DE102018203313A1

DE102018203313A1 - Verfahren zum Betreiben eines Sensors zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Messgas

Info

Publication number: DE102018203313A1
Application number: DE102018203313.7A
Authority: DE
Inventors: Dirk Daecke; Moritz Waldorf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-03-06
Filing date: 2018-03-06
Publication date: 2019-09-12
Also published as: FR3078779A1

Abstract

Es wird eib Verfahren zum Betreiben eines Sensors (100) zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Messgas, insbesondere in einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, vorgeschlagen. Bei dem Verfahren werden ein erster Pumpstrom (I) einer ersten Pumpzelle (112) und eine an die erste Pumpzelle (112) angelegte Spannung (U) erfasst, wobei ein die Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff anzeigendes Messsignal des Sensorelements (110) basierend auf einem zweiten Pumpstrom (I) einer zweiten Pumpzelle (140) ermittelt wird, wobei weiterhin mittels einer Signalverarbeitung eine Kompensationsgröße (DI) bestimmt wird, wobei aus dem Messsignal und der Kompensationsgröße (DI) mindestens ein korrigiertes Messsignal (I) bestimmt wird, wobei aus dem korrigierten Messsignal der Anteil der Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff bestimmt wird, wobei die Kompensationsgröße (DI) zumindest teilweise abhängig ist von dem ersten Pumpstrom (I) und der an die erste Pumpzelle (112) angelegten Spannung (U), wobei die Kompensationsgröße (DI) weiterhin von einer Temperatur des Sensorelements (110) abhängig ist.

Description

Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Verfahren und Sensoren zum Nachweis mindestens eines Anteils der Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Gasgemisch, insbesondere in einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, durch Erfassen eines Anteils an Sauerstoff, der durch eine Reduktion der Messgaskomponente mit dem gebundenem Sauerstoff erzeugt wird, bei Anwesenheit von molekularem Sauerstoff bekannt.
Sensoren zum Nachweis mindestens eines Anteils der Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Gasgemisch, die auch verkürzt oder vereinfacht NO_x-Sensoren oder Stickoxid-Sensoren bezeichnet werden, sind beispielsweise in Reif, K., Deitsche, K-H. et al., Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, Springer Vieweg, Wiesbaden, 2014, Seite 1338-1347 beschrieben.
Stickoxid-Sensoren (= NO_x-Sensoren), die heutzutage in der Automobiltechnik eingesetzt werden, funktionieren nach dem Grenzstromprinzip, analog zu Sauerstoff-Sensoren, wie beispielsweise Lambda Sensoren. Ein solcher Stickoxid-Sensor umfasst eine Nernst-Konzentrationszelle, die auch Referenzzelle genannt wird, ein modifizierte Sauerstoffpumpzelle und eine weitere modifizierte Sauerstoffpumpzelle, die die sogenannte NO_x-Zelle. Eine dem Abgas ausgesetzte äußere Pumpelektrode und eine innere Pumpelektrode in einem ersten Hohlraum, der vom Abgas durch eine Diffusionsbarriere getrennt ist, bilden die Sauerstoffpumpzelle. Im ersten Hohlraum befindet sich auch die Nernstelektrode und in einem Referenzgasraum die Referenzelektrode, die zusammen die Nernstzelle bzw. Referenzzelle bilden. Die NO_x-Zelle umfasst eine NO_x-Pumpelektrode und eine Gegenelektrode. Die NO_x-Pumpelektrode befindet sich einem zweiten Hohlraum, der mit dem ersten inneren Hohlraum verbunden und von diesem durch eine Diffusionsbarriere getrennt ist. Die Gegenelektrode befindet sich in dem Referenzgasraum. Alle Elektroden in dem ersten und zweiten Hohlraum haben einen gemeinsamen Rückleiter.
Bei Betrieb des Stickoxid-Sensor wird der sogenannten 02-Zelle der Sauerstoff aus dem ersten Hohlraum, der über eine Diffusionsbarriere mit dem Abgas verbunden ist, entfernt. Der dadurch resultierende Pumpstrom ist dann proportional zum Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft im Messgas- bzw. Abgasstrom. In der NO_x-Zelle werden die Stickoxide abgepumpt. Das Stickoxid NO_x, in der in den zweiten Hohlraum befindlichen Atmosphäre, wird durch Anlegen einer konstanten Pumpspannung reduziert bzw. abgebaut. Der durch Reduktion oder Abbau der Messgaskomponente in dem zweiten Hohlraum erzeugte Sauerstoff, der vorzugsweise aus der Reduktion des Stickoxids NO_x stammt, wird in einen Referenzgasraum abgepumpt. So hat die angelegte Pumpspannung hat gegen den Widerstand der NO_x-Zelle und der Konzentration des Stickoxids NO_x bzw. Sauerstoffs einen Pumpstrom zur Folge, der proportional zum Gehalt an Stickoxid NO_x bzw. Sauerstoff ist und das NO_x-Messsignal darstellt.
Trotz der Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren und Verfahren zum Betreiben derselben, beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. Bei schnellen dynamischen Veränderungen des 02-Gehaltes im Abgas gibt es einen störenden Quereinfluss auf das NO_x-Signal. Diese Störung des NO_x Signals ist so groß, dass das dynamische Signal nicht die Genauigkeitsanforderungen erfüllt. Die Störung kann sowohl in positiver Richtung, als auch in negativer Richtung wirken. Eibn negativer Peak entsteht, wenn die 02-Konzentration im Abgas stark ansteigt. Die Pumpspannung an der 02-Zelle wird durch den Regler entsprechend erhöht. Dadurch erhöht sich die die Nernstspannung an der NOx-Zelle, die der NOx-Pumpspannung entgegenwirkt. Ist die entstehende Nernstspannung größer als die NOx-Pumpspannung, fließt ein Ausgleichsstrom aus der Referenzzelle in die NOx-Zelle. Dies wird dann als negatives NOx-Signal von der Auswerteschaltung interpretiert. Ist gleichzeitig zur Änderung des 02-Gehaltes auch NOx im Abgas vorhanden, kann der negative Peak stark verstärkt werden, da der Regler die Pumpspannung zeitweise übererhöht. Dadurch besteht die Gefahr, dass NOx-Moleküle an der 02-Zelle dissoziiert und abgepumpt werden. Diese können dann nicht mehr an der NOx-Zelle gemessen werden. Ein positiver Peak entsteht bei einem schnellen Abfall der O2-Konzentration. Der O2-Regler senkt die Pumpspannung an der O2-Zelle ab, dabei gelangen auch O2-Molleküle, die an der O2-Zelle nicht abgepumpt wurden zur NOx-Zelle. Dort werden sie dann abgepumpt und tragen zum NOx-Strom I_P2 und damit zum gemessenen NOx Signal bei.
Weitere Einflüsse können eine Veränderung des Wasser-Gehaltes im Abgas, eine schnelle Veränderung des Abgasmassenstroms oder der Abgastemperatur sein. Auch diese Einflüsse wirken sich auf den 02-Regler aus und können dynamisch eine fehlerhafte NOx-Messung verursachen. Insbesondere Störungen durch Änderungen des H₂O-Gehalts sind zu beachten, da diese im Fahrbetrieb bei Schub-Last-Übergängen häufig vorkommen und gleichzeitig mit Änderungen des O2-Gehalts überlagert sind. Ein Querfluss von O2 auf das NOx Signal im statischen Betrieb ist bereits bekannt und wird durch eine Funktion in der Steuereinheit kompensiert.
Offenbarung der Erfindung
Es wird daher ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Messgas vorgeschlagen, welches die Nachteile bekannter Verfahren zum Betreiben dieser Sensoren zumindest weitgehend vermeidet und bei dem die Genauigkeit eines solchen Sensors deutlich verbessert werden kann.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Sensors zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Messgas, insbesondere in einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, umfasst ein Sensorelement, wobei das Sensorelement eine erste Pumpzelle, die einer äußere Pumpelektrode und eine innere Pumpelektrode aufweist und die an einem ersten Hohlraum anliegt, welcher mit dem Messgas in Verbindung steht, eine Referenzzelle, welcher eine Nernst-Elektrode und eine Referenzelektrode aufweist und die an einem Referenzgasraum anliegt, und eine zweite Pumpzelle, die eine Pumpelektrode und eine Gegenelektrode aufweist und die an einem zweiten Hohlraum anliegt, wobei ein erster Pumpstrom der ersten Pumpzelle und eine an die erste Pumpzelle angelegten Spannung erfasst werden, wobei ein die Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff anzeigendes Messsignal des Sensorelements basierend auf einem zweiten Pumpstrom der zweiten Pumpzelle ermittelt wird, wobei weiterhin mittels einer Signalverarbeitung eine Kompensationsgröße bestimmt wird, wobei aus dem Messsignal und der Kompensationsgröße mindestens eine korrigiertes Messsignal bestimmt wird, wobei aus dem korrigierten Messsignal der Anteil der Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff bestimmt wird, wobei die Kompensationsgröße zumindest teilweise abhängig ist von dem ersten Pumpstrom und der an die erste Pumpzelle angelegten Spannung, wobei die Kompensationsgröße weiterhin von einer Temperatur des Sensorelements abhängig ist.
Bei einer Weiterbildung ist die Kompensationsgröße zumindest teilweise abhängig von einem sich zeitlich ändernden Anteil des ersten Pumpstroms und/oder von einem sich zeitlich ändernden Anteil eines Strom-Äquivalents der an die erste Pumpzelle angelegten Spannung.
Bei einer wird eine Differenz zwischen dem ersten Pumpstrom und einem Strom-Äquivalent der an die erste Pumpzelle angelegten Spannung und/oder eine Differenz zwischen dem sich zeitlich ändernden Anteil des ersten Pumpstroms und dem sich zeitlich ändernden Anteil des Strom-Äquivalents der an die erste Pumpzelle angelegten Spannung als Referenzsignal für die Bestimmung der Kompensationsgröße verwendet.
Bei einer Weiterbildung umfasst die Signalverarbeitung eine Hochpassfilterung des ersten Pumpstroms und des Strom-Äquivalents der an die erste Pumpzelle angelegten Spannung und/oder des sich zeitlich ändernden Anteils des ersten Pumpstroms und des sich zeitlich ändernden Anteis des Strom-Äquivalents der an die erste Pumpzelle angelegten Spannung.
Bei einer Weiterbildung wird das Strom-Äquivalent der an die erste Pumpzelle angelegten Spannung basierend auf einer Impedanz der ersten Pumpzelle gebildet.
Bei einer Weiterbildung wird die Impedanz der ersten Pumpzelle basierend auf der an die erste Pumpzelle angelegten Spannung und dem ersten Pumpstrom bestimmt.
Bei einer Weiterbildung wird die Impedanz mittels eines Adaptionsalgorithmus bestimmt.
Bei einer Weiterbildung hängtdie Kompensationsgröße weiterhin von einem sich zeitlich ändernden Anteil der Temperatur des Sensorelements ab.
Bei einer Weiterbildung wird weiterhin ein elektrischer Widerstand der Referenzzelle erfasst wird, wobei die Temperatur des Sensorelements basierend auf dem elektrischen Widerstand der Referenzzelle bestimmt.
Bei einer Weiterbildung wird zum Bestimmen des korrigierten Messsignals die Kompensationsgröße von dem Messsignal subtrahiert.
Bei einer Weiterbildung wird der Feuchtegehalt des Messgases erfasst, wobei die Kompensationsgröße weiterhin von dem Feuchtegehalt des Messgases abhängig ist.
Bei einer Weiterbildung umfasst die Signalverarbeitung eine adaptive Störungskom pensation.
Es wird zudem ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
Weiterhin wird ein elektronisches Speichermedium vorgeschlagen, auf welchem ein Computerprogramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gespeichert ist.
Die Erfindung umfasst darüber hinaus ein elektronisches Steuergerät, welches das erfindungsgemäße elektronische Speichermedium mit dem besagten Computerprogramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält, umfasst.
Schließlich betrifft die Erfindung auch einen Sensor zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Messgas, insbesondere in einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend ein Sensorelement, wobei das Sensorelement eine erste Pumpzelle, die einer äußere Pumpelektrode und eine innere Pumpelektrode aufweist und die an einem ersten Hohlraum anliegt, welcher mit dem Messgas in Verbindung steht, eine Referenzzelle, welcher eine Nernst-Elektrode und eine Referenzelektrode aufweist und die an einem Referenzgasraum anliegt, und eine zweite Pumpzelle, die eine Pumpelektrode und eine Gegenelektrode aufweist und die an einem zweiten Hohlraum anliegt, wobei der Sensor weiterhin ein elektronisches Steuergerät nach dem vorhergehenden Anspruch aufweist.
Unter einem Festelektrolyten ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Körper oder Gegenstand mit elektrolytischen Eigenschaften, also mit Ionen leitenden Eigenschaften, zu verstehen. Insbesondere kann es sich um einen keramischen Festelektrolyten handeln. Dies umfasst auch das Rohmaterial eines Festelektrolyten und daher die Ausbildung als so genannter Grünling oder Braunling, der erst nach einem Sintern zu einem Festelektrolyten wird. Insbesondere kann der Festelektrolyt als Festelektrolytschicht oder aus mehreren Festelektrolytschichten ausgebildet sei. Unter einer Schicht ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine einheitliche Masse in flächenhafter Ausdehnung einer gewissen Höhe zu verstehen, die über, unter oder zwischen anderen Elementen liegt.
Unter einer Elektrode ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung allgemein ein Element zu verstehen, welches in der Lage ist, den Festelektrolyten derart zu kontaktieren, dass durch den Festelektrolyten und die Elektrode ein Strom aufrechterhalten werden kann. Dementsprechend kann die Elektrode ein Element umfassen, an welchem die Ionen in den Festelektrolyten eingebaut und/oder aus dem Festelektrolyten ausgebaut werden können. Typischerweise umfassen die Elektroden eine Edelmetallelektrode, welche beispielsweise als Metall-Keramik-Elektrode auf dem Festelektrolyten aufgebracht sein kann oder auf andere Weise mit dem Festelektrolyten in Verbindung stehen kann. Typische Elektrodenmaterialien sind Platin-Cermet-Elektroden. Auch andere Edelmetalle, wie beispielsweise Gold oder Palladium, sind jedoch grundsätzlich einsetzbar.
Unter einem Heizelement ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element zu verstehen, das zum Erwärmen des Festelektrolyten und der Elektroden auf mindestens ihre Funktionstemperatur und vorzugsweise auf ihre Betriebstemperatur dient. Die Funktionstemperatur ist diejenige Temperatur, ab der der Festelektrolyt für Ionen leitend wird und die ungefähr 350 °C beträgt. Davon ist die Betriebstemperatur zu unterscheiden, die diejenige Temperatur ist, bei der das Sensorelement üblicherweise betrieben wird und die höher ist als die Funktionstemperatur. Die Betriebstemperatur kann beispielsweise von 700 °C bis 950 °C sein. Das Heizelement kann einen Heizbereich und mindestens eine Zuleitungsbahn umfassen. Unter einem Heizbereich ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Bereich des Heizelements zu verstehen, der in dem Schichtaufbau entlang einer zu der Oberfläche des Sensorelements senkrechten Richtung mit einer Elektrode überlappt. Üblicherweise erwärmt sich der Heizbereich während des Betriebs stärker als die Zuleitungsbahn, so dass diese unterscheidbar sind. Die unterschiedliche Erwärmung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Heizbereich einen höheren elektrischen Widerstand aufweist als die Zuleitungsbahn. Der Heizbereich und/oder die Zuleitung sind beispielsweise als elektrische Widerstandsbahn ausgebildet und erwärmen sich durch Anlegen einer elektrischen Spannung. Das Heizelement kann beispielsweise aus einem Platin-Cermet hergestellt sein.
Unter einem Regelkreis ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein in sich geschlossener Wirkungsablauf für die Beeinflussung einer physikalischen Größe in einem technischen Prozess zu verstehen. Wesentlich hierbei ist die Rückführung des aktuellen Wertes, der auch als Ist-Wert bezeichnet wird, an das Regelgerät, das einer Abweichung vom Soll-Wert kontinuierlich entgegenwirkt. Der Regelkreis besteht aus der Regelstrecke, dem Regelgerät und einer negativen Rückkopplung des Ist-Werts als Regelgröße. Die Regelgröße wird mit dem Soll-Wert als Führungsgröße verglichen. Die Regelabweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert wird dem Regelgerät zugeführt, das daraus entsprechend der gewünschten Dynamik des Regelkreises eine Steuergröße für die Regelstrecke bildet. Unter der Regelstrecke ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung derjenige Teil des Regelkreises zu verstehen, der die Regelgröße enthält, auf die das Regelgerät über die Steuer- oder Stellgröße wirken soll. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die elektrochemische Einheit des Sensors die Regelstrecke.
Unter einer Messgröße ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige physikalische und/oder chemische Größe und ein diese Größe(n) äquivalent anzeigendes Signal, d.h. ein äquivalentes Signal, zu verstehen. Bevorzugt handelt es sich bei der Messgröße um mindestens ein Messsignal des Sensorelements. Bevorzugt kann es sich bei der Messgröße um mindestens einen Pumpstrom, beispielsweise einen Grenzstrom, handeln. Beispielsweise kann es sich bei der Messgröße um eine von dem Pumpstrom abhängige Größe handeln. Beispielsweise kann es sich bei der Messgröße um eine Pumpspannung und/oder um eine umgesetzte Ladung handeln. Unter dem Ausdruck „erfasst werden“ in diesem Zusammenhang ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verstehen, dass die Messgröße beispielsweise als Messsignal von dem Sensorelement ausgegeben wird und/oder die Messgröße von einem Steuergerät verarbeitet und/oder ausgewertet und/oder gespeichert wird.
Unter einer Kompensationsgröße ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige chemische und/oder physikalische Größe und ein diese Größe(n) äquivalent anzeigendes Signal, d.h. ein äquivalentes Signal, zu verstehen. Bevorzugt kann die Kompensationsgröße die gleiche physikalische und/oder chemische Größe umfassen wie die Messgröße. Bevorzugt kann es sich bei der Kompensationsgröße um eine Pumpstromabweichung handeln. Beispielsweise kann es sich bei der Kompensationsgröße um mindestens einen Umladestrom und/oder mindestens eine Elektrodenladung handeln. Die Kompensationsgröße ist zumindest teilweise abhängig von einem Pumpstrom und einer an die Pumpzelle angelegten Spannung. Insbesondere ist die Kompensationsgröße zumindest teilweise abhängig von einer zeitlichen Änderung des Pumpstroms und der an die Pumpzelle angelegten Spannung. Beispielsweise kann es sich bei der Kompensationsgröße um einen Maßstab für eine Verfälschung der Messgröße bedingt durch elektrochemische Umladungseffekte bei einem Lambda=1-Durchgang an den Elektroden der Pumpzelle handeln.
Aus der Messgröße und der Kompensationsgröße wird mindestens eine korrigierte Messgröße bestimmt. Bei der korrigierten Messgröße kann es sich prinzipiell um eine beliebige chemische und/oder physikalische Größe und ein diese Größe(n) äquivalent anzeigendes Signal, d.h. ein äquivalentes Signal, handeln. Bevorzugt kann es sich bei der korrigierten Messgröße um die gleiche physikalische und/oder chemische Größe und/oder die Kompensationsgröße handeln. Bei der korrigierten Messgröße kann es sich insbesondere um eine Größe handeln, welche von Störeffekten bereinigt ist. Der Anteil des Gases in dem Messgasraum kann bevorzugt aus der korrigierten Messgröße genauer bestimmt werden als aus der Messgröße. Bei der Bestimmung der korrigierten Messgröße aus der Messgröße und der Kompensationsgröße kann es sich beispielsweise um eine Berechnung und/oder um eine Zuordnung handeln. Entsprechend kann der Anteil des Messgases in dem Messgasraum aus der korrigierten Messgröße beispielsweise durch Berechnung und/oder durch Zuordnung bestimmt werden. Beispielsweise kann bei der Bestimmung des Anteils des Messgases in dem Messgasraum aus der korrigierten Messgröße mindestens eine Kennlinie verwendet werden. Bei der Kennlinie kann es sich beispielsweise um eine Zuordnung der korrigierten Messgröße zu einem Anteil des Messgases handeln. Beispielsweise kann es sich bei der Kennlinie um eine Zuordnung zwischen einem korrigierten Pumpstrom und einem Anteil an Sauerstoff in dem Messgas, beispielsweise einem Sauerstoffpartialdruck, handeln.
Die Messgröße kann mindestens einen Pumpstrom umfassen. Beispielsweise kann es sich bei dem Pumpstrom um die gesamte über die Pumpzelle umgesetzte Ladung pro Zeit handeln. Beispielsweise kann die Messgröße der Pumpstrom direkt oder ein den Pumpstrom anzeigendes Signal sein. Beispielsweise kann es sich bei dem Pumpstrom auch um eine Messgröße handeln, welche von dem Pumpstrom abhängt. Beispielsweise kann die Messgröße eine von dem Pumpstrom abhängige Größe sein. Beispielsweise kann die Messgröße zumindest den Pumpstrom umfassen. Die Kompensationsgröße kann mindestens einen Umladestrom umfassen. Bei dem Umladestrom kann es sich um Ströme handeln, welche durch Ladeprozesse und/oder Entladeprozesse, beispielsweise bei Änderung des Anteils des Messgases in dem Messgasraum, auftreten können. Bei dem Umladestrom kann es sich um Ströme handeln, welche bei einem Lambda=1-Durchgang auftreten können. Die durch Umladung erzeugte Ladungsmenge bildet sich dann üblicherweise nicht in der Spannung des Reglers ab, denn die Quelle ist die wechselnde Nernstspannung an den Elektroden der Pumpzelle im Sensorelement. Die Ausgansspannung des Reglers ist bei einem Lambda=1-Durchgang nicht gestört, da diese zeitlich dem Lambda=1-Durchgang hinterherläuft.
Die Messgröße, Kompensationsgröße und korrigierte Messgröße müssen entsprechend den vorherigen Ausführungen nicht als absolute Größen vorliegen. Die vorliegende Erfindung erlaubt explizit alternativ oder zusätzlich eine Korrektur der Messgröße bzw. Kompensation der Umladung auf Ebene der Signalverarbeitung, so dass es sich bei der Messgröße, Kompensationsgröße und korrigierte Messgröße entsprechend um diese charakterisierende Signale handeln kann.
Unter einer Impedanz der Pumpzelle ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht der Ohmsche Widerstand der Pumpzelle, sondern ein sensorelementspezifischer Zusammenhang zwischen Pumpspannung une einem Strom-Äquivalent der Pumpspannung zu verstehen, der unter anderem frequenzabhängig ist. Unter bestimmten Betriebsbedingungen ist das Strom-Äquivalent der Pumpspannung gleich der Pumpspannung (z.B. bei geringer zeitlicher Änderung der 02-Konzentration im Abgas).Im hier Betrachteten DC-Fall (Grenzstrombetrieb), ist der Impedanzwert von der Sauerstoffkonzentration im Abgas aber auch von weiteren Abgasbedingungen, wie zum Beispiel der Gasgeschwindigkeit abhängig. Die Impedanz beschreibt im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere das Verhältnis von Strom-Äquivalent der Pumpspannung und Pumpspannung. Die Impedanz der Pumpzelle kann allgemein als komplexer Zahlenwert definiert werden. Die Impedanz der Pumpzelle kann somit auch frequenzabgängig sein. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Impedanz der Pumpzelle mit Hilfe eines Adaptionsalgorithmus aus den Kombinationen der Spannung an der Pumpzelle und dem Pumpstrom bestimmt werden. Die Impedanz der Pumpzelle kann als Funktion der an der Pumpzelle anliegenden Spannung (oder alternativ al Funktion des Pumpstroms) bestimmt werden.
Unter einem Hochpass ist im Rahmend er vorliegenden Erfindung ein Filter zu verstehen, der hochfrequente Signalanteile oberhalb seiner Grenzfrequenz durchlässt, während niederfrequente Signalanteile gedämpft werden. Konstante oder nur langsam ändernde Signalkomponenten können so entfernt werden. Durch eine Filterung kann auch die Phase des Signals verändert werden. Zum Beispiel hat ein Differenzierer eine Phase von 90° (linearphasig). Hochpassfilter können im Rahmen der vorliegenden Erfindung als rekursive Filter oder nichtrekursive Filter realisiert werden. Sie können eine finite oder eine infinite Impulsantwort haben.
Unter einem Tiefpass ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Filter zu verstehen, der niederfrequente Signalanteile unterhalb seiner Grenzfrequenz durchlässt, während hochfrequente Signalanteile gedämpft werden. Aufgabe des Tiefpassfilters ist, den Verlauf des Signals des Differenzsignals über das Zeitintervall der Störung zu summieren. Ist das Differenzsignal klein, wird das Kompensationsstromsignal gegen Null gehen. Eine einfache Tierfpass-Umsetzung kann zum Beispiel mit einem Leaky-Integrator erreicht werden. In einer alternativen Umsetzung können die Eigenschaften des Tiefpasses in Abhängigkeit von der Größe des Eingangssignals geändert werden.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist, durch die Einführung einer Korrektur der dynamischen Störungen des NOx-Signals die Genauigkeit eines NOx-Sensors zu verbessern. Das NOx-Signal ist dadurch auch bei dynamischen Situationen zur Steuerung einer Abgasnachbehandlung verwertbar.
Figurenliste
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
Es zeigen:

1 einen prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Sensor,
2 ein Blockdiagramm der Signalverarbeitung zur Kompensation von Störungen des Messignals durch dynamische Änderungen des 02-Signals,
3 ein einen zeitlichen Verlauf von gestörten NOx-Signalen,
4 einen zeitlichen Verlauf von Signalen DI_O2 , die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergeleitet wurden und die mit der Störung des NOx-Signals korreliert sind, und
5 ein Blockdiagramm der Signalverarbeitung zur Kompensation von Störungen des Messignals durch dynamische Änderungen der Temperatur des Sensors.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Sensor 100, welcher zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet ist.
Der Sensor 100, welcher zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff, im Folgenden beispielhaft als Stickoxid NOx bezeichnet, in einem Gasgemisch, beispielhaft einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, eingerichtet ist, umfasst hierzu ein Sensorelement 110 eine erste Pumpzelle 112, welche zwischen einer äußeren Pumpelektrode 114 und einer inneren Pumpelektrode 116 ausgebildet ist. Die äußere Pumpelektrode 114, welche mittels einer porösen Aluminiumoxidschicht 118 von der Umgebung des Sensors 100 getrennt ist, verfügt hierbei über eine erste elektrisch leitende Verbindung 120, über welche sich ein erster Pumpstrom I_P1 in der ersten Pumpzelle 112 erzeugen lässt. Die elektrisch leitende Verbindung 120 ist hierzu mit einem Anschluss P1 eines externen elektronischen Steuergeräts 122 verbunden. Um einen vollständigen Stromkreis zu erhalten, verfügt die innere Pumpelektrode 116 ebenfalls über eine elektrisch leitende Verbindung 124, welche zu einem gemeinsamen Anschluss COM des externen elektronischen Steuergeräts 122 führt. Die erste Pumpzelle 112 liegt an einem ersten Hohlraum 126 an, der sich im Inneren des Sensorelements 110 befindet. und mit dem Messgas in verbindung steht. Durch Erzeugen des ersten Pumpstroms I_P1 in der ersten Pumpzelle 112 lässt sich ein erster Anteil von Sauerstoffionen, welche aus molekularem Sauerstoff aus dem Gasgemisch gebildet werden, zwischen dem ersten Hohlraum 126 und der Umgebung des Sensors 100 transportieren. In dem Eintrittsweg aus der Umgebung zu dem ersten Hohlraum 126 sind zwei Diffusionsbarrieren 128 vorhanden.
Das Sensorelement 110 weist verfügt weiterhin eine elektrische Referenzzelle 130 auf, welche eine Nernst-Elektrode 132 und eine Referenzelektrode 134 aufweist. Während die Nernst-Elektrode 132 über eine elektrisch leitende Verbindung 124 zusammen mit der inneren Pumpelektrode 116 zu dem gemeinsamen Anschluss COM verfügt, weist die Referenzelektrode 134 eine gesonderte elektrisch leitende Verbindung 136 zu einem Anschluss Vs des externen elektronischen Steuergeräts 122 für die Nernstspannung Vs auf. Die Referenzzelle 130 liegt an einem Referenzgasraum 138 an. Ein zweiter Anteil der Sauerstoffionen aus dem Messgasraum 126 und/oder aus der Umgebung des Sensors 100 wird in den Referenzgasraum 138 durch Anlegen eines Referenz-Pumpstroms zwischen dem Anschluss Vs und dem gemeinsamen Anschluss COM transportiert. Hierbei wird der Wert für den Referenz-Pumpstrom derart eingestellt, dass sich ein festgelegter Anteil der Sauerstoffionen in dem Referenzgasraum 138 ausbildet. Vorzugsweise wird in diesem Zusammenhang auch der Wert für den ersten Pumpstrom I_P1 derart eingestellt, dass sich ein festgelegtes Verhältnis zwischen dem ersten Anteil der Sauerstoffionen in dem Messgasraum 126 und dem zweiten Anteil der Sauerstoffionen in dem Referenzgasraum 138 ergibt.
Die in dem Gasgemisch weiterhin enthaltene Messgaskomponente Stickoxid NO_x mit dem gebundenen Sauerstoff gelangt, insbesondere durch Diffusion, weitgehend unbeeinflusst in eine zweite Pumpzelle 140 des Sensorelements 110, welche auch als „NO_x-Pumpzelle“ bezeichnet werden kann. Die zweite Pumpzelle 140 weist eine NO_x-Pumpelektrode 142 und eine NO_x-Gegenelektrode 144 auf und liegt an einem zweiten Hohlraum 145 im Inneren des Sensorelements 110 an. Der zweite Hohlraum 145 ist von dem ersten Hohlraum 126 durch eine der Diffusionsbarrieren 128 getrennt. Wenigstens eine der beiden Elektroden NO_x-Pumpelektrode 142 und/oder NO_x-Gegenelektrode 144 sind derart ausgestaltet, dass bei Anlegen einer Spannung mittels Katalyse aus der Messgaskomponente NO_x weiterer molekularer Sauerstoff erzeugt werden kann, welcher in der zweiten Pumpzelle 140 gebildet wird.
Während die NO_x-Pumpelektrode 142 eine elektrisch leitende Verbindung 146 aufweist, welche zu dem gemeinsamen Anschluss COM führt, weist die NO_x-Gegenelektrode 144 eine elektrisch leitende Verbindung 146 auf, über welche ein zweiter Pumpstrom I_P2 an die zweite Pumpzelle 140 angelegt werden kann. Die elektrisch leitende Verbindung 146 ist hierzu mit einem Anschluss P2 des externen elektronischen Steuergeräts 122 verbunden. Bei Anlegen eines zweiten Pumpstroms I_P2 an die zweite Pumpzelle 140 wird ein Anteil von weiteren Sauerstoffionen, welche aus dem weiteren molekularen Sauerstoff gebildet wurden, in den Referenzgasraum 138 transportiert.
Das Sensorelement 110 verfügt weiterhin über ein Heizelement 148, welches mittels zweier Zuleitungen 150 mit Anschlüssen HTR+ und HTR- des Steuergeräts 122 verbunden ist, über welche ein Heizstrom in das Heizelement 148 eingebracht werden kann, welches mittels Erzeugen einer Heizleistung das Sensorelement 110 auf die gewünschte Temperatur bringen kann.
Bei dem Betrieb des Sensors 100 wird ein erster Pumpstrom I_P1 der ersten Pumpzelle 112 und eine an die erste Pumpzelle 112 angelegten Spannung erfasst werden U_P1 erfasst. Ein die Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff anzeigendes Messsignal des Sensorelements 110 wird basierend auf einem zweiten Pumpstrom IP2 der zweiten Pumpzelle 140 ermittelt. Da dieses Signal gestört sein kann, wird dieses wie nachfolgend ausführlicher beschrieben korrigiert. Mittels einer Signalverarbeitung wird eine Kompensationsgröße bestimmt. Aus dem Messsignal und der Kompensationsgröße wird mindestens eine korrigiertes Messsignal bestimmt. Aus dem korrigierten Messsignal wird der Anteil der Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff bestimmt. Die Kompensationsgröße ist zumindest teilweise abhängig von dem ersten Pumpstrom I_P1 und der an die erste Pumpzelle 112 angelegten Spannung U_P1 . Da auch temperaturbedingte Störungen berücksichtigt werden, ist die Kompensationsgröße weiterhin von einer Temperatur des Sensorelements 110 abhängig.
2 zeigt ein Blockdiagramm der Signalverarbeitung zur Kompensation von Störungen des Messignals durch dynamische Änderungen des 02-Signals bei dem Sensor 100. Die Signalverarbeitung umfasst den in 2 gezeigten Algorithmus. Außer dem zweiten Pumpstrom I_P2 der zweiten Pumpzelle 140 werden die an die erste Pumpzelle 112 angelegte Spannung U_P1 und der erste Pumpstrom I_P1 als Eingangssignale verwendet. Die Störung des Messsignals durch Änderungen des O2-Partialdrucks kann als Funktion des ersten Pumpstroms I_P1 , der als Messsignal für die O2-Konzentration dient, und der Spannung U _P1 an der äußeren Pumpelektrode 114 beschrieben werden. Beide Signale werden direkt vom Sensor 100 gemessen. Der erste Pumpstrom I_P1 ändert sich näherungsweise linear als Funktion der O2-Konzentration, wohingegen die Spannung U_P1 an der äußeren Pumpelektrode 114 ein nichtlineares Verhalten in Abhängigkeit von der O2-Konzentration zeigt. Mit Hilfe der von der O2-Konzentration abhängigen Impedanz Z_P(O2) der ersten Pumpzelle 114 kann die Spannung an der äußeren Pumpelektrode 114 auf einen äquivalenten Pumpstrom abgebildet werden. Bei großer Dynamik des O2-Signals haben der erste Pumpstrom und der äquivalente Pumpstrom unterschiedliche Zeitkonstanten. Zu diesem Zweck umfasst die Signalverarbeitung weiterhin eine Abbildungseinrichtung 152. Die Abbildungseinrichtung 152 ist ausgebildet, die an die erste Pumpzelle 112 angelegte Spannung U_P1 auf den ersten Pumpstrom I_P1 abzubilden. Mit anderen Worten wird in der Abbildungseinrichtung ein Stromäquivalent I_UP1 der an die erste Pumpzelle 112 angelegten Spannung U_P1 gebildet.
Der erste Pumpstrom I_P1 kann ausgedrückt werden: $I_{P 1} = \frac{U_{I P 1}}{R_{S h u n t}},$
wobei
R_Shunt [Ω] der Widerstand eines Messwiderstands an der äußeren Pumpelektrode 114 oder der inneren Pumpelektrode 114 ist. R_Shunt [Ω] ist somit ein Ohmscher Widerstand in der Steuerelektronik zur einfachen elektrischen Messung des Stroms, wobei der Spannungsabfall proportional zum Pumpstrom ist. Der Spannungsabfall U_IP1 ist proportional zum Pumpstrom I_P1 . Zur Bestimmung der Kompensationsgröße wird ein Strom-Äquivalent I_UP1 der an die erste Pumpzelle 112 angelegten Spannung U_P1 gebildet. Das Strom-Äquivalent I_UP1 wird basierend auf einer Impedanz Z_P der ersten Pumpzelle 112 gebildet. Die Impedanz Z_P der erste Pumpzelle 36 wird basierend auf der an die erste Pumpzelle 112 angelegten Spannung U_P1 und dem ersten Pumpstrom I_P1 bestimmt, beispielsweise in der Form: $I_{U P 1} = \frac{U_{P 1}}{Z_{P} (U_{P 1}, K)} .$
Die Impedanz Z_P der ersten Pumpzelle 112 beschreibt das Verhältnis von Strom-Äquivalent der Pumpspannung und Pumpspannung in der Form: $Z_{P} (j 2 π f, U_{P}) = \frac{U_{P}}{I_{P G r e n z s t r o m} (2 π f) .}$
Die Impedanz Z_P der erstenPumpzelle 112 kann allgemein als komplexer Zahlenwert definiert werden. Die Impedanz Z_P der ersten Pumpzelle 112 kann somit auch frequenzabgängig sein. Die Impedanz Z_P der ersten Pumpzelle 112 wird mittels eines Adaptionsalgorithmus bestimmt.
Die Signalverarbeitung umfasst weiterhin einen ersten Hochpassfilter 154 und einen zweiten Hochpassfilter 156. Dem ersten Hochpassfilter 154 wird das das Stromäquivalent I_UP1 der an die erste Pumpzelle 112 angelegten Spannung U_P1 anzeigende Signal zugeführt. Dem zweiten Hochpassfilter 156 wird das den ersten Pumpstrom I_P1 anzeigende Signal zugeführt. Die Information über ein Auseinanderlaufen der Spannungen und Ströme, die auf die erste Pumpzelle 112 angewandt werden steckt in der Differenz der Änderungssignale der Spannung und des Stromes, die auf die erste Pumpzelle 112 angewandt werden. Diese Differenz ist ΔI_O2 = I_P1 - I_UP1. Bei der hier gezeigten Ausführungsform werden zunächst die sich langsam veränderlichen Signalanteile und Offsets von der den auf den ersten Pumpstrom abgebildeten Spannung I_UP1 und vom ersten Pumpstrom I_P1 entfernt. Dies geschieht durch eine Hochpassfilterung in den Hochpassfiltern 154, 156 bzw. eine zeitliche Ableitung in der Form: ${dI}_{P1} = HP (I_{p1}) {oder dI}_{P1} = \frac{d}{d t} (I_{P 1})$
${dI}_{UP1} = HP (I_{UP1}) {oder dI}_{UP1} = \frac{d}{d t} (I_{U P 1})$
Aus den von dem ersten Hochpassfilter 154 und dem von dem zweiten Hochpassfilter 156 ausgegebenen Signalen dI_UP1 und dI_P1 wird das Kompensationssignal DI_O2 in Form eines Differenzssignals DI_O2 = dI_P1 - dI_UP1 bzw. DI_O2(k) = I_UP1(k) - I_P1(k) gebildet.
Mit einem Hochpassfilter, der nur sehr niederfrequente Signalanteile entfernt (DC-removal) können langsam veränderliche Signalanteile und Offsets aus dem Signal entfernt werden und nur die veränderlichen Komponenten, die im Zusammenhang mit der Störung des NOx Signals stehen, bleiben übrig. Dies kann in der Form $D I_{O 2} = \frac{d}{d t} (Δ I_{O 2}) = \frac{d}{d t} (I_{P 1} - I_{U P 1})$
erfolgen. Die Reihenfolge der Hochpassfilterungen der jeweiligen Signale ist dabei beliebig.
Das Kompensationssignal DI_O2 wird einem adaptiven Störungkompensationsfilter 158 zugeführt. Aus dem Ausgangssignal des adaptiven Störungkompensationsfilters 158 und dem zweiten Pumpstrom I_P2 der zweiten Pumpzelle 140 wird dann das korrigierte Messsignal I_{P2_K} gebildet. So ist das Signal DI_O2 mit der Störung des Messsignals durch Änderungen des O2-Partialdrucks korreliert. Das Signal DI_O2 dient als Referenzsignal, mit dessen Hilfe die Störung auf dem Messsignal kompensiert werden kann. Ein Schätzwert der Störung des Messsignals wird mit Hilfe des adaptiven Störungskompensationsfilters 158 erzeugt und dann vom Messsignal subtrahiert. Die Funktionsweise eines adaptiven Störungskompensationsfilters ist aus dem Stand der Technik bekannt und wir daher nicht ausführlich beschrieben. Das Grundprinzip der adaptiven Sörungskompensation beruht auf der Tatsache, dass wenn ein mit der Störung korreliertes Signal verfügbar ist, es möglich ist, das Störsignal nachzubilden und dann von dem gestörten Informationssignal abzuziehen.
3 zeigt einen zeitlichen Verlauf von gestörten NOx-Signalen 160, 162 als Beispiel für ein gestörtes Messsignal. Die Zeit in Sekunden ist auf der X-Achse 164 aufgetragen und die zugehörigen NOx-Werte in ppm sind auf der Y-Achse 166 aufgetragen Wie zu erkennen ist, liegt an der Stelle 168 eine Störung vor, bei der der NOx-Wert einen negativen Peak aufweist.
4 zeigt einen zeitlichen Verlauf von Signalen DI_O2 , die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergeleitet wurden und die mit der Störung des NOx-Signals korreliert sind. Das Signal 170 ist dabei das Signal DI_O2 ohne Hochpassfilterung und das Signal 172 ist das Signal DI_O2 mit Hochpassfilterung. Die Zeit in Sekunden ist auf der X-Achse 174 aufgetragen und die zugehörigen Signalwerte in mA sind auf der Y-Achse 176 aufgetragen.Gut zu erkennen ist, wie die Verläufe der Signale 170, 172 dem Verlauf der Signale 160, 162 folgen und an der Stelle 178 ebenfalls einen negativen Peak aufweisen.
5 zeigt ein Blockdiagramm der Signalverarbeitung zur Kompensation von Störungen des Messignals durch dynamische Änderungen der Temperatur des Sensors 100. Die Signalverarbeitung umfasst den in 5 gezeigten Algorithmus. Bei dem Sensorelement 110 wird weiterhin ein elektrischer Widerstand R_PVS der Referenzzelle 130 erfasst. Da der elektrische Widerstand R_PVS der Referenzzelle 130 temperaturabhängig ist, kann die Temperatur des Sensorelements 110 basierend auf dem elektrischen Widerstand R_PVS der Referenzzelle 130 bestimmt werden. Außer dem zweiten Pumpstrom I_P2 der zweiten Pumpzelle 140 wird als Eingangssignal der elektrische Widerstand R_PVS der Referenzzelle 130 verwendet. Das Signal des elektrischen Widerstands R_PVS der Referenzzelle 130 wird einem Hochpassfilter 180 zugeführt. Das hochpassgefilterte Signal des elektrischen Widerstands R_PVS der Referenzzelle 130 wird dann einem adaptiven Störungskompensationsfilter 182 zugeführt. Das störungskompensierte Signal des elektrischen Widerstands R_PVS der Referenzzelle 130 wird dann von dem Signal des zweiten Pumpstroms I_P2 der zweiten Pumpzelle 140 subtrahiert und ergibt so das korrigierte Messsignal I_{P2_K} .
Optional kann zusätzlich ein Feuchtegehalt des Messgases erfasst werden. Die Kompensationsgröße ist in diesem Fall weiterhin von dem Feuchtegehalt des Messgases abhängig.
Vom Anteil her wird im Betrieb effektiv etwa 70% der dynamischen Störung auf das NOx-Signal durch O2-Dynamik verursacht. Es ist daher denkbar die Erfindung auf einen einfacheren Algorithmus zu reduzieren. Die Funktion, die die zeitliche Veränderung des O2-Signals darstellt, ist unbekannt. In dem oben beschriebenen Verfahren zur Kompensation von temperaturbedingte Störungen wird diese Funktion durch den adaptiven Störungskompensationsfilter gut angenähert. Insbesondere ist die Störung im NOx-Signal zeitlich leicht verzögert und die Stärke der Störung von verschiedenen Einflüssen abhängig. Für eine einfache Kompensation können hier aber auch Schätzwerte oder Erfahrungswerte verwendet werden. Diese Schätzwerte oder Erfahrungswerte werden dann zum Kompensieren des gestörten Messsignals verwendet.
Ein Computerprogramm kann ausgebildet sein, die oben bescchriebenen Verfahrensschritte durchzuführen. Das Computerprogramm kann auf einem elektronischen Speichermedium, wie beispielsweise einem Chip, gespeichert sein. Das specihermedium kann Teil eines elektronischen Steuergeräts sein, wie beispielsweise eines Motorsteuergeräts eine Kraftfahrzeugs.
Das oben beschreibene erfindungsgemäße Verfahren kann auch mit anderen Verfahren zur Kompenasation von anderen gestörten Messsignalen des Sensors kombiniert werden. So wird bei Breitband-Lambdasonden und Stickoxidsensoren ein Pumpstromsignal ausgewertet, das im statischen Betrieb linear zur vorliegenden Sauerstoffkonzentration ist. Bei schnellen Fett-Mager-Wechseln, wie sie im Benzinmotor vorkommen, oder bei Dieselanwendungen mit NSC-Katalysator, ist eine genaue Auswertung des Sauerstoffsignals erforderlich. Durch elektrochemische Umladungseffekte im Sensorelement kann der Pumpstrom bei dem Durchgang Fett-Mager oder Mager-Fett durch eine Welligkeit im Signal verfälscht werden, was als sogenannte Lambda=1-Welligkeit bekannt ist. Es sind Algorithmen zur Kompensation der Lambda=1-Welligkeit bekannt, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kombiniert werden können.
Die Erfindung ist nachweisbar, indem die elektrischen Eingangssignale der Kompensationsschaltung, wie z.B. die Spannung an der äußeren Pumpelektrode, manipuliert werden. Hierzu können schaltbare Zusatzwiderstände in die Leitungen zwischen Sensor und Steuergerät SCU eingefügt werden oder es werden Störsignale eingekoppelt. Gibt es eine Schaltung, die Störungen des NOx-Signals korrigiert, kommt es nun zu Falsch-Korrekturen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Sensors (100) zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Messgas, insbesondere in einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend ein Sensorelement (110), wobei das Sensorelement (110) eine erste Pumpzelle (112), die eine äußere Pumpelektrode (114) und eine innere Pumpelektrode (116) aufweist und die an einem ersten Hohlraum (126) anliegt, welcher mit dem Messgas in Verbindung steht, eine Referenzzelle (130), welche eine Nernst-Elektrode (132) und eine Referenzelektrode(134) aufweist und die an einem Referenzgasraum (138) anliegt, und eine zweite Pumpzelle (140), die eine Pumpelektrode (142) und eine Gegenelektrode (144) aufweist und die an einem zweiten Hohlraum (145) anliegt, wobei ein erster Pumpstrom (I_P1) der ersten Pumpzelle (112) und eine an die erste Pumpzelle (112) angelegte Spannung (U_P1) erfasst werden, wobei ein die Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff anzeigendes Messsignal des Sensorelements (110) basierend auf einem zweiten Pumpstrom (I_P2) der zweiten Pumpzelle (140) ermittelt wird, wobei weiterhin mittels einer Signalverarbeitung eine Kompensationsgröße (DI_O2) bestimmt wird, wobei aus dem Messsignal und der Kompensationsgröße (DI_O2) mindestens ein korrigiertes Messsignal (I_{P2_K}) bestimmt wird, wobei aus dem korrigierten Messsignal (I_{P2_K}) der Anteil der Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff bestimmt wird, wobei die Kompensationsgröße (DI_O2) zumindest teilweise abhängig ist von dem ersten Pumpstrom (I_P1) und der an die erste Pumpzelle (112) angelegten Spannung (U_P1), wobei die Kompensationsgröße (DI_O2) weiterhin von einer Temperatur des Sensorelements (110) abhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kompensationsgröße (DI_O2) zumindest teilweise abhängig ist von einem sich zeitlich ändernden Anteil des ersten Pumpstroms (I_P1) und/oder von einem sich zeitlich ändernden Anteil eines Strom-Äquivalents (I_UP1) der an die erste Pumpzelle (112) angelegten Spannung (U_P1).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Differenz zwischen dem ersten Pumpstrom (I_UP1) und einem Strom-Äquivalent (I_UP1) der an die erste Pumpzelle (112) angelegten Spannung (U_P1) und/oder eine Differenz zwischen dem sich zeitlich ändernden Anteil des ersten Pumpstroms (I_UP1) und dem sich zeitlich ändernden Anteil des Strom-Äquivalents (I_UP1) der an die erste Pumpzelle (112) angelegten Spannung (U_P1) als Referenzsignal für die Bestimmung der Kompensationsgröße (DI_O2) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Signalverarbeitung eine Hochpassfilterung des ersten Pumpstroms (I_UP1) und des Strom-Äquivalents (I_UP1) der an die erste Pumpzelle (112) angelegten Spannung (U_P1) und/oder des sich zeitlich ändernden Anteils des ersten Pumpstroms (I_UP1) und des sich zeitlich ändernden Anteils des Strom-Äquivalents (I_UP1) der an die erste Pumpzelle (112) angelegten Spannung (U_P1) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Strom-Äquivalent (I_UP1) der an die erste Pumpzelle (112) angelegten Spannung (U_P1) basierend auf einer Impedanz (Z_P) der ersten Pumpzelle (112) gebildet wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Impedanz (Z_P) der ersten Pumpzelle (112) basierend auf der an die erste Pumpzelle (112) angelegten Spannung (U_P1) und dem ersten Pumpstrom (I_UP1) bestimmt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Impedanz mittels (Z_P) eines Adaptionsalgorithmus bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kompensationsgröße (DI_O2) weiterhin von einem sich zeitlich ändernden Anteil der Temperatur des Sensorelements (110) abhängt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei weiterhin ein elektrischer Widerstand der Referenzzelle (130) erfasst wird, wobei die Temperatur des Sensorelements (110) basierend auf dem elektrischen Widerstand der Referenzzelle (130) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zum Bestimmen des korrigierten Messsignals die Kompensationsgröße (DI_O2) von dem Messsignal subtrahiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Feuchtegehalt des Messgases erfasst wird, wobei die Kompensationsgröße (DI_O2) weiterhin von dem Feuchtegehalt des Messgases abhängig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Signalverarbeitung eine adaptive Störungskompensation umfasst.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Elektronisches Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach dem vorhergehenden Anspruch gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät, welches ein elektronisches Speichermedium nach dem vorhergehenden Anspruch umfasst.
Sensor (100) zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Messgas, insbesondere in einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend ein Sensorelement (100), wobei das Sensorelement (110) eine erste Pumpzelle (112), die eine äußere Pumpelektrode (114) und eine innere Pumpelektrode (116) aufweist und die an einem ersten Hohlraum (126) anliegt, welcher mit dem Messgas in Verbindung steht, eine Referenzzelle (130), welcher eine Nernst-Elektrode (132) und eine Referenzelektrode (134) aufweist und die an einem Referenzgasraum (138) anliegt, und eine zweite Pumpzelle (140), die eine Pumpelektrode (142) und eine Gegenelektrode (144) aufweist und die an einem zweiten Hohlraum (145) anliegt, wobei der Sensor (100) weiterhin ein elektronisches Steuergerät nach dem vorhergehenden Anspruch aufweist.