resistances
DE102011052804A1 (en) A gas sensor control device that controls the output characteristic of a gas sensor
DE69729270T2 (en) Air-fuel ratio detection system by means of a limiting current sensor
WO2006084836A1 (en) Gas sensor
DE10342270B4 (en) Gas concentration detector
DE102015206867A1 (en) Method for operating a sensor for detecting at least one property of a measuring gas in a measuring gas space
DE102006057305A1 (en) A system and method for updating a baseline output of a gas sensor
EP2583091B1 (en) Method for operating a gas probe
DE19744439B4 (en) Oxygen concentration detection with sensor current limit
DE102010031299A1 (en) Device for determining a property of a gas in a measuring gas space
DE102007054391A1 (en) Gas sensor with time-varying reference potential
DE102013202260A1 (en) Method for monitoring steady lambda signal of multi-cellular exhaust-gas sensor, involves determining pump voltage and nernst voltage with respect to lambda value of exhaust gas from constant lambda signal
DE10161901B4 (en) Method and device for compensating the offset of the linear sensor characteristic of a sensor arranged in the exhaust gas of an internal combustion engine
DE102006060636A1 (en) Method for balancing sensor element for probe to determine concentration of gas component in gas mixture, involves arranging pump cell with two pump electrodes on ion-conducting solid electrolyte
EP2106544B1 (en) Sensor element with offset current by way of h2o decomposition
DE102004018871B4 (en) Method and apparatus for operating an exhaust gas analysis sensor cell
DE102016208506A1 (en) Method for operating a sensor element for detecting at least one property of a measurement gas in a sample gas space
DE102010040817A1 (en) Method for aligning wide band lambda sensor of sensor device to e.g. detect oxygen concentration in exhaust gas in gas measuring chamber in motor car diesel engine, involves judging properties of diffusion barrier based on pumping currents
DE10308395A1 (en) Automotive exhaust gas sensing procedure removes hydrogen and carbon monoxide prior to determination of presence of third gas to be oxidized
DE102009027133A1 (en) Method for operating probe for determining gas components in gas mixture, particularly exhaust gas component of exhaust gas in internal combustion engine, involves arranging two electrodes on sensor element in form of solid electrolyte
DE102007061947A1 (en) Physical characteristics i.e. oxygen concentration, determining method for exhaust gas in measuring gas chamber of internal combustion engine, involves charging cell with voltages, where electrodes have partial electrodes for pressurization

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed

Effective date: 20130924

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee