DE102006061954A1 - Gas component measuring method for motor vehicle, involves charging anode and cathode with regulating pump current, which is directed against regulating Nernst current, and measuring pumping current signal between anode and cathode - Google Patents

Gas component measuring method for motor vehicle, involves charging anode and cathode with regulating pump current, which is directed against regulating Nernst current, and measuring pumping current signal between anode and cathode Download PDF

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Abstract

The method involves operating a sensor element (210) in a rich region of a gas mixture, and adjusting a regulating point of a gas mixture. A regulating Nernst current between a pump anode (216) and a pump cathode (218) corresponds to regulating condition. The anode and cathode are charged with a regulating pump current, which is directed against a regulating Nernst current. A pumping current signal between the anode and cathode is measured. The anode is connected with a reference vacuity (242) over an exhaust duct (240), which has an alumina based porous filling element. An independent claim is also included for a system for measuring a gas component of a gas mixture in a vacuity.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von bekannten Sensorelementen, welche auf elektrolytischen Eigenschaften bestimmter Festkörper beruhen, also der Fähigkeit dieser Festkörper, bestimmte Ionen zu leiten. Derartige Sensorelemente werden insbesondere in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um Luft-Kraftstoff-Gasgemischzusammensetzungen zu messen. Insbesondere werden Sensorelemente dieser Art in sog. „Lambdasonden" eingesetzt und spielen eine wesentliche Rolle bei der Reduzierung von Schadstoffen in Abgasen, sowohl in Ottomotoren als auch in der Dieseltechnologie.The The invention is based on known sensor elements, which are based on electrolytic Properties of certain solids based, so the ability this solid to conduct certain ions. such Sensor elements are used in particular in motor vehicles, to measure air-fuel gas mixture compositions. Especially Sensor elements of this kind are in so-called "lambda sensors" used and play an essential role in the reduction of pollutants in exhaust gases, both in gasoline engines and in the Diesel technology.

Mit der so genannten Luftzahl „Lambda" (λ) wird dabei allgemein in der Verbrennungstechnik das Verhältnis zwischen einer tatsächlich angebotenen Luftmasse und einer für die Verbrennung theoretisch benötigten (d. h. stöchiometrischen) Luftmasse bezeichnet. Die Luftzahl wird dabei mittels eines oder mehrerer Sensorelemente zumeist an einer oder mehreren Stellen im Abgastrakt eines Verbrennungsmotors gemessen. Entsprechend weisen „fette" Gasgemische (d. h. Gasgemische mit einem Kraftstoffüberschuss) eine Luftzahl λ < 1 auf, wohingegen „magere" Gasgemische (d. h. Gasgemische mit einem Kraftstoffunterschuss) eine Luftzahl λ > 1 aufweisen. Neben der Kraftfahrzeugtechnik werden derartige und ähnliche Sensorelemente auch in anderen Bereichen der Technik (insbesondere der Verbrennungstechnik) eingesetzt, beispielsweise in der Luftfahrttechnik oder bei der Regelung von Brennern, z. B. in Heizanlagen oder Kraftwerken. Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche verschiedene Ausführungsformen der Sensorelemente bekannt und werden beispielsweise in Robert Bosch GmbH: „Sensoren im Kraftfahrzeug", Juni 2001, S. 112–117 oder in T. Baunach et al.: „Sauberes Abgas durch Keramiksensoren", Physik Journal 5 (2006) Nr. 5, S. 33–38 , beschrieben.With the so-called air ratio "lambda" (λ), the relationship between an air mass actually offered and a theoretically required (ie stoichiometric) air mass is generally referred to in combustion technology Correspondingly, "rich" gas mixtures (ie gas mixtures with a fuel surplus) have an air ratio λ <1, whereas "lean" gas mixtures (ie gas mixtures with a fuel deficiency) have an air ratio λ> 1 Automotive technology, such and similar sensor elements in other areas of technology (in particular combustion technology) are used, for example in aeronautical engineering or in the control of burners, eg., In heating systems or power plants From the state of the art are numerous different embodiments n the sensor elements known and are used for example in Robert Bosch GmbH: "Sensors in the motor vehicle", June 2001, pp. 112-117 or in T. Baunach et al.: "Clean exhaust gas by ceramic sensors", Physics Journal 5 (2006) No. 5, pp. 33-38 , described.

Eine Ausführungsform stellt die so genannte „Sprungsonde" dar, deren Messprinzip auf der Messung einer elektrochemischen Potentialdifferenz zwischen einer einem Referenzgas ausgesetzten Referenzelektrode und einer dem zu messenden Gasgemisch ausgesetzten Messelektrode beruht. Referenzelektrode und Messelektrode sind über den Festelektrolyten miteinander verbunden, wobei aufgrund seiner Sauerstoffionen-leitenden Eigenschaften in der Regel Zirkondioxid (z. B. Yttrium-stabilisiertes Zirkondioxid) oder ähnliche Keramiken als Festelektrolyt eingesetzt werden. Theoretisch weist die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden gerade beim Übergang zwischen fettem Gasgemisch und magerem Gasgemisch einen charakteristischen Sprung auf, welcher genutzt werden kann, um die Gasgemischzusammensetzung zu messen und/oder zu regeln. Verschiedene Ausführungsbeispiele derartiger Sprungsonden, welche auch als „Nernst-Zellen" bezeichnet werden, sind beispielsweise in DE 10 2004 035 826 A1 , DE 199 38 416 A1 und DE 10 2005 027 225 A1 beschrieben.One embodiment represents the so-called "jump probe" whose measuring principle is based on the measurement of an electrochemical potential difference between a reference electrode exposed to a reference gas and a measuring electrode exposed to the gas mixture to be measured. zirconia (eg yttria-stabilized zirconia) or similar ceramics are used as solid electrolyte in theory Theoretically, the potential difference between the electrodes just at the transition between rich gas mixture and lean gas mixture has a characteristic jump, which can be used Various embodiments of such snap-in probes, which are also referred to as "Nernst cells", are for example described in U.S. Patent Nos. 5,417,846 and 4,294,847 DE 10 2004 035 826 A1 . DE 199 38 416 A1 and DE 10 2005 027 225 A1 described.

Alternativ oder zusätzlich zu Sprungsonden kommen auch so genannte „Pumpzellen" zum Einsatz, bei denen eine elektrische „Pumpspannung" an zwei über den Festelektrolyten verbundene Elektroden angelegt wird, wobei der „Pumpstrom" durch die Pumpzelle gemessen wird. Im Unterschied zum Prinzip der Sprungsonden stehen bei Pumpzellen in der Regel beide Elektroden mit dem zu messenden Gasgemisch in Verbindung. Dabei ist eine der beiden Elektroden (zumeist über eine durchlässige Schutzschicht) unmittelbar dem zu messenden Gasgemisch ausgesetzt. Alternativ kann diese Elektrode auch einer Luftreferenz ausgesetzt sein. Die zweite der beiden Elektroden ist jedoch in der Regel derart ausgebildet, dass das Gasgemisch nicht unmittelbar zu dieser Elektrode gelangen kann, sondern zunächst eine so genannte „Diffusionsbarriere" durchdringen muss, um in einen an diese zweite Elektrode angrenzenden Hohlraum zu gelangen. Als Diffusionsbarriere wird zumeist eine poröse keramische Struktur mit gezielt einstellbaren Porenradien verwendet. Tritt mageres Abgas durch diese Diffusionsbarriere hindurch in den Hohlraum ein, so werden mittels der Pumpspannung Sauerstoffmoleküle an der zweiten, negativen Elektrode elektrochemisch zu Sauerstoffionen reduziert, werden durch den Festelektrolyten zur ersten, positiven Elektrode transportiert und dort als freier Sauerstoff wieder abgegeben. Die Sensorelemente werden zumeist im so genannten Grenzstrombetrieb betrieben, das heißt in einem Betrieb, bei welchem die Pumpspannung derart gewählt wird, dass der durch die Diffusionsbarriere eintretende Sauerstoff vollständig zur Gegenelektrode gepumpt wird. In diesem Betrieb ist der Pumpstrom näherungsweise proportional zum Partialdruck des Sauerstoffs im Abgasgemisch, so dass derartige Sensorelemente häufig auch als Proportionalsensoren bezeichnet werden. Im Gegensatz zu Sprungsensoren lassen sich Pumpzellen über einen vergleichsweise weiten Bereich für die Luftzahl Lambda einsetzen, weshalb Pumpzellen insbesondere in so genannten Breitbandsensoren zum Einsatz kommen, um auch bei Gasgemischszusammensetzungen abseits von λ = 1 zu messen und/oder zu regeln.alternative or in addition to jump probes also so-called "pump cells" used in which an electrical "pumping voltage" to two electrodes connected over the solid electrolyte is applied, with the "pumping current" through the pumping cell is measured. In contrast to the principle of the jump probes For pump cells usually both electrodes with the measured Gas mixture in conjunction. One of the two electrodes (usually over a permeable protective layer) immediately to be measured Exposed to gas mixture. Alternatively, this electrode can also be a Be exposed to air reference. The second of the two electrodes is but usually designed so that the gas mixture is not can get directly to this electrode, but first a so-called "diffusion barrier" must penetrate to get into a cavity adjacent to this second electrode. The diffusion barrier is usually a porous ceramic Structure with specifically adjustable pore radii used. kick lean exhaust gas through this diffusion barrier into the cavity a, so by the pumping voltage oxygen molecules at the second, negative electrode electrochemically to oxygen ions reduced by the solid electrolyte to the first, positive Electrode transported and released there as free oxygen again. The sensor elements are usually in the so-called limit current operation operated, that is, in an operation in which the pumping voltage is chosen such that the through the diffusion barrier incoming oxygen is completely pumped to the counter electrode becomes. In this mode, the pumping current is approximately proportional to the partial pressure of the oxygen in the exhaust gas mixture, see above that such sensor elements often as proportional sensors be designated. In contrast to jump sensors, pump cells can be overflowed a comparatively wide range for the air ratio lambda use, which is why pumping cells in particular in so-called broadband sensors be used to offside even in gas mixture compositions of λ = 1 and / or to regulate.

Die oben beschriebenen Sensorprinzipien von Sprungzellen und Pumpzellen lassen sich vorteilhaft auch kombiniert einsetzen, in so genannten „Mehrzellern". So können die Sensorelemente ein oder mehrere nach dem Sprungsensor-Prinzip arbeitende Zellen und ein oder mehrere Pumpzellen enthalten. Ein Beispiel eines „Doppelzellers" ist in EP 0 678 740 B1 beschrieben. Dabei wird mittels einer Nernstzelle der Sauerstoffpartialdruck in dem oben beschriebenen, an die zweite Elektrode angrenzenden Hohlraum einer Pumpzelle gemessen und die Pumpspannung durch eine Regelung so nachgeführt, dass im Hohlraum stets die Bedingung λ = 1 herrscht. Verschiedene Abwandlungen dieses mehrzelligen Aufbaus sind bekannt.The sensor principles of jump cells and pump cells described above can advantageously also be used in combination, in so-called "multicellulars." For example, the sensor elements may contain one or more cells operating according to the jump sensor principle and one or more pump cells in EP 0 678 740 B1 described. It is by means of a Nernstzelle measured the oxygen partial pressure in the above-described, adjacent to the second electrode cavity of a pumping cell and tracked the pumping voltage by a control so that in the cavity always the condition λ = 1 prevails. Various modifications of this multicellular construction are known.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Sensorelemente zeigen jedoch in vielen Fällen lediglich im mageren Abgas eine eindeutige Kennlinie. Im leicht mageren Bereich, also wenn λ sich dem Wert 1 nähert, ist jedoch in vielen Fällen eine Abweichung der Pumpstrom-Kennlinie vom theoretischen Verlauf zu beobachten. Statt eines Absinkens des Pumpstroms mit kleiner werdenden Lambda-Werten hin zum Wert λ = 1 ist sogar in vielen Fällen ein Anstieg des Pumpstroms zu beobachten. Diese Abweichung bewirkt, dass die Pumpstrom-Kennlinie keinen eindeutigen Verlauf mehr aufweist, aus welchem auf die Luftzahl zurück geschlossen werden kann. Dies macht sich beispielsweise bei Lambdasonden für den Einsatz in Dieselfahrzeugen, bei welchen üblicherweise im leicht mageren Bereich gearbeitet wird, negativ bemerkbar.The However, known from the prior art sensor elements show in many cases, only in the lean exhaust a unique Curve. In the slightly lean area, so if λ itself is approaching 1, but in many cases a deviation of the pumping current characteristic from the theoretical curve observe. Instead of a sinking of the pumping current with decreasing Lambda values towards the value λ = 1 is even in many cases to observe an increase in the pumping current. This deviation causes that the pumping current characteristic no longer has a clear course, from which conclusions are drawn on the air ratio can. This makes itself for example with lambda probes for the Use in diesel vehicles, where usually is worked in the slightly lean area, negatively noticeable.

Eine weitere Problematik bekannter Sensorelemente besteht darin, dass verschiedene Betriebszustände existieren, welche unterschiedliche Regelpunkte, also insbesondere die Einstellung bestimmter Luftzahlen, verlangen, die in unterschiedlichen Bereichen liegen. So lassen sich beispielsweise insbesondere für den Betrieb von Dieselfahrzeugen kostengünstige Grenzstrom-Magersonden in Form von einzelligen Pumpzellen einsetzen, da Dieselfahrzeuge üblicherweise auf eine Luftzahl im mageren Bereich geregelt werden. Gleichwohl existieren insbesondere bei Dieselfahrzeugen mit Katalysatoren, Betriebszustände, in denen auf eine andere Luftzahl, insbesondere auf eine Luftzahl im leicht fetten Bereich (z. B. λ = 0,9) geregelt wird. Insbesondere sind dies Betriebszustände, in denen der Katalysator (beispielsweise ein NOx-Speicherkatalysator, NSC) und/oder ein Filter, beispielsweise ein Partikelfilter, regeneriert wird. Da übliche Grenzstrom-Magersonden in diesem Bereich jedoch im Idealfall in diesem Bereich kein Stromsignal liefern, ist ein derartiger Wechsel des Betriebszustandes mit herkömmlichen Sensorelementen nicht oder nur schwer möglich.A Another problem of known sensor elements is that different operating states exist, which are different Control points, in particular the setting of certain air numbers, require that lie in different areas. Let it be For example, especially for the operation of diesel vehicles cost Use cut-off molecular probes in the form of single-cell pump cells, since diesel vehicles usually have a lean air ratio be managed. Nevertheless, exist especially in diesel vehicles with catalysts, operating conditions in which to a other air ratio, in particular to an air ratio in slightly rich Range (eg λ = 0.9) is regulated. In particular, these are Operating conditions in which the catalyst (for example a NOx storage catalyst, NSC) and / or a filter, for example a particulate filter is regenerated. Since usual limit-Magersonden In this area, however, ideally in this area no current signal supply, is such a change of operating state with conventional sensor elements not or only with difficulty possible.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird dementsprechend ein Verfahren zur Messung einer Gaskomponente in einem Gasgemisch vorgeschlagen, welches die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Sensorelemente vermeidet. Insbesondere kann das Sensorelement in einer Lambdasonde oder als Lambdasonde eingesetzt werden, vorzugsweise als Grenzstrom-Magersonde, vorzugsweise im Bereich der Dieseltechnologie. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren jedoch auch im fetten Luftzahlbereich eingesetzt werden oder auch für andere Arten der Regelung. Das von dem Verfahren verwendete Sensorelement weist mindestens einer erste Elektrode, mindestens eine zweite Elektrode und mindestens einen die mindestens eine erste Elektrode und die mindestens eine zweite Elektrode verbindenden Festelektrolyten auf.It Accordingly, a method for measuring a gas component proposed in a gas mixture, which the disadvantages of the Prior art known sensor elements avoids. Especially can the sensor element in a lambda probe or as a lambda probe be used, preferably as a limiting stream Magersonde, preferably in the field of diesel technology. Alternatively or in addition However, the method can also be used in the rich air range or for other types of regulation. That from The sensor element used in the method has at least a first one Electrode, at least one second electrode and at least one the at least one first electrode and the at least one second one Electrode connecting solid electrolyte.

Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die oben beschriebene Nicht-Eindeutigkeit der Pumpstrom-Kennlinie bei einfachen Pumpstrom-Sensorelementen (z. B. Grenzstrom-Magersonden) im Bereich leicht magerer Abgase und auch im Bereich fetter Gasgemische auf die an der Anode ablaufenden Reaktionen zurückzuführen ist. In diesem Fall sind beide Elektroden dem Abgas ausgesetzt. Die Reaktionen bewirken ein Stromsignal wie im Magerbetrieb, was eine Kennlinie zur Folge hat, die lediglich bei Messungen im mageren Abgas eindeutig ist. Bereits geringe Mengen an Brenngas (speziell H2) beeinflussen das Messsignal, so dass die Eindeutigkeit von Kennlinien der Grenzstrom-Magersonden auch im Nichtgleichgewichtsabgas, wie es beispielsweise in der Dieseltechnologie eingesetzt wird, schon nahe bei λ = 1,0 nicht mehr gegeben ist. Dementsprechend wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die im Fettgas ablaufenden Reaktionen an der Pumpanode, wie beispielsweise die Reaktionen CO + O2– → CO2 + 2e– H2 + O2– → H2O + 2e–, dadurch zu unterbinden, dass die mindestens eine zweite Elektrode (welche insbesondere zumindest zeitweise in der Regel als Pumpanode geschaltet wird) von dem Gasraum abgeschirmt wird, so dass sich in der Umgebung dieser mindestens einen zweiten Elektrode keine oder nur wenig reduzierende Gaskomponenten, wie beispielsweise H2 oder CO, befinden.A basic idea of the present invention is that the above-described non-uniqueness of the pumping current characteristic in the case of simple pumping-current sensor elements (for example limit-current lean-loaders) in the region of slightly lean exhaust gases and also in the region of rich gas mixtures applies to those taking place at the anode Reactions is due. In this case, both electrodes are exposed to the exhaust gas. The reactions cause a current signal as in lean operation, resulting in a characteristic that is unique only in measurements in the lean exhaust gas. Even small amounts of fuel gas (especially H 2 ) influence the measurement signal, so that the uniqueness of characteristics of the boundary-stream Magersonden even in non-equilibrium exhaust gas, as used for example in diesel technology, already close to λ = 1.0 is no longer given. Accordingly, it is proposed according to the invention, the reactions taking place in the fatty gas at the pump anode, such as the reactions CO + O 2- → CO 2 + 2e - H 2 + O 2- > H 2 O + 2e - , to prevent the at least one second electrode (which is usually switched at least temporarily as a pump anode) is shielded from the gas space, so that in the vicinity of this at least one second electrode no or only slightly reducing gas components such as H 2 or CO.

Diese Abschirmung soll erfindungsgemäß dadurch erfolgen, dass, während die mindestens eine erste Elektrode mit dem Gasgemisch aus dem mindestens einen Gasraum beaufschlagbar ist, die mindestens eine zweite Elektrode mit mindestens einem vom Gasraum getrennten Referenzgasraum verbunden ist. Beispielsweise kann es sich dabei um einen Motorraum der Verbrennungskraftmaschine handeln oder auch einen separaten Referenzgasraum mit einer zumindest näherungsweise bekannten und konstanten Gasgemischzusammensetzung.These Shielding according to the invention is done by that while the at least one first electrode with the Gas mixture from the at least one gas space can be acted upon, the at least one second electrode with at least one of the gas space separate reference gas space is connected. For example, it can this is an engine compartment of the internal combustion engine or also a separate reference gas space with an at least approximately known and constant gas mixture composition.

Die Brenngaskonzentrationen im Nichtgleichgewichtsabgas (z. B. Diesel-Nichtgleichgewichtsabgas nahe bei λ = 1) und die überschüssigen Brenngase im fetten Abgas können dann das Signal des Sensorelements nicht mehr beeinflussen, da kein Brenngasumsatz an der Pumpanode erfolgen kann. Der mindestens eine Referenzgasraum soll demzufolge derart realisiert werden, dass dieser einen Abtransport des an der mindestens einen zweiten Elektrode entstehenden Gases, insbesondere des Sauerstoffs, gewährleistet. Ergebnis dieser Sensorelement-Anordnung ist eine eindeutige Kennlinie im Bereich Luft > λ ≥ 1, so dass sich dieses einfache Sensorelement beispielsweise als Einzeller kostengünstig für den Einsatz in Dieselfahrzeugen zur Messung im Bereich Luft > λ ≥ 1 einsetzen lässt.The fuel gas concentrations in the non-equilibrium exhaust gas (eg diesel non-equilibrium exhaust gas near λ = 1) and the excess fuel gases in the rich exhaust gas can then signal no longer affect the sensor element, since no fuel gas conversion can take place at the pump anode. Accordingly, the at least one reference gas space should be realized in such a way that it ensures removal of the gas, in particular of the oxygen, which is formed at the at least one second electrode. The result of this sensor element arrangement is an unambiguous characteristic curve in the range of air> λ ≥ 1, so that this simple sensor element, for example as a single cell, can be used cost-effectively for use in diesel vehicles for measurement in the air> λ ≥ 1 range.

Untersuchungen haben gezeigt, dass bei dem Aufbau des Sensorelements mit der abgeschirmten mindestens einen zweiten Elektrode tatsächlich eine eindeutige Pumpstrom-Kennlinie erreichen lässt, da im mageren Abgas ein Pumpstrom entsprechend des Sauerstoff-Partialdruckes gemessen wird. Im fetten Abgas hingegen wird kein Pumpstrom gemessen, da kein freier Sauerstoff vorliegt und da im Betrieb die Pumpspannung (typischerweise zwischen 100 mV und 1,0 V, vorzugsweise zwischen 300 mV und 800 mV und besonders bevorzugt zwischen 600 mV und 700 mV) unterhalb der Zersetzungsspannung von Wasser liegt. Somit können keine Brenngasoxidationen an der mindestens einen zweiten Elektrode, welche nunmehr abgeschirmt und „brenngasblind" ist, ablaufen.investigations have shown that in the construction of the sensor element with the shielded at least one second electrode is actually a unique one Pump current characteristic can be achieved because in the lean exhaust gas a pumping current measured according to the partial pressure of oxygen becomes. In contrast, no pumping current is measured in the rich exhaust gas, since there is no free oxygen and since in operation the pumping voltage (typically between 100mV and 1.0V, preferably between 300 mV and 800 mV and more preferably between 600 mV and 700 mV) is below the decomposition voltage of water. Thus, you can no combustion gas oxidations at the at least one second electrode, which is now shielded and "fuel gas blind" is expire.

Das Sensorelement ist somit als Grenzstrom-Magersonde aufgrund der eindeutigen Kennlinie im mageren Bereich einsetzbar. Hierfür kann beispielsweise eine elektronische Steuervorrichtung vorgesehen sein, welche zunächst (optional) mindestens einen Betriebszustand umfassen kann, der als Magerregelungszustand ausgestaltet ist. Dieser Magerregelungszustand kann eingesetzt werden im mageren Bereich des Gasgemischs, d. h. in einem Bereich, in dem ein stöchiometrischer Überschuss der nachzuweisenden Gaskomponente (beispielsweise Sauerstoff) vorliegt. In diesem Magerregelungszustand ist die Steuervorrichtung eingerichtet, um die mindestens zwei Elektroden mit einer (beispielsweise konstanten) Pumpspannung zu beaufschlagen, welche vorzugsweise so gewählt wird, dass diese einen Grenzstrombetrieb (also einen Betrieb im Sättigungsbereich des Pumpstroms) gewährleistet. Dabei wird mindestens ein Pumpstromsignal zwischen der mindestens einen ersten Elektrode und der mindestens einen zweiten Elektrode gemessen. Aufgrund der nunmehr gegebenen Eindeutigkeit der Pumpstrom-Kennlinie lasst sich diesem Stromsignal beispielsweise ein Lambda-Wert zuordnen.The Sensor element is thus as a limit current Magersonde due to the unique Characteristic used in the lean area. For example, this can be an electronic control device may be provided which initially (Optional) may include at least one operating state, which is a lean control state is designed. This lean control state can be used in the lean range of the gas mixture, d. H. in an area where a stoichiometric excess of the to be detected Gas component (for example, oxygen) is present. In this lean regulation state the control device is set up to the at least two electrodes to apply a (for example, constant) pumping voltage, which is preferably chosen so that this is a limiting current operation (ie operation in the saturation region of the pumping current) guaranteed. In this case, at least one pump current signal between the at least one first electrode and the at least measured a second electrode. Because of the now given Uniqueness of the pumping current characteristic can be this current signal, for example assign a lambda value.

Die oben beschriebenen Maßnahmen allein ermöglichen jedoch noch nicht die beispielsweise in Dieselapplikationen gewünschte Regelung von bestimmten Betriebszuständen im Bereich λ < 1,0. Für die Regenerierung von bestimmten Filtern (beispielsweise Diesel-Partikelfiltern) und/oder Katalysatoren im Dieselabgasstrang ist jedoch eine Regelung von Betriebszuständen auch im Bereich zwischen λ = 0,9 und λ = 0,95, also im fetten Bereich, zu gewährleisten. Der Begriff des „Katalysators" ist dabei weit zu fassen und umfasst im allgemeinen Abgas-Nachbehandlungssysteme, wie beispielsweise NSC-Systeme (NSC: NOx storage catalyst, NOx-Speicherkatalysatoren).The allow the above measures alone but not yet the example in Diesel applications desired Control of certain operating conditions in the range λ <1.0. For the Regeneration of certain filters (eg diesel particulate filters) However, and / or catalysts in the diesel exhaust system is a regulation of operating states also in the range between λ = 0.9 and λ = 0.95, ie in the rich range, to ensure. The term "catalyst" is to be understood broadly and generally includes exhaust aftertreatment systems, such as NSC systems (NSC: NOx storage catalyst, NOx storage catalysts).

Zusätzliche zu dem oben beschriebenen Vorteil einer eindeutigen Kennlinie im mageren Bereich, verbunden mit einem entsprechenden Magerregelungszustand, bietet das vorgeschlagene Verfahren somit noch den Vorteil mindestens eines zweiten Betriebszustandes, nämlich mindestens eines Fettregelungszustandes. Beispielsweise kann der oben beschriebene Magerregelungszustand im Normalbetrieb verwendet werden, wohingegen der mindestens eine Fettregelungszustand in einem Regenerationsbetrieb des mindestens einen Katalysators und/oder Filters eingesetzt wird. Alternativ kann das Verfahren jedoch auch lediglich mit dem mindestens einen Fettregelungszustand eingesetzt werden. In dem mindestens einen Fettregelungszustand wird das Sensorelement in einem fetten Bereich des Gasgemischs betrieben, also in einem Bereich, in welchem ein stöchiometrischer Unterschuss der nachzuweisenden Gaskomponente vorliegt. Dabei wird ein Regelungspunkt des Gasgemisches eingestellt (beispielsweise einen oder mehrere vorgegebene Lambda-Werte, z. B. in dem oben beschriebenen Bereich zwischen 0,9 und 0,95). Die nachzuweisende Gaskomponente liegt bei dem Regelungspunkt in einer vorgegebenen Konzentration vor, welcher eine Regel-Nernst-Spannung zwischen der mindestens einen ersten Elektrode, welche dem Gasgemisch ausgesetzt ist, und der mindestens einen zweiten Elektrode, welche der Referenzatmosphäre in dem Referenzgasraum ausgesetzt ist, entspricht. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet, um die mindestens eine erste Elektrode und die mindestens eine zweite Elektrode mit einer Regel-Pumpspannung zu beaufschlagen, welche der Regel-Nernst-Spannung entgegen gerichtet ist, so dass sich am Regelungspunkt die beiden Spannungen gerade kompensieren. Dabei wird ein Stromsignal zwischen der mindestens einen ersten Elektrode und der mindestens einen zweiten Elektrode gemessen. Ist dieses mindestens eine Stromsignal von Null verschieden, so indiziert dies eine Abweichung von dem mindestens einen Regelungspunkt, was wiederum beispielsweise zur Erzeugung einer Regelsignals zur Veränderung der Gasgemischzusammensetzung in dem Gasraum genutzt werden kann, beispielsweise in Form einer Einwirkung auf eine Luftmassenzuführung zu einem Verbrennungsprozess.additional to the advantage of a unique characteristic in the above-described lean region, associated with a corresponding lean control state, Thus, the proposed method still offers the advantage at least a second operating state, namely at least one grease control state. For example, the above-described lean control state be used in normal operation, whereas the at least one Grease control state in a regeneration operation of at least a catalyst and / or filters is used. alternative However, the method can also only with the at least one Grease control state can be used. In the at least one Grease control state, the sensor element in a rich area operated in the gas mixture, ie in an area in which a stoichiometric deficit of the gas component to be detected is present. In this case, a control point of the gas mixture is adjusted (For example, one or more predetermined lambda values, eg. In the range described above, between 0.9 and 0.95). The to be detected gas component is at the control point in a given Concentration, which is a rule Nernst voltage between the at least one first electrode exposed to the gas mixture is, and the at least one second electrode, which the reference atmosphere is exposed in the reference gas space corresponds. The control device is arranged to the at least one first electrode and the at least one second electrode with a control pump voltage apply what is directed against the rule-Nernst voltage is, so that at the control point, the two voltages straight compensate. In this case, a current signal between the at least a first electrode and the at least one second electrode measured. Is this at least one current signal different from zero, so this indicates a deviation from the at least one control point, which in turn, for example, to generate a control signal for Change in the gas mixture composition in the gas space can be used, for example in the form of an effect on an air mass feed to a combustion process.

Auf diese Weise lassen sich kostengünstige, einfach aufgebaute Sensorelemente herstellen, welche beispielsweise sowohl als Grenzstrom-Magersonde einsetzbar sind als auch für den beschriebenen Regenerationsbetrieb. Neben den beschriebenen konstruktiven Besonderheiten der Abschirmung der mindestens einen zweiten Elektrode erfordert dies lediglich einen geringen apparativen Aufwand, da im wesentlichen eine entsprechende Steuervorrichtung (beispielsweise mit einem oder mehreren Mikrocomputern, Hardware-Bausteinen und Software-Komponenten) vorgesehen werden muss, um die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Sensorelements zu erzielen.In this way, inexpensive, simply constructed sensor elements can be produced, wel For example, both can be used as a marginal flow Magersonde as well as for the regeneration operation described. In addition to the described design features of the shielding of at least one second electrode, this requires only a small amount of equipment, since essentially a corresponding control device (for example, with one or more microcomputers, hardware components and software components) must be provided to the inventive design to achieve the sensor element.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention is illustrated in the drawings and in the following Description explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Pumpstrom-Kennlinie; 1 a pumping current characteristic;

2 einen Schichtaufbau eines als Einzeller ausgestalteten Sensorelements mit innen liegender Pumpkathode und innen liegender Pumpanode und übereinander liegenden Zuleitungen; 2 a layer structure of a configured as Einzeller sensor element with inner pumping cathode and inner pump anode and superimposed leads;

3 ein Sensorelement gemäß 3, jedoch mit nebeneinander liegenden Zuleitungen; 3 a sensor element according to 3 but with adjacent leads;

4 ein Sensorelement mit außen liegender Pumpkathode und innen liegender Pumpanode; 4 a sensor element with an external pump cathode and an inner pump anode;

5 eine schematische Darstellung eines Systems mit einem Sensorelement und einer Steuervorrichtung; und 5 a schematic representation of a system with a sensor element and a control device; and

6 ein Beispiel einer Pumpstrom-Regelung mit einem Regelungspunkt im fetten Bereich. 6 an example of a pumping current control with a control point in the rich area.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention

In der 1 ist schematisch ein Verlauf eines Pumpstroms IP als Funktion der Luftzahl λ eines Gasgemisches dargestellt. Dabei handelt es sich um den erwarteten Verlauf der Kennlinie für ein erfindungsgemäßes Design eines Sensorelements mit einer zweiten Elektrode, welche vollständig gegenüber dem Gasgemisch (Brenngas) abgeschirmt ist. Hier wie im Folgenden sei als Beispiel angenommen, dass diese mindestens eine zweite Elektrode als Pumpanode betrieben wird. Es sind jedoch auch andere Arten der Beschaltung denkbar, beispielsweise Beschaltungen mit wechselnder Polarität. Die senkrechte gestrichelte Linie 110 bezeichnet dabei in 1 den Wert λ = 1, welcher den fetten Bereich 112 vom mageren Bereich 114 trennt. Dabei ist zu erkennen, dass die zu erwartende Kennlinie im Bereich λ > 1 linear ansteigt und im fetten Bereich, also für λ < 1, den Wert 0 annimmt.In the 1 schematically a course of a pumping current I P is shown as a function of the air ratio λ of a gas mixture. This is the expected course of the characteristic curve for a design according to the invention of a sensor element with a second electrode, which is completely shielded from the gas mixture (fuel gas). Here, as in the following, it is assumed as an example that this at least one second electrode is operated as a pump anode. However, other types of wiring are conceivable, for example, circuits with alternating polarity. The vertical dashed line 110 designates in 1 the value λ = 1, which is the rich range 112 from the lean area 114 separates. It can be seen that the expected characteristic increases linearly in the region λ> 1 and assumes the value 0 in the rich region, ie for λ <1.

Wäre die zweite Pumpelektrode (Pumpanode) nicht, wie die Erfindung vorschlägt, gegenüber dem Brenngas abgeschirmt, so wäre insbesondere im fetten Bereich 112 ein nicht verschwindender Pumpstrom zu beobachten, welcher auf die oben beschriebenen Fettgasreaktionen an der Pumpanode zurückzuführen ist. Bereits im leicht mageren Bereich, also im Bereich 114 nahe bei λ = 1, wäre eine Abweichung vom linearen Verlauf der Kennlinie zu beobachten.If the second pump electrode (pump anode) were not shielded from the fuel gas, as the invention suggests, then it would be particularly in the rich region 112 observed a non-vanishing pumping current, which is due to the above-described fatty gas reactions at the pump anode. Already in the slightly lean area, so in the area 114 close to λ = 1, a deviation from the linear curve of the characteristic would be observed.

In 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Sensorelements 210 in perspektivischer Darstellung des Schichtaufbaus dargestellt, welches für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann. Bei diesem Sensorelement 210 handelt es sich um einen Einzeller, welcher vergleichsweise einfach und kostengünstig zu realisieren ist. Das beschriebene Sensorelement 210 kann beispielsweise als Grenzstrom-Magersonde eingesetzt werden, um Gasgemisch in einem Gasraum 212 zu analysieren.In 2 is a first embodiment of a sensor element 210 shown in a perspective view of the layer structure, which can be used for the inventive method. In this sensor element 210 it is a protozoa, which is comparatively easy and inexpensive to implement. The described sensor element 210 For example, it can be used as a limiting stream lean-to-gas to gas mixture in a gas space 212 analyze.

Das Sensorelement 210 weist auf der dem Gasraum 212 zugewandten Seite einen ersten Festelektrolyten 214, beispielsweise einen Yttrium-stabilisierten Zirkondioxid-Elektrolyten, auf. In einer Schichtebene auf der dem Gasraum 212 abgewandten Seite des Festelektrolyten 214 ist der Festelektrolyt 214 durch eine Pumpanode 216 (beispielsweise eine Platin-Elektrode und/oder eine Oxidelektrode) und eine Pumpkathode 218 kontaktiert, wobei Pumpanode 216 und Pumpkathode 218 nebeneinander angeordnet sind. Die Pumpkathode 218 fungiert dabei als die oben beschriebene erste Elektrode, und die Pumpanode 216 stellt die zweite Elektrode dar.The sensor element 210 points to the gas space 212 facing side a first solid electrolyte 214 For example, an yttrium-stabilized zirconia electrolyte. In a layer plane on the gas space 212 opposite side of the solid electrolyte 214 is the solid electrolyte 214 through a pump anode 216 (For example, a platinum electrode and / or an oxide electrode) and a pumping cathode 218 contacted, wherein pump anode 216 and pump cathode 218 are arranged side by side. The pump cathode 218 acts as the first electrode described above, and the pump anode 216 represents the second electrode.

Unterhalb von Pumpanode 216 und Pumpkathode 218 ist ein zweiter Festelektrolyt 220 angeordnet, so dass Pumpanode 216 und Pumpkathode 218 zwischen den beiden Festelektrolyten 214, 220 eingebettet sind. Während die Pumpanode 216 dabei lediglich als einzelne Elektrode ausgebildet ist, weist die Pumpkathode 218 eine erste Teilkathode 222 und eine zweite Teilkathode 224 auf, wobei die erste Teilkathode 222 den oben liegenden Festelektrolyten 214 kontaktiert, und die zweite Teilkathode 224 den unten liegenden, zweiten Festelektrolyten 220. Die beiden Teilkathoden 222, 224 sind jedoch elektrisch leitend verbunden, so dass diese als einzelne Pumpkathode 218 wirken, jedoch mit vergrößerter Oberfläche. Hierdurch lässt sich der Innenwiderstand des Sensorelements 210 reduzieren.Below pump anode 216 and pump cathode 218 is a second solid electrolyte 220 arranged so that pump anode 216 and pump cathode 218 between the two solid electrolytes 214 . 220 are embedded. While the pump anode 216 it is formed only as a single electrode, the pump cathode 218 a first part cathode 222 and a second sub-cathode 224 on, with the first part cathode 222 the overhead solid electrolyte 214 contacted, and the second partial cathode 224 the underlying, second solid electrolyte 220 , The two partial cathodes 222 . 224 However, they are electrically connected, so that these as a single pumping cathode 218 act, but with an enlarged surface. This allows the internal resistance of the sensor element 210 to reduce.

Zwischen den beiden Teilkathoden 222, 224 ist ein Kathodenhohlraum 226 vorgesehen. Über ein Gaszutrittsloch 228 im oben liegenden Festelektrolyten 214 kann Gasgemisch aus dem Gasraum 212 in den Kathodenhohlraum 226 eindringen. Dabei ist zwischen Gaszutrittsloch 228 und Kathodenhohlraum 226 eine Diffusionsbarriere 230 vorgesehen, welche ein poröses, dichtes keramisches Material aufweist und welche den Grenzstrom der Pumpkathode 218 begrenzt. Die Pumpkathode 218 wird durch eine Kathodenzuleitung 232, welche auf dem unteren Festelektrolyten 220 angeordnet ist, elektrisch kontaktiert. Über einen Kathodenanschluss 234 auf der Oberseite des Festelektrolyten 214 und eine elektrische Durchkontaktierung 236 kann die Pumpkathode 218 mit einer entsprechenden elektronischen Schaltung (siehe 5) verbunden werden und beispielsweise mit einer Spannung beaufschlagt werden.Between the two partial cathodes 222 . 224 is a cathode cavity 226 intended. About a gas access hole 228 in the overhead solid electrolyte 214 can gas mixture from the gas space 212 in the cathode cavity 226 penetration. It is between gas inlet hole 228 and cathode cavity 226 a diffusion barrier 230 provided, which has a porous, dense ceramic material and which the limiting current of the pump cathode 218 limited. The pump cathode 218 is through a cathode lead 232 , which on the lower solid electrolyte 220 is arranged, electrically contacted. Via a cathode connection 234 on top of the solid electrolyte 214 and an electrical via 236 can the pump cathode 218 with a corresponding electronic circuit (see 5 ) are connected and, for example, be subjected to a voltage.

Unterhalb der Pumpanode 216 ist ein Anodenhohlraum 238 vorgesehen, welcher über einen Abluftkanal 240 mit einem vom Gasraum 212 getrennten Referenzgasraum 242 verbunden ist. Anodenhohlraum 238 und/oder Abluftkanal 240 sind dabei mit einem Sauerstoff-durchlässigen porösen Füllelement 244 auf Al2O3-Basis gefüllt oder auch mit einem anderen porösen Material ausgefüllt oder ungefüllt ausgeführt. Der Abluftkanal 240 weist vorzugsweise mindestens eine der folgenden Eigenschaften auf:

  • – der mindestens eine Abluftkanal 240 weist eine rechteckige Querschnittsfläche auf;
  • – der mindestens eine Abluftkanal 240 weist eine Länge im Bereich von 1 mm bis 50 mm, vorzugsweise im Bereich von 10 mm bis 30 mm, auf;
  • – der mindestens eine Abluftkanal 240 weist eine Querschnittsfläche im Bereich von 0,001 mm2 bis 1 mm2, vorzugsweise von 0,01 bis 0,1 mm2, auf;
  • – der mindestens eine Abluftkanal 240 weist eine Querschnittsfläche auf, wobei das Verhältnis der Querschnittsfläche zur Fläche der mindestens einen Pumpanode 216 im Bereich zwischen 2 und 0,01, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,3 und 0,05, liegt.
Below the pump anode 216 is an anode cavity 238 provided, which via an exhaust duct 240 with one from the gas room 212 separate reference gas space 242 connected is. anode cavity 238 and / or exhaust duct 240 are doing with an oxygen-permeable porous filling element 244 filled on Al 2 O 3 basis or filled with another porous material or unfilled performed. The exhaust duct 240 preferably has at least one of the following properties:
  • - The at least one exhaust duct 240 has a rectangular cross-sectional area;
  • - The at least one exhaust duct 240 has a length in the range of 1 mm to 50 mm, preferably in the range of 10 mm to 30 mm;
  • - The at least one exhaust duct 240 has a cross-sectional area in the range of 0.001 mm 2 to 1 mm 2 , preferably from 0.01 to 0.1 mm 2 ;
  • - The at least one exhaust duct 240 has a cross-sectional area, wherein the ratio of the cross-sectional area to the area of the at least one pump anode 216 in the range between 2 and 0.01, preferably in the range between 0.3 and 0.05.

Auf diese Weise wird einerseits ein optimaler Abtransport von Sauerstoff von der Pumpanode 216 gewährleistet, und andererseits ein Eindiffundieren von Verunreinigungen zur Pumpanode 216 durch den Abluftkanal 240 weitgehend verhindert.In this way, on the one hand, an optimal removal of oxygen from the pump anode 216 ensures, and on the other hand, a diffusion of impurities to the pump anode 216 through the exhaust duct 240 largely prevented.

Die Pumpanode 216 ist über eine Anodenzuleitung 246 elektrisch kontaktiert und über eine weitere elektrische Durchkontaktierung 248 im Festelektrolyten 214 mit einem auf der Oberseite des Festelektrolyten 214 angeordneten Anodenanschluss 250 verbunden. Über diesen Anodenanschluss 250 kann die Pumpanode 216 beispielsweise mit der oben beschriebenen elektronischen Vorrichtung verbunden werden, so dass beispielsweise zwischen Pumpanode 216 und Pumpkathode 218 eine Spannung angelegt werden kann und/oder ein Pumpstrom gemessen werden kann. Anodenzuleitung 246 und Kathodenzu leitung 232 sind dabei in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 übereinander liegend angeordnet. Eine elektrische Isolierung von Pumpanode 216 bzw. Anodenzuleitung 246 gegenüber der Kathodenzuleitung 232 erfolgt dabei durch das poröse Füllelement 244, welches elektrisch nichtleitende Eigenschaften aufweist.The pump anode 216 is via an anode lead 246 electrically contacted and via another electrical feedthrough 248 in the solid electrolyte 214 with one on top of the solid electrolyte 214 arranged anode connection 250 connected. About this anode connection 250 can the pump anode 216 For example, be connected to the electronic device described above, so that, for example, between pump anode 216 and pump cathode 218 a voltage can be applied and / or a pumping current can be measured. anode lead 246 and cathode conduction 232 are in the embodiment according to 2 arranged one above the other. An electrical insulation of pump anode 216 or anode feed line 246 opposite the cathode feed line 232 takes place through the porous filling element 244 , which has electrically non-conductive properties.

Unterhalb des zweiten Festelektrolyten 220 ist ein Heizelement 252 angeordnet, welches ein zwischen zwei Isolatorfolien 254 eingebettetes Heizwiderstandselement 256 umfasst. Das Heizwiderstandselement 256 kann über Durchkontaktierungen 258 in einem Trägersubstrat 260 (beispielsweise wieder ein Festelektrolyt) über Heizanschlüsse 262 auf der dem Gasraum 212 abgewandten Seite des Trägersubstrats 260 elektrisch kontaktiert und mit einem Heizstrom beaufschlagt werden. Beispielsweise kann dieser Heizstrom mit einer Regelung geregelt werden, welche beispielsweise einen konstanten Innenwiderstand des Sensorelements 210 einstellt.Below the second solid electrolyte 220 is a heating element 252 arranged, which one between two Isolatorfolien 254 embedded heating resistor element 256 includes. The heating resistor element 256 can via vias 258 in a carrier substrate 260 (For example, again a solid electrolyte) via heating connections 262 on the gas space 212 opposite side of the carrier substrate 260 electrically contacted and acted upon by a heating current. For example, this heating current can be regulated with a regulation which, for example, a constant internal resistance of the sensor element 210 established.

Mittels des in 2 beschriebenen Ausführungsbeispiels eines Sensorelements 210 kann die in 1 dargestellte Pumpstrom-Kennlinie im Wesentlichen realisiert werden. Beim Einsatz als Lambdasonde wird dabei im mageren Bereich 114 ein Pumpstrom entsprechend des Sauerstoffpartialdrucks gemessen (linear ansteigende Kennlinie), im fetten Bereich 112 kein Strom, da kein freier Sauerstoff vorliegt und die gewählte Pumpspannung vorteilhafterweise unterhalb der Zersetzungsspannung des Wassers liegt. Somit kann keine Brenngasoxidation an der innen liegenden, abgeschirmten Brenngas-blinden Pumpanode 216 auftreten. Dadurch lässt sich ein kostengünstiges, als Einzeller aufgebautes Sensorelement 210 realisieren, welches auch für den Einsatz in Dieselfahrzeugen geeignet ist.By means of in 2 described embodiment of a sensor element 210 can the in 1 Pumping current characteristic shown are substantially realized. When used as lambda probe is doing in the lean area 114 a pumping current measured according to the oxygen partial pressure (linearly increasing characteristic), in the rich range 112 no current, since there is no free oxygen and the selected pumping voltage is advantageously below the decomposition voltage of the water. Thus, no fuel gas oxidation at the inner, shielded fuel gas-blind pump anode 216 occur. This allows a cost-effective, designed as a single cell sensor element 210 which is also suitable for use in diesel vehicles.

In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Sensorelements 210 in perspektivischer Schichtdarstellung gezeigt, welches für das vorgeschlagene Verfahren eingesetzt werden kann, wobei ebenfalls wieder elektronische Schaltungskomponenten nicht dargestellt sind. Der Aufbau entspricht weitgehend dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, so dass bezüglich der einzelnen Elemente auf dieses Ausführungsbeispiel verwiesen werden kann. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß 2 weist jedoch im Ausführungsbeispiel gemäß 3 nicht nur die Pumpkathode 218 zwei Teilkathoden 222, 224 auf, sondern auch die Pumpanode 216 ist zweiteilig ausgebildet, mit einer oben liegenden ersten Teilanode 310, welche den oberen Festelektrolyten 214 kontaktiert, und einer unten liegenden zweiten Teilanode 312, welche den unten liegenden Festelektrolyten 220 kontaktiert. Die Teilanoden 310, 312 sind wiederum, analog zu den Teilkathoden 222, 224, elektrisch leitend miteinander verbunden. Der Vorteil dieser Anordnung besteht, wie oben ausgeführt, in einer Verringerung des Innenwiderstands des Sensorelements 210, da nunmehr wirksam Pumpströme durch den oberen Festelektrolyten 214 und den unteren Festelektrolyten 220 geleitet werden können.In 3 is a second embodiment of a sensor element 210 shown in perspective layer representation, which can be used for the proposed method, again electronic circuit components are not shown again. The structure largely corresponds to the embodiment according to 2 , so that reference can be made to this embodiment with regard to the individual elements. In contrast to the embodiment according to 2 However, in the embodiment according to 3 not just the pump cathode 218 two partial cathodes 222 . 224 on, but also the pump anode 216 is formed in two parts, with an overhead first partial anode 310 , which the upper solid electrolyte 214 contacted, and a lower second partial anode 312 , which the underlying solid electrolyte 220 contacted. The partial anodes 310 . 312 are again, analogous to the partial cathodes 222 . 224 electrically connected to each other. The advantage of this arrangement, as stated above, in a reduction of the internal resistance of the sensor elements 210 , since now effective pumping currents through the upper solid electrolyte 214 and the lower solid electrolyte 220 can be directed.

Die beiden Teilanoden 310, 312 sind durch den Anodenhohlraum 238 voneinander getrennt, welcher wiederum, analog zu 3, mit dem porösen Füllelement 244 ausgefüllt ist. Analog zu 2 ist der Anodenhohlraum 238 auch im Ausführungsbeispiel gemäß 3 über den Abluftkanal 240, welcher ebenfalls mit dem porösen Füllelement 244 ausgefüllt ist, mit dem Referenzgasraum 242 verbunden.The two partial anodes 310 . 312 are through the anode cavity 238 separated, which in turn, analogous to 3 , with the porous filling element 244 is filled. Analogous to 2 is the anode cavity 238 also in the embodiment according to 3 over the exhaust duct 240 , which also with the porous filling element 244 filled with the reference gas space 242 connected.

Ebenfalls im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist im Ausführungsbeispiel des Sensorelements 210 gemäß 3 keine übereinander liegende Anordnung der Elektrodenzuleitungen 232, 246 vorgesehen, mittels derer die Pumpkathode 218 und die Pumpanode 216 kontaktiert werden. Anodenzuleitung 246 und Kathodenzuleitung 232 sind vielmehr nebeneinander liegend auf dem unteren Festelektrolyten 220 angeordnet, wobei der Abluftkanal 240 mittig zwischen den beiden Elektrodenzuleitungen 232, 246 und parallel zu diesen verläuft. Die Kontaktierung der Elektrodenzuleitungen 232, 246 erfolgt, analog zum Ausführungsbeispiel in 2, über die Elektrodenanschlüsse 234, 250. Für die weiteren Bauelemente und die Funktionsweise sei auf die obige Beschreibung verwiesen. Das Sensorelement 210 gemäß 3 weist somit wieder eine „Brenngas-blinde" Pumpanode 216 auf, so dass sich wiederum die in 1 dargestellte Kennlinie erzielen lässt.Also in contrast to the embodiment according to 2 is in the embodiment of the sensor element 210 according to 3 no superimposed arrangement of the electrode leads 232 . 246 provided by means of which the pump cathode 218 and the pump anode 216 be contacted. anode lead 246 and cathode lead 232 are rather juxtaposed on the lower solid electrolyte 220 arranged, wherein the exhaust duct 240 in the middle between the two electrode leads 232 . 246 and runs parallel to these. The contacting of the electrode leads 232 . 246 takes place, analogous to the embodiment in 2 , via the electrode connections 234 . 250 , For the other components and the operation is made to the above description. The sensor element 210 according to 3 thus again shows a "fuel gas-blind" pump anode 216 so that in turn the in 1 achieved characteristic can be achieved.

In 4 ist ein zu den 2 und 3 alternatives Ausführungsbeispiel eines Sensorelements 210 dargestellt, bei welchem, im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen in den 2 und 3, lediglich die Anode 216 im Sensorelement-Inneren angeordnet ist, wohingegen die Pumpkathode 218 auf der äußeren, dem Gasraum 212 zugewandten Oberfläche des Festelektrolyten 214 angeordnet ist.In 4 is one to the 2 and 3 alternative embodiment of a sensor element 210 represented, in which, in contrast to the embodiments in the 2 and 3 , only the anode 216 is arranged in the sensor element interior, whereas the pump cathode 218 on the outside, the gas space 212 facing surface of the solid electrolyte 214 is arranged.

Die Pumpanode 216 ist in diesem Fall einteilig ausgebildet und unmittelbar über der oberen Isolatorfolie 254 des Heizelements 252 angeordnet. Über die Anodenzuleitung 246, welche ebenfalls auf der oberen Isolatorfolie 254 angeordnet ist, die Anoden-Durchkontaktierung 248 im oberen Festelektrolyten 214 und den Anodenanschluss 250 kann die Pumpanode 216 mit einem Potential beaufschlagt werden bzw. mit einer entsprechenden elektronischen Schaltung verbunden werden (siehe untern 5). Wiederum steht die Anode 216 über den Abluftkanal 240, welcher wiederum mit dem porösen Element 244 ausgefüllt ist, mit dem Referenzgasraum 242 in Verbindung. Abluftkanal 240 und poröses Element 244 isolieren die Anodenzuleitung 246 gegenüber dem oberen Festelektrolyten 214. Weiterhin kann auch in diesem Ausführungsbeispiel wiederum ein (hier nicht dargestellter) Anodenhohlraum vorgesehen sein, welcher wiederum hohl oder mit einem porösen Füllelement ausgestaltet sein kann.The pump anode 216 is in this case formed in one piece and immediately above the upper insulator film 254 of the heating element 252 arranged. About the anode lead 246 , which are also on the top isolator film 254 is arranged, the anode via 248 in the upper solid electrolyte 214 and the anode connection 250 can the pump anode 216 be subjected to a potential or connected to a corresponding electronic circuit (see below 5 ). Again the anode is standing 216 over the exhaust duct 240 , which in turn with the porous element 244 filled with the reference gas space 242 in connection. exhaust duct 240 and porous element 244 isolate the anode lead 246 opposite the upper solid electrolyte 214 , Furthermore, in this embodiment as well, an anode cavity (not shown here) can again be provided, which in turn can be designed to be hollow or with a porous filling element.

Die Pumpkathode 218 ist auf der Oberseite des Festelektrolyten 214 angeordnet und kann durch eine Kathodenzuleitung 232 und einen Kathodenanschluss 234, welche ebenfalls auf der Oberfläche des Festelektrolyten 214 angeordnet sind, elektrisch kontaktiert werden. Die Kathodenzuleitung 232 ist durch ein Isolationselement 410 vom Festelektrolyten 214 elektrisch getrennt.The pump cathode 218 is on top of the solid electrolyte 214 arranged and can by a Kathodenzuleitung 232 and a cathode terminal 234 , which also on the surface of the solid electrolyte 214 are arranged to be contacted electrically. The cathode feed line 232 is through an insulation element 410 from the solid electrolyte 214 electrically isolated.

Die Pumpkathode 218 ist mit einer gasundurchlässigen Abdeckschicht 412 gegenüber dem Gasraum 212 abgeschirmt. An einer Stirnseite, an welcher die Abdeckschicht 412 einen Spalt zum Festelektrolyten 214 offen lässt, ist die Diffusionsbarriere 230 vorgesehen, deren Funktion oben bereits beschrieben wurde und welche den Grenzstrom der Pumpkathode 218 begrenzt. Gasgemisch aus dem Gasraum 212 muss, um zur Pumpkathode 218 zu gelangen, die Diffusionsbarriere 230 durchdringen. Wiederum kann auch hier ein Kathodenhohlraum vorgesehen sein, welcher wiederum mit einem porösen Füllelement ausgefüllt oder hohl ausgestaltet ist und welcher in der 4 nicht dargestellt ist.The pump cathode 218 is with a gas-impermeable cover layer 412 opposite the gas space 212 shielded. On a front side, on which the cover layer 412 a gap to the solid electrolyte 214 leaves open, is the diffusion barrier 230 provided whose function has already been described above and which the limiting current of the pump cathode 218 limited. Gas mixture from the gas space 212 has to go to the pumping cathode 218 to get to the diffusion barrier 230 penetrate. Again, a cathode cavity may also be provided here, which in turn is filled with a porous filling element or hollow and which is in the 4 not shown.

Die Funktionsweise des Sensorelements 210 entspricht im wesentlichen der Funktionsweise der Sensorelemente gemäß den 2 und 3, so dass bezüglich der weiteren Bauelemente auf die obige Beschreibung verwiesen werden kann. Auch mittels des in 4 dargestellten Sensorelements 210 lässt sich aufgrund der gegenüber dem Gasraum 212 abgeschirmten Pumpanode 216 die in 1 dargestellte Kennlinie realisieren.The operation of the sensor element 210 corresponds essentially to the operation of the sensor elements according to the 2 and 3 , so that reference can be made to the above description with respect to the other components. Also by means of in 4 shown sensor element 210 can be due to the opposite the gas space 212 shielded pump anode 216 in the 1 realize illustrated characteristic.

Wie oben beschrieben, sind die erfindungsgemäßen Sensorelemente 210 durch ihren Aufbau mit der „Brenngas-blinden" Pumpanode 216 somit als Grenzstrom-Magersonden im mageren Bereich einsetzbar. Gleichzeitig soll jedoch auch eine gezielte Regelung von fetten Betriebszuständen möglich sein, beispielsweise für eine zeitlich begrenzte Regeneration eines Katalysators. Dementsprechend weist das erfindungsgemäßen System eine elektronische Steuervorrichtung 510 auf, deren Funktionsweise anhand der 5 und 6 erläutert werden soll. Dabei zeigt 5 ein erfindungsgemäßes Sensorelement 210 und eine Steuervorrichtung 510, wobei ein Sensorelement-Aufbau verwendet wird, der im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 entspricht. Dementsprechend kann bezüglich dieses Aufbaus auf die obige Beschreibung verwiesen werden. Auch andere Arten von Sensorelementen 210 mit „Brenngas-blinder" Pumpanode 216 lassen sich jedoch erfindungsgemäß nutzen. In 6 ist eine Pumpstrom-Kennlinie dargestellt, welche für die gezielte Regelung eingesetzt wird.As described above, the sensor elements according to the invention are 210 by their construction with the "fuel gas-blind" pump anode 216 thus usable as a limit current lean-loader in the lean range. At the same time, however, a targeted control of rich operating conditions should be possible, for example for a time-limited regeneration of a catalyst. Accordingly, the system according to the invention has an electronic control device 510 whose operation is based on the 5 and 6 should be explained. It shows 5 a sensor element according to the invention 210 and a control device 510 wherein a sensor element structure is used which essentially corresponds to the exemplary embodiment 3 equivalent. Accordingly, with respect to this structure, reference may be made to the above description. Also other types of sensor elements 210 with "fuel gas-blind" pump anode 216 can be used according to the invention, however. In 6 a pumping current characteristic is shown, which is used for targeted control.

Die Steuervorrichtung 510 gemäß 5 ist zunächst ausgestaltet, um in einem Magerregelungszustand im mageren Bereich 114 die lineare Pumpstrom-Kennlinie für eine Breitband-Regelung auszunutzen. Dabei wird eine Pumpspannungsquelle 512 eingesetzt, um eine Pumpspannung zwischen Pumpanode 216 und Pumpkathode 218 anzulegen. In diesem Fall fungiert die „Pumpanode" 216 tatsächlich als Anode beim Pumpvorgang, wird also mit einer positiven Pumpspannung Up beaufschlagt. Mittels einer Pumpstrom-Messvorrichtung 514 wird der Pumpstrom Ip gemessen, welcher durch die durch Pumpanode 216, Pumpkathode 218 und Festelektrolyten 214 gebildete Pumpzelle 516 fließt. Aus der eindeutigen und linearen Kennlinie im mageren Bereich 114 (siehe 6) kann eindeutig auf einen λ-Wert rückgeschlossen werden. So kann die Steuervorrichtung 510 beispielsweise eine Steuerelektronik 518 umfassen, welche die Pumpspannungsquelle 512 und die Pumpstrom-Messvorrichtung 514 ansteuert und/oder ausliest. Diese Steuerelektronik 518 kann beispielsweise ein Regelsignal 520 erzeugen, welches der Luftzahl entspricht und dieses an weitere Komponenten der Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise eine Motorsteuerung, weiterleiten. Umgekehrt kann die Steuerelektronik 518 über entsprechende Ansteuersignale 522 angesteuert werden, beispielsweise um zwischen den verschiedenen Betriebszuständen umzuschalten.The control device 510 according to 5 is initially configured to be in a lean control state in the lean area 114 exploit the linear pump current characteristic for a broadband control. This is a pump voltage source 512 used to pump a voltage between the pump anode 216 and pump cathode 218 to apply. In this case the "pump anode" acts 216 actually as an anode during the pumping process, so is applied to a positive pump voltage U p . By means of a pumping current measuring device 514 the pumping current I p is measured, which by the pump anode 216 , Pump cathode 218 and solid electrolytes 214 formed pumping cell 516 flows. From the unique and linear characteristic in the lean area 114 (please refer 6 ) can be clearly deduced to a λ value. So can the control device 510 For example, an electronic control system 518 comprising the pump voltage source 512 and the pumping current measuring device 514 drives and / or reads out. This control electronics 518 can for example be a control signal 520 generate, which corresponds to the air ratio and forward this to other components of the internal combustion engine, such as a motor control. Conversely, the control electronics 518 via corresponding control signals 522 be controlled, for example, to switch between the different operating conditions.

Neben dem beschriebenen Magerregelungszustand existiert mindestens ein weiterer Betriebszustand, nämlich ein Fettregelungszustand, in welchem ein bestimmter λ-Wert < 1 eingeregelt werden soll. Bei λ-Werten < 1, also bei einem Sauerstoff-Unterschuss im Vergleich zum stöchiometrischen (d. h. λ = 1-Gemisch) stellt sich in der Pumpzelle 516 aufgrund des Sauerstoff-Konzentrationsgefälles zwischen Anodehohlraum 238 und Kathodenhohlraum 226 eine Nernst-Spannung zwischen Pumpanode 216 und Pumpkathode 218 ein, welche der oben beschriebenen Pumpspannung entgegen gesetzt gerichtet ist. Die „Pumpzelle" 516 bildet in diesem Fall eine Nernst-Zelle, in welcher die „Pumpkathode" 218 nunmehr als Nernst-Anode fungiert und die „Pumpanode" 216 als Nernst-Kathode. Aufgrund der bekannten Eigenschaften der Pumpzelle 516 lässt sich für jeden λ-Wert diese Nernst-Spannung berechnen oder auch experimentell ermitteln.In addition to the described lean control state there exists at least one further operating state, namely a rich control state, in which a specific λ value <1 is to be regulated. At λ-values <1, ie at an oxygen deficit compared to the stoichiometric (ie λ = 1-mixture) is in the pumping cell 516 due to the oxygen concentration gradient between anode cavity 238 and cathode cavity 226 a Nernst voltage between pump anode 216 and pump cathode 218 a, which is directed opposite to the pumping voltage described above. The "pump cell" 516 forms in this case a Nernst cell in which the "pump cathode" 218 now acts as a Nernst anode and the "pump anode" 216 as Nernst cathode. Due to the known properties of the pumping cell 516 can be calculated for each λ value this Nernst voltage or determine experimentally.

Soll ein bestimmter λ-Wert < 1 (Regelungspunkt) eingestellt werden, so wird nun durch die Steuervorrichtung 510 mittels der Pumpspannungsquelle 512 eine Spannung zwischen Pumpkathode 218 und Pumpanode 216 angelegt, welche dem Betrag nach gerade der Nernst-Spannung entspricht, die dem gewünschten λ-Wert entspricht, welche der Nernst-Spannung jedoch gerade entgegen gesetzt gerichtet ist. Die Pumpspannung Up kompensiert somit am Regelungspunkt die Nernst-Spannung UN. Genau am Regelungspunkt fließt daher kein Strom zwischen den beiden Elektroden 216, 218. Der Regelungspunkt wird dann durch Null (kein Stromfluss) und Minus (geringer Pumpstrom in entgegen gesetzter Rich tung zum „Magerpumpstrom") erkannt. Zwischen den Pumpelektroden 216, 218 liegt eine effektive Pumpspannung Ueff an, die sich aus der Differenz der angelegten Pumpspannung Up und der Nernst-Spannung UN ergibt: Ueff = Up – UN. If a certain λ-value <1 (control point) to be set, so will now by the control device 510 by means of the pump voltage source 512 a voltage between the pump cathode 218 and pump anode 216 which corresponds in magnitude to the Nernst voltage which corresponds to the desired λ value, which is, however, directed just opposite to the Nernst voltage. The pumping voltage U p thus compensates for the Nernst voltage U N at the control point. Exactly at the control point therefore no current flows between the two electrodes 216 . 218 , The control point is then identified by zero (no current flow) and minus (low pumping current in the opposite direction to the "lean pumping current") between the pumping electrodes 216 . 218 is an effective pump voltage U eff , which results from the difference of the applied pump voltage U p and the Nernst voltage U N : U eff = U p - U N ,

Mittels dieses „Null-Minus-Schalters" lässt sich beispielsweise ein für eine Regeneration eines Katalysators und/oder Filters in einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Diesel-Kraftfahrzeug, erforderlicher λ-Wert im Bereich zwischen 1,0 > λ ≥ 0,9 ansteuern. So ist beispielsweise in 6 ein Regelungspunkt 610 bei λ = 0,9 gewählt. Dementsprechend wird eine Pumpspannung Up eingestellt, welche gerade der Nernst-Spannung UN für den Regelungspunkt λ = 0,9 entspricht. In 6 zeigt dabei der durchgezogene Graph 612 die theoretische Pumpstrom-Kennlinie bei hoher Spannung UP, bei Pumpspannungen, welche weit oberhalb der Nernst-Spannung UN liegen. Der gestrichelt dargestellte Graph 614 zeigt hingegen die Pumpstrom-Kennlinie bei einer Pumpspannung UP, welche gerade der Nernst-Spannung UN für λ = 0,9 entspricht. Sinkt λ vom mageren Bereich 114 ausgehend unter λ = 1 ab, so ist zunächst kein Pumpstrom zu messen, da die effektive Pumpspannung Ueff noch positiv ist und da, wie oben beschrieben, an der Pumpanode 216 keine Brenngasreaktionen stattfinden können. Ab λ = 0,9 wird dann, bei kleiner werdenden λ-Werten, die effektive Pumpspannung Ueff negativ, da die Nernst-Spannung UN die Pumpspannung Up überkompensiert. Es wird folglich ein Strom gemäß der Richtung des elektrischen Potentials, bestimmt durch die Nernst-Spannung, gemessen, welcher mittels der Pumpstrom-Messvorrichtung wahrnehmbar ist. Dieser Strom ist entgegen gesetzt zur Stromrichtung im Magerbetrieb und wird daher als negativer Pumpstrom verzeichnet. Alternativ oder zusätzlich kann die Betriebsweise auch derart modifiziert werden, dass anstelle des Stromes Spannungsänderungen an den Elektroden erfasst werden.By means of this "zero-minus switch", for example, a λ value required for regeneration of a catalytic converter and / or filter in an internal combustion engine, in particular in a diesel motor vehicle, in the range between 1.0> λ ≥ 0.9 can be controlled So, for example, in 6 a regulatory point 610 selected at λ = 0.9. Accordingly, a pump voltage U p is set, which corresponds to the Nernst voltage U N for the control point λ = 0.9. In 6 shows the solid graph 612 the theoretical pump current characteristic at high voltage U P , at pump voltages which are far above the Nernst voltage U N. The dashed graph 614 shows, however, the pumping current characteristic at a pumping voltage U P , which just corresponds to the Nernst voltage U N for λ = 0.9. Decreases λ from the lean area 114 starting at λ = 1, so no pumping current is initially to measure, since the effective pump voltage U eff is still positive and there, as described above, at the pump anode 216 no fuel gas reactions can take place. From λ = 0.9 the effective pump voltage U eff becomes negative as the λ values become smaller, since the Nernst voltage U N overcompensates the pump voltage U p . Consequently, a current is measured according to the direction of the electric potential determined by the Nernst voltage, which is perceptible by the pump current measuring device. This current is opposite to the current direction in lean operation and is therefore recorded as a negative pumping current. Alternatively or additionally, the mode of operation can also be modified in such a way that voltage changes at the electrodes are detected instead of the current.

Die Steuervorrichtung 510 kann beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass diese sich mittels eines Ansteuersignals 522 zwischen den beiden Betriebzuständen umschalten lasst. Auch können, beispielsweise in einem elektronischen Datenspeicher 524, verschiedene Regelungspunkte 610 vorgegeben sein, beispielsweise in Form von Pumpspannungen, welche gerade bestimmten λ-Werten entsprechen. Beispielsweise kann dies in Form einer elektronischen Tabelle erfolgen.The control device 510 For example, it can be configured in such a way that it uses a drive signal 522 switch between the two operating states. Also, for example, in an electronic data storage 524 , various control points 610 be predetermined, for example in the form of pump voltages, which correspond to particular λ values. For example, this can be done in the form of an electronic table.

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Claims (14)

Verfahren zur Messung einer Gaskomponente eines Gasgemischs in mindestens einem Gasraum (212) mittels eines Sensorelements (210), welches mindestens eine erste Elektrode (218), mindestens eine zweite Elektrode (216) und mindestens einen die mindestens eine erste Elektrode (218) und die mindestens eine zweite Elektrode (216) verbindenden Festelektrolyten (214) aufweist, wobei die mindestens eine erste Elektrode (218) mit dem Gasgemisch aus dem mindestens einen Gasraum (212) beaufschlagbar ist und wobei die mindestens eine zweite Elektrode (216) mit mindestens einem vom Gasraum (212) getrennten Referenzgasraum (242) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Fettregelungszustand das Sensorelement (210) in einem fetten Bereich (112) des Gasgemischs betrieben wird, wobei die Gaskomponente in dem fetten Bereich (112) in einem stöchiometrischen Unterschuss vorliegt, wobei ein Regelungspunkt (610) des Gasgemischs eingestellt wird, wobei die nachzuweisende Gaskomponente in dem Regelungspunkt (610) in einer vorgegebenen Konzentration vorliegt, wobei dem Regelungszustand eine Regel-Nernst-Spannung zwischen der mindestens einen ersten Elektrode (218) und der mindestens einen zweiten Elektrode (216) entspricht und wobei die mindestens eine erste Elektrode (218) und die mindestens eine zweite Elektrode (216) mit einer Regel-Pumpspannung beaufschlagt werden, welche der Regel-Nernst-Spannung entgegengerichtet ist, wobei mindestens ein Pumpstromsignal zwischen der mindestens einen ersten Elektrode (218) und der mindestens einen zweiten Elektrode (216) gemessen wird.Method for measuring a gas component of a gas mixture in at least one gas space ( 212 ) by means of a sensor element ( 210 ), which has at least one first electrode ( 218 ), at least one second electrode ( 216 ) and at least one the at least one first electrode ( 218 ) and the at least one second electrode ( 216 ) connecting solid electrolyte ( 214 ), wherein the at least one first electrode ( 218 ) with the gas mixture from the at least one gas space ( 212 ) is acted upon and wherein the at least one second electrode ( 216 ) with at least one of the gas space ( 212 ) separate reference gas space ( 242 ), characterized in that in at least one grease control state the sensor element ( 210 ) in a rich area ( 112 ) of the gas mixture, wherein the gas component in the rich region ( 112 ) is in a stoichiometric deficit, with a control point ( 610 ) of the gas mixture is adjusted, wherein the gas component to be detected in the control point ( 610 ) is present in a predetermined concentration, wherein the control state, a control Nernst voltage between the at least one first electrode ( 218 ) and the at least one second electrode ( 216 ) and wherein the at least one first electrode ( 218 ) and the at least one second electrode ( 216 ) are applied to a control pump voltage which is opposite to the control Nernst voltage, wherein at least one pump current signal between the at least one first electrode ( 218 ) and the at least one second electrode ( 216 ) is measured. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch zusätzlich einen Magerregelungszustand, in welchem das Sensorelement (210) in einem mageren Bereich (114) des Gasgemischs betrieben wird, wobei die Gaskomponente in dem mageren Bereich (114) in einem stöchiometrischen Überschuss vorliegt, wobei die mindestens zwei Elektroden (216, 218) mit einer Pumpspannung beaufschlagt werden und wobei mindestens ein Pumpstromsignal zwischen der mindestens einen ersten Elektrode (218) und der mindestens einen zweiten Elektrode (216) gemessen wird.Method according to the preceding claim, characterized by additionally a lean control state, in which the sensor element ( 210 ) in a lean area ( 114 ) of the gas mixture, wherein the gas component in the lean region ( 114 ) is present in a stoichiometric excess, wherein the at least two electrodes ( 216 . 218 ) are applied to a pump voltage and wherein at least one pump current signal between the at least one first electrode ( 218 ) and the at least one second electrode ( 216 ) is measured. Verfahren gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (210) im Grenzstrombetrieb betrieben wird.Method according to one of the two preceding claims, characterized in that the sensor element ( 210 ) is operated in limit current operation. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Regelsignal (520) zur Veränderung der Gasgemischszusammensetzung in dem Gasraum (212) erzeugt wird, wobei in dem mindestens einen Fettregelungszustand das Regelsignal (520) ausgestaltet ist, um eine Erhöhung der Konzentration der nachzuweisenden Gaskomponente in dem Gasgemisch zu bewirken, wenn das mindestens eine Pumpstromsignal von Null verschieden ist, und um keine Veränderung der Konzentration der nachzuweisenden Gaskomponente in dem Gasgemisch zu bewirken, wenn das mindestens eine Pumpstromsignal Null ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one control signal ( 520 ) for changing the gas mixture composition in the gas space ( 212 ) is generated, wherein in the at least one rich control state, the control signal ( 520 ) is configured to cause an increase in the concentration of the detected gas component in the gas mixture when the at least one pumping current signal is different from zero, and to cause no change in the concentration of the gas component to be detected in the gas mixture, when the at least one pumping current signal is zero , Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Regel-Pumpspannung in mindestens einer Tabelle, insbesondere einer elektronischen Tabelle, abrufbar gespeichert ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one control pump voltage in at least one table, in particular an electronic table, is stored retrievably. Verfahren (210) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Elektrode (216) über mindestens einen Abluftkanal (240) mit dem mindestens einem Referenzgasraum (242) verbunden ist.Procedure ( 210 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one second electrode ( 216 ) via at least one exhaust duct ( 240 ) with the at least one reference gas space ( 242 ) connected is. Verfahren (210) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der der mindestens eine Abluftkanal (240) mindestens ein poröses Füllelement (244) aufweist, insbesondere mindestens ein poröses Füllelement (244) auf Al2O3-Basis.Procedure ( 210 ) according to the preceding claim, characterized in that the at least one exhaust duct ( 240 ) at least one porous filling element ( 244 ), in particular at least one porous filling element ( 244 ) based on Al 2 O 3 . Verfahren (210) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abluftkanal (240) mindestens eine der folgenden Eigenschaften aufweist: – der mindestens eine Abluftkanal (240) weist eine rechteckige Querschnittsfläche auf; – der mindestens eine Abluftkanal (240) weist eine Länge im Bereich von 1 mm bis 50 mm, vorzugsweise im Bereich von 10 mm bis 30 mm, auf; – der mindestens eine Abluftkanal (240) weist eine Querschnittsfläche im Bereich von 0,001 mm2 bis 1 mm2, vorzugsweise von 0,01 bis 0,1 mm2, auf; – der mindestens eine Abluftkanal (240) weist eine Querschnittsfläche auf, wobei das Verhältnis der Querschnittsfläche zur Fläche der mindestens einen ersten Elektrode (216) im Bereich zwischen 2 und 0,01, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,3 und 0,05, liegt.Procedure ( 210 ) according to one of the two preceding claims, characterized in that the at least one exhaust duct ( 240 ) has at least one of the following properties: - the at least one exhaust duct ( 240 ) has a rectangular cross-sectional area; - The at least one exhaust duct ( 240 ) has a length in the range of 1 mm to 50 mm, preferably in the range of 10 mm to 30 mm; - The at least one exhaust duct ( 240 ) has a cross-sectional area in the range of 0.001 mm 2 to 1 mm 2 , preferably 0.01 to 0.1 mm 2 ; - The at least one exhaust duct ( 240 ) has a cross-sectional area, wherein the ratio of the cross-sectional area to the area of the at least one first electrode ( 216 ) is in the range between 2 and 0.01, preferably in the range between 0.3 and 0.05. Verfahren (210) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Elektrode (216) im Inneren des Sensorelementes (210) angeordnet ist und von dem Gasraum (212) durch mindestens eine gasundurchlässige Schicht (214) getrennt ist.Procedure ( 210 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one second electrode ( 216 ) in the interior of the sensor element ( 210 ) is arranged and from the gas space ( 212 ) by at least one gas impermeable layer ( 214 ) is disconnected. Verfahren (210) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die mindestens eine erste Elektrode (218) im Inneren des Sensorelements (210) angeordnet ist und mit dem Gasraum (212) über mindestens ein Gaszutrittsloch (228) verbunden ist.Procedure ( 210 ) according to the preceding claim, characterized in that in addition the at least one first electrode ( 218 ) inside the sensor element ( 210 ) is arranged and with the gas space ( 212 ) via at least one gas access hole ( 228 ) connected is. Verfahren (210) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Elektroden (216, 218) mindestens eine der nachfolgenden Ausgestaltungen aufweisen: – die mindestens eine erste Elektrode (218) weist mindestens einen ersten Elektrodenhohlraum (226) auf, welcher mit der mindestens einen ersten Elektrode (218) in Verbindung steht; – die mindestens eine zweite Elektrode (216) weist mindestens einen zweiten Elektrodenhohlraum (238) auf, welcher mit der mindestens einen zweiten Elektrode (216) in Verbindung steht; – die mindestens eine erste Elektrode (216) ist von dem Gasraum (212) durch mindestens eine Diffusionsbarriere (230) getrennt; – mindestens eine der mindestens einen ersten Elektrode (218) und der mindestens einen zweiten Elektrode (216) ist mehrteilig ausgebildet mit mindestens einer ersten Teilelektrode (222, 224; 310, 312) und mindestens einer zweiten Teilelektrode (222, 224; 310, 312), wobei die mindestens eine erste Teilelektrode (222, 224; 310, 312) mindestens eine erste Teilschicht des mindestens einen Festelektrolyten (214) kontaktiert und wobei die mindestens eine zweite Teilelektrode (222, 224; 310, 312) mindestens eine zweite Teilschicht des mindestens einen Festelektrolyten (214) kontaktiert.Procedure ( 210 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two electrodes ( 216 . 218 ) at least one of the following configurations: - the at least one first electrode ( 218 ) has at least one first electrode cavity ( 226 ), which with the at least one first electrode ( 218 ); The at least one second electrode ( 216 ) has at least one second electrode cavity ( 238 ), which is connected to the at least one second electrode ( 216 ); The at least one first electrode ( 216 ) is from the gas space ( 212 ) by at least one diffusion barrier ( 230 ) separated; At least one of the at least one first electrode ( 218 ) and the at least one second electrode ( 216 ) is formed in several parts with at least one first part electrode ( 222 . 224 ; 310 . 312 ) and at least one second partial electrode ( 222 . 224 ; 310 . 312 ), wherein the at least one first part electrode ( 222 . 224 ; 310 . 312 ) at least a first part-layer of the at least one solid electrolyte ( 214 ) and wherein the at least one second part electrode ( 222 . 224 ; 310 . 312 ) at least one second partial layer of the at least one solid electrolyte ( 214 ) contacted. Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 2–11 zur Regelung einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Dieselkraftmaschine, wobei das Kraftfahrzeug mindestens einen Katalysator und/oder Filter zur Verminderung des Schadstoffausstoßes aufweist, wobei im Normalbetrieb des Kraftfahrzeuges der Magerregelungszustand verwendet wird und wobei in mindestens einem Regenerationsbetrieb des mindestens einen Katalysators und/oder Filters der mindestens eine Fettregelungszustand verwendet wird.Use of a method according to one of Claims 2-11 for controlling an internal combustion engine a motor vehicle, in particular a diesel engine, wherein the motor vehicle at least one catalyst and / or filters for Reduction of pollutant emissions, wherein in Normal operation of the motor vehicle, the lean control state used is and wherein in at least one regeneration operation of at least a catalyst and / or filters the at least one grease control state is used. Elektronische Steuervorrichtung (510) zur Messung einer Gaskomponente eines Gasgemischs in mindestens einem Gasraum (212), wobei die elektronische Steuervorrichtung (510) Mittel zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1–11 aufweist.Electronic control device ( 510 ) for measuring a gas component of a gas mixture in at least one gas space ( 212 ), wherein the electronic control device ( 510 ) Comprises means for performing a method according to any one of claims 1-11. System zur Messung einer Gaskomponente eines Gasgemischs in mindestens einem Gasraum (212), aufweisend – mindestens ein Sensorelement (210), welches mindestens eine erste Elektrode (218), mindestens eine zweite Elektrode (216) und mindestens einen die mindestens eine erste Elektrode (218) und die mindestens eine zweite Elektrode (216) verbindenden Festelektrolyten (214) aufweist, wobei die mindestens eine erste Elektrode (218) mit dem Gasgemisch aus dem mindestens einen Gasraum (212) beaufschlagbar ist und wobei die mindestens eine zweite Elektrode (216) mit mindestens einem vom Gasraum (212) getrennten Referenzgasraum (242) verbunden ist; und – mindestens eine elektronische Steuervorrichtung (510) gemäß dem vorhergehenden Anspruch.System for measuring a gas component of a gas mixture in at least one gas space ( 212 ), comprising - at least one sensor element ( 210 ), which has at least one first electrode ( 218 ), at least one second electrode ( 216 ) and at least one the at least one first electrode ( 218 ) and the at least one second electrode ( 216 ) connecting solid electrolyte ( 214 ), wherein the at least one first electrode ( 218 ) with the gas mixture from the at least one gas space ( 212 ) is acted upon and wherein the at least one second electrode ( 216 ) with at least one of the gas space ( 212 ) separate reference gas space ( 242 ) connected is; and - at least one electronic control device ( 510 ) according to the preceding claim.
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