EP1996924A1 - Gas sensor - Google Patents

Gas sensor

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Publication number
EP1996924A1
EP1996924A1 EP07704488A EP07704488A EP1996924A1 EP 1996924 A1 EP1996924 A1 EP 1996924A1 EP 07704488 A EP07704488 A EP 07704488A EP 07704488 A EP07704488 A EP 07704488A EP 1996924 A1 EP1996924 A1 EP 1996924A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
measuring
gas sensor
measuring electrode
sensor according
Prior art date
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Ceased
Application number
EP07704488A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Lothar Diehl
Thomas Seiler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1996924A1 publication Critical patent/EP1996924A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
    • G01N27/419—Measuring voltages or currents with a combination of oxygen pumping cells and oxygen concentration cells
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F02D41/1456—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with sensor output signal being linear or quasi-linear with the concentration of oxygen

Definitions

  • the invention relates to a gas sensor according to the preamble of claim 1.
  • Oxygen sensor gas sensors in the form of lambda probes are used in large numbers in exhaust systems of internal combustion engines in motor vehicles in order to be able to provide signals for the engine control via the exhaust gas composition. In this way, the engine can be operated so that the exhaust gases have an optimum composition for the aftertreatment with today in the exhaust system usually present catalysts.
  • a known from the prior art gas sensor is shown.
  • the sensor element 100 has a gas inlet hole 115 through which exhaust gas flows and passes through a diffusion barrier 120 into a measuring space 130.
  • a first electrode also referred to as an outer electrode or outer pump electrode 150, is exposed to the exhaust gas of an internal combustion engine (not shown) on the outside of the solid electrolyte 110 and under a porous protective layer 155.
  • a second electrode also referred to as inner electrode or inner pumping electrode 140, is arranged in the measuring space.
  • a pumping voltage U pUm p is applied, so that a pumping current l pUm p flows.
  • a pumping current l pUm p flows in the solid electrolyte 110, further embedded in an insulating layer 162 Heating 160 arranged. By this heater 160, the sensor element is heated to a temperature that allows optimal operation of the sensor element 100.
  • This planar broadband lambda probe according to the limiting current principle is subjected to a fixed pumping voltage U pUm p.
  • the fixed pumping voltage produces a positive pumping current I pM p for a lean exhaust gas, ie an exhaust gas with excess air. which is clearly related to the oxygen content of the exhaust gas.
  • a positive pumping current also occurs due to the decomposition of the water contained in the exhaust gas at the inner pumping electrode 140.
  • the applied pumping voltage U pUm p is well below the decomposition voltage of the water, but since hydrogen exists in the exhaust gas, the water decomposition is energetically possible, because at the outer pump electrode 150, water is generated from the reaction of the hydrogen with the oxygen ions. In the lean, the pumping current is limited by the diffusion of the oxygen to the inner electrode, ie, cathode, while the oxygen generation at the outer pumping electrode 150 requires only little energy. Therefore, the majority of the applied pumping voltage U pUm p falls as a concentration overvoltage at the interface between the inner electrode (cathode) and the electrolyte forming the sensor element.
  • the pumping current l pum p is limited by the diffusion of hydrogen to the outer electrode (anode). In this case, the majority of the applied pumping voltage U pum p falls as the concentration overvoltage at the interface between the outer electrode (anode) and the electrolyte forming the sensor element.
  • the pumping current l pum p is thus limited by the hydrogen content in the case of rich exhaust gas. Since this pumping current l pum p in the rich exhaust gas has the same direction as the pumping current l pum p with lean exhaust gas, the pumping current l pum p can no longer readily be deduced from the exhaust gas composition.
  • Object of the present invention is to develop a generic gas sensor such that it can be determined whether a lean exhaust gas (lean gas) or a rich exhaust gas (fat gas) is present and that both present a lean exhaust gas as well as in the presence of a rich exhaust gas can be clearly concluded on the exhaust gas composition.
  • lean gas lean gas
  • fat gas rich exhaust gas
  • the basic idea of the invention is to determine, with the aid of an additional measuring electrode, whether the abovementioned diffusion limitation occurs at the first electrode, that is to say at the anode or at the second electrode, that is, the cathode of the pumping cell which forms an oxygen pump. For this purpose, the voltage between the first electrode and the measuring electrode and the voltage between the second electrode and the measuring electrode are alternately measured and evaluated by the circuit.
  • the circuit preferably has a comparison device for comparing the voltage which is established between the first electrode and the measuring electrode and the voltage which is established between the second electrode and the measuring electrode and for outputting a signal characterizing a rich gas, when the voltage between the first and the second Electrode and the measuring electrode is greater than the voltage between the second electrode and the measuring electrode and vice versa for outputting a Magergas characterizing signal when the voltage between the second electrode and the measuring electrode is greater than the voltage between the first electrode and the measuring electrode.
  • the pumping voltage is preferably measured and evaluated in the circuit arrangement, and the concentration of oxygen or hydrogen in the exhaust gas is determined from these measured variables calculated.
  • the first electrode is arranged on a solid electrolyte forming the sensor element and is separated from the exhaust gas by a protective layer and that the second electrode is arranged in a measuring gas space arranged in the solid electrolyte and also referred to as a measuring volume a diffusion layer or diffusion barrier is separated from the exhaust gas.
  • the first electrode may also be referred to as outer electrode and the second electrode as inner electrode.
  • both the first and the second electrode are arranged on the solid electrolyte and separated from the exhaust gas by a common protective layer.
  • the measuring gas space arranged in the solid electrolyte can be omitted, which in particular also considerably simplifies the production of such a gas sensor.
  • first and second electrodes are disposed on the solid electrolyte but separated from the exhaust by separate protective layers.
  • the measuring electrode is arranged in the layered sensor element forming the gas sensor.
  • the measuring electrode is arranged in the electrolyte forming the sensor element such that it has substantially the same distance from the first and the second electrode.
  • the second electrode is arranged in the measuring gas space, as described above, provision can also be made for the additional measuring electrode to be arranged at the level of the second electrode, that is, the inner electrode or the inner pumping electrode.
  • This arrangement has the great advantage that both Electrodes can be produced in a single manufacturing step, in particular can be printed in a single printing step.
  • the additional measuring electrode is arranged on the sensor element, substantially in the same height as the first and the second electrode.
  • the production is further simplified in that the measuring electrode is applied in a printing step with the first and the second electrode on the preferably consisting of zirconia sensor element.
  • the measuring electrode is separated in this case by a separate insulating layer of the exhaust gas.
  • the measuring electrode has its own measuring line, which is connected to the circuit.
  • the additional measuring electrode is electrically conductively connected to the ground terminal of a heating device.
  • the additional measuring electrode is omitted and is formed by a part of the heater mass, which is in contact with the solid electrolyte through a recess in the layer in which the heater mass is embedded.
  • the circuit is preferably part of a motor control unit, so that additional circuit parts can be omitted.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a gas sensor according to the invention
  • FIG 3 shows another embodiment of a gas sensor according to the invention
  • Fig. 5 shows another embodiment of a gas sensor according to the invention and Fig. 6 shows yet another embodiment of an inventive
  • a gas sensor known from the prior art has a sensor element 100, which is formed by a solid electrolyte 110 formed in layer construction. Exposed to the exhaust gas on the outside of the sensor element 100 is a first electrode, also referred to as outer pumping electrode 150, which is covered by an open-pored protective layer 155. In the solid electrolyte 110, a measuring volume 130 is formed in which a second electrode, also referred to as the inner pumping electrode 140, is arranged. The exhaust gas of an internal combustion engine (not shown) flows through a gas inlet hole 115 via a diffusion barrier 120 in the measuring volume 130.
  • the current is thus limited in a rich exhaust gas composition by the hydrogen content at the outer electrode. Since the pumping current I pUm p in the case of rich exhaust gas composition has the same direction as the pumping current I pUm p with lean exhaust gas composition, it can not be concluded from the pumping flow that the exhaust gas composition is readily.
  • the measuring electrode 170 has its own signal line 171, which is connected to the circuit 190 in order to evaluate the measuring signal of the measuring electrode 170 in the circuit 190.
  • the measuring electrode 170 can also be at the same height how the inner electrode 140 may be arranged and thus produced in a common manufacturing step, in particular printed in a common printing step.
  • FIG. 3 differs from that shown in FIG. 2 only insofar as the measuring electrode 170 does not have its own signal line 171 which leads to the circuit 190, but instead a line 172 arranged in the solid electrolyte 110 is provided is connected to the ground terminal 164 of the heater 160.
  • FIG. 4 Another embodiment of a gas sensor according to the invention is shown in Fig. 4.
  • the second electrode 140 is not arranged in a measuring volume, but like the first electrode 150 on the outside of the solid electrolyte 110.
  • the first electrode 150 and the second electrode 140 are covered by a common protective layer 156 and thus separated from the exhaust gas.
  • the first electrode 150 and the second electrode 140 are each covered by separate protective layers 157 and 158, each of which may also have different properties, for example with regard to their porosity.
  • the additional measuring electrode 170 is likewise arranged on the outside of the solid electrolyte 110.
  • the solid electrolyte 110 which preferably consists of zirconium oxide, and separated from the exhaust gas with its own insulating layer 173.
  • a recess 169 can also be provided in the heater protection layer 162, so that the heater mass 160 is in direct contact with the solid electrolyte 110.
  • the additional measuring electrode 170 can be omitted since the heater mass 160 itself forms the measuring electrode, as shown schematically by dotted lines in FIG. 5.
  • the current is limited by the diffusion of the oxygen to the second electrode (cathode) 140. Therefore, the majority of the applied pumping voltage Upu m p as the concentration overvoltage drops at the interface between the second electrode (cathode) 140 and the electrolyte 110 constituting the sensor element.
  • the current is limited by the diffusion of the hydrogen to the first electrode (anode) 150.
  • the majority of the applied pumping voltage U pUm p falls as a concentration overvoltage at the interface between the first electrode (anode) 150 and the electrolyte 110.
  • the additional measuring electrode 170 it can now be determined whether the described diffusion limitation occurs at the first electrode (anode) 150 or at the second electrode (cathode) 140 of the gas sensor, which effectively forms an oxygen pump.
  • the voltage U i between the first electrode (anode) 150 and the measuring electrode 170 and the voltage U 2 between the second electrode (cathode) 140 and the measuring electrode 170 are alternately measured by the circuit 190.
  • a comparator which is part of the circuit 190, these voltages are compared. The larger of these two voltages is that at which diffusion limitation exists. This can be qualitatively determined whether a fat or a lean gas is present.
  • the diffusion limitation occurs at the first electrode 150 (anode), that is, when the majority of the applied pumping voltage U pUm p as the concentration overvoltage at the interface between the first electrode 150 and the electrolyte 110 drops, that between the first electrode 150 and the measuring electrode 170 measured voltage Ui greater than the measured between the second electrode 140 and the measuring electrode 170 voltage U 2 .
  • the voltage U 2 measured between the second electrode (cathode) 140 and the measuring electrode 170 is larger than the voltage Ui measured between the first electrode 150 and the measuring electrode 170.
  • the circuit 190 is part of an engine control unit, it may also be implemented as a computer program in an engine control unit.

Abstract

The invention relates to a gas sensor, especially a lambda probe, for determining the oxygen concentration in the exhaust gas of an internal combustion engine that is operated with a fuel/air mixture. Said gas sensor comprises a pump cell arranged in or on a sensor element (110), said pump cell having a first electrode (150) and a second electrode (140) that are separate from the exhaust gas by at least one layer (155; 156; 157, 158; 120), and an electronic circuit (190) for producing a voltage (Upump) applied between the first electrode (150) and the second electrode (140) and for measuring and evaluating a pump current (Ipump) thereby produced in order to make it possible to draw conclusions therefrom on the composition of the fuel/air mixture. The invention is characterized in that an additional measuring electrode (170) is arranged in or on the sensor element (110) and that the circuit (190) is adapted to alternately measure and evaluate the voltage (U1) produced between the first electrode (150) and the measuring electrode (170) and the voltage (U2) produced between the second electrode (140) and the measuring electrode (170).

Description

Gassensorgas sensor
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft einen Gassensor nach der Gattung des Anspruchs 1.The invention relates to a gas sensor according to the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
Elektrochemische Gassensoren in Form von Lambda-Sonden werden in großer Zahl in Abgassystemen von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um für die Motorsteuerung Signale über die Abgaszusammensetzung bereitstellen zu können. Auf diese Weise kann der Motor so betrieben werden, dass die Abgase eine optimale Zusammensetzung für die Nachbehandlung mit im Abgassystem heute üblicherweise vorhandenen Katalysatoren aufweisen.Oxygen sensor gas sensors in the form of lambda probes are used in large numbers in exhaust systems of internal combustion engines in motor vehicles in order to be able to provide signals for the engine control via the exhaust gas composition. In this way, the engine can be operated so that the exhaust gases have an optimum composition for the aftertreatment with today in the exhaust system usually present catalysts.
In Fig. 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekannter gattungsgemäßer Gassensor dargestellt. Das Sensorelement 100 weist ein Gaszutrittsloch 115 auf, durch welches Abgas einströmt und durch eine Diffusionsbarriere 120 in einen Messraum 130 gelangt. Eine erste Elektrode, auch als Außenelektrode oder äußere Pumpelektrode 150 bezeichnet, ist an der Außenseite des Festelektrolyten 110 und unter einer porösen Schutzschicht 155 angeordnet dem Abgas einer (nicht dargestellten) Brennkraftmaschine ausgesetzt. In dem Messraum ist eine zweite Elektrode, auch als Innenelektrode oder innere Pumpelektrode 140 bezeichnet, angeordnet.In Fig. 1 a known from the prior art gas sensor is shown. The sensor element 100 has a gas inlet hole 115 through which exhaust gas flows and passes through a diffusion barrier 120 into a measuring space 130. A first electrode, also referred to as an outer electrode or outer pump electrode 150, is exposed to the exhaust gas of an internal combustion engine (not shown) on the outside of the solid electrolyte 110 and under a porous protective layer 155. In the measuring space, a second electrode, also referred to as inner electrode or inner pumping electrode 140, is arranged.
Zwischen die innere Pumpelektrode 140 und die äußere Pumpelektrode 150 wird eine Pumpspannung UpUmp angelegt, sodass ein Pumpstrom lpUmp fließt. In dem Festelektrolyten 110 ist ferner eine in eine Isolationsschicht 162 eingebettete Heizung 160 angeordnet. Durch diese Heizung 160 wird das Sensorelement auf eine Temperatur erwärmt, die eine optimale Funktion des Sensorelements 100 gestattet.Between the inner pumping electrode 140 and the outer pumping electrode 150, a pumping voltage U pUm p is applied, so that a pumping current l pUm p flows. In the solid electrolyte 110, further embedded in an insulating layer 162 Heating 160 arranged. By this heater 160, the sensor element is heated to a temperature that allows optimal operation of the sensor element 100.
Diese planare Breitband-Lambda-Sonde nach dem Grenzstromprinzip wird mit einer festen Pumpspannung UpUmp beaufschlagt. Die feste Pumpspannung erzeugt bei einem mageren Abgas, d.h. bei einem Abgas mit Luftüberschuss, einen positiven Pumpstrom lpUmp. der mit dem Sauerstoffgehalt des Abgases eindeutig zusammenhängt. In einem fetten Abgas, d.h. einem Abgas mit Kraftstoff über- schuss, kommt es jedoch aufgrund der Zersetzung des im Abgas enthaltenen Wassers an der inneren Pumpelektrode 140 ebenfalls zu einem positiven Pumpstrom. Die angelegte Pumpspannung UpUmp liegt zwar deutlich unter der Zersetzungsspannung des Wassers, da aber Wasserstoff im Abgas existiert, wird die Wasserzersetzung energetisch möglich, denn an der Außenpumpelektrode 150 wird aus der Reaktion des Wasserstoffs mit den Sauerstoffionen Wasser erzeugt. Im Mageren ist der Pumpstrom durch die Andiffusion des Sauerstoffs zur Innenelektrode, d.h. Kathode limitiert, während die Sauerstoff- Erzeugung an der äußeren Pumpelektrode 150 nur wenig Energie erfordert. Deshalb fällt der Großteil der angelegten Pumpspannung UpUmp als Konzentrationsüberspannung an der Grenzfläche zwischen der Innenelektrode (Kathode) und dem das Sensorelement bildenden Elektrolyten ab. Im Fetten ist der Pumpstrom lpump durch die Andiffusion von Wasserstoff zur Außenelektrode (Anode) limitiert. In diesem Fall fällt der Großteil der angelegten Pumpspannung Upump als Konzentrationsüberspannung an der Grenzfläche zwischen der Außenelektrode (Anode) und dem das Sensorelement bildenden Elektrolyten ab. Der Pumpstrom lpump wird also bei fettem Abgas durch den Wasserstoffgehalt begrenzt. Da dieser Pumpstrom lpump im fetten Abgas dieselbe Richtung aufweist wie der Pumpstrom lpump bei magerem Abgas, kann aus dem Pumpstrom lpump nicht mehr ohne weiteres auf die Abgaszusammensetzung geschlossen werden.This planar broadband lambda probe according to the limiting current principle is subjected to a fixed pumping voltage U pUm p. The fixed pumping voltage produces a positive pumping current I pM p for a lean exhaust gas, ie an exhaust gas with excess air. which is clearly related to the oxygen content of the exhaust gas. In a rich exhaust gas, ie an exhaust gas with excess fuel, however, a positive pumping current also occurs due to the decomposition of the water contained in the exhaust gas at the inner pumping electrode 140. Although the applied pumping voltage U pUm p is well below the decomposition voltage of the water, but since hydrogen exists in the exhaust gas, the water decomposition is energetically possible, because at the outer pump electrode 150, water is generated from the reaction of the hydrogen with the oxygen ions. In the lean, the pumping current is limited by the diffusion of the oxygen to the inner electrode, ie, cathode, while the oxygen generation at the outer pumping electrode 150 requires only little energy. Therefore, the majority of the applied pumping voltage U pUm p falls as a concentration overvoltage at the interface between the inner electrode (cathode) and the electrolyte forming the sensor element. In greasing, the pumping current l pum p is limited by the diffusion of hydrogen to the outer electrode (anode). In this case, the majority of the applied pumping voltage U pum p falls as the concentration overvoltage at the interface between the outer electrode (anode) and the electrolyte forming the sensor element. The pumping current l pum p is thus limited by the hydrogen content in the case of rich exhaust gas. Since this pumping current l pum p in the rich exhaust gas has the same direction as the pumping current l pum p with lean exhaust gas, the pumping current l pum p can no longer readily be deduced from the exhaust gas composition.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Gassensor derart weiterzubilden, dass bestimmt werden kann, ob ein mageres Abgas (Magergas) oder ein fettes Abgas (Fettgas) vorliegt und dass sowohl bei Vorliegen eines mageren Abgases als auch bei Vorliegen eines fetten Abgases eindeutig auf die Abgaszusammensetzung geschlossen werden kann.Object of the present invention is to develop a generic gas sensor such that it can be determined whether a lean exhaust gas (lean gas) or a rich exhaust gas (fat gas) is present and that both present a lean exhaust gas as well as in the presence of a rich exhaust gas can be clearly concluded on the exhaust gas composition.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Diese Aufgabe wird durch einen Gassensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Grundidee der Erfindung ist es, mithilfe einer zusätzlichen Messelektrode zu ermitteln, ob die oben erwähnte Diffusionslimitierung an der ersten Elektrode, also der Anode oder an der zweiten Elektrode, also der Kathode der Pumpzelle, die eine Sauerstoffpumpe bildet, auftritt. Hierzu wird durch die Schaltung abwechselnd die sich zwischen der ersten Elektrode und der Messelektrode sowie die sich zwischen der zweiten Elektrode und der Messelektrode einstellende Spannung gemessen und ausgewertet.This object is achieved by a gas sensor having the features of claim 1. The basic idea of the invention is to determine, with the aid of an additional measuring electrode, whether the abovementioned diffusion limitation occurs at the first electrode, that is to say at the anode or at the second electrode, that is, the cathode of the pumping cell which forms an oxygen pump. For this purpose, the voltage between the first electrode and the measuring electrode and the voltage between the second electrode and the measuring electrode are alternately measured and evaluated by the circuit.
Bevorzugt weist hierzu die Schaltung eine Vergleichseinrichtung auf zum Vergleichen der sich zwischen der ersten Elektrode und der Messelektrode einstellenden Spannung sowie der sich zwischen der zweiten Elektrode und der Messelektrode einstellenden Spannung und zur Ausgabe eines ein Fettgas charakterisierenden Signals, dann, wenn die Spannung zwischen der ersten Elektrode und der Messelektrode größer ist als die Spannung zwischen der zweiten Elektrode und der Messelektrode und umgekehrt zur Ausgabe eines ein Magergas charakterisierenden Signals, wenn die Spannung zwischen der zweiten Elektrode und der Messelektrode größer ist als die Spannung zwischen der ersten Elektrode und der Messelektrode.For this purpose, the circuit preferably has a comparison device for comparing the voltage which is established between the first electrode and the measuring electrode and the voltage which is established between the second electrode and the measuring electrode and for outputting a signal characterizing a rich gas, when the voltage between the first and the second Electrode and the measuring electrode is greater than the voltage between the second electrode and the measuring electrode and vice versa for outputting a Magergas characterizing signal when the voltage between the second electrode and the measuring electrode is greater than the voltage between the first electrode and the measuring electrode.
Bevorzugt wird dabei zusätzlich zur Messung und Auswertung der sich zwischen der ersten Elektrode und der Messelektrode sowie der sich zwischen der zweiten Elektrode und der Messelektrode einstellenden Spannung auch die Pumpspannung gemessen und in der Schaltungsanordnung ausgewertet und aus diesen Messgrößen die Konzentration von Sauerstoff oder Wasserstoff im Abgas berechnet. Bei einer ersten vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Elektrode auf einem das Sensorelement bildenden Festelektrolyten angeordnet ist und durch eine Schutzschicht von dem Abgas getrennt ist und dass die zweite Elektrode in einem in dem Festelektrolyten angeordneten, auch als Messvolumen bezeichneten Messgasraum angeordnet ist und durch eine Diffusionsschicht oder Diffusionsbarriere von dem Abgas getrennt ist. Bei dieser Ausführungsform kann die erste Elektrode auch als Außenelektrode und die zweite Elektrode auch als Innenelektrode bezeichnet werden.In addition to the measurement and evaluation of the voltage between the first electrode and the measuring electrode and the voltage between the second electrode and the measuring electrode, the pumping voltage is preferably measured and evaluated in the circuit arrangement, and the concentration of oxygen or hydrogen in the exhaust gas is determined from these measured variables calculated. In a first advantageous embodiment, it is provided that the first electrode is arranged on a solid electrolyte forming the sensor element and is separated from the exhaust gas by a protective layer and that the second electrode is arranged in a measuring gas space arranged in the solid electrolyte and also referred to as a measuring volume a diffusion layer or diffusion barrier is separated from the exhaust gas. In this embodiment, the first electrode may also be referred to as outer electrode and the second electrode as inner electrode.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass sowohl die erste als auch die zweite Elektrode auf dem Festelektrolyten angeordnet und durch eine gemeinsame Schutzschicht von dem Abgas getrennt sind. In diesem Falle kann der in dem Festelektrolyten angeordnete Messgasraum entfallen, was insbesondere auch die Herstellung eines derartigen Gassensors wesentlich vereinfacht.In a further advantageous embodiment, it is provided that both the first and the second electrode are arranged on the solid electrolyte and separated from the exhaust gas by a common protective layer. In this case, the measuring gas space arranged in the solid electrolyte can be omitted, which in particular also considerably simplifies the production of such a gas sensor.
Bei einer wiederum anderen Ausführungsform sind die erste und die zweite E- lektrode auf dem Festelektrolyten angeordnet, jedoch durch separate Schutzschichten von dem Abgas getrennt.In yet another embodiment, the first and second electrodes are disposed on the solid electrolyte but separated from the exhaust by separate protective layers.
Die Messelektrode ist einer ersten vorteilhaften Ausführungsform in dem den Gassensor bildenden in Schichtbauweise ausgebildeten Sensorelement angeordnet.In a first advantageous embodiment, the measuring electrode is arranged in the layered sensor element forming the gas sensor.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht dabei vor, dass die Messelektrode derart in dem das Sensorelement bildenden Elektrolyten angeordnet ist, dass sie im Wesentlichen den gleichen Abstand von der ersten und von der zweiten Elektrode aufweist.An advantageous embodiment provides that the measuring electrode is arranged in the electrolyte forming the sensor element such that it has substantially the same distance from the first and the second electrode.
Wenn die zweite Elektrode - wie oben beschrieben - in dem Messgasraum angeordnet ist, kann auch vorgesehen sein, dass die zusätzliche Messelektrode in Höhe der zweiten Elektrode also der Innenelektrode oder der inneren Pumpelektrode angeordnet ist. Diese Anordnung weist den großen Vorteil auf, dass beide Elektroden in einem einzigen Herstellungsschritt hergestellt werden können, insbesondere in einem einzigen Druckschritt gedruckt werden können.If the second electrode is arranged in the measuring gas space, as described above, provision can also be made for the additional measuring electrode to be arranged at the level of the second electrode, that is, the inner electrode or the inner pumping electrode. This arrangement has the great advantage that both Electrodes can be produced in a single manufacturing step, in particular can be printed in a single printing step.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist die zusätzliche Messelektrode auf dem Sensorelement, im Wesentlichen in gleicher Höhe wie die erste und die zweite Elektrode angeordnet. Bei dieser Ausführungsform wird die Herstellung dadurch weiter vereinfacht, dass die Messelektrode in einem Druckschritt mit der ersten und der zweiten Elektrode auf das vorzugsweise aus Zirkonoxid bestehende Sensorelement aufgebracht wird. Die Messelektrode ist in diesem Fall durch eine eigene Isolationsschicht von dem Abgas getrennt.In another advantageous embodiment, the additional measuring electrode is arranged on the sensor element, substantially in the same height as the first and the second electrode. In this embodiment, the production is further simplified in that the measuring electrode is applied in a printing step with the first and the second electrode on the preferably consisting of zirconia sensor element. The measuring electrode is separated in this case by a separate insulating layer of the exhaust gas.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Messelektrode eine eigene Messleitung auf, die mit der Schaltung verbunden ist.According to an advantageous embodiment, the measuring electrode has its own measuring line, which is connected to the circuit.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform, bei welcher eine solche zusätzliche Signalleitung entfallen kann, ist vorgesehen, dass die zusätzliche Messelektrode mit dem Massenanschluss einer Heizeinrichtung elektrisch leitend verbunden ist.In another advantageous embodiment, in which such an additional signal line can be omitted, it is provided that the additional measuring electrode is electrically conductively connected to the ground terminal of a heating device.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die zusätzliche Messelektrode entfällt und durch einen Teil der Heizermasse gebildet wird, die durch eine Aussparung der Schicht, in der die Heizermasse eingebettet ist, mit dem Festelektrolyten in Kontakt steht.It can also be provided that the additional measuring electrode is omitted and is formed by a part of the heater mass, which is in contact with the solid electrolyte through a recess in the layer in which the heater mass is embedded.
Die Schaltung ist bevorzugt Teil eines Motor-Steuergeräts, sodass zusätzliche Schaltungsteile entfallen können.The circuit is preferably part of a motor control unit, so that additional circuit parts can be omitted.
Zeichnungdrawing
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen der Erfindung. In der Zeichnung zeigen:Further advantages and features of the invention are the subject of the following description and the drawings of embodiments of the invention. In the drawing show:
Fig. 1 einen aus dem Stand der Technik bekannten Gassensor;1 shows a known from the prior art gas sensor.
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gassensors;2 shows an embodiment of a gas sensor according to the invention;
Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gassensors;3 shows another embodiment of a gas sensor according to the invention;
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gassensors,4 shows a further embodiment of a gas sensor according to the invention,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gassensors und Fig. 6 ein wiederum anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßenFig. 5 shows another embodiment of a gas sensor according to the invention and Fig. 6 shows yet another embodiment of an inventive
Gassensors.Gas sensor.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Ein aus dem Stand der Technik bekannter Gassensor weist ein Sensorelement 100 auf, das durch einen in Schichtbauweise ausgebildeten Festelektrolyten 110 gebildet wird. Auf der Außenseite des Sensorelements 100 ist dem Abgas ausgesetzt eine erste Elektrode, auch als äußere Pumpelektrode 150 bezeichnet, angeordnet, die durch eine offenporige Schutzschicht 155 überdeckt ist. In dem Festelektrolyten 110 ist ein Messvolumen 130 ausgebildet, in dem eine zweite Elektrode, auch als innere Pumpelektrode 140 bezeichnet, angeordnet ist. Das Abgas eines (nicht dargestellten) Verbrennungsmotors strömt durch ein Gaszutrittsloch 115 über eine Diffusionsbarriere 120 in das Messvolumen 130. Durch eine schematisch dargestellte elektronische Schaltung 190 wird zwischen der äußeren Pumpelektrode 150 und der in dem Messvolumen 130 angeordneten inneren Pumpelektrode 140 eine konstante Pumpspannung UpUmp erzeugt. Hierdurch stellt sich bei einem mageren Abgas ein positiver Pumpstrom lpUmp ein, der dazu führt, dass Sauerstoffionen O2" von dem Messvolumen 130 ins Äußere des Sensorelements, in das Abgas gepumpt werden. Bei einer fetten Abgaszusammensetzung, d.h. bei einem Kraftstoffüberschuss des Abgases kommt es jedoch aufgrund der Zersetzung des im Abgas enthaltenen Wassers ebenfalls zu einem positiven Pumpstrom. Die angelegte Pumpspannung liegt dabei zwar deutlich unter der Zersetzungsspannung des Wassers. Da aber Wasserstoff im Abgas existiert, wird die Wasserzersetzung energetisch möglich, denn an der äußeren Pumpelektrode 150 wird aus H2 und O2 Wasser erzeugt. Der Strom wird also bei einer fetten Abgaszusammensetzung durch den Wasserstoffgehalt an der Außenelektrode begrenzt. Da der Pumpstrom lpUmp bei fetter Abgaszusammensetzung dieselbe Richtung aufweist wie der Pumpstrom lpUmp bei magerer Abgaszusammensetzung kann nicht ohne weiteres aus dem Pumpstrom auf die Abgaszusammensetzung geschlossen werden.A gas sensor known from the prior art has a sensor element 100, which is formed by a solid electrolyte 110 formed in layer construction. Exposed to the exhaust gas on the outside of the sensor element 100 is a first electrode, also referred to as outer pumping electrode 150, which is covered by an open-pored protective layer 155. In the solid electrolyte 110, a measuring volume 130 is formed in which a second electrode, also referred to as the inner pumping electrode 140, is arranged. The exhaust gas of an internal combustion engine (not shown) flows through a gas inlet hole 115 via a diffusion barrier 120 in the measuring volume 130. By a schematically illustrated electronic circuit 190 between the outer pumping electrode 150 and arranged in the measuring volume 130 inner pumping electrode 140, a constant pumping voltage U pUm p generated. In the case of a lean exhaust gas, this results in a positive pumping current I p pm , which results in oxygen ions O 2 "being pumped from the measuring volume 130 into the exterior of the sensor element, into the exhaust gas However, due to the decomposition of the water contained in the exhaust gas, the pumping voltage applied is clearly below the decomposition voltage of the water, but since hydrogen exists in the exhaust gas, the decomposition of water becomes energetically possible, because at the outside Pump electrode 150 is generated from H 2 and O 2 water. The current is thus limited in a rich exhaust gas composition by the hydrogen content at the outer electrode. Since the pumping current I pUm p in the case of rich exhaust gas composition has the same direction as the pumping current I pUm p with lean exhaust gas composition, it can not be concluded from the pumping flow that the exhaust gas composition is readily.
Um nunmehr auf die Abgaszusammensetzung schließen zu können, ist in dem den Sensorkörper bildenden Festelektrolyten 110 etwa - wie die Schnittdarstellungen der Fig. 2 und Fig. 3 zeigen - zwischen der Zweite Elektrode 140 und der Außenelektrode 150, gewissermaßen auf „halber Höhe" eine Messelektrode 170 angeordnet. Die Messelektrode 170 weist bei dem in Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eine eigene Signalleitung 171 auf, die mit der Schaltung 190 verbunden ist, um das Messsignal der Messelektrode 170 in der Schaltung 190 auszuwerten. Die Messelektrode 170 kann auch auf gleicher Höhe wie die Innenelektrode 140 angeordnet sein und so in einem gemeinsamen Herstellungsschritt hergestellt werden, insbesondere in einem gemeinsamen Druckschritt gedruckt werden.In order now to be able to conclude the exhaust gas composition, in the solid electrolyte forming the sensor body 110 approximately - as the sectional views of Fig. 2 and Fig. 3 show - between the second electrode 140 and the outer electrode 150, so to speak, "halfway up" a measuring electrode 170. In the first exemplary embodiment illustrated in FIG. 2, the measuring electrode 170 has its own signal line 171, which is connected to the circuit 190 in order to evaluate the measuring signal of the measuring electrode 170 in the circuit 190. The measuring electrode 170 can also be at the same height how the inner electrode 140 may be arranged and thus produced in a common manufacturing step, in particular printed in a common printing step.
Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 2 dargestellten nur insoweit, dass die Messelektrode 170 keine eigene Signalleitung 171 aufweist, die zu der Schaltung 190 führt, sondern es ist eine in dem Festelektrolyten 110 angeordnete Leitung 172 vorgesehen, die mit dem Masse- anschluss 164 der Heizung 160 verbunden ist.The embodiment shown in FIG. 3 differs from that shown in FIG. 2 only insofar as the measuring electrode 170 does not have its own signal line 171 which leads to the circuit 190, but instead a line 172 arranged in the solid electrolyte 110 is provided is connected to the ground terminal 164 of the heater 160.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gassensors ist in Fig. 4 dargestellt. Bei diesem ist die zweite Elektrode 140 nicht in einem Messvolumen, sondern wie die erste Elektrode 150 auf der Außenseite des Festelektrolyten 110 angeordnet. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die erste Elektrode 150 und die zweite Elektrode 140 von einer gemeinsamen Schutzschicht 156 überdeckt und so von dem Abgas getrennt. Bei dem in Fig. 5 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel sind die erste Elektrode 150 und die zweite Elektrode 140 jeweils durch getrennte Schutzschichten 157 und 158 überdeckt, die jeweils beispielsweise hinsichtlich ihrer Porosität auch unterschiedliche Eigenschaften aufweisen können.Another embodiment of a gas sensor according to the invention is shown in Fig. 4. In this case, the second electrode 140 is not arranged in a measuring volume, but like the first electrode 150 on the outside of the solid electrolyte 110. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 4, the first electrode 150 and the second electrode 140 are covered by a common protective layer 156 and thus separated from the exhaust gas. In the further exemplary embodiment illustrated in FIG. 5, the first electrode 150 and the second electrode 140 are each covered by separate protective layers 157 and 158, each of which may also have different properties, for example with regard to their porosity.
Bei einer weiteren, in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist schließlich die zusätzliche Messelektrode 170 ebenfalls auf der Außenseite des Festelektrolyten 110 angeordnet. Sie wird in diesem Falle in einem Druckschritt mit der ersten Messelektrode 150 und der zweiten Messelektrode 140 auf den Festelektrolyten 110, der vorzugsweise aus Zirkonoxid besteht, aufgebracht und mit einer eigenen Isolationsschicht 173 von dem Abgas getrennt.In a further embodiment illustrated in FIG. 6, finally, the additional measuring electrode 170 is likewise arranged on the outside of the solid electrolyte 110. In this case, in a pressure step with the first measuring electrode 150 and the second measuring electrode 140, it is applied to the solid electrolyte 110, which preferably consists of zirconium oxide, and separated from the exhaust gas with its own insulating layer 173.
Statt einer zusätzlichen Messelektrode 170 kann auch in der Heizerschutzschicht 162 eine Aussparung 169 vorgesehen sein, sodass die Heizermasse 160 in direktem Kontakt mit dem Festelektrolyten 110 steht. In diesem Falle kann die zusätzliche Messelektrode 170 entfallen, da die Heizermasse 160 selbst die Messelektrode bildet, wie dies in Fig. 5 schematisch durch punktierte Linien dargestellt ist.Instead of an additional measuring electrode 170, a recess 169 can also be provided in the heater protection layer 162, so that the heater mass 160 is in direct contact with the solid electrolyte 110. In this case, the additional measuring electrode 170 can be omitted since the heater mass 160 itself forms the measuring electrode, as shown schematically by dotted lines in FIG. 5.
Die Idee dieser Anordnung ist Folgende.The idea of this arrangement is the following.
Im Mageren ist der Strom durch die Andiffusion des Sauerstoffs zur zweiten E- lektrode (Kathode) 140 limitiert. Deshalb fällt der Großteil der angelegten Pumpspannung Upump als Konzentrationsüberspannung an der Grenzfläche zwischen der zweiten Elektrode (Kathode) 140 und dem das Sensorelement bildenden Elektrolyten 110 ab.In the lean, the current is limited by the diffusion of the oxygen to the second electrode (cathode) 140. Therefore, the majority of the applied pumping voltage Upu m p as the concentration overvoltage drops at the interface between the second electrode (cathode) 140 and the electrolyte 110 constituting the sensor element.
Im Fetten ist der Strom dagegen durch die Andiffusion des Wasserstoffs zur ersten Elektrode (Anode) 150 limitiert. In diesem Fall fällt der Großteil der angelegten Pumpspannung UpUmp als Konzentrationsüberspannung an der Grenzfläche zwischen der ersten Elektrode (Anode) 150 und dem Elektrolyten 110 ab. Mithilfe der zusätzlichen Messelektrode 170 kann nun ermittelt werden, ob die beschriebene Diffusionslimitierung an der ersten Elektrode (Anode) 150 oder an der zweiten Elektrode (Kathode) 140 des gewissermaßen eine Sauerstoffpumpe bildenden Gassensors auftritt. Dazu wird von der Schaltung 190 abwechselnd die Spannung Ui zwischen der ersten Elektrode (Anode) 150 und der Messelektrode 170 sowie die Spannung U2 zwischen der zweiten Elektrode (Kathode) 140 und der Messelektrode 170 gemessen. In einer Vergleichseinrichtung, die Teil der Schaltung 190 ist, werden diese Spannungen verglichen. Die größere dieser beiden Spannungen ist diejenige, bei der die Diffusionslimitierung vorliegt. Damit kann qualitativ bestimmt werden, ob ein Fett- oder ein Magergas vorliegt. Wenn nämlich die Diffusionslimitierung an der ersten Elektrode 150 (Anode) stattfindet, wenn also der Großteil der angelegten Pumpspannung UpUmp als Konzentrationsüberspannung an der Grenzfläche zwischen der ersten Elektrode 150 und dem Elektrolyten 110 abfällt, ist die zwischen der ersten Elektrode 150 und der Messelektrode 170 gemessene Spannung Ui größer als die zwischen der zweiten Elektrode 140 und der Messelektrode 170 gemessene Spannung U2. Entsprechend umgekehrt verhält es sich bei Vorliegen eines Magergases. In diesem Falle ist die zwischen der zweiten Elektrode (Kathode) 140 und der Messelektrode 170 gemessene Spannung U2 größer als die zwischen der ersten Elektrode 150 und der Messelektrode 170 gemessene Spannung Ui.In the case of fats, on the other hand, the current is limited by the diffusion of the hydrogen to the first electrode (anode) 150. In this case, the majority of the applied pumping voltage U pUm p falls as a concentration overvoltage at the interface between the first electrode (anode) 150 and the electrolyte 110. With the aid of the additional measuring electrode 170, it can now be determined whether the described diffusion limitation occurs at the first electrode (anode) 150 or at the second electrode (cathode) 140 of the gas sensor, which effectively forms an oxygen pump. For this purpose, the voltage U i between the first electrode (anode) 150 and the measuring electrode 170 and the voltage U 2 between the second electrode (cathode) 140 and the measuring electrode 170 are alternately measured by the circuit 190. In a comparator, which is part of the circuit 190, these voltages are compared. The larger of these two voltages is that at which diffusion limitation exists. This can be qualitatively determined whether a fat or a lean gas is present. Namely, when the diffusion limitation occurs at the first electrode 150 (anode), that is, when the majority of the applied pumping voltage U pUm p as the concentration overvoltage at the interface between the first electrode 150 and the electrolyte 110 drops, that between the first electrode 150 and the measuring electrode 170 measured voltage Ui greater than the measured between the second electrode 140 and the measuring electrode 170 voltage U 2 . The reverse is true if there is a lean gas. In this case, the voltage U 2 measured between the second electrode (cathode) 140 and the measuring electrode 170 is larger than the voltage Ui measured between the first electrode 150 and the measuring electrode 170.
Durch gleichzeitiges Messen und Auswerten des sich dabei einstellenden Pumpstroms Ipump können zudem quantitative Aussagen über die Konzentration entweder von Sauerstoff oder Wasserstoff getroffen werden, d.h. die Wasserstoff- oder Sauerstoffkonzentration kann in der Schaltung 190 berechnet werden. Die Schaltung 190 ist Teil eines Motorsteuergerätes, sie kann auch als Computerprogramm in einem Motorsteuergerät implementiert sein. By simultaneously measuring and evaluating the thereby adjusting pumping current Ip by p can also quantitative statements about the concentration of either oxygen or hydrogen are made, ie, the hydrogen or oxygen concentration can be calculated in the circuit 190. The circuit 190 is part of an engine control unit, it may also be implemented as a computer program in an engine control unit.

Claims

Patentansprüche claims
1. Gassensor, insbesondere Lambda-Sonde, für die Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Abgas einer mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch betriebenen Brennkraftmaschine umfassend eine in oder an einem Sensorelement (110) angeordnete Pumpzelle mit einer ersten Elektrode (150) und mit einer zweiten Elektrode (140), die von dem Abgas durch wenigstens eine Schicht (155; 156; 157, 158; 120) getrennt sind, und mit einer elektronischen Schaltung (190) zur Erzeugung einer zwischen der ersten Elektrode (150) und der zweiten Elektrode (140) anliegenden Spannung (Upump) und zur Messung und Auswertung eines sich dabei einstellenden Pumpstroms (lpUmp), um daraus auf die Zusammensetzung des Kraftstoff- Luft-Gemisches zu schließen, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Messelektrode (170) in oder an dem Sensorelement (110) angeordnet ist und dass die Schaltung (190) zur abwechselnden Messung und Auswertung der sich zwischen der ersten Elektrode (150) und der Messelektrode (170) einstellenden Spannung (Ui) sowie der sich zwischen der zweiten Elektrode (140) und der Messelektrode (170) einstellenden Spannung (U2) ausgebildet ist.1. A gas sensor, in particular a lambda probe, for determining the oxygen concentration in the exhaust gas of an internal combustion engine operated with a fuel-air mixture comprising a pump cell arranged in or on a sensor element (110) with a first electrode (150) and with a second electrode (140) separated from the exhaust gas by at least one layer (155; 156; 157, 158; 120), and an electronic circuit (190) for generating between the first electrode (150) and the second electrode (140 ) applied voltage (Upu m p) and for the measurement and evaluation of a thereby adjusting pumping current (l pUm p) to conclude from the composition of the fuel-air mixture, characterized in that an additional measuring electrode (170) in or is arranged on the sensor element (110) and that the circuit (190) for the alternate measurement and evaluation of between the first electrode (150) and the measuring electrode (170) is set voltage (Ui) as well as between the second electrode (140) and the measuring electrode (170) adjusting voltage (U 2 ) is formed.
2. Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der sich zwischen der ersten Elektrode (150) und der Messelektrode (170) einstellenden Spannung (Ui) und der sich zwischen der zweiten Elektrode (140) und der Messelektrode (170) einstellenden Spannung (U2) und zur Ausgabe eines ein Fettgas charakterisierenden Signals dann, wenn die sich zwischen der ersten Elektrode (150) und der Messelektrode (170) einstellende Spannung (Ui) größer ist als die sich zwischen der zweiten Elektrode (140) und der Messelektrode (170) einstellende Spannung (U2) und zur Ausgabe eines ein Magergas charakterisierenden Signals dann, wenn die sich zwischen der zweiten Elektrode (140) und der Messelektrode (170) einstellende Spannung (U2) größer ist als die sich zwischen der ersten Elektrode (150) und der Messelektrode (170) einstellende Spannung (Ui) ausgebildet ist.2. Gas sensor according to claim 1, characterized in that the circuit comprises a comparison device for comparing between the first electrode (150) and the measuring electrode (170) adjusting voltage (Ui) and between the second electrode (140) and the measuring electrode (170) adjusting voltage (U 2 ) and for outputting a signal characterizing a fat gas when the between the first electrode (150) and the measuring electrode (170) adjusting voltage (Ui) is greater than that between the second electrode ( 140) and the measuring electrode (170) adjusting voltage (U 2 ) and for outputting a Magergas characterizing signal when the between the second electrode (140) and the measuring electrode (170) adjusting voltage (U 2 ) is greater than that between the first electrode (150) and the measuring electrode (170) adjusting voltage (Ui) is formed.
3. Gassensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schaltung (190) aus den Messwerten der sich zwischen der ersten Elektrode (150) und der Messelektrode (170) einstellenden Spannung (Ui), der sich zwischen der zweiten Elektrode (140) und der Messelektrode (170) einstellenden Spannung (U2) und des Pumpstroms (lp) die Konzentration von Sauerstoff oder Wasserstoff im Abgas berechenbar ist.3. Gas sensor according to claim 1 or 2, characterized in that in the circuit (190) from the measured values of the between the first electrode (150) and the measuring electrode (170) adjusting voltage (Ui), between the second electrode ( 140) and the measuring electrode (170) adjusting voltage (U 2 ) and the pumping current (l p ) the concentration of oxygen or hydrogen in the exhaust gas can be calculated.
4. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (150) auf einem das Sensorelement bildenden Festelektrolyten (110) angeordnet und von dem Abgas durch wenigstens eine Schutzschicht (155) getrennt ist und dass die zweite Elektrode (140) in einem in dem Festelektrolyten (110) angeordneten Messvolumen (130) angeordnet ist und von dem Abgas durch eine Diffusionsschicht (120) getrennt ist.4. Gas sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first electrode (150) on a sensor element forming the solid electrolyte (110) is arranged and separated from the exhaust gas by at least one protective layer (155) and that the second electrode ( 140) is arranged in a measuring volume (130) arranged in the solid electrolyte (110) and is separated from the waste gas by a diffusion layer (120).
5. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (150) und die zweite Elektrode (140) auf dem das Sensorelement bildenden Festelektrolyten (110) angeordnet sind und durch wenigstens eine gemeinsame Schutzschicht (156) von dem Abgas getrennt sind.5. Gas sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first electrode (150) and the second electrode (140) on the sensor element forming solid electrolyte (110) are arranged and by at least one common protective layer (156) of the Exhaust are separated.
6. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode und die zweite Elektrode auf dem das Sensorelement bildenden Festelektrolyten (110) angeordnet sind und durch getrennte Schutzschichten (157, 158) von dem Abgas getrennt sind. 6. Gas sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first electrode and the second electrode on the sensor element forming solid electrolyte (110) are arranged and separated by separate protective layers (157, 158) from the exhaust gas.
7. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Messelektrode (170) in dem den Gassensor bildenden Festelektrolyten (110) angeordnet ist.7. Gas sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the additional measuring electrode (170) in the gas sensor forming solid electrolyte (110) is arranged.
8. Gassensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Messelektrode (170) so in dem Festelektrolyten (110) angeordnet ist, dass sie zu der ersten Elektrode (150) und der zweiten Elektrode (140) im Wesentlichen den gleichen Abstand aufweisen.8. The gas sensor according to claim 7, characterized in that the additional measuring electrode (170) is disposed in the solid electrolyte (110) so as to have substantially the same distance from the first electrode (150) and the second electrode (140).
9. Gassensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Messelektrode (170) in Höhe der in dem Messvolumen (130) angeordneten zweiten Elektrode (140) angeordnet ist.9. Gas sensor according to claim 7, characterized in that the additional measuring electrode (170) in the amount of in the measuring volume (130) arranged second electrode (140) is arranged.
10. Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Messelektrode (170), auf dem das Sensorelement bildenden Festelektrolyten (110) angeordnet ist und durch eine Isolationsschicht (173) von dem Abgas getrennt ist.10. Gas sensor according to claim 1, characterized in that the additional measuring electrode (170) on which the sensor element forming solid electrolyte (110) is arranged and by an insulating layer (173) is separated from the exhaust gas.
11. Gassensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Messelektrode (170) im Wesentlichen in gleicher Höhe wie die erste Messelektrode (150) und die zweite Elektrode (140) auf dem das Sensorelement bildenden Festelektrolyten (110) angeordnet ist und durch die I- solationsschicht (173) überdeckt ist.11. Gas sensor according to claim 10, characterized in that the additional measuring electrode (170) is arranged substantially at the same height as the first measuring electrode (150) and the second electrode (140) on the solid electrolyte forming the sensor element (110) and through the I-solationsschicht (173) is covered.
12. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Messelektrode (170) eine eigene Signalleitung (171) aufweist.12. Gas sensor according to one of claims 1 to 11, characterized in that the additional measuring electrode (170) has its own signal line (171).
13. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Messelektrode (170) mit dem Massenanschluss (162) einer Heizeinrichtung (160) elektrisch leitend verbunden ist. 13. Gas sensor according to one of claims 1 to 11, characterized in that the additional measuring electrode (170) to the ground terminal (162) of a heater (160) is electrically connected.
14. Gassensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (190) ein Motorsteuergerät oder ein Teil eines Motorsteuergeräts ist. 14. Gas sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit (190) is an engine control unit or a part of an engine control unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3108305A1 (en) * 1981-03-05 1982-09-16 Bosch Gmbh Robert Polarographic sensor for determining the lambda equivalence point in exhaust gases
JPS60173461A (en) * 1984-02-20 1985-09-06 Nissan Motor Co Ltd Oxygen sensor
DE4226540A1 (en) * 1992-08-11 1994-04-21 Bosch Gmbh Robert Polarographic sensor
DE10156248C1 (en) * 2001-11-15 2003-06-18 Bosch Gmbh Robert Gas sensor for measuring concentration of component in gas mixture e.g. oxygen in exhaust gas of internal combustion engine, comprises solid electrolyte, diffusion barrier and electrodes

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