DE102012200062A1 - Combustion engine e.g. diesel engine, has monolithic block formed from yttrium-stabilized zirconium dioxide ceramics without diffusion hole and comprising measuring chamber, and sensor arranged relative to intercooler - Google Patents

Combustion engine e.g. diesel engine, has monolithic block formed from yttrium-stabilized zirconium dioxide ceramics without diffusion hole and comprising measuring chamber, and sensor arranged relative to intercooler Download PDF

Info

Publication number
DE102012200062A1
DE102012200062A1 DE102012200062A DE102012200062A DE102012200062A1 DE 102012200062 A1 DE102012200062 A1 DE 102012200062A1 DE 102012200062 A DE102012200062 A DE 102012200062A DE 102012200062 A DE102012200062 A DE 102012200062A DE 102012200062 A1 DE102012200062 A1 DE 102012200062A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
oxygen sensor
combustion engine
internal combustion
exhaust gas
air intake
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102012200062A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102012200062B4 (en
Inventor
Johannes Ante
Andreas Wildgen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive GmbH filed Critical Continental Automotive GmbH
Priority to DE102012200062.3A priority Critical patent/DE102012200062B4/en
Publication of DE102012200062A1 publication Critical patent/DE102012200062A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102012200062B4 publication Critical patent/DE102012200062B4/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1439Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
    • F02D41/144Sensor in intake manifold
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/14Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/45Sensors specially adapted for EGR systems
    • F02M26/46Sensors specially adapted for EGR systems for determining the characteristics of gases, e.g. composition
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10Air intakes; Induction systems
    • F02M35/10373Sensors for intake systems
    • F02M35/10393Sensors for intake systems for characterising a multi-component mixture, e.g. for the composition such as humidity, density or viscosity
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/0065Specific aspects of external EGR control
    • F02D41/0072Estimating, calculating or determining the EGR rate, amount or flow
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

The engine has an intercooler (5) arranged in an air intake tract (2) of an engine block (1), and an exhaust gas return line (4) extending from an exhaust gas tract (3) of the engine to the air intake tract. An oxygen sensor (6) is designed as a lambda probe and arranged in the air intake tract for acquisition of exhaust gas recirculation rate. The sensor is arranged in an air intake direction relative to the intercooler. A monolithic block is formed from yttrium-stabilized zirconium dioxide ceramics without a multi-layer structure and a diffusion hole and comprises a measuring chamber.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Luftansaugtrakt, einem im Luftansaugtrakt angeordneten Ladeluftkühler, einer Abgasrückführleitung vom Abgastrakt der Brennkraftmaschine zum Luftansaugtrakt und einem Sauerstoffsensor in Form einer Lambdasonde im Luftansaugtrakt zur Erfassung der Abgasrückführungsrate.The present invention relates to an internal combustion engine having an air intake tract, a charge air cooler arranged in the air intake tract, an exhaust gas recirculation line from the exhaust tract of the internal combustion engine to the air intake tract and an oxygen sensor in the form of a lambda probe in the air intake tract for detecting the exhaust gas recirculation rate.

Sauerstoffsensoren im Ansaugtrakt von Brennkraftmaschinen, sowohl Ottomotoren als auch Dieselmotoren, dienen der Erfassung der Abgasführungsrate, wenn derartige Brennkraftmaschinen mit entsprechenden Einrichtungen zur Rückführung des Abgases vom Abgastrakt in den Luftansaugtrakt versehen sind. Ohne Abgasrückführung beträgt der O2-Gehalt in der Ansaugluft etwa 21 % und sinkt mit zunehmendem Anteil der Abgasrückführung. Als Sauerstoffsensoren kann man beispielsweise herkömmliche lineare Lambdasonden verwenden. Einer der Nachteile dieser Sonden ist, dass sie extrem empfindlich auf Wasserschlag reagieren, indem sie brechen. Diese Lambdasonden entsprechenden Sauerstoffsensoren bestehen aus einer mehrlagigen Keramik mit mindestens einem Loch darin, durch das der Sauerstoff in die Messkammer gelangt. Wenn nunmehr ein Tropfen Wasser auf den Sensor trifft, dehnt sich die getroffene Schicht aus und beansprucht die anderen Schichten auf Zug. Ferner kann das Wasser auch durch Kapillarwirkung in den Messkammerspalt eindringen. Beide Effekte können letztendlich zu einer Zerstörung des Sensors führen. Der Einsatz von derartigen herkömmlichen Lambdasonden als Sauerstoffsensoren im Ansaugtrakt ist daher mit Schwierigkeiten verbunden.Oxygen sensors in the intake tract of internal combustion engines, both gasoline engines and diesel engines, serve to detect the exhaust gas rate, if such internal combustion engines are provided with appropriate means for recirculation of the exhaust gas from the exhaust tract in the air intake tract. Without exhaust gas recirculation, the O 2 content in the intake air is about 21% and decreases with increasing proportion of exhaust gas recirculation. As oxygen sensors can be used, for example, conventional linear lambda probes. One of the disadvantages of these probes is that they are extremely sensitive to water hammering by breaking. These lambda probes corresponding oxygen sensors consist of a multilayer ceramic with at least one hole in it, through which the oxygen enters the measuring chamber. Now, when a drop of water hits the sensor, the struck layer expands and stresses the other layers. Furthermore, the water can also penetrate by capillary action into the measuring chamber gap. Both effects can ultimately lead to destruction of the sensor. The use of such conventional lambda sensors as oxygen sensors in the intake tract is therefore associated with difficulties.

Um solche Sauerstoffsensoren vor der feuchten Luft zu schützen, hat man sie erst über der Taupunkttemperatur eingeschaltet. Darüber hinaus hat man solche Sensoren mit diversen Schutzkappen versehen, um das Eindringen von Wasser zu verhindern. Des Weiteren hat man die Sensortemperatur nur sehr langsam auf die Betriebstemperatur von ca. 700 °C hochgefahren. Auch wurden die Ränder der verwendeten Mehrschicht-Keramik rundherum angefast, um das Eindringen von Wasser zu verhindern. Diese Maßnahmen sind jedoch aufwendig und in Bezug auf einen optimalen Betrieb der Sensoren nachteilig, da man ein schnelles Ansprechen des Sensors und eine schnelle Messbereitschaft desselben, also offenere Schutzkappen, benötigt.To protect such oxygen sensors from the humid air, they have been turned on above the dew point temperature. In addition, such sensors have been provided with various protective caps to prevent the ingress of water. Furthermore, the sensor temperature has only been raised very slowly to the operating temperature of about 700 ° C. Also, the edges of the multilayer ceramic used were chamfered all around to prevent ingress of water. However, these measures are complicated and disadvantageous in terms of optimum operation of the sensors, since it requires a rapid response of the sensor and a rapid measuring readiness of the same, so more open protective caps.

Die hier in Rede stehenden Brennkraftmaschinen sind mit einem Ladeluftkühler im Luftansaugtrakt versehen. Der beste Ort für die Anordnung des Sauerstoffsensors zur Erfassung der Abgasrückführrate ist dabei ein Ort nach dem Ladeluftkühler (in Luftansaugrichtung), und zwar so nah wie möglich am Motoreinlass, um eine korrekte Messung durchzuführen. Es gibt zwei Abgasrückführungstypen, nämlich eine Niederdruck-Abgasrückführung und eine Hochdruck-Abgasrückführung, die in Zukunft vermutlich beide gleichzeitig zur Anwendung kommen. Die Abgasrückführleitung bei der Hochdruck-Abgasrückführung mündet nach dem Ladeluftkühler in den Luftansaugtrakt. Die herkömmlichen Sauerstoffsensoren, d. h. die verwendeten Lambdasonden, können jedoch aufgrund des permanenten Wasserschlages nicht hinter dem Ladeluftkühler platziert werden, sondern müssen davor platziert werden. Dies hat mehrere Nachteile, wie eine falsche Druckkorrektur aufgrund des veränderlichen Druckabfalls im Ladeluftkühler, oder die Tatsache, dass die Hochdruck-Abgasrückführung nicht miterfasst wird.The internal combustion engines in question are provided with a charge air cooler in the air intake. The best place to locate the oxygen sensor to detect the exhaust gas recirculation rate is a location after the charge air cooler (in the air intake direction) as close as possible to the engine inlet to make a correct measurement. There are two types of exhaust gas recirculation, namely low pressure exhaust gas recirculation and high pressure exhaust gas recirculation, which are likely to be used simultaneously in the future. The exhaust gas recirculation line in the high-pressure exhaust gas recirculation flows into the air intake tract after the intercooler. The conventional oxygen sensors, i. H. The lambda sensors used, however, can not be placed behind the charge air cooler due to the permanent water hammer, but must be placed in front of it. This has several disadvantages, such as an incorrect pressure correction due to the variable pressure drop in the intercooler, or the fact that the high pressure exhaust gas recirculation is not detected.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der angegebenen Art zu schaffen, deren Einrichtung zur Erfassung der Abgasrückführungsrate besonders genau und störungsunanfällig arbeitet.The present invention has for its object to provide an internal combustion engine of the type specified, the device for detecting the exhaust gas recirculation rate is particularly accurate and trouble-prone working.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass der Sauerstoffsensor in Luftansaugrichtung nach dem Ladeluftkühler angeordnet ist und einen monolithischen Block aus yttriumstabilisierter Zirkondioxidkeramik (ZrO2) ohne Mehrschichtaufbau und ohne Diffusionsloch zu einer Messkammer umfasst.This object is achieved in an internal combustion engine of the type described above in that the oxygen sensor is arranged in the air intake after the charge air cooler and a monolithic block of yttrium stabilized zirconia (ZrO 2 ) without multilayer structure and without diffusion hole to a measuring chamber.

Mit dem auf erfindungsgemäße Weise angeordneten und ausgebildeten Sauerstoffsensor wird die volle Funktionalität einer Lambdasonde im Magerbetrieb (um den es sich im Ansaugtrakt handelt) ohne Mehrschichtaufbau (Multi Layer) und Diffusionsloch zur Messkammer realisiert. Der erfindungsgemäß eingesetzte Sauerstoffsensor besteht nicht aus HTCC (High Temperature Cofired Ceramic), sondern aus einem monolithischen Block aus YSC (Yttrium Stabilized Zirconia). Durch die Ausbildung des Sensors in der Form eines monolithischen Blocks werden die Nachteile einer Mehrschichtstruktur in Bezug auf das Eindringen von Wasser im feuchten Arbeitsbereich vermieden. Entsprechende Vorteile werden erreicht, da kein zu einer Messkammer führendes Diffusionsloch Verwendung findet. Der Sauerstoffsensor ist nach dem Ladeluftkühler, d. h. möglichst nah am Motoreinlass, angeordnet, so dass trotz der vorhandenen Feuchtigkeit eine störungsunanfällige und genaue Messung des Sauerstoffgehaltes möglich ist.With the oxygen sensor arranged and designed in accordance with the invention, the full functionality of a lambda probe in lean operation (around which it is in the intake tract) is realized without a multi-layer structure and diffusion hole to the measuring chamber. The oxygen sensor used according to the invention does not consist of HTCC (High Temperature Cofired Ceramic), but of a monolithic block of YSC (Yttrium Stabilized Zirconia). The formation of the sensor in the form of a monolithic block avoids the disadvantages of a multi-layer structure with respect to the penetration of water in the wet working area. Corresponding advantages are achieved since no diffusion hole leading to a measuring chamber is used. The oxygen sensor is after the intercooler, d. H. as close to the engine inlet, arranged so that despite the presence of moisture a störungsunanfällige and accurate measurement of the oxygen content is possible.

Vorzugsweise befindet sich auf der einen Seite des monolithischen Blocks eine Heizung, während auf der anderen Seite desselben die eigentliche Messstruktur angeordnet ist. Bei der Messstruktur handelt es sich vorzugsweise um eine Interdigitalelektrode. Der erfindungsgemäß ausgebildete Sauerstoffsensor weist bei einer bevorzugten Ausführungsform eine mit einer Diffusionsschicht bedeckte Kathode auf, wobei Sauerstoff von der mit der Diffusionsschicht bedeckten Kathode zur Anode gepumpt wird. Dabei ist der Sauerstoffsensor vorzugsweise für einen Sauerstoff-Pumpbetrieb im Grenzstrombetrieb oder auf Nernst-geregelte Weise ausgebildet. Die Nernst-Regelung erfolgt dabei vorzugsweise nicht parallel, wie bei herkömmlichen Lambdasonden, sondern seriell, so dass sich auf diese Weise eine Referenzkammer mit ungewünschten Kavitäten vermeiden lässt.Preferably, on one side of the monolithic block is a heater, while on the other side thereof the actual measuring structure is arranged. The measuring structure is preferably an interdigital electrode. In one preferred embodiment, the oxygen sensor designed according to the invention has a cathode covered with a diffusion layer, wherein oxygen is pumped from the cathode covered by the diffusion layer to the anode. In this case, the oxygen sensor is preferably designed for an oxygen pumping operation in limit current operation or in a Nernst-controlled manner. The Nernst control is preferably not parallel, as in conventional lambda probes, but serially, so that can be avoided in this way a reference chamber with unwanted cavities.

Ferner ist der erfindungsgemäß ausgebildete Sauerstoffsensor vorzugsweise für einen Sauerstoff-Pumpbetrieb in einer Ebene ausgebildet, so dass mit einer robusten Monolayer-Struktur gearbeitet werden kann, was sich in der Verwendung des monolithischen Blocks aus yttriumstabilisierter Zirkondioxidkeramik manifestiert. Es ist bei dem Sauerstoffsensor gemäß der Erfindung nicht erforderlich, Sauerstoff von einer Ebene in die andere zu pumpen, was die bereits erwähnte High Temperature Cofired Ceramic (HTCC) mit Kavität erforderlich macht.Furthermore, the oxygen sensor formed according to the invention is preferably designed for an oxygen pumping operation in a plane, so that it is possible to work with a robust monolayer structure, which manifests itself in the use of the monolithic block of yttrium-stabilized zirconium dioxide ceramic. It is not necessary in the oxygen sensor according to the invention to pump oxygen from one level to the other, which makes the already mentioned high temperature cofired ceramic (HTCC) with cavity required.

Vorzugsweise ist der Sauerstoffsensor zwischen der Mündungsstelle der Abgasrückführleitung und dem Motoreinlass angeordnet. In dieser Position, die sich in Luftansaugrichtung nach der Mündungsstelle der Abgasrückführleitung befindet, kann der Sauerstoffsensor die Abgasrückführungsrate einwandfrei erfassen.The oxygen sensor is preferably arranged between the outlet point of the exhaust gas recirculation line and the engine inlet. In this position, which is located in the air intake direction after the discharge point of the exhaust gas recirculation line, the oxygen sensor can detect the exhaust gas recirculation rate properly.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Sauerstoffsensor für eine Brennkraftmaschine der vorstehend beschriebenen Art. Der erfindungsgemäß ausgebildete Sauerstoffsensor besitzt einen monolithischen Block aus yttriumstabilisierter Zirkondioxidkeramik ohne Mehrschichtaufbau und ohne Diffusionsloch zu einer Messkammer.The present invention further relates to an oxygen sensor for an internal combustion engine of the type described above. The inventively embodied oxygen sensor has a monolithic block of yttrium stabilized zirconia ceramics without multilayer structure and without diffusion hole to a measuring chamber.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Sauerstoffsensors sind in den Unteransprüchen beschrieben.Further developments of the oxygen sensor according to the invention are described in the subclaims.

Obwohl der erfindungsgemäß ausgebildete Sauerstoffsensor aufgrund seiner Konstruktion relativ gut gegen Feuchtigkeit geschützt ist, kann er natürlich mit weiteren Schutzmaßnahmen ausgestattet sein. So kann er beispielsweise zusätzlich eine Kappe aufweisen, um insbesondere die Messstruktur des Sensors zu schützen.Although the inventively designed oxygen sensor is relatively well protected against moisture due to its construction, it can of course be equipped with further protective measures. For example, it may additionally have a cap in order to protect in particular the measuring structure of the sensor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained below with reference to an embodiment in conjunction with the drawings in detail. Show it:

1 eine schematische Schnittdarstellung einer Brennkraftmaschine, in deren Ansaugtrakt sich ein Sauerstoffsensor befindet und 1 a schematic sectional view of an internal combustion engine, in the intake tract, an oxygen sensor is located and

2 eine schematische Schnittdarstellung des Aufbaus eines Sauerstoffsensors. 2 a schematic sectional view of the structure of an oxygen sensor.

Die in 1 schematisch im Schnitt dargestellte Brennkraftmaschine besitzt einen Motorblock 1 mit einem Luftansaugtrakt 2 und einem Abgastrakt 3. Im Luftansaugtrakt 2 befindet sich ein Ladeluftkühler 5. Über eine Abgasrückführleitung 4 wird Abgas aus dem Abgastrakt in den Luftansaugtrakt 2 eingeführt. Die Abgasrückführleitung mündet hierbei in Luftansaugrichtung nach dem Ladeluftkühler 5 in den Luftansaugtrakt 2.In the 1 schematically shown in section internal combustion engine has an engine block 1 with an air intake tract 2 and an exhaust tract 3 , In the air intake tract 2 there is a charge air cooler 5 , Via an exhaust gas recirculation line 4 Exhaust gas from the exhaust tract in the air intake tract 2 introduced. The exhaust gas recirculation line opens in the direction of air intake to the intercooler 5 in the air intake tract 2 ,

Um die Abgasrückführungsrate zu erfassen, befindet sich im Luftansaugtrakt 2 ein Sauerstoffsensor 6, der zwischen der Mündungsstelle der Abgasrückführleitung 4 und dem Motoreinlass im Luftansaugtrakt 2 angeordnet ist. Mit dem Sauerstoffsensor 6 wird die Sauerstoffkonzentration im angesaugten Luftstrom gemessen, die als Maß für die Abgasrückführungsrate verwendet werden kann.To detect the exhaust gas recirculation rate is located in the air intake tract 2 an oxygen sensor 6 , which is between the discharge point of the exhaust gas recirculation line 4 and the engine intake in the air intake tract 2 is arranged. With the oxygen sensor 6 The oxygen concentration is measured in the intake air flow, which can be used as a measure of the exhaust gas recirculation rate.

Der Aufbau des Sauerstoffsensors 6 ist schematisch in 2 im Schnitt dargestellt. Der Sensor 6 besitzt als Trägermaterial einen monolithischen Block 11 aus mit Yttrium stabilisiertem Zirkondioxid, auf dessen Unterseite sich eine Schutzschicht 13, eine Heizschicht 12 und wieder eine Schutzschicht 13 befinden. Auf der gegenüberliegenden Seite des monolithischen Blocks 11 befindet sich die eigentliche Messstruktur, die aus einer Interdigitalelektrode besteht. Diese besitzt eine mit einer Diffusionsschicht 18 aus porösem ZrO2 bedeckte Kathode 15 und eine Anode 14, die als poröse Platinelektrode ausgebildet ist. Über einen Stromkreis 16 wird eine Pumpspannung angelegt, die bewirkt, dass Sauerstoff im sogenannten Grenzstrombetrieb von der Kathode 15 zur Anode 14 gepumpt wird. Es versteht sich, dass der hier dargestellte Sauerstoffsensor auch mittels Nernst-Regelung betrieben werden kann.The structure of the oxygen sensor 6 is schematic in 2 shown in section. The sensor 6 has as a carrier material a monolithic block 11 made of yttrium-stabilized zirconia, with a protective layer on its underside 13 , a heating layer 12 and again a protective layer 13 are located. On the opposite side of the monolithic block 11 is the actual measurement structure, which consists of an interdigital electrode. This has one with a diffusion layer 18 porous ZrO 2 covered cathode 15 and an anode 14 , which is formed as a porous platinum electrode. About a circuit 16 a pump voltage is applied, which causes oxygen in the so-called limiting current operation of the cathode 15 to the anode 14 is pumped. It is understood that the oxygen sensor shown here can also be operated by means of Nernst control.

Wesentlich ist, dass die Trägerstruktur bzw. das Trägermaterial des Sauerstoffsensors als monolithischer Block ausgebildet ist und keine Hohlräume und keine Mehrschichtstruktur aufweist. Auf diese Weise ist der Sensor gegen Feuchtigkeit weitgehend resistent und kann an der in 1 dargestellten Stelle im Luftansaugtrakt 2 angeordnet werden, obwohl hier eine feuchtigkeitsbeladene Atmosphäre vorhanden ist und die Gefahr eines Wasserschlages besteht. Als zusätzliche Absicherung kann der Sauerstoffsensor 6 mit einer Kappe (nicht gezeigt) versehen sein, mit der zumindest der Messbereich abgedeckt ist.It is essential that the carrier structure or the carrier material of the oxygen sensor is designed as a monolithic block and has no cavities and no multi-layer structure. In this way, the sensor is largely resistant to moisture and can be attached to the in 1 position shown in the air intake tract 2 be arranged, although there is a moisture-laden atmosphere and there is a risk of water hammer. As an additional safeguard, the oxygen sensor 6 be provided with a cap (not shown), with which at least the measuring range is covered.

Claims (16)

Brennkraftmaschine mit einem Luftansaugtrakt, einem im Luftansaugtrakt angeordneten Ladeluftkühler, einer Abgasrückführleitung vom Abgastrakt der Brennkraftmaschine zum Luftansaugtrakt und einem Sauerstoffsensor in Form einer Lambdasonde im Luftansaugtrakt zur Erfassung der Abgasrückführungsrate, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffsensor (6) in Luftansaugrichtung nach dem Ladeluftkühler (5) angeordnet ist und einen monolithischen Block (11) aus yttriumstabilisierter Zirkondioxidkeramik (ZrO2) ohne Mehrschichtaufbau und ohne Diffusionsloch zu einer Messkammer umfasst.Internal combustion engine with an air intake tract, a charge air cooler arranged in the air intake tract, an exhaust gas recirculation conduit from the exhaust gas tract the internal combustion engine to the air intake tract and an oxygen sensor in the form of a lambda probe in the air intake tract for detecting the exhaust gas recirculation rate, characterized in that the oxygen sensor ( 6 ) in Luftansaugrichtung after the intercooler ( 5 ) and a monolithic block ( 11 ) of yttrium-stabilized zirconia ceramics (ZrO 2 ) without multilayer structure and without diffusion hole to a measuring chamber. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der einen Seite des monolithischen Blocks (11) eine Heizung (12) und auf der anderen Seite desselben eine Messstruktur (22) angeordnet sind.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that on one side of the monolithic block ( 11 ) a heater ( 12 ) and on the other side thereof a measuring structure ( 22 ) are arranged. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstruktur (22) eine Interdigitalelektrode umfasst.Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the measuring structure ( 22 ) comprises an interdigital electrode. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffsensor (6) eine mit einer Diffusionsschicht (18) bedeckte Kathode (15) aufweist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the oxygen sensor ( 6 ) one with a diffusion layer ( 18 ) covered cathode ( 15 ) having. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffsensor (6) für einen Sauerstoff-Pumpbetrieb im Grenzstrombetrieb oder auf Nernst-geregelte Weise ausgebildet ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the oxygen sensor ( 6 ) is designed for an oxygen pumping operation in the limiting current operation or Nernst-controlled manner. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffsensor (6) für eine serielle Nernst-Regelung ausgebildet ist. Internal combustion engine according to claim 5, characterized in that the oxygen sensor ( 6 ) is designed for a serial Nernst control. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffsensor (6) für einen Sauerstoff-Pumpbetrieb in einer Ebene ausgebildet ist.Internal combustion engine according to claim 5 or 6, characterized in that the oxygen sensor ( 6 ) is designed for an oxygen pumping operation in a plane. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffsensor (6) zwischen der Mündungsstelle (20) der Abgasrückführleitung (4) und dem Motoreinlass angeordnet ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the oxygen sensor ( 6 ) between the mouth ( 20 ) of the exhaust gas recirculation line ( 4 ) and the engine inlet is arranged. Sauerstoffsensor für eine Brennkraftmaschine, dadadurch gekennzeichnet, dass er einen monolithischen Block (11) aus yttriumstabilisierter Zirkondioxidkeramik (ZrO2) ohne Mehrschichtaufbau und ohne Diffusionsloch zu einer Messkammer umfasst.Oxygen sensor for an internal combustion engine, characterized in that it comprises a monolithic block ( 11 ) of yttrium-stabilized zirconia ceramics (ZrO 2 ) without multilayer structure and without diffusion hole to a measuring chamber. Sauerstoffsensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der einen Seite des monolithischen Blocks (11) eine Heizung (12) und auf der anderen Seite desselben eine Messstruktur (22) angeordnet sind.Oxygen sensor according to claim 9, characterized in that on one side of the monolithic block ( 11 ) a heater ( 12 ) and on the other side thereof a measuring structure ( 22 ) are arranged. Sauerstoffsensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstruktur (22) eine Interdigitalelektrode umfasst.Oxygen sensor according to claim 10, characterized in that the measuring structure ( 22 ) comprises an interdigital electrode. Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass er eine mit einer Diffusionsschicht (18) bedeckte Kathode (15) aufweist.Oxygen sensor according to one of claims 9 to 11, characterized in that it has one with a diffusion layer ( 18 ) covered cathode ( 15 ) having. Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass er für einen Sauerstoff-Pumpbetrieb im Grenzstrombetrieb oder auf Nernst-geregelte Weise ausgebildet ist. Oxygen sensor according to one of claims 9 to 12, characterized in that it is designed for an oxygen pumping operation in the limiting current operation or Nernst-controlled manner. Sauerstoffsensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, das er für eine serielle Nernst-Regelung ausgebildet ist.Oxygen sensor according to claim 13, characterized in that it is designed for a serial Nernst control. Sauerstoffsensor nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass er für einen Sauerstoff-Pumpbetrieb in einer Ebene ausgebildet ist.Oxygen sensor according to claim 13 or 14, characterized in that it is designed for an oxygen pumping operation in a plane. Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Kappe aufweist.Oxygen sensor according to one of claims 9 to 15, characterized in that it comprises a cap.
DE102012200062.3A 2012-01-03 2012-01-03 Internal combustion engine with arranged in the air intake tract oxygen sensor and oxygen sensor Expired - Fee Related DE102012200062B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012200062.3A DE102012200062B4 (en) 2012-01-03 2012-01-03 Internal combustion engine with arranged in the air intake tract oxygen sensor and oxygen sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012200062.3A DE102012200062B4 (en) 2012-01-03 2012-01-03 Internal combustion engine with arranged in the air intake tract oxygen sensor and oxygen sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102012200062A1 true DE102012200062A1 (en) 2013-07-04
DE102012200062B4 DE102012200062B4 (en) 2015-07-23

Family

ID=48608073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102012200062.3A Expired - Fee Related DE102012200062B4 (en) 2012-01-03 2012-01-03 Internal combustion engine with arranged in the air intake tract oxygen sensor and oxygen sensor

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102012200062B4 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013171033A1 (en) * 2012-05-14 2013-11-21 Continental Automotive Gmbh Oxygen sensor and internal combustion engine comprising said sensor
DE102013217956A1 (en) * 2013-09-09 2015-03-12 Continental Automotive Gmbh Method for operating an oxygen sensor arranged in the air intake tract of an internal combustion engine
WO2015044327A1 (en) * 2013-09-27 2015-04-02 Continental Automotive Gmbh Sensor for detecting a gas in an environment of the sensor
US20150113979A1 (en) * 2013-10-28 2015-04-30 Ford Global Technologies, Llc Method for estimating charge air cooler condensation storage with an intake oxygen sensor
WO2016030163A1 (en) * 2014-08-26 2016-03-03 Continental Automotive Gmbh Checking an oxygen sensor in the suction system of an internal combustion engine
WO2016096869A1 (en) * 2014-12-19 2016-06-23 Continental Automotive Gmbh Method for operating an oxygen sensor, and oxygen sensor
US20170051707A1 (en) * 2015-08-20 2017-02-23 Ford Global Technologies, Llc Method of reducing nox emissions from an engine
DE102016210420B3 (en) * 2016-06-13 2017-06-14 Continental Automotive Gmbh Method for operating an oxygen sensor, computer program product and oxygen sensor
DE102016212349A1 (en) 2016-07-06 2017-08-24 Continental Automotive Gmbh Method for operating an oxygen sensor and oxygen sensor for determining an oxygen concentration in an intake tract
DE102014216213B4 (en) 2013-08-20 2022-07-14 Ford Global Technologies, Llc METHODS AND SYSTEMS FOR REPORTING WATER TO AN OXYGEN SENSOR BASED ON POWER CONSUMPTION OF A SENSOR HEATER

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19734494C1 (en) * 1997-08-08 1998-10-08 Daimler Benz Ag Management of combustion engines to give minimal emissions
US20030034246A1 (en) * 1998-12-02 2003-02-20 Meilin Liu Oxygen sensor and emission control system
EP1705354A1 (en) * 2005-03-22 2006-09-27 Ford Global Technologies, LLC, A subsidary of Ford Motor Company Method for controlling an internal combustion engine
US20070044472A1 (en) * 2005-09-01 2007-03-01 Guoqing Zhang Oxygen sensor for an internal combustion engine
DE102008001223A1 (en) * 2008-04-17 2009-10-22 Robert Bosch Gmbh Heated jump probe with simplified electrical contact

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19734494C1 (en) * 1997-08-08 1998-10-08 Daimler Benz Ag Management of combustion engines to give minimal emissions
US20030034246A1 (en) * 1998-12-02 2003-02-20 Meilin Liu Oxygen sensor and emission control system
EP1705354A1 (en) * 2005-03-22 2006-09-27 Ford Global Technologies, LLC, A subsidary of Ford Motor Company Method for controlling an internal combustion engine
US20070044472A1 (en) * 2005-09-01 2007-03-01 Guoqing Zhang Oxygen sensor for an internal combustion engine
DE102008001223A1 (en) * 2008-04-17 2009-10-22 Robert Bosch Gmbh Heated jump probe with simplified electrical contact

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9791405B2 (en) 2012-05-14 2017-10-17 Continental Automotive Gmbh Oxygen sensor and internal combustion engine comprising said sensor
WO2013171033A1 (en) * 2012-05-14 2013-11-21 Continental Automotive Gmbh Oxygen sensor and internal combustion engine comprising said sensor
DE102014216213B4 (en) 2013-08-20 2022-07-14 Ford Global Technologies, Llc METHODS AND SYSTEMS FOR REPORTING WATER TO AN OXYGEN SENSOR BASED ON POWER CONSUMPTION OF A SENSOR HEATER
DE102013217956A1 (en) * 2013-09-09 2015-03-12 Continental Automotive Gmbh Method for operating an oxygen sensor arranged in the air intake tract of an internal combustion engine
WO2015032814A1 (en) * 2013-09-09 2015-03-12 Continental Automotive Gmbh Method for operating an oxygen sensor arranged in the air intake tract of an internal combustion engine
WO2015044327A1 (en) * 2013-09-27 2015-04-02 Continental Automotive Gmbh Sensor for detecting a gas in an environment of the sensor
US20150113979A1 (en) * 2013-10-28 2015-04-30 Ford Global Technologies, Llc Method for estimating charge air cooler condensation storage with an intake oxygen sensor
US9051890B2 (en) * 2013-10-28 2015-06-09 Ford Global Technologies, Llc Method for estimating charge air cooler condensation storage with an intake oxygen sensor
RU2573727C1 (en) * 2013-10-28 2016-01-27 Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК Method (versions) and system for determination of condensate amount in supercharging air coolant with help of sensor of oxygen at cold air inlet
US9903265B2 (en) 2013-10-28 2018-02-27 Ford Global Technologies, Llc Method for estimating charge air cooler condensation storage with an intake oxygen sensor
WO2016030163A1 (en) * 2014-08-26 2016-03-03 Continental Automotive Gmbh Checking an oxygen sensor in the suction system of an internal combustion engine
WO2016096869A1 (en) * 2014-12-19 2016-06-23 Continental Automotive Gmbh Method for operating an oxygen sensor, and oxygen sensor
CN106468222A (en) * 2015-08-20 2017-03-01 福特全球技术公司 A kind of method reducing the NOx emission from electromotor
US20170051707A1 (en) * 2015-08-20 2017-02-23 Ford Global Technologies, Llc Method of reducing nox emissions from an engine
DE102016210420B3 (en) * 2016-06-13 2017-06-14 Continental Automotive Gmbh Method for operating an oxygen sensor, computer program product and oxygen sensor
DE102016212349A1 (en) 2016-07-06 2017-08-24 Continental Automotive Gmbh Method for operating an oxygen sensor and oxygen sensor for determining an oxygen concentration in an intake tract

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012200062B4 (en) 2015-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012200062B4 (en) Internal combustion engine with arranged in the air intake tract oxygen sensor and oxygen sensor
DE3744206C2 (en)
EP2108119B1 (en) Gas sensor with inner pump cell
DE112015003198B4 (en) Gas sensor with a configuration that optimizes response and measurement accuracy.
DE3227609A1 (en) DEVICE FOR DETECTING THE OXYGEN CONCENTRATION IN EXHAUST GAS
DE102017110589B4 (en) Control device for exhaust gas sensor
EP3299807B1 (en) Device for detecting organic compounds
DE102020001977A1 (en) SENSOR ELEMENT AND GAS SENSOR
WO1999014585A1 (en) Gas sensor
DE102006062056A1 (en) Sensor unit e.g. lambda sensor, for determining oxygen concentration in exhaust gas of e.g. petrol engine, of motor vehicle, has flow and diffusion units designed such that current of electrode is smaller than current of other electrode
DE102015226644A1 (en) Sensor element for detecting at least one property of a sample gas in a sample gas space
DE102017112539A9 (en) Control device for exhaust gas sensor
WO2017084802A1 (en) Exhaust gas sensor
DE112015002626T5 (en) gas sensor
DE102015212086A1 (en) Sensor element for detecting at least one property of a sample gas in a sample gas space
DE102023103268A1 (en) Gas sensor and gas sensor operating method
DE10149739A1 (en) Sensor element used for determining concentration of oxygen and/or nitrogen oxides in Internal Combustion engine exhaust gases has first electrode arranged in inner gas chamber in same layer surface of sensor element
WO2007048679A1 (en) Sensor for measuring the concentration of a gas component in a gas mixture
EP3008460B1 (en) Gas sensor for measuring different gases and associated method for gas measurement
WO2007051719A1 (en) Solid-electrolyte gas sensor element, comprising a pumping cell and a reference gas channel
DE112018006662T5 (en) SENSOR ELEMENT AND GAS SENSOR
DE102013217956A1 (en) Method for operating an oxygen sensor arranged in the air intake tract of an internal combustion engine
DE10146100A1 (en) Sensor element of a gas sensor
DE112017002063T5 (en) gas sensor
EP1273910A2 (en) Sensor element with conductive shielding

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee