DE102018208317A1 - Method for diagnosis of exhaust gas sensors - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren, mit dem festgestellt wird, ob ein Abgassensor vergiftet ist oder ob er nicht vergiftet ist.Hierzu wird eine Sensorperformance bestimmt. Der Abgassensor wird als vergiftet bewertet, wenn der Wert der Sensorperformance kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert.The invention relates to a diagnostic method for determining whether an exhaust gas sensor is poisoned or not poisoned. For this purpose, a sensor performance is determined. The exhaust gas sensor is rated poisoned if the value of the sensor performance is less than a predetermined limit.

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik, beispielsweise DE102009027276 A1 , sind bereits elektrochemische Abgassensoren bekannt.From the prior art, for example DE102009027276 A1 , electrochemical exhaust gas sensors are already known.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass derartige Abgassensoren durch einige Stoffe, beispielsweise durch Schwefel, vergiftet werden können, wodurch sich die Dynamik ihres Signals verschlechtert. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, vergiftete Abgassensoren von unvergifteten Abgassensoren zu unterscheiden.The present invention is based on the recognition that such exhaust gas sensors can be poisoned by some substances, for example by sulfur, whereby the dynamics of their signal deteriorates. With the method according to the invention it is possible to distinguish poisoned exhaust gas sensors from non-poisoned exhaust gas sensors.

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft insbesondere die Diagnose eines elektrochemischen Abgassensors, wobei der Abgassensor eine erste elektrochemische Zelle aufweist, die eine erste Elektrode aufweist, die mit einem Abgas z.B. über eine Diffusionsbarriere in Verbindung steht, und eine zweite Elektrode aufweist, die im Inneren des Abgassensors angeordnet ist. Die erste elektrochemische Zelle weist einen ersten Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten auf, der zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet ist. Der Abgassensor weist ferner eine zweite elektrochemische Zelle auf, die eine dritte Elektrode aufweist, die im Inneren des Abgassensors angeordnet ist und dort mit der zweiten Elektrode kommuniziert, und sich beispielsweise mit der zweiten Elektrode im selben Gasraum befindet. Die zweite elektrochemische Zelle weist ferner eine vierte Elektrode auf, und weist einen zweiten Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten auf, der zwischen der dritten und der vierten Elektrode angeordnet ist. In particular, the method of the invention relates to the diagnosis of an electrochemical exhaust gas sensor, the exhaust gas sensor having a first electrochemical cell having a first electrode which is connected to an exhaust gas, e.g. via a diffusion barrier, and having a second electrode disposed inside the exhaust gas sensor. The first electrochemical cell has a first oxygen ion conductive solid electrolyte disposed between the first and second electrodes. The exhaust gas sensor further has a second electrochemical cell, which has a third electrode which is arranged in the interior of the exhaust gas sensor and communicates there with the second electrode, and is located, for example, with the second electrode in the same gas space. The second electrochemical cell further includes a fourth electrode and includes a second oxygen ion conductive solid electrolyte disposed between the third and fourth electrodes.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Abgassensor eine dritte elektrochemische Zelle aufweist, die eine fünfte Elektrode aufweist, die im Inneren des Abgassensors angeordnet ist und mit der zweiten und dritten Elektrode kommuniziert, und sich beispielsweise mit der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode im selben Gasraum befindet. Die dritte elektrochemische Pumpzelle weist eine sechste Elektrode auf, die in einem Referenzgas angeordnet ist und die einen dritten Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten aufweist, der zwischen der fünften und der sechsten Elektrode angeordnet ist.In particular, it is provided that the exhaust gas sensor has a third electrochemical cell which has a fifth electrode which is arranged in the interior of the exhaust gas sensor and communicates with the second and third electrodes, and for example with the second electrode and the third electrode in the same gas space located. The third electrochemical pumping cell has a sixth electrode which is arranged in a reference gas and which has a third oxygen ion-conducting solid electrolyte, which is arranged between the fifth and the sixth electrode.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Abgassensor einen integrierten Heizer aufweist.In particular, it is provided that the exhaust gas sensor has an integrated heater.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Verfahren eine zeitlich vorangehende erste Phase, eine der ersten Phase zeitlich nachfolgende zweite Phase und eine der zweiten Phase zeitlich nachfolgende dritte Phase vorsieht, wobei die erste Phase zu einem ersten Zeitpunkt endet, wobei die zweite Phase zu dem ersten Zeitpunkt beginnt und zu einem dritten Zeitpunkt endet, wobei die dritte Phase zu dem dritten Zeitpunkt beginnt. Die erste Phasen kann zu einem nullten Zeitpunkt beginnen, die zweite Phase kann einen zweiten Zeitpunkt umfassen und die dritte Phase kann einen vierte Zeitpunkt umfassen und zu einem fünften Zeitpunkt enden.In particular, it is provided that the method according to the invention provides for a first phase preceding the time, a second phase following the first phase and a third phase subsequent in time to the second phase, the first phase ending at a first instant, the second phase being connected to the first phase The first time begins and ends at a third time, with the third phase beginning at the third time. The first phase may begin at a zero time, the second phase may include a second time, and the third phase may include a fourth time and end at a fifth time.

Es ist erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen, dass an die erste elektrochemische Zelle eine erste Pumpspannung angelegt wird, die - je nach Polarität - Sauerstoffionen aus dem Inneren des Abgassensors heraus pumpt und/oder die Sauerstoffionen in das Innere des Abgassensors hinein pumpt.According to the invention, provision is made in particular for a first pumping voltage to be applied to the first electrochemical cell which, depending on the polarity, pumps oxygen ions out of the interior of the exhaust gas sensor and / or pumps the oxygen ions into the interior of the exhaust gas sensor.

Es ist erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen, dass die erste Pumpspannung zeitlich so variiert wird, dass in der zweiten Phase zumindest im Mittel mehr Sauerstoffionen in das Innere des Abgassensors hinein gepumpt werden als in der ersten Phase und dass in der zweiten Phase zumindest im Mittel mehr Sauerstoffionen in das Innere des Abgassensors hinein gepumpt werden als in der dritten Phase und/oder es ist vorgesehen, dass die erste Pumpspannung zeitlich so variiert wird, dass in der zweiten Phase zumindest im Mittel weniger Sauerstoffionen aus dem Inneren des Abgassensors hinaus gepumpt werden als in der ersten Phase und in der zweiten Phase zumindest im Mittel weniger Sauerstoffionen aus dem Inneren des Abgassensors heraus gepumpt werden in der dritten Phase, sodass die Sauerstoffkonzentration im Inneren des Abgassensors in der zweiten Phase größer ist als in der ersten Phase und größer ist als in der dritten Phase. Natürlich ist hiervon auch umfasst, und wird die angegebene Wirkung auch dadurch erreicht, dass in der zweiten Phase Sauerstoffionen in das Innere des Abgassensors hinein gepumpt werden, während in der ersten Phase und in der dritten Phase Sauerstoffionen aus dem Inneren des Abgassensors herausgepumpt werden.It is inventively provided in particular that the first pumping voltage is varied in time so that in the second phase at least on average more oxygen ions are pumped into the interior of the exhaust gas sensor than in the first phase and that in the second phase at least on average more oxygen ions in the inside of the exhaust gas sensor are pumped into than in the third phase and / or it is provided that the first pumping voltage is varied in time so that in the second phase at least on average less oxygen ions are pumped out of the interior of the exhaust gas sensor than in the first Phase and in the second phase at least on average less oxygen ions are pumped out of the interior of the exhaust gas sensor in the third phase, so that the oxygen concentration in the interior of the exhaust gas sensor in the second phase is greater than in the first phase and larger than in the third phase , Of course, this is also included, and the stated effect is also achieved by pumping oxygen ions into the interior of the exhaust gas sensor in the second phase, while in the first phase and in the third phase, oxygen ions are pumped out of the interior of the exhaust gas sensor.

Es ist erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen, dass an die zweite elektrochemische Zelle eine zweite Pumpspannung angelegt wird, die Sauerstoffionen aus dem Inneren des Abgassensors heraus pumpt, sodass in der Zuleitung zur zweiten elektrochemischen Zelle ein zweiter elektrischer Pumpstrom gemessen wird.It is inventively provided in particular that to the second electrochemical cell, a second pumping voltage is applied, which pumps oxygen ions from the interior of the exhaust gas sensor, so that in the supply line to the second electrochemical cell, a second electrical pumping current is measured.

Erfindungsgemäß wird nun insbesondere ein Wert einer Sensorperformance gebildet als Quotient aus dem Integral über den zweiten Pumpstrom von dem ersten Zeitpunkt bis zu dem zweiten Zeitpunkt während der zweiten Phase und dem Integral über den zweiten Pumpstrom von dem dritten Zeitpunkt bis zu dem vierten Zeitpunkt während der dritten Phase.According to the invention, in particular, a value of a sensor performance is formed as a quotient of the integral over the second pumping current from the first time to the second time during the second phase and the integral over the second pumping power from the third time to the fourth time during the third time Phase.

Basierend auf diesem Wert ist vorgesehen, dass der Abgassensor als vergiftet bewertet wird, wenn der Wert kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert und/oder der Abgassensor als unvergiftet bewertet wird, wenn der Wert größer ist als ein vorgegebenen Grenzwert. Based on this value, it is provided that the exhaust gas sensor is judged to be poisoned if the value is less than a predetermined limit value and / or the exhaust gas sensor is rated as non-poisoned, if the value is greater than a predetermined limit value.

Das Verfahren kann insbesondere in einer Umgebung stattfinden, in der sich die Zusammensetzung des Abgases nicht oder nur sehr langsam ändert. So kann das Verfahren stattfinden während eine Brennkraftmaschine, der der Abgassensor zugeordnet ist, im Nachlauf ist.The method may in particular take place in an environment in which the composition of the exhaust gas does not change or changes only very slowly. Thus, the process may take place while an internal combustion engine, which is associated with the exhaust gas sensor, is in the wake.

Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Zeitspanne vom ersten Zeitpunkt zum zweiten Zeitpunkt 1 s bis 8 s, insbesondere 3 s; beträgt; und dass die Zeitspanne vom dritten Zeitpunkt zum vierten Zeitpunkt 2 s bis 12 s, insbesondere 5 s, beträgt; und dass der vorgegebenen Grenzwert zwischen 4 und 9 beträgt, insbesondere den Wert 6,5 hat.It can be provided in particular that the time period from the first time to the second time 1 s to 8 s, in particular 3 s; is; and that the time period from the third time to the fourth time is 2 s to 12 s, in particular 5 s; and that the predetermined limit value is between 4 and 9, in particular has the value 6.5.

Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine sich an der dritten elektrochemischen Zelle ausbildende Nernstspannung gemessen und auf eine vorgegebene Sollspannung geregelt wird, indem die erste Pumpspannung in Abhängigkeit von der Differenz der gemessenen Nernstspannung und der Sollspannung variiert wird, wobei die Sollspannung in der zweiten Phase durch einen kleineren Wert vorgegeben wird als in der ersten Phase und die Sollspannung in der zweiten Phase durch einen kleineren Wert vorgegeben wird als in der dritten Phase. Die Sollspannung in der ersten und in der dritten Phase kann beispielsweise 425mV betragen; die Sollspannung in der zweiten Phase kann beispielsweise 225mV betragen.It can be provided, in particular, that a Nernst voltage forming at the third electrochemical cell is measured and regulated to a predetermined setpoint voltage by varying the first pumping voltage as a function of the difference between the measured Nernst voltage and the setpoint voltage, the setpoint voltage in the second phase is set by a smaller value than in the first phase and the target voltage in the second phase is given by a smaller value than in the third phase. The target voltage in the first and in the third phase may be 425 mV, for example; the target voltage in the second phase may be, for example, 225mV.

Hat die Diagnose zum Ergebnis, dass der Abgassensor vergiftet ist, so kann eine Regenerationsmaßnahme eingeleitet werden, deren Ziel es ist, einen als unvergiftet zu bewertenden Abgassensor zu erhalten. Hat die Diagnose andererseits bereits zum Ergebnis, dass der Abgassensor nicht vergiftet ist, so kann die Regenerationsmaßnahme unterbleiben.If the diagnosis has the result that the exhaust gas sensor is poisoned, then a regeneration measure can be initiated, the aim of which is to obtain an exhaust gas sensor which is to be evaluated as non-poisoned. On the other hand, if the diagnosis already has the result that the exhaust gas sensor is not poisoned, the regeneration measure can be omitted.

Figurenlistelist of figures

  • 1 zeigt exemplarisch einen Abgassensor im Querschnitt. 1 shows an example of an exhaust gas sensor in cross section.
  • 2 zeigt exemplarisch den zweiten Pumpstrom während des Verfahrens 2 shows by way of example the second pumping current during the process
  • 3 zeigt die Sensorperformance für unterschiedlich vorbehandelte Abgassensoren 3 shows the sensor performance for differently pretreated exhaust gas sensors

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Der Abgassensor 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 elektrochemische Zelle 112 (Pumpzelle), welche eine erste Elektrode 114 und eine zweite Elektrode 116 und einen dazwischen ausgebildeten ersten Festelektrolyten 117 umfasst. Die erste Elektrode 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 eine erste Pumpspannung UP1 an der ersten elektrochemischen Zelle 112 anlegen lässt bzw. ein erster Pumpstrom IP1 in der ersten elektrochemischen Zelle 112 erzeugen lässt. Die erste elektrisch leitende Verbindung 120 ist hierzu mit einem Anschluss P1 eines externen elektronischen Steuergeräts 122 verbunden. Um einen vollständigen Stromkreis zu erhalten, verfügt die zweite Elektrode 116 ebenfalls über eine zweite elektrisch leitende Verbindung 124, welche zu einem gemeinsamen Anschluss COM des externen elektronischen Steuergeräts 122 führt. Die erste elektrochemische Zelle 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 IP1 in der ersten elektrochemischen Zelle 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 (beispielsweise dem Abgas) transportieren. In dem Eintrittsweg aus der Umgebung zu dem ersten Hohlraum 126 ist eine Diffusionsbarriere 128 vorhanden.The exhaust gas sensor 100 , which for detecting at least a portion of a measured gas component with bound oxygen, hereinafter referred to as nitrogen oxide NOx, in a gas mixture, for example, an exhaust gas of an internal combustion engine, is arranged, for this purpose comprises a sensor element 110 a first electrochemical cell 112 (Pump cell), which is a first electrode 114 and a second electrode 116 and a first solid electrolyte formed therebetween 117 includes. The first electrode 114 , which by means of a porous aluminum oxide layer 118 from the environment of the sensor 100 is separated, in this case has a first electrically conductive connection 120 over which a first pumping voltage UP1 at the first electrochemical cell 112 can create or a first pumping current IP1 in the first electrochemical cell 112 can generate. The first electrically conductive connection 120 is this with a connection P1 an external electronic control unit 122 connected. To get a complete circuit, has the second electrode 116 also via a second electrically conductive connection 124 leading to a common connection COM of the external electronic control unit 122 leads. The first electrochemical cell 112 lies on a first cavity 126 at the inside of the sensor element 110 is located and in communication with the sample gas. By generating the first pumping current IP1 in the first electrochemical cell 112 a first portion of oxygen ions, which are formed from molecular oxygen from the gas mixture, between the first cavity 126 and the environment of the sensor 100 (For example, the exhaust) transport. In the entryway from the environment to the first cavity 126 is a diffusion barrier 128 available.

Das Sensorelement 110 weist weiterhin eine dritte elektrochemische Zelle 130 auf (Nernstzelle), welche eine fünfte Elektrode 132 und eine sechste Elektrode 134 aufweist. Zwischen ihnen ist der dritte Festelektrolyt 135 angeordnet. Während die fünfte Elektrode 132 über die zweite elektrisch leitende Verbindung 124 beispielsweise zusammen mit der zweiten Elektrode 116 mit dem gemeinsamen Anschluss COM verbunden ist, weist die sechste Elektrode 134 eine gesonderte elektrisch leitende Verbindung 136 zu einem Anschluss Vs des externen elektronischen Steuergeräts 122 auf, sodass eine an der dritten elektrochemischen Zelle 130 anliegende Nernstspannung Vs ermittelt werden kann. Die dritte elektrochemische Zelle 130 liegt an einem Referenzgasraum 138 an.The sensor element 110 also has a third electrochemical cell 130 on (Nernst cell), which is a fifth electrode 132 and a sixth electrode 134 having. Between them is the third solid electrolyte 135 arranged. While the fifth electrode 132 over the second electrically conductive connection 124 for example, together with the second electrode 116 connected to the common terminal COM, the sixth electrode 134 a separate electrically conductive connection 136 to a terminal Vs of the external electronic control unit 122 on, so one at the third electrochemical cell 130 Nernst voltage Vs can be determined. The third electrochemical cell 130 is located on a reference gas space 138 on.

Die in dem Gasgemisch enthaltene Messgaskomponente Stickoxid NOx mit dem gebundenen Sauerstoff gelangt, insbesondere aufgrund einer entsprechend geringe katalytischen Aktivität der zweiten Elektrode 116, weitgehend vollständig zu einer zweiten elektrochemische Zelle 140 (NOx-Zelle) des Sensorelements 110. Diese zweite elektrochemische Zelle 140 weist eine dritte Elektrode 142 und eine vierte Elektrode 144 und einen dazwischen befindlichen zweiten Festelektrolyt 143 auf und liegt an einem zweiten Hohlraum 145 im Inneren des Sensorelements 110 an. Wenigstens eine dieser beiden Elektroden 142, 144 ist derart ausgestaltet, dass bei Anlegen einer Spannung mittels Katalyse aus der Messgaskomponente NOx weiterer molekularer Sauerstoff erzeugt werden kann.The measurement gas component nitrogen oxide NOx contained in the gas mixture passes with the bound oxygen, in particular due to a correspondingly low catalytic activity of the second electrode 116 , largely completely to a second electrochemical cell 140 (NOx cell) of the sensor element 110 , This second electrochemical cell 140 has a third electrode 142 and a fourth electrode 144 and a second solid electrolyte interposed therebetween 143 on and lies on a second cavity 145 inside the sensor element 110 on. At least one of these two electrodes 142 . 144 is designed such that upon application of a voltage by means of catalysis from the sample gas component NOx further molecular oxygen can be generated.

Während die fünfte Elektrode 142 eine elektrisch leitende Verbindung 146 aufweist, welche zu dem gemeinsamen Anschluss COM führt, weist die sechste Elektrode 144 eine elektrisch leitende Verbindung 146 auf, über welche eine zweite Pumpspannung UP2 an die zweite elektrochemische Zelle 140 angelegt werden kann. Die elektrisch leitende Verbindung 146 ist hierzu mit einem Anschluss P2 des externen elektronischen Steuergeräts 122 verbunden. Anlegen einer zweiten Pumpspannung UP2 an die zweite elektrochemische Zelle 140 bewirkt einen zweiten Pumpstrom IP2. Er dient im normalen Betrieb des Abgassensors dem Nachweis der Messgaskomponente.While the fifth electrode 142 an electrically conductive connection 146 which leads to the common terminal COM has the sixth electrode 144 an electrically conductive connection 146 via which a second pumping voltage UP2 to the second electrochemical cell 140 can be created. The electrically conductive connection 146 is this with a connection P2 the external electronic control unit 122 connected. Applying a second pumping voltage UP2 to the second electrochemical cell 140 causes a second pumping current IP2. In normal operation of the exhaust gas sensor, it serves to detect the sample gas component.

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.The sensor element 110 also has a heating element 148 , which by means of two supply lines 150 with connections HTR + and HTR- of the control unit 122 is connected, via which a heating current in the heating element 148 can be introduced, which by means of generating a heating power, the sensor element 110 can bring to the desired temperature.

Zeitlich von dem normalen Betrieb des Abgassensors, also dem Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff, getrennt, beispielsweise während des Nachlaufs einer Brennkraftmaschine in deren Abgastrakt der Abgassensor 100 angeordnet ist, erfolgt das erfindungsgemäße Verfahren zur Diagnose des Abgassensors 100, das nun mit Bezug 2 exemplarisch erläutert wird.Time of the normal operation of the exhaust gas sensor, so the detection of at least a proportion of a sample gas component with bound oxygen, separated, for example, during the wake of an internal combustion engine in the exhaust system of the exhaust gas sensor 100 is arranged, the inventive method for diagnosis of the exhaust gas sensor is carried out 100 that is now related 2 is explained by way of example.

Das Verfahren beginnt zum nullten Zeitpunkt t0 mit einer ersten Phase I. In der ersten Phase I wird an der erste elektrochemischen Zelle 112 über einen Regelkreis die erste Pumpspannung UP1 derart nachgeführt, dass die an der dritten elektrochemische Zelle 130 gemessene Nernstspannung Vs konstant den Wert 425 mV hat. Die im Inneren des Abgassensors 100, in den Hohlräumen 126 und 145 vorliegende Sauerstoffkonzentration ist daher sehr gering und wenngleich an der zweiten elektrochemischen Zelle 140 die zweite Pumpspannung UP2 anliegt, ist der resultierende zweite Pumpstrom IP2 gleich null. Ist der resultierende zweite Pumpstrom IP2 in der ersten Phase I von null verschieden, kann er als Offset interpretiert werden und der zweite Pumpstrom IP2 während des gesamten Verfahrens entsprechend so korrigiert werden, dass der korrigierte Wert des zweiten Pumpstroms IP2 resultierend in der erste Phase I null beträgt.The process begins at the zeroth time t0 with a first phase I. In the first phase I is at the first electrochemical cell 112 via a control loop, the first pumping voltage UP1 tracked such that at the third electrochemical cell 130 measured Nernst voltage Vs constant has the value 425 mV. The inside of the exhaust gas sensor 100 , in the cavities 126 and 145 therefore, the oxygen concentration present is very low, and although at the second electrochemical cell 140 the second pumping voltage UP2 is applied, the resulting second pumping current IP2 equals zero. Is the resulting second pumping current IP2 in the first phase I different from zero, it can be interpreted as an offset and the second pumping current IP2 be corrected accordingly throughout the process so that the corrected value of the second pumping current IP2 resulting in the first phase I is zero.

Zum ersten Zeitpunkt t1 endet sie ersten Phase I und es beginnt die zweite Phase II des Verfahrens zur Diagnose des Abgassensors 100. In der zweiten Phase II wird an der ersten elektrochemischen Zelle 112 über den Regelkreis die erste Pumpspannung UP1 derart nachgeführt, dass die an der dritten elektrochemische Zelle 130 gemessene Nernstspannung Vs konstant den Wert 225 mV hat. Die Sauerstoffkonzentration im Inneren des Abgassensors 100, also in den Hohlräumen 126 und 145 ist entsprechend größer und der durch die zweite elektrochemische Zelle 140 fließende lonenstrom ist entsprechend größer. Wie in der 2 ersichtlich, springt der zweite Pumpstrom IP2 zum zweiten Zeitpunkt auf einen hohen Wert. Nach einem kurzen Einschwingvorgang bleibt der zweite Pumpstrom IP2 in der zweiten Phase II auf einem hohen Wert. In diesem Beispiel wird der Wert des Integrals über den zweiten Pumpstrom IP2 zwischen dem ersten Zeitpunkt t1 und einem zweiten Zeitpunkt t2, der drei Sekunden nach dem ersten Zeitpunkt t1 liegt, aufintegriert und der resultierende Wert I1 erfasst.At the first time t1, it ends the first phase I and the second phase II of the method for the diagnosis of the exhaust gas sensor begins 100 , In the second phase II is at the first electrochemical cell 112 via the control loop the first pumping voltage UP1 so tracked that at the third electrochemical cell 130 measured Nernst voltage Vs constant has the value 225 mV. The oxygen concentration inside the exhaust gas sensor 100 So in the cavities 126 and 145 is correspondingly larger and that through the second electrochemical cell 140 flowing ionic current is correspondingly larger. Like in the 2 can be seen, the second pumping current jumps IP2 at the second time to a high value. After a brief transient, the second pumping current remains IP2 in the second phase II at a high value. In this example, the value of the integral becomes above the second pumping current IP2 between the first time t1 and a second time t2, which is three seconds after the first time t1, integrated and the resulting value I1 detected.

Später, zum dritten Zeitpunkt t3, endet die zweite Phase II und die dritte Phase III beginnt. In dieser Phase wird an der erste elektrochemischen Zelle 112 über den Regelkreis die erste Pumpspannung UP1 wieder derart nachgeführt, dass die an der dritten elektrochemische Zelle 130 gemessene Nernstspannung konstant den Wert 425 mV hat. Die Sauerstoffkonzentration im Inneren des Abgassensors 100, also in den Hohlräumen 126 und 145, sinkt daher wieder auf einen sehr geringen Wert und im Anschluss an einen Einschwingvorgang ist der zweite Pumpstrom IP2 (ggf. nach Abzug des in der ersten Phase I ermittelten Offsets) null. In diesem Beispiel wird der Wert des Integrals über den zweiten Pumpstrom IP2 zwischen dem dritten Zeitpunkt t3 und einem vierten Zeitpunkt t4, der fünf Sekunden nach dem dritten Zeitpunkt t3 liegt, aufintegriert und der resultierende Wert I2 erfasst. Die dritte Phase III endet zum fünften Zeitpunkt t5, zeitlich im Anschluss an den vierten Zeitpunkt t4.Later, at the third time t3, ends the second phase II and the third phase III starts. At this stage will be at the first electrochemical cell 112 via the control loop, the first pumping voltage UP1 tracked again such that at the third electrochemical cell 130 measured Nernst voltage has a constant value of 425 mV. The oxygen concentration inside the exhaust gas sensor 100 So in the cavities 126 and 145 Therefore, it decreases again to a very low value and following a transient is the second pumping current IP2 (if necessary after deduction of the offset determined in the first phase I) zero. In this example, the value of the integral becomes above the second pumping current IP2 between the third time t3 and a fourth time t4, which is five seconds after the third time t3, integrated and the resulting value I2 detected. The third phase III ends at the fifth time t5, subsequent to the fourth time t4.

Es wird eine Sensorperformance SPI als Quotient I1/I2 berechnet, also als Quotient aus dem Integral I1 über den zweiten Pumpstrom IP2 von dem ersten Zeitpunkt t1 bis zu einem zweiten Zeitpunkt t2 während der zweiten Phase II und dem Integral I2 über den zweiten Pumpstrom IP2 von dem dritten Zeitpunkt t3 bis zu einem vierten Zeitpunkt t3 während der dritten Phase III.There will be a sensor performance SPI as a quotient I1 / I2 calculated, ie as a quotient of the integral I1 over the second pumping current IP2 from the first time t1 to a second time t2 during the second phase II and the integral I2 over the second pumping current IP2 from the third time t3 to a fourth time t3 during the third phase III ,

Ist die Sensorperformance SPI kleiner oder gleich 6,5 wird der Abgassensor 100 als vergiftet bewertet; andernfalls als nicht vergiftet. If the sensor performance SPI is less than or equal to 6.5, the exhaust gas sensor becomes 100 rated as poisoned; otherwise, as not poisoned.

Wird der Abgassensor 100 als vergiftet bewertet, erfolgt eine Regenerationsmaßnahme, deren Ziel es ist, einen als unvergiftet zu bewertenden Abgassensor 100 zu erhalten. Will the exhaust gas sensor 100 evaluated as poisoned, there is a regeneration measure, the aim of which is to be evaluated as non-poisonous exhaust gas sensor 100 to obtain.

Andernfalls erfolgt keine spezifische Aktion.Otherwise, no specific action occurs.

In einem Experiment wurden insgesamt 34 Abgassensoren 100 dem erfindungsgemäßen Diagnoseverfahren unterzogen, siehe 3..In one experiment, a total of 34 exhaust gas sensors 100 subjected to the diagnostic method according to the invention, see 3 ..

Eine erste Gruppe der Sensoren, in der 3 durch den Buchstaben A beschrieben, befand sich im Neuzustand. Als Sensorperformance SPI wurden, wie oben beschrieben, Werte zwischen 7 und 8,5 gemessen. Es wurde geschlossen, dass diese Sensoren nicht vergiftet sindA first group of sensors in the 3 described by the letter A, was in new condition. As described above, values between 7 and 8.5 were measured as sensor performance SPI. It was concluded that these sensors are not poisoned

Eine zweite Gruppe von Sensoren, in der 3 durch den Buchstaben B beschrieben, wurde 50 Stunden im Abgastrakt einer regulär betriebenen Brennkraftmaschine gealtert. Als Sensorperformance SPI wurden anschließend, wie oben beschrieben, Werte zwischen 8 und 10 gemessen. Es wurde geschlossen, dass diese Sensoren ebenfalls nicht vergiftet sindA second group of sensors in the 3 described by the letter B, was aged for 50 hours in the exhaust system of a regular internal combustion engine. Then, as described above, values between 8 and 10 were measured as sensor performance SPI. It was concluded that these sensors are also not poisoned

Eine dritte Gruppe von Sensoren, in der 3 durch den Buchstaben C beschrieben, wurde 10h lang mit schwefelhaltigen Verbindungen in Kontakt gebracht. Als Sensorperformance SPI wurden anschließend, wie oben beschrieben, Werte zwischen 4 und 5 gemessen. Es wurde geschlossen, dass diese Sensoren vergiftet waren. Diese Sensoren konnten nachfolgend durch geeignete Maßnahmen regeneriert werden.A third group of sensors in the 3 described by the letter C was contacted with sulfur-containing compounds for 10 hours. As described above, values between 4 and 5 were then measured as sensor performance SPI. It was concluded that these sensors were poisoned. These sensors could subsequently be regenerated by suitable measures.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (7)

Verfahren zur Diagnose eines elektrochemischen Abgassensors(100), wobei der Abgassensor (100) eine erste elektrochemische Zelle (112) aufweist, die eine erste Elektrode (114) aufweist, die mit einem Abgas kommuniziert und eine zweite Elektrode (116) aufweist, die im Inneren (126) des Abgassensors (100) angeordnet ist, und die einen ersten Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten (117) aufweist, der zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (114, 116) angeordnet ist, wobei der Abgassensor (100) eine zweite elektrochemische Pumpzelle (140) aufweist, die eine dritte Elektrode (142) aufweist, die im Inneren des Abgassensors angeordnet ist und dort mit der zweiten Elektrode (116) kommuniziert und eine vierte (144) Elektrode aufweist, und die einen zweiten Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten (143) aufweist, der zwischen der dritten und der vierten Elektrode (142, 144) angeordnet ist; wobei das Verfahren eine zeitlich vorangehende erste Phase (I), eine der ersten Phase zeitlich nachfolgende zweite Phase (II) und eine der zweiten Phase (II) zeitlich nochmals nachfolgende dritte Phase (III) vorsieht, wobei die erste Phase (I) zu einem ersten Zeitpunkt (t1) endet, wobei die zweite Phase (II) zu dem ersten Zeitpunkt (t1) beginnt und zu einem dritten Zeitpunkt (t3) endet, wobei die dritte Phase (III) zu dem dritten Zeitpunkt (t3) beginnt; wobei an die erste elektrochemische Zelle (112) eine erste Pumpspannung (UP1) angelegt wird, die Sauerstoffionen aus dem Inneren (126) des Abgassensors (100) heraus pumpt und/oder die Sauerstoffionen in das Innere (126) des Abgassensors (100) hinein pumpt, wobei die erste Pumpspannung (UP1) zeitlich so variiert wird, dass in der zweiten Phase (II) zumindest im Mittel mehr Sauerstoffionen in das Innere (126) des Abgassensors (100) hinein gepumpt werden als in der ersten Phase (I) und dass in der zweiten Phase (II) zumindest im Mittel mehr Sauerstoffionen in das Innere (126) des Abgassensors (100) hinein gepumpt werden als in der dritten Phase (III) und/oder wobei die erste Pumpspannung (UP1) zeitlich so variiert wird, dass in der zweiten Phase (II) zumindest im Mittel weniger Sauerstoffionen aus dem Inneren (126) des Abgassensors (100) heraus gepumpt werden als in der ersten Phase (I) und in der zweiten Phase (II) zumindest im Mittel weniger Sauerstoffionen aus dem Inneren (126) des Abgassensors (100) heraus gepumpt werden als in der dritten Phase (III), sodass die Sauerstoffkonzentration im Inneren (126) des Abgassensors in der zweiten Phase (II) größer ist als in der ersten Phase (I) und größer ist als in der dritten Phase (III) ; wobei an die zweite elektrochemische Zelle (140) eine zweite Pumpspannung (UP2) angelegt wird, die Sauerstoffionen aus dem Inneren (145) des Abgassensors (100) heraus pumpt, sodass in der Zuleitung (146) zur zweiten elektrochemischen Zelle (140) ein zweiter elektrischer Pumpstrom (IP2) gemessen wird; wobei ein Wert einer Sensorperformance (SPI) gebildet wird als Quotient aus dem Integral (I1) über den zweiten Pumpstrom (IP2) von dem ersten Zeitpunkt (t1) bis zu einem zweiten Zeitpunkt (t2) während der zweiten Phase (II) und dem Integral (12) über den zweiten Pumpstrom (IP2) von dem dritten Zeitpunkt (t3) bis zu einem vierten Zeitpunkt (t4) während der dritten Phase (III); wobei der Abgassensor (100) als vergiftet bewertet wird, wenn der Wert der Sensorperformance (SPI) kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert und/oder der Abgassensor (100) als unvergiftet bewertet wird, wenn der Wert der Sensorperformance (SPI) größer ist als ein vorgegebenen Grenzwert.A method of diagnosing an electrochemical exhaust gas sensor (100), wherein the exhaust gas sensor (100) comprises a first electrochemical cell (112) having a first electrode (114) communicating with an exhaust gas and having a second electrode (116) disposed in Inner (126) of the exhaust gas sensor (100) is arranged, and a first oxygen ion conductive solid electrolyte (117) disposed between the first and the second electrode (114, 116), wherein the exhaust gas sensor (100) is a second electrochemical pumping cell (140) having a third electrode (142) disposed inside the exhaust gas sensor communicating therewith with the second electrode (116) and having a fourth (144) electrode and containing a second oxygen ion conductive solid electrolyte (143). disposed between the third and fourth electrodes (142, 144); wherein the method provides a chronologically preceding first phase (I), a first phase following the first phase second phase (II) and one of the second phase (II) temporally subsequent third phase (III), wherein the first phase (I) to a the first time (t1) ends, the second phase (II) beginning at the first time (t1) and ending at a third time (t3), the third phase (III) beginning at the third time (t3); wherein a first pumping voltage (UP1) is applied to the first electrochemical cell (112) which pumps oxygen ions out of the interior (126) of the exhaust gas sensor (100) and / or the oxygen ions into the interior (126) of the exhaust gas sensor (100) wherein the first pumping voltage (UP1) is varied in time so that in the second phase (II) at least on average more oxygen ions are pumped into the interior (126) of the exhaust gas sensor (100) than in the first phase (I) and in the second phase (II), at least on average, more oxygen ions are pumped into the interior (126) of the exhaust gas sensor (100) than in the third phase (III) and / or the first pumping voltage (UP1) is varied over time, in the second phase (II), at least on average, less oxygen ions are pumped out of the interior (126) of the exhaust gas sensor (100) than in the first phase (I) and in the second phase (II) at least on average less oxygen ions from the latter Inner (126) of the Abg Assensors (100) are pumped out than in the third phase (III), so that the oxygen concentration in the interior (126) of the exhaust gas sensor in the second phase (II) is greater than in the first phase (I) and greater than in the third Phase (III); wherein a second pumping voltage (UP2) is applied to the second electrochemical cell (140), which pumps oxygen ions out of the interior (145) of the exhaust gas sensor (100), so that in the supply line (146) to the second electrochemical cell (140) electrical pumping current (IP2) is measured; wherein a value of a sensor performance (SPI) is formed as the quotient of the integral (I1) over the second pumping current (IP2) from the first time (t1) to a second time (t2) during the second phase (II) and the integral (12) via the second pumping current (IP2) from the third time (t3) to a fourth time (t4) during the third phase (III); wherein the exhaust gas sensor (100) is judged to be poisoned if the value of the sensor performance (SPI) is less than a predetermined limit and / or the exhaust gas sensor (100) is rated as non-poisoned if the value of the sensor performance (SPI) is greater than one predetermined limit. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne vom ersten Zeitpunkt (t1) zum zweiten Zeitpunkt (t2) 3s beträgt und dass die Zeitspanne vom dritten Zeitpunkt (t3) zum vierten Zeitpunkt (t4) 5s beträgt und dass der vorgegebenen Grenzwert den Wert 6,5 hatMethod according to Claim 1 characterized in that the time period from the first time (t1) to the second time (t2) is 3s, and that the time from the third time (t3) to the fourth time (t4) is 5s, and that the predetermined threshold is 6.5 Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgassensor (100) eine dritte elektrochemische Zelle (130) aufweist, die eine fünfte Elektrode (132) aufweist, die im Inneren (145) des Abgassensors (100) angeordnet ist und mit der zweiten und dritten Elektrode (116, 142) kommuniziert, die eine sechste Elektrode(134) aufweist, die in einem Referenzgas angeordnet ist und die einen dritten Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten (135) aufweist, der zwischen der fünften und der sechsten Elektrode (132, 134) angeordnet ist, wobei eine sich an der dritten elektrochemischen Zelle (130) ausbildende Nernstspannung (Vs) gemessen und auf eine vorgegebene Sollspannung geregelt wird, indem die erste Pumpspannung (UP1) in Abhängigkeit von der Differenz der gemessenen Nernstspannung (Vs) und die Sollspannung variiert wird, wobei die Sollspannung in der zweiten Phase (II) durch eine kleinere Spannung vorgegeben wird als in der ersten Phase (I) und die Sollspannung in der zweiten Phase (II) durch eine kleinere Spannung vorgegeben wird als in der dritten Phase (III).Method according to Claim 1 or 2 characterized in that the exhaust gas sensor (100) comprises a third electrochemical cell (130) having a fifth electrode (132) disposed inside (145) of the exhaust gas sensor (100) and connected to the second and third electrodes (116 , 142) having a sixth electrode (134) disposed in a reference gas and having a third oxygen ion conductive solid electrolyte (135) interposed between the fifth and sixth electrodes (132, 134), one Nernst voltage (Vs) forming at the third electrochemical cell (130) is measured and regulated to a predetermined target voltage by varying the first pumping voltage (UP1) as a function of the difference of the measured Nernst voltage (Vs) and the nominal voltage, the reference voltage in the second phase (II) is given by a smaller voltage than in the first phase (I) and the target voltage in the second phase (II) by a smaller one e voltage is given as in the third phase (III). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Sollspannung während der ersten und der dritten Phase (III) 425 mV beträgt und dass die vorgegebene Sollspannung während der zweiten Phase (II) 225 mV beträgtMethod according to Claim 3 , characterized in that the predetermined target voltage during the first and the third phase (III) is 425 mV and that the predetermined target voltage during the second phase (II) is 225 mV Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgassensor (100) während des Verfahrens mittels eines integrierten Heizers (148) auf eine Betriebstemperatur beheizt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas sensor (100) during the process by means of an integrated heater (148) is heated to an operating temperature. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines als vergiftet bewerteten Abgassensor (100) eine Regenerationsmaßnahme eingeleitet wird, deren Ziel es ist, einen als unvergiftet zu bewertenden Abgassensor (100) zu erhalten.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the case of an exhaust gas sensor (100) assessed as poisoned, a regeneration measure is initiated whose target it is to obtain an exhaust gas sensor (100) to be evaluated as non-poisoned. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergiftung durch Schwefel erfolgt und die Regenerationsmaßnahme insbesondere darin besteht, den Schwefel aus dem Abgassensor (100) zu entfernen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the poisoning is carried out by sulfur and the regeneration measure is in particular to remove the sulfur from the exhaust gas sensor (100).
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