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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors, beispielsweise eines Stickoxidsensors, für eine Brennkraftmaschine und einen Abgassensor für eine Brennkraftmaschine.
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Abgassensoren, wie beispielsweise Stickoxidsensoren, Lambdasonden und Sauerstoffsensoren, können dem amperometrischen Prinzip beruhen, d. h. auf einer elektrochemischen Methode zur quantitativen Bestimmung von chemischen Stoffen. Insbesondere wird an einer Elektrode des Abgassensors ein elektrischer Strom derart eingestellt, dass sich ein zeitlich konstantes elektrochemisches Potential einstellt. Beispielsweise erlauben Stickoxidsensoren eine Messung der Stickoxidkonzentration im Abgas von Brennkraftmaschinen, beispielsweise Otto- oder Dieselmotoren. Dadurch wird z. B. eine optimale Regelung und Diagnose von Stickoxidkatalysatoren durch die Motorsteuerung ermöglicht.
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Derartige Abgassensoren weisen einen aus einem Feststoffelektrolyten gebildeten Hauptkörper auf, in dem Kavitäten mit zugeordneten Elektroden vorgesehen sind. Zudem ist im Hauptkörper eine Heizvorrichtung angeordnet, die dazu ausgebildet ist, den Hauptkörper auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur zu heizen und auf dieser zu halten, beispielsweise bei ca. 850°C. Ferner ist es bei Abgassensoren, insbesondere Stickoxidsensoren, bekannt, diese derart zu betreiben, dass vorbestimmte Sollwerte für die Steuerung bzw. Regelung der sogenannten Nernstspannungen über die Lebenszeit des Abgassensors, insbesondere Stickoxidsensor, unveränderlich sind und somit ein Optimum zwischen dem Gleichgewicht von Sauerstoff und Stickoxid eingestellt wird. Über die Nernstspannungen werden die Sauerstoffkonzentrationen und somit die Zerlegung des Sauerstoff- und Stickoxidmoleküle in den einzelnen Kavitäten des Abgassensors, insbesondere Stickoxidsensor, bestimmt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors und einen Abgassensor anzugeben, mittels dem die Genauigkeit des Abgassensors über seine Lebenszeit zumindest teilweise erhöht werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß unabhängigen Anspruch 1 und einem Abgassensor gemäß unabhängigem Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zugrunde, beim Betrieb eines Abgassensors, insbesondere Stickoxidsensors, die Spannungssollwerte für die Nernstspannungen dynamisch in Abhängigkeit des vorliegenden Stickoxidgehalts im Abgas einzustellen und nicht, wie es bisher aus dem Stand der Technik bekannt ist, die Sollwerte für die Nernstspannungen von Werk aus über die Lebenszeit des Abgassensors unverändert vorzugeben und beizubehalten. Beispielsweise kann bei niedrigen Stickoxidkonzentrationen, wie beispielsweise kleiner als 20 ppm, der Sollwert für die Messspannung, die sich zwischen der Messelektrode und der Referenzelektrode durch Anlegen eines Messstroms an der Messelektrode ausbildet, verringert und der Sollwert für die Elektrodenspannung, die sich zwischen einer Pumpelektrode und der Referenzelektrode durch Anlegen eines Pumpstroms an der Pumpelektrode ausbildet, erhöht werden. Zum einen kann durch das Verringern des Sollwerts für die Messspannung die lonenzerlegung des im Abgas vorhandenen Wassers innerhalb der Messkavität verringert und zum anderen durch den erhöhten Sollwert für die Elektrodenspannung der Sauerstoff-Offset innerhalb der zugeordneten Pumpkavität reduziert werden.
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Ferner ist es bevorzugt, bei größeren Stickoxidkonzentrationen, wie beispielsweise 1.500 ppm, den Sollwert für die Messspannung zu vergrößern und den Sollwert für die Elektrodenspannung zu verkleinern. Durch den erhöhten Sollwert für die Messspannung kann die Stickoxidzerlegung an der Messelektrode innerhalb der Messkavität stabilisiert werden und durch die Verkleinerung des Sollwerts für die Elektrodenspannung kann eine ungewollte Zerlegung der Stickoxide an der Pumpelektrode innerhalb der zugeordneten Pumpkavität verkleinert werden. Damit können störende Eigenschaften des Abgassensors, wie beispielsweise die statische Druckquerempfindlichkeit und andere Quereinflüsse, reduziert und die Messgenauigkeit des Abgassensors erhöht werden.
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Folglich ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines einen Hauptkörper aufweisenden und in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgassensors vorgesehen, der eine im Hauptkörper angeordnete Pumpkavität, in der eine Pumpelektrode angeordnet ist, eine im Hauptkörper angeordnete und mit der Pumpkavität verbundene Messkavität, in der eine Messelektrode 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 Ausbringen von Sauerstoff aus der Messkavität durch Anlegen eines Messstroms an der Messelektrode derart, dass eine sich zwischen der Messelektrode und der Referenzelektrode ausbildende Messspannung auf einem vorbestimmten ersten Sollwert gehalten wird, ein Ausbringen von Sauerstoff aus der Pumpkavität durch Anlegen eines Pumpstroms an der Pumpelektrode derart, dass eine sich zwischen der Pumpelektrode und der Referenzelektrode ausbildende Elektrodenspannung auf einem vorbestimmten zweiten Sollwert gehalten wird, ein Ermitteln eines Stickoxidwerts zumindest teilweise basierend auf dem an der Messelektrode angelegten Messstrom, ein Anpassen des ersten Sollwerts für die Messspannung in Abhängigkeit des ermittelten Stickoxidwerts und/oder ein Anpassen des zweiten Sollwerts für die Elektrodenspannung in Abhängigkeit des ermittelten Stickoxidwerts.
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Insbesondere kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Abgassensor, beispielsweise ein Stickoxidsensor, derart betrieben werden, dass die Messspannung und/oder Elektrodenspannung dynamisch in Abhängigkeit des ermittelten Stickoxidwerts für die folgenden Messzyklen angepasst und eingestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Anpassen des ersten Sollwerts ein Erhöhen des ersten Sollwerts für die Messspannung, wenn sich der Stickoxidwert erhöht, und ein Verringern des ersten Sollwerts für die Messspannung, wenn sich der Stickoxidwert verringert.
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Durch das Verringern des Sollwerts für die Messspannung kann die lonenzerlegung des im Abgas vorhandenen Wassers innerhalb der Messkavität verringert werden. Zudem kann durch einen erhöhten Sollwert für die Messspannung die Stickoxidzerlegung an der Messelektrode innerhalb der Messkavität stabilisiert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Anpassen des zweiten Sollwerts ein Erhöhen des zweiten Sollwerts für die Elektrodenspannung, wenn sich der Stickoxidwert verringert, und ein Verringern des zweiten Sollwerts für die Elektrodenspannung, wenn sich der Stickoxidwert verringert.
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Durch den erhöhten Sollwert für die Elektrodenspannung kann der Sauerstoff-Offset innerhalb der zugeordneten Pumpkavität reduziert werden. Ferner kann durch eine Verkleinerung des Sollwerts für die Elektrodenspannung eine ungewollte Zerlegung der Stickoxide an der Pumpelektrode innerhalb der zugeordneten Pumpkavität verkleinert werden.
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Durch das Anpassen der Sollwerte für die Messspannung und/oder Elektrodenspannung können somit störende Eigenschaften des Abgassensors, wie beispielsweise die statische Druckquerempfindlichkeit und andere Quereinflüsse, reduziert und die Messgenauigkeit des Abgassensors erhöht werden.
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Vorzugsweise liegt der erste Sollwert im Bereich zwischen ungefähr 400 mV und ungefähr 500 mV, insbesondere zwischen ungefähr 420 mV und ungefähr 450 mV.
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Ferner ist es bevorzugt, wenn der zweite Sollwert im Bereich zwischen ungefähr 350 mV und ungefähr 450 mV, insbesondere zwischen ungefähr 370 mV und ungefähr 400 mV, liegt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Ermitteln eines Stickoxidwerts von ungefähr 0 ppm, ein Einstellen des ersten Sollwerts für die Messspannung auf ungefähr 420 mV und/oder ein Einstellen des zweiten Sollwerts für die Elektrodenspannung auf ungefähr 390 mV auf.
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Gemäß dieser bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beim Vorliegen eines im Wesentlichen stickoxidfreien Abgases der Sollwert für die Messspannung und/oder der Sollwert für die Elektrodenspannung wieder auf den ursprünglich kalibrierten Ausgangswert von ungefähr 420 mV bzw. 390 mV eingestellt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Abgassensor ferner eine weitere im Hautkörper angeordnete Pumpkavität auf, die mit dem Abgas und der Pumpkavität verbunden ist und in der eine weitere Pumpelektrode angeordnet ist. In einer solchen vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Ausbringen von Sauerstoff aus der weiteren Pumpkavität durch Anlegen eines weiteren Pumpstroms an der weiteren Pumpelektrode derart, dass eine sich zwischen der weiteren Pumpelektrode und der Referenzelektrode ausbildende weitere Elektrodenspannung auf einem vorbestimmten dritten Sollwert gehalten wird, und ein Anpassen des dritten Sollwerts für die weitere Elektrodenspannung in Abhängigkeit des ermittelten Stickoxidwerts auf.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Abgassensor zum Anordnen in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine vorgesehen. Der erfindungsgemäße Abgassensor weist einen Hauptkörper, eine im Hauptkörper angeordnete Pumpkavität, in der eine Pumpelektrode angeordnet ist, eine im Hauptkörper angeordnete und mit der Pumpkavität verbundene Messkavität, in der eine Messelektrode angeordnet ist, eine im Hauptkörper angeordnete und mit der Umgebungsluft verbundene Referenzkavität, in der eine Referenzelektrode angeordnet ist, und eine Steuereinheit auf, die mit der Pumpelektrode, der Messelektrode und der Referenzelektrode elektrisch verbunden und dazu ausgebildet ist, den Abgassensor gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zu betreiben.
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Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Abgassensor ferner eine weitere im Hauptkörper angeordnete Pumpkavität auf, die mit dem Abgas und der Pumpkavität verbunden ist und in der eine weitere Pumpelektrode angelegt ist.
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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 in Form eines Stickoxidsensors beispielhaft dargestellten Abgassensors für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs zeigt, und
- 2 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Abgassensors zeigt.
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Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung sind amperometrisch arbeitende Sensoren, wie beispielsweise Stickoxidsensoren, Lambdasonde und Sauerstoffsensor, dadurch gekennzeichnet, dass deren Messprinzip auf der Amperometrie basiert, d. h. auf einer elektrochemischen Methode zur quantitativen Bestimmung von chemischen Stoffen. Insbesondere wird an einer Arbeitselektrode ein elektrischer Strom derart eingestellt, dass sich ein zeitlich konstantes elektrochemisches Potential einstellt.
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Ferner umfasst im Rahmen der vorliegenden Offenbarung der Begriff „Steuerung“ die regelungstechnischen Begriffe „Steuern“ und „Regeln“. Der Fachmann wird jeweils erkennen, wann ein regelungstechnisches Steuern und wann ein regelungstechnisches Regeln anzuwenden ist.
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Die 1 zeigt einen beispielhaften Stickoxidsensor 10, der exemplarisch für einen Abgassensor steht. Folglich ist die vorliegende Erfindung auch dazu bedacht, bei sämtlichen Sensoren für Brennkraftmaschinen für Fahrzeuge eingesetzt zu werden, die eine Heizvorrichtung aufweisen, wie beispielsweise Lambdasonde und Sauerstoffsensor. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung bei Abgassensoren anwendbar, die einen keramischen Grundträger mit zumindest einem daran angebrachten Elektrodenpaar aufweisen.
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Unter Verweis auf die 1 ist eine schematische Schnittansicht des beispielhaften Stickoxidsensor 10 dargestellt, der dazu ausgebildet ist, in einem Abgasstrakt einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) angeordnet zu werden und den Stickoxidgehalt bzw. den Sauerstoffgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine quantitativ zu erfassen.
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Der Stickoxidsensor 10 weist einen Hauptkörper 12 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, wie beispielsweise Aluminiumoxid (Al2O3). Der Hauptkörper 12 bildet ein Sensorelement des Abgassensors 10. Der Hauptkörper 12 kann somit auch als Sensorelement bezeichnet werden.
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Innerhalb des Hauptkörpers 12 des exemplarisch dargestellten Stickoxidsensors 10 sind eine erste Pumpkavität 20, eine zweite Pumpkavität 30 und eine Messkavität 40 vorgesehen. Die erste Pumpkavität 20 ist über einen Verbindungspfad 15 mit dem Äußeren des Hauptkörpers 12 verbunden. Insbesondere kann Abgas durch den Verbindungspfad 15 in die erste Pumpkavität 20 strömen bzw. gelangen. Die zweite Pumpkavität 30 ist mit der ersten Pumpkavität 20 über einen ersten Diffusionspfad 25 verbunden. Die Messkavität 40 ist mit der zweiten Pumpkavität 30 über einen zweiten Diffusionspfad 35 verbunden.
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Der erste Diffusionspfad 25 und/oder zweite Diffusionspfad 35 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 25 und/oder zweite Diffusionspfad 35 mit einem porösen Füllmittel zum Ausbilden einer Diffusionsratenregulierungsschicht gefüllt oder ausgepolstert sein.
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Der erste Diffusionspfad 25 und/oder der zweite Diffusionspfad 35 sind derart ausgebildet, dass durch diese hindurch das Gasgemisch nur teilweise gelangen kann. Durch Kenntnis der Querschnitte des ersten und/oder zweiten Diffusionspfads 25, 35 und/oder durch Kenntnis der jeweiligen porösen Füllmittel kann die Diffusionsrate durch den ersten und/oder zweiten Diffusionspfad 25, 35 bestimmt und festgelegt werden.
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In einer alternativen Ausgestaltung des exemplarisch als Stickoxidsensor 10 ausgebildeten Abgassensors sind im Hauptkörper 12 nur eine Pumpkavität 20, 30 mit der einer Pumpelektrode 24, 34 und die Messkavität 40 mit der Messelektrode 44 vorgesehen.
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Im Hauptkörper 12 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 Stickoxidsensor 10 angeordneten verschiedenen Elektroden zu bilden.
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An einer Außenseite des Hauptkörpers 12 ist eine Abgaselektrode 22 (auch „P+“ Elektrode genannt) angeordnet. Insbesondere kann während eines Messbetriebs des Stickoxidsensors 10 durch Anlegen eines Referenzstroms an der Abgaselektrode 22 der im Abgas befindliche Sauerstoff ionisiert werden und durch den Hauptkörper 12 als Sauerstoffionen zur Referenzelektrode 52 diffundieren und dort wieder in Sauerstoffmoleküle zur Ausbildung einer Sauerstoffreferenz umgewandelt werden.
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Innerhalb der ersten Pumpkavität 20 ist eine erste Pumpelektrode 24 (auch „P-“ Elektrode genannt) angeordnet. Insbesondere kann während des Messbetriebs des Stickoxidsensors 10 durch Anlegen eines ersten Pumpstroms IP0 an der ersten Pumpelektrode 24 der im Abgas befindliche Sauerstoff innerhalb der ersten Pumpkavität 20 ionisiert werden und durch den Hauptkörper 12 als Sauerstoffionen wandern bzw. gelangen. Aufgrund der aus der ersten Pumpkavität 20 ausgebrachten Sauerstoffionen bildet sich zwischen der ersten Pumpelektrode 24 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 der ersten Pumpkavität 20 noch vorliegenden Rest-Sauerstoff.
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Innerhalb der zweiten Pumpkavität 30 ist eine zweite Pumpelektrode 34 (auch „M1“ Elektrode genannt) angeordnet. Hier kann während des Messbetriebs des Stickoxidsensors 10 durch Anlegen eines zweiten Pumpstroms IP1 an der zweiten Pumpelektrode 34 der im Gasgemisch befindliche Sauerstoff innerhalb der zweiten Pumpkavität 30 ionisiert werden und durch den Hauptkörper 12 als Sauerstoffionen wandern bzw. gelangen. Aufgrund der aus der zweiten Pumpkavität 30 ausgebrachten Sauerstoffionen bildet sich zwischen der zweiten Pumpelektrode 34 und der Referenzelektrode 52 indirekt eine zweite Elektrodenspannung bzw. zweite Nernstspannung V1 aus. Genauer gesagt bildet sich die zweite Elektrodenspannung bzw. die zweite Nernstspannung V1 direkt aus dem in der zweiten Pumpkavität 30 noch vorliegenden Rest-Sauerstoff.
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Innerhalb der Messkavität 40 ist eine Messelektrode 44 (auch „M2“ Elektrode genannt) angeordnet, die dazu ausgebildet ist, während des Messbetriebs des Stickoxidsensors 10 bei Anlegen eines Messstroms IP2 den innerhalb der Messkavität 40 vorhandenen Sauerstoff und/oder Stickoxide zu ionisieren, so dass die Sauerstoffionen durch den Hauptkörper 12 wandern bzw. gelangen können. Aufgrund der aus der Messkavität 40 ausgebrachten bzw. herausgepumpten Sauerstoffionen bildet sich zwischen der Messelektrode 44 und der Referenzelektrode 52 eine dritte Elektrodenspannung bzw. dritte Nernstspannung bzw. Messspannung V2 aus, die durch Anlegen des Messstroms IP2 an der Messelektrode 44 auf konstantem Wert gehalten werden soll. Genauer gesagt bildet sich die dritte Elektrodenspannung bzw. die dritte Nernstspannung bzw. Messspannung V2 direkt aus dem in der Messkavität 40 noch vorliegenden Rest-Sauerstoff. Der angelegte Messstrom IP2 ist dann ein Indiz für den innerhalb des Abgases befindlichen Stickoxidgehalt.
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Somit weist der in der 1 gezeigte Stickoxidsensor 10, der beispielhaft für einen auf dem amperometrisch Messprinzip basierenden Sensor steht, drei relevante Elektrodenpaare auf, nämlich ein erstes Elektrodenpaar bestehend aus der ersten Pumpelektrode 24 und der Abgaselektrode 22, ein zweites Elektrodenpaar bestehend aus der zweiten Pumpelektrode 34 und der Abgaselektrode 22 und ein drittes Elektrodenpaar bestehend aus der Messelektrode 44 und der Abgaselektrode 22.
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Die an der ersten und zweiten Pumpelektrode 24, 34 anliegenden Pumpströme IP0 und IP1 sind derart eingestellt, das bevorzugt nur der im Gasgemisch befindliche
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Sauerstoff ionisiert wird, jedoch nicht die im Gasgemisch Stickoxide. Insbesondere ist die erste Pumpelektrode 24 dazu ausgebildet, während des Normalbetriebs des Stickoxidsensors 10 nahezu den gesamten Sauerstoff aus dem Abgas zu pumpen bzw. einen vorbestimmten Sauerstoffschlupf aus der ersten Pumpkavität 20 in die zweite Pumpkavität 30 zuzulassen. Die zweite Pumpelektrode 34 ist dazu ausgebildet, den aus der ersten Pumpkavität 20 noch nicht herausgepumpten Sauerstoff zu ionisieren und abzuleiten, so dass die im Gasgemisch, das in der Messkavität 40 vorhanden ist, gebundenen Sauerstoffionen lediglich mit Stickstoff gebunden ist und als Stickoxide vorliegen. Die Messelektrode 44 ist dazu ausgebildet, die Stickoxide zu ionisieren, wobei der an der Messelektrode 44 angelegte Messstrom IP2 ein Maß für den Stickoxidgehalt im Abgas ist.
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Innerhalb des Hauptkörpers 12 ist ferner eine Heizvorrichtung 60 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, den Hauptkörper 12 auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur zu heizen und auf dieser zu halten, beispielsweise bei ca. 850°C.
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Die Betriebsweise zum Ermitteln des Stickoxidgehalts im Abgas der Brennkraftmaschine mittels des offenbarten Stickoxidsensors 10 ist bereits aus dem Stand der Technik bekannt, auf den an dieser Stelle verwiesen wird. Das aus dem Stand der Technik bekannte regelungstechnische Steuerungsprinzip für den Stickoxidsensor 10 der 1 ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Elektrodenspannungen bzw. Nernstspannungen V0, V1, V2 durch Anlegen und Anpassen der Pumpströme IP0, IP1 und des Messstroms IP2 auf jeweils vorbestimmten Sollwerten gehalten werden, die über die Lebenszeit des Stickoxidsensors 10 unveränderlich sind und von Werk aus einmalig vorbestimmt sind. Hierzu weist der Stickoxidsensor 10 eine Steuereinheit (nicht gezeigt) auf, die mit den Elektroden 22, 24, 34, 44, 52 elektrisch verbunden und dazu ausgebildet ist, die jeweiligen Elektroden mit elektrischem Strom anzusteuern, damit die jeweiligen Elektrodenspannungen bzw. Messspannung bzw. Nernstspannungen V0, V1 V2 auf den vorbestimmten Sollwerten gehalten werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die jeweiligen Elektrodenspannungen bzw. Messspannung bzw. Nernstspannungen V0, V1, V2 durch Anlegen und Anpassen der Pumpströme IP0, IP1 und des Messstroms IP2 dynamisch in Abhängigkeit des zuvor ermittelten Stickoxidwerts angepasst werden. Das heißt, dass die von Werk aus vorgegebenen Sollwerte für die Elektrodenspannungen bzw. Messspannung bzw. Nernstspannungen V0, V1, V2 dynamisch in Betrieb des Abgassensors, insbesondere Stickoxidsensors 10, in Abhängigkeit des Stickoxidwerts angepasst werden. Insbesondere ist es erfindungsgemäß vorgesehen, den Sollwert für die Messspannung V2 und den Sollwert für die Elektrodenspannung V1 in Abhängigkeit des ermittelten Stickoxidwerts dynamisch anzupassen.
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Unter Verweis auf die 2 ist ein beispielhaftes Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des Stickoxidsensors 10 der 1 dargestellt.
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Das Verfahren der 2 startet beim Schritt 200 und gelangt dann zum Schritt 210, an dem zunächst, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, der Sauerstoff aus dem in der zweiten Pumpkavität 30 vorhandenen Gasgemisch durch Anlegen des zweiten Pumpstroms IP1 an der Pumpelektrode 34 ausgebracht wird. Hierzu wird der an der Pumpelektrode 34 angelegte Pumpstrom IP1 derart gesteuert, dass die zweite Elektrodenspannung V1 auf einem vorbestimmten Sollwert gehalten wird. Insbesondere kann dadurch der im Gasgemisch vorhandene Sauerstoff ionisiert werden, sodass nach dem Durchströmen der zweiten Pumpkavität 30 das in der Messkavität 40 vorliegende Gasgemisch im Wesentlichen sauerstofffrei ist.
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In einem darauffolgenden Schritt 220 wird, wie es ebenfalls aus dem Stand der Technik im Wesentlichen bekannt ist, der an der Messelektrode 44 angelegte Messstrom IP2 derart gesteuert, die Messspannung V2 auf einem vorbestimmten Sollwert gehalten, wodurch die Stickoxide in dem Gasgemisch innerhalb der Messkavität 40 zerlegt bzw. ionisiert werden. Der Messstrom IP2 kann dann den Stickoxidgehalt im Abgas anzeigen. Die Schritte 210 und 220 geben somit den standardmäßigen Betrieb des Stickoxidsensors 10 an, wobei zu Beginn die initial vorgegebenen und vorbestimmten Sollwerte für die Elektrodenspannung V1 und die Messspannung V2 verwendet werden können.
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In einem darauffolgenden Schritt 230 kann dann aus der Messspannung IP2 der im Abgas vorliegende Stickoxidgehalt ermittelt werden.
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In einem darauffolgenden Schritt 240 kann der erste Sollwert für die Messspannung V2 in Abhängigkeit des beim Schritt 230 ermittelten Stickoxidwerts angepasst werden. In einem darauffolgenden Schritt 250 wird der Sollwert für die Elektrodenspannung V1 in Abhängigkeit des beim Schritt 230 ermittelten Stickoxidwerts angepasst.
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Erfindungsgemäß ist es dabei vorgesehen, bei kleinen Stickoxidwerten, wie beispielsweise 20 ppm, den ersten Sollwert für die Messspannung V2 zu verringern und den zweiten Sollwert für die Elektrodenspannung V1 zu vergrößern. Dadurch kann verhindert werden, dass innerhalb der Messkavität 40 auch das darin vorhandene Wasser zerlegt wird. Gleichzeitig kann durch die Vergrößerung des Sollwerts für die Elektrodenspannung V1 ein Sauerstoff-Offset reduziert wird, wobei der Sauerstoff-Offset den Sauerstoffschlupf durch die Pumpkavitäten 20, 30 in die Messkavität 40 beschreibt.
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Wenn jedoch der beim Schritt 230 ermittelte Stickoxidwert groß ist, wie beispielsweise 1.500 ppm, ist es bevorzugt, den ersten Sollwert für die Messspannung V2 zu vergrößern und den zweiten Sollwert für die Elektrodenspannung V1 zu verkleinern. Durch das Erhöhen des ersten Sollwerts für die Messspannung V2 kann die Stickoxidzerlegung an der Messelektrode 44 stabilisiert werden. Das heißt, dass die Ip2/V2-Charakteristik abhängig von Konzentration ab einem bestimmten V2 ein Plateau bzw. eine Sättigung erreicht. Dieser Effekt nimmt mit höherem Stickoxidgehalt zu. Gleichzeitig kann durch die Verringerung des zweiten Sollwerts für die Elektrodenspannung V1 eine ungewollte Stickoxidzerlegung in der Pumpkavität 30 an der Pumpelektrode 34 verringert werden. Damit kann die Genauigkeit des Stickoxidsensors 10 durch Verringerung der statischen Druckquerempfindlichkeit des Stickoxidsensors 10 und anderen Quereinflüssen verbessert werden.
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Ferner ist es auch vorgesehen, während Betriebszeiten der Brennkraftmaschine, bei denen das Abgas im Wesentlichen stickoxidfrei ist, das heißt ungefähr 0 ppm Stickoxide, die Sollwerte für die Messspannung V2 und Elektrodenspannung V1 auf ihre werkseingestellten Sollwerte einzustellen. Diese können beispielsweise jeweils 420 mV betragen. Wenn dann das Abgas wieder Stickoxid aufweist und folglich von 0 ppm auf einen beispielhaften Wert von 100 ppm ansteigt, kann dann die Messspannung V2 auf einen erhöhten Wert, wie beispielsweise 425 mV eingestellt werden. Folglich regelt man hier die Sollwerte für die Messspannung V2 und den Sollwert für die Elektrodenspannung V1 den Stickoxiden nach.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018203394 A1 [0004]
- CN 109375513 B [0004]
- CN 110735699 B [0004]
- DE 102018203313 A1 [0004]
- DE 102017209300 A1 [0004]
- WO 2020/260330 A1 [0004]
