DE102009001840A1 - Method for operating a sensor element and sensor element - Google Patents

Method for operating a sensor element and sensor element Download PDF

Info

Publication number
DE102009001840A1
DE102009001840A1 DE200910001840 DE102009001840A DE102009001840A1 DE 102009001840 A1 DE102009001840 A1 DE 102009001840A1 DE 200910001840 DE200910001840 DE 200910001840 DE 102009001840 A DE102009001840 A DE 102009001840A DE 102009001840 A1 DE102009001840 A1 DE 102009001840A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sensor element
internal resistance
exhaust gas
internal combustion
gas
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Withdrawn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
DE200910001840
Other languages
German (de)
Inventor
Peer Kruse
Jens Schneider
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 DE200910001840 priority Critical patent/DE102009001840A1/en
Priority to RU2011142616/28A priority patent/RU2541702C2/en
Priority to PCT/EP2010/052043 priority patent/WO2010108731A2/en
Priority to CN201080013362.4A priority patent/CN102362174B/en
Priority to EP10709446A priority patent/EP2411794A2/en
Publication of DE102009001840A1 publication Critical patent/DE102009001840A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/4065Circuit arrangements specially adapted therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4073Composition or fabrication of the solid electrolyte

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen, insbesondere einer Lambdasonde, ist gekennzeichnet durch folgende Schritte: - es wird der Innenwiderstand des Sensorelements bestimmt; - es wird die Pumpspannung der Referenzelektrode bei mit steigender Temperatur sinkendem Innenwiderstand derart nachgeregelt, dass der Regelpunkt des Sensorelements sich nicht verändert und ein vorgebbarer minimaler Pumpstrom nicht unterschritten wird.A method for operating a sensor element for determining the concentration of gas components in the exhaust gas of internal combustion engines, in particular a lambda probe, is characterized by the following steps: the internal resistance of the sensor element is determined; - It is the pump voltage of the reference electrode at decreasing with increasing temperature internal resistance readjusted such that the control point of the sensor element does not change and a predetermined minimum pumping current is not exceeded.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen und ein Sensorelement zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen.The The invention relates to a method for operating a sensor element for determining the concentration of gas components in the exhaust gas of internal combustion engines and a sensor element for determining the concentration of gas components in Exhaust gas from internal combustion engines.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt, welche zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind.object The present invention also relates to a computer program and a Computer program product used to carry out the method are suitable.

Stand der TechnikState of the art

Solche Sensoren, die auch als Lambdasonden bezeichnet werden, gehen beispielsweise aus der Buchveröffentlichung „Bosch Kraftfahrtechnisches Taschenbuch” 25. Auflage, Seiten 133 ff hervor. Ein Sensor zur Bestimmung von Gaskomponenten und/oder der Konzentration von Gasbestandteilen in Gasgemischen, insbesondere in Abgasen von Verbrennungsmotoren, mit einer Referenzelektrode, die über einen Referenzgaskanal mit einem Referenzgas, insbesondere Luft oder einem sauerstoffhaltigen Gas, beaufschlagbar ist, ist ferner aus der DE 100 43 089 C2 bekannt geworden.Such sensors, which are also referred to as lambda probes, go for example from the book publication "Bosch Automotive Handbook" 25th edition, pages 133 ff out. A sensor for determining gas components and / or the concentration of gas components in gas mixtures, in particular in exhaust gases of internal combustion engines, with a reference electrode, which is acted upon by a reference gas channel with a reference gas, in particular air or an oxygen-containing gas, is further from the DE 100 43 089 C2 known.

Sensorelemente für Lambdasonden, die üblicherweise planar aufgebaut sind, weisen einen Referenzgaskanal auf, in dem eine Referenzelektrode angeordnet ist. Diese Sensoren werden beispielsweise als Sprungsonden eingesetzt. Der Ausdruck „Sprungsonde” ist von der Kennlinie derartiger Lambdasensoren abgeleitet, die bei einer Luftzahl λ = 1 einen „Sprung” von einem ersten Spannungswert im Bereich von etwa 900 mV auf einen zweiten Spannungswert im Bereich von wenigen mV ausführt. Dieser Sprung wird detektiert und zur Bestimmung des korrekten Luft-Kraftstoff-Gemisches bei λ = 1, bei dem eine optimale, stöchiometrische Verbrennung vorliegt, ausgewertet.sensor elements for lambda probes, which are usually planar are, have a reference gas channel, in which a reference electrode arranged is. These sensors are used for example as jump probes. The term "jump probe" is of the characteristic derived lambda sensors, which at an air ratio λ = 1 a "jump" from a first voltage value in the range of about 900 mV to a second voltage value in the range of a few mV. This jump is detected and for determining the correct air-fuel mixture at λ = 1, where optimal, stoichiometric combustion is present, evaluated.

Darüber hinaus werden diese Sensoren auch mit einer sogenannten gepumpten Referenz bzw. mit einer mit einer Pumpspannung beaufschlagten Referenz betrieben, bei der über einen aufgeprägten anodischen Strom die Referenzelektrode aus dem Abgas mit Sauerstoff versorgt wird.About that In addition, these sensors are also pumped with a so-called Reference or with a reference applied to a pump voltage reference operated in the case of an imprinted anodic Power supplies the reference electrode from the exhaust gas with oxygen becomes.

Beim Betrieb derartiger Lambdasonden tritt nun das Problem auf, dass an der Referenzelektrode bzw. in einem benachbarten Referenzgasvolumen unverbrannte Kohlenwasserstoffe auftreten, die beispielsweise von verschmutzten und/oder überhitzten Bauteilen oder einer undichten Packung der Sonde herrühren. Durch diese unverbrannten Kohlenwasserstoffe wird ein nicht vernachlässigbarer Teil des der Referenzelektrode zugeführten Sauerstoffs verbraucht, sodass die Sauerstoffkonzentration an der Referenzelektrode herabgesetzt und damit die Sondenfunktion gestört ist. Dieses Phänomen ist als CSD-Verhalten („Characteristic-Shift-Down”) bekannt. In diesem Zusammenhang ist es weiter störend, dass die unverbrannten Kohlenwasserstoffe vorzugsweise an den heißen, katalytisch aktiven Flächen, d. h. insbesondere an der Referenzelektrode in dem heißen Bereich der Sonde („Hot-Spot-Bereich”) oxidiert werden. Darüber hinaus diffundieren die unverbrannten Kohlenwasserstoffe in den Referenzgaskanal zwar meist langsamer als Sauerstoff, jedoch setzt ein einzelnes Kohlenwasserstoffmolekül in der Regel mehr als ein einzelnes Sauerstoffmolekül um, sodass die effektive Sauerstoffverbrauchsrate durch eindiffundierte unverbrannte Kohlenwasserstoffe größer ist als die Diffusionsrate für reinen Sauerstoff. Damit kommt es an der Referenzelektrode zu einer relativen Anreicherung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen bzw. zu einem relativen Sauerstoffmangel. Schließlich ist aufgrund der erläuterten Mechanismen die Gefahr des CSD Verhaltens im Referenzgaskanal deutlich größer als im Innenvolumen im Sondengehäuse, das mit dem Referenzgaskanal in Verbindung steht.At the Operation of such lambda probes now the problem arises that unburned at the reference electrode or in an adjacent reference gas volume Hydrocarbons occur, for example, from polluted and / or overheated components or a leaking package originate from the probe. By these unburned hydrocarbons becomes a non-negligible part of the reference electrode supplied oxygen consumed, so that the oxygen concentration lowered at the reference electrode and thus the probe function is disturbed. This phenomenon is called CSD behavior ("Characteristic-Shift-Down") known. In this It is further disturbing that the unburned Hydrocarbons preferably in the hot, catalytic active areas, d. H. in particular at the reference electrode oxidized in the hot area of the probe ("hot spot area") become. In addition, the unburned hydrocarbons diffuse in the reference gas channel, although usually slower than oxygen, however typically uses a single hydrocarbon molecule more than a single oxygen molecule, so that the effective oxygen consumption rate by diffused unburned Hydrocarbons is greater than the diffusion rate for pure oxygen. This is what happens at the reference electrode to a relative enrichment of unburned hydrocarbons or to a relative lack of oxygen. Finally is due to the explained mechanisms the danger of the CSD Behavior in the reference gas channel significantly larger as in the inner volume in the probe housing, which is connected to the reference gas channel in Connection stands.

Dem CSD-Verhalten kann nun dadurch entgegengewirkt werden, dass das Sensorelement durch Anlegen einer elektrischen Spannung mit einem Elektronenstrom beaufschlagt wird, der dadurch einen Sauerstoffionenstrom antreibt. Der Sauerstoffionenstrom geht an der Referenzelektrode in einen Sauerstoffstrom über und führt über den Referenzkanal in den Außenbereich des Sensorelemen tes. Dabei wird ein ausreichender Sauerstoffpartialdruck erzeugt, um Fettgaskomponenten zu oxidieren oder abzutransportieren, sodass das CSD-Verhalten aktiv beseitigt wird.the CSD behavior can now be counteracted by the fact that the Sensor element by applying an electrical voltage with a Electron current is applied, thereby an oxygen ion stream drives. The oxygen ion current goes to the reference electrode into an oxygen flow and overflows the reference channel in the outer area of the Sensorelemen tes. In this case, a sufficient oxygen partial pressure is generated to Oxidize or remove fatty gas components, so that the CSD behavior is actively eliminated.

Der Innenwiderstand derartiger Lambdasonden ist darüber hinaus temperaturabhängig. Sofern derartige Sonden mit einem Pumpstrom betrieben werden, führt ein Pumpstrom zu einem Spannungsabfall am Innenwiderstand und damit zu einer Verschiebung des Messsignals. Bei konstanter Versorgungsspannung und konstantem Innenwiderstand (der durch eine konstante Temperatur bedingt ist) ist auch der Spannungsabfall konstant und kann so vorab im Steuergerät berücksichtigt werden. Bei unbeheizten Sensoren ist jedoch der Innenwiderstand abhängig von der Abgastemperatur. Hierdurch kann es zu einem temperaturabhängigen Spannungsabfall am Innenwiderstand kommen, der einem Signalverzug entspricht. Dieser ist proportional zum Pumpstrom.Of the Internal resistance of such lambda probes is beyond temperature dependent. If such probes with a pumping current operated, a pumping current leads to a voltage drop on the internal resistance and thus to a displacement of the measuring signal. With constant supply voltage and constant internal resistance (the due to a constant temperature) is also the voltage drop constant and can thus be considered in advance in the control unit become. For unheated sensors, however, the internal resistance depending on the exhaust gas temperature. This can cause it a temperature-dependent voltage drop across the internal resistance come, which corresponds to a signal delay. This is proportional to the pumping current.

Aus dem Stand der Technik bekannte, unbeheizte Lambdasensoren werden gewöhnlich ohne Pumpstrom betrieben. Dies führt einerseits aufgrund der Proportionalität des Signalverzuges zum Pumpstrom zu einem Verschwinden des temperaturabhängigen Signalverzuges. Andererseits kann auf diese Weise keine Pumpwirkung zur Beseitigung des CSD-Verhaltens durch Spülen des Referenzkanals erreicht werden.Unheated lambda sensors known in the art are usually operated without pumping current. On the one hand, this leads to the proportionality of the signal delay Pumping current to a disappearance of the temperature-dependent signal delay. On the other hand, in this way no pumping action to eliminate the CSD behavior by flushing the reference channel can be achieved.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines unbeheizten Sensorelements, insbesondere einer Lambdasonde, und eine derartige Lambdasonde zu vermitteln, bei der das CSD-Verhalten beseitigt ist.Of the The invention is therefore based on the object, a method for operating an unheated sensor element, in particular a lambda probe, and to mediate such a lambda probe in which the CSD behavior eliminated.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen und ein Sensorelement mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 4 gelöst.These The object is achieved by a method for operating a sensor element for determining the concentration of gas components in the exhaust gas of Internal combustion engine and a sensor element with the features of independent claims 1 and 4 solved.

Grundidee der Erfindung ist es, das CSD-Verhalten, also einen Signalverzug bei unbeheizten Lambdasonden, dadurch zu minimieren, dass zunächst der Innenwiderstand des Sensorelements bestimmt wird und dass die Versorgungsspannung des Sensorelements mit steigender Temperatur und dadurch sinkendem Innenwiderstand derart nachgeregelt wird, dass der Regelpunkt des Sensorelements sich nicht verändert, das heißt an der gleichen Stelle liegt und dabei ein vorgebbarer minimaler Pumpstrom nicht unterschritten wird.The basic idea The invention is the CSD behavior, so a signal delay for unheated lambda probes, thereby minimizing that at first the internal resistance of the sensor element is determined and that the Supply voltage of the sensor element with increasing temperature and As a result, decreasing internal resistance is readjusted such that the control point of the sensor element does not change, that is, in the same place and thereby a predefinable minimum pumping current is not exceeded.

Der Vorteil dieser Maßnahme liegt in einem vermehrten Pumpen bei hohen Temperaturen, bei denen Fettgas auch vermehrt aus der Packung ausdampfen kann.Of the The advantage of this measure is increased pumping at high temperatures, where fat gas also increases from the Pack can evaporate.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 4 angegebenen Verfahrens und des Sensorelements möglich.By those listed in the dependent claims Measures are advantageous developments and improvements of specified in the independent claims 1 and 4 Method and the sensor element possible.

So wird bei einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens beispielsweise der Innenwiderstand des Sensorelements gemessen.So For example, in a first embodiment of the method measured the internal resistance of the sensor element.

Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird der Innenwiderstand über die Temperatur des Sensorelements anhand der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine rechnerisch ermittelt oder einem Kennfeld entnommen. Dabei wird, abhängig beispielsweise vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, auch die Abgastemperatur, das Abgasmengenverhältnis, den Abgasmassenstrom bestimmt, und aus diesen auf die Temperatur und somit den Innenwiderstand des Sensorelements geschlossen.at In another embodiment of the method, the internal resistance over the temperature of the sensor element based on the operating parameters of Internal combustion engine calculated or taken from a map. It will depend on, for example, the operating point of the Internal combustion engine, also the exhaust gas temperature, the exhaust gas ratio, determines the exhaust gas mass flow, and from these to the temperature and thus closed the internal resistance of the sensor element.

Das erfindungsgemäße Sensorelement zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen mit wenigstens einer Elektrolytschicht zeichnet sich durch die Verwendung von Scandium-stabilisiertem Zirkonoxid statt Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid im Bereich unter der Außenelektrode mit einer Dicke zwischen 10 μm und 50 μm aus. Hierdurch sind vor allem im Niedertemperaturbereich niedrigere Innenwiderstandswerte erreichbar, weil der Widerstandsanteil der Ioneneinbaureaktion abgesenkt wird. The Sensor element according to the invention for determination the concentration of gas components in the exhaust gas of internal combustion engines with at least one electrolyte layer is characterized by the use scandium-stabilized zirconia instead of yttria-stabilized Zirconia in the area under the outer electrode with a Thickness between 10 microns and 50 microns. hereby Especially in the low temperature range are lower internal resistance values achievable, because the resistance component of the ion incorporation reaction lowered becomes.

Um eine verbesserte Ionenleitfähigkeit herzustellen, können dabei Lokalbereiche mit Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid verwendet werden. Dies betrifft insbesondere die Schichten, über die eine oder auch beide Elektroden mit dem Elektrolyten verbunden sind.Around can produce improved ionic conductivity while local areas with yttria-stabilized zirconia used become. This concerns in particular the layers, over the one or both electrodes connected to the electrolyte are.

Weiterhin ist zur Reduktion des Gleichstrominnenwiderstands vorgesehen, die Elektrodenflächen zu maximieren und die Referenzelektrode nahe an der äußeren Oberfläche der Sonde zu positionieren, um den dazwischen angeordneten Elektrolyten möglichst gut an das heiße Abgas zu koppeln.Farther is intended to reduce the DC internal resistance, the To maximize electrode areas and the reference electrode close to the outer surface of the probe to position as possible to the interposed electrolyte good to couple with the hot exhaust gas.

Eine derartige Lambdasonde wird darüber hinaus mit einem sehr geringen Pumpstrom betrieben, der zu einem möglichst geringen Spannungsverzug führt und dennoch eine CSD- und Nebenschlussfestigkeit gewährleistet. Die Pumpströme liegen dabei im Bereich zwischen 0 μA und 10 μA, bevorzugt zwischen 2 μA und 5 μA.A Such lambda probe is moreover with a very operated low pump current, the lowest possible Stress distortion leads and still CSD and shunt resistance guaranteed. The pumping currents are in the Range between 0 μA and 10 μA, preferably between 2 μA and 5 μA.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention are illustrated in the drawing and in the following description explained in more detail.

In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Sensorelement schematisch im Schnitt dargestellt.In the 1 a sensor element according to the invention is shown schematically in section.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention

In 1 ist schematisch ein Sensorelement dargestellt, welches durch einen Elektrolyten 100 gebildet wird, der auf einen Träger 105, beispielsweise mittels Siebdruck aufgebracht sein kann. Der Elektrolyt weist eine Dicke von etwa 500 μm auf. Die erfindungsgemäße Drucktechnik zur Herstellung des Elektrolyten im Bereich 101 unter der Außenelektrode 110 wird eingesetzt, um eine geringe Schichtdicke von etwa 10 μm bis 50 μm von Scandium-stabilisiertem Zirkonoxid zu erzielen und dadurch den Innenwiderstand bedingt durch die Ionen-Einbaureaktion zu minimieren.In 1 schematically a sensor element is shown, which by an electrolyte 100 is formed on a support 105 , Can be applied for example by screen printing. The electrolyte has a thickness of about 500 microns. The printing technique of the invention for the production of the electrolyte in the field 101 under the outer electrode 110 is used to achieve a small layer thickness of about 10 microns to 50 microns of scandium-stabilized zirconia and thereby minimize the internal resistance due to the ion incorporation reaction.

Die Lambdasonde weist eine dem (nicht dargestellten) Abgas ausgesetzte Außenelektrode 110 auf, die mit einem Steuergerät SG mit über eine in der 1 nur schematisch dargestellte elektrische Leitung 111 verbunden ist und eine in einem Referenzgasvolumen 130 (Referenzgaskanal) angeordnete Referenzelektrode 120, die ebenfalls über eine Leitung 140 mit dem Steuergerät SG verbunden ist. Zur Reduktion des Gleichstrominnenwiderstands ist die Elektrodenfläche insbesondere der dem Abgas ausgesetzten Elektrode 110 möglichst groß gewählt, im Idealfall ist sie unter Berücksichtigung der baulichen Gegebenheiten und der daraus resultierenden Temperaturverteilungen maximal gewählt. Die Referenzelektrode 120, deren Flache an die der dem Abgas ausgesetzten Elektrode 110 angepasst ist, ist möglichst nahe an der äußeren Oberfläche der Sonde positioniert, um den dazwischen angeordneten Elektrolyten möglichst gut an das heiße Abgas zu koppeln. Die Sonde kann mit einem Pumpstrom betrieben Werden, der möglichst klein gewählt wird, um einen geringen Spannungsverzug zu verursachen und dennoch die CSD- und Nebenschlussfähigkeit zu gewährleisten. Die Pumpströme liegen im Bereich zwischen 0 μA und 10 μA, insbesondere und bevorzugt im Bereich zwischen 2 μA und 5 μA.The lambda probe has an outer electrode exposed to the exhaust gas (not shown) 110 on that with a control unit SG with over in the 1 only schematically illustrated electrical line 111 is connected and one in a reference gas volume 130 (Reference gas channel) arranged reference electrode 120 who also have a line 140 connected to the control unit SG. To reduce the DC internal resistance, the electrode surface is in particular the electrode exposed to the exhaust gas 110 chosen as large as possible, ideally it is maximally selected taking into account the structural conditions and the resulting temperature distributions. The reference electrode 120 whose area is that of the electrode exposed to the exhaust gas 110 is positioned as close as possible to the outer surface of the probe to couple the electrolyte therebetween as well as possible to the hot exhaust gas. The probe can be operated with a pump current that is chosen to be as small as possible in order to cause a small voltage delay and still ensure the CSD and shunt capability. The pump currents are in the range between 0 μA and 10 μA, in particular and preferably in the range between 2 μA and 5 μA.

Rein prinzipiell ist es auch möglich, einen Pumpstrom erst bei einer höheren Temperatur, beispielsweise > 500°C, zuzuschalten, der dazu dient, eine „Abreaktion” des aus der Dichtpackung ausdampfenden Fettgases herbeizuführen. Ein Auslass 132 des Pumpgases wird klein dimensioniert, um ein Vordringen von Fettgas zur Referenzelektrode 120 möglichst zu unterbinden. Er muss allerdings so groß gewählt werden, dass ein Druckausgleich mit der Umgebung gewährleistet ist. Hierbei müssen poröse Schichten mit hohem Strömungswiderstand vermieden werden. Zu bevorzugen ist ein offener Kanal mit entsprechend kleinem Querschnitt. Der Referenzkanal kann durch eine einfache Druckschicht mit einer Opferschicht der Dicke 20 bis 30 μm und einer Kanalbreite zwischen 0,5 und 1 mm realisiert werden (nicht dargestellt). Rein prinzipiell ist es auch möglich, eine nicht ganz dicht gedruckte Elektrodenzuleitung als Referenzkanal zu nutzen (nicht dargestellt). Darüber hinaus kann vorgesehen sein, mit einer porösen Druckschicht 133 im Eingangsbereich des Referenzkanals ein weiteres Eindringen von Fettgaskomponenten in den Referenzgaskanal 130 zu unterdrücken und gleichzeitig den Strömungswiderstand und somit den Druckaufbau im Referenzbereich einzustellen.In principle, it is also possible to switch on a pumping current only at a higher temperature, for example> 500 ° C., which serves to bring about an "abreaction" of the fat gas evaporating from the sealing packing. An outlet 132 of the pumping gas is dimensioned small in order to advance from fat gas to the reference electrode 120 as possible to prevent. However, it must be chosen so large that a pressure equalization with the environment is guaranteed. In this case, porous layers with high flow resistance must be avoided. To prefer is an open channel with a correspondingly small cross-section. The reference channel can be realized by a simple printing layer with a sacrificial layer of thickness 20 to 30 microns and a channel width between 0.5 and 1 mm (not shown). In principle, it is also possible to use a not quite tight printed electrode lead as a reference channel (not shown). In addition, it can be provided with a porous printing layer 133 In the input region of the reference channel further penetration of fat gas components in the reference gas channel 130 to suppress and at the same time adjust the flow resistance and thus the pressure build-up in the reference range.

Im Folgenden wird ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Lambdasensors zur Kompensation des Signalverzugs, der sich durch den Pumpstrom zur Unterdrückung von CSD-Verhalten ergibt, beschrieben. Die Kompensation des Signalverzugs setzt die Kenntnis des Innenwiderstands des Sensorelements voraus, der zunächst bestimmt wird. Dieser kann beispielsweise durch Messungen oder rechnerisch oder beispielsweise mittels eines Kennfelds, abhängig von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie dem Abgasmassenstrom, dem Abgasmengenverhältnis, der Abgastemperatur und dergleichen, bestimmt werden. Es erfolgt nun eine Anpassung der Versorgungsspannung der Sonde an den mit steigender Temperatur sinkenden Innenwiderstand derart, dass die Versorgungsspannung mit steigender Temperatur nachgeregelt wird, sodass der Regelpunkt immer an der gleichen Stelle liegt, das heißt sich nicht verändert und dabei ein minimaler Pumpstrom nicht unterschritten wird. Hierbei wird auf vorteilhafte Weise ein vermehrtes Pumpen bei hohen Temperaturen erreicht, bei denen auch Fettgas vermehrt aus der Packung ausdampfen kann.in the Following is a method for operating such a lambda sensor to compensate for the signal delay caused by the pumping current to suppress CSD behavior. The compensation of the signal delay sets the knowledge of the internal resistance the sensor element, which is first determined. This For example, by measurements or mathematically or for example by means of a map, depending on the operating parameters the internal combustion engine, such as the exhaust gas mass flow, the exhaust gas amount ratio, the exhaust gas temperature and the like. It takes place Now an adjustment of the supply voltage of the probe to the with rising temperature sinking internal resistance such that the Supply voltage is readjusted with increasing temperature, so the control point is always in the same place, that is does not change and thereby a minimal pumping current not fallen below. This is advantageously a Increased pumping is achieved at high temperatures, which also include grease gas can increasingly evaporate from the pack.

Durch die Veränderung des Regelpunkts, der innerhalb einer Regelsoftware im Steuergerät SG erfolgt, können CSD-bedingte Signalverzüge kompensiert werden.By the change in the control point, within a rule software in the control unit SG, CSD-related Signal distortions are compensated.

Das vorstehend beschriebene Verfahren kann beispielsweise als Computerprogramm im Steuergerät der Brennkraftmaschine implementiert sein und dort ablaufen. Der Programmcode kann auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein, den das Steuergerät SG lesen kann.The The method described above can be used, for example, as a computer program be implemented in the control unit of the internal combustion engine and run out there. The program code may be on a machine-readable Carrier be stored, the control unit SG can read.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10043089 C2 [0003] - DE 10043089 C2 [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - „Bosch Kraftfahrtechnisches Taschenbuch” 25. Auflage, Seiten 133 ff [0003] - "Bosch Automotive Handbook" 25th edition, pages 133 ff [0003]

Claims (9)

Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen, insbesondere einer Lambda-Sonde, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – es wird der Innenwiderstand des Sensorelements bestimmt; – es wird die Pumpspannung der Referenzelektrode bei (120) mit steigender Temperatur sinkendem Innenwiderstand derart nachgeregelt, dass der Regelpunkt des Sensorelements sich nicht verändert und ein vorgebbarer minimaler Pumpstrom nicht unterschritten wird.Method for operating a sensor element for determining the concentration of gas components in the exhaust gas of internal combustion engines, in particular a lambda probe, characterized by the following steps: - the internal resistance of the sensor element is determined; It becomes the pumping voltage of the reference electrode at ( 120 ) With decreasing internal resistance so that the control point of the sensor element does not change and a predeterminable minimum pumping current is not exceeded. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenwiderstand des Sensorelements durch eine Ri-Puls-Innenwiderstandsmessung bestimmt wird.Method according to claim 1, characterized in that the internal resistance of the sensor element is determined by a Ri-pulse internal resistance measurement becomes. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenwiderstand des Sensorelements anhand der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine rechnerisch ermittelt wird oder einem Kennfeld entnommen wird.Method according to claim 1, characterized in that that the internal resistance of the sensor element based on the operating parameters the engine is calculated or a map is removed. Sensorelement zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen mit wenigstens einer Elektrolytschicht, gekennzeichnet durch eine Elektrolytschicht (101) unter der abgasseitigen Elektrode zwischen 10 und 50 μm Dicke, bestehend aus a. Scandium-stabilisiertem Zirkonoxid und/oder b. einer Mischung aus Scandium- und Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid und/oder c. mittels einer Mischung aus Scandium um Yttrium stabilisiertem Zirkonoxid.Sensor element for determining the concentration of gas components in the exhaust gas of internal combustion engines having at least one electrolyte layer, characterized by an electrolyte layer ( 101 ) under the exhaust gas side electrode between 10 and 50 microns thick, consisting of a. Scandium stabilized zirconia and / or b. a mixture of scandium- and yttrium-stabilized zirconium oxide and / or c. using a mixture of scandium to yttrium stabilized zirconia. Sensorelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Minimierung des Gleichstrominnenwiderstands des Sensorelements die Elektro denflächen (110, 120) so an dem Elektrolyten ausgebildet sind, dass sie eine geometrisch maximal mögliche Oberfläche aufweisen.Sensor element according to claim 4, characterized in that to minimize the DC internal resistance of the sensor element, the electric denflächen ( 110 . 120 ) are formed on the electrolyte so that they have a geometrically maximum possible surface. Sensorelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzelektrode (120) nahe der äußeren, dem Abgas ausgesetzten Oberfläche des Sensorelements angeordnet ist.Sensor element according to claim 4 or 5, characterized in that the reference electrode ( 120 ) is disposed near the outer surface exposed to the exhaust gas of the sensor element. Sensorelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem Pumpstrom beaufschlagt wird, der zwischen 0 μA und 10 μA beträgt, vorzugsweise zwischen 2 μA und 5 μA beträgt.Sensor element according to one of claims 4 to 6, characterized in that it is acted upon by a pumping current which is between 0 μA and 10 μA, preferably between 2 μA and 5 μA. Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät, insbesondere dem Steuergerät einer Brennkraftmaschine abläuft.Computer program that shows all the steps of a procedure according to one of claims 1 to 3 executes when it on a computing device, in particular the control unit an internal combustion engine runs. Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wenn das Programm auf einem Computer oder einem Steuergerät eines Fahrzeugs ausgeführt wird.Computer program product with program code based on a machine-readable carrier is stored for execution The method according to any one of claims 1 to 3, when said Program on a computer or a control unit of a vehicle is performed.
DE200910001840 2009-03-25 2009-03-25 Method for operating a sensor element and sensor element Withdrawn DE102009001840A1 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200910001840 DE102009001840A1 (en) 2009-03-25 2009-03-25 Method for operating a sensor element and sensor element
RU2011142616/28A RU2541702C2 (en) 2009-03-25 2010-02-18 Sensor for determination of concentration of gaseous components in exhaust gases of internal combustion engines
PCT/EP2010/052043 WO2010108731A2 (en) 2009-03-25 2010-02-18 Method for operating a sensor element, and corresponding sensor element
CN201080013362.4A CN102362174B (en) 2009-03-25 2010-02-18 Method for operating a sensor element, and corresponding sensor element
EP10709446A EP2411794A2 (en) 2009-03-25 2010-02-18 Method for operating a sensor element, and corresponding sensor element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200910001840 DE102009001840A1 (en) 2009-03-25 2009-03-25 Method for operating a sensor element and sensor element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102009001840A1 true DE102009001840A1 (en) 2010-09-30

Family

ID=42272016

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200910001840 Withdrawn DE102009001840A1 (en) 2009-03-25 2009-03-25 Method for operating a sensor element and sensor element

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2411794A2 (en)
CN (1) CN102362174B (en)
DE (1) DE102009001840A1 (en)
RU (1) RU2541702C2 (en)
WO (1) WO2010108731A2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013210753A1 (en) 2013-06-10 2014-12-11 Robert Bosch Gmbh Apparatus for operating lambda probes

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6048463B2 (en) * 2014-09-01 2016-12-21 トヨタ自動車株式会社 Gas concentration detector

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10043089C2 (en) 2000-09-01 2003-02-27 Bosch Gmbh Robert gas sensor

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH063431B2 (en) * 1984-02-08 1994-01-12 三菱電機株式会社 Engine air-fuel ratio sensor
DE4445033A1 (en) * 1994-12-16 1996-06-27 Heraeus Electro Nite Int Method for measuring the concentration of a gas in a gas mixture and electrochemical sensor for determining the gas concentration
JPH10239276A (en) * 1996-12-27 1998-09-11 Ngk Insulators Ltd Carbon monoxide gas sensor and measuring device using it
DE19928561C2 (en) * 1999-06-22 2003-02-06 Bayerische Motoren Werke Ag Method for estimating temperature variables in the exhaust line of an internal combustion engine
JP4682465B2 (en) * 2000-10-31 2011-05-11 株式会社デンソー Gas concentration detector
DE10247144A1 (en) * 2001-10-09 2003-05-22 Riken Tokio Tokyo Kk Gas detector element used for directly measuring the concentration of nitrogen oxides in vehicle exhaust gases, comprises a solid electrolyte substrate, a measuring electrode
JP3880506B2 (en) * 2001-12-27 2007-02-14 株式会社日本自動車部品総合研究所 Gas concentration detector
JP4662207B2 (en) * 2005-11-28 2011-03-30 日本特殊陶業株式会社 Air-fuel ratio detection device
DE102006041184A1 (en) * 2006-09-01 2008-03-06 Robert Bosch Gmbh Circuit arrangement for operating a guide probe
DE102008023695A1 (en) * 2008-05-15 2009-11-19 Robert Bosch Gmbh Sensor element with improved dynamic properties

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10043089C2 (en) 2000-09-01 2003-02-27 Bosch Gmbh Robert gas sensor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Bosch Kraftfahrtechnisches Taschenbuch" 25. Auflage, Seiten 133 ff

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013210753A1 (en) 2013-06-10 2014-12-11 Robert Bosch Gmbh Apparatus for operating lambda probes

Also Published As

Publication number Publication date
CN102362174A (en) 2012-02-22
RU2011142616A (en) 2013-04-27
WO2010108731A3 (en) 2010-11-25
WO2010108731A2 (en) 2010-09-30
RU2541702C2 (en) 2015-02-20
CN102362174B (en) 2014-11-05
EP2411794A2 (en) 2012-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006061565A1 (en) Circuit arrangement for controlling air-fuel mixture of internal combustion engine, has measuring resistor detecting limiting current, and pump voltage adjusting unit adjusting pump voltage depending on supply voltage
EP2583091B1 (en) Method for operating a gas probe
EP2106543A1 (en) Sensor element with suppressed rich gas reaction
DE102010031299A1 (en) Device for determining a property of a gas in a measuring gas space
DE102009001840A1 (en) Method for operating a sensor element and sensor element
DE102009001839A1 (en) Method for operating a sensor element and sensor element
WO2010108735A1 (en) Method for operating a sensor element and sensor element
DE102010039392A1 (en) Acquisition device i.e. on-off lambda probe, for acquisition of e.g. oxygen percentage of air in gas measuring chamber of motor car, has pressurization unit formed such that difference between currents is less than average current
EP2106544B1 (en) Sensor element with offset current by way of h2o decomposition
DE102020005125A1 (en) GAS SENSOR AND GAS SENSOR OPERATIONAL CONTROL PROCEDURE
WO1995015490A1 (en) Oxygen sensor
DE102009060172A1 (en) Exhaust gas sensor i.e. oxygen sensor, dynamic diagnosing method for motor vehicle, involves evaluating dynamic of gas sensor by response of measured signals of closed loop that is determined by modification of controlling signal
DE10308395A1 (en) Automotive exhaust gas sensing procedure removes hydrogen and carbon monoxide prior to determination of presence of third gas to be oxidized
WO2001011346A2 (en) Sensor element and method for determining oxygen concentration in gas mixtures
DE102006030437A1 (en) Device for operation of limiting current probe, has current measuring device whose internal resistance is smaller than two hundred ohms
DE102009029690A1 (en) Method for determining component concentration of gas in measuring gas chamber of motor vehicle, involves completing evaluation of parameter of gas from measured current and measured voltage change that occurs due to current change
DE102013210903A1 (en) Gas sensor for measuring different gases and related manufacturing process
DE102008001335A1 (en) Sensor element for determining physical characteristic of gas in measuring gas chamber, has two electrodes and solid electrolyte connecting electrodes, where electrodes have electrode feed lines
DE102014205383A1 (en) Method for operating a sensor device
DE102011007332A1 (en) Method for detecting chemical/physical property of gas e.g. oxygen in exhaust gas of engine, involves detecting reference pumping current between specific electrode of sensor element and electrolyte, to detect gas component's proportion
DE102011002856A1 (en) Method for detecting at least one parameter of a gas
DE102006062057A1 (en) Gas e.g. hydrogen, mixture composition determining method for use in motor vehicle, involves selecting pump voltage such that part of carbon-di-oxide-uniform weight is less than one-tenth of part of hydrogen-uniform weight of current
DE102010061888A1 (en) Lambda probe for detecting oxygen content in exhaust gas of motor vehicle, has heating element comprising terminal that is connected with electrode over guard
DE102011005694A1 (en) Method for in-situ calibration of sensor element for detecting gas component in gas measuring chamber for motor vehicle, involves detecting pump current through pump cell as a function of time for detecting extremum pump current
DE102007027183A1 (en) Method for operating gas sensor, for determining concentration of gas components in gas mixture, involves exposing pump electrode to exhaust gas over diffusion barrier

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee