DE102011005516A1

DE102011005516A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases

Info

Publication number: DE102011005516A1
Application number: DE201110005516
Authority: DE
Inventors: Jan Hufnagl; Johannes Misselwitz; Helge Schichlein; Thomas Seiler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2012-09-20

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum (112) vorgeschlagen. Das Gas kann mindestens eine katalysierbare Reaktion durchführen, insbesondere mindestens eine Oxidationsreaktion. Bei dem Verfahren werden mindestens zwei Sensoreinheiten (120, 122) verwendet, welche mit dem Gas beaufschlagt werden. Die Reaktion wird mittels mindestens eines Katalysators (132) katalysiert. Die Sensoreinheiten (120, 122) sind eingerichtet, um die Reaktion in unterschiedlichem Maße zu katalysieren. Jeweils mindestens eine Messgröße der Sensoreinheiten (120, 122) wird erfasst. Die Messgrößen werden verglichen, und daraus wird auf die Eigenschaft des Gases geschlossen.

Description

Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Verfahren und Vorrichtungen zur Erfassung von Eigenschaften von Gasen in einem Messgasraum bekannt. Bei dieser Eigenschaft kann es sich grundsätzlich um eine beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaft des Gases oder auch um Kombinationen mehrerer Eigenschaften handeln, welche qualitativ und/oder quantitativ erfasst werden können. Als Beispiele möglicher Eigenschaften sind chemische Zusammensetzungen des Gases, Anteile einer oder mehrerer Gaskomponenten des Gases (beispielsweise angegeben in Partialdrucken und/oder Prozentsätzen), Strömungseigenschaften oder andere Eigenschaften zu nennen. Zum Zweck der Erfassung dieser Eigenschaften sind eine Vielzahl von Sensorelementen bekannt, beispielsweise Temperatursensoren, wie sie beispielsweise in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 96–105 beschrieben sind, oder so genannte Lambdasonden, wie sie beispielsweise in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 154–159 beschrieben sind.
Eine wichtige Eigenschaft von Gasen, welche insbesondere in der Verbrennungstechnik und dort insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik von Bedeutung ist, ist die so genannte Exothermiefähigkeit von Gasen. Unter einer Exothermiefähigkeit versteht man allgemein die Fähigkeit des Gases, mindestens eine exotherm verlaufende Reaktion durchzuführen, also eine Reaktion, bei welcher Wärmeenergie freigesetzt wird. Insbesondere kann es sich bei dieser mindestens einen Reaktion um eine Oxidationsreaktion handeln. Insbesondere sind hierbei Oxidationsreaktionen einer oder mehrerer oxidierbarer Komponenten in dem Gas zu nennen, wie beispielsweise oxidierbarer Komponenten im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine wie beispielsweise Kohlenmonoxid, Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffe. Derartige exothermiefähige Gaskomponenten können im Abgassystem, insbesondere in einem Abgaskatalysator, abreagieren und dabei zu einer Temperaturerhöhung im Abgaskatalysator führen. Im Extremfall kann beispielsweise ein Abgaskatalysator durch diese Temperaturerhöhung geschädigt oder gar zerstört werden. Temperatursensoren, die im Abgaskatalysator oder stromabwärts hinsichtlich eines Abgasstroms hinter dem Abgaskatalysator angeordnet sein können, sind jedoch in der Regel zum einen träge und können zum anderen in der Regel erst dann ein Messsignal liefern, wenn die exotherme Reaktion bereits abgelaufen ist und damit möglicherweise eine Schädigung des Abgaskatalysator bereits eingetreten ist. Weiterhin kann eine Erfassung von exothermiefähigen Komponenten in dem Abgas hinter dem Abgaskatalysator für eine Diagnose der Funktion des Abgaskatalysator genutzt werden.
Aus DE 10 2004 047 796 A1 ist ein Sensorelement zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases bekannt. Dieses umfasst eine auf einem Festelektrolyten angeordnete erste Elektrode, die mit dem außerhalb des Sensorelements befindlichen Messgas über einen ersten Diffusionsweg verbunden ist, in welchem ein erster Diffusionswiderstand vorgesehen ist. Weiterhin ist eine auf einem Festelektrolyten angeordnete zweite Elektrode vorgesehen, die mit dem außerhalb des Sensorelements befindlichen Messgas über einen zweiten Diffusionsweg verbunden ist, in dem ein zweiter Diffusionswiderstand angeordnet ist. Der zweite Diffusionswiderstand umfasst ein katalytisch aktives Material. Mittels der beschriebenen Vorrichtung kann ein Sauerstoffpartialdruck des Messgases mit einer hohen Ansprechgeschwindigkeit erfasst werden, und es kann gleichzeitig eine genaue Messung des Sauerstoffpartialdrucks auch bei so genanntem Ungleichgewichtsmessgas oder Mehrkomponentenmessgas erfolgen.
Trotz der durch den Stand der Technik erzielten Verbesserungen besteht nach wie vor ein Verbesserungspotenzial bekannter Verfahren und Vorrichtungen. Insbesondere wären, wie oben ausgeführt, Verfahren und Vorrichtungen wünschenswert, mittels derer exothermiefähige Gaskomponenten in dem Gas erfasst werden können.
Offenbarung der Erfindung
Es werden daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Verfahren und Vorrichtungen vermeiden und welche insbesondere zur Erfassung einer oder mehrerer exothermiefähiger Komponenten des Gases eingesetzt werden können, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug und besonders bevorzugt zum Bauteilschutz und/oder zur Diagnose eines Abgaskatalysators. Bei der mindestens einen Eigenschaft kann es sich grundsätzlich um eine beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaft des Gases handeln, beispielsweise gemäß der obigen Beschreibung des Standes der Technik, wobei die Eigenschaft qualitativ und/oder quantitativ erfasst werden kann. Insbesondere kann die Eigenschaft mindestens einen Anteil mindestens einer Gaskomponente des Gases umfassen, wobei der Anteil beispielsweise als Partialdruck und/oder als Prozentsatz erfasst werden kann. Bei dem Messgasraum kann es sich insbesondere um einen Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine handeln. Auch eine andere Ausgestaltung des Messgasraums, welcher geschlossen und/oder geöffnet ausgestaltet sein kann, ist jedoch grundsätzlich möglich.
Das Gas kann insbesondere ein Gasgemisch umfassen. Das Gas ist eingerichtet, um mindestens eine katalysierbare Reaktion durchzuführen. Unter einer katalysierbaren Reaktion ist eine Reaktion zu verstehen, welche mittels mindestens eines Katalysators katalysierbar ist, insbesondere beschleunigbar ist. Bei dem mindestens einen Katalysator kann es sich um einen mit dem Gas homogenen oder, vorzugsweise, inhomogenen Katalysator handeln, insbesondere einen Katalysator in Form mindestens eines Festkörpers. Ausführungsbeispiele werden unten noch näher beschrieben. Bei der mindestens einen katalysierbaren Reaktion kann es sich insbesondere um mindestens eine Oxidationsreaktion mindestens einer oxidierbaren Gaskomponente des Gases handeln.
Bei dem Verfahren werden mindestens zwei Sensoreinheiten verwendet, wobei die Sensoreinheiten mit dem Gas beaufschlagt werden. Unter einer Sensoreinheit ist allgemein im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element oder eine zusammenwirkende Gruppe von Elementen zu verstehen, welche eingerichtet sind, um mindestens eine Messgröße zu erfassen. Diese mindestens eine Messgröße kann beispielsweise mindestens eine elektrische Messgröße sein. Die Sensoreinheiten können getrennt ausgestaltet sein, können jedoch auch teilweise bauteilidentisch sein oder ein oder mehrere Bauteile teilen, beispielsweise ein gemeinsames Substrat.
Bei dem Verfahren wird die Reaktion mittels mindestens eines Katalysators katalysiert, also mittels mindestens eines Materials mit katalytischen Eigenschaften für die katalysierbare Reaktion. Insbesondere kann es sich bei diesem mindestens einen Katalysator, wie oben ausgeführt, um einen heterogenen Katalysator handeln, insbesondere einen Festkörperkatalysator. Der Katalysator kann beispielsweise als keramisches Material und/oder als poröses Material vorliegen. Begrifflich ist dieser mindestens eine Katalysator, der bei dem Verfahren verwendet wird und welcher beispielsweise in einer oder mehreren der Sensoreinheiten enthalten sein kann, von einem möglicherweise in dem Messgasraum vorhandenen Abgaskatalysator zu differenzieren, welcher gegebenenfalls durch Verwendung des vorgeschlagenen Verfahrens geschützt werden kann, also beispielsweise von einem Abgaskatalysator in einem Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
Die Sensoreinheiten sind eingerichtet, um die Reaktion in unterschiedlichem Maße zu katalysieren. Dies kann dadurch erfolgen, dass eine oder mehrere der Sensoreinheiten selbst den Katalysator umfassen, so dass die Katalyse unmittelbar in der Sensoreinheit erfolgt, und/oder die Katalyse kann in einer Zufuhr des Gases zu der Sensoreinheit oder einem Teil der Sensoreinheit erfolgen, beispielsweise mindestens einer Diffusionsstrecke und/oder einem Diffusionsweg und/oder einem Element, welches von dem Gas durchdrungen wird, um in die jeweilige Sensoreinheit und/oder einen Teil der jeweiligen Sensoreinheit zu gelangen. Dieser Diffusionsweg und/oder dieses Element, welches von dem Gas durchdrungen wird, kann als Bestandteil der jeweiligen Sensoreinheit aufgefasst werden.
Unter einer Katalyse in unterschiedlichem Maße ist dabei ein Vorgang zu verstehen, bei welchem der Ablauf der mindestens einen katalysierbaren Reaktion durch den mindestens einen Katalysator in unterschiedlicher Stärke beeinflusst wird. Beispielsweise können zu diesem Zweck die Sensoreinheiten unterschiedliche Mengen des Katalysators und/oder unterschiedliche Arten von Katalysatoren umfassen. Experimentell kann die Tatsache, dass die Sensoreinheiten eingerichtet sind, um die Reaktion in unterschiedlichem Maße zu katalysieren, beispielsweise dadurch bestimmt werden, dass mindestens eine Reaktionsgeschwindigkeit mindestens einer Reaktion mit herkömmlichen Analysemethoden in den Sensoreinheiten erfasst wird, beispielsweise indem mindestens ein Anteil, beispielsweise mindestens eine Konzentration, mindestens eines Edukts und/oder mindestens eines Produkts der Reaktion als Funktion der Zeit überwacht wird. Derartige Verfahren sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Insbesondere können die Sensoreinheiten, wie unten noch näher ausgeführt wird, derart eingerichtet sein, dass mindestens eine der Sensoreinheiten die Reaktion katalysiert und mindestens eine andere der Sensoreinheiten die Reaktion nicht katalysiert, beispielsweise indem diese ohne Katalysator ausgestaltet wird. Beispielsweise kann eine erste der Sensoreinheiten derart ausgestaltet werden, dass das Gas beim Eindringen in die Sensoreinheit mindestens einen Katalysator durchdringt, wohingegen mindestens eine zweite der Sensoreinheiten derart ausgestaltet sein kann, dass das Gas beim Eindringen in diese Sensoreinheit keinen Katalysator durchdringt.
Das Verfahren wird derart durchgeführt, dass jeweils mindestens eine Messgröße der Sensoreinheiten erfasst wird. So kann beispielsweise mittels mindestens einer ersten der Sensoreinheiten eine erste Messgröße erfasst werden, und mittels mindestens einer zweiten der Sensoreinheiten mindestens eine zweite Messgröße. Diese Messgröße kann beispielsweise eine Erfassung eines Potenzials und/oder einer Spannung und/oder eines Widerstands und/oder einer Temperatur und/oder eines Stroms und/oder einer anderen Messgröße umfassen. Beispielsweise können die Sensoreinheiten derart eingerichtet sein, dass mittels dieser jeweils dieselbe Art von Messgröße erfasst werden kann, so dass die Messgrößen der Sensoreinheiten miteinander vergleichbar sind.
Die Messgroßen werden bei dem Verfahren verglichen und daraus auf die mindestens eine Eigenschaft des Gases geschlossen. Der Vergleich kann direkt oder auch indirekt, also beispielsweise nach Umwandlung der Messgrößen in eine oder mehrere sekundäre Messgrößen oder eine oder mehrere abgeleitete Größen, erfolgen. Der Vergleich kann beispielsweise elektronisch durchgeführt werden, beispielsweise mittels mindestens eines Komparators und/oder mindestens einer anderen Messvorrichtung, welche beispielsweise eingerichtet ist, um eine Differenz zwischen den Messgrößen zu erfassen. Auch andere Arten des Vergleichs sind jedoch grundsätzlich möglich. Aus dem Vergleich kann beispielsweise mindestens eine Vergleichsgröße generiert werden, beispielsweise mindestens eine elektronische Vergleichsgröße, wobei beispielsweise aus dieser mindestens einen Vergleichsgröße mittels eines analytischen und/oder empirischen und/oder semiempirischen Verfahrens auf die mindestens eine zu erfassende Eigenschaft des Gases geschlossen werden kann. Beispielsweise kann hierfür mindestens ein Algorithmus verwendet werden, welcher beispielsweise in einer Datenverarbeitungsvorrichtung durchgeführt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise mittels mindestens einer Tabelle, insbesondere einer Lookup-Table, aus der mindestens einen Vergleichsgröße auf die mindestens eine Eigenschaft des Gases geschlossen werden.
Wie oben ausgeführt, kann die mindestens eine katalysierbare Reaktion insbesondere mindestens eine exotherme Reaktion umfassen. Die mindestens eine Eigenschaft des Gases kann insbesondere ein Vorliegen oder Nichtvorliegen mindestens einer exothermiefähigen Gaskomponente in dem Gas umfassen und/oder einen Anteil mindestens einer exothermiefähigen Gaskomponente in dem Gas. Die katalysierbare Reaktion kann, wie oben ausgeführt, insbesondere mindestens eine Oxidationsreaktion umfassen, wobei die Eigenschaft des Gases insbesondere einen Anteil oxidierbarer Gaskomponenten umfassen kann, insbesondere einen Anteil an Fettgasen wie beispielsweise einem Fettgas ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CO, H₂ und Kohlenwasserstoffen. Durch die katalysierbare Reaktion, welche grundsätzlich eine exotherme und/oder eine endotherme Reaktion umfassen kann, vorzugsweise jedoch eine exotherme Reaktion, kann insbesondere mindestens eine Eigenschaft des Gases und/oder mindestens einer der Sensoreinheiten verändert werden, insbesondere eine Eigenschaft ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer chemischen Zusammensetzung des Gases, einer Temperatur, einer Diffusionseigenschaft des Gases und mindestens einer Gaskomponente des Gases.
Der Katalysator kann insbesondere einen Katalysator umfassen, welcher von dem Gas bei der Beaufschlagung einer oder mehrerer der Sensoreinheiten durchdrungen wird. Insbesondere kann der Katalysator in mindestens einen Diffusionsweg eingebettet sein, wobei beispielsweise auf die oben beschriebene DE 10 2004 047 796 A1 verwiesen werden kann. Grundsätzlich kann der Katalysator jedoch auch auf andere Weise ausgestaltet sein, beispielsweise als Oberflächenkatalysator, beispielsweise indem dieser Katalysator in mindestens eine Elektrode mindestens einer der Sensoreinheiten integriert wird. Der Katalysator kann insbesondere mindestens ein Katalysatormaterial aufweisen, vorzugsweise mindestens ein metallisches Katalysatormaterial, vorzugsweise ein Katalysqatormaterial ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Platin, Rhodium, Palladium und Ruthenium.
Wie oben ausgeführt, sind die Sensoreinheiten eingerichtet, um die Reaktion in unterschiedlichem Maße zu katalysieren. Insbesondere kann mindestens eine der Sensoreinheiten eingerichtet sein, um die Reaktion mittels des Katalysators zu katalysieren, wobei mindestens eine andere der Sensoreinheiten keinen Katalysator aufweist und somit vorzugsweise eingerichtet ist, um die mindestens eine katalysierbare Reaktion nicht zu beeinflussen oder lediglich in erheblich geringerem Maße zu beeinflussen, beispielsweise lediglich mit einem Katalysator, welcher höchstens die Hälfte der katalytisches Aktivität des Katalysators der anderen Sensoreinheit aufweist, vorzugsweise höchstens 10%, insbesondere höchstens 1% und besonders bevorzugt höchsten 0,1%.
Wie oben ausgeführt, werden die Messgrößen der Sensoreinheiten miteinander verglichen und aus diesem Vergleich auf die mindestens eine Eigenschaft des Gases geschlossen. Zu diesem Zweck können die Messgrößen der Sensoreinheiten beispielsweise unmittelbar miteinander verglichen werden. Vorzugsweise kann mindestens ein Differenzsignal zwischen den Messgrößen der Sensoreinheiten gebildet werden. Insbesondere kann dieses mindestens eine Differenzsignal mindestens eine Spannung, also eine Potenzialdifferenz, zwischen mindestens zwei Elektroden der Sensoreinheiten umfassen, beispielsweise einer ersten Elektrode einer ersten der Sensoreinheiten und einer zweiten Elektrode einer zweiten der Sensoreinheiten. Alternativ oder zusätzlich kann das Differenzsignal jedoch auch beispielsweise mindestens eine Temperaturdifferenz umfassen und/oder eine Differenz von Temperatursignalen. Aus dem mindestens einen Differenzsignal kann auf die mindestens eine zu erfassende Eigenschaft geschlossen werden. Alternativ oder zusätzlich zur Erfassung mindestens eines Differenzsignals können die Messgrößen der Sensoreinheiten jedoch auch beispielsweise jeweils mit mindestens einer weiteren Messgröße verglichen werden, beispielsweise mindestens einer Referenzmessgröße wie beispielsweise einer Referenztemperatur und/oder einem Referenzpotenzial. Wiederum können dabei beispielsweise Differenzsignale zwischen den jeweiligen Messgrößen der Sensoreinheiten und der jeweils mindestens einen weiteren Messgröße, beispielsweise der Referenzmessgröße, generiert werden. Aus den Vergleichen können beispielsweise Vergleichssignale generiert werden, insbesondere Potenzialdifferenzen bzw. Spannungen, wobei die Vergleichssignale miteinander verglichen werden können und daraus vorzugsweise auf die Eigenschaft des Gases geschlossen werden kann. Der Vergleich der Messgrößen der Sensoreinheiten kann also beispielsweise direkt oder auch indirekt erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann der Vergleich auch beispielsweise derart erfolgen, dass die Messgrößen der Sensoreinheiten in eine gemeinsame Funktion einfließen, wobei aus dieser Funktion auf die zu erfassende Eigenschaft geschlossen werden kann. Verschiedene Alternativen sind möglich.
In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens umfassen die Sensoreinheiten jeweils mindestens einen Temperaturfühler. Unter einem Temperaturfühler ist allgemein im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element zu verstehen, welches eingerichtet ist, um ein Temperatursignal als Messgröße zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Messgröße erfasst werden, welche zu einer Temperatur korreliert, beispielsweise ein Widerstand und/oder ein Strom und/oder eine Spannung. Die Reaktion, welche für die einzelnen Sensoreinheiten in unterschiedlicher Weise katalysiert wird, kann die Temperaturfühler in unterschiedlicher Weise aufheizen und/oder abkühlen. Auf diese Weise kann zwischen den Temperaturfühlern eine Temperaturdifferenz entstehen. Der Vergleich der Messgrößen kann insbesondere eine Erfassung mindestens einer Temperaturdifferenz zwischen den Temperaturfühlern umfassen. Diese Erfassung der Temperaturdifferenz kann eine direkte Erfassung einer Temperaturdifferenz sein, kann jedoch auch beispielsweise eine Differenz zweier zu entsprechenden Temperaturen der Temperaturfühler korrelierender Signale sein und/oder eine Erfassung mindestens einer Größe sein, die zu einer Temperaturdifferenz korreliert. Verschiedene Möglichkeiten sind realisierbar und dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Beispielsweise können Spannungen und/oder Ströme und/oder Widerstände und/oder andere Arten von Messgrößen für die einzelnen Temperaturfühler erfasst werden und daraus jeweils Differenzsignale erzeugt werden, und/oder es können unmittelbar Differenzsignale erfasst werden, welche zu einer Temperaturdifferenz korrelieren.
Die Temperaturfühler können insbesondere auf einander gegenüberliegenden Seiten mindestens eines Sensorelements angeordnet sein, vorzugsweise desselben Sensorelements. Beispielsweise können die einander gegenüberliegenden Seiten jeweils mit dem Gas beaufschlagt werden. So kann mindestens ein Sensorelement vorgesehen sein, beispielsweise ein Sensorelement mit einem Schichtaufbau, wobei das Sensorelement beispielsweise auf einer ersten, mit dem Gas beaufschlagbaren Seite den mindestens einen Temperaturfühler aufweist und auf mindestens einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite einen zweiten Temperaturfühler. Allgemein kann der Temperaturfühler mindestens ein beliebiges Element umfassen, welches eingerichtet ist, um ein Temperatursignal zu generieren. Beispielsweise kann der Temperaturfühler mindestens einen Messwiderstand umfassen, beispielsweise einen Messwiderstand mit positivem Temperaturkoeffizienten, beispielsweise mindestens eine Leiterbahn, vorzugsweise ein Leiterbahnmäander. Auch andere Ausgestaltungen der Temperaturfühler sind jedoch grundsätzlich möglich. Beispielsweise können Temperaturwiderstände auf einander gegenüberliegenden Seiten eines keramischen Sensorelements angeordnet sein. Die Temperaturfühler können insbesondere symmetrisch derart ausgestaltet sein, dass diese ohne Reaktion des Gases im Wesentlichen gleiche Messgrößen generieren, beispielsweise Messgrößen, welche um nicht mehr als 20% voneinander abweichen, vorzugsweise um nicht mehr als 10% und insbesondere um nicht mehr als 5%. Weiterhin kann das Verfahren derart durchgeführt werden, dass die Temperaturfühler mittels mindestens eines Heizelements beheizbar sind. Beispielsweise kann dieses Heizelement in dem Sensorelement vorgesehen sein, beispielsweise in Form mindestens eines elektrischen Heizwiderstands. Alternativ oder zusätzlich kann jedoch auch mindestens ein externes Heizelement vorgesehen sein. Das mindestens eine Heizelement kann insbesondere derart ausgestaltet sein, dass dieses die Temperaturfühler symmetrisch aufheizen kann, so dass beispielsweise die Temperaturfühler in gleichem Maße aufgeheizt werden können, beispielsweise mit einer Temperaturdifferenz (ohne Reaktion des Gases) von nicht mehr als 20%, vorzugsweise von nicht mehr als 10% und besonders bevorzugt von nicht mehr als 5%. Beispielsweise kann das mindestens eine Heizelement Bestandteil eines Schichtaufbaus des Sensorelements sein. Beispielsweise kann das Heizelement im Inneren des Sensorelements angeordnet sein, wohingegen die Temperaturfühler vorzugsweise auf einander gegenüberliegenden Seiten, vorzugsweise auf einander gegenüberliegenden Oberflächen, des Sensorelements angeordnet sein können. Das Sensorelement kann dementsprechend beispielsweise einen symmetrischen Schichtaufbau aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung mehrerer Temperaturfühler können die Sensoreinheiten auch jeweils mindestens eine Sensorelektrode umfassen, wobei die Sensorelektroden mit dem Gas beaufschlagbar sein können. Beispielsweise können die Sensorelektroden auf einer Oberfläche eines Sensorelements und/oder einer Komponente des Sensorelements angeordnete metallische Schichten und/oder Metall-Keramik-Verbundmaterialien umfassen. Die Beaufschlagung mindestens einer der Sensorelektroden kann insbesondere durch mindestens ein poröses Material hindurch erfolgen, insbesondere durch mindestens eine Diffusionsbarriere hindurch, wobei der Katalysator in dem porösen Material enthalten sein kann. Beispielsweise kann mindestens ein Sensorelement verwendet werden, in welchem mindestens eine der Sensoreinheiten aufgenommen ist und bei welchem beispielsweise mindestens ein Diffusionsweg vorgesehen ist, welcher von dem Gas durchdrungen werden muss, um zu der Elektrode der Sensoreinheit zu gelangen. Alternativ oder zusätzlich kann das poröse Material jedoch auch eine Abdeckung mindestens einer der Sensorelektroden umfassen, beispielsweise eine Abdeckung aus einem porösen Material. Das poröse Material kann beispielsweise ein keramisches Material sein. Beispielsweise kann das poröse Material ein Aluminiumoxid umfassen, wobei der mindestens eine Katalysator, beispielsweise gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung, beispielsweise in dem porösen Material enthalten sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann der Katalysator jedoch auch in mindestens einer der Sensorelektroden enthalten sein, beispielsweise in lediglich einer der Sensorelektroden, während die andere Sensorelektrode katalytisch inaktiv ist, oder indem die Sensorelektroden eine unterschiedliche katalytische Aktivität, beispielsweise durch unterschiedliche Katalysatormaterialien und/oder durch unterschiedliche Katalysatormengen, aufweisen.
Sind Sensoreinheiten mit jeweils mindestens einer Sensorelektrode vorgesehen, so kann der Vergleich der Messgrößen der Sensoreinheiten insbesondere eine Erfassung mindestens einer Nernstspannung zwischen den Sensorelektroden umfassen. Auf diese Weise können Elektrodenpotenziale der Sensorelektroden miteinander verglichen werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Vergleich der Messgrößen der Sensoreinheiten auch eine Erfassung jeweils einer Nernstspannung zwischen den Sensorelektroden und mindestens einer Referenzelektrode, vorzugsweise einer für die Sensoreinheiten gemeinsam ausgebildeten Referenzelektrode, umfassen. Die dabei erfassten Nernstspannungen können miteinander verglichen werden.
Die Sensorelektroden können insbesondere jeweils Bestandteil mindestens einer elektrochemischen Zelle sein. Beispielsweise können die elektrochemischen Zellen jeweils mindestens eine der Sensorelektroden und mindestens eine weitere Elektrode sowie mindestens einen die Sensorelektrode und die weitere Elektrode verbindenden Elektrolyten, insbesondere mindestens einen Festelektrolyten, aufweisen. Insbesondere kann ein keramischer Festelektrolyt verwendet werden, beispielsweise ein auf Zirkoniumdioxid basierender Festelektrolyt, beispielsweise Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ) und/oder Scandium-dotiertes Zirkoniumdioxid (ScSZ). Die Messgrößen können insbesondere jeweils mindestens eine Eigenschaft der elektrochemischen Zellen umfassen. Beispielsweise können die Messgrößen jeweils mindestens einen Innenwiderstand der elektrochemischen Zellen umfassen, insbesondere mindestens einen Innenwiderstand mindestens einer Elektroden-Durchtrittsreaktion der Sensorelektroden. Diese mindestens eine Elektrodendurchtrittsreaktion kann beispielsweise eine Reaktion sein, bei welcher mindestens eine Gaskomponente als Ion in den Festelektrolyt eingebaut wird. Beispielsweise kann der Innenwiderstand mindestens einer Elektroden-Durchtrittsreaktion eines Einbaus und/oder Ausbaus von Sauerstoffionen in den bzw. aus dem Festelektrolyten oder eine zu diesem Innenwiderstand korrelierende Größe erfasst werden. Die Innenwiderstände der elektrochemischen Zellen können beispielsweise durch eine Beaufschlagung der elektrochemischen Zellen mit mindestens einem Pumpstrom erfasst werden. Beispielsweise kann diese Beaufschlagung eine Beaufschlagung mit einem Gleichstrom und/oder Wechselstrom und/oder eine Beaufschlagung mit einer Gleichspannung und/oder einer Wechselspannung umfassen, begleitet von einer Messung einer jeweils korrelierenden Große. So kann beispielsweise ein Pumpstrom durch Beaufschlagung mit einer Pumpspannung und einer Messung eines Stroms erfasst werden oder durch Beaufschlagung mit einem Strom und Erfassung einer entsprechenden Spannung. Verfahren zur Erfassung eines Innenwiderstands sind aus dem Stand der Technik dem Fachmann grundsätzlich bekannt.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum vorgeschlagen. Die Vorrichtung weist mindestens zwei Sensoreinheiten auf. Die Sensoreinheiten sind mit dem Gas beaufschlagbar. Die Sensoreinheiten können, wie oben ausgeführt, getrennt ausgestaltet sein, können jedoch auch ein oder mehrere gemeinsame Bauteile aufweisen. Vorzugsweise sind die Sensoreinheiten in ein gemeinsames Sensorelement integriert, beispielsweise ein keramisches Sensorelement und vorzugsweise ein keramisches Sensorelement mit einem Schichtaufbau.
Die Vorrichtung weist mindestens einen Katalysator auf. Die Sensoreinheiten sind eingerichtet, um mindestens eine katalysierbare Reaktion des Gases mittels des Katalysators in unterschiedlichem Maße zu katalysieren. Die Vorrichtung weist weiterhin mindestens eine Ansteuerung auf, beispielsweise eine elektronische Ansteuerung und/oder eine Ansteuerung mit mindestens einer Datenverarbeitungsvorrichtung. Die Ansteuerung kann beispielsweise mindestens eine Beaufschlagungsvorrichtung zur Beaufschlagung der Sensoreinheiten mit mindestens einer Spannung und/oder mindestens einem Strom aufweisen, und/oder mindestens eine Messvorrichtung zur Erfassung mindestens einer Messgröße der Sensoreinheiten. Beispiele werden unten noch näher ausgeführt. Die Ansteuerung ist eingerichtet, um jeweils mindestens eine Messgröße der Sensoreinheiten zu erfassen, die Messgrößen zu vergleichen und daraus auf die Eigenschaft des Gases zu schließen. Insbesondere kann die Vorrichtung eingerichtet sein, um ein Verfahren gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen durchzuführen, so dass für mögliche Ausgestaltungen der Vorrichtung auf die obige Beschreibung des Verfahrens verwiesen werden kann.
Wie oben ausgeführt, kann die Vorrichtung insbesondere mindestens ein Sensorelement umfassen. Die Ansteuerung kann getrennt von dem Sensorelement ausgebildet sein, kann jedoch auch grundsätzlich ganz oder teilweise in das Sensorelement integriert sein. Das Sensorelement kann insbesondere ein monolithisches keramisches Sensorelement umfassen. Das Sensorelement umfasst vorzugsweise die Sensoreinheiten. Alternativ oder zusätzlich können auch mehrere Sensorelemente für die Sensoreinheiten vorgesehen sein.
Die Sensoreinheiten können wie oben beschrieben ausgestaltet sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Sensoreinheiten jeweils mindestens einen Temperaturfühler umfassen. Die Temperaturfühler können insbesondere auf einander gegenüberliegenden Seite des Sensorelements angeordnet sein, wobei die einander gegenüberliegenden Seiten vorzugsweise jeweils mit dem Gas beaufschlagbar sein können.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verwendung einer Vorrichtung gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen zur Erfassung mindestens einer exothermiefähigen Gaskomponente eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen. Insbesondere kann diese Verwendung für die Steuerung eines so genannten Scavenging-Betriebs und/oder für eine Diagnose eines Abgaskatalysators und/oder einen Bauteileschutz eines oder mehrerer Bauteile eines Abgasstrangs einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt werden, insbesondere für einen Bauteileschutz eines oder mehrerer Abgaskatalysatoren.
Das oben beschriebene Verfahren, die Vorrichtung und die Verwendung weisen gegenüber bekannten Vorrichtungen, Verfahren und Komponenten eine Vielzahl von Vorteilen auf. So lassen sich die Vorrichtungen, das Verfahren und die Verwendung insbesondere in einer Verbrennungskraftmaschine einsetzen, wobei die Nachteile bekannter Vorrichtungen und Verfahren auf einfache und elegante Weise behoben werden können. Insbesondere kann die Erfindung beim so genannten Scavenging-Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt werden. Bei einem Scavenging wird durch eine geeignete Überschneidung von Einlass- und Auslassventilöffnungen in einer Verbrennungskraftmaschine ein Überströmen von Frischluft über einen Zylinder erreicht. Dadurch wird ein Restgas aus dem Zylinder besser ausgespült, was eine höhere Zylinderfüllung in einem nächsten Arbeitstrakt ermöglichen kann. Somit kann eine Leistungsausbeute der Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise eines Motors, gesteigert und eine Klopfneigung verringert werden. Des Weiteren ergibt sich ein Mitkoppeleffekt für beispielsweise einen Turbolader durch einen höheren Abgasmassenstrom. Dadurch lässt sich insbesondere im unteren Drehzahlbereich ein Ansprechverhalten des Turboladers und somit ein Drehmoment deutlich steigern. Während des Scavengings wird in der Regel ein Gasgemisch aus oxidierbaren Abgasbestandteilen und Frischluft mit einem entsprechenden Sauerstoffanteil ausgestoßen. Hierbei wird in der Regel von so genannten Paketen aus überströmender Luft und Restgasen der Verbrennung gesprochen. Der Ausstoß oxidierbarer Abgasbestandteile liegt in der Regel ursächlich an dem fetten Brennraumgemisch beim Scavenging, was zu einer unvollständigen Verbrennung führen kann. Das ausgestoßene Gasgemisch ist in der Regel, abhängig beispielsweise von einer eingespritzten Kraftstoffmasse, noch reaktionsfähig und kann im Abgassystem, insbesondere in einem Abgaskatalysator, abreagieren. Diese exotherm verlaufende Reaktion kann, je nach Zusammensetzung des Gasgemischs, eine mehr oder weniger starke Temperaturerhöhung in dem Abgaskatalysator bewirken. Im Extremfall kann der Abgaskatalysator durch die hohen Temperaturen geschädigt oder sogar zerstört werden.
Erfindungsgemäß ist es nunmehr möglich, einen Anteil einer oder mehrerer exothermiefähiger Gaskomponenten in dem Gas, insbesondere dem Abgas, zu erfassen und dadurch den Scavenging-Betrieb beispielsweise derart zu beeinflussen, dass eine exotherme Reaktion im Abgaskatalysator nicht zu Temperaturen oberhalb eines zulässigen Bereichs führt. Prinzipiell können hierzu beispielsweise zwei Möglichkeiten eingesetzt werden. So kann beispielsweise, insbesondere aufgrund der erfindungsgemäß erfassten mindestens einen Eigenschaft, eine Einspritzmenge der Verbrennungskraftmaschine so beeinflusst werden, beispielsweise reduziert werden, dass ein Kraftstoffüberschuss im Brennraum abnimmt und entsprechend weniger oxidierbare Abgasbestandteile ausgestoßen werden. Alternativ oder zusätzlich ist eine Möglichkeit realisierbar, bei welcher beispielsweise eine Ventilüberschneidung und/oder eine Spülluft so beeinflusst werden, beispielsweise reduziert werden, dass im Abgas weniger Sauerstoff zur Nachoxidation bereitsteht. Auf diese Weise kann beispielsweise der Scavenging-Betrieb eingeschränkt werden. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht nunmehr eine Möglichkeit, die beschriebenen Effekte auch beispielsweise in einem Serienfahrzeug auf einfache Weise zu messen und bei der Steuerung der Verbrennungskraftmaschine zu berücksichtigen. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Bauteilschutz realisiert werden, beispielsweise ein Bauteilschutz eines oder mehrerer Abgaskatalysatoren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren, bei welchen ein Bauteilschutz in der Regel im Wesentlichen auf modellierten Temperaturen mit allen entsprechenden Unsicherheiten beispielsweise aufgrund von Bauteilstreuungen, Modellvereinfachungen und ähnlichen Unsicherheiten beruht, lässt sich nunmehr mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine auf tatsächlichen Messwerten basierende Steuerung realisieren. Weiterhin werden die oben beschriebenen Nachteile herkömmlicher Temperatursensoren innerhalb oder hinter einem Abgaskatalysator vermieden, welche in einer Trägheit der Temperaturmessung und in der Tatsache bestehen, dass die Messsignale erst erfasst werden, wenn die exotherme Reaktion bereits abgelaufen ist. Erfindungsgemäß lässt sich die mindestens eine Eigenschaft des Gases schnell und zuverlässig erfassen, so dass beispielsweise Anteile oxidierbarer Gaskomponenten in dem Gas bereits erfasst werden können, bevor diese in dem Katalysator oxidiert werden können. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen, bei welchen neben einer thermischen Trägheit des Abgaskatalysators an sich auch das Ansprechverhalten der Abgastemperatursensoren zu berücksichtigen ist, welches in der Regel eher langsam ist, insbesondere aufgrund einer Schutzummantelung der Temperatursensoren und einer daraus resultierenden thermischen Trägheit, lässt sich erfindungsgemäß ein schnell ansprechendes und somit gut handhabbares Verfahren zur Motorsteuerung realisieren.
Weiterhin lässt sich, wie oben beschrieben, erfindungsgemäß auch eine Diagnose mindestens eines Bauteils der Verbrennungskraftmaschine realisieren, beispielsweise eine Diagnose mindestens eines Abgaskatalysators. Beispielsweise lässt ein Drei Wege-Abgaskatalysator in Kraftfahrzeugen ein Abgas in der Regel ins Gleichgewicht abreagieren, wobei die dabei vorhandenen Fettgase, beispielsweise Wasserstoff, Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid, mit den vorhandenen Magergasen, beispielsweise Sauerstoff und NOx, abreagieren können. Bei herkömmlichen Diagnoseverfahren wird die Diagnose der Funktion des Abgaskatalysators in der Regel über eine dynamische Anregung der Abgase durchgeführt. Wenn die Amplitude durch die Speicherfähigkeit des Abgaskatalysators herausgedämpft wird, so wird daraus auf eine ordnungsgemäße Funktion des Abgaskatalysators geschlossen. Ist der Abgaskatalysator defekt, so lässt sich die Abgasänderung sofort mit einer nach dem Abgaskatalysator angeordneten Sonde feststellen. Beispielsweise können hierzu planare Lambdasonden eingesetzt werden, welche mit einer gepulsten Spannungsquelle beheizt werden, wobei eine Soll-Temperatur anhand eines hochfrequenten Keramikwiderstands ermittelt wird. Bei derartigen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist jedoch in der Regel nicht gewährleistet, dass Messsignale ausreichend genau und schnell sind. Beispielsweise kann das Modulationsverfahren nicht dazu verwendet werden, um während eines Kaltstarts die Konvertierungsfähigkeit des Abgaskatalysators zu messen. Aus diesem Grund wird üblicherweise bisher das Beheizen des Abgaskatalysators mit voller Länge, d. h. bei vollem Benzinverbrauch, wie für einen gealterten Abgaskatalysator ausgelegt. Es fehlt in der Regel eine Information über den Anspringzeitpunkt des Katalysators. Erfindungsgemäß kann dieser Anspringzeitpunkt nun erfasst werden, da beispielsweise auf einfache Weise vor und/oder innerhalb und/oder hinter dem Katalysator (jeweils bezogen auf eine Strömungsrichtung des Abgases) ein Anteil mindestens einer exothermiefähigen Komponente des Abgases erfasst werden kann. Auf diese Weise ist es nunmehr möglich, die Katalysatordiagnose des Abgaskatalysators zu verbessern und beispielsweise eine Beheizung des Abgaskatalysators zumindest bei nicht gealterten Abgaskatalysatoren zu verkürzen und dadurch Kraftstoff einzusparen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung lassen sich auch bei unbekannter Temperatur des Abgases und/oder bei unbekannter Temperatur der Vorrichtung bzw. des mindestens einen Sensorelements der Vorrichtung einsetzen.
Weiterhin lassen sich erfindungsgemäß auch Probleme überwinden, welche bei herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren darin bestehen, dass beim Kaltstart eines Abgaskatalysators in der Regel ein erstes Drittel des Abgaskatalysators die Hauptlast einer Kohlenwasserstoff-Konvertierung trägt. Wenn diese erste Zone des Abgaskatalysators defekt ist, dann kann zwar der Abgaskatalysator im statischen Betrieb als Ganzes durchaus noch hinreichend konvertieren. Anders als bei einem gleichmäßig gealterten Abgaskatalysator hat jedoch das verstärkte Altem der ersten Zone zur Folge, dass während einer Startphase, in welcher typischerweise 90% der Kohlenwasserstoffemissionen anfallen, die Schadstoffe in erhöhtem Maße produziert werden. Da erfindungsgemäß nunmehr exothermiefähige Komponenten in dem Abgas vor und/oder innerhalb und/oder hinter dem Abgaskatalysator erfasst werden können, ist somit nunmehr auch eine Diagnose der Gesamtemissionen und/oder eine Diagnose der ersten Zone des Abgaskatalysators alleine möglich.
Das Verfahren und die Vorrichtung können, wie oben beschrieben, insbesondere derart ausgestaltet sein, dass die Sensoreinheiten jeweils mindestens eine Elektrode aufweisen, welche mit dem Gas aus dem Messgasraum beaufschlagbar ist. Bei dieser Beaufschlagung der Elektroden kann das Gas in unterschiedlichem Maße katalysiert werden, beispielsweise indem eine Elektrode einer ersten Sensoreinheit mit katalysiertem Gas beaufschlagt wird und eine Elektrode einer anderen Sensoreinheit mit nicht-katalysiertem Gas. Beispielsweise kann auf bekannten Sensorelementen, beispielsweise Liquid-Sensoren und/oder Lambdasonden, eine zusätzliche abgasseitige Elektrode vorgesehen sein, welche als Elektrode der zweiten Sensoreinheit dient und welche beispielsweise als Referenzelektrode ausgestaltet sein kann. Auf diese Weise kann aus dem Vergleich zweier Messgrößen, die mittels dieser Elektroden generiert werden, auf einfache Weise auf die Eigenschaft des Gases geschlossen werden, beispielsweise auf die Exothermiefähigkeit des Gases, insbesondere auf den Anteil mindestens einer oxidierbaren Gaskomponente in dem Gas. Dieser Rückschluss kann insbesondere erfolgen, ohne dass eine durch einen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine bedingte Schwankung der Temperatur und/oder des Volumenflusses und/oder eines Wassergehalts oder ähnlicher Parameter des Gases eine derartige Aussage erschweren würden, wie dies beispielsweise bei der Auswertung mit nur einer Elektrode typischerweise der Fall wäre. Auf ähnlich einfache Weise lässt sich die oben beschriebene Ausgestaltung realisieren, bei welcher die Sensoreinheiten jeweils mindestens einen Temperaturfühler aufweisen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.
Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum, mit zwei Temperaturfühlern; und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum, mit mehreren Sensorelektroden.
Ausführungsformen der Erfindung
In den 1 und 2 sind jeweils Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Vorrichtungen 110 zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum 112 dargestellt. Anhand dieser Vorrichtungen 110 sollen auch entsprechende Varianten erfindungsgemäßer Verfahren erläutert werden.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 110 dargestellt, welche ein Sensorelement 114 und eine mit dem Sensorelement 114 verbundene Ansteuerung 116 umfasst. Das Sensorelement 114 kann beispielsweise als keramisches Sensorelement 114 ausgestaltet sein, mit einem keramischen Schichtaufbau und beispielsweise einer oder mehreren keramischen Schichten 118. Das Sensorelement 114 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Sensoreinheiten 120, 122 auf, welche vorzugsweise symmetrisch in dem Sensorelement 114 angeordnet sind, beispielsweise auf einander gegenüberliegenden Seiten 124, 126 des Sensorelements 114, welche jeweils mit Gas aus dem Messgasraum 112 beaufschlagbar sein können. Die Sensoreinheiten 122 umfassen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils einen Temperaturfühler 128, 130, wobei die Temperaturfühler 128, 130 beispielsweise auf Oberflächen des Sensorelements 114, vorzugsweise auf einander gegenüberliegenden Oberflächen, die den Seiten 124, 126 zuweisen, angeordnet sein können. Die Temperaturfühler 128, 130 können beispielsweise Messwiderstände umfassen.
Die Sensoreinheiten 120, 122 sind derart ausgestaltet, dass mindestens eine katalysierbare Reaktion mittels der Sensoreinheiten 120, 122 in unterschiedlichem Maße katalysiert wird. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine der Sensoreinheiten 120 mindestens einen Katalysator 132 umfassen, beispielsweise ein katalytisches Material, welches in einer gasdurchlässigen, porösen Schutzschicht 134 über dem Temperaturfühler 128 angeordnet ist. Der andere Temperaturfühler 130 kann beispielsweise ebenfalls eine derartige Schutzschicht 134 umfassen, wobei jedoch diese Schutzschicht 134 beispielsweise den Katalysator 132 nicht enthält oder in anderem Maße enthält als die Schutzschicht 134 des Temperaturfühlers 128.
Weiterhin kann das Sensorelement 114 mindestens ein Heizelement 136 umfassen, welches beispielsweise in einer Isolierschicht 138 eingebettet sein kann und welches beispielsweise einen oder mehrere Heizwiderstände, insbesondere Heizmäander, aufweisen kann. Insbesondere kann das Heizelement 136 symmetrisch zu den Temperaturfühlern 128, 130 angeordnet sein.
Die Ansteuerung 116 kann beispielsweise Messvorrichtungen 140, 142 zur Erfassung von Messwerten der Temperaturfühler 128, 130 aufweisen, beispielsweise Messvorrichtungen, welche eingerichtet sind, um einen Widerstand der Temperaturmesswiderstände der Temperaturfühler 128, 130 zu erfassen. Derartige Messvorrichtungen 140, 142 sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Weiterhin kann mindestens eine Vergleichseinrichtung 144 vorgesehen sein, um Messgrößen der Temperaturfühler 128, 130 miteinander zu vergleichen und daraus beispielsweise auf die zu erfassende Eigenschaft des Gases zu schließen. Diese Vergleichseinrichtung 144 kann auch ganz oder teilweise mit den Messvorrichtungen 140, 142 zusammengefasst sein oder kann separat von diesen Elementen ausgestaltet sein. Weiterhin kann die Ansteuerung 116 mindestens eine Heizersteuerung 146 umfassen, beispielsweise eine Heizstromquelle und/oder eine Heizspannungsquelle, wobei die Heizersteuerung 146 gepulst und/oder kontinuierlich ausgestaltet sein kann.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung kann grundsätzlich aus einer Modifikation bekannter Liquid-Sensoren entstehen, welche als Applikationstool zur Bestimmung eines Flüssigkeitsstroms während einer Taupunktphase eingesetzt werden können. Anstelle eines einzelnen Temperaturfühlers 128 sind jedoch in der vorliegenden Ausgestaltung mehrere Temperaturfühler 128, 130 vorgesehen. Beispielsweise kann das Sensorelement, wie in 1 gezeigt, auf beiden Außenflächen außenliegende Temperatur-Messmäander, beispielsweise aus einem katalytisch inaktiven Material wie z. B. Gold, sowie mindestens ein in das Sensorelement 114 eingebettetes Heizelement 136 umfassen. Der Katalysator 132 kann beispielsweise eine Vorkatalyse-Schicht auf genau einer Außenfläche des Sensorelements 114, beispielsweise des Liquid-Sensors, umfassen, oder beispielsweise nur einer der beiden außenliegenden Temperatur-Messmäander kann aus einem katalytisch aktiven Material wie z. B. Platin bestehen oder ein derartiges Material aufweisen. Auf diese Weise kann es beispielsweise, wie in 1 gezeigt, lediglich an einer Sensoreinheit 120 zu einer exothermen Reaktion kommen, beispielsweise indem oxidierbare Gaskomponenten des Gases des Messgasraums 112 dort katalytisch oxidiert werden. Dementsprechend ergibt sich zwischen den Temperaturfühlern 128, 130, beispielsweise den Messmäandern, ein Temperaturunterschied, da die Exothermiereaktion in diesem Fall beispielsweise lediglich auf der mit dem Katalysator 132 versehenen Seite der Sensoreinheit 120 auftritt, nicht hingegen oder lediglich in verändertem Maße an der Sensoreinheit 122. Die Temperaturänderung aufgrund der Exothermiereaktion kann mit außenliegenden Mäandern direkter und schneller gemessen werden als beispielsweise durch eine Messung von Keramik-Innenwiderständen. Dementsprechend ist es in dieser oder auch in anderen Ausgestaltungen der Erfindung besonders bevorzugt, wenn die Temperaturfühler 128, 130 jeweils mindestens einen Temperaturmesswiderstand aufweisen, welcher auf einer dem Gas des Messgasraums 112 ausgesetzten Außenoberfläche des Sensorelements 114 angeordnet ist. Mittels des Heizelements 136 kann ein Temperaturniveau der Sensoreinheiten 120, 122, beispielsweise der Temperaturfühler 128, 130 eingestellt werden, so dass beispielsweise ein optimales Verhältnis einer Heizleistung des Sensorelements 114 zu einer Temperaturänderung durch die Exothermie-Reaktion eingestellt werden kann. Beispielsweise über einen Vergleich der durch die Sensoreinheiten 120, 122 erfassten Messgrößen, beispielsweise durch einen Vergleich der beiden Temperaturen, kann beispielsweise eine Kompensation einer betriebspunktabhängigen Temperaturänderung an der Sensoroberfläche stattfinden, so dass sich exothermiebedingte Temperaturänderungen auf einer Sensorseite unter allen Betriebsbedingungen eindeutig von betriebspunktabhängigen Temperaturänderungen unterscheiden lassen. Die Vorrichtung 110 weist somit den Vorteil auf, dass zur Erkennung einer Exothermiereaktion keine Änderung eines Betriebsmodus notwendig ist, wodurch eventuelle andere Funktionen beeinträchtigt werden können, wie beispielsweise eine herabgesetzte Temperatur einer Lambdasonde. Des Weiteren ist prinzipiell eine kombinierte Ausgestaltung der Vorrichtung 110 mit anderen Vorrichtungen denkbar, so dass die Vorrichtung 110 beispielsweise, neben der Erfassung eines Anteils einer oder mehrerer exothermiefähiger Gaskomponenten in dem Gas, mindestens eine weitere Funktion erfüllen kann, beispielsweise eine Funktion einer Erfassung mindestens einer weiteren Eigenschaft des Gases, beispielsweise eine Funktion einer Bestimmung einer Abgastemperatur, eines Abgasmassenstroms und/oder eines Flüssigkeitsstroms.
Die Vorrichtung 110 gemäß 1 oder Teile derselben, beispielsweise das Sensorelement 114, kann grundsätzlich in einer beliebigen Position insbesondere in einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt werden. Beispielsweise kann das Sensorelement 110 vor, innerhalb oder hinter einem Katalysator eingesetzt werden.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 schematisch dargestellt. Die Vorrichtung 110, welche grundsätzlich analog zur Vorrichtung 110 gemäß 1 ausgestaltet und eingesetzt werden kann, weist wiederum vorzugsweise eine Ansteuerung 116 und mindestens ein Sensorelement 114 auf. Das Sensorelement 114 kann beispielsweise grundsätzlich ausgestaltet sein wie die oben beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten Lambdasonden, beispielsweise wie die Breitband-Lambdasonde gemäß DE 10 2004 047 796 A1 oder die Breitband-Lambdasonde gemäß Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 158–159, mit den nachfolgend beschriebenen Modifikationen. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich.
Das Sensorelement 114 umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel wiederum optional mindestens ein Heizelement 136, analog beispielsweise zur Ausgestaltung in 1. Eine optionale Heizersteuerung 146, welche in der Ansteuerung 116 vorhanden sein kann, ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zur Vereinfachung nicht dargestellt. Weiterhin umfasst das Sensorelement 114 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Sensorelektroden 148, 150, welche jeweils einteilig oder mehrteilig ausgestaltet sein können und von denen mindestens eine Sensorelektrode 148 einer ersten Sensoreinheit 120 zugeordnet ist und mindestens eine zweite Sensorelektrode 150 mindestens einer zweiten Sensoreinheit 122. Während die Sensorelektrode 150 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf einer dem Messgasraum 112 zuweisenden Seite eines keramischen Schichtaufbaus angeordnet ist und beispielsweise von dem Messgasraum 112 lediglich durch eine optionale, poröse und gasdurchlässige Schutzschicht 134 getrennt ist, ist die Sensorelektrode 148 in einem Elektrodenhohlraum 152 angeordnet, welcher ungefüllt oder auch mit einem porösen, gasdurchlässigen Material ausgefüllt sein kann und welcher beispielsweise über einen Gaszutrittsweg 154 mit Gas beaufschlagbar sein kann. In dem Gaszutrittsweg 154 kann, wie in 2 dargestellt, mindestens eine Diffusionsbarriere 156 vorgesehen sein. Dementsprechend kann der Gaszutrittsweg 154 vollständig oder teilweise als Diffusionsweg ausgestaltet sein.
Es wird darauf hingewiesen, dass die in 2 gezeigte Ausgestaltung mit den mindestens zwei Sensorelektroden 148, 150 lediglich eine von vielen Möglichkeiten zur Realisierung eines Sensorelements 114 darstellt, bei welchen mindestens zwei Sensorelektroden einem Gas aus dem Messgasraum ausgesetzt sind. In analoger Weise könnten auch beispielsweise beide Sensorelektroden 148, 150 auf einer dem Messgasraum 112 zuweisenden Seite des Sensorelements 114 angeordnet sein oder beide Elektroden im Inneren eines Schichtaufbaus des Sensorelements 114 angeordnet sein. Die Sensorelektroden 148, 150 sind jeweils auf einer oder mehreren Schichten von Festelektrolyten 158 angeordnet.
Weiterhin ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel exemplarisch und lediglich optional mindestens eine weitere Elektrode vorgesehen, welche beispielsweise als Referenzelektrode 160 ausgestaltet sein kann. Es wird darauf hingewiesen, dass diese Referenzelektrode 160, wie unten noch näher ausgeführt wird, grundsätzlich optional ist, da beispielsweise auch unmittelbar Messsignale der Elektroden 148, 150 erfasst werden und miteinander verglichen werden können. Die Referenzelektrode 160 kann beispielsweise in mindestens einem Referenzgasraum 162 angeordnet sein, beispielsweise einem Referenzgaskanal und insbesondere einem Referenzluftkanal. Auch eine andere Ausgestaltung ist jedoch grundsätzlich möglich, beispielsweise eine Anordnung in einem Referenzgasraum 162, in welchem auf andere Weise eine definierte oder undefinierte Atmosphäre eingestellt werden kann. Es wird darauf hingewiesen, dass, da lediglich ein Vergleich der Messgrößen der Sensoreinheiten 120, 122 durchgeführt wird, eine definierte Referenzgasatmosphäre an der Referenzelektrode 162 grundsätzlich nicht erforderlich ist, da diese beispielsweise bei einer Differenzbildung lediglich zu einander gegenseitig aufhebenden Termen führen würde.
Analog zur Ausgestaltung gemäß 1 sind die Sensoreinheiten 120, 122 auch in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wiederum derart ausgestaltet, dass mindestens eine Reaktion des Gases, beispielsweise mindestens eine Oxidationsreaktion, durch die Sensoreinheiten 120, 122 in unterschiedlichem Maße katalysiert wird. Beispielsweise kann dies dadurch erfolgen, dass bei der Ausgestaltung in 2 die Diffusionsbarriere 156 mit dem Katalysator 132 versetzt wird, wohingegen die Schutzschicht 134 nicht oder lediglich in anderem Maße mit diesem Katalysator 132 versetzt wird. Auf diese Weise wird beispielsweise beim Durchdringen des Gaszutrittswegs 154 mindestens eine Reaktion in dem Gas, beispielsweise eine Oxidationsreaktion, katalysiert. Alternativ oder zusätzlich kann die eine der beiden Sensorelektroden 148, 150 ganz oder teilweise aus mindestens einem katalytisch aktiven ersten Material hergestellt sein, und die jeweils andere der Sensorelektroden 148, 150 ganz oder teilweise aus mindestens einem katalytisch inaktiven oder katalytisch weniger aktiven zweiten Material hergestellt sein.
Das Verfahren zur Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft des Gases in dem Messgasraum 112 kann mittels der in 2 dargestellten Vorrichtung auf verschiedene Weisen erfolgen, welche auch grundsätzlich miteinander kombinierbar ausgestaltet sein können. Zu diesem Zweck kann die Ansteuerung 116, zusätzlich zu der optionalen mindestens einen Vergleichseinrichtung 144, beispielsweise eine oder mehrere Auswertevorrichtungen umfassen, welche in 2 mit den Bezugsziffern 164, 166 und 168 bezeichnet sind. Es sei darauf hingewiesen, dass die Verschaltung dieser Auswertungsvorrichtungen 164–168 in 2 lediglich exemplarisch und symbolisch dargestellt ist, so dass beispielsweise auch lediglich eine dieser Auswertungsvorrichtungen vorgesehen sein kann und/oder dass ein oder mehrere Schalter vorgesehen sein können, um lediglich eine oder mehrere dieser Auswertevorrichtungen 164–168 gleichzeitig zu aktivieren. Eine Aktivierung kann beispielsweise auch durch die Vergleichseinrichtung 144 erfolgen, welche beispielsweise mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen kann und welche in diesem oder auch in anderen Ausführungsbeispielen beispielsweise programmtechnisch eingerichtet sein kann, um ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
In einer ersten möglichen Ausgestaltung kann die Vorrichtung 110 beispielsweise eingerichtet sein, um eine Potenzialdifferenz zwischen den Sensorelektroden 148, 150 zu erfassen, also eine Spannung. Zu diesem Zweck kann die Auswertevorrichtung 164 vorgesehen sein, welche beispielsweise eine Messvorrichtung 170, beispielsweise in Form einer Spannungsmessvorrichtung, umfassen kann, um beispielsweise eine Nernstspannung zwischen den Sensorelektroden 148, 150 zu erfassen. Beispielsweise kann diese Spannung zwischen den Elektroden 148, 150 nahe einer Luftzahl λ = 1 erfasst werden, beispielsweise bei λ = 1 ± 0,1, vorzugsweise λ = 1 ± 0,05. Während die Sensorelektrode 148 aufgrund der Vorkatalyse durch den Katalysator 132 beispielsweise Stickstoffpotenzial hat, da in der Diffusionsbarriere 156 und/oder Diffusionsschicht vorzugsweise alles Nichtgleichgewichtsgas vollständig zu Inertgas umgewandelt wird, weist die andere Sensorelektrode 150, welche vorzugsweise ohne Katalysator 132 ausgestaltet ist, eine Fett- oder Magerspannung auf. Dies ist dadurch bedingt, dass bei der katalytischen Reaktion und der dementsprechenden Umwandlung des Gases des Messgasraums 112 durch die Reaktion typischerweise sich auch die Diffusionseigenschaften des Gases ändern. Beispielsweise weisen Fett- und Magerkomponenten je nach Molekülgröße unterschiedliche Diffusionseigenschaften auf und diffundieren somit beispielsweise unterschiedlich schnell durch die Diffusionsbarriere 156. Dementsprechend kann sich beispielsweise an der Elektrode 148 bzw. in dem Elektrodenhohlraum 152 eine von der im Messgasraum 112 vorliegenden Gaskonzentration λ = 1 abweichende Netto-Konzentration einstellen. Die Größe der durch die Messvorrichtung 170 erfassten Spannung kann somit beispielsweise ein Maß für die mindestens eine zu erfassende Eigenschaft des Gases 112 sein, beispielsweise für einen Anteil an Fettgaskomponenten in diesem Gas und/oder für eine Scavenging-Rate.
Weiterhin sind Auswertevorrichtungen 166, 168 optional realisierbar, einzeln oder in Kombination, mittels derer sich eine andere Ausgestaltung der Vorrichtung 110 und des Verfahrens realisieren lässt. Bei dieser Ausgestaltung wird jeweils mindestens ein Innenwiderstand und/oder jeweils mindestens ein Teil-Innenwiderstand elektrochemischer Zellen 172, 174 erfasst, deren Bestandteil jeweils die Sensorelektroden 148, 150 sind. So kann beispielsweise die Sensorelektrode 148, gemeinsam mit dem Festelektrolyten 158 und der Referenzelektrode 160, eine erste elektrochemische Zelle 172 bilden, und die Sensorelektrode 150 kann, ebenfalls gemeinsam mit dem Festelektrolyten 158 und der Referenzelektrode 160, eine zweite elektrochemische Zelle 174 bilden. Der Innenwiderstand und/oder ein Teilinnenwiderstand einer oder mehrerer dieser elektrochemischen Zellen 172, 174 kann mittels der Ansteuerung 116 und insbesondere den Auswertevorrichtungen 166, 168 erfasst werden. Zu diesem Zweck können die Auswertevorrichtungen 166, 168 beispielsweise mindestens eine Beaufschlagungsvorrichtung 176 und mindestens eine Messvorrichtung 178 umfassen, wobei diese Komponenten der Auswertevorrichtung 166, 168 auch ganz oder teilweise zusammengefasst sein können. Beispielsweise kann die mindestens eine Beaufschlagungsvorrichtung 176 mindestens eine Stromquelle und/oder mindestens eine Spannungsquelle umfassen, welche eingerichtet ist, um eine oder beide der elektrochemischen Zellen 172, 174 mit einer Spannung und/oder einem Strom zu beaufschlagen, wobei eine kontinuierliche oder auch eine gepulste Beaufschlagung, mit einer Gleichspannung und/oder einem Gleichstrom und/oder einer Wechselspannung und/oder einem Wechselstrom möglich ist.
Mittels dieser Vorrichtung ist beispielsweise jeweils eine Messung eines Innenwiderstands einer oder beider der elektrochemischen Zellen 172, 174 denkbar, wobei die Innenwiderstände und/oder zu diesen Innenwiderständen korrelierende Größen (was im Rahmen der vorliegenden Erfindung gleichbedeutend sein soll) miteinander verglichen werden können. Beispielsweise kann in einer ersten Ausgestaltung jeweils eine Messung des Innenwiderstands, insbesondere eines Innenwiderstands einer Elektroden-Durchtrittsreaktion, beider Sensorelektroden 148, 150 durch Pumpen von Sauerstoffionen (O^2–) zu der dritten, als Referenz dienenden Referenzelektrode 160 erfolgen. Dieser Innenwiderstand, welcher auch als RiCT bezeichnet werden kann, lässt sich auf diese Weise beispielsweise bei abgekühltem Sensorelement 114, wenn ein Ladungsdurchtritt reaktionsbestimmend ist, ermitteln, beispielsweise bei Temperaturen der Sensoreinheiten 120, 122 von 550°C bis 650°C. Die Innenwiderstände können sich beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Temperaturen der Sensorelektroden 148, 150, insbesondere aufgrund unterschiedlicher Temperaturen aufgrund einer exothermen Reaktion, und/oder aufgrund einer Anwesenheit bzw. Abwesenheit von Wasserstoff, welcher die Sauerstoff-Diffusion auf einer Elektrodenoberfläche, beispielsweise einer Platinoberfläche, beeinflusst, unterscheiden. insgesamt beeinflussen somit gegebenenfalls an den Sensoreinheiten 120, 122 in unterschiedlichem Maße ablaufende exotherme Reaktionen die Innenwiderstände der elektrochemischen Zellen 172, 174. Ein Vergleich der beiden Innenwiderstände kann beispielsweise eine qualitative und/oder quantitative Aussage über die mindestens eine zu erfassende Eigenschaft ermöglichen, beispielsweise über einen Anteil mindestens einer oxidierbaren Gaskomponente oder allgemein einen Anteil an Fettgasen und insbesondere eine quantitative Aussage über eine Exothermiefähigkeit des Gases.
In einer alternativ oder zusätzlich realisierbaren Ausgestaltung kann auch ein hochfrequenter Innenwiderstand der elektrochemischen Zellen 172, 174 erfasst werden, welcher im Folgenden auch als RiAC bezeichnet werden kann. So kann beispielsweise ein hochfrequenter RiAC von der jeweiligen Sensorelektrode 148 bzw. 150 zu der dritten, als Referenzelektrode 160 fungierenden Elektrode erfasst werden. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende hochfrequente Ausgestaltung der mindestens einen Beaufschlagungsvorrichtung 176 erfolgen. Hierdurch kann beispielsweise eine Temperatur des Festelektrolyten 158 in der jeweiligen elektrochemischen Zelle 172, 174 bestimmt werden. Die Differenz der RiAC, welche beispielsweise von der Vergleichseinrichtung 144 bestimmt werden kann, kann einen Rückschluss auf die mindestens eine zu erfassende Eigenschaft des Gases ermöglichen. Beispielsweise kann die Differenz der beiden RiAC eine Aussage darüber ermöglichen, um wie viel heißer bei der einen der Sensorelektroden 148, 150 die Elektroden-nahe Elektrolytzone im Fall von exothermen Reaktionen ist, wobei die exothermen Reaktionen auf diese Weise quantifiziert werden können.
Die Sensorvorrichtung 110 gemäß 1 lässt sich beispielsweise, wie oben ausgeführt, durch eine entsprechende Modifikation mindestens einer Lambdasonde mit mindestens zwei, dem Gas aus dem Messgasraum 112 ausgesetzten Elektroden (auch als Außenelektroden bezeichnet) realisieren, beispielsweise durch eine entsprechende Einbringung mindestens eines Katalysators 132. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch möglich.
In beiden Ausgestaltungen, also gemäß 1 und 2, sowie gegebenenfalls in weiteren Ausgestaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung, liegt ein besonderer Vorteil darin, dass beispielsweise eine Differenztemperatur der Sensoreinheiten 120, 122 oder Teilen derselben unabhängig vom Grundniveau der Temperatur sein kann, d. h. beispielsweise von einem Motorbetriebszustand. Das Verfahren lässt sich beispielsweise auch auf einfache Weise in bekannten Breitband-Lambdasonden, wie beispielsweise in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 158–159 beschrieben, einsetzen, beispielsweise durch Einbringung eines entsprechenden Katalysators. Dies ist insbesondere aufgrund der Diffusionsbarriere 156 möglich, welche für eine starke Gasentmischung sorgen kann, wohingegen die weitere Sensorelektrode 150 beispielsweise durch die sehr offenporige Schutzschicht 134 vom Gas getrennt ist. Hierbei sind verschiedene Ausgestaltungen denkbar. So kann, wie in 2 gezeigt, der Katalysator 132 in die Diffusionsbarriere 156 eingebracht sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Katalysator 156 jedoch auch oder ausschließlich in die Schutzschicht 134 eingebracht werden, welche beispielsweise mit starker Vorkatalyse ausgestaltet sein kann. Weiterhin können, wie oben beschrieben, auch andere Ausgestaltungen des Sensorelements 114 verwendet werden, beispielsweise Ausgestaltungen, bei welchen beide Sensorelektroden 148, 150 auf einer dem Messgasraum 112 zuweisenden Oberfläche des Sensorelements 114 angeordnet sind und/oder bei welchen beide Sensorelektroden 148, 150 in mindestens einer tiefer gelegenen Schichtebene eines Schichtaufbaus des Sensorelements 114 angeordnet sind.
Die Erfassung der mindestens einen Eigenschaft des Gases in dem Messgasraum 112 kann vorzugsweise bei einer vergleichsweise niedrigen Betriebstemperatur im Vergleich zu üblichen Sensorelementen 114 erfolgen, beispielsweise bei einer im Vergleich zu üblichen Lambdasonden abgesenkten Betriebstemperatur. Beispielsweise kann eine Betriebstemperatur einer oder beider der Sensoreinheiten 120, 122 von 400°C bis 700°C betragen, beispielsweise 400°C bis 650°C, insbesondere von 550°C bis 650°C.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004047796 A1 [0003, 0014, 0044]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 96–105 [0001]
Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 154–159 [0001]
Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 158–159 [0044]
Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 158–159 [0055]

Claims

Verfahren zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum (112), wobei das Gas mindestens eine katalysierbare Reaktion durchführen kann, insbesondere mindestens eine Oxidationsreaktion, wobei mindestens zwei Sensoreinheiten (120, 122) verwendet werden, wobei die Sensoreinheiten (120, 122) mit dem Gas beaufschlagt werden, wobei die Reaktion mittels mindestens eines Katalysators (132) katalysiert wird, wobei die Sensoreinheiten (120, 122) eingerichtet sind, um die Reaktion in unterschiedlichem Maße zu katalysieren, wobei jeweils mindestens eine Messgröße der Sensoreinheiten (120, 122) erfasst wird, wobei die Messgrößen verglichen werden und daraus auf die Eigenschaft des Gases geschlossen wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die katalysierbare Reaktion mindestens eine exotherme Reaktion umfasst, insbesondere mindestens eine Oxidationsreaktion umfasst, wobei die Eigenschaft des Gases vorzugsweise ein Anteil oxidierbarer Gaskomponenten in dem Gas ist, insbesondere ein Anteil an Fettgasen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der Sensoreinheiten (120, 122) eingerichtet ist, um die Reaktion mittels des Katalysators (132) zu katalysieren, wobei mindestens eine andere der Sensoreinheiten (120, 122) keinen Katalysator (132) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinheiten (120, 122) jeweils mindestens einen Temperaturfühler (128, 130) umfassen, wobei der Vergleich der Messgrößen eine Erfassung mindestens einer Temperaturdifferenz zwischen den Temperaturfühlern (128, 130) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinheiten (120, 122) jeweils mindestens eine Sensorelektrode (148, 150) umfassen, wobei die Sensorelektroden (148, 150) mit dem Gas beaufschlagbar sind.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Beaufschlagung mindestens einer der Sensorelektroden (148, 150) durch mindestens ein poröses Material (134, 156) hindurch erfolgt, wobei der Katalysator (132) in dem porösen Material (134, 156) und/oder in mindestens einer der Sensorelektroden (148, 150) enthalten ist.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der Vergleich der Messgrößen der Sensoreinheiten (120, 122) eine Erfassung einer Nernstspannung zwischen den Sensorelektroden (148, 150) umfasst.
Verfahren nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensorelektroden (148, 150) jeweils Bestandteil einer elektrochemischen Zelle (172, 174) sind, wobei die elektrochemischen Zellen (172, 174) jeweils mindestens eine der Sensorelektroden (148, 150), mindestens eine weitere Elektrode (160) und mindestens einen die Sensorelektrode (148, 150) und die weitere Elektrode (160) verbindenden Elektrolyten, insbesondere mindestens einen Festelektrolyten (158), aufweisen, wobei die Messgrößen jeweils mindestens eine Eigenschaft der elektrochemischen Zellen (172, 174) umfassen, insbesondere jeweils mindestens einen Innenwiderstand der elektrochemischen Zellen (172, 174).
Vorrichtung (110) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum (112), wobei die Vorrichtung (110) mindestens zwei Sensoreinheiten (120, 122) aufweist, wobei die Sensoreinheiten (120, 122) mit dem Gas beaufschlagbar sind, wobei die Vorrichtung (110) mindestens einen Katalysator (132) aufweist, wobei die Sensoreinheiten (120, 122) eingerichtet sind, um mindestens eine katalysierbare Reaktion des Gases mittels des Katalysators (132) in unterschiedlichem Maße zu katalysieren, wobei die Vorrichtung (110) weiterhin mindestens eine Ansteuerung (116) aufweist, wobei die Ansteuerung (116) eingerichtet ist, um jeweils mindestens eine Messgröße der Sensoreinheiten (120, 122) zu erfassen, die Messgrößen zu vergleichen und daraus auf die Eigenschaft des Gases zu schließen, insbesondere unter Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Vorrichtung (110) mindestens ein Sensorelement (114) umfasst, insbesondere ein monolithisches keramisches Sensorelement (114), wobei das Sensorelement (114) die Sensoreinheiten (120, 122) umfasst, wobei die Sensoreinheiten (120, 122) jeweils mindestens einen Temperaturfühler (128, 130) umfassen, wobei die Temperaturfühler (128, 130) vorzugsweise auf einander gegenüberliegenden Seiten (124, 126) des Sensorelements (114) angeordnet sind, wobei die einander gegenüberliegenden Seiten (124, 126) jeweils mit dem Gas beaufschlagbar sind.
Verwendung einer Vorrichtung (110) nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche zur Erfassung mindestens einer exothermiefähigen Gaskomponente eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in einem Scavenging-Betrieb und/oder für eine Katalysatordiagnose und/oder einen Bauteileschutz.