DE102019203704A1 - Method for determining a fault in an exhaust gas sensor of an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Fehlers eines in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgassensors (100), der eine erste Pumpkavität (120), in der eine erste Pumpelektrode (124) angeordnet ist, eine zweite Pumpkavität (220), in der eine zweite Pumpelektrode (224) angeordnet ist, und eine Referenzkavität (50) aufweist, in der eine Referenzelektrode (52) angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Steuern eines ersten Pumpstroms (IP0) an der ersten Pumpelektrode (124) derart, dass eine sich zwischen der ersten Pumpelektrode (124) und der Referenzelektrode (52) ausbildende erste Elektrodenspannung (V0) konstant gehalten wird, ein Steuern eines zweiten Pumpstroms (IP3) an der zweiten Pumpelektrode (224) derart, dass eine sich zwischen der zweiten Pumpelektrode (224) und der Referenzelektrode (52) ausbildende zweite Elektrodenspannung (V3) konstant gehalten wird, und ein Ermitteln eines Fehlers des Abgassensors (100) basierend auf einem Vergleich des ersten Pumpstroms (IP0) mit dem zweiten Pumpstrom (IP3).

Figure DE102019203704A1_0000
The present invention relates to a method for determining a fault in an exhaust gas sensor (100) which is arranged in an exhaust system of an internal combustion engine and has a first pump cavity (120) in which a first pump electrode (124) is arranged, a second pump cavity (220) in which a second pump electrode (224) is arranged, and has a reference cavity (50) in which a reference electrode (52) is arranged. The method according to the invention comprises controlling a first pump current (IP0) at the first pump electrode (124) in such a way that a first electrode voltage (V0) forming between the first pump electrode (124) and the reference electrode (52) is kept constant, controlling a second pump current (IP3) at the second pump electrode (224) in such a way that a second electrode voltage (V3) forming between the second pump electrode (224) and the reference electrode (52) is kept constant, and a fault in the exhaust gas sensor (100) is determined based on a comparison of the first pump current (IP0) with the second pump current (IP3).
Figure DE102019203704A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Fehlers eines Abgassensors einer Brennkraftmaschine, insbesondere ein Verfahren zum Ermitteln eines Fehlers eines Kombinationsabgassensors zum selektiven Erfassen des Stickoxid- und Ammoniakanteils im Abgas der Brennkraftmaschine.The present invention relates to a method for determining a fault in an exhaust gas sensor of an internal combustion engine, in particular a method for determining a fault in a combination exhaust gas sensor for selectively detecting the nitrogen oxide and ammonia content in the exhaust gas of the internal combustion engine.

Abgassensoren, wie z. B. Stickoxidsensoren, erlauben eine Messung der Konzentration von Komponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen, beispielsweise Otto- oder Dieselmotoren. Das Abgas der Brennkraftmaschine weist als Komponenten u.a. Ammoniak (NH3) und Stickoxide (NOx) auf, wobei die Kenntnis der jeweiligen Konzentration für die Steuerung der Brennkraftmaschine vorteilhaft sein kann.Exhaust sensors, such as B. nitrogen oxide sensors, allow a measurement of the concentration of components in the exhaust gas of internal combustion engines, such as gasoline or diesel engines. The components of the exhaust gas from the internal combustion engine include Ammonia (NH3) and nitrogen oxides (NOx), knowledge of the respective concentration can be advantageous for controlling the internal combustion engine.

Die DE 10 2007 035 768 A1 offenbart hierzu ein Verfahren zur Diagnose eines in einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten Stickoxidsensors, der mindestens eine Einstelleinrichtung zum Einstellen des Sauerstoffgehalts von in den Sensor eingetretenem Abgas mittels einer elektrischen Größe und mindestens eine einen den Stickoxidgehalt des Abgases charakterisierenden Messwert ausgebenden Messeinrichtung aufweist.The DE 10 2007 035 768 A1 discloses a method for diagnosing a nitrogen oxide sensor arranged in an exhaust system of an internal combustion engine, which has at least one setting device for setting the oxygen content of exhaust gas entering the sensor by means of an electrical variable and at least one measuring device outputting a measurement value characterizing the nitrogen oxide content of the exhaust gas.

Ferner ist aus der DE 697 32 582 T2 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Sauerstoffkonzentration und der Stickoxidkonzentration unter Verwendung eines Stickoxidsensors bekannt.Furthermore, from the DE 697 32 582 T2 a method and an apparatus for measuring the oxygen concentration and the nitrogen oxide concentration using a nitrogen oxide sensor are known.

Zudem offenbart die DE 103 12 732 B4 ein Verfahren zum Betrieb einer Messsonde zur Messung einer Gaskonzentration in einem Messgas mit einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten, der eine Messkavität zur Aufnahme des Messgases, eine Messelektrode und eine Außenelektrode aufweist. Ein zwischen Messelektrode und Außenelektrode fließender Pumpstrom transportiert Sauerstoffionen von der Messelektrode zur Außenelektrode. Dabei wird eine Überprüfung der Messelektrode durch eine Bestimmung der effektiv für die Sauerstoffdiffusion zur Verfügung stehenden Elektrodenfläche oder eines davon abhängigen Wertes durchgeführt, indem in der Messkavität eine vorbestimmte Sauerstoffkonzentration eingestellt wird, ein vorbestimmter konstanter Pumpstrom zwischen Messelektrode und Außenelektrode eingeprägt und das resultierende Nernstpotential an der Messelektrode gemessen wird, diejenige Zeitdauer gemessen wird, bis das gemessene Nernstpotential von kleinen zu großen Werten springt, die gemessene Zeitdauer mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen wird und ein Defekt der Messelektrode festgestellt wird, wenn die gemessene Zeitdauer den vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet.In addition, the DE 103 12 732 B4 a method for operating a measuring probe for measuring a gas concentration in a measuring gas with an oxygen ion-conducting solid electrolyte, which has a measuring cavity for receiving the measuring gas, a measuring electrode and an outer electrode. A pump current flowing between the measuring electrode and the outer electrode transports oxygen ions from the measuring electrode to the outer electrode. The measuring electrode is checked by determining the electrode area effectively available for oxygen diffusion or a value dependent on it, by setting a predetermined oxygen concentration in the measuring cavity, applying a predetermined constant pump current between the measuring electrode and the outer electrode and applying the resulting Nernst potential to the Measuring electrode is measured, that time period is measured until the measured Nernst potential jumps from small to large values, the measured time period is compared with a predetermined threshold value and a defect in the measuring electrode is determined when the measured time period falls below the predetermined threshold value.

Die WO 2017/222001 A1 , WO 2017/222002 A1 und WO 2017/222003 A1 offenbaren jeweils Stickoxidsensoren, die mit einer Vorkavität bereitgestellt werden, in der eine Vorelektrode vorgesehen ist. Durch Ansteuerung der Pumpelektrode und der Vorelektrode kann qualitativ der Ammoniakanteil im Abgas der Brennkraftmaschine ermittelt werden.The WO 2017/222001 A1 , WO 2017/222002 A1 and WO 2017/222003 A1 each disclose nitrogen oxide sensors which are provided with a pre-cavity in which a pre-electrode is provided. By controlling the pump electrode and the pre-electrode, the ammonia content in the exhaust gas of the internal combustion engine can be determined qualitatively.

In Anbetracht des Standes der Technik ist es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur (Eigen-)Diagnose eines in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgassensors bereitzustellen, mit dem die Funktionstüchtigkeit und Messgenauigkeit des Abgassensors zuverlässig und effizient erfasst werden kann.In view of the prior art, it is an object of the present invention to provide a method for (self) diagnosis of an exhaust gas sensor arranged in an exhaust system of an internal combustion engine, with which the functionality and measuring accuracy of the exhaust gas sensor can be reliably and efficiently detected.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved with a method according to claim 1. Further advantageous refinements are given in the subclaims.

Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, einen Fehler eines zum Messen der Konzentration von Stickoxid und Ammoniak ausgebildeten Abgassensors dadurch festzustellen, dass ein Verhältnis der jeweiligen Pumpströme bzw. Sauerstoffsignale des Abgassensors bei einem fehlerfreien Abgassensor im Wesentlichen einem vorbestimmten Verhältniswert entsprechen und bei einem fehlerbehafteten Abgassensor von diesem vorbestimmten Verhältniswert um mehr als einen vorbestimmten Schwellenwert abweichen. Insbesondere kann bei einer Abweichung vom vorbestimmten Verhältniswert qualitativ ausgesagt werden, dass die Pumpelektroden unterschiedlich gealtert sind bzw. zumindest eine der Pumpelektroden übermäßig gealtert ist. In einem solchen Fall kann dem Betreiber der Brennkraftmaschine eine Warnung ausgegeben werden und der Betrieb des Abgassensors kann in einen Notbetrieb wechseln, der zwar gegenüber dem normalen Messbetrieb ungenauer ist, es jedoch erlaubt, die Brennkraftmaschine zumindest bis zum Erreichen einer Wartungsstelle weiterhin zu betreiben.The present invention is based on the idea of determining an error in an exhaust gas sensor designed to measure the concentration of nitrogen oxide and ammonia in that a ratio of the respective pump currents or oxygen signals of the exhaust gas sensor essentially corresponds to a predetermined ratio in the case of an error-free exhaust gas sensor and in the case of a faulty one Exhaust gas sensor deviate from this predetermined ratio value by more than a predetermined threshold value. In particular, in the event of a deviation from the predetermined ratio value, it can be stated qualitatively that the pump electrodes have aged differently or that at least one of the pump electrodes has aged excessively. In such a case, a warning can be issued to the operator of the internal combustion engine and the operation of the exhaust gas sensor can switch to emergency operation, which is less precise than normal measurement operation, but allows the internal combustion engine to continue to operate at least until a maintenance point is reached.

Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Fehlers eines einen Hauptkörper aufweisenden und in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgassensors offenbart, der eine im Hauptkörper angeordnete und mit dem Abgas verbundene erste Pumpkavität, in der eine erste Pumpelektrode angeordnet ist, eine im Hauptkörper angeordnete und mit dem Abgas verbundene zweite Pumpkavität, in der eine zweite Pumpelektrode angeordnet ist, und eine im Hauptkörper angeordnete und mit der Umgebungsluft verbundene Referenzkavität aufweist, in der eine Referenzelektrode angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Steuern eines an der ersten Pumpelektrode angelegten ersten Pumpstroms derart, dass eine sich zwischen der ersten Pumpelektrode und der Referenzelektrode ausbildende erste Elektrodenspannung auf einem vorbestimmten ersten Spannungswert konstant gehalten wird, ein Steuern eines an der zweiten Pumpelektrode angelegten zweiten Pumpstroms derart, dass eine sich zwischen der zweiten Pumpelektrode und der Referenzelektrode ausbildende zweite Elektrodenspannung auf einem vorbestimmten zweiten Spannungswert konstant gehalten wird und ein ermitteln eines Fehlers des Abgassensors basierend auf einem Vergleich des ersten Pumpstroms mit dem zweiten Pumpstrom.According to a first aspect of the present invention, a method for determining a fault in an exhaust gas sensor, which has a main body and is arranged in an exhaust system of an internal combustion engine, is disclosed which has a first pump cavity arranged in the main body and connected to the exhaust gas, in which a first pump electrode is arranged A second pump cavity arranged in the main body and connected to the exhaust gas, in which a second pump electrode is arranged, and a reference cavity arranged in the main body and connected to the ambient air, in which a reference electrode is arranged. The method according to the invention comprises controlling a first pump current applied to the first pump electrode in such a way that a between the first pump electrode and the reference electrode forming first electrode voltage is kept constant at a predetermined first voltage value, controlling a second pump current applied to the second pump electrode in such a way that a second electrode voltage forming between the second pump electrode and the reference electrode is constant at a predetermined second voltage value is held and a determination of a fault of the exhaust gas sensor based on a comparison of the first pump current with the second pump current.

Insbesondere ist der Abgassensor dabei ein auf Stickoxid und Ammoniak empfindlicher Abgassensor und basiert auf dem amperometrischen Messprinzip. Der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens festgestellte Fehler des Abgassensors kann insbesondere eine unterschiedliche Alterung der Pumpelektroden anzeigen und somit für ein zu ungenaues Messen der Stickoxid- bzw. Ammoniakwerte des Abgases anzeigen. In einem solchen Fall ist es insbesondere möglich, dass die vom Abgassensor angezeigten Stickoxid und Ammoniakwerte nicht mehr der Realität entsprechen und folglich der gesamte Betrieb der Brennkraftmaschine nicht mehr effizient und optimal sein kann. Ein weiterer Fehler des Abgassensors kann beispielsweise auch ein mechanischer Defekt des Hauptkörpers, wie z. B. ein Haarriss im Hauptkörper, sein, der zu einer unkontrollierten Diffusion innerhalb des Abgassensors und im Hauptkörper führt.In particular, the exhaust gas sensor is an exhaust gas sensor that is sensitive to nitrogen oxide and ammonia and is based on the amperometric measuring principle. The fault of the exhaust gas sensor determined by means of the method according to the invention can in particular indicate different aging of the pump electrodes and thus indicate that the nitrogen oxide or ammonia values of the exhaust gas are measured too imprecisely. In such a case it is particularly possible that the nitrogen oxide and ammonia values displayed by the exhaust gas sensor no longer correspond to reality and consequently the entire operation of the internal combustion engine can no longer be efficient and optimal. Another fault of the exhaust gas sensor can, for example, also be a mechanical defect in the main body, e.g. B. a hairline crack in the main body, which leads to uncontrolled diffusion within the exhaust gas sensor and in the main body.

Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren außerdem ein Ermitteln eines Pumpstromverhältnisses zwischen dem ersten Pumpstrom und dem zweiten Pumpstrom, wobei ein Fehler des Abgassensors ermittelt wird, wenn das ermittelte Pumpstromverhältnis von einem vorbestimmten Pumpstromverhältniswert um mehr als einen Verhältnisschwellenwert abweicht.The method according to the invention preferably also includes determining a pump current ratio between the first pump current and the second pump current, an error in the exhaust gas sensor being determined if the determined pump current ratio deviates from a predetermined pump current ratio value by more than a ratio threshold value.

Eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst ferner ein Ermitteln einer Pumpstromdifferenz zwischen dem ersten Pumpstrom und dem zweiten Pumpstrom, wobei ein Fehler des Abgassensors dann ermittelt wird, wenn die ermittelte Pumpstromdifferenz von einer vorbestimmten Pumpstromdifferenzwert um mehr als einen Differenzschwellenwert abweicht.An alternative embodiment of the method according to the invention further comprises determining a pump current difference between the first pump current and the second pump current, an error in the exhaust gas sensor being determined when the determined pump current difference deviates from a predetermined pump current difference value by more than a difference threshold value.

Vorzugsweise beträgt der vorbestimmte Verhältnisschwellenwert oder der vorbestimmte Differenzschwellenwert ungefähr 50%, vorzugsweise ungefähr 30%, noch bevorzugter ungefähr 15%. Das heißt, wenn das ermittelte Pumpstromverhältnis bzw. die ermittelte Pumpstromdifferenz um mehr als 10 % vom vorbestimmten Pumpstromverhältniswert bzw. Pumpstromdifferenzwert abweicht, wird ein Fehler des Abgassensors festgestellt.Preferably, the predetermined ratio threshold or the predetermined difference threshold is approximately 50%, preferably approximately 30%, more preferably approximately 15%. That is, if the determined pumping current ratio or the determined pumping current difference deviates by more than 10% from the predetermined pumping current ratio value or pumping current difference value, a fault in the exhaust gas sensor is determined.

Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Ausgeben einer Warnung an den Betreiber der Brennkraftmaschine, wenn ein Fehler des Abgassensors ermittelt worden ist. Insbesondere kann diese Warnung für den Betreiber der Brennkraftmaschine ein Indiz dafür sein, den Abgassensor bei einer nächsten Wartung auszutauschen bzw. austauschen zu lassen und durch einen neuen Abgassensor zu ersetzen.The method according to the invention preferably further comprises outputting a warning to the operator of the internal combustion engine if a fault in the exhaust gas sensor has been determined. In particular, this warning can be an indication for the operator of the internal combustion engine that the exhaust gas sensor should be exchanged or replaced with a new exhaust gas sensor during the next maintenance.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgassensors offenbart. Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt umfasst ein Ermitteln eines Fehlers des Abgassensors gemäß dem ersten Aspekt und, wenn ein Fehler des Abgassensors ermittelt worden ist, ein Steuern des ersten Pumpstroms und/oder zweiten Pumpstroms derart, dass die erste Elektrodenspannung und/oder zweite Elektrodenspannung auf einem vorbestimmten dritten Spannungswert und/oder vorbestimmten vierten Spannungswert konstant gehalten werden. Dabei weichen der dritte Spannungswert bzw. vierte Spannungswert vom ersten Spannungswert bzw. zweiten Spannungswert ab.According to a second aspect of the present invention, a method for operating an exhaust gas sensor arranged in an exhaust line of an internal combustion engine is disclosed. The method according to the second aspect comprises determining a fault in the exhaust gas sensor according to the first aspect and, if a fault in the exhaust gas sensor has been determined, controlling the first pump current and / or the second pump current in such a way that the first electrode voltage and / or the second electrode voltage a predetermined third voltage value and / or predetermined fourth voltage value are kept constant. The third voltage value or fourth voltage value deviate from the first voltage value or second voltage value.

Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschreibt somit ein Notbetriebsverfahren des Abgassensors, wenn ein Fehler desselben gemäß dem ersten Aspekt festgestellt worden ist. Insbesondere kann mittels des Notbetriebsverfahren die Zeitspanne vom Feststellen des Fehlers bis zu einer Wartung der Brennkraftmaschine überbrückt werden und es können somit weiterhin Stickoxid- und Ammoniakwerte, jedoch nur als Summenwert, erfasst werden.The method according to the second aspect of the present invention thus describes an emergency operation method of the exhaust gas sensor when a fault of the same has been determined according to the first aspect. In particular, by means of the emergency operation method, the time span from the detection of the fault to maintenance of the internal combustion engine can be bridged and nitrogen oxide and ammonia values can thus continue to be recorded, but only as a total value.

Dabei kann es bevorzugt sein, wenn der dritte Spannungswert kleiner ist als der erste Spannungswert und/oder wenn der vierte Spannungswert kleiner ist als der zweite Spannungswert.It can be preferred here if the third voltage value is smaller than the first voltage value and / or if the fourth voltage value is smaller than the second voltage value.

Außerdem kann es bevorzugt sein, den Abgassensor bereits bei der Herstellung mit Betriebsdaten für sowohl den normalen Messbetrieb als auch für den Notbetrieb zu versehen.In addition, it can be preferred to provide the exhaust gas sensor with operating data for both normal measuring operation and emergency operation during manufacture.

Weitere Merkmale und Aufgaben der Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:

  • 1 eine schematische Schnittansicht durch einen Abgassensor gemäß einer beispielhaften ersten Ausführungsform zeigt,
  • 2 eine schematische Schnittansicht durch einen Abgassensor gemäß einer beispielhaften zweiten Ausführungsform zeigt, und
  • 3 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln eines Fehlers des Abgassensors der 1 oder 2 zeigt.
Other features and objects of the invention will become apparent to those skilled in the art by practicing the present teachings and reviewing the accompanying drawings, in which:
  • 1 shows a schematic sectional view through an exhaust gas sensor according to an exemplary first embodiment,
  • 2 shows a schematic sectional view through an exhaust gas sensor according to an exemplary second embodiment, and
  • 3 an exemplary flow chart of a method according to the invention for determining a fault in the exhaust gas sensor in FIG 1 or 2 shows.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Elements of the same construction or function are provided with the same reference symbols in all the figures.

Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung umfasst der Begriff „Steuern“ die regelungstechnischen Begriffe „Steuern“ und „Regeln“. Der Fachmann wird jeweils erkennen, wann ein regelungstechnisches Steuern und wann ein regelungstechnisches Regeln anzuwenden ist.In the context of the present disclosure, the term “control” includes the control-related terms “control” and “regulate”. The person skilled in the art will recognize when a closed-loop control and when a closed-loop control is to be used.

Unter Verweis auf die 1 ist eine schematische Schnittansicht durch einen Abgassensors 100 gemäß einer beispielhaften ersten Ausführungsform dargestellt, der dazu ausgebildet ist, in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) angeordnet zu werden und den Stickoxid-, Ammoniak- und/oder Sauerstoffgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine zu erfassen.With reference to the 1 is a schematic sectional view through an exhaust gas sensor 100 shown according to an exemplary first embodiment, which is designed to be arranged in an exhaust line of an internal combustion engine (not shown) and to detect the nitrogen oxide, ammonia and / or oxygen content in the exhaust gas of the internal combustion engine.

Der Abgassensor 100 weist einen Hauptkörper 112 aus einem Feststoffelektrolyten auf, der vorzugsweise aus einem Mischkristall aus Zirkonoxid und Yttriumoxid und/oder durch einen Mischkristall aus Zirkonoxid und Calciumoxid gebildet ist. Zusätzlich kann ein Mischkristall aus Hafniumoxid, ein Mischkristall aus Perowskit-basierten Oxiden oder ein Mischkristall aus trivalentem Metalloxid verwendet werden.The exhaust gas sensor 100 has a main body 112 from a solid electrolyte, which is preferably formed from a mixed crystal of zirconium oxide and yttrium oxide and / or by a mixed crystal of zirconium oxide and calcium oxide. In addition, a mixed crystal made of hafnium oxide, a mixed crystal made of perovskite-based oxides or a mixed crystal made of trivalent metal oxide can be used.

Innerhalb des Hauptkörpers 112 sind zwei Messpfade 110, 210 vorgesehen, die im Wesentlichen unabhängig voneinander sind und die jeweils mit dem Abgas in Verbindung stehen. Der erste Messpfad 110 weist eine erste Kavität 130, eine erste Pumpkavität 120 und eine erste Messkavität 140 auf. Die erste Kavität 130 ist über einen ersten Verbindungspfad 115 mit dem Äußeren des Hauptkörpers 112 verbunden. Insbesondere kann Abgas durch den ersten Verbindungspfad 115 in die erste Kavität 130 eintreten. Die erste Pumpkavität 120 ist mit der ersten Kavität 130 über einen ersten Diffusionspfad 125 verbunden. Der erste Diffusionspfad 125 ist beispielsweise in der Form eines sehr dünnen Schlitzes vorgesehen, durch den das Gasgemisch mit einer vorbestimmten Rate gelangen kann. Alternativ kann der erste Diffusionspfad 125 mit einem porösen Füllmittel zum Ausbilden einer Diffusionsratenregulierungsschicht gefüllt oder ausgepolstert sein.Inside the main body 112 are two measurement paths 110 , 210 provided, which are essentially independent of one another and which are each connected to the exhaust gas. The first measurement path 110 has a first cavity 130 , a first pump cavity 120 and a first measuring cavity 140 on. The first cavity 130 is via a first connection path 115 with the exterior of the main body 112 connected. In particular, exhaust gas can flow through the first connecting path 115 into the first cavity 130 enter. The first pump cavity 120 is with the first cavity 130 via a first diffusion path 125 connected. The first diffusion path 125 is provided, for example, in the form of a very thin slot through which the gas mixture can pass at a predetermined rate. Alternatively, the first diffusion path 125 may be filled or padded with a porous filler for forming a diffusion rate regulating layer.

Die erste Messkavität 140 ist mit der ersten Pumpkavität 120 über einen zweiten Diffusionspfad 135 verbunden. Der zweite Diffusionspfad 135 ist beispielsweise in der Form eines sehr dünnen Schlitzes vorgesehen, durch den das Gasgemisch mit einer vorbestimmten Rate gelangen kann. Alternativ kann der zweite Diffusionspfad 135 mit einem porösen Füllmittel zum Ausbilden einer Diffusionsratenregulierungsschicht gefüllt oder ausgepolstert sein. Die Diffusionsratenschichten können alternativ als Diffusionsbarrieren bezeichnet werden.The first measuring cavity 140 is with the first pump cavity 120 via a second diffusion path 135 connected. The second diffusion path 135 is provided, for example, in the form of a very thin slot through which the gas mixture can pass at a predetermined rate. Alternatively, the second diffusion path 135 may be filled or padded with a porous filler for forming a diffusion rate regulating layer. The diffusion rate layers can alternatively be referred to as diffusion barriers.

Der erste Diffusionspfad 125 und der zweite Diffusionspfad 135 sind derart ausgebildet, dass durch diese hindurch das Gasgemisch nur teilweise gelangen kann. Durch Kenntnis der Querschnitte des ersten und zweiten Diffusionspfads 125, 135 und/oder durch Kenntnis der jeweiligen porösen Füllmittel kann die Diffusionsrate durch den ersten und zweiten Diffusionspfad 125, 135 bestimmt und festgelegt werden.The first diffusion path 125 and the second diffusion path 135 are designed in such a way that the gas mixture can only partially pass through them. By knowing the cross-sections of the first and second diffusion path 125 , 135 and / or by knowing the respective porous filler, the diffusion rate through the first and second diffusion path 125 , 135 be determined and established.

In einer alternativen Ausgestaltung des Abgassensors 100 weist der erste Messpfad 110 nur die erste Pumpkavität 120 und die erste Messkavität 140 auf, die mit der ersten Pumpkavität 120 über den zweiten Diffusionspfad 135 verbunden ist. In einer solchen alternativen Ausgestaltung des Abgassensors 100 ist dann die erste Pumpkavität 120 mit dem Abgas über einen Verbindungspfad verbunden, der dem Pfad durch den ersten Verbindungspfad 115, die ersten Kavität 130 und den ersten Diffusionspfad 125 des Abgassensors 100 der 1 entspricht. In einer solchen alternativen Ausgestaltung des Abgassensors 100 kann das Abgas aus dem Abgasstrang durch diesen Verbindungspfad direkt in die erste Pumpkavität 120 eintreten.In an alternative embodiment of the exhaust gas sensor 100 shows the first measurement path 110 only the first pump cavity 120 and the first measuring cavity 140 on that with the first pump cavity 120 via the second diffusion path 135 connected is. In such an alternative embodiment of the exhaust gas sensor 100 is then the first pump cavity 120 connected to the exhaust gas via a connection path which is the path through the first connection path 115 , the first cavity 130 and the first diffusion path 125 of the exhaust gas sensor 100 of the 1 corresponds. In such an alternative embodiment of the exhaust gas sensor 100 the exhaust gas from the exhaust system can be fed through this connecting path directly into the first pump cavity 120 enter.

Der zweite Messpfad 210 weist eine zweite Pumpkavität 220, eine zweite Kavität 230 und eine zweite Messkavität 240 auf. Die zweite Pumpkavität 220 ist über einen zweiten Verbindungspfad 215 mit dem Äußeren des Hauptkörpers 112 verbunden. Insbesondere kann Abgas durch den zweiten Verbindungspfad 215 in die zweite Pumpkavität 220 eintreten Die zweite Kavität 230 ist mit der zweiten Pumpkavität 220 über einen dritten Diffusionspfad 225 verbunden. Der dritte Diffusionspfad 225 ist beispielsweise in der Form eines sehr dünnen Schlitzes vorgesehen, durch den das Gasgemisch mit einer vorbestimmten Rate gelangen kann. Alternativ kann der dritte Diffusionspfad 225 mit einem porösen Füllmittel zum Ausbilden einer Diffusionsratenregulierungsschicht gefüllt oder ausgepolstert sein.The second measurement path 210 has a second pump cavity 220 , a second cavity 230 and a second measuring cavity 240 on. The second pump cavity 220 is via a second connection path 215 with the exterior of the main body 112 connected. In particular, exhaust gas can flow through the second connection path 215 into the second pump cavity 220 enter the second cavity 230 is with the second pump cavity 220 via a third diffusion path 225 connected. The third diffusion path 225 is provided, for example, in the form of a very thin slot through which the gas mixture can pass at a predetermined rate. Alternatively, the third diffusion path 225 may be filled or padded with a porous filler for forming a diffusion rate regulating layer.

Die zweite Messkavität 240 ist mit der zweiten Kavität 230 über einen vierten Diffusionspfad 235 verbunden. Der vierte Diffusionspfad 235 ist beispielsweise in der Form eines sehr dünnen Schlitzes vorgesehen, durch den das Gasgemisch mit einer vorbestimmten Rate gelangen kann. Alternativ kann der vierte Diffusionspfad 235 mit einem porösen Füllmittel zum Ausbilden einer Diffusionsratenregulierungsschicht gefüllt oder ausgepolstert sein. Die Diffusionsratenschichten können alternativ als Diffusionsbarrieren bezeichnet werden.The second measuring cavity 240 is with the second cavity 230 via a fourth diffusion path 235 connected. The fourth diffusion path 235 is provided, for example, in the form of a very thin slot through which the gas mixture can pass at a predetermined rate. Alternatively, the fourth diffusion path 235 may be filled or padded with a porous filler for forming a diffusion rate regulating layer. The Diffusion rate layers can alternatively be referred to as diffusion barriers.

Der dritte Diffusionspfad 225 und der vierte Diffusionspfad 235 sind derart ausgebildet, dass durch diese hindurch das Gasgemisch nur teilweise gelangen kann. Durch Kenntnis der Querschnitte des dritten und vierten Diffusionspfads 225, 235 und/oder durch Kenntnis der jeweiligen porösen Füllmittel kann die Diffusionsrate durch den dritte und vierten Diffusionspfad 225, 235 bestimmt und festgelegt werden.The third diffusion path 225 and the fourth diffusion path 235 are designed in such a way that the gas mixture can only partially pass through them. By knowing the cross-sections of the third and fourth diffusion path 225 , 235 and / or by knowing the respective porous filler, the diffusion rate through the third and fourth diffusion path 225 , 235 be determined and established.

In einer alternativen Ausgestaltung des Abgassensors 100 weist der zweite Messpfad 210 nur die zweite Pumpkavität 220 und die zweite Messkavität 240 auf, die mit der zweiten Pumpkavität 220 über einen Diffusionspfad verbunden ist, der dem Pfad durch den dritten Diffusionspfad 225, die zweite Kavität 230 und den vierten Diffusionspfad 235 des Abgassensors 100 der 1 entspricht. In einer solchen alternativen Ausgestaltung des Abgassensors 100 kann das Abgas aus der zweiten Pumpkavität 220 durch diesen Diffusionspfad direkt in die zweite Messkavität 240 eintreten.In an alternative embodiment of the exhaust gas sensor 100 shows the second measurement path 210 only the second pump cavity 220 and the second measuring cavity 240 on that with the second pump cavity 220 is connected via a diffusion path which is the path through the third diffusion path 225 , the second cavity 230 and the fourth diffusion path 235 of the exhaust gas sensor 100 of the 1 corresponds. In such an alternative embodiment of the exhaust gas sensor 100 can the exhaust gas from the second pump cavity 220 through this diffusion path directly into the second measuring cavity 240 enter.

Im Hauptkörper 112 ist außerdem eine Referenzkavität 50 gebildet, die direkt mit dem Äußeren des Hauptkörpers 12 in Verbindung steht. Innerhalb der Referenzkavität 50 ist eine Referenzelektrode 52 angeordnet. Insbesondere steht die Referenzkavität 50 mit der Umgebungsluft, d. h. nicht mit dem Abgas, in Verbindung und ist dazu ausgebildet, eine Sauerstoffreferenz für die im Hauptkörper 112 des Abgassensors 100 angeordneten verschiedenen Elektroden zu bilden.In the main body 112 is also a reference cavity 50 formed directly with the exterior of the main body 12th is connected. Inside the reference cavity 50 is a reference electrode 52 arranged. In particular, there is the reference cavity 50 with the ambient air, ie not with the exhaust gas, and is designed to provide an oxygen reference for those in the main body 112 of the exhaust gas sensor 100 arranged to form different electrodes.

An einer Außenseite des Hauptkörpers 112 ist eine mit dem Abgas in Kontakt stehende Abgaselektrode (auch „P+“-Elektrode genannte) 22 angeordnet. Insbesondere kann während eines Messbetriebs des Abgassensors 100 durch Anlegen eines Referenzstroms an der Abgaselektrode 22 der im Abgas befindliche Sauerstoff ionisiert werden und durch den Hauptkörper 112 als Sauerstoffionen zur Referenzelektrode 52 diffundieren und dort wieder in Sauerstoffmoleküle zur Ausbildung einer Sauerstoffreferenz umgewandelt werden.On an outside of the main body 112 is an exhaust gas electrode that is in contact with the exhaust gas (also called "P +" electrode) 22nd arranged. In particular, during a measuring operation of the exhaust gas sensor 100 by applying a reference current to the exhaust electrode 22nd the oxygen in the exhaust gas is ionized and through the main body 112 as oxygen ions to the reference electrode 52 diffuse and are converted back into oxygen molecules to form an oxygen reference.

Innerhalb der ersten Pumpkavität 120 ist eine erste Pumpelektrode (auch „P-“-Elektrode genannt) 124 angeordnet. Insbesondere kann während des Messbetriebs des Abgassensors 100 durch Anlegen eines ersten Pumpstroms IP0 an der ersten Pumpelektrode 124 der im Abgas befindliche Sauerstoff innerhalb der ersten Pumpkavität 120 ionisiert werden und durch den Hauptkörper 112 als Sauerstoffionen wandern bzw. gelangen bzw. diffundieren. Aufgrund der aus der ersten Pumpkavität 120 ausgebrachten Sauerstoffionen bildet sich zwischen der ersten Pumpelektrode 124 und der Referenzelektrode 52 indirekt eine erste Elektrodenspannung bzw. erste Nernstspannung V0 aus. Genauer gesagt bildet sich die erste Elektrodenspannung bzw. die erste Nernstspannung V0 direkt aus dem in unmittelbarer Umgebung der ersten Pumpelektrode 124 noch vorliegenden Rest-Sauerstoff.Inside the first pump cavity 120 is a first pump electrode (also called "P -" electrode) 124 arranged. In particular, during the measuring operation of the exhaust gas sensor 100 by applying a first pump current IP0 to the first pump electrode 124 the oxygen in the exhaust gas within the first pump cavity 120 be ionized and through the main body 112 migrate, arrive or diffuse as oxygen ions. Because of the first pump cavity 120 released oxygen ions form between the first pump electrode 124 and the reference electrode 52 indirectly a first electrode voltage or first Nernst voltage V0. More precisely, the first electrode voltage or the first Nernst voltage V0 is formed directly from that in the immediate vicinity of the first pump electrode 124 residual oxygen still present.

Mit IP0 kann eine Sauerstoffkonzentration in der Pumpkavität 120 eingestellt werden, je nach Höhe der eingestellten Sauerstoffkonzentration kann es zu einer Reduktion der Stickoxide oder Oxidation des Ammoniaks kommen.With IP0 an oxygen concentration in the pump cavity 120 can be set, depending on the level of the set oxygen concentration, there may be a reduction in nitrogen oxides or oxidation of ammonia.

Innerhalb der ersten Messkavität 140 ist eine erste Messelektrode (auch erste „M2“-Elektrode genannt) 144 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, während des Messbetriebs des Stickoxidsensors 100 bei Anlegen eines ersten Messstroms IP21 den innerhalb der ersten Messkavität 140 vorhandenen Sauerstoff und/oder Stickoxide zu ionisieren, so dass die Sauerstoffionen durch den Hauptkörper 112 wandern bzw. gelangen können. Aufgrund der aus der ersten Messkavität 140 ausgebrachten bzw. herausgepumpten Sauerstoffionen bildet sich zwischen der ersten Messelektrode 144 und der Referenzelektrode 52 eine erste Mess-Elektrodenspannung bzw. erste Mess-Nernstspannung V21 aus, die durch Anlegen des ersten Messstroms IP21 an der ersten Messelektrode 144 auf konstantem Wert gehalten wird. Genauer gesagt bildet sich die erste Mess-Elektrodenspannung bzw. die erste Mess-Nernstspannung V21 direkt aus dem in unmittelbarer Umgebung der ersten Messelektrode 144 noch vorliegenden Rest-Sauerstoff. Der angelegte erste Messstrom IP21 ist dann ein Indiz für den innerhalb des Abgases befindlichen Stickoxidgehalt.Within the first measuring cavity 140 a first measuring electrode (also called first “M2” electrode) 144 is arranged, which is designed to be used during the measuring operation of the nitrogen oxide sensor 100 when a first measuring current IP21 is applied, the inside of the first measuring cavity 140 ionize existing oxygen and / or nitrogen oxides so that the oxygen ions pass through the main body 112 can hike or get there. Due to the from the first measuring cavity 140 discharged or pumped out oxygen ions are formed between the first measuring electrode 144 and the reference electrode 52 a first measuring electrode voltage or first measuring Nernst voltage V21, which is generated by applying the first measuring current IP21 to the first measuring electrode 144 is kept at a constant value. More precisely, the first measuring electrode voltage or the first measuring Nernst voltage V21 is formed directly from the area in the immediate vicinity of the first measuring electrode 144 residual oxygen still present. The first measurement current IP21 applied is then an indication of the nitrogen oxide content within the exhaust gas.

Der an der ersten Pumpelektrode 124 anliegende erste Pumpstrom IP0 wird derart gesteuert, das bevorzugt lediglich der Sauerstoff ionisiert wird, jedoch nicht die Stickoxide. Dazu ist es vorgesehen, den ersten Pumpstrom IP0 derart zu steuern, dass die erste Elektrodenspannung bzw. erste Nernstspannung V0 auf einem ersten Spannungswert konstant gehalten wird, beispielsweise 220 mV. Insbesondere ist die erste Pumpelektrode 124 dazu ausgebildet, während des Normalbetriebs des Stickoxidsensors 100 nahezu den gesamten Sauerstoff aus dem Abgas zu pumpen, so dass in der ersten Messkavität 140 nahezu nur noch Stickoxide vorliegen. Die erste Messelektrode 144 ist dazu ausgebildet, die Stickoxide zu ionisieren, wobei der an der ersten Messelektrode 144 angelegte erste Messstrom IP21 ein Maß für den Stickoxidgehalt im Abgas ist.The one on the first pump electrode 124 applied first pump current IP0 is controlled in such a way that only the oxygen is preferably ionized, but not the nitrogen oxides. For this purpose, it is provided to control the first pump current IP0 in such a way that the first electrode voltage or first Nernst voltage V0 is kept constant at a first voltage value, for example 220 mV. In particular, the first pump electrode is 124 designed to do so during normal operation of the nitrogen oxide sensor 100 To pump almost all of the oxygen out of the exhaust gas, so that in the first measuring cavity 140 almost only nitrogen oxides are present. The first measuring electrode 144 is designed to ionize the nitrogen oxides, the one at the first measuring electrode 144 applied first measurement current IP21 is a measure of the nitrogen oxide content in the exhaust gas.

Innerhalb der zweiten Pumpkavität 220 ist eine zweite Pumpelektrode (auch „M0“-Elektrode genannt) 224 angeordnet. Hier kann während des Messbetriebs des Abgassensors 100 durch Anlegen eines zweiten Pumpstroms IP3 an der zweiten Pumpelektrode 224 der im Gasgemisch befindliche Sauerstoff innerhalb der zweiten Pumpkavität 220 ionisiert werden und durch den Hauptkörper 112 als Sauerstoffionen wandern bzw. gelangen bzw. diffundieren. Aufgrund der aus der zweiten Pumpkavität 220 ausgebrachten Sauerstoffionen bildet sich zwischen der zweiten Pumpelektrode 224 und der Referenzelektrode 52 indirekt eine zweite Elektrodenspannung bzw. zweite Nernstspannung V3 aus. Genauer gesagt bildet sich die zweite Elektrodenspannung bzw. die zweite Nernstspannung V3 direkt aus dem in unmittelbarer Umgebung der zweiten Pumpelektrode 224 noch vorliegenden Rest-Sauerstoff.Inside the second pump cavity 220 a second pump electrode (also called “M0” electrode) 224 is arranged. Here, during the measuring operation of the exhaust gas sensor 100 by applying a second pump current IP3 to the second Pump electrode 224 the oxygen in the gas mixture within the second pump cavity 220 be ionized and through the main body 112 migrate, arrive or diffuse as oxygen ions. Because of the second pump cavity 220 discharged oxygen ions form between the second pump electrode 224 and the reference electrode 52 indirectly a second electrode voltage or second Nernst voltage V3. More precisely, the second electrode voltage or the second Nernst voltage V3 is formed directly from that in the immediate vicinity of the second pump electrode 224 residual oxygen still present.

Innerhalb der zweiten Messkavität 240 ist eine zweite Messelektrode (auch zweite „M2“-Elektrode genannt) 244 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, während des Messbetriebs des Stickoxidsensors 100 bei Anlegen eines zweiten Messstroms IP22 den innerhalb der zweiten Messkavität 240 vorhandenen Sauerstoff und/oder Stickoxide zu ionisieren, so dass die Sauerstoffionen durch den Hauptkörper 112 wandern bzw. gelangen können. Aufgrund der aus der zweiten Messkavität 240 ausgebrachten bzw. herausgepumpten Sauerstoffionen bildet sich zwischen der zweiten Messelektrode 244 und der Referenzelektrode 52 eine zweite Mess-Elektrodenspannung bzw. erste Mess-Nernstspannung V22 aus, die durch Anlegen des zweiten Messstroms IP22 an der zweiten Messelektrode 244 auf konstantem Wert gehalten wird. Genauer gesagt bildet sich die zweite Mess-Elektrodenspannung bzw. die zweite Mess-Nernstspannung V22 direkt aus dem in unmittelbarer Umgebung der zweiten Messelektrode 244 noch vorliegenden Rest-Sauerstoff. Der angelegte erste Messstrom IP21 ist dann ein Indiz für den innerhalb des Abgases befindlichen Stickoxidgehalt. Aus dem angelegten zweiten Messstrom IP22 und dem angelegten ersten Messstrom IP21 kann dann der im Abgas befindliche Anteil an Ammoniak ermittelt werden, insbesondere da der im Abgas befindliche Ammoniak in den beiden Messpfaden 110, 210 an unterschiedlichen Punkten oxidiert wird und somit jeweils vor und nach der Oxidation unterschiedliche Diffusionsstrecken zurücklegtInside the second measuring cavity 240 a second measuring electrode (also called second “M2” electrode) 244 is arranged, which is designed to be used during the measuring operation of the nitrogen oxide sensor 100 when applying a second measuring current IP22 den within the second measuring cavity 240 ionize existing oxygen and / or nitrogen oxides so that the oxygen ions pass through the main body 112 can hike or get there. Because of the second measuring cavity 240 discharged or pumped out oxygen ions are formed between the second measuring electrode 244 and the reference electrode 52 a second measuring electrode voltage or first measuring Nernst voltage V22, which is generated by applying the second measuring current IP22 to the second measuring electrode 244 is kept at a constant value. More precisely, the second measuring electrode voltage or the second measuring Nernst voltage V22 is formed directly from that in the immediate vicinity of the second measuring electrode 244 residual oxygen still present. The first measurement current IP21 applied is then an indication of the nitrogen oxide content within the exhaust gas. The proportion of ammonia in the exhaust gas can then be determined from the applied second measurement current IP22 and the applied first measurement current IP21, in particular since the ammonia in the exhaust gas is in the two measurement paths 110 , 210 is oxidized at different points and thus covers different diffusion distances before and after the oxidation

Der an der zweiten Pumpelektrode 224 anliegende zweite Pumpstrom IP3 ist derart eingestellt, das bevorzugt lediglich der im Abgas befindliche Ammoniak und Sauerstoff ionisiert wird. Dazu ist es vorgesehen, den zweiten Pumpstrom IP3 derart zu steuern, dass die zweite Elektrodenspannung bzw. zweite Nernstspannung V3 auf einem zweiten Spannungswert konstant gehalten wird, beispielsweise 230 mV. Insbesondere ist die zweite Pumpelektrode 224 dazu ausgebildet, während des Normalbetriebs des Stickoxidsensors 100 nahezu den gesamten Sauerstoff aus dem Abgas zu pumpen, so dass in der zweiten Messkavität 240 nahezu nur noch Stickoxide vorliegen. Die zweite Messelektrode 244 ist dazu ausgebildet, die Stickoxide zu ionisieren, wobei der an der zweiten Messelektrode 244 angelegte zweite Messstrom IP22 ein Maß für den Stickoxidgehalt im Abgas ist.The one on the second pump electrode 224 applied second pump current IP3 is set in such a way that preferably only the ammonia and oxygen present in the exhaust gas are ionized. To this end, it is provided that the second pump current IP3 is controlled in such a way that the second electrode voltage or second Nernst voltage V3 is kept constant at a second voltage value, for example 230 mV. In particular, the second pump electrode 224 designed to do so during normal operation of the nitrogen oxide sensor 100 to pump almost all of the oxygen out of the exhaust gas, so that in the second measuring cavity 240 almost only nitrogen oxides are present. The second measuring electrode 244 is designed to ionize the nitrogen oxides, the one at the second measuring electrode 244 applied second measurement current IP22 is a measure of the nitrogen oxide content in the exhaust gas.

Die unterschiedlichen Diffusionsfähigkeiten von Ammoniak (NH3) und Stickoxid (NO) resultieren aus den auf den molaren Massen basierenden Diffusionskoeffizienten von Ammoniak und Stickstoff. Da Ammoniak-Moleküle leichter sind als Stickoxid-Moleküle, kann Ammoniak besser durch den Hauptköpper 112, d. h. durch die Diffusionspfade 115, 125, 215, 225, diffundieren als Stickoxid. Die Diffusion von Ammoniak und Stickoxid findet insbesondere aufgrund des Konzentrationsgefälles zwischen den mehreren Kavitäten statt. Folglich kann der im Abgas befindliche Ammoniak jeweils besser aus der ersten Kavität 130 in die erste Pumpkavität 120 bzw. aus der zweiten Pumpkavität 120 in die zweite Kavität 230 gelangen als das im Abgas befindliche Stickoxid.The different diffusion capacities of ammonia (NH3) and nitrogen oxide (NO) result from the diffusion coefficients of ammonia and nitrogen based on the molar masses. Since ammonia molecules are lighter than nitric oxide molecules, ammonia can pass through the main body better 112 , ie through the diffusion paths 115 , 125 , 215 , 225 , diffuse as nitric oxide. The diffusion of ammonia and nitrogen oxide takes place in particular due to the concentration gradient between the several cavities. As a result, the ammonia in the exhaust gas can each better escape from the first cavity 130 into the first pump cavity 120 or from the second pump cavity 120 into the second cavity 230 arrive as the nitrogen oxide in the exhaust gas.

Der erfindungsgemäße Abgassensor 100 weist ferner eine Steuereinheit (nicht explizit dargestellt) auf, die mit der ersten Pumpelektrode 124, der Abgaselektrode 22, der zweiten Pumpelektrode 224, der ersten Messelektrode 144, der zweiten Messelektrode 244 und der Referenzelektrode 52 verbunden und dazu ausgebildet ist, diese Elektroden jeweils mit den Strömen IP0, IP3, IP21 und IP22 zu beaufschlagen und die jeweiligen Nernstspannungen V0, V3, V21 und V22 zu erfassen. Die Steuereinheit ist somit zum Steuern des Betriebs des Abgassensors 100 ausgebildet.The exhaust gas sensor according to the invention 100 furthermore has a control unit (not explicitly shown) which is connected to the first pump electrode 124 , the exhaust electrode 22nd , the second pump electrode 224 , the first measuring electrode 144 , the second measuring electrode 244 and the reference electrode 52 is connected and designed to apply the currents IP0, IP3, IP21 and IP22 to these electrodes and to detect the respective Nernst voltages V0, V3, V21 and V22. The control unit is thus for controlling the operation of the exhaust gas sensor 100 educated.

In weiteren alternativen Ausgestaltungen des Abgassensors 100 kann es vorteilhaft sein, zwischen der ersten Pumpkavität 120 und der ersten Messkavität 140 eine weitere Pumpkavität vorzusehen, in der eine weitere Pumpelektrode angeordnet ist, mit der möglicherweise noch aus der ersten Pumpkavität 120 gelangender Sauerstoff nunmehr vollständig aus dem Gasgemisch abgepumpt werden kann. In ähnlicher Weise kann es vorteilhaft sein, zwischen der zweiten Kavität 230 und der zweiten Messkavität 240 eine weitere Pumpkavität vorzusehen, in der eine weitere Pumpelektrode angeordnet ist, mit der möglicherweise noch aus der zweiten Pumpkavität 220 gelangender Sauerstoff nunmehr vollständig aus dem Gasgemisch abgepumpt werden kann.In further alternative configurations of the exhaust gas sensor 100 it can be advantageous between the first pump cavity 120 and the first measuring cavity 140 to provide a further pump cavity in which a further pump electrode is arranged, with which possibly still from the first pump cavity 120 arriving oxygen can now be completely pumped out of the gas mixture. Similarly, it can be advantageous between the second cavity 230 and the second measuring cavity 240 to provide a further pump cavity in which a further pump electrode is arranged, with which possibly still from the second pump cavity 220 arriving oxygen can now be completely pumped out of the gas mixture.

Innerhalb des Hauptkörpers 112 ist ferner eine Heizvorrichtung 60 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, den Hauptkörper 112 auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur zu heizen und auf dieser zu halten, beispielsweise bei ca. 850°C. Auch die Heizvorrichtung 60 kann von der Steuereinheit gesteuert und betrieben werden.Inside the main body 112 is also a heater 60 arranged, which is adapted to the main body 112 To heat to a predetermined operating temperature and to keep it at this, for example at approx. 850 ° C. Also the heater 60 can be controlled and operated by the control unit.

Die 2 stellt eine schematische Schnittansicht durch einen Abgassensor 200 gemäß einer beispielhaften zweiten Ausführungsform dar, die sich vom Abgassensor 100 der 1 darin unterscheidet, dass lediglich ein Messpfad 110 vorhanden ist, der aus der zweiten Pumpkavität 220, in der die zweite Pumpelektrode 224 angeordnet ist, der ersten Pumpkavität 120, in der die erste Pumpelektrode 124 angeordnet ist, und der (ersten) Messkavität 140, in der die (erste) Messelektrode 144 angeordnet ist, gebildet ist. Bei der Ausgestaltung des Abgassensors gemäß 2 werden die beiden Messpfade 110, 210 dadurch realisiert, dass die beiden Pumpelektroden 124, 224 selektiv und abwechselnd betrieben werden. Das heißt, dass in einem ersten Betriebsmodus der erste Pumpstrom IP0 an der ersten Pumpelektrode 124 angelegt wird, wobei die zweite Pumpelektrode 224 deaktiviert ist und somit die zweite Pumpkavität 220 die erste Kavität 130 darstellt, und in einem zweiten Betriebsmodus der zweite Pumpstrom IP3 an der zweiten Pumpelektrode 224 angelegt wird, wobei die erste Pumpelektrode 124 deaktiviert ist und somit die erste Pumpkavität 120 die zweite Kavität 230 darstellt. Dabei wird im ersten Betriebsmodus der erste Messstrom IP21 an der Messelektrode 144 angelegt, wobei im zweiten Betriebsmodus der zweite Messstrom IP22 an der Messelektrode 144 angelegt wird.The 2 shows a schematic sectional view through an exhaust gas sensor 200 according to a exemplary second embodiment, which differs from the exhaust gas sensor 100 of the 1 differs in that there is only one measurement path 110 is present from the second pump cavity 220 , in which the second pump electrode 224 is arranged, the first pump cavity 120 , in which the first pump electrode 124 is arranged, and the (first) measuring cavity 140 , in which the (first) measuring electrode 144 is arranged, is formed. In the design of the exhaust gas sensor according to 2 become the two measurement paths 110 , 210 realized in that the two pump electrodes 124 , 224 operated selectively and alternately. This means that in a first operating mode, the first pump current IP0 at the first pump electrode 124 is applied, the second pump electrode 224 is deactivated and thus the second pump cavity 220 the first cavity 130 represents, and in a second operating mode the second pump current IP3 at the second pump electrode 224 is applied, wherein the first pump electrode 124 is deactivated and thus the first pump cavity 120 the second cavity 230 represents. In the first operating mode, the first measuring current is IP21 at the measuring electrode 144 applied, with the second measuring current IP22 at the measuring electrode in the second operating mode 144 is created.

Die 3 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln eines Fehlers des Abgassensors 100 der 1. Dabei sei angemerkt, dass das in der 3 gezeigte Verfahren ebenso mit dem Abgassensor gemäß 2 durchgeführt werden kann, wobei die erste und zweite Pumpelektrode 124, 224 jeweils selektiv betrieben werden und dadurch die ersten und zweiten Pumpströme IP0, IP3 zeitlich versetzt und nicht gleichzeitig ermittelt werden. Das beispielhafte Verfahren kann zudem parallel (d. h. zeitgleich) zum normalen Messbetrieb des Abgassensors 100 erfolgen. Folglich muss der normale Messbetrieb für das erfindungsgemäße Eigendiagnoseverfahren nicht unterbrochen werden.The 3 shows an exemplary flow chart of a method according to the invention for determining a fault in the exhaust gas sensor 100 of the 1 . It should be noted that the 3 The method shown also with the exhaust gas sensor according to FIG 2 can be performed with the first and second pump electrodes 124 , 224 are each operated selectively and thereby the first and second pump currents IP0, IP3 are offset in time and are not determined simultaneously. The exemplary method can also be carried out in parallel (ie at the same time) to the normal measuring operation of the exhaust gas sensor 100 respectively. Consequently, the normal measuring operation does not have to be interrupted for the self-diagnosis method according to the invention.

Das Verfahren der 3 startet beim Schritt 300 und gelangt dann zum Schritt 310, an dem (während des Normalbetriebs des Abgassensors 100) der an der ersten Pumpelektrode 124 angelegte erste Pumpstrom IP0 derart gesteuert wird, dass die sich zwischen der ersten Pumpelektrode 124 und der Referenzelektrode 52 ausbildende erste Elektrodenspannung V0 auf dem vorbestimmten ersten Spannungswert konstant gehalten wird. Gleichzeitig erfolgt an einem weiteren Schritt 320 ein Steuern des an der zweiten Pumpelektrode 224 angelegten zweiten Pumpstroms IP3 derart, dass die sich zwischen der zweiten Pumpelektrode 224 und der Referenzelektrode 52 ausbildende zweite Elektrodenspannung V3 auf dem vorbestimmten zweiten Spannungswert konstant gehalten wird.The procedure of 3 starts at step 300 and then comes to the step 310 on which (during normal operation of the exhaust gas sensor 100 ) the one on the first pump electrode 124 applied first pump current IP0 is controlled such that the between the first pump electrode 124 and the reference electrode 52 forming first electrode voltage V0 is kept constant at the predetermined first voltage value. At the same time, another step takes place 320 controlling the at the second pump electrode 224 applied second pump current IP3 such that the between the second pump electrode 224 and the reference electrode 52 forming second electrode voltage V3 is kept constant at the predetermined second voltage value.

In einem darauffolgenden Schritt 330 erfolgt ein Ermitteln eines Pumpstromverhältnisses zwischen dem ersten Pumpstrom IP0 und dem zweiten Pumpstrom IP3. Das ermittelte Pumpstromverhältnis wird in einem weiteren Schritt 340 mit einem vorbestimmten Pumpstromverhältniswert verglichen.In a subsequent step 330 a pumping current ratio between the first pumping current IP0 and the second pumping current IP3 is determined. The determined pump current ratio is used in a further step 340 compared to a predetermined pumping current ratio value.

Wenn beim Schritt 340 festgestellt wird, dass das ermittelte Pumpstromverhältnis von dem vorbestimmten Pumpstromverhältniswert nicht um mehr als einen vorbestimmten Verhältnisschwellenwert abweicht, gelangt das Verfahren zurück zum Schritt 310 und es kann festgestellt werden, dass der Abgassensor fehlerfrei arbeitet.If at step 340 it is established that the determined pumping current ratio does not deviate from the predetermined pumping current ratio value by more than a predetermined ratio threshold value, the method returns to step 310 and it can be determined that the exhaust gas sensor is working properly.

Wird jedoch hingegen beim Schritt 340 festgestellt, dass das ermittelte Pumpstromverhältnis von dem vorbestimmten Pumpstromverhältniswert um mehr als den vorbestimmten Verhältnisschwellenwert abweicht, gelangt das Verfahren zum Schritt 350 und es wird ein Fehler des Abgassensors 100 ermittelt, bevor das Verfahren beim Schritt 360 endet.However, if you step 340 if it is found that the determined pumping current ratio deviates from the predetermined pumping current ratio value by more than the predetermined ratio threshold value, the method proceeds to step 350 and there will be a failure of the exhaust gas sensor 100 determined before the procedure at step 360 ends.

Dabei wird ein Fehler des Abgassensors beispielsweise dann erkannt, wenn das ermittelte Pumpstromverhältnis von dem vorbestimmten Pumpstromverhältnis um mehr als 30%, vorzugsweise mehr als 20%, noch bevorzugter mehr als 10%, abweicht. Der im Schritt 350 ermittelte Fehler des Abgassensors 100 kann beispielsweise eine unterschiedliche Alterung der Pumpelektroden 124, 224 anzeigen, was dazu führt, dass die jeweils damit ermittelten Sauerstoffanteile im Abgas nicht mehr ausreichend genau bestimmt werden können.In this case, a fault in the exhaust gas sensor is recognized, for example, when the determined pumping current ratio deviates from the predetermined pumping current ratio by more than 30%, preferably more than 20%, even more preferably more than 10%. The one in the crotch 350 detected errors of the exhaust gas sensor 100 for example, different aging of the pump electrodes 124 , 224 show what leads to the fact that the respective oxygen proportions in the exhaust gas can no longer be determined with sufficient accuracy.

Bevorzugt kann es außerdem sein, dass beim Schritt 350, wenn also ein Fehler des Abgassensors 100 festgestellt wurde, der Betrieb des Abgassensors 100 in einen Notbetrieb schaltet, bei dem der Abgassensor 100 z. B. als reiner Stickoxidsensor betrieben wird, der auf Ammoniak querempfindlich ist. In einem solchen Notbetrieb ist das Stickoxidsignal zwar mit der Ammoniak-Querempfindlichkeit fehlerbehaftet, jedoch kann dieser Notbetrieb dazu dienen, die Zeitspanne bis zum Austausch des Abgassensors 100 zu überbrücken. Folglich kann somit der Abgassensor 100 zumindest für diese Zeitspanne im Notbetriebsmodus betrieben werden, ohne dass es zu einem Liegenbleiben des Fahrzeugs kommt.It can also be preferred that in step 350 , so if there is a fault in the exhaust gas sensor 100 was established the operation of the exhaust gas sensor 100 switches to emergency mode in which the exhaust gas sensor 100 z. B. is operated as a pure nitrogen oxide sensor that is cross-sensitive to ammonia. In such an emergency mode, the nitrogen oxide signal with the ammonia cross-sensitivity is indeed faulty, but this emergency mode can serve to reduce the time until the exhaust gas sensor is replaced 100 to bridge. Consequently, the exhaust gas sensor can 100 can be operated in the emergency operating mode at least for this period of time without the vehicle coming to a standstill.

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Claims (8)

Verfahren zum Ermitteln eines Fehlers eines einen Hauptkörper (112) aufweisenden und in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgassensors (100), der eine im Hauptkörper (112) angeordnete und mit dem Abgas verbundene erste Pumpkavität (120), in der eine erste Pumpelektrode (124) angeordnet ist, eine im Hauptkörper (112) angeordnete und mit dem Abgas verbundene zweite Pumpkavität (220), in der eine zweite Pumpelektrode (224) angeordnet ist, und eine im Hauptkörper (112) angeordnete und mit der Umgebungsluft verbundene Referenzkavität (50) aufweist, in der eine Referenzelektrode (52) angeordnet ist, wobei das Verfahren aufweist: - Steuern eines an der ersten Pumpelektrode (124) angelegten ersten Pumpstroms (IP0) derart, dass eine sich zwischen der ersten Pumpelektrode (124) und der Referenzelektrode (52) ausbildende erste Elektrodenspannung (V0) auf einem vorbestimmten ersten Spannungswert konstant gehalten wird, - Steuern eines an der zweiten Pumpelektrode (224) angelegten zweiten Pumpstroms (IP3) derart, dass eine sich zwischen der zweiten Pumpelektrode (224) und der Referenzelektrode (52) ausbildende zweite Elektrodenspannung (V3) auf einem vorbestimmten zweiten Spannungswert konstant gehalten wird, und - Ermitteln eines Fehlers des Abgassensors (100) basierend auf einem Vergleich des ersten Pumpstroms (IP0) mit dem zweiten Pumpstrom (IP3).Method for determining a fault in an exhaust gas sensor (100) which has a main body (112) and is arranged in an exhaust system of an internal combustion engine, which has a first pump cavity (120) arranged in the main body (112) and connected to the exhaust gas, in which a first pump electrode (124 ), a second pump cavity (220) arranged in the main body (112) and connected to the exhaust gas, in which a second pump electrode (224) is arranged, and a reference cavity (50) arranged in the main body (112) and connected to the ambient air in which a reference electrode (52) is arranged, the method comprising: - controlling a first pump current (IP0) applied to the first pump electrode (124) in such a way that a first electrode voltage (V0) forming between the first pump electrode (124) and the reference electrode (52) is kept constant at a predetermined first voltage value, - controlling a second pump current (IP3) applied to the second pump electrode (224) in such a way that a second electrode voltage (V3) forming between the second pump electrode (224) and the reference electrode (52) is kept constant at a predetermined second voltage value, and - Determining an error in the exhaust gas sensor (100) based on a comparison of the first pump current (IP0) with the second pump current (IP3). Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit: - Ermitteln eines Pumpstromverhältnisses zwischen dem ersten Pumpstrom (IP0) und dem zweiten Pumpstrom (IP3), wobei ein Fehler des Abgassensors (100) ermittelt wird, wenn das ermittelte Pumpstromverhältnis von einem vorbestimmten Pumpstromverhältniswert um mehr als einen Verhältnisschwellenwert abweicht.Procedure according to Claim 1 , further comprising: - determining a pump current ratio between the first pump current (IP0) and the second pump current (IP3), an error of the exhaust gas sensor (100) being determined if the determined pump current ratio deviates from a predetermined pump current ratio value by more than a ratio threshold value. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit: - Ermitteln einer Pumpstromdifferenz zwischen dem ersten Pumpstrom (IP0) und dem zweiten Pumpstrom (IP3), wobei ein Fehler des Abgassensors (100) ermittelt wird, wenn die ermittelte Pumpstromdifferenz von einem vorbestimmten Pumpstromdifferenzwert um mehr als einen Differenzschwellenwert abweicht.Procedure according to Claim 1 , further comprising: - determining a pump current difference between the first pump current (IP0) and the second pump current (IP3), an error in the exhaust gas sensor (100) being determined if the determined pump current difference deviates from a predetermined pump current difference value by more than a difference threshold value. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei der vorbestimmte Verhältnisschwellenwert oder der vorbestimmte Differenzschwellenwert ungefähr 50 %, vorzugsweise ungefähr 50 %, noch bevorzugter ungefähr 15 %, beträgt.Procedure according to Claim 2 or 3 wherein the predetermined ratio threshold or the predetermined difference threshold is approximately 50%, preferably approximately 50%, more preferably approximately 15%. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fehler des Abgassensors eine ungleiche Alterung der ersten Pumpelektrode (114) und der zweiten Pumpelektrode (124) und/oder einen mechanischen Defekt des Hauptkörpers (112) anzeigt.Method according to one of the preceding claims, wherein the fault in the exhaust gas sensor indicates uneven aging of the first pump electrode (114) and the second pump electrode (124) and / or a mechanical defect in the main body (112). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit: - Ausgeben einer Warnung an den Betreiber der Brennkraftmaschine, wenn ein Fehler des Abgassensors (100) ermittelt worden ist.Method according to one of the preceding claims, further comprising: - Issuing a warning to the operator of the internal combustion engine if a fault in the exhaust gas sensor (100) has been determined. Verfahren zum Betreiben eines in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgassensors (100), mit: - Ermitteln eines Fehlers des Abgassensors (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und - wenn ein Fehler des Abgassensors (100) ermittelt worden ist, Steuern des ersten Pumpstroms (IP0) und/oder zweiten Pumpstroms (IP3) derart, dass die erste Elektrodenspannung (V0) und/oder zweite Elektrodenspannung (V3) auf einem vorbestimmten dritten Spannungswert und/oder vorbestimmten vierten Spannungswert konstant gehalten wird, wobei der dritte Spannungswert und/oder vierte Spannungswert vom ersten Spannungswert und zweiten Spannungswert jeweils abweichen.Method for operating an exhaust gas sensor (100) arranged in an exhaust system of an internal combustion engine, comprising: - determining a fault in the exhaust gas sensor (100) according to one of the preceding claims, and - If a fault in the exhaust gas sensor (100) has been determined, controlling the first pump current (IP0) and / or second pump current (IP3) such that the first electrode voltage (V0) and / or second electrode voltage (V3) at a predetermined third voltage value and / or the predetermined fourth voltage value is kept constant, the third voltage value and / or fourth voltage value each differing from the first voltage value and the second voltage value. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der dritte Spannungswert kleiner ist als der erste Spannungswert, und/oder der vierte Spannungswert kleiner ist als der zweite Spannungswert.Procedure according to Claim 7 , wherein the third voltage value is smaller than the first voltage value, and / or the fourth voltage value is smaller than the second voltage value.
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