DE102010028995A1

DE102010028995A1 - Verbesserte Spannungsansteuerung von NOx-Sensoren

Info

Publication number: DE102010028995A1
Application number: DE102010028995A
Authority: DE
Inventors: Matthias Beckert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-05-17
Filing date: 2010-05-17
Publication date: 2011-11-17
Also published as: WO2011144395A1

Abstract

Es wird ein Stickoxid-Sensor mit einem Sensorelement, einer Steuereinheit, einem ersten Versorgungsspannungsanschluss für eine erste Versorgungsspannung und einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss für eine zweite Versorgungsspannung beschrieben. Das Sensorelement weist eine Ionenpumpzelle mit einer auf einem Festelektrolyten (21, 23) angeordneten ersten Elektrode (12, 15) und einer getrennt von der ersten Elektrode (12, 15) auf dem Festelektrolyten (21, 23) angeordneten zweiten Elektrode (11, 16) auf. Die Steuereinheit ist ausgebildet, aus der ersten Versorgungsspannung und der zweiten Versorgungsspannung eine erste Elektrodenspannung (V1') für die erste Elektrode (12, 15) und eine zweite Elektrodenspannung (V2') für die zweite Elektrode (11, 16) zu erzeugen und an das Sensorelement auszugeben. Ein erster Versorgungsspannungsanschluss der Steuereinheit ist mit dem ersten Versorgungsspannungsanschluss des Stickoxid-Sensors und ein zweiter Versorgungsspannungsanschluss der Steuereinheit mit dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss des Stickoxid-Sensors verbunden. Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit ausgebildet, eine Differenzspannung zwischen der ersten Elektrodenspannung (V1') und der zweiten Elektrodenspannung (V2') einzustellen und dabei sowohl die erste Elektrodenspannung (V1') als auch die zweite Elektrodenspannung (V2') veränderlich einzustellen. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Verbrennungsanlage mit einem in einem Abgasraum der Verbrennungsanlage angeordneten erfindungsgemäßen Stickoxid-Sensor und ein Verfahren zum Betrieb eines Stickoxid-Sensors.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stickoxid(NO_x)-Sensor mit verbesserter Spannungsansteuerung, eine Verbrennungsanlage mit einem solchen Stickoxid-Sensor sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Stickoxid-Sensors.
Stand der Technik
In der Abgasüberwachung, insbesondere im Fahrzeugbau, aber auch bei anderen Verbrennungsanlagen werden aufgrund immer schärferer Umweltauflagen aufwendige Verfahren zur Analyse des bei der Verbrennung entstehenden Abgases eingesetzt, um mit einer geeigneten Regelung des Verbrennungsvorgangs im Zusammenspiel mit einem Katalysator eine Verminderung des Schadstoffausstoßes zu erreichen. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf dem Ausstoß von Stickoxiden (NO_x).
Es werden daher Stickoxid-Sensoren eingesetzt, um den jeweils im Abgas vorliegenden Anteil an Stickoxiden zu bestimmen. Ein Beispiel für ein Sensorelement eines solchen Stickoxid-Sensors zeigt 1. Das gezeigte Sensorelement besitzt drei Elektrodenpaare, wobei ein erstes Elektrodenpaar 11, 12 eine Sauerstoffpumpzelle, ein zweites Elektrodenpaar 13, 14 eine Nernstzelle und ein drittes Elektrodenpaar 15, 16 eine Stickoxidpumpzelle bilden. Die Elektrodenpaare 11 und 12, 13 und 14, sowie 15 und 16 sind jeweils auf einem Festelektrolyten 21, 22, 23 angeordnet, wobei die Festelektrolyten bevorzugt yttriumteilstabilisiertes Zirkoniumdioxid aufweisen oder daraus bestehen. Die Elektroden sind bevorzugt als Cermete, also als keramische Werkstoffe in einer metallischen Matrix, ausgeführt. Jeweils eine Elektrode 12 der Sauerstoffpumpzelle und 13 der Nernstzelle sind in einem ersten Hohlraum 31 angeordnet, der durch eine erste Diffusionsbarriere 41, durch die ein zu analysierendes Gasgemisch diffundieren kann, von der Umgebung abgetrennt ist. Die verbleibende Elektrode 11 der Sauerstoffpumpzelle ist an der Außenseite des Sensorelementes angeordnet oder mit dieser gasdurchlässig verbunden (im gezeigten Beispiel ist eine äußere Diffusionsbarriere 43 vorgesehen, die die Elektrode 11 bedeckt). Die Sauerstoffpumpzelle kann abhängig von einer an den Elektroden 11 und 12 anliegenden Spannung Sauerstoffionen durch den Festelektrolyten transportieren, wobei die Polarität dieser Spannung die Richtung vorgibt, in der der Transport stattfindet.
Der erste Hohlraum 31 ist durch eine zweite Diffusionsbarriere 42 von einem zweiten Hohlraum 32 abgetrennt, in dem sich die Elektrode 15 des dritten Elektrodenpaars befindet. Die Elektrode 16 des dritten Elektrodenpaars ist in einem dritten Hohlraum 33 angeordnet, in dem sich auch die zweite Elektrode 14 der Nernstzelle befindet.
Die Elektroden 11, 12, 13, 14, 15 und 16 enthalten bevorzugt Platin. In einer Ausführung des Sensorelementes sind die Elektroden 11, 14 und 16 als Platincermet, die Elektroden 12 und 13 als Cermet mit einer Platin-Gold-Legierung und die Elektrode 15 als Cermet mit einer Platin-Rhodium-Legierung gefertigt.
Alle im ersten und zweiten Hohlraum 31 und 32 angeordneten Elektroden 12, 13 und 15 sind miteinander elektrisch verbunden. Die Festelektrolyte 21, 22, 23 sind elektrisch voneinander isoliert (beispielsweise durch Al₂O₃), so dass es dennoch nicht zu Querströmen kommen kann. Die miteinander verbundenen Elektroden 12, 13 und 15 werden auf ein Bezugspotential gelegt, die jeweils verbleibenden Elektroden 11, 14 und 16 der Sauerstoffpumpzelle, der Nernstzelle und der Stickoxidpumpzelle werden mit den für den Betrieb des Sensorelementes benötigten Spannungen beaufschlagt.
Da die Festelektrolyten 21, 22, 23 erst bei hohen Temperaturen leitfähig für Sauerstoffionen werden, ist ein Heizelement (nicht dargestellt) vorgesehen, um das Sensorelement und damit die Festelektrolyten 21, 22, 23 auf eine geeignete Temperatur zu bringen.
An auf einem Festelektrolyten 21, 22, oder 23 angeordneten Elektrodenpaaren bildet sich eine Spannung aus, wenn die Elektroden in Räumen mit unterschiedlichen Partialdrücken des Sauerstoffs liegen. Gemäß der Nernstschen Gleichung gilt:
Dabei sind k die Boltzmann-Konstante, e die Elementarladung, T die absolute Temperatur und z die Ladungszahl, beim Sauerstoffmolekül also 4. Die Partialdrücke werden durch p_x symbolisiert, wobei das Subskript den Raum benennt, in dem der jeweilige Partialdruck herrscht. Die Spannung wird von der Elektrode in Raum 1 zu der in Raum 2 gemessen.
Durch Anlegen einer Spannung an ein Elektrodenpaar können Sauerstoffionen aktiv durch einen Festelektrolyten 21, 22, 23 getrieben werden. Wirksam ist dabei nur eine Spannungsdifferenz zwischen der angelegten Spannung und der durch die obige Formel ausgedrückten Nernstspannung. Ist die Spannungsdifferenz Null, wird auch der Ionenstrom und damit der über die Elektroden fließende elektrische Strom Null.
Die Elektroden 11 und 12 der Sauerstoffpumpzelle können daher dazu verwendet werden, Sauerstoff in den ersten Hohlraum 31 hinein oder aus diesem heraus zu pumpen.
Die Elektroden der Nernstzelle bleiben im Betrieb zunächst ohne Strom und erzeugen daher eine Nernstspannung Vs, die proportional zum Logarithmus des Partialdruckverhältnisses zwischen dem dritten Hohlraum 33 und dem ersten Hohlraum 31 ist. Die Nernstspannung Vs ermöglicht somit die Bestimmung des Sauerstoffpartialdrucks im ersten Hohlraum, da der Referenzgasraum auf einem konstanten bekannten Partialdruckniveau gehalten wird. Abhängig von der Nernstspannung Vs wird die Spannung an den Elektroden 11 und 12 der Sauerstoffpumpzelle so geregelt, das heißt der Sauerstoffpartialdruck im ersten Hohlraum 31 durch Betreiber der Sauerstoffpumpzelle so eingestellt, dass Vs 425 mV beträgt. Durch diesen Wert ist gewährleistet, dass sich im ersten Hohlraum 31 ein niedriger Sauerstoffpartialdruck von ungefähr 0,01 Pa einstellt und konstant gehalten wird. Dadurch stellt sich ein stationärer Sauerstoffmolekülstrom durch die erste Diffusionsbarriere 41 ein, der durch die Differenz der Sauerstoffkonzentrationen im Abgas und im ersten Hohlraum 31 getrieben wird.
Da im stationären Gleichgewicht alle durch die erste Diffusionsbarriere 41 einströmenden Sauerstoffmoleküle wieder durch die Sauerstoffpumpzelle abgepumpt werden müssen, ist der Molekülstrom direkt mit dem Ionenstrom in der Sauerstoffpumpzelle und dieser wiederum mit dem elektrischen Strom in den Elektrodenzuleitungen verknüpft. Der Strom durch die Elektroden der Sauerstoffpumpzelle wird somit zu einem Maß für die Sauerstoffkonzentration im Abgas.
Die im zweiten Hohlraum 32 angeordnete Elektrode 15 entfaltet eine katalytische Aktivität und dissoziiert Stickoxide vollständig, wobei der frei werdende Sauerstoff durch den Festelektrolyten 23 abgepumpt wird. Der dabei entstehende Pumpstrom ist ein Maß für die Konzentration von Stickoxiden im Abgas. Der beim Dissoziationsprozess entstehende Stickstoff N₂ diffundiert aufgrund des Partialdruckgefälles zurück ins Abgas.
Da nun mit der Sauerstoffpumpzelle bidirektional gepumpt werden soll, muss die Spannung an den Elektroden 11, 12 der Sauerstoffpumpzelle entsprechend positiv oder negativ einstellbar sein. Ebenso kann es notwendig sein, die Spannung an der im dritten Hohlraum 33 angeordneten Elektrode 16 unter die Massenspannung des Sensorelementes an den Elektroden 12, 13 und 15 zu senken. In einem Kraftfahrzeug wird die Bordelektronik aus einer Bordbatterie betrieben, deren negativer Pol die tiefste im Kraftfahrzeug zur Verfügung stehende Spannung darstellt. Dementsprechend wird die Spannung an den Elektroden 12, 13 und 15 gegenüber der Fahrzeugmasse angehoben, damit die Spannung an den Elektroden 11 und 16 unter diese Spannung sinken kann. Die Steuereinheit, die die Spannungen für die Elektroden 12 bis 16 erzeugt, muss jedoch den gesamten möglichen Spannungsbereich der gewünschten Steuerspannungen abdecken können und wird deshalb mit der Fahrzeugmasse als niedrigstem Bezugspotential betrieben. Um den Stickoxid-Sensor schnell einsatzbereit zu machen, sollen auch Elektrodenspannungen von einigen Volt über der Massenspannung des Sensorelementes möglich sein, wodurch an den Elektroden 11, 14 und 16 recht große Spannungsbereiche einstellbar sein sollen.
Diese großen Spannungsbereiche sind bei Halbleiterprozessen, die zur monolithischen Fertigung der Steuereinheit bevorzugt herangezogen werden, nachteilig, weil sie zu einem erhöhten Flächenbedarf der integrierten Schaltung und zu einer verminderten Messgenauigkeit führen. Außerdem steigt die Verlustleistung aufgrund der erhöhten Versorgungsspannung.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird daher ein Stickoxid-Sensor mit einem Sensorelement, einer Steuereinheit, einem ersten Versorgungsspannungsanschluss für eine erste Versorgungsspannung und einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss für eine zweite Versorgungsspannung eingeführt. Das Sensorelement weist eine Ionenpumpzelle mit einer auf einem Festelektrolyten angeordneten ersten Elektrode und einer getrennt von der ersten Elektrode auf dem Festelektrolyten angeordneten zweiten Elektrode auf. Die Steuereinheit ist ausgebildet, aus der ersten Versorgungsspannung und der zweiten Versorgungsspannung eine erste Elektrodenspannung für die erste Elektrode und eine zweite Elektrodenspannung für die zweite Elektrode zu erzeugen und an das Sensorelement auszugeben. Ein erster Versorgungsspannungsanschluss der Steuereinheit ist mit dem ersten Versorgungsspannungsanschluss des Stickoxid-Sensors und ein zweiter Versorgungsspannungsanschluss der Steuereinheit mit dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss des Stickoxid-Sensors verbunden. Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit ausgebildet, eine Differenzspannung zwischen der ersten Elektrodenspannung und der zweiten Elektrodenspannung einzustellen und dabei sowohl die erste Elektrodenspannung als auch die zweite Elektrodenspannung veränderlich einzustellen.
Die Erfindung beruht auf der Einsicht, dass die Differenz der Versorgungsspannungen der Steuereinheit lediglich höher sein muss, als die maximale Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden 12, 13 und 15 einerseits und den jeweiligen verbleibenden Elektroden 11, 14 und 16 andererseits. Statt die Elektroden 12, 13 und 15 auf ein konstantes Potential zu legen, wird ihre Spannung erfindungsgemäß ebenfalls veränderlich vorgegeben. Durch diese differentielle Ansteuerung der Elektroden und den Verzicht auf eine konstante Spannung an jeweils einer der Elektroden der verschiedenen Elektrodenpaare kann die Spannungsdifferenz zwischen den Versorgungsspannungen der Steuereinheit gesenkt werden, was die oben genannten Nachteile vermeidet.
Dabei kann die Steuereinheit ausgebildet sein, zu einem ersten Zeitpunkt die Differenzspannung mit einem ersten Vorzeichen und zu einem zweiten Zeitpunkt mit einem dem ersten Vorzeichen entgegengesetzten zweiten Vorzeichen einzustellen und zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt eine der ersten oder zweiten Elektrodenspannung zu erhöhen und eine Verbleibende der ersten oder zweiten Elektrodenspannung abzusenken. Wird also zu einem ersten Zeitpunkt ein Ionenfluss in einer Richtung und zu einem späteren Zeitpunkt in entgegengesetzter Richtung benötigt, wird entsprechend eine der ersten oder zweiten Elektrodenspannungen gesenkt und die andere angehoben, um das Vorzeichen der Differenzspannung umzukehren.
Die Ionenpumpzelle kann bevorzugt eine Sauerstoffpumpzelle oder eine Stickoxidpumpzelle sein.
Das Sensorelement des Stickoxid-Sensors kann über eine Sauerstoffpumpzelle, eine Stickoxidpumpzelle und eine Nernstzelle verfügen, wobei eine jede von Sauerstoffpumpzelle, Stickoxidpumpzelle und Nernstzelle eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist. Jeweils eine der ersten oder zweiten Elektrode einer jeden von Sauerstoffpumpzelle, Stickoxidpumpzelle und Nernstzelle können miteinander elektrisch leitend verbunden sein.
Ein zweiter Erfindungsaspekt führt eine Verbrennungsanlage, beispielsweise ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, mit einem in einem Abgasraum der Verbrennungsanlage angeordneten Stickoxid-Sensor gemäß dem vorhergehenden Erfindungsaspekt ein.
Ein dritter Aspekt der Erfindung führt ein Verfahren zum Betrieb eines Stickoxid-Sensors mit einem Sensorelement, einem ersten Versorgungsspannungsanschluss für eine erste Versorgungsspannung und einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss für eine zweite Versorgungsspannung ein. Das Sensorelement weist eine Ionenpumpzelle mit einer auf einem Festelektrolyten angeordneten ersten Elektrode und einer getrennt von der ersten Elektrode auf dem Festelektrolyten angeordneten zweiten Elektrode auf. Das Verfahren beinhaltet die folgenden Schritte:
Erzeugen einer ersten Elektrodenspannung für die erste Elektrode und einer zweiten Elektrodenspannung für die zweite Elektrode aus der ersten Versorgungsspannung und der zweiten Versorgungsspannung; und
Ausgeben der ersten Elektrodenspannung und der zweiten Elektrodenspannung an das Sensorelement.
Der Schritt des Erzeugens der ersten Elektrodenspannung und der zweiten Elektrodenspannung umfasst einen Schritt des Einstellens einer Differenzspannung zwischen der ersten Elektrodenspannung und der zweiten Elektrodenspannung. Erfindungsgemäß werden dabei sowohl die erste Elektrodenspannung als auch die zweite Elektrodenspannung veränderlich eingestellt.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein vorbekanntes Sensorelement eines Stickoxid-Sensors,
2 Spannungen zur Ansteuerung und Versorgung des Stickoxid-Sensors und des Sensorelementes gemäß dem Stand der Technik, und
3 Spannungen zur erfindungsgemäßen Ansteuerung und Versorgung des Stickoxid-Sensors und des Sensorelementes der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
2 zeigt Spannungen zur Ansteuerung und Versorgung des Stickoxid-Sensors und des Sensorelementes gemäß dem Stand der Technik. Die Spannungen sind über der Zeit aufgetragen. V₀ ist dabei die Spannung des negativen Batteriepols, welche zugleich als untere Versorgungsspannung der Steuereinheit des Stickoxid-Sensors eingesetzt wird, um eine Steuerspannung mit einem möglichst geringfügig über dieser niedrigsten zur Verfügung stehenden Spannung liegenden Spannungswert erzeugen zu können. V₁ bezeichnet die Spannung, die an die Elektroden 12, 13 und 15 angelegt wird und die Massenspannung des Sensorelementes darstellt. V₁ wird auf eine Spannung eingestellt, die einen gewissen Betrag über V₀ liegt, damit sich auch negative Steuerspannungen für die Elektroden 11 oder 16 ergeben können (siehe Zeitpunkt t₂). Die Spannung V₂ zeigt die Steuerspannung für eine der Elektroden 11 oder 16, die je nach Pumprichtung der Ionenpumpzelle höher (z. B. Zeitpunkt t₁) oder niedriger (z. B. Zeitpunkt t₂) als V₁ sein kann. Die obere Versorgungsspannung der Steuereinheit ist als Spannung V₃ aufgetragen und liegt möglichst wenig über der höchsten benötigten Steuerspannung V₂. Aufgrund des weiten Regelbereiches der Steuerspannung V₂ musste V₃ im Stand der Technik unvorteilhaft hoch gewählt werden.
3 zeigt Spannungen zur erfindungsgemäßen Ansteuerung und Versorgung des Stickoxid-Sensors und des Sensorelementes der Erfindung. Die gleich bezeichneten Spannungen und Zeitpunkte beschreiben gleiche Spannungen, weshalb eine Wiederholung der diesbezüglichen Beschreibung unterlassen wird. Erfindungsgemäß wird nun die Spannung V₁' der Elektroden 12, 13 und 15 nicht auf einem konstanten Niveau belassen, wie es für eine Massenspannung typisch wäre, sondern in die Regelung einbezogen. Zu einem Zeitpunkt t₁ soll beispielsweise eine positive Spannung zwischen den Elektroden 11 bzw. 16 und 12 bzw. 15 herrschen. Erfindungsgemäß wird die Spannung V₁' auf eine Spannung nur knapp über V₀ gesetzt und durch geeignetes Einstellen der Steuerspannung V₂' die gewünschte Spannungsdifferenz hergestellt. Zu einem späteren Zeitpunkt 12 ist eine Steuerspannung mit umgekehrtem Vorzeichen wie zum Zeitpunkt t₁ gewünscht, weshalb nun gemäß der Erfindung die Spannung V₁' angehoben und gleichzeitig die Steuerspannung V₂' abgesenkt wird, bis sich die gewünschte Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden 11 bzw. 16 und 12 bzw. 15 einstellt. Durch die flexible Einstellung der Spannung am Massenanschluss des Sensorelementes kann eine niedrigere obere Versorgungsspannung V₃' für die Steuereinheit vorgesehen werden (V₃ aus 2 ist in 3 zum Vergleich gestrichelt aufgetragen).
Die Erfindung ermöglicht es somit, Flächenbedarf und Verlustleistung einer als integrierte Schaltung gefertigten Steuereinheit zu verringern und außerdem die Messgenauigkeit zu steigern.

Claims

Ein Stickoxid-Sensor mit einem Sensorelement, einer Steuereinheit, einem ersten Versorgungsspannungsanschluss für eine erste Versorgungsspannung und einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss für eine zweite Versorgungsspannung, wobei das Sensorelement eine Ionenpumpzelle mit einer auf einem Festelektrolyten (21, 23) angeordneten ersten Elektrode (12, 15) und einer getrennt von der ersten Elektrode (12, 15) auf dem Festelektrolyten (21, 23) angeordneten zweiten Elektrode (11, 16) aufweist, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, aus der ersten Versorgungsspannung und der zweiten Versorgungsspannung eine erste Elektrodenspannung (V1') für die erste Elektrode (12, 15) und eine zweite Elektrodenspannung (V2') für die zweite Elektrode (11, 16) zu erzeugen und an das Sensorelement auszugeben, und wobei ein erster Versorgungsspannungsanschluss der Steuereinheit mit dem ersten Versorgungsspannungsanschluss des Stickoxid-Sensors und ein zweiter Versorgungsspannungsanschluss der Steuereinheit mit dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss des Stickoxid-Sensors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, eine Differenzspannung zwischen der ersten Elektrodenspannung (V1') und der zweiten Elektrodenspannung (V2') einzustellen und dabei sowohl die erste Elektrodenspannung (V1') als auch die zweite Elektrodenspannung (V2') veränderlich einzustellen.
Der Stickoxid-Sensor gemäß Anspruch 1, bei dem die Steuereinheit ausgebildet ist, zu einem ersten Zeitpunkt die Differenzspannung mit einem ersten Vorzeichen und zu einem zweiten Zeitpunkt mit einem dem ersten Vorzeichen entgegengesetzten zweiten Vorzeichen einzustellen und zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt eine der ersten oder zweiten Elektrodenspannung (V1', V2') zu erhöhen und eine Verbleibende der ersten oder zweiten Elektrodenspannung (V2', V1') abzusenken.
Der Stickoxid-Sensor gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Ionenpumpzelle eine Sauerstoffpumpzelle oder eine Stickoxidpumpzelle ist.
Der Stickoxid-Sensor gemäß Anspruch 3, bei dem das Sensorelement eine Sauerstoffpumpzelle, eine Stickoxidpumpzelle und eine Nernstzelle aufweist, wobei eine jede von Sauerstoffpumpzelle, Stickoxidpumpzelle und Nernstzelle eine erste Elektrode (12, 13, 15) und eine zweite Elektrode (11, 14, 16) aufweist, wobei jeweils eine der ersten oder zweiten Elektrode einer jeden von Sauerstoffpumpzelle, Stickoxidpumpzelle und Nernstzelle miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
Der Stickoxid-Sensor gemäß Anspruch 4, bei dem die ersten Elektroden (12, 13, 15) der Sauerstoffpumpzelle, der Stickoxidpumpzelle und der Nernstzelle miteinander elektrisch leitend verbunden sind und bei der die erste Elektrode (12) der Sauerstoffpumpzelle und die erste Elektrode (13) der Nernstzelle in einem ersten Hohlraum (31) angeordnet sind.
Der Stickoxid-Sensor gemäß Anspruch 5, bei dem der erste Hohlraum (31) durch eine erste Diffusionsbarriere (41) von einem Abgasraum abgetrennt ist.
Der Stickoxid-Sensor gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem die erste Elektrode (15) der Stickoxidpumpzelle in einem zweiten Hohlraum (32) angeordnet ist, welcher durch eine zweite Diffusionsbarriere (42) vom ersten Hohlraum (31) abgetrennt ist.
Der Stickoxid-Sensor gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die erste Elektrode (13) der Nernstzelle und die erste Elektrode (15) der Stickoxidpumpzelle in einem dritten Hohlraum (33) angeordnet sind.
Eine Verbrennungsanlage, beispielsweise ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, mit einem in einem Abgasraum der Verbrennungsanlage angeordneten Stickoxid-Sensor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Ein Verfahren zum Betrieb eines Stickoxid-Sensors mit einem Sensorelement, einem ersten Versorgungsspannungsanschluss für eine erste Versorgungsspannung und einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss für eine zweite Versorgungsspannung, wobei das Sensorelement eine Ionenpumpzelle mit einer auf einem Festelektrolyten (21, 23) angeordneten ersten Elektrode (12, 15) und einer getrennt von der ersten Elektrode (12, 15) auf dem Festelektrolyten (21, 23) angeordneten zweiten Elektrode (11, 16) aufweist, mit den Schritten: Erzeugen einer ersten Elektrodenspannung (V1') für die erste Elektrode (12, 15) und einer zweiten Elektrodenspannung (V2') für die zweite Elektrode (11, 16) aus der ersten Versorgungsspannung und der zweiten Versorgungsspannung; und Ausgeben der ersten Elektrodenspannung (V1') und der zweiten Elektrodenspannung (V2') an das Sensorelement, wobei der Schritt des Erzeugens der ersten Elektrodenspannung (V1') und der zweiten Elektrodenspannung (V2') einen Schritt des Einstellens einer Differenzspannung zwischen der ersten Elektrodenspannung (V1') und der zweiten Elektrodenspannung (V2') umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass dabei sowohl die erste Elektrodenspannung (V1') als auch die zweite Elektrodenspannung (V2') veränderlich eingestellt werden.