DE102016219560A1 - Verfahren zum Betreiben eines amperometrischen Sensorelements und Sensorelement - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines amperometrischen Sensorelements und Sensorelement Download PDF

Info

Publication number
DE102016219560A1
DE102016219560A1 DE102016219560.3A DE102016219560A DE102016219560A1 DE 102016219560 A1 DE102016219560 A1 DE 102016219560A1 DE 102016219560 A DE102016219560 A DE 102016219560A DE 102016219560 A1 DE102016219560 A1 DE 102016219560A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sensor element
sensor
electrode
pumping
electrodes
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.)
Ceased
Application number
DE102016219560.3A
Other languages
English (en)
Inventor
Johannes Bentner
David Wieland
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.)
Vitesco Technologies 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 DE102016219560.3A priority Critical patent/DE102016219560A1/de
Publication of DE102016219560A1 publication Critical patent/DE102016219560A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • F02D41/1493Details
    • F02D41/1494Control of sensor heater
    • 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
    • F02D41/1444Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/026Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting NOx
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/20Sensor having heating means
    • 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
    • G01N27/4067Means for heating or controlling the temperature of the solid electrolyte
    • 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
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/417Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
    • G01N27/419Measuring voltages or currents with a combination of oxygen pumping cells and oxygen concentration cells

Landscapes

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

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines elektrisch durch ein Heizelement (11) beheizten, keramischen, amperometrischen Sensorelements (1) zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen, wobei das Sensorelement (1) mindestens eine Sensorzelle mit einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode und einem zwischen den Elektroden angeordneten keramischen Festelektrolyten (9) aufweist, wobei das Verfahren folgendes umfasst:
– starten des Sensorelements (1) durch Aufheizen des keramischen Festelektrolyten (9) mittels des Heizelements (11) auf eine Temperatur T1 unterhalb einer Betriebstemperatur TB des Sensorelements (1);
– Generieren eines Pumpstroms IP zwischen der ersten und der zweiten Elektrode und Regeln des Pumpstroms IP derart, dass eine Pumpspannung VP zwischen der ersten und der zweiten Elektrode einen Schwellenwert VP* nicht übersteigt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrisch durch ein Heizelement beheizten, keramischen, amperometrischen Sensorelements zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen. Sie betrifft weiter ein Computerprogrammprodukt sowie ein amperometrisches Sensorelement.
  • Aus der US 8,18 2,664 B2 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Sauerstoffsensors bekannt. Der Sauerstoffsensor ist als amperometrischer Sensor mit einem keramischen Ionenleiter ausgebildet. Bei derartigen Sensoren muss der keramische Ionenleiter zunächst auf eine Betriebstemperatur aufgeheizt werden, bevor der Sensor betriebsbereit ist. Ein zu frühes Aktivieren des Sensors, wenn der keramische Ionenleiter noch nicht ausreichend aufgeheizt ist, kann zu einer Zerstörung des Sensorelements führen. Aus der US 8,18 2,664 B2 ein Verfahren bekannt, mit dem sichergestellt werden kann, dass keine Überspannung an das Sensorelement angelegt wird.
  • Insbesondere bei NOX-Sensoren, die Stickoxide im Abgas von Kraftfahrzeugen detektieren, ist es vorteilhaft, wenn der Sensor möglichst bald nach dem Start der Brennkraftmaschine zur Verfügung steht. Derzeit ist es üblich, alle Zellen eines derartigen Sensors zu aktivieren, wenn der keramische Ionenleiter auf etwa 95 % seiner Endtemperatur aufgeheizt ist. Dieses Vorgehen bietet genügend Sicherheitsreserven sowohl bezüglich einer Teil-zu-Teil-Streuung der Zellimpedanz als auch bezüglich der Temperaturabhängigkeit der Zellimpedanz des Sensors.
  • Allerdings hat sich herausgestellt, dass der Sensor bei diesem Vorgehen erst deutlich nach einem Zeitpunkt in Betrieb genommen wird, zu dem er eigentlich bereits betriebsbereit wäre. Offenbar weisen die meisten Sensoren schon bei niedrigeren Temperaturen, beispielsweise bei etwa 80 % der Endtemperatur oder weniger, eine ausreichend kleine Zellimpedanz auf.
  • Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines amperometrischen Sensorelements zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen anzugeben, mit dem das Sensorelement nach einem Start der Brennkraftmaschine möglichst schnell betriebsbereit ist. Ferner soll ein zur Durchführung dieses Verfahrens geeignetes Sensorelement angegeben werden.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines elektrisch durch ein Heizelement beheizten, keramischen, amperometrischen Sensorelements zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen angegeben, wobei das Sensorelement mindestens eine Sensorzelle mit einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode und einem zwischen den Elektroden angeordneten keramischen Festelektrolyten aufweist. Das Verfahren umfasst das Starten des Sensorelements durch Aufheizen des keramischen Festelektrolyten mittels des Heizelements auf eine Temperatur T1 unterhalb einer Betriebstemperatur TB des Sensorelements sowie das Generieren eines Stroms IP zwischen der ersten und der zweiten Elektrode und das Regeln des Pumpstroms IP derart, dass eine Pumpspannung VP zwischen der ersten und der zweiten Elektrode einen Schwellenwert VP* nicht übersteigt.
  • Das Generieren des Pumpstroms IP erfolgt dabei bereits bei einer Temperatur des Sensorelements unterhalb der eigentlichen Betriebstemperatur. Dabei wird unter der Betriebs- oder Endtemperatur des Sensorelements hier und im Folgenden die Temperatur des Sensorelements verstanden, bei der ein Normalbetrieb ohne Vorsichtsmaßnahmen möglich ist. Bei einer niedrigeren Temperatur schützen die im Folgenden beschriebenen Vorsichtsmaßnahmen vor einer Zerstörung des Sensorelements.
  • Um eine Zerstörung des Sensorelements für den Fall zu vermeiden, dass die Impedanz der Sensorzelle für eine Inbetriebnahme des Sensorelements noch zu hoch ist, wird die durch den Pumpstrom IP erzeugte Spannung VP gemessen. Der Strom IP wird dann in Abhängigkeit von der Pumpspannung VP derart geregelt, dass die Spannung VP einen vorgegebenen Schwellenwert nicht übersteigt.
  • Selbstverständlich ist es aufgrund des bekannten Zusammenhangs über das Ohm’sche Gesetz auch möglich, anstelle der Pumpspannung Vp die Zellimpedanz zu ermitteln und einen Schwellenwert für diese festzulegen, den sie nicht überschreiten darf. Im Rahmen der Erfindung sind beide Möglichkeiten gemeint, auch wenn nur die Ermittlung der Pumpspannung VP erwähnt wird.
  • Somit kann sichergestellt werden, dass trotz des Fließens eines Pumpstroms keine Überspannungen an den Sensorzellen auftreten, die zu einer Zerstörung des Sensorelements führen könnten.
  • Das Verfahren hat somit den Vorteil, dass durch die Begrenzung des Pumpstroms in Abhängigkeit von der Spannung eine Aktivierung des Sensorelements bereits vor Erreichen der eigentlichen Betriebstemperatur erfolgen kann, ohne dass eine Beschädigung des keramischen Ionenleiters riskiert wird. Dadurch verkürzt sich die Zeit bis zur Verfügbarkeit des Sensorsignals.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Pumpstrom IP erst nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem Starten des Sensorelements generiert. Dies hat den Vorteil, dass der Pumpstrom erst dann angelegt wird, wenn vernünftigerweise mit einer ausreichend niedrigen Zellimpedanz zu rechnen ist. Damit wird eine Belastung des Sensorelements durch zu früh angelegte Pumpströme vermieden.
  • Alternativ kann der Pumpstrom IP auch erst nach Erreichen einer vorgegebenen Temperatur Tinit des Sensorelements generiert werden, wobei die vorgegebene Temperatur Tinit niedriger ist als eine Betriebstemperatur TB des Sensorelements im Normalbetrieb. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass durch eine geeignete Wahl der vorgegebenen Temperatur Tinit der Pumpstrom IP in etwa zu dem Zeitpunkt generiert wird, zu dem die Zellimpedanz bereits ausreichend niedrig und der Sensor somit betriebsbereit ist.
  • Dabei kann die vorgegebene Temperatur Tinit beispielsweise 50 % einer Betriebstemperatur TB des Sensorelements im Normalbetrieb entsprechen. Insbesondere kann die Temperatur Tinit in Abhängigkeit von dem verwendeten Sensortyp vorgegeben werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das generieren eines Pumpstroms IP zwischen der ersten und der zweiten Elektrode in Form eines Strompulses mit einer vorgegebenen Zeitdauer ΔT. Durch das Anlegen lediglich eines Strompulses wird eine Zerstörung des Sensorelements mit noch größerer Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen, da die bei einer noch zu hohen Zellimpedanz auftretende Überspannung an der Sensorzelle erst ab einer gewissen Zeitdauer zur Zerstörung des Sensorelements führen würde.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Sensorelement als Doppelkammersensorelement ausgebildet und weist zumindest zwei Sensorzellen auf, wobei eine erste Sensorzelle zur Entfernung von Sauerstoff aus einem Messgas ausgebildet ist, während die zweite Sensorzelle zur Messung einer Stickoxidkonzentration ausgebildet ist.
  • In derartigen Doppelkammersensorelementen wird mithilfe der ersten Sensorzelle, die in dieser Anordnung auch als „auxiliary pump“ bezeichnet wird, der Sauerstoff aus dem Messgas entfernt, der ansonsten die Messungen der Stickoxidkonzentration, die ebenfalls über die Konzentration von Sauerstoff erfolgt, stören würde.
  • Gemäß einer Ausführungsform erfolgt bei einem derartigen Doppelkammersensorelement das Generieren eines Pumpstroms IP zunächst in der ersten Sensorzelle und erst zu einem späteren Zeitpunkt in der zweiten Sensorzelle. Das hat den Vorteil, dass bereits zu einem frühen Zeitpunkt Sauerstoff aus dem Messgas entfernt wird und der Sensor danach schneller in den normalen Regelbetrieb übergehen kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform erfolgt in jeder der Sensorzellen des Sensorelements eine Regelung des jeweiligen Pumpstroms IPi derart, dass die jeweilige Spannung VPi einen Schwellenwert VPi* nicht übersteigt. Dadurch ist sichergestellt, dass jede Sensorzelle möglichst früh, jedoch zerstörungsfrei in Betrieb genommen werden kann. Dazu ist die Ermittlung aller auftretenden Pumpspannungen VPi und davon abhängig die Regelung der Pumpströme IPi notwendig.
  • Nach Erreichen einer Betriebstemperatur TB des Sensorelements wird das Sensorelement in einen Normalbetrieb umgeschaltet. Im Normalbetrieb sind die temperaturabhängigen Zellimpedanzen ausreichend gering, sodass die Pumpströme nicht mehr in Abhängigkeit von den Pumpspannungen limitiert werden müssen.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt aufweisend ein computerlesbares Medium und auf dem computerlesbaren Medium abgespeicherten Programmcode angegeben, der, wenn er auf einer Recheneinheit ausgeführt wird, die Recheneinheit anleitet, das beschriebene Verfahren auszuführen.
  • Bei der Recheneinheit kann es sich dabei insbesondere um ein Sensorsteuergerät und/oder eine Motorsteuerung eines Kraftfahrzeugs handeln.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein elektrisch durch ein Heizelement beheiztes, keramisches, amperometrisches Sensorelement zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen angegeben, wobei das Sensorelement mindestens eine Sensorzelle mit einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode und einem zwischen den Elektroden angeordneten keramischen Festelektrolyten aufweist, wobei das Sensorelement ferner Mittel zum Starten des Sensorelements durch Aufheizen des keramischen Festelektrolyten mittels des Heizelements aufweist sowie Mittel zum Generieren eines Pumpstroms IP zwischen der ersten und der zweiten Elektrode sowie Mittel zum Ermitteln einer daraus resultierenden Pumpspannung VP zwischen der ersten oder zweiten Elektrode sowie Mittel zum Regeln des zwischen der ersten und der zweiten Elektrode fließenden Pumpstroms IP derart, dass die Pumpspannung VP einen Schwellenwert VP* nicht übersteigt.
  • Das Sensorelement weist die bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren weiter oben beschriebenen Vorteile auf. Insbesondere ist es bereits betriebsbereit und kann ein Signal liefern, wenn der keramische Festelektrolyt noch nicht auf seine Endtemperatur aufgeheizt wurde.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
  • 1 schematisch einen amperometrischen Sensor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
  • 2 schematisch Schritte eines Verfahrens zum Betreiben eines derartigen amperometrischen Sensors.
  • 1 zeigt schematisch ein amperometrisches Sensorelement 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Sensorelement 1 weist eine Zirkonoxidkeramik auf, die auch als Festelektrolyt dient. Das Sensorelement 1 ist als Doppelkammersensorelement zur Messung von Stickoxiden ausgebildet. Dazu weist es eine Messgaskammer 3 auf, in die von außen Messgas, insbesondere Abgas eines Kraftfahrzeugs, durch einen schmalen Spalt eindiffundiert. Ferner weist das Sensorelement 1 eine zweite Messgaskammer 5 auf, in die Messgas aus der ersten Messgaskammer 3 gelangt, sowie eine dritte Messgaskammer 7, in die Messgas aus der zweiten Messgaskammer 5 gelangt.
  • In der ersten Messgaskammer 3 ist eine erste Elektrode P angeordnet, die zusammen mit einer auf der Oberseite des Sensorelements 1 angeordneten zweiten Elektrode P+ und dem dazwischen angeordneten Festelektrolyten 9 eine erste Sensorzelle bildet. An der ersten Elektrode P wird Sauerstoff aus dem Messgas in bekannter Weise gespalten und wandert durch den Festelektrolyten 9 zur zweiten Elektrode P+, so dass ein Pumpstrom IP0 fließt, der die Pumpspannung VP0 erzeugt. Mittels einer regelbaren Spannungsquelle wird die erste Elektrode P auf einem geeigneten Potenzial V0 gehalten.
  • In der zweiten Messkammer 5 ist eine weitere Elektrode M1 angeordnet, die ebenfalls mit der zweiten Elektrode P+ und dem dazwischen angeordneten Festelektrolyten 9 eine Sensorzelle bildet. Diese zweite Sensorzelle hat lediglich die Aufgabe, zusammen mit der ersten Sensorzelle eine Kaskadenregelung und somit eine besonders genaue Regelung zu ermöglichen. Zusammen haben die erste Sensorzelle und die zweite Sensorzelle die Aufgabe, Sauerstoff aus dem Messgas weitgehend zu entfernen, um in einer anschließenden dritten Sensorzelle eine Stickoxidmessung zu ermöglichen.
  • Dazu ist die dritte Sensorzelle gebildet aus einer weiteren Elektrode M2 und der zweiten Elektrode P+ zusammen mit dem dazwischen liegenden Festelektrolyten 9. Dabei wird in die dritte Messkammer 7 gelangtes Stickoxid dadurch nachgewiesen, dass das Stickoxid in Sauerstoff und Stickstoff aufgespalten wird und negativ geladene Sauerstoffionen wiederum durch den Festelektrolyten 9 zur zweiten Elektrode P+ wandern, so dass sie den Pumpstrom IP2 erzeugen, der zur Pumpe Spannung VP2 führt.
  • Im normalen Sensorbetrieb wird die Referenzelektrode Ref zur Messung der Nernst-Spannungen zwischen P-/Ref, M1/Ref, M2/Ref, P+/Ref verwendet, die für den Regelungsbetrieb verwendet werden.
  • Mit dem Vbin Signal (P+/Ref) kann der Lambdasprung im Abgas gemessen werden. Bei typischerweise Vbin < 200mV läuft beispielsweise die Verbrennung mager ab und bei Vbin > 600mV läuft die Verbrennung fett ab.
  • Damit der Festelektrolyt 9 ionenleitend wird, muss er auf eine bestimmte Temperatur aufgeheizt werden. Dazu ist in dem Sensorelement 1 ein elektrisch betriebener Heizer 11 vorgesehen. Nach dem Einschalten des Sensorelements 1 heizt der Heizer 11 das Sensorelement 1 auf. Die Impedanz der einzelnen Sensorzellen ist stark temperaturabhängig und fällt mit steigender Temperatur. Bei einer niedrigen Temperatur vor oder kurz nach Beginn des Aufheizens ist die Impedanz der Sensorzellen derart hoch, dass die Zellen nicht aktiviert werden dürfen, da ein Pumpstrom zu einer Überspannung führen könnte, die eine Zerstörung des Sensorelements 1 zur Folge hätte.
  • 2 zeigt schematisch Schritte eines Betriebsverfahrens für das Sensorelement 1 gemäß 1, mit dem erreicht werden kann, dass das Sensorelement 1 bereits vor Erreichen der eigentlichen Betriebstemperatur des Sensorelements 1 in Betrieb genommen werden kann und ein Signal liefert.
  • Dazu erfolgt in einem Schritt 100 der Start des Sensorelements 1 und ein Beheizen mittels des elektrischen Heizers 11. In einem Schritt 200 wird anschließend abgefragt, ob in dem Sensorelement 1 bereits die festgelegte Temperatur Tinit erreicht ist. Diese kann beispielsweise 50 % der Endtemperatur oder Betriebstemperatur des Sensorelements 1 betragen. Falls diese Temperatur noch nicht erreicht ist, wird das Sensorelement 1 zunächst weiter aufgeheizt.
  • Ist die Temperatur Tinit jedoch bereits erreicht, so wird beispielsweise in der ersten Sensorzelle durch Anlegen einer geeigneten Spannung V0 ein Pumpstrom IP0 generiert, der zu einer Pumpspannung VP0 führt.
  • In einem Schritt 400 wird die Pumpspannung VP0 gemessen und der Pumpstrom IP0 wird in Abhängigkeit von der Pumpspannung VP0 geregelt. Somit wird der Pumpstrom derart limitiert, dass die Pumpspannung VP0 unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes bleibt. Dabei wird der Schwellenwert so vorgegeben, dass eine Zerstörung des Sensorelements 1 ausgeschlossen werden kann.
  • Dies führt dazu, dass das Sensorelement 1 bereits vor Erreichen seiner eigentlichen Betriebstemperatur mit niedrigen Pumpströmen betrieben werden kann. Das hat zur Folge, dass beispielsweise aus der Messgaskammer 3 bereits frühzeitig Sauerstoff abgepumpt werden kann, so dass die Stickoxidmessung früher beginnen kann.
  • Der Betrieb des Sensorelements 1 mit limitierten Pumpströmen erfolgt so lange, bis im Schritt 500 festgestellt wird, dass die Endtemperatur oder Betriebstemperatur TB des Sensorelements 1 erreicht ist. Ist diese erreicht, wird das Sensorelement 1 in den Normalbetrieb geschaltet, in dem eine in Abhängigkeit von der Pumpspannung erfolgende Limitierung der Pumpströme nicht mehr erforderlich ist, da die Zellimpedanzen in der Sensorzellen nunmehr ausreichend klein sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 8182664 B2 [0002, 0002]

Claims (12)

  1. Verfahren zum Betreiben eines elektrisch durch ein Heizelement (11) beheizten, keramischen, amperometrischen Sensorelements (1) zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen, wobei das Sensorelement (1) mindestens eine Sensorzelle mit einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode und einem zwischen den Elektroden angeordneten keramischen Festelektrolyten (9) aufweist, wobei das Verfahren folgendes umfasst: – starten des Sensorelements (1) durch Aufheizen des keramischen Festelektrolyten (9) mittels des Heizelements (11) auf eine Temperatur T1 unterhalb einer Betriebstemperatur TB des Sensorelements (1); – Generieren eines Pumpstroms IP zwischen der ersten und der zweiten Elektrode und Regeln des Pumpstroms IP derart, dass eine Pumpspannung VP zwischen der ersten und der zweiten Elektrode einen Schwellenwert VP* nicht übersteigt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Pumpstrom IP erst nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem Starten des Sensorelements (1) generiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Pumpstrom IP erst nach Erreichen einer vorgegebenen Temperatur Tinit des Sensorelements (1) generiert wird, wobei die vorgegebene Temperatur Tinit niedriger ist als eine Betriebstemperatur TB des Sensorelements (1) im Normalbetrieb.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die vorgegebene Temperatur Tinit 50% einer Betriebstemperatur TB des Sensorelements (1) im Normalbetrieb entspricht.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Generieren eines Pumpstroms IP zwischen der ersten und der zweiten Elektrode in Form eines Strompulses mit einer vorgegebenen Zeitdauer Δt erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Sensorelement (1) als Doppelkammersensorelement ausgebildet ist und zumindest zwei Sensorzellen aufweist, wobei eine erste Sensorzelle zur Entfernung von Sauerstoff aus einem Messgas ausgebildet ist, während die zweite Sensorzelle zur Messung einer Stickoxidkonzentration ausgebildet ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Generieren eines Pumpstroms IP zunächst in der ersten Sensorzelle erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei in jeder der Sensorzellen eine Regelung des jeweiligen Pumpstroms IPi derart erfolgt, dass die jeweilige Pumpspannung VPi einen Schwellenwert VPi* nicht übersteigt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei bei Erreichen einer Betriebstemperatur TB des Sensorelements das Sensorelement (1) in einen Normalbetrieb umgeschaltet wird.
  10. Computerprogrammprodukt aufweisend ein computerlesbares Medium und auf dem computerlesbaren Medium abgespeicherten Programmcode, der, wenn er auf einer Recheneinheit ausgeführt wird, die Recheneinheit anleitet, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
  11. Elektrisch durch ein Heizelement (11) beheiztes, keramisches, amperometrisches Sensorelement (1) zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen, wobei das Sensorelement (1) mindestens eine Sensorzelle mit einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode und einem zwischen den Elektroden angeordneten keramischen Festelektrolyten (9) aufweist, wobei das Sensorelement (1) ferner folgendes umfasst: – Mittel zum Starten des Sensorelements (1) durch Aufheizen des keramischen Festelektrolyten (9) mittels des Heizelements (11); – Mittel zum Generieren eines Pumpstroms IP zwischen der ersten und der zweiten Elektrode; – Mittel zum Ermitteln einer daraus resultierenden Pumpspannung VP zwischen der ersten und der zweiten Elektrode und – Mittel zum Regeln des zwischen der ersten und der zweiten Elektrode fließenden Pumpstroms IP derart, dass die Pumpspannung VP einen Schwellenwert VP* nicht übersteigt.
  12. Sensorelement (1) nach Anspruch 11, wobei das Sensorelement (1) als Doppelkammersensorelement ausgebildet ist und zumindest zwei Sensorzellen aufweist, wobei eine erste Sensorzelle zur Entfernung von Sauerstoff aus einem Messgas ausgebildet ist, während die zweite Sensorzelle zur Messung einer Stickoxidkonzentration ausgebildet ist.
DE102016219560.3A 2016-10-07 2016-10-07 Verfahren zum Betreiben eines amperometrischen Sensorelements und Sensorelement Ceased DE102016219560A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016219560.3A DE102016219560A1 (de) 2016-10-07 2016-10-07 Verfahren zum Betreiben eines amperometrischen Sensorelements und Sensorelement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016219560.3A DE102016219560A1 (de) 2016-10-07 2016-10-07 Verfahren zum Betreiben eines amperometrischen Sensorelements und Sensorelement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102016219560A1 true DE102016219560A1 (de) 2018-04-12

Family

ID=61696033

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016219560.3A Ceased DE102016219560A1 (de) 2016-10-07 2016-10-07 Verfahren zum Betreiben eines amperometrischen Sensorelements und Sensorelement

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102016219560A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022202504A1 (de) 2022-03-14 2023-01-26 Vitesco Technologies GmbH Verfahren zur Diagnose eines Abgassensors für eine Brennkraftmaschine, Abgassensor und Brennkraftmaschine

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008042268A1 (de) * 2008-09-22 2010-04-01 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer beheizbaren Abgassonde
DE102009053642A1 (de) * 2008-11-17 2010-07-15 NGK Spark Plug Co., Ltd., Nagoya-shi Gassensorsystem und Verfahren zur Gassensorsteuerung
DE102010030117A1 (de) * 2010-06-15 2011-12-15 Robert Bosch Gmbh Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Gassonde
US8182664B2 (en) 2007-05-07 2012-05-22 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Sensor control device
DE102011077353A1 (de) * 2011-06-10 2012-12-13 Continental Automotive Gmbh Kompensation einer Strom-Spannungs-Kennlinie einer Einzellen-Lambdasonde basierend auf einem gemessenen Gleichstromwiderstand
DE102012212596A1 (de) * 2012-07-18 2014-01-23 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Abgassonde
DE102015208431A1 (de) * 2014-05-07 2015-11-12 Denso Corporation Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor-Steuervorrichtung
DE102014214409A1 (de) * 2014-07-23 2016-01-28 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb eines Gassensors zur Verbesserung der Detektion von Stickoxiden
DE112014004479T5 (de) * 2013-09-27 2016-07-14 Denso Corporation Gassensorsteuervorrichtung

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8182664B2 (en) 2007-05-07 2012-05-22 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Sensor control device
DE102008042268A1 (de) * 2008-09-22 2010-04-01 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer beheizbaren Abgassonde
DE102009053642A1 (de) * 2008-11-17 2010-07-15 NGK Spark Plug Co., Ltd., Nagoya-shi Gassensorsystem und Verfahren zur Gassensorsteuerung
DE102010030117A1 (de) * 2010-06-15 2011-12-15 Robert Bosch Gmbh Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Gassonde
DE102011077353A1 (de) * 2011-06-10 2012-12-13 Continental Automotive Gmbh Kompensation einer Strom-Spannungs-Kennlinie einer Einzellen-Lambdasonde basierend auf einem gemessenen Gleichstromwiderstand
DE102012212596A1 (de) * 2012-07-18 2014-01-23 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Abgassonde
DE112014004479T5 (de) * 2013-09-27 2016-07-14 Denso Corporation Gassensorsteuervorrichtung
DE102015208431A1 (de) * 2014-05-07 2015-11-12 Denso Corporation Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor-Steuervorrichtung
DE102014214409A1 (de) * 2014-07-23 2016-01-28 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb eines Gassensors zur Verbesserung der Detektion von Stickoxiden

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BOSCH Lamdatronic LT4 Quick Start Guide 31.10.2014 http://www.motorsport-systems.co.uk/wp-content/uploads/2016/05/Lambdatronic_LT4_Quick_Start_Guidepdf.pdf *
BOSCH Product Information CJ135 - Lambda Probe Interface IC 09.12.2010 http://www.bosch-semiconductors.de/media/automotive_electronics/product_information/CJ135_Product_Information.pdf *
BOSCH Product Information Lambda Probe Interface IC - CJ125 26.04.2006 http://www.bosch-semiconductors.de/media/automotive_electronics/product_information/CJ125_Product_Info.pdf *
DRIVVEN O2 Sensor Module Kit User’s Manual D000025 Rev D March 2012 http://www.ni.com/pdf/manuals/O2_Sensor_UM_RevD.pdf *
FIRST SENSOR: Designing interface electronics for zirconium dioxide oxygen sensors of the XYA series, E / 11163 / B 12.02.2014 https://www.first-sensor.com/cms/upload/appnotes/AN_XYA-O2-electronics_E_11163.pdf
FIRST SENSOR: Designing interface electronics for zirconium dioxide oxygen sensors of the XYA series, E / 11163 / B 12.02.2014 https://www.first-sensor.com/cms/upload/appnotes/AN_XYA-O2-electronics_E_11163.pdf *
KNÖDLER S.: Wideband Lambda Probe Interface test exhaust oxygen levels, In: elektor 01-2012, S.16-22 http://d1.amobbs.com/bbs_upload782111/files_49/ourdev_707565DNEIR9.pdf *
KNÖDLER S.: Wideband Lambda Probe Interface test exhaust oxygen levels, In: elektor 01-2012, Software https://www.elektormagazine.com/files/magazine/2012/dolo/110363-11.zip *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022202504A1 (de) 2022-03-14 2023-01-26 Vitesco Technologies GmbH Verfahren zur Diagnose eines Abgassensors für eine Brennkraftmaschine, Abgassensor und Brennkraftmaschine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013103003A1 (de) Verfahren sowie Vorrichtung zur Messung des Sauerstoffgehaltes oder des Sauerstoffpartialdruckes in einem Messgas
DE102016219560A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines amperometrischen Sensorelements und Sensorelement
EP4127691A1 (de) Verfahren zum ermitteln eines zustandsparameters eines abgassensors
EP3289347B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung eines innenwiderstandes eines sensorelements
DE102010031299A1 (de) Vorrichtung zur Bestimmung einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum
DE102010039188A1 (de) Verfahren zur Erfassung einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum
DE102014226922A1 (de) Verfahren zur Diagnose von Verbindungsleitungen und Auswertevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102014224943A1 (de) Verfahren zur Erkennung von mindestens zwei Arten von elektrischen Fehlern in mindestens einem Stromkreis
DE102009055041B4 (de) Verfahren zum schnellen Erreichen der Betriebsbereitschaft einer beheizbaren Abgassonde
EP3622281B1 (de) Verfahren zur bestimmung der temperatur eines festelektrolyt-gassensors
DE102016002727A1 (de) Sensorsteuervorrichtung und Sensorsteuersystem
DE102018208317A1 (de) Verfahren zur Diagnose von Abgassensoren
DE102006052203B4 (de) Sensorsteuervorrichtung
DE102018123120A1 (de) Sensorsteuerungsvorrichtung
EP3818367B1 (de) Verfahren zum betreiben eines sensors zum nachweis mindestens eines anteils einer messgaskomponente mit gebundenem sauerstoff in einem messgas
DE112019004369T5 (de) Steuervorrichtung
DE102013212288A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Sensorelements und Sensorvorrichtung
DE102022202627A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors für eine Brennkraftmaschine, Abgassensor und Brennkraftmaschine
DE102014224942A1 (de) Verfahren zur Erkennung eines Zustands eines Heizelements in einem Sensor
DE102007062731A1 (de) Festelektrolytgassensor mit geschlossener Pumpkammer
DE102021212821A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors für eine Brennkraftmaschine und Abgassensor
DE102021212820A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors für eine Brennkraftmaschine und Abgassensor
DE102017220976A1 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zur Bestimmung des elektrischen Innenwiderstandes einer Breitband-Lambdasonde
DE102020207994A1 (de) Hochpräzise Stöchiometriemessung
DE102020215456A1 (de) Verfahren zur Funktionskontrolle eines Sensors zur Detektion von Rußpartikeln in einem Abgas

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: VITESCO TECHNOLOGIES GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE

R016 Response to examination communication
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final