DE102011005461A1 - Method for detecting gas component of gas in measuring gas space, particularly for detecting non-oxygen gas in exhaust gas of combustion engine of motor vehicle, involves feeding gas from measuring gas space to sensor electrode - Google Patents

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Abstract

The method involves feeding the gas with catalytic properties from a measuring gas space (112) to a sensor electrode (120) through a gas access path (132). The gas component in the sensor electrode is catalytically separated into components, particularly oxygen content and nitrogen oxide content, and one of the components is pumped into a counter electrode (124) from the sensor electrode. Voltage or current is detected between a reference electrode (150) and a measuring electrode (148). An interfering gas component, particularly oxygen is pumped from the gas access path. An independent claim is also included for a device for detecting a gas component of a gas in a measurement gas space.

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Vorrichtungen und Verfahren bekannt, mittels derer Gaskomponenten eines Gases in einem Messgasraum qualitativ und/oder quantitativ nachgewiesen werden können. Beispiele derartiger Vorrichtungen sind in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 154–159 dargestellt. Neben den dort dargestellten Sauerstoff-Sensoren existieren jedoch auch Vorrichtungen und Verfahren zum Nachweis von Nicht-Sauerstoffgasen, wie beispielsweise Stickoxiden (NOx), insbesondere bei vorhandenem Sauerstoffhintergrund. Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise in EP 0 769 693 A1 beschrieben. Es handelt sich dabei insbesondere um Festelektrolyt-Sensoren auf Zirkoniumdioxid-Basis. Bei den dabei verwendeten Sensoren existieren mehrere Abschnitte oder Kammern, welche jeweils durch Diffusionsbarrieren voneinander getrennt sind. An einer ersten Pumpelektrode in einer oder mehreren vorgelagerten Pumpkammern wird Sauerstoff aus dem in die Kammern eindringenden Gas entfernt, so dass in nachgelagerten Kammern anschließend idealerweise kein Sauerstoff mehr vorhanden ist. Zur Einstellung des Sauerstoffgehalts in der vorgelagerten mindestens einen ersten Kammer wird in der Regel mittels einer Pumpspannung zwischen einer in dieser vorgelagerten Kammer angeordneten Pumpelektrode und einer außerhalb der Kammer, in dem Messgasraum angeordneten Pumpelektrode derart Sauerstoff in die Kammer herein oder heraus gepumpt, dass eine zwischen einer Referenzelektrode in einer Luftreferenz und einer Messelektrode in der Kammer erfasste Nernstspannung sich auf einen konstanten Wert einregelt. In einer nachgelagerten Kammer ist eine Sensorelektrode vorgesehen, welche selektiv Stickoxide zersetzt und den daraus entstandenen Sauerstoff als Ionenstrom zur Referenzelektrode oder einer anderen Elektrode pumpt. Der daraus korrespondierende, sehr kleine elektrische Strom, welcher typischerweise im Nanoampere- bis Mikroampere-Bereich liegt, wird gemessen und dient als Maß für eine NO- bzw. NOx-Konzentration im Abgas. Die Sauerstoffentfernung kann mittels einer vorgelagerten Kammer oder auch kaskadiert erfolgen, wobei in letzterem Fall mehrere Pumpzellen vorgesehen sein können, welche gegebenenfalls nochmals durch Diffusionsbarrieren getrennt ausgestaltet sein können und welche für eine schrittweise Entfernung des Sauerstoffs eingesetzt werden können.Numerous devices and methods are known from the prior art, by means of which gas components of a gas in a measuring gas space can be detected qualitatively and / or quantitatively. Examples of such devices are in Robert Bosch GmbH: Sensors in the motor vehicle, issue 2007, pages 154-159 shown. In addition to the oxygen sensors shown there, however, there are also devices and methods for the detection of non-oxygen gases, such as nitrogen oxides (NOx), especially in the presence of oxygen background. Such devices are for example in EP 0 769 693 A1 described. These are, in particular, zirconia-based solid electrolyte sensors. In the case of the sensors used there are several sections or chambers, which are separated from each other by diffusion barriers. At a first pumping electrode in one or more upstream pumping chambers, oxygen is removed from the gas entering the chambers, so that ideally no oxygen is present in downstream chambers. To adjust the oxygen content in the upstream at least one first chamber, oxygen is usually pumped into or out of the chamber by means of a pumping voltage between a pumping electrode arranged in this upstream chamber and a pumping electrode arranged outside the chamber in the measuring gas chamber a reference electrode in an air reference and a measuring electrode detected in the chamber Nernst voltage adjusts to a constant value. In a downstream chamber, a sensor electrode is provided which selectively decomposes nitrogen oxides and pumps the resulting oxygen as an ion current to the reference electrode or another electrode. The corresponding, very small electrical current, which is typically in the nanoampere to microampere range, is measured and serves as a measure of an NO or NOx concentration in the exhaust gas. The removal of oxygen can take place by means of an upstream chamber or else cascaded, wherein in the latter case a plurality of pump cells can be provided, which may optionally be configured again separated by diffusion barriers and which can be used for a stepwise removal of the oxygen.

Die mindestens eine Referenzelektrode kann insbesondere in mindestens einem Referenzgasraum angeordnet sein. Bei diesem Referenzgasraum kann es sich beispielsweise um einen Luftreferenzkanal handeln. Alternativ sind aus dem Stand der Technik aus dem Bereich der Sauerstoffsensorik auch Sensorelemente mit so genannter gepumpter Referenz bekannt, beispielsweise aus DE 43 33 230 A1 , bei welcher durch einen, in der Regel konstanten, Pumpstrom von Sauerstoffionen hin zur Referenzelektrode für eine magere Atmosphäre im Bereich der Referenzelektrode gesorgt wird.The at least one reference electrode can be arranged in particular in at least one reference gas space. This reference gas space may be, for example, an air reference channel. Alternatively, sensor elements with so-called pumped reference are known from the prior art from the field of oxygen sensor technology, for example DE 43 33 230 A1 in which a lean, generally constant, pumping current of oxygen ions towards the reference electrode ensures a lean atmosphere in the region of the reference electrode.

Trotz der Vorteile, welche insbesondere im Bereich der NOx-Sensorik mit den bekannten Vorrichtungen und Verfahren erzielt wurden, weisen die bekannten Vorrichtungen und Verfahren zahlreiche technische Herausforderungen auf. So besteht, beispielsweise bei dem in EP 0 769 693 A1 beschriebenen Aufbau, eine Problematik darin, dass neben einem direkten Signalfehler durch Störungen und/oder Einkopplungen auf den sehr geringen NOx-Messstrom auch Messfehler durch eine ungenügende Sauerstoffentfernung in den vorgelagerten Kammern auftreten können. So kann beispielsweise ein so genannter Sauerstoff-Durchbruch hin zur Sensorelektrode erfolgen. Neben dem stationären Fehler, welcher sich zumindest teilweise durch eine rechnerische Kompensation verringern lässt, treten insbesondere größere Fehler durch dynamische Sauerstoffwechsel und/oder Partialdruckschwankungen des Sauerstoffs auf. Diese können gemäß den Vorrichtungen und Verfahren nach dem Stand der Technik entweder gar nicht erkannt oder selbst im positiven Fall einer Erkennung nur zum Verwerfen aktueller Messwerte führen. Letzterer Fall verschlechtert insbesondere bei Anwendungen mit häufigeren, sehr schnellen dynamischen Gaswechseln die Anzahl gültiger Messungen und damit den Nutzen der Sensorelemente. Wünschenswert wären daher eine Vorrichtung und ein Verfahren, bei welchen eine oder mehrere störende Gaskomponenten (im Folgenden auch als Störspezies bezeichnet), insbesondere Sauerstoff, wirksam von einer Sensorelektrode ferngehalten werden können und welche sich gleichzeitig durch eine hohe Auflösung auch hinsichtlich einer Erfassung einer oder mehrerer Gaskomponenten mit sehr geringer Konzentration auszeichnen.Despite the advantages which have been achieved in particular in the field of NOx sensor technology with the known devices and methods, the known devices and methods have numerous technical challenges. So exists, for example, in the EP 0 769 693 A1 described structure, a problem is that in addition to a direct signal error due to interference and / or coupling to the very low NOx measuring current and measurement errors can occur due to insufficient oxygen removal in the upstream chambers. Thus, for example, a so-called oxygen breakthrough can be made towards the sensor electrode. In addition to the stationary error, which can be at least partially reduced by a computational compensation, in particular larger errors occur due to dynamic oxygen changes and / or partial pressure fluctuations of the oxygen. According to the devices and methods according to the prior art, these can either not be detected at all or, even in the positive case of detection, can only lead to the discarding of current measured values. The latter case, especially in applications with more frequent, very fast dynamic gas changes, worsens the number of valid measurements and thus the benefit of the sensor elements. It would therefore be desirable to have an apparatus and a method in which one or more interfering gas components (hereinafter also referred to as Störspezies), in particular oxygen, can be effectively kept away from a sensor electrode and which at the same time by a high resolution with respect to a detection of one or more Distinguish gas components with very low concentration.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es werden dementsprechend ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachweis einer Gaskomponente eines Gases in einem Messgasraum vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Verfahren und Vorichtungen zumindest weitgehend vermeiden. Bei der mindestens einen Gaskomponente kann es sich insbesondere um ein Nicht-Sauerstoffgas handeln, insbesondere ein Nicht-Sauerstoffgas, welches eine Sauerstoffverbindung ist. Beispielsweise kann es sich um Stickoxide (NOx und/oder Stickstoffmonoxid) handeln. Bei dem Gas kann es sich insbesondere um Luft oder um ein Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, handeln. Die Erfindung wird im Folgenden im Wesentlichen und ohne Beschränkung möglicher Ausgestaltungen auf den Nachweis von NOx in Abgasen beschrieben. Bei dem Messgasraum, welcher grundsätzlich als abgeschlossener oder auch als offener Raum ausgestaltet sein kann, kann es sich somit insbesondere um einen Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine handeln.Accordingly, a method and a device for detecting a gas component of a gas in a measuring gas space are proposed, which at least largely avoid the disadvantages of known methods and devices. The at least one gas component may in particular be a non-oxygen gas, in particular a non-oxygen gas which is an oxygen compound. For example, it may be nitrogen oxides (NOx and / or nitrogen monoxide). The gas may in particular be air or an exhaust gas of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle. In the following, the invention becomes substantially and without limitation possible Embodiments described on the detection of NOx in exhaust gases. In the sample gas space, which in principle may be designed as a closed or as an open space, it may thus be in particular an exhaust gas tract of an internal combustion engine.

Bei dem Verfahren wird das Gas aus dem Messgasraum über mindestens einen Gaszutrittsweg mindestens einer Sensorelektrode mit katalytischen Eigenschaften zugeführt. Die Gaskomponente, welche nachgewiesen werden soll und welche im Folgenden auch als Ziel-Gaskomponente bezeichnet wird, wird an der Sensorelektrode katalytisch in Bestandteile zerlegt. Weiterhin wird von der Sensorelektrode aus mindestens einer der Bestandteile zu mindestens einer Gegenelektrode gepumpt.In the method, the gas is supplied from the measuring gas space via at least one Gaszutrittsweg at least one sensor electrode with catalytic properties. The gas component, which is to be detected and which is also referred to below as the target gas component, is catalytically decomposed into constituents on the sensor electrode. Furthermore, at least one of the components is pumped from the sensor electrode to at least one counter electrode.

Bei dem Gaszutrittsweg kann es sich grundsätzlich um einen beliebigen, von einem Gas zu durchdringenden Weg handeln, beispielsweise einen Gaszutrittsweg, welcher eine oder mehrere Bohrungen, eine oder mehrere Kanäle und/oder eine oder mehrere Kammern umfasst. Wie unten noch näher ausgeführt wird, ist es besonders bevorzugt, wenn der Gaszutrittsweg mindestens eine Kammer, vorzugsweise mindestens eine Kaskade von Kammern umfasst, welche von dem Gas durchdrungen werden muss. Weiterhin kann der Gaszutrittsweg mindestens eine Diffusionsbarriere umfassen, welche von dem Gas diffusiv durchdrungen werden kann, beispielsweise mindestens eine Diffusionsbarriere mit einem porösen Material, beispielsweise einem keramischen Material.In principle, the gas access path can be any desired path to be penetrated by a gas, for example a gas access path which comprises one or more bores, one or more channels and / or one or more chambers. As will be explained in more detail below, it is particularly preferred if the gas access path comprises at least one chamber, preferably at least one cascade of chambers, which has to be penetrated by the gas. Furthermore, the gas access path can comprise at least one diffusion barrier, which can be diffusively penetrated by the gas, for example at least one diffusion barrier with a porous material, for example a ceramic material.

Unter einer Sensorelektrode mit katalytischen Eigenschaften ist eine Elektrode zu verstehen, welche für die katalytische Zerlegung der Gaskomponente in mindestens zwei Bestandteile geeignet ist. Unter einer Zerlegung kann dabei eine Spaltung verstanden werden, jedoch grundsätzlich auch eine andere Art der katalytischen Umwandlung. Im Folgenden wird insbesondere Bezug genommen auf eine katalytische Zerlegung in Form einer Reduktion der Gaskomponente. Beispielsweise kann die Sensorelektrode eingerichtet sein, um NO und/oder NOx, vorzugsweise selektiv, zu reduzieren, wobei Sauerstoffatome beispielsweise an der Sensorelektrode in einen mit der Sensorelektrode in Verbindung stehenden Festelektrolyten eingebaut werden können, beispielsweise einen auf Zirkoniumdioxid basierenden Festelektrolyten und insbesondere Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumdioxid und/oder Scandium-dotiertes Zirkoniumdioxid. Zur Erzeugung der katalytischen Eigenschaften kann die Elektrode beispielsweise ein oder mehrere Katalysatormaterialien umfassen, beispielsweise Katalysatormaterialien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Rhodium, Palladium, Platin. Auch Gemische von Materialien sind möglich, beispielsweise Metallgemische oder Metalllegierungen, wobei jedoch vorzugsweise keine Metalle enthalten sind, welche die katalytischen Eigenschaften zunichte machen, wie beispielsweise Gold.By a sensor electrode having catalytic properties is meant an electrode which is suitable for the catalytic decomposition of the gas component into at least two constituents. A decomposition can be understood as a cleavage, but in principle also a different type of catalytic conversion. In the following, particular reference is made to a catalytic decomposition in the form of a reduction of the gas component. For example, the sensor electrode may be configured to reduce NO and / or NOx, preferably selectively, wherein oxygen atoms may be incorporated, for example, at the sensor electrode into a solid electrolyte associated with the sensor electrode, for example a zirconia-based solid electrolyte and especially yttria-stabilized Zirconia and / or scandium-doped zirconia. To generate the catalytic properties, the electrode may comprise, for example, one or more catalyst materials, for example catalyst materials selected from the group consisting of rhodium, palladium, platinum. Mixtures of materials are also possible, for example metal mixtures or metal alloys, but preferably no metals are included, which negate the catalytic properties, such as gold.

Der mindestens eine Bestandteil wird von der Sensorelektrode beispielsweise in ionischer Form zu der mindestens einen Gegenelektrode gepumpt. Unter einem Pumpvorgang kann dabei allgemein ein Vorgang verstanden werden, bei welchem an einer ersten Elektrode, in diesem Fall beispielsweise der Sensorelektrode, Ionen in den Festelektrolyten eingebaut werden, in ionischer Form durch den Festelektrolyten, insbesondere einen keramischen Festelektrolyten, transportiert werden, beispielsweise getrieben durch eine elektromotorische Kraft, und anschließend an der Gegenelektrode wieder aus dem Festelektrolyten ausgebaut werden, wobei beispielsweise molekularer Sauerstoff entsteht. Die mindestens eine Gegenelektrode kann beispielsweise, wie unten noch näher ausgeführt wird, eine Referenzelektrode in einem Referenzgasraum umfassen und/oder eine andere Art von Elektrode sein, beispielsweise eine Hohlkammerelektrode, welche in einem im Wesentlichen gasdichten Hohlraum angeordnet sein kann. Für erstere Möglichkeit kann beispielsweise auf die oben beschriebene EP 0 769 693 A1 verwiesen werden, und für letztere Möglichkeit beispielsweise auf DE 10 2008 044 051 A1 oder auf DE 10 2008 044 374 A1 . Der Pumpvorgang kann beispielsweise aktiv getrieben sein durch eine von außen angelegte Pumpspannung und/oder einen von außen aufgeprägten Pumpstrom, und/oder kann passiv getrieben werden, beispielsweise durch eine vorhandene elektromotorische Kraft bzw. Potenzialdifferenz und/oder eine Diffusionskraft zwischen der Sensorelektrode und der Gegenelektrode.The at least one component is pumped by the sensor electrode, for example, in ionic form to the at least one counter electrode. A pumping process can generally be understood to mean a process in which ions are introduced into the solid electrolyte at a first electrode, in this case for example the sensor electrode, in ionic form through the solid electrolyte, in particular a ceramic solid electrolyte, for example driven through an electromotive force, and then removed from the solid electrolyte are removed from the solid electrolyte, wherein, for example, molecular oxygen is formed. The at least one counterelectrode can, for example, as explained in more detail below, comprise a reference electrode in a reference gas space and / or be another type of electrode, for example a hollow chamber electrode, which can be arranged in a substantially gas-tight cavity. For the former possibility can, for example, on the above described EP 0 769 693 A1 referenced, and for the latter possibility, for example DE 10 2008 044 051 A1 or on DE 10 2008 044 374 A1 , The pumping process may, for example, be actively driven by an externally applied pumping voltage and / or a pumping current impressed from the outside, and / or may be driven passively, for example by an existing electromotive force or potential difference and / or a diffusion force between the sensor electrode and the counterelectrode ,

Weiterhin wird bei dem Verfahren zwischen mindestens einer in mindestens einem Referenzgasraum angeordneten Referenzelektrode und mindestens einer in dem Gaszutrittsweg angeordneten Messelektrode eine Spannung und/oder ein Strom erfasst. Diese Spannung kann beispielsweise eine Nernstspannung sein, welche beispielsweise charakteristisch ist für eine Gaszusammensetzung in dem Gaszutrittsweg, beispielsweise für einen Sauerstoffanteil in dem Gaszutrittsweg. Unter einem Referenzgasraum ist dabei allgemein ein Gasraum zu verstehen, in welchem eine definierte Gaszusammensetzung herrscht oder herstellbar ist. Beispielsweise kann der Referenzgasraum eine Luftreferenz umfassen, beispielsweise einen Referenzluftkanal. Der Referenzgasraum sollte insbesondere von dem Messgasraum getrennt ausgebildet sein.Furthermore, in the method, a voltage and / or a current is detected between at least one reference electrode arranged in at least one reference gas space and at least one measuring electrode arranged in the gas access path. This voltage may be, for example, a Nernst voltage, which is characteristic, for example, of a gas composition in the Gaszutrittsweg, for example, for an oxygen content in the Gaszutrittsweg. A reference gas space is generally understood to mean a gas space in which a defined gas composition prevails or can be produced. For example, the reference gas space may comprise an air reference, for example a reference air channel. The reference gas space should in particular be formed separately from the sample gas space.

Die Messelektrode kann grundsätzlich eine beliebige Elektrode in dem Gaszutrittsweg umfassen. Diese Messelektrode soll vorzugsweise in dem Gaszutrittsweg der Sensorelektrode vorgelagert sein. Beispielsweise kann die Sensorelektrode in einem Elektrodenhohlraum angeordnet sein, und die Referenzelektrode in einem vorgelagerten, weiteren Elektrodenhohlraum, wobei die Elektrodenhohlräume eine Gasverbindung aufweisen, vorzugsweise eine Gasverbindung über mindestens eine Diffusionsbarriere. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich. Vorzugsweise ist die Referenzelektrode in einem Elektrodenhohlraum angeordnet, welcher von dem Messgasraum über mindestens eine Diffusionsbarriere getrennt ist. Die Referenzelektrode sollte vorzugsweise keine katalytischen Eigenschaften aufweisen und sollte somit vorzugsweise die nachzuweisende Gaskomponente oder Ziel-Gaskomponente nicht katalytisch in Bestandteile zerlegen. Beispielsweise kann die Referenzelektrode eine Platin-Gold-Elektrode sein. Sämtliche Elektroden können beispielsweise als Metall-Keramik-Elektroden ausgestaltet sein (Cermet-Elektroden).The measuring electrode may basically comprise any electrode in the gas inlet path. This measuring electrode should preferably be arranged upstream in the Gaszutrittsweg the sensor electrode. For example, the sensor electrode in an electrode cavity, and the reference electrode in an upstream, further electrode cavity, wherein the electrode cavities have a gas connection, preferably a gas connection via at least one diffusion barrier. However, other embodiments are possible in principle. Preferably, the reference electrode is arranged in an electrode cavity, which is separated from the measurement gas space via at least one diffusion barrier. The reference electrode should preferably have no catalytic properties, and thus preferably should not catalytically decompose the gas component or target gas component to be detected into components. For example, the reference electrode may be a platinum-gold electrode. All electrodes can be designed, for example, as metal-ceramic electrodes (cermet electrodes).

Weiterhin wird bei dem Verfahren zwischen der Messelektrode und der Referenzelektrode, also zwischen den Elektroden, zwischen denen auch die Spannung erfasst wird, mindestens eine störende Gaskomponente aus dem Gaszutrittsweg gepumpt. Beispielsweise kann eine Pumprichtung von der Messelektrode zu der Referenzelektrode hin erfolgen. Bei der störenden Gaskomponente kann es sich beispielsweise um eine Gaskomponente handeln, welche sich mit dem Nachweis der Ziel-Gaskomponente an der Sensorelektrode überlagern würde und welche beispielsweise somit die Messung stören könnte. Insbesondere kann die störende Gaskomponente eine Gaskomponente sein, welche den Bestandteil aufweist, der von der Sensorelektrode zu der Gegenelektrode gepumpt wird. Insbesondere kann es sich bei der störenden Gaskomponente um Sauerstoff handeln. Dieser Sauerstoff kann als störende Gaskomponente beispielsweise in ionischer Form von der Messelektrode zu der Referenzelektrode gepumpt werden. Die Pumprichtung ist dabei grundsätzlich auch umkehrbar, so dass beispielsweise mittels des Pumpvorgangs an der Messelektrode ein konstanter Sauerstoffanteil einstellbar sein kann.Furthermore, in the method between the measuring electrode and the reference electrode, ie between the electrodes, between which the voltage is detected, at least one interfering gas component is pumped out of the gas inlet path. For example, a pumping direction can take place from the measuring electrode to the reference electrode. The interfering gas component may be, for example, a gas component which would interfere with the detection of the target gas component at the sensor electrode and which, for example, could thus interfere with the measurement. In particular, the interfering gas component may be a gas component having the component that is pumped from the sensor electrode to the counter electrode. In particular, the interfering gas component may be oxygen. This oxygen can be pumped as a disturbing gas component, for example in ionic form from the measuring electrode to the reference electrode. The pumping direction is in principle also reversible, so that for example by means of the pumping operation at the measuring electrode, a constant oxygen content can be adjustable.

In dem Gaszutrittsweg kann insbesondere, der Messelektrode vorgelagert bezüglich eines Eintritts des Gases in den Gaszutrittsweg, mindestens eine innere Pumpelektrode angeordnet sein. Von der inneren Pumpelektrode kann bei dem vorgeschlagenen Verfahren die störende Gaskomponente zumindest teilweise zu mindestens einer äußeren Pumpelektrode, insbesondere mindestens einer in dem Messgasraum angeordneten äußeren Pumpelektrode, gepumpt werden. Auch dieses Pumpen erfolgt vorzugsweise ohne Zersetzung der nachzuweisenden Ziel-Gaskomponente, so dass auch die innere Pumpelektrode vorzugsweise ohne katalytische Eigenschaften ausgestaltet ist. Beispielsweise kann die innere Pumpelektrode wiederum eine Platin-Gold-Legierung oder Platin-Gold-Mischung umfassen oder beispielsweise eine andere nicht-katalytische metallische Verbindung. Die innere Pumpelektrode kann beispielsweise in mindestens einer Pumpkammer angeordnet sein, welche beispielsweise einer Sensorkammer, in welcher die Sensorelektrode angeordnet ist, vorgelagert sein kann, mit dieser jedoch eine Gasverbindung aufweist. Beispielsweise kann der Gaszutrittsweg derart ausgestaltet sein, dass, ausgehend von dem Messgasraum, das Gas zunächst über mindestens eine erste Diffusionsbarriere in die mindestens eine Pumpkammer eintritt, wobei auch mehrere, beispielsweise kaskadierte, Pumpkammern vorgesehen sein können, und von dieser Pumpkammer aus über beispielsweise mindestens eine weitere Diffusionsbarriere in mindestens eine Sensorkammer, in welcher die Sensorelektrode angeordnet ist. Bei der störenden Gaskomponente kann es sich, wie oben beschrieben, insbesondere um Sauerstoff handeln. Die innere Pumpelektrode und die äußere Pumpelektrode können somit, gemeinsam mit dem Festelektrolyten oder einem weiteren Festelektrolyten, eine Sauerstoff-Pumpzelle bilden, mittels derer beispielsweise Sauerstoff aus dem Gaszutrittsweg herausgepumpt werden kann, vorzugsweise vollständig. Insbesondere kann die äußere Pumpelektrode in dem Messgasraum angeordnet sein, beispielsweise auf einer Oberfläche eines Sensorelements, welche dem Messgasraum zuweist.In the gas access path, in particular, at least one inner pumping electrode can be arranged upstream of the measuring electrode with respect to an entry of the gas into the gas inlet path. In the proposed method, the interfering gas component can be pumped at least partially from the inner pumping electrode to at least one outer pumping electrode, in particular at least one outer pumping electrode arranged in the measuring gas chamber. Also, this pumping is preferably carried out without decomposition of the target gas component to be detected, so that the inner pumping electrode is preferably designed without catalytic properties. For example, the inner pumping electrode may in turn comprise a platinum-gold alloy or platinum-gold mixture or, for example, another non-catalytic metallic compound. The inner pumping electrode may be arranged, for example, in at least one pumping chamber, which may be disposed upstream of, for example, a sensor chamber in which the sensor electrode is arranged, but with which it has a gas connection. For example, the Gaszutrittsweg be configured such that, starting from the sample gas space, the gas initially enters at least one first diffusion barrier in the at least one pumping chamber, wherein also several, for example cascaded, pumping chambers may be provided, and from this pumping chamber over, for example, at least a further diffusion barrier in at least one sensor chamber, in which the sensor electrode is arranged. The interfering gas component can, as described above, in particular be oxygen. The inner pumping electrode and the outer pumping electrode can thus, together with the solid electrolyte or another solid electrolyte, form an oxygen pumping cell, by means of which, for example, oxygen can be pumped out of the gas inlet path, preferably completely. In particular, the outer pumping electrode may be arranged in the measuring gas space, for example on a surface of a sensor element which allocates the measuring gas space.

Dieses Verfahren kann insbesondere derart durchgeführt werden, dass ein Pumpstrom zwischen der inneren Pumpelektrode und der äußeren Pumpelektrode durch die zwischen der Messelektrode und der Referenzelektrode erfasste Spannung und/oder den zwischen der Messelektrode und der Referenzelektrode erfassten Strom gesteuert und/oder geregelt wird. Unter einer Regelung wird dabei allgemein ein Verfahren verstanden, bei welchem ein Istwert einer Regelgröße gemessen wird und abhängig von dessen Abweichung von einem Sollwert korrigierend über eine Rückkopplung in eine Regelstrecke eingegriffen wird. Beispielsweise kann die zwischen der Messelektrode und der Referenzelektrode erfasste Spannung somit mit mindestens einer Soll-Spannung, insbesondere einer Soll-Nernstspannung, verglichen werden und entsprechend einer Abweichung der Pumpstrom derart verändert werden, dass die Abweichung minimiert wird. Unter einer Steuerung wird demgegenüber ein Vorgang verstanden, bei welchem eine Führungsgröße vorgegeben wird, diese über ein Stellglied in eine Stellgröße umgewandelt wird, welche dann wiederum auf die Steuerstrecke einwirkt. Beispielsweise könnte dies im vorliegenden Fall dadurch erfolgen, dass aufgrund der zwischen der Messelektrode und der Referenzelektrode erfassten Spannung und/oder dem erfassten Strom eine Steuergröße vorgegeben wird oder dass die erfasste Spannung und/oder der erfasste Strom unmittelbar als Steuergröße dient, und diese über ein Stellglied, beispielsweise in Form einer einstellbaren Pumpspannungsquelle und/oder einer einstellbaren Pumpstromquelle, in einen Pumpstrom und/oder eine Pumpspannung als Stellgröße umgewandelt wird. Beispiele einer Steuerung und/oder Regelung des Pumpstroms werden unten noch näher beschrieben.This method can in particular be carried out such that a pumping current between the inner pumping electrode and the outer pumping electrode is controlled and / or regulated by the voltage detected between the measuring electrode and the reference electrode and / or the current detected between the measuring electrode and the reference electrode. In this context, a regulation is generally understood to mean a method in which an actual value of a controlled variable is measured and, depending on its deviation from a nominal value, a correction is intervened via feedback into a controlled system. For example, the voltage detected between the measuring electrode and the reference electrode can thus be compared with at least one desired voltage, in particular a desired Nernst voltage, and the pump current can be varied according to a deviation such that the deviation is minimized. By contrast, a control is understood to mean a process in which a reference variable is predetermined, which is converted via an actuator into a manipulated variable, which in turn then acts on the control path. For example, this could be done in the present case by virtue of the fact that, on account of the voltage detected between the measuring electrode and the reference electrode and / or the detected current, a control variable is predefined or the detected voltage and / or the detected current directly serve as the control variable, and this via a Actuator, for example in the form of an adjustable Pump voltage source and / or an adjustable pumping current source is converted into a pumping current and / or a pump voltage as a manipulated variable. Examples of control and / or regulation of the pumping current will be described in more detail below.

Das Verfahren kann weiterhin optional derart durchgeführt werden, dass der Pumpstrom und/oder die Pumpspannung zwischen der inneren Pumpelektrode und der äußeren Pumpelektrode erfasst und zur Steuerung und/oder Regelung des Pumpens zwischen der Messelektrode und der Referenzelektrode verwendet wird. Auf diese Weise kann beispielsweise der Pumpvorgang, welcher der Spannungsmessung zwischen der Messelektrode und der Referenzelektrode überlagert ist, durch die Größe des Pumpstroms zwischen der inneren Pumpelektrode und der äußeren Elektrode beeinflusst werden, beispielsweise im Rahmen einer Steuerung und/oder Regelung.The method may be further optionally performed such that the pumping current and / or the pumping voltage between the inner pumping electrode and the outer pumping electrode is detected and used for controlling and / or regulating the pumping between the measuring electrode and the reference electrode. In this way, for example, the pumping process, which is superimposed on the voltage measurement between the measuring electrode and the reference electrode, be influenced by the size of the pumping current between the inner pumping electrode and the outer electrode, for example in the context of a control and / or regulation.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird die Spannung zwischen der Referenzelektrode und der Messelektrode auf einen vorgegebenen Sollwert eingestellt. Dabei kann der Pumpstrom und/oder die Pumpspannung zwischen der inneren Pumpelektrode und der äußeren Pumpelektrode derart geregelt werden, dass zwischen der Referenzelektrode und der Messelektrode ein Soll-Pumpstrom fließt. Dies ist dadurch möglich, dass durch den Pumpvorgang zwischen der inneren Pumpelektrode und der äußeren Pumpelektrode die Gaszusammensetzung in dem Gaszutrittsweg eingestellt werden kann. Diese Gaszusammensetzung wirkt sich jedoch wiederum, bei vorgegebener Spannung zwischen der Referenzelektrode und der Messelektrode, auf den Pumpstrom zwischen der Referenzelektrode und der Messelektrode aus. Wird also der Pumpstrom zwischen der inneren Pumpelektrode und der äußeren Pumpelektrode entsprechend geregelt, so lässt sich ein bestimmter Soll-Pumpstrom zwischen der Referenzelektrode und der Messelektrode einstellen. Der Soll-Pumpstrom zwischen der Referenzelektrode und der Messelektrode kann somit als Regelgröße oder Ist-Wert verwendet werden, und der Pumpstrom zwischen der inneren Pumpelektrode und der äußeren Pumpelektrode als Stellgröße.In a further possible embodiment of the method, the voltage between the reference electrode and the measuring electrode is set to a predetermined desired value. In this case, the pumping current and / or the pumping voltage between the inner pumping electrode and the outer pumping electrode can be regulated such that a desired pumping current flows between the reference electrode and the measuring electrode. This is possible because the pumping process between the inner pumping electrode and the outer pumping electrode allows the gas composition in the gas inlet path to be adjusted. However, this gas composition in turn, at a given voltage between the reference electrode and the measuring electrode, has an effect on the pumping current between the reference electrode and the measuring electrode. Thus, if the pumping current between the inner pumping electrode and the outer pumping electrode is regulated accordingly, then a specific desired pumping current can be set between the reference electrode and the measuring electrode. The desired pumping current between the reference electrode and the measuring electrode can thus be used as a controlled variable or actual value, and the pumping current between the inner pumping electrode and the outer pumping electrode as a manipulated variable.

Der Soll-Pumpstrom zwischen der Referenzelektrode und der Messelektrode kann insbesondere konstant vorgegeben sein. Alternativ kann dieser Soll-Pumpstrom auch ein Pumpstrom sein, welcher in Abhängigkeit von mindestens einer Umgebungsbedingung gewählt wird. Diese mindestens eine Umgebungsbedingung kann beispielsweise einen Sauerstoffanteil in dem Gas umfassen oder auch durch mindestens ein weiteres Sensorsignal und/oder mindestens eine weitere Information beeinflussbar sein, beispielsweise eine gemessene Spannung und/oder einen Motorzustand und/oder eine andere Art der Umgebungsbedingung und/oder eine Kombination von Umgebungsbedingungen.The desired pumping current between the reference electrode and the measuring electrode can be predetermined in particular constant. Alternatively, this desired pumping current may also be a pumping current which is selected as a function of at least one ambient condition. This at least one ambient condition may comprise, for example, an oxygen content in the gas or else be influenced by at least one further sensor signal and / or at least one further information, for example a measured voltage and / or an engine condition and / or another type of environmental condition and / or one Combination of environmental conditions.

Die Messelektrode und vorzugsweise die innere Pumpelektrode können, wie oben ausgeführt, von der Sensorelektrode durch mindestens eine Diffusionsbarriere getrennt sein. Beispielsweise können, wie oben ausgeführt, die Messelektrode in mindestens einem Pumphohlraum und die Sensorelektrode in mindestens einem Sensorhohlraum angeordnet sein, welche durch mindestens eine Diffusionsbarriere getrennt sind.The measuring electrode and preferably the inner pumping electrode can, as stated above, be separated from the sensor electrode by at least one diffusion barrier. For example, as stated above, the measuring electrode can be arranged in at least one pumping cavity and the sensor electrode can be arranged in at least one sensor cavity, which are separated by at least one diffusion barrier.

Ein zwischen der Messelektrode und der Referenzelektrode fließender Pumpstrom wird vorzugsweise vergleichsweise klein gewählt, um eine Spannungsmessung zwischen der Messelektrode und der Referenzelektrode vorzugsweise nicht zu beeinflussen. Beispielsweise kann ein Pumpstrom zwischen der Messelektrode und der Referenzelektrode derart gewählt werden, dass dieser nicht mehr als 1 mA, bevorzugt nicht mehr als 100 μA, besonders bevorzugt nicht mehr als 10 μA beträgt. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine rechnerische Kompensation des zusätzlichen Spannungsabfalls durch den Pumpstrom erfolgen.A pumping current flowing between the measuring electrode and the reference electrode is preferably chosen to be comparatively small in order to preferably not influence a voltage measurement between the measuring electrode and the reference electrode. For example, a pumping current between the measuring electrode and the reference electrode can be chosen such that it is not more than 1 mA, preferably not more than 100 μA, particularly preferably not more than 10 μA. Alternatively or additionally, a computational compensation of the additional voltage drop can be carried out by the pumping current.

Das Pumpen zwischen der Messelektrode und der Referenzelektrode kann insbesondere durch mindestens eine Umgebungsbedingung beeinflusst werden. Diese mindestens eine Umgebungsbedingung kann beispielsweise eine Bedingung sein, welche einen Zustand einer Verbrennungskraftmaschine und/oder des Gases und/oder des Abgases charakterisiert. Insbesondere kann das Pumpen durch mindestens eine Umgebungsbedingung gesteuert und/oder geregelt werden. Insbesondere kann die mindestens eine Umgebungsbedingung ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einem Anteil mindestens einer Gaskomponente in dem Gas in dem Messgasraum, insbesondere einem Sauerstoffanteil und/oder einem NOx-Anteil; einem Arbeitspunkt einer das Gas als Abgas erzeugenden Verbrennungskraftmaschine; einer Temperatur des Gases in dem Messgasraum, insbesondere des Abgases; einer Temperatur eines Sensorelements, insbesondere eines die Sensorelektrode mit den katalytischen Eigenschaften, die Messelektrode, den Gaszutrittsweg, die Gegenelektrode und den Festelektrolyten umfassenden Sensorelements; einer Alterung mindestens einer der Elektroden, insbesondere mindestens einer der Pumpelektroden, also der äußeren Pumpelektrode und/oder der inneren Pumpelektrode.The pumping between the measuring electrode and the reference electrode can be influenced in particular by at least one environmental condition. This at least one environmental condition may be, for example, a condition that characterizes a state of an internal combustion engine and / or the gas and / or the exhaust gas. In particular, the pumping may be controlled and / or regulated by at least one environmental condition. In particular, the at least one ambient condition may be selected from the group consisting of: a proportion of at least one gas component in the gas in the measurement gas space, in particular an oxygen content and / or a NOx content; an operating point of an internal combustion engine producing the gas as exhaust gas; a temperature of the gas in the measuring gas space, in particular the exhaust gas; a temperature of a sensor element, in particular a sensor element comprising the sensor electrode with the catalytic properties, the measurement electrode, the gas access path, the counterelectrode and the solid electrolyte; an aging of at least one of the electrodes, in particular at least one of the pumping electrodes, that is to say the outer pumping electrode and / or the inner pumping electrode.

Das Verfahren kann weiterhin derart durchgeführt werden, dass ein Pumpstrom zwischen der Messelektrode und der Referenzelektrode erfasst und bei dem Nachweis der Gaskomponente berücksichtigt wird. Beispielsweise kann der Nachweis der Gaskomponente auf einem oder mehreren der in dem oben beschriebenen Stand der Technik ausgeführten Verfahren basieren, beispielsweise einer Messung eines Pumpstroms zwischen der Sensorelektrode und der mindestens einen Gegenelektrode und/oder auf einem komplexeren Pumpvorgang, beispielsweise in einem integrativen Sensor wie beispielsweise in DE 2008 044 051 A1 oder in DE 10 2008 044 374 A1 beschrieben. Auf diese Weise kann mindestens eine Messgröße generiert werden. Dabei kann der Pumpstrom zwischen der Messelektrode und der Referenzelektrode als mindestens eine weitere Messgröße verwendet werden, so dass beispielsweise eine Mehrgrößen-Auswertung erfolgen kann. Auf diese Weise kann insbesondere eine Mehrgrößen-Kompensationsrechnung erfolgen, mittels derer beispielsweise Störeinflüsse beseitigt oder kompensiert werden können.The method can also be carried out such that a pumping current between the measuring electrode and the reference electrode is detected and taken into account in the detection of the gas component. For example, the detection of the gas component on one or more of the based on the prior art described above, for example, a measurement of a pumping current between the sensor electrode and the at least one counter electrode and / or on a more complex pumping operation, for example in an integrative sensor such as in DE 2008 044 051 A1 or in DE 10 2008 044 374 A1 described. In this way, at least one measurand can be generated. In this case, the pumping current between the measuring electrode and the reference electrode can be used as at least one further measured variable, so that, for example, a multi-variable evaluation can take place. In this way, in particular a multi-size compensation calculation can be carried out, by means of which, for example, disturbing influences can be eliminated or compensated.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Nachweis einer Gaskomponente eines Gases in einem Messgasraum vorgeschlagen. Die Vorrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, um ein Verfahren gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen durchzuführen. Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung beispielsweise eine entsprechende Ansteuerung aufweisen. Die Vorrichtung umfasst mindestens ein Sensorelement mit mindestens einer Sensorelektrode mit katalytischen Eigenschaften. Das Sensorelement weist mindestens einen Gaszutrittsweg auf. Das Gas aus dem Messgasraum ist über den Gaszutrittsweg der Sensorelektrode zuführbar. Die Sensorelektrode ist eingerichtet, um die Gaskomponente an der Sensorelektrode katalytisch in Bestandteile zu zerlegen. Die Vorrichtung ist weiterhin eingerichtet, um von der Sensorelektrode mindestens einen der Bestandteile zu mindestens einer Gegenelektrode zu pumpen. Die Vorrichtung ist weiterhin eingerichtet, um zwischen mindestens einer in mindestens einem Referenzgasraum angeordneten Referenzelektrode und mindestens einer in dem Gaszutrittsweg angeordneten Messelektrode eine Spannung zu erfassen. Die Vorrichtung ist weiterhin eingerichtet, um zwischen der Messelektrode und der Referenzelektrode mindestens eine störende Gaskomponente, insbesondere Sauerstoff, aus dem Gaszutrittsweg zu pumpen. Für weitere mögliche Ausgestaltungen und/oder für Definitionen der verwendeten Elemente kann auf die obige Beschreibung des Verfahrens verwiesen werden. Zur Erzeugung von Pumpströmen kann die Vorrichtung, beispielsweise eine Ansteuerung der Vorrichtung, beispielsweise, wie unten noch näher ausgeführt wird, eine oder mehrere Beaufschlagungsvorrichtungen, beispielsweise in Form einer oder mehrerer Spannungs- und/oder Stromquellen, umfassen. Zur Erfassung von einer oder mehreren Spannungen kann die Vorrichtung, insbesondere die Ansteuerung der Vorrichtung, insbesondere eine oder mehrere Messvorrichtungen umfassen, beispielsweise Spannungsmessvorrichtungen und/oder Strommessvorrichtungen.In another aspect of the present invention, an apparatus for detecting a gas component of a gas in a sample gas space is proposed. In particular, the device may be configured to perform a method according to one or more of the embodiments described above. For this purpose, the device may for example have a corresponding control. The device comprises at least one sensor element with at least one sensor electrode with catalytic properties. The sensor element has at least one Gaszutrittsweg on. The gas from the sample gas space can be fed to the sensor electrode via the gas inlet path. The sensor electrode is configured to catalytically decompose the gas component at the sensor electrode into components. The device is further configured to pump from the sensor electrode at least one of the components to at least one counter electrode. The device is further configured to detect a voltage between at least one reference electrode arranged in at least one reference gas space and at least one measuring electrode arranged in the gas access path. The device is further configured to pump at least one interfering gas component, in particular oxygen, from the gas inlet path between the measuring electrode and the reference electrode. For further possible embodiments and / or definitions of the elements used, reference may be made to the above description of the method. To generate pumping currents, the device, for example a control of the device, for example, as will be explained in more detail below, comprise one or more application devices, for example in the form of one or more voltage and / or current sources. In order to detect one or more voltages, the device, in particular the control of the device, may in particular comprise one or more measuring devices, for example voltage measuring devices and / or current measuring devices.

Zwischen der Messelektrode und der Referenzelektrode kann insbesondere mindestens eine Beaufschlagungsvorrichtung zur Beaufschlagung einer die Messelektrode und die Referenzelektrode umfassenden Zelle mit einem Pumpstrom und/oder einer Pumpspannung geschaltet sein. Zwischen die Messelektrode und die Referenzelektrode kann weiterhin mindestens eine Messvorrichtung zur Erfassung der Spannung und/oder des Stromes zwischen der Messelektrode und der Referenzelektrode geschaltet sein.Between the measuring electrode and the reference electrode, in particular, at least one loading device can be connected for applying a pumping current and / or a pumping voltage to a cell comprising the measuring electrode and the reference electrode. Furthermore, at least one measuring device for detecting the voltage and / or the current between the measuring electrode and the reference electrode can be connected between the measuring electrode and the reference electrode.

Die Beaufschlagungsvorrichtung kann insbesondere mindestens eine Stromquelle zur Beaufschlagung der Zelle mit einem Pumpstrom umfassen. Insbesondere kann eine Stromquelle vorgesehen sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Konstantstromquelle; einer geregelten und/oder gesteuerten Stromquelle, insbesondere einer durch einen Pumpstrom zwischen der inneren Pumpelektrode und der äußeren Pumpelektrode geregelten und/oder gesteuerten Stromquelle.The loading device may in particular comprise at least one current source for charging the cell with a pumping current. In particular, a current source can be provided, selected from the group consisting of: a constant current source; a regulated and / or controlled current source, in particular a regulated and / or controlled by a pumping current between the inner pumping electrode and the outer pumping electrode current source.

Alternativ oder zusätzlich kann die Beaufschlagungsvorrichtung auch mindestens eine Spannungsquelle zur Beaufschlagung der Zelle mit einer Pumpspannung umfassen.Alternatively or additionally, the application device may also comprise at least one voltage source for applying a pumping voltage to the cell.

Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren weisen gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren eine Vielzahl von Vorteilen auf. Während im Stand der Technik die Zelle, welche die Messelektrode und die Referenzelektrode umfasst, in der Regel passiv als Messzelle betrieben wird, schlägt das erfindungsgemäße Verfahren vor, der eigentlichen Messfunktion dieser ”Nernstzelle” eine zusätzliche Funktion als Präzisionspumpe zu überlagern. Das Verfahren kann beispielsweise, ohne Änderungen im Sensorelement, an vorhandenen NOx-Sensorelementen, beispielsweise gemäß dem oben genannten Stand der Technik, durch einfache Änderung der Ansteuerung realisiert werden. Die zusätzliche Präzisionspumpe über die Nernstzelle kann beispielsweise nur für die Entfernung der wenigen, jedoch für die Genauigkeit der Messfunktion, beispielsweise der NOx-Messfunktion, sehr relevanten Sauerstoffmoleküle vorgesehen sein, welche nicht durch die innere Pumpelektrode entfernt worden sind. Durch die möglichen, oben beschriebenen Regelungsverfahren, welche eine Verbindung von Hauptpumpzelle (umfassend die innere und die äußere Pumpelektrode sowie gegebenenfalls einen Festelektrolyten) und die Präzisionspumpe (umfassend die Messelektrode, die Referenzelektrode und gegebenenfalls den Festelektrolyten) enthalten, können ebenfalls die dynamischen Eigenschaften der O2-Entfernung und damit die typische O2-Querempfindlichkeit der NOx-Messung verbessert werden. Durch eine optionale erweiterte O2-Kompensationsrechnung, in welche beispielsweise, wie oben ausgeführt, der Pumpstrom der Präzisionspumpzelle (welcher stark mit unerwünschtem O2-Durchbruch korrelieren kann) eingearbeitet werden kann, kann nochmals eine Verbesserung der Messgenauigkeit beispielsweise eines NOx-Sensors erreicht werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen insbesondere den Einsatz im Rahmen einer On-Board-Diagnose für zukünftige Abgasgesetzgebungen. Die Vorrichtung und das Verfahren können sowohl für den konventionellen Grenzstrom-NOx-Sensor eingesetzt werden, beispielsweise gemäß den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen oder gemäß der in EP 0 769 693 A1 beschriebenen Ausgestaltung, oder auch für integrative NOx-Sensoren, mit mindestens einem gasdichten Hohlraum, wie beispielsweise in DE 10 2008 044 051 A1 oder in DE 10 2008 044 374 A1 beschrieben.The proposed device and the proposed method have a multiplicity of advantages over known devices and methods. While in the prior art the cell, which comprises the measuring electrode and the reference electrode, is usually passively operated as a measuring cell, the method according to the invention suggests superimposing an additional function as a precision pump on the actual measuring function of this "Nernst cell". The method can be realized, for example, without changes in the sensor element, on existing NOx sensor elements, for example, according to the above-mentioned prior art, by simply changing the control. The additional precision pump via the Nernst cell can be provided, for example, only for the removal of the few, but for the accuracy of the measurement function, for example, the NOx measurement function, very relevant oxygen molecules that have not been removed by the inner pumping electrode. The possible control methods described above, which include a connection of the main pumping cell (comprising the inner and outer pumping electrodes and, optionally, a solid electrolyte) and the precision pump (comprising the measuring electrode, the reference electrode and optionally the solid electrolyte), can likewise improve the dynamic properties of the O 2 removal and thus the typical O 2 cross sensitivity of the NOx measurement can be improved. By way of an optional extended O 2 compensation calculation, in which, for example, as explained above, the pumping current of the precision pumping cell (which can strongly correlate with undesired O 2 breakdown) can be incorporated, an improvement in the measuring accuracy of, for example, a NOx sensor can once again be achieved , The device according to the invention and the method according to the invention make it possible, in particular, to be used as part of an on-board diagnosis for future exhaust gas legislation. The apparatus and the method can be used both for the conventional limiting current NOx sensor, for example according to the embodiments described below or according to the in EP 0 769 693 A1 described embodiment, or for integrative NOx sensors, with at least one gas-tight cavity, such as in DE 10 2008 044 051 A1 or in DE 10 2008 044 374 A1 described.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.Further optional details and features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments.

Es zeigen:Show it:

1A und 1B einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung des Grundprinzips der Erfindung; und 1A and 1B a schematic structure of a device according to the invention for explaining the basic principle of the invention; and

2 und 3 verschiedene Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Vorrichtungen. 2 and 3 Various embodiments of inventive devices.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Nachweis von Stickoxiden (NO und/oder NOx) als Ziel-Gaskomponente beschrieben, wobei molekularer Sauerstoff als störende Gaskomponente betrachtet wird. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Ausgestaltungen möglich. Die Vorrichtung wird im Folgenden allgemein mit der Bezugsziffer 110 bezeichnet und ist exemplarisch in einer möglichen Ausgestaltung in einer Schnittdarstellung durch einen Schichtaufbau in 1 gezeigt. Die Vorrichtung 110 dient zum Nachweis von Stickoxiden in einem Gas in einem Messgasraum 112, beispielsweise einem Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine. Die Vorrichtung 110 umfasst ein Sensorelement 114, beispielsweise ein keramisches Sensorelement, und eine Ansteuerung 116, welche ganz oder teilweise von dem Sensorelement 114 getrennt ausgebildet sein kann, beispielsweise in eine Motorsteuerung integriert sein kann, welche jedoch grundsätzlich auch ganz oder teilweise in das Sensorelement 114 integriert sein kann. Die Ansteuerung 116 ist mit dem Sensorelement 114 verbunden.The invention will be described below with reference to an apparatus and a method for detecting nitrogen oxides (NO and / or NO x) as a target gas component, wherein molecular oxygen is considered as an interfering gas component. In principle, however, other embodiments are possible. The device is generally referred to below by the reference numeral 110 and is exemplary in a possible embodiment in a sectional view through a layer structure in 1 shown. The device 110 serves to detect nitrogen oxides in a gas in a sample gas chamber 112 , For example, an exhaust tract of an internal combustion engine. The device 110 includes a sensor element 114 , For example, a ceramic sensor element, and a drive 116 which is wholly or partly of the sensor element 114 may be formed separately, for example, can be integrated into a motor control, which, however, in principle, also completely or partially in the sensor element 114 can be integrated. The control 116 is with the sensor element 114 connected.

Das Sensorelement 114 umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Schichtaufbau, vorzugsweise einen keramischen Schichtaufbau, welcher beispielsweise über mindestens ein Heizelement 118 beheizbar sein kann.The sensor element 114 comprises in the illustrated embodiment, a layer structure, preferably a ceramic layer structure, which for example via at least one heating element 118 can be heated.

Das Sensorelement 114 umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Elektroden. Für den Nachweis von NOx entscheidend ist eine Sensorelektrode 120, welche beispielsweise in einer Sensorkammer 122 angeordnet ist. Diese Sensorelektrode 120, welche in 1A auch mit NOE bezeichnet ist, ist eingerichtet, um NOx katalytisch zu zersetzen und den dabei entstehenden Sauerstoff zu einer Gegenelektrode 124 zu pumpen. Diese Gegenelektrode 124 kann beispielsweise, wie in 1A angedeutet, in einem Referenzgasraum 126 angeordnet sein. Die Gegenelektrode 124 wird dementsprechend exemplarisch in 1A auch als NO RE bezeichnet. Dieser Referenzgasraum 126 kann beispielsweise ein Luftreferenzkanal sein (in 1A mit LFK bezeichnet). Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich. Die NOE 120 und die NO RE 124 sind über einen Festelektrolyten 128 miteinander verbunden, so dass eine die Elektroden 120, 124 und den Festelektrolyten 128 umfassende Sensorzelle 130 entsteht. Es wird darauf hingewiesen, dass jedoch grundsätzlich auch andere Aufbauten möglich sind, beispielsweise, wie oben beschrieben, integrative Aufbauten, bei welchen die Sensorelektrode 120 mit einer in einem gasdichten Hohlraum angeordneten Hohlkammerelektrode über einen Festelektrolyten verbunden ist, wobei der gasdichte Hohlraum beispielsweise als Akkumulationskammer genutzt werden kann. Diesbezüglich kann beispielsweise auf den oben beschriebenen Stand der Technik verwiesen werden.The sensor element 114 includes in the illustrated embodiment, a plurality of electrodes. Decisive for the detection of NOx is a sensor electrode 120 which, for example, in a sensor chamber 122 is arranged. This sensor electrode 120 , what a 1A Also referred to as NOE is designed to catalytically decompose NOx and the resulting oxygen to a counter electrode 124 to pump. This counter electrode 124 can, for example, as in 1A indicated in a reference gas space 126 be arranged. The counter electrode 124 is accordingly exemplary in 1A also referred to as NO RE. This reference gas space 126 For example, it may be an air reference channel (in 1A with LFK). However, other embodiments are possible in principle. The NOE 120 and the NO RE 124 are about a solid electrolyte 128 connected to each other, leaving one the electrodes 120 . 124 and the solid electrolyte 128 comprehensive sensor cell 130 arises. It should be noted that, however, in principle, other structures are possible, for example, as described above, integrative structures in which the sensor electrode 120 is connected to a arranged in a gas-tight cavity hollow chamber electrode via a solid electrolyte, wherein the gas-tight cavity can be used for example as an accumulation chamber. In this regard, reference may be made, for example, to the prior art described above.

Die Sensorelektrode 120 ist mit katalytischen Eigenschaften ausgestaltet, um selektiv NOx zu zersetzen und den dabei entstehenden Sauerstoff zu der Gegenelektrode 124 zu pumpen. Beispielsweise kann die Sensorelektrode 120 zu diesem Zweck ein oder mehrere katalytische Materialien umfassen, beispielsweise Platin, Palladium oder Rhodium. Der bei dieser Zersetzung gebildete Sauerstoffpumpstrom kann beispielsweise somit als Maß für NOx dienen. Ist in der Sensorkammer 122 jedoch molekularer Sauerstoff (O2) vorhanden, so übertagert sich dieser der eigentlichen NOx-Messung, so dass molekularer Sauerstoff als störende Gaskomponente wirkt. Die Sensorelektrode 120 wird über einen Gaszutrittsweg 132 mit Gas aus dem Messgasraum 112 beaufschlagt. Dieser Gaszutrittsweg kann beispielsweise, wie in 1A gezeigt, ein Gaszutrittsloch 134, die Sensorkammer 122 sowie weitere Elemente umfassen. In 1A ist ein Mehrkammer-System gezeigt, bei welchem der Gaszutritt, ausgehend von dem Messgasraum 112 und dem Gaszutrittsloch 134, zunächst über eine erste Diffusionsbarriere 136 (in 1A auch mit DB1 bezeichnet) in eine Pumpkammer 138 hinein erfolgt. Die Diffusionsbarriere 136 kann beispielsweise ein poröses, keramisches Material umfassen, welches von dem Gas diffusiv durchdrungen werden kann. Um die störende Gaskomponente O2 aus dem Gaszutrittsweg zu entfernen, vorzugsweise zumindest näherungsweise vollständig, ist in der Pumpkammer 138 vorzugsweise mindestens eine innere Pumpelektrode 140 vorgesehen, welche in 1A auch mit IPE1 bezeichnet wird und welche vorzugsweise mit mindestens einer außerhalb der Pumpkammer 138 angeordneten äußeren Pumpelektrode 142 (in 1A auch mit APE bezeichnet) über einen Festelektrolyten 128 verbunden ist. Die innere Pumpelektrode 140, die äußere Pumpelektrode 142 und der Festelektrolyt 128 bilden somit Bestandteile einer Pumpzelle, welche in 1A auch als O2-Pumpzelle 144 bezeichnet ist.The sensor electrode 120 is engineered with catalytic properties to selectively decompose NOx and the resulting oxygen to the counter electrode 124 to pump. For example, the sensor electrode 120 for this purpose comprise one or more catalytic materials, for example platinum, palladium or rhodium. The oxygen pumping current formed during this decomposition can thus serve, for example, as a measure of NOx. Is in the sensor chamber 122 However, molecular oxygen (O 2 ) present, so this is superimposed on the actual NOx measurement, so that molecular oxygen acts as a disturbing gas component. The sensor electrode 120 is via a Gaszufrittsweg 132 with gas from the sample gas chamber 112 applied. This Gaszufrittsweg can, for example, as in 1A shown a gas access hole 134 , the sensor chamber 122 as well as other elements. In 1A is a multi-chamber System in which the gas inlet, starting from the sample gas space 112 and the gas access hole 134 , first via a first diffusion barrier 136 (in 1A also designated DB1) into a pumping chamber 138 into it. The diffusion barrier 136 For example, it may comprise a porous, ceramic material which may be diffusively penetrated by the gas. In order to remove the interfering gas component O 2 from the Gaszutrittsweg, preferably at least approximately completely, is in the pumping chamber 138 preferably at least one inner pumping electrode 140 provided, which in 1A Also referred to as IPE1 and which preferably with at least one outside the pumping chamber 138 arranged outer pumping electrode 142 (in 1A also referred to as APE) via a solid electrolyte 128 connected is. The inner pump electrode 140 , the outer pumping electrode 142 and the solid electrolyte 128 thus form components of a pump cell, which in 1A also as O 2 pump cell 144 is designated.

In 1A ist lediglich eine einzelne Pumpkammer 138 vorgesehen. Es sind jedoch auch Ausgestaltungen möglich, bei welchen mehrere derartiger Pumpkammern 138 vorgesehen sind, beispielsweise hintereinandergeschaltet, insbesondere kaskadiert, wobei die mehreren Pumpkammern beispielsweise jeweils eine Gasverbindung aufweisen können, beispielsweise jeweils über mindestens eine Diffusionsbarriere. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass der Referenzgasraum 126 in dem in 1A gezeigten Schichtaufbau unterhalb der Pumpkammer 138 angeordnet ist, wobei sich die Sensorkammer 122 von einer Schichtebene der Pumpkammer 138 zu einer Schichtebene des Referenzgasraums 126 erstreckt, also über mehrere Schichtebenen. Es sind jedoch auch zahlreiche andere Aufbauten möglich, beispielsweise Schichtaufbauten, bei welchen die Sensorkammer 122 lediglich in einer Ebene der Pumpkammer 138 angeordnet ist und/oder lediglich in einer Ebene des Referenzgasraums 126 angeordnet ist. Die Pumpkammer 138 ist in dem in 1A gezeigten Aufbau über eine zweite Diffusionsbarriere 146 mit der Sensorkammer 122 verbunden.In 1A is just a single pumping chamber 138 intended. However, embodiments are also possible in which a plurality of such pumping chambers 138 are provided, for example, connected in series, in particular cascaded, wherein the plurality of pumping chambers, for example, each may have a gas connection, for example, in each case via at least one diffusion barrier. It should also be noted that the reference gas space 126 in the 1A shown layer structure below the pumping chamber 138 is arranged, wherein the sensor chamber 122 from a layer plane of the pumping chamber 138 to a layer plane of the reference gas space 126 extends, so over several layer levels. However, there are also numerous other structures possible, for example, layer structures in which the sensor chamber 122 only in one plane of the pumping chamber 138 is arranged and / or only in one plane of the reference gas space 126 is arranged. The pumping chamber 138 is in the in 1A shown construction via a second diffusion barrier 146 with the sensor chamber 122 connected.

Weiterhin ist in dem in 1A gezeigten Sensorelement 114 in der Pumpkammer 138 mindestens eine Messelektrode 148 vorgesehen, welche auch als IPE2 bezeichnet wird. Diese ist über einen Festelektrolyten 128 mit mindestens einer in dem Referenzgasraum 126 angeordneten Referenzelektrode 150 verbunden, welche in 1A auch als RE bezeichnet wird. Diese Referenzelektrode 150 kann von der Gegenelektrode 124 getrennt ausgebildet sein, kann jedoch auch grundsätzlich mit der Gegenelektrode 124 zusammengefasst sein. Die Messelektrode 148, die Referenzelektrode 150 und der Festelektrolyt 128 bilden Bestandteile einer Zelle 152, welche, wie oben bereits ausgeführt und im Folgenden noch näher beschrieben wird, in einer Doppelfunktion betrieben werden kann, als Nernstzelle 154 zur Erfassung einer Spannung zwischen der Messelektrode 148 und der Referenzelektrode 150 und als Hilfspumpzelle 156, über welche beispielsweise Sauerstoff in den Referenzgasraum 126 gepumpt werden kann, um beispielsweise die Pumpfunktion der O2-Pumpzelle 144 zu unterstützen und/oder um die Referenzelektroden 124 und/oder 150 als gepumpte Referenz zu betreiben.Furthermore, in the in 1A shown sensor element 114 in the pumping chamber 138 at least one measuring electrode 148 provided, which is also referred to as IPE2. This is about a solid electrolyte 128 with at least one in the reference gas space 126 arranged reference electrode 150 connected, which in 1A also called RE. This reference electrode 150 can from the counter electrode 124 may be formed separately, but also in principle with the counter electrode 124 be summarized. The measuring electrode 148 , the reference electrode 150 and the solid electrolyte 128 form components of a cell 152 which, as already explained above and described in more detail below, can be operated in a dual function, as a Nernst cell 154 for detecting a voltage between the measuring electrode 148 and the reference electrode 150 and as an auxiliary pumping cell 156 , via which, for example, oxygen in the reference gas space 126 can be pumped, for example, the pumping function of the O 2 pumping cell 144 to support and / or to the reference electrodes 124 and or 150 to operate as a pumped reference.

In 1B ist ein in 1A mit ”A” bezeichneter Ausschnitt des Sensorelements 114 in vergrößerter Darstellung gezeigt. Anhand dieser Darstellung soll im Folgenden ein Grundprinzip der Erfindung näher beschrieben werden. Eine Grundidee eines erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, die vorgelagerte Sauerstoffentfernung über die O2-Pumpzelle 144, die nahezu vollständig den Sauerstoff aus der Pumpkammer 138 entfernt, durch eine neue Betriebsweise der üblicherweise passiv als Messzelle betriebenen Zelle 152 zu unterstützen. Dazu wird bei den nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren, beispielsweise durch die nachfolgend beschriebene gesteuerte und/oder geregelte Betriebsweise, der eigentlichen Messfunktion der Nernstzelle 152 eine zusätzliche Funktion als Präzisionspumpe im Rahmen der Hilfspumpzelle 156 überlagert. Dieses Verfahren kann insbesondere an bereits aus dem Stand der Technik bekannten Sensorelementen 114 eingesetzt werden, ohne dass diese konstruktiv verändert werden müssten. Die zusätzliche Präzisionspumpe in Form der Hilfspumpzelle 156 kann für die Entfernung der wenigen, jedoch für die Genauigkeit der NOx-Messfunktion relevanten Sauerstoffmoleküle vorgesehen sein, welche nicht durch die O2-Pumpzelle 144 entfernt worden sind. In 1B ist symbolisch die Haupt-Entfernung von O2 aus der Pumpkammer 138 bzw. dem Gaszutrittsweg 132 mit dem Pfeil 158 bezeichnet, wohingegen die Hilfs-Entfernung von O2 über die Hilfspumpzelle 156 mit dem gestrichelten Pfeil 160 bezeichnet ist. Beispielsweise kann ein Pumpstrom durch die Hilfspumpzelle 156 im Rahmen des vorliegenden Verfahrens im Betrag kleiner 1 mA, bevorzugt kleiner 100 μA, besonders bevorzugt kleiner 10 μA sein. Der Strom durch die Hilfspumpzelle 156 kann absichtlich gering gehalten werden, für die Entfernung lediglich kleiner Restsauerstoffzellen, so dass trotz der parallelen Pumpfunktion weiterhin die eigentliche und für die Sensorfunktion des Sensorelements 114 zur Erfassung der NOx-Konzentration in der Regel notwendige Nernstspannungsmessung an der Nernstzelle 154 ohne relevanten Fehler möglich ist, beispielsweise ohne relevanten Fehler durch einen Spannungsabfall, insbesondere einen parasitären Spannungsabfall, an dem Festelektrolyten 128 der Nernstzelle 154. Somit kann die eigentlich üblicherweise als passive Nernstzelle 154 genutzte Zelle 152, welche insbesondere in der Pumpkammer 138 angeordnet sein kann, in einer zweiten, überlagerten Funktion als Hilfspumpzelle 156 genutzt werden. Je nach Ausführungsform kann diese Hilfspumpzelle 156 die Funktion einer Sauerstoffentfernung aus dem Gaszutrittsweg 132 erfüllen und/oder die Funktion einer Bereitstellung von Sauerstoff in dem Referenzgasraum 126, so dass beispielsweise eine gepumpte Referenz realisiert werden kann. Diese beiden Funktionen können gleichzeitig oder unabhängig voneinander im Vordergrund stehen.In 1B is an in 1A with "A" designated section of the sensor element 114 shown in an enlarged view. Based on this illustration, a basic principle of the invention will be described in more detail below. A basic idea of a method according to the invention is the upstream oxygen removal via the O 2 pumping cell 144 that almost completely releases the oxygen from the pumping chamber 138 removed, by a new mode of operation of the usually passively operated as a cell cell 152 to support. For this purpose, in the method according to the invention described below, for example by the controlled and / or regulated mode of operation described below, the actual measuring function of the Nernst cell 152 An additional function as a precision pump in the context of the auxiliary pumping cell 156 superimposed. This method can in particular on already known from the prior art sensor elements 114 be used without these would have to be changed constructively. The additional precision pump in the form of the auxiliary pumping cell 156 can be provided for the removal of the few, but for the accuracy of the NOx measurement function relevant oxygen molecules, which are not by the O 2 pumping cell 144 have been removed. In 1B is symbolically the main distance of O 2 from the pumping chamber 138 or the Gaszufrittsweg 132 with the arrow 158 whereas the auxiliary removal of O 2 via the auxiliary pumping cell 156 with the dashed arrow 160 is designated. For example, a pumping current through the auxiliary pumping cell 156 in the context of the present method in the amount less than 1 mA, preferably less than 100 μA, particularly preferably less than 10 μA. The current through the auxiliary pumping cell 156 can deliberately be kept low, for the removal of only small residual oxygen cells, so that despite the parallel pumping function, the actual and for the sensor function of the sensor element 114 Normally required Nernst voltage measurement at the Nernst cell to record the NOx concentration 154 without relevant error is possible, for example, without relevant error by a voltage drop, in particular a parasitic voltage drop across the solid electrolyte 128 the Nernst cell 154 , Thus, it can usually be used as a passive Nernst cell 154 used cell 152 which in particular in the pumping chamber 138 can be arranged in a second, superimposed function as Hilfspumpzelle 156 be used. Depending on the embodiment, this auxiliary pumping cell 156 the function of oxygen removal from the gas access path 132 fulfill and / or the function of providing oxygen in the reference gas space 126 so that, for example, a pumped reference can be realized. These two functions may be simultaneous or independent of each other.

Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung 110 in verschiedenen Betriebsweisen eingesetzt werden, welche sich beispielsweise in einer gesteuerten und/oder geregelten aktiven Betriebsweise der Zelle 152 unterscheiden können. Diese Ausführungsbeispiele werden im Folgenden anhand der 2 und 3 näher erläutert. Dabei wird exemplarisch ein Sensorelement 114 gemäß der in 1A gezeigten Ausgestaltung verwendet, so dass für die Einzelheiten dieses Sensorelements 114 auf die obige Beschreibung verwiesen werden kann.According to the invention, the device 110 be used in various modes of operation, for example, in a controlled and / or regulated active operation of the cell 152 can distinguish. These exemplary embodiments are described below with reference to FIG 2 and 3 explained in more detail. In this case, a sensor element is exemplified 114 according to the in 1A used configuration, so that for the details of this sensor element 114 Reference may be made to the above description.

In einer in 2 dargestellten Ausgestaltung ist ein Teil einer möglichen Ansteuerung 116 der Vorrichtung 110 exemplarisch dargestellt. Die Ansteuerung 116 kann weitere Bestandteile enthalten, beispielsweise Bestandteile, welche für den eigentlichen Nachweis von NOx erforderlich sein können und/oder Bestandteile zur Ansteuerung des Heizelements 118. Die Ansteuerung 116 kann in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 2 jeweils eine oder mehrere Beaufschlagungsvorrichtungen 162, 164 und/oder eine oder mehrere Messvorrichtungen 166, 168 umfassen. Beispielsweise umfasst die Ansteuerung 116 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 2 beispielsweise eine Beaufschlagungsvorrichtung 162 zur Beaufschlagung der O2-Pumpzelle 144 mit einer Pumpspannung UP, und eine Messvorrichtung 166 zur Messung eines Pumpstroms IP,mess durch die O2-Pumpzelle 144. Weiterhin umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Ansteuerung 116 eine Beaufschlagungsvorrichtung 164 in Form einer Stromquelle, zur Beaufschlagung der Zelle 152 mit einem Pumpstrom IPP, und eine zu der Beaufschlagungsvorrichtung 164 parallelgeschaltete Messvorrichtung 168 in Form einer Spannungsmessvorrichtung zur Erfassung einer Spannung UPP,mess an der Zelle 152.In an in 2 illustrated embodiment is part of a possible control 116 the device 110 exemplified. The control 116 may contain further constituents, for example constituents which may be required for the actual detection of NOx and / or constituents for controlling the heating element 118 , The control 116 can in the illustrated embodiment according to 2 one or more application devices 162 . 164 and / or one or more measuring devices 166 . 168 include. For example, the drive comprises 116 in the illustrated embodiment according to 2 for example, an admission device 162 for charging the O 2 pumping cell 144 with a pumping voltage U P , and a measuring device 166 for measuring a pumping current I P, measured by the O 2 pumping cell 144 , Furthermore, in the illustrated embodiment, the control comprises 116 a loading device 164 in the form of a power source, for charging the cell 152 with a pumping current I PP , and one to the applying device 164 parallel connected measuring device 168 in the form of a voltage measuring device for detecting a voltage U PP, measuring at the cell 152 ,

Mit diesem Aufbau der Beaufschlagungsvorrichtungen 162, 164 und der Messvorrichtungen 166, 168 lassen sich verschiedene Ausführungsformen des Verfahrens realisieren:With this construction of the loading devices 162 . 164 and the measuring devices 166 . 168 Various embodiments of the method can be realized:

Ausführungsform I: Konstantstromquelle zwischen IPE2 und RE:Embodiment I: Constant Current Source between IPE2 and RE:

In einem einfachsten Fall kann beispielsweise der Nernstzelle 154 mittels einer hochohmigen Stromquelle 164 ein konstanter und/oder zumindest temporär konstanter niedriger Pumpstrom durch die Zelle 152 überlagert werden. Dieses Verfahren beinhaltet gegenüber einer reinen Nernstspannungsmessung, wie im Stand der Technik üblicherweise vorgesehen, eine Reihe von Vorteilen. So lässt sich insbesondere eine Sauerstoffquerempfindlichkeit der NOx-Messung durch zusätzliche Entfernung der durchgebrochenen O2-Moleküle verringern. Durch eine optionale geregelte Betriebsweise können sowohl die Stromhöhe sowie die zum Treiben dieses Stroms benötigte Pumpspannung konstant gehalten werden. Weiterhin lässt sich der Pumpspannungsbedarf an der O2-Pumpzelle 144 deutlich reduzieren. Üblicherweise weist die O2-Pumpzelle 144 einen hart beschränkten Pumpspannungsbereich zu hohen Spannungen hin auf, da ansonsten mit Überschreitung eine unerwünschte Zersetzung von NO-Molekülen an der IPE1 140 auftreten könnte. Dies könnte sich direkt linear als Fehler im NOx-Signal auswirken. Messungen haben gezeigt, dass durch die zusätzliche Hilfspumpzelle 156, welche als Präzisionspumpe wirkt, auch bei nur sehr geringen Strömen der Pumpspannungsbedarf der als Haupt-O2-Pumpzelle wirkenden O2-Pumpzelle 144, der für die Einregelung einer vorgegebenen Nernstspannung an der Nernstzelle 154 erforderlich ist, erheblich sinken kann. Auch bei konstantem Präzisionspumpstrom durch die Hilfspumpzelle 156 wird üblicherweise eine O2-Querempfindlichkeit verbessert, da die eigentliche Regelung über die Haupt-O2-Pumpzelle 144 durchgeführt werden kann. Hierüber kann eine Rückkopplung auch bei konstantem Präzisionspumpstrom erfolgen.In a simplest case, for example, the Nernst cell 154 by means of a high-impedance current source 164 a constant and / or at least temporarily constant low pumping current through the cell 152 be superimposed. This method involves a number of advantages over a pure Nernst voltage measurement, as conventionally provided in the art. In particular, an oxygen interference of the NOx measurement can be reduced by additional removal of the broken through O 2 molecules. By an optional controlled operation, both the current level and the pumping voltage required to drive this current can be kept constant. Furthermore, the pumping voltage required at the O 2 pumping cell 144 significantly reduce. Usually, the O 2 pump cell 144 a very limited pumping voltage range to high voltages out, otherwise with exceeding an undesirable decomposition of NO molecules at the IPE1 140 could occur. This could have a direct linear effect as an error in the NOx signal. Measurements have shown that through the additional auxiliary pumping cell 156 , which acts as a precision pump, even with only very small currents of the pumping voltage required acting as the main O 2 pump cell O 2 pumping cell 144 for the regulation of a given Nernst voltage at the Nernst cell 154 is required, can decrease significantly. Even with constant precision pumping current through the auxiliary pumping cell 156 Typically, an O 2 cross-sensitivity is improved because the actual control over the main O 2 pump cell 144 can be carried out. By means of this a feedback can take place even with a constant precision pumping current.

In 2 ist dargestellt, dass, wie oben ausgeführt, die von der Messvorrichtung 168 erfasste Nernstspannung UPP,mess im Rahmen einer Regelung 178 zur Regelung des Pumpstroms durch die O2-Pumpzelle 144 verwendet werden kann. Beispielsweise kann auf diese Weise ein Rest-Sauerstoffgehalt in der Pumpkammer 138 auf einen vorgegebenen, beispielsweise minimalen, Wert eingeregelt werden, indem der Strom durch die O2-Pumpzelle 144 und/oder die zugehörige Pumpspannung entsprechend geregelt wird. Die Regelung 178 kann beispielsweise auf die Beaufschlagungsvorrichtung 162 einwirken.In 2 is shown that, as stated above, that of the measuring device 168 detected Nernst voltage U PP, mess as part of a scheme 178 for controlling the pumping current through the O 2 pumping cell 144 can be used. For example, in this way a residual oxygen content in the pumping chamber 138 be adjusted to a predetermined, for example, minimum, by the current through the O 2 pump cell 144 and / or the associated pumping voltage is regulated accordingly. The regulation 178 For example, on the loading device 162 act.

Ausführungsform II: Geregelte/gesteuerte Stromquelle zwischen IPE2 und RE:Embodiment II: Regulated / Controlled Current Source Between IPE2 and RE:

In Erweiterung der oben beschriebenen Ausführungsform I kann die als Präzisionsstrompumpe wirkende Hilfspumpzelle 156 ebenfalls in Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen gesteuert und/oder geregelt angepasst werden. Als Umgebungsbedingungen können beispielsweise eine oder mehrere der folgenden Umgebungsbedingungen herangezogen werden: eine O2-Konzentration in dem Gas, eine NOx-Konzentration in dem Gas, ein Arbeitspunkt einer Verbrennungskraftmaschine, eine Temperatur des Gases, insbesondere des Abgases, eine Temperatur des Sensorelements, eine Alterung einer oder mehrerer der O2-Pumpelektroden 140, 142. Auch andere Umgebungsbedingungen können alternativ oder zusätzlich herangezogen werden. Diese Verfahrensvariante kann beispielsweise im Rahmen einer Steuerung und/oder Regelung der Beaufschlagungsvorrichtung 164 erfolgen, welche in 2 als Option mit der Bezugsziffer 180 bezeichnet ist. Die Steuerung und/oder Regelung kann dabei beispielsweise durch die Messvorrichtung 166, wie in 2 gezeigt, und/oder auch durch andere Elemente der Vorrichtung 110 erfolgen, beispielsweise einen oder mehrere weitere Sensoren und/oder Sensoreinheiten. Die Steuerung und/oder Regelung 180 kann beispielsweise mittels einer oder mehrerer Kennlinien und/oder mathematischer Funktionen erfolgen, aufgrund derer beispielsweise ein Sollwert für die Beaufschlagungsvorrichtung 164 gewählt werden kann, beispielsweise ein Sollwert für den Pumpstrom und/oder ein Sollwert für eine Pumpspannung.In extension of the embodiment I described above, acting as a precision current pump auxiliary pumping cell 156 also in Depending on the environmental conditions controlled and / or adjusted regulated. As ambient conditions, for example, one or more of the following environmental conditions can be used: an O 2 concentration in the gas, an NOx concentration in the gas, an operating point of an internal combustion engine, a temperature of the gas, in particular the exhaust gas, a temperature of the sensor element, a Aging of one or more of the O 2 pumping electrodes 140 . 142 , Other environmental conditions may be used alternatively or additionally. This method variant can, for example, in the context of a control and / or regulation of the loading device 164 take place, which in 2 as an option with the reference number 180 is designated. The control and / or regulation can, for example, by the measuring device 166 , as in 2 shown, and / or by other elements of the device 110 take place, for example, one or more further sensors and / or sensor units. The control and / or regulation 180 can be done for example by means of one or more characteristics and / or mathematical functions, on the basis of which, for example, a target value for the loading device 164 can be selected, for example, a desired value for the pumping current and / or a desired value for a pumping voltage.

Beispielsweise kann, wie in 2 exemplarisch dargestellt, ein Präzisionspumpstrom, welcher durch die Beaufschlagungsvorrichtung 164 eingestellt wird, in Abhängigkeit eines Haupt-O2-Pumpzellenstroms durch die O2-Pumpzelle 144 angepasst werden. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass bei Bedingungen, bei denen ein höherer O2-Durchbruch auftritt, beispielsweise bei einer hohen O2-Konzentration in dem Gas und/oder bei einer nicht-optimalen Sensortemperatur, dieser besser über die zusätzliche Präzisionspumpe der Hilfspumpzelle 156 abgefangen werden kann. Ein weiterer Vorteil der gesteuerten und/oder geregelten Präzisionspumpe der Hilfspumpzelle 156 ist eine Verbesserung einer O2-Querempfindlichkeit bei dynamischen O2-Wechseln.For example, as in 2 exemplified, a Präzisionspumpstrom which by the loading device 164 is set depending on a main O 2 pump cell current through the O 2 pumping cell 144 be adjusted. This has the particular advantage that under conditions in which a higher O 2 breakthrough occurs, for example at a high O 2 concentration in the gas and / or at a non-optimal sensor temperature, this better on the additional precision pump of the auxiliary pumping cell 156 can be intercepted. Another advantage of the controlled and / or regulated precision pump of the auxiliary pumping cell 156 is an improvement in O 2 cross sensitivity with dynamic O 2 changes .

In 3 ist eine weitere, optional realisierbare Ausgestaltung der Vorrichtung 110 dargestellt, anhand derer weitere optionale Ausführungsformen des Verfahrens erläutert werden sollen. Wiederum können in dieser Ausgestaltung eine Beaufschlagungsvorrichtung 162 zur Beaufschlagung der O2-Pumpzelle 144 mit einer Pumpspannung UP und/oder einem Pumpstrom und eine Messvorrichtung 166 zur Erfassung eines Pumpstroms IP,mess durch die O2-Pumpzelle 144 und/oder eine Messvorrichtung zur Erfassung einer Pumpspannung durch die O2-Pumpzelle 144 vorgesehen sein.In 3 is another, optionally realizable embodiment of the device 110 illustrated, with reference to which further optional embodiments of the method to be explained. Again, in this embodiment, an urging device 162 for charging the O 2 pumping cell 144 with a pumping voltage U P and / or a pumping current and a measuring device 166 for detecting a pumping current I P, measured by the O 2 pumping cell 144 and / or a measuring device for detecting a pumping voltage through the O 2 pumping cell 144 be provided.

Auch für die Zelle 152 ist wiederum mindestens eine Beaufschlagungsvorrichtung 164 vorgesehen, welche jedoch in diesem Ausführungsbeispiel optional als Spannungsquelle zur Erzeugung einer Pumpspannung UPP,konst ausgestaltet sein kann. Weiterhin kann wiederum mindestens eine Messvorrichtung 168 vorgesehen sein, welche beispielsweise in diesem Ausführungsbeispiel zur Messung eines Stroms IPP,mess durch die Zelle 152 eingerichtet sein kann.Also for the cell 152 again is at least one loading device 164 provided, which, however, in this embodiment, may be configured const optionally as a voltage source for generating a pump voltage U PP. Furthermore, in turn, at least one measuring device 168 be provided, which, for example, in this embodiment for measuring a current I PP measured by the cell 152 can be set up.

Ausführungsform III: Konstantspannungsquelle zwischen IPE2 und RE:Embodiment III: Constant Voltage Source Between IPE2 and RE:

Eine alternative Ausführungsform, welche beispielsweise mittels des Aufbaus gemäß 3 realisierbar ist, kann auf einem Betrieb der Präzisionspumpe mittels der Hilfspumpzelle 156 mittels einer Beaufschlagungsvorrichtung 164 in Form einer Spannungsquelle realisiert werden. Dazu wird der Zelle 154 eine Konstantspannung, bevorzugt mit einem Nernstspannungs-Sollwert (besonders bevorzugt in einem Bereich von 400 bis 450 mV), aufgeprägt. Im Gegensatz zum Stand der Technik, in welchem üblicherweise die Haupt-O2-Pumpzelle 144 auf einen vorgegebenen Soll-Nernstspannungswert an der Nernstzelle 154 geregelt wird, kann bei dem vorgeschlagenen Verfahren die Haupt-O2-Pumpzelle 144 durch entsprechende Regelung der Beaufschlagungsvorrichtung 162 auf einen definierten Pumpstrom IPP,soll durch die Zelle 152 geregelt werden. Hierzu kann wiederum eine Regelung 178 vorgesehen sein. Der Soll-Pumpstrom IPP,soll kann entweder konstant vorgegeben sein oder kann auch wiederum in Abhängigkeit von einer oder mehreren Umgebungsbedingungen gesteuert und/oder geregelt werden. Dies ist in 3 als Option wiederum durch die optionale Steuerung und/oder Regelung 180 dargestellt. Als Umgebungsbedingungen können beispielsweise wiederum eine O2-Konzentration in dem Gas und/oder eine Spannung an der O2-Pumpzelle 144 und/oder ein Strom durch die O2-Pumpzelle 144 und/oder weitere Sensorsignale und/oder andere Informationen herangezogen werden. Dieses Verfahren entspricht dem eingeregelten Zustand der Ausführungsform I, hat jedoch in der Regel abweichende Dynamikeigenschaften. Während bei der Ausführungsform I in der Regel eine Regelabweichung, beispielsweise durch einen schnellen Gaswechsel, zu einer Abweichung der Pumpspannung führt, führt in der Ausführungsform III eine Regelabweichung üblicherweise zu einer Änderung des Präzisionspumpstroms durch die Zelle 152. Da dieser gemessen wird, kann beispielsweise ein O2-Durchbruch rechnerisch kompensiert werden. Ein weiteres Merkmal dieser Ausführungsform III ist, dass der Präzisionspumpstrom durch die Zelle 152 üblicherweise gemessen werden muss, während er in Ausführungsform I in der Regel vorgegeben wird und lediglich die benötigte Pumpspannung gemessen werden muss.An alternative embodiment, which, for example, by means of the structure according to 3 can be realized on an operation of the precision pump by means of the auxiliary pumping cell 156 by means of a loading device 164 be realized in the form of a voltage source. This is the cell 154 a constant voltage, preferably with a Nernstspannungs setpoint (particularly preferably in a range of 400 to 450 mV), imprinted. In contrast to the prior art, in which usually the main O 2 pump cell 144 to a predetermined nominal Nernst voltage value at the Nernst cell 154 In the proposed method, the main O 2 pumping cell can be controlled 144 by appropriate regulation of the loading device 162 to a defined pumping current I PP, intended by the cell 152 be managed. This can in turn be a rule 178 be provided. The desired pumping current I PP, should either be constant or may in turn be controlled and / or regulated as a function of one or more environmental conditions. This is in 3 as an option in turn by the optional control and / or regulation 180 shown. As ambient conditions, for example, again an O 2 concentration in the gas and / or a voltage at the O 2 pumping cell 144 and / or a current through the O 2 pumping cell 144 and / or other sensor signals and / or other information can be used. This method corresponds to the controlled state of the embodiment I, but usually has different dynamic characteristics. While in the embodiment I, usually a control deviation, for example by a rapid gas exchange, leads to a deviation of the pumping voltage, in the embodiment III a control deviation usually leads to a change of the precision pumping current through the cell 152 , Since this is measured, for example, an O 2 breakthrough can be computationally compensated. Another feature of this embodiment III is that the precision pumping current through the cell 152 usually has to be measured while it is usually specified in embodiment I and only the required pump voltage must be measured.

Beide Verfahrensvarianten der Ausführungsform III (Ausführungsform IIIa: lediglich mit der Regelung 178 und Ausführungsform IIIb: mit der Regelung 178 und der Steuerung/Regelung 180) ermöglichen in der Regel eine wesentlich schnellere Reaktion auf einen O2-Durchbruch bei der Haupt-O2-Pumpzelle 144, da sich der Pumpstrom der Präzisionspumpe in Form der Zelle 152 intrinsisch entsprechend der fest angelegten Spannung so ändern kann, dass überschüssiger Sauerstoff entfernt wird. Während bei den Konstantstromverfahren bei einem O2-Durchbruch nur für zukünftige Zeitabschnitte eine Anpassung erfolgen kann, wird durch die Ausführungsform III auch eine Verringerung des O2-Durchbruchs noch rückwirkend für den aktuellen Zeitschritt ermöglicht. Dies beinhaltet insbesondere deutliche Vorteile bei der dynamischen O2-Querempfindlichkeit, d. h. bei der durch schnelle O2-Konzentrationssprünge oder Gesamtdrucksprünge ausgelösten O2-Querempfindlichkeit der Vorrichtung 110. Both variants of the method of embodiment III (embodiment IIIa: only with the scheme 178 and Embodiment IIIb: with the control 178 and the control / regulation 180 ) generally allow a much faster response to O 2 breakdown in the main O 2 pump cell 144 because the pumping current of the precision pump in the form of the cell 152 can change intrinsically according to the fixed voltage so that excess oxygen is removed. While in the constant current method in an O 2 breakthrough can only be made for future periods of time, a reduction of the O 2 breakthrough is made possible by the embodiment III even retroactively for the current time step. This includes in particular, significant advantages in the dynamic cross-sensitivity O 2, ie when triggered by rapid O 2 -Konzentrationssprünge or total pressure jumps O 2 cross-sensitivity of the device 110 ,

Sowohl die Ausführungsform II als auch die Ausführungsformen III können auf verschiedene Weisen ergänzt und/oder verändert werden. So kann ein Zusatz, welcher auch separat und in anderen Ausführungsformen der Erfindung realisierbar ist, auf folgende Weise realisiert werden. So kann neben dem Vorteil einer Verbesserung der O2-Querempfindlichkeit durch die zusätzliche Präzisionspumpenfunktion der Zelle 152 eine weitere Genauigkeitsverbesserung durch eine erweiterte Kompensationsrechnung der verbleibenden O2-Querempfindlichkeit erreicht werden. Diese erweiterte Kompensationsrechnung kann, anstelle einer üblicherweise erfolgenden Kompensation in Abhängigkeit des O2-Pumpstroms durch die Haupt-O2-Pumpzelle 144, alternativ oder zusätzlich eine Kompensation in Abhängigkeit eines Präzisionspumpstroms durch die Zelle 152 umfassen. Die Kompensation kann entweder allein oder in Kombination mit der Verwendung des Haupt-O2-Pumpzellenstroms eingesetzt werden. Letzteres kann beispielsweise im Rahmen einer Mehrgrößen-O2-Kompensationsrechnung erfolgen.Both the embodiment II and the embodiments III can be supplemented and / or changed in various ways. Thus, an additive, which can also be implemented separately and in other embodiments of the invention, can be realized in the following way. Thus, in addition to the advantage of improving the O 2 cross sensitivity through the additional precision pumping function of the cell 152 a further improvement in accuracy can be achieved by an extended compensation calculation of the remaining O 2 cross sensitivity. This extended compensation calculation can, instead of a customary compensation depending on the O 2 pumping current through the main O 2 pumping cell 144 , alternatively or additionally, a compensation as a function of a precision pumping current through the cell 152 include. The compensation can be used either alone or in combination with the use of the main O 2 pump cell stream. The latter can be done, for example, in the context of a multi-size O 2 compensation calculation.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0769693 A1 [0001, 0003, 0008, 0025] EP 0769693 A1 [0001, 0003, 0008, 0025]
  • DE 4333230 A1 [0002] DE 4333230 A1 [0002]
  • DE 102008044051 A1 [0008, 0025] DE 102008044051 A1 [0008, 0025]
  • DE 102008044374 A1 [0008, 0020, 0025] DE 102008044374 A1 [0008, 0020, 0025]
  • DE 2008044051 A1 [0020] DE 2008044051 A1 [0020]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 154–159 [0001] Robert Bosch GmbH: Sensors in the motor vehicle, edition 2007, pages 154-159 [0001]

Claims (11)

Verfahren zum Nachweis einer Gaskomponente eines Gases in einem Messgasraum (112), insbesondere zum Nachweis eines Nicht-Sauerstoffgases in einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, wobei das Gas aus dem Messgasraum (112) über mindestens einen Gaszutrittsweg (132) mindestens einer Sensorelektrode (120) mit katalytischen Eigenschaften zugeführt wird, wobei die Gaskomponente an der Sensorelektrode (120) katalytisch in Bestandteile zerlegt wird und von der Sensorelektrode (120) mindestens einer der Bestandteile zu mindestens einer Gegenelektrode (124) gepumpt wird, wobei zwischen mindestens einer in mindestens einem Referenzgasraum (126) angeordneten Referenzelektrode (150) und mindestens einer in dem Gaszutrittsweg (132) angeordneten Messelektrode (148) eine Spannung und/oder ein Strom erfasst wird, wobei weiterhin zwischen der Messelektrode (148) und der Referenzelektrode (150) mindestens eine störende Gaskomponente, insbesondere Sauerstoff, aus dem Gaszutrittsweg (132) gepumpt wird.Method for detecting a gas component of a gas in a measuring gas space ( 112 ), in particular for detecting a non-oxygen gas in an exhaust gas of an internal combustion engine, wherein the gas from the sample gas space ( 112 ) via at least one gas access path ( 132 ) at least one sensor electrode ( 120 ) is supplied with catalytic properties, wherein the gas component at the sensor electrode ( 120 ) is catalytically decomposed into components and from the sensor electrode ( 120 ) at least one of the constituents to at least one counterelectrode ( 124 ) is pumped between at least one in at least one reference gas space ( 126 ) arranged reference electrode ( 150 ) and at least one in the gas access path ( 132 ) arranged measuring electrode ( 148 ) a voltage and / or a current is detected, wherein further between the measuring electrode ( 148 ) and the reference electrode ( 150 ) at least one interfering gas component, in particular oxygen, from the gas inlet path ( 132 ) is pumped. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei weiterhin in dem Gaszutrittsweg (132), der Messelektrode (148) vorgelagert, mindestens eine innere Pumpelektrode (140) angeordnet ist, wobei von der inneren Pumpelektrode (140) die störende Gaskomponente zu mindestens einer äußeren Pumpelektrode (142), insbesondere mindestens einer in dem Messgasraum (112) angeordneten äußeren Pumpelektrode (142) gepumpt wird.Process according to the preceding claim, wherein further in the gas access path ( 132 ), the measuring electrode ( 148 ), at least one inner pumping electrode ( 140 ), wherein from the inner pumping electrode ( 140 ) the interfering gas component to at least one outer pumping electrode ( 142 ), in particular at least one in the measuring gas space ( 112 ) arranged outer pumping electrode ( 142 ) is pumped. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Pumpstrom und/oder eine Pumpspannung zwischen der inneren Pumpelektrode (140) und der äußeren Pumpelektrode (142) durch die zwischen der Messelektrode (148) und der Referenzelektrode (150) erfasste Spannung und/oder den zwischen der Messelektrode (148) und der Referenzelektrode (150) erfassten Strom gesteuert und/oder geregelt wird.Method according to the preceding claim, wherein a pumping current and / or a pumping voltage between the inner pumping electrode ( 140 ) and the outer pumping electrode ( 142 ) by the between the measuring electrode ( 148 ) and the reference electrode ( 150 ) detected voltage and / or between the measuring electrode ( 148 ) and the reference electrode ( 150 ) is controlled and / or regulated. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der Pumpstrom und/oder die Pumpspannung zwischen der inneren Pumpelektrode (140) und der äußeren Pumpelektrode (142) erfasst und zur Steuerung und/oder Regelung des Pumpens zwischen der Messelektrode (148) und der Referenzelektrode (150) verwendet wird.Method according to one of the two preceding claims, wherein the pumping current and / or the pumping voltage between the inner pumping electrode ( 140 ) and the outer pumping electrode ( 142 ) and for controlling and / or regulating the pumping between the measuring electrode ( 148 ) and the reference electrode ( 150 ) is used. Verfahren nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spannung zwischen der Referenzelektrode (150) und der Messelektrode (148) auf einen vorgegebenen Sollwert eingestellt wird, wobei der Pumpstrom und/oder die Pumpspannung zwischen der inneren Pumpelektrode (140) und der äußeren Pumpelektrode (142) derart geregelt wird, dass zwischen der Referenzelektrode (150) und der Messelektrode (148) ein Soll-Pumpstrom fließt.Method according to one of the three preceding claims, wherein the voltage between the reference electrode ( 150 ) and the measuring electrode ( 148 ) is set to a predetermined desired value, wherein the pumping current and / or the pumping voltage between the inner pumping electrode ( 140 ) and the outer pumping electrode ( 142 ) is controlled such that between the reference electrode ( 150 ) and the measuring electrode ( 148 ) a desired pumping current flows. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Soll-Pumpstrom ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem konstant vorgegebenen Soll-Pumpstrom und einem Pumpstrom, welcher in Abhängigkeit von mindestens einer Umgebungsbedingung gewählt wird.Method according to the preceding claim, wherein the desired pumping current is selected from the group consisting of a constant predetermined desired pumping current and a pumping current, which is selected in dependence on at least one environmental condition. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Pumpen zwischen der Messelektrode (148) und der Referenzelektrode (150) durch mindestens eine Umgebungsbedingung beeinflusst wird, insbesondere durch eine Umgebungsbedingung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Anteil mindestens einer Gaskomponente in dem Gas in dem Messgasraum (112), insbesondere einem Sauerstoffanteil und/oder einem NOx-Anteil; einem Arbeitspunkt einer das Gas als Abgas erzeugenden Verbrennungskraftmaschine; einer Temperatur des Gases in dem Messgasraum (112), insbesondere des Abgases; einer Temperatur eines Sensorelements (114); einer Alterung mindestens einer der Elektroden, insbesondere mindestens einer der Pumpelektroden (140, 142).Method according to one of the preceding claims, wherein the pumping between the measuring electrode ( 148 ) and the reference electrode ( 150 ) is influenced by at least one environmental condition, in particular by an environmental condition selected from the group consisting of: a proportion of at least one gas component in the gas in the measurement gas space ( 112 ), in particular an oxygen content and / or a NOx content; an operating point of an internal combustion engine producing the gas as exhaust gas; a temperature of the gas in the measuring gas space ( 112 ), in particular the exhaust gas; a temperature of a sensor element ( 114 ); an aging of at least one of the electrodes, in particular at least one of the pumping electrodes ( 140 . 142 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Pumpstrom zwischen der Messelektrode (148) und der Referenzelektrode (150) erfasst und bei dem Nachweis der Gaskomponente berücksichtigt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a pumping current between the measuring electrode ( 148 ) and the reference electrode ( 150 ) and taken into account in the verification of the gas component. Vorrichtung (110) zum Nachweis einer Gaskomponente eines Gases in einem Messgasraum (112), umfassend mindestens ein Sensorelement (114) mit mindestens einer Sensorelektrode (120) mit katalytischen Eigenschaften, wobei das Sensorelement (114) weiterhin mindestens einen Gaszutrittsweg (132) aufweist, wobei das Gas aus dem Messgasraum (112) über den Gaszutrittsweg (132) der Sensorelektrode (120) zuführbar ist, wobei die Sensorelektrode (120) eingerichtet ist, um die Gaskomponente an der Sensorelektrode (120) katalytisch in Bestandteile zu zerlegen, wobei die Vorrichtung (110) eingerichtet ist, um von der Sensorelektrode (120) mindestens einen der Bestandteile zu mindestens einer Gegenelektrode (124) zu pumpen, wobei die Vorrichtung (110) weiterhin eingerichtet ist, um zwischen mindestens einer in mindestens einem Referenzgasraum (126) angeordneten Referenzelektrode (150) und mindestens einer in dem Gaszutrittsweg (132) angeordneten Messelektrode (148) eine Spannung zu erfassen, wobei die Vorrichtung (110) weiterhin eingerichtet ist, um zwischen der Messelektrode (148) und der Referenzelektrode (150) mindestens eine störende Gaskomponente, insbesondere Sauerstoff, aus dem Gaszutrittsweg (132) zu pumpen.Contraption ( 110 ) for detecting a gas component of a gas in a measuring gas space ( 112 ) comprising at least one sensor element ( 114 ) with at least one sensor electrode ( 120 ) having catalytic properties, wherein the sensor element ( 114 ) further at least one Gaszutrittsweg ( 132 ), wherein the gas from the sample gas space ( 112 ) via the gas access path ( 132 ) of the sensor electrode ( 120 ), wherein the sensor electrode ( 120 ) is arranged to the gas component on the sensor electrode ( 120 ) catalytically decompose into components, the device ( 110 ) is arranged to move from the sensor electrode ( 120 ) at least one of the components to at least one counter electrode ( 124 ), the device ( 110 ) is further arranged to switch between at least one in at least one reference gas space ( 126 ) arranged reference electrode ( 150 ) and at least one in the gas access path ( 132 ) arranged measuring electrode ( 148 ) to detect a voltage, wherein the device ( 110 ) is further arranged to move between the measuring electrode ( 148 ) and the reference electrode ( 150 ) at least one interfering gas component, in particular oxygen, from the gas inlet path ( 132 ) to pump. Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zwischen die Messelektrode (148) und die Referenzelektrode (150) mindestens eine Beaufschlagungsvorrichtung (164) zur Beaufschlagung einer die Messelektrode (148) und die Referenzelektrode (150) umfassenden Zelle (152) mit einem Pumpstrom und/oder mit einer Pumpspannung geschaltet ist, wobei weiterhin zwischen die Messelektrode (148) und die Referenzelektrode (150) mindestens eine Messvorrichtung (168) zur Erfassung der Spannung zwischen der Messelektrode (148) und der Referenzelektrode (150) geschaltet ist. Contraption ( 110 ) according to the preceding claim, wherein between the measuring electrode ( 148 ) and the reference electrode ( 150 ) at least one loading device ( 164 ) for loading a measuring electrode ( 148 ) and the reference electrode ( 150 ) comprehensive cell ( 152 ) is connected with a pumping current and / or with a pumping voltage, wherein further between the measuring electrode ( 148 ) and the reference electrode ( 150 ) at least one measuring device ( 168 ) for detecting the voltage between the measuring electrode ( 148 ) and the reference electrode ( 150 ) is switched. Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Beaufschlagungsvorrichtung (164) mindestens eine Stromquelle zur Beaufschlagung der Zelle mit einem Pumpstrom umfasst, insbesondere eine Stromquelle ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Konstantstromquelle; einer geregelten und/oder gesteuerten Stromquelle, insbesondere einer durch einen Pumpstrom zwischen der inneren Pumpelektrode (140) und der äußeren Pumpelektrode (142) geregelten und/oder gesteuerten Stromquelle.Contraption ( 110 ) according to the preceding claim, wherein the loading device ( 164 ) comprises at least one current source for charging the cell with a pumping current, in particular a current source selected from the group consisting of: a constant current source; a regulated and / or controlled current source, in particular one by a pumping current between the inner pumping electrode ( 140 ) and the outer pumping electrode ( 142 ) regulated and / or controlled power source.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019170639A1 (en) * 2018-03-07 2019-09-12 Robert Bosch Gmbh Method for operating a sensor for detecting at least a fraction of a measurement subject gas component with bound oxygen in a measurement subject gas

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4333230A1 (en) 1993-09-30 1995-04-06 Bosch Gmbh Robert Electrochemical sensor for determining the oxygen content in gases
EP0769693A1 (en) 1995-10-20 1997-04-23 Ngk Insulators, Ltd. Method and sensing device for measuring predetermined gas component in measurement gas
DE102008044051A1 (en) 2008-11-25 2010-05-27 Robert Bosch Gmbh Gas sensor element for determining nitrogen oxide content in exhaust gas of internal combustion engine, has cell with pump electrodes staying in contact with gas atmosphere of fluid-conductive internal gas areas connected with each other
DE102008044374A1 (en) 2008-12-05 2010-06-17 Robert Bosch Gmbh Sensor element for e.g. determining nitrogen oxide content in exhaust gas from internal combustion engine, has one electrochemical cells designed as electrochemical pump cell, and outer pump electrode exposed to measuring gas

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4333230A1 (en) 1993-09-30 1995-04-06 Bosch Gmbh Robert Electrochemical sensor for determining the oxygen content in gases
EP0769693A1 (en) 1995-10-20 1997-04-23 Ngk Insulators, Ltd. Method and sensing device for measuring predetermined gas component in measurement gas
DE102008044051A1 (en) 2008-11-25 2010-05-27 Robert Bosch Gmbh Gas sensor element for determining nitrogen oxide content in exhaust gas of internal combustion engine, has cell with pump electrodes staying in contact with gas atmosphere of fluid-conductive internal gas areas connected with each other
DE102008044374A1 (en) 2008-12-05 2010-06-17 Robert Bosch Gmbh Sensor element for e.g. determining nitrogen oxide content in exhaust gas from internal combustion engine, has one electrochemical cells designed as electrochemical pump cell, and outer pump electrode exposed to measuring gas

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 154-159

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019170639A1 (en) * 2018-03-07 2019-09-12 Robert Bosch Gmbh Method for operating a sensor for detecting at least a fraction of a measurement subject gas component with bound oxygen in a measurement subject gas

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