WO2003027465A2 - Regenerierbarer abgassensor sowie verfahren zur regenerierung eines solchen abgassensors von belegungsstoffen - Google Patents

Regenerierbarer abgassensor sowie verfahren zur regenerierung eines solchen abgassensors von belegungsstoffen Download PDF

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WO2003027465A2
WO2003027465A2 PCT/DE2002/003314 DE0203314W WO03027465A2 WO 2003027465 A2 WO2003027465 A2 WO 2003027465A2 DE 0203314 W DE0203314 W DE 0203314W WO 03027465 A2 WO03027465 A2 WO 03027465A2
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gas sensor
measuring electrode
exhaust gas
internal combustion
combustion engine
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Roland Stahl
Bernd Schumann
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Robert Bosh Gmbh
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • 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
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • 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
    • F02D41/1493—Details
    • F02D41/1495—Detection of abnormalities in the air/fuel ratio feedback system

Definitions

  • the invention relates to a regenerable gas sensor, in particular an exhaust gas sensor of an internal combustion engine of a motor vehicle having an exhaust gas catalytic converter, and a method for regenerating such a gas sensor from occupancy materials, according to the preambles of the respective independent claims.
  • Gas sensors of the aforementioned type are widely known and are used, for example, in automotive engineering in catalytic converter-operated vehicles in the exhaust system of the respective vehicle engines.
  • Typical gas sensors are hydrocarbon (HC) or carbon monoxide (CO) exhaust gas sensors, imbalance sensors used to monitor the state of the catalytic converter or nitrogen oxide (NO) sensors, which are used to indicate the loading state of a NOx storage catalytic converter in gasoline direct injection (BDE).
  • HC hydrocarbon
  • CO carbon monoxide
  • NO nitrogen oxide
  • BDE gasoline direct injection
  • NH3 sensors which regulate the addition of NH3 in the so-called “Selective Catalytic Reduction" (SCR) for continuous NOx reduction.
  • a BDE storage catalytic converter is used in particular to store the nitrogen oxides when the vehicle engine is operating leanly, for example by covering the surface of the catalytic converter in the form of nitrates. After loading, the nitrates stored on the surface are reduced in a phase of rich engine operation, the so-called "regeneration phase", in N2. The reduction process can only take place in a limited temperature interval in the range of 750 ° C.
  • a disadvantage of the BDE storage catalytic converters described is that substances contained in the exhaust gas to be cleaned have a behavior similar to that of the nitrates mentioned, namely also tend to occupy the catalyst surface.
  • the sulfur contained in the exhaust gas and the resulting sulfate deposits represent a considerable problem with exhaust gas catalysts. In a similar way, these substances are also problematic for the gas sensors affected here.
  • DE 198 37 074 AI discloses a method for regenerating or desulfurizing a NOx trap by heating the trap. Continuous monitoring of the air / fuel ratio should in particular be made possible during a heating process.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a regenerative gas sensor mentioned at the outset and a method for regenerating occupancy substances which avoid the aforementioned disadvantages of the prior art and provide a solution to the above-described regeneration problem which is as simple and inexpensive as possible in terms of technology.
  • the gas sensor is regenerated by heating it in a specific work phase or in a loading phase.
  • operating state of the internal combustion engine (BKM) preferably in a rich operating phase.
  • a second variant according to the invention provides for a protective layer to be arranged on the measuring gas side, into which suitable getter materials are preferably introduced. These getter substances can either prevent the occupancy of the covering substances or the degradation or desorption of these substances can be accelerated.
  • the operating states of the BKM can also provide support.
  • suitable getter materials are stored in the sensor electrode itself. The variants mentioned can be used both alternatively and in different combinations.
  • the getter substances serve, for example, in a protective layer upstream of the electrode to prevent coating substances such as, in particular, sulfates from penetrating into the electrode material, but, if possible, do not retain the substance components to be measured such as HC, CO, NOx or NH3.
  • the requirements for these getters are therefore completely contrary to those for the respective catalytic materials.
  • cerium and barium or corresponding compounds of these elements with other substances are used as getter materials. With three-way catalytic converters, it is known to use these elements to avoid odor nuisance caused by H2S formation. Thus, these elements have a strong gettering effect for sulfates.
  • gettering materials per se and consists in the fact that the covering substances contained in the gas to be measured enter into a suitable chemical connection with the getter substances, for example are converted into corresponding salts, such as sulfur to sulfate in the example. In the case of temperature-induced regeneration, these compounds are then cracked again and converted back into the getter substance and the respective covering substance.
  • getter centers arranged on the surface of getter materials or the getter effect in the getter material volume.
  • elements cerium and barium mentioned elements such as titanium or chromium or their compounds with other substances are known to be suitable as gettering materials.
  • the electrode itself is made entirely of a material with a corresponding
  • the appropriate getter effect is formed, for example, from barium-containing ceramic material which is electrically conductive or, as in the case of doped BaTiO3, electrically semiconductive.
  • the catalyst materials are known to serve to adsorb and thus temporarily bind exhaust gases such as NOx or nitrates. It would therefore be contrary to their purpose to remove the adsorbed substances from the catalyst at elevated temperature in order to regenerate the catalyst surface. Because such an approach would transport these pollutants back into the environment.
  • the present invention is based on the knowledge that - in contrast - the relatively small amounts of adsorbed pollutants on the sensor surface can be desorbed during operation at elevated temperature without polluting the environment too much, although these substances the sensors in their Function would significantly impair. It has also been found that, for example, sulfates deposited at a relatively low temperature block the sensor surface, but do not permanently damage them and are therefore readily desorbable.
  • a critical occupancy of the sensor is initially recognized, for example due to a change in a standard measurement signal during the HC measurement.
  • a desulfurization procedure is initiated after detection of a critical occupancy, in which the sensor, if appropriate together with an upstream catalyst, is preferably regenerated by rich gas generated in the rich mode of an internal combustion engine and preferably> 700 ° C. at elevated temperature.
  • the sensor can be operated temporarily or regularly at the temperature mentioned, even without said detection of a critical occupancy state, and the occupancy substances located on the sensor surface can be desorbed.
  • This regeneration phase can take place in an operating phase of the sensor in which it has to be temporarily not ready for use.
  • non-critical operating phases for regeneration can also be used for the actual sensor operation.
  • the sensor surface can clog up again with the disruptive covering substances in the subsequent measuring operation, these cannot accumulate again at all, since they are rather regularly broken down.
  • the invention can be used particularly advantageously in the case of mixed potential sensors, since these work in principle in temperature ranges in which the surface coatings mentioned occur increasingly.
  • Fig. 1 shows the basic structure of an embodiment of the exhaust gas sensor according to the invention
  • FIG. 2 shows two exemplary embodiments of the method according to the invention for operating the gas sensor shown in FIG. 1.
  • this gas sensor 10 has a mixed potential electrode 14 which is arranged toward the exhaust gas flow indicated by the arrow 12 and has increased sensitivity to CO, HC, NO or NH3.
  • this mixed potential electrode 14 is covered with a porous protective layer 16 towards the exhaust gas flow 12.
  • This protective layer 16 consists of a cerium or barium-containing compound and has an increased gettering effect for covering materials such as sulfates, i.e. these occupancy substances are prevented from penetrating into the material of the mixed potential electrode 14, but the substance components to be measured such as HC, CO, NOx or NH3 are let through.
  • the exhaust gas sensor 10 also has a reference electrode 20 arranged in a reference air duct 18, the actual measurement signal being formed in a manner known per se by the electrical voltage U sensor 22 occurring between the mixed potential electrode 14 and the reference electrode 20.
  • the exhaust gas sensor 10 shown also has a heating element 24 according to the invention.
  • the heating element 24 is supplied with an electrical heating voltage 26 in suitable operating phases of an internal combustion engine (BKM), not shown, in such a way that a sensor temperature of preferably 550 ° C. and a regeneration phase occur during a measuring phase (FIG. 2) Set the sensor temperature to preferably 750 ° C.
  • the setting of these temperatures can be carried out by superimposing an impedance measurement of a solid electrolyte ion conductor provided in a manner known per se in the mixing potential sensor or by a map-controlled heating power specification dependent on the exhaust gas air mass passing through the mixing potential sensor 10 and on the speed of the underlying BKM ,
  • FIG. 2 schematically shows a measuring arrangement 100 on which the present invention is typically based in the upper part.
  • This arrangement 100 consists of a lambda-controlled engine (BKM) 102 and an exhaust gas catalytic converter 104.
  • a lambda probe 106 is arranged between the engine 102 and the catalytic converter 104.
  • a so-called “rear cat probe” 110 is arranged behind the catalytic converter 104 in the direction of the arrow 108 shown.
  • two schematic flow diagrams 112, 114 are shown, which represent the temperature of the rear cat probe 110 as a function of time ,
  • the upper flow diagram 112 shows a first exemplary embodiment, specifically the mode of operation of the exhaust gas sensor according to the invention - here the rear cat probe - when used in a lean-burn gasoline direct injection (BDE) storage catalytic converter system.
  • BDE gasoline direct injection
  • the rear cat probe 110 arranged behind the catalytic converter 104 is preferably at 550 ° C.
  • the rear cat probe 110 is accordingly operated in the measuring mode 116 as a mixed potential sensor.
  • engine 102 is operated 118 rich to regenerate catalyst 104.
  • the SchuKat probe 110 reaches an exhaust gas flow (12) with a lambda value of 1.
  • the HinterKat probe 110 is heated up to preferably 750 ° C 118 in order to regenerate the HinterKat probe 110 or to free it of any low temperature occupancy.
  • the rear cat probe 110 may even perform an equilibrium Nernst function to initiate the end of catalyst regeneration phase 118.
  • the full storage capacity of the catalyst 104 is available, so that there is sufficient time to cool the rear cat probe 110 again to 550 ° C. for the next measuring cycle 120.
  • the lower flow diagram 114 shows a second exemplary embodiment of the operation according to the invention of the measuring arrangement 100 shown in the upper part of FIG. 2.
  • the function of the catalytic converter 104 is checked 124 only in longer time intervals 122, for example several days or even weeks This check 124 is carried out in particular only when a defined driving / operating state of the engine 102 or of the vehicle occurs.
  • the rear cat probe 110 which is in turn arranged behind the catalytic converter 104, is at a measurement temperature 126 of again preferably 550 ° C. and only at a regeneration temperature 128 during a measurement readiness phase 122, for example during 90% of the total time again preferably 700 ° C. Under certain circumstances, the rear cat probe 110 reaches the point in time when the above-mentioned occurs predefined operating state, the measuring temperature 126. Otherwise, the "test frequency" of the catalyst 104 drops to 90% or must be provided 10% more frequently from the outset.

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Abstract

Ein Abgassensor (10) eines Kraftfahrzeuges zur Erfassung von Gasbestandteilen des Motorabgases (12) weist in einer ersten Variante eine Messelektrode (14) mit einer gasstromseitig angeordneten Schutzschicht (16) auf, in die ein Getterstoff zur Verhinderung des Eindringens von Belegungsstoffen in die Messelektrode (14) eingebracht ist. In einer zweiten Variante weist die Messelektrode (14) wenigstens einen Getterstoff zur Verhinderung des Eindringens von Belegungsstoffen in die Messelektrode (14) auf. Gemäß einer dritten Variante ist vorgesehen, dass die Messelektrode (14) aus einem Material mit einer Getterwirkung gegenüber möglichen Belegungsstoffen gebildet ist. Zur Regenerierung wird der Abgassensor (10) in einer wahrend eines Magerbetriebs des Fahrzeugmotors erfolgenden Messphase (116,122) auf einer ersten Temperatur (126) aufgeheizt und in einem bestimmten Betriebszustand des Fahrzeugmotors (102) in einer wahrend eines Fettbetriebs erfolgenden Regenerierungsphase (118) auf einer gegenüber der ersten Temperatur (126) höheren zweiten Temperatur (128) ausgeheizt.

Description

Regenerierbarer Abgassensor sowie Verfahren zur Regenerierung eines solchen Abgassensors von Belegungsstoffen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen regenerierbaren Gassensor, insbesondere einen Abgassensors einer einen Abgaskatalysator aufweisenden Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, sowie ein Verfahren zur Regenerierung eines solchen Gassensors von Belegungsstoffen, gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche.
Gassensoren der vorgenannten Art sind vielfach bekannt und werden bspw. in der Kraftfahrzeugtechnik bei katalysatorbetriebenen Fahrzeugen im Abgasstrang der jeweiligen Fahrzeugmotoren eingesetzt. Typische Gassensoren sind Kohlenwasserstoff- (HC-) oder Kohlenmonoxid- (CO-)Abgassensoren, zur Überwachung des Katalysatorzustandes dienende Ungleichgewichtsensoren oder Stickoxid- (NO-)Sensoren, die zur Anzeige des Beladungszustandes eines NOx-Speicherkatalysators bei einer Benzin-Direkteinspritzung (BDE) dienen. Auch zu erwähnen sind NH3-Sensoren, die bei der sogenannten „Selective Catalytic Reduction" (SCR) zur kontinuierlichen NOx-Reduktion die Zugabe des NH3 regeln. Ein BDE-Speicherkatalysator dient insbesondere dazu, die Stickoxide bei magerem Betrieb des Fahrzeugmotors zu speichern, bspw. durch Oberflächenbelegung des Katalysators in Form von Nitraten. Nach erfolgter Beladung werden die an der Oberfläche gespeicherten Nitrate in einer Phase fetten Betriebs des Motors, der sogenannten „Regenerierungsphase", in N2 reduziert. Der Reduktionsvorgang kann nur in einem begrenzten Temperaturintervall im Bereich von 750° C erfolgen.
Ein Nachteil der beschriebenen BDE-Speicherkatalysatoren liegt darin, dass im zu reinigenden Abgas enthaltene Stoffe ein ähnliches Verhalten wie die genannten Nitrate zeigen, nämlich ebenfalls zur Belegung der Katalyatoroberfläche neigen. So stellen bspw. der im Abgas enthaltene Schwefel und daraus resultierende Sulfatbelegungen ein erhebliches Problem bei Abgaskatalysatoren dar. In ähnlicher Weise sind diese Stoffe auch für die hier betroffenen Gassensoren problematisch.
Des Weiteren geht aus der DE 198 37 074 AI ein Verfahren zur Regenerierung bzw. Entschwefelung einer NOx-Falle mittels Aufheizens der Falle hervor. Während eines Heizvorganges soll dabei insbesondere eine kontinuierliche Überwachung des Luft- /Kraftstoffverhältnisses ermöglicht werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten regenerierbaren Gassensor sowie ein Verfahren zu seiner Regenerierung von Belegungsstoffen anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik vermeiden und eine technisch möglichst einfache sowie kostengünstige Lösung zur vorbeschriebenen Regenerierungsproblematik bereitstellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gassensors sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die vorerwähnte Belegung bzw. Blockierung der Sensoren mit den genannten Belegungsstoffen durch ein geeignetes Regenerierungsverfahren aufzuheben. Gemäß einer ersten Variante erfolgt die Regenerierung des Gassensors durch Ausheizen desselben in einer bestimmten Arbeitsphase bzw. einem Be- triebszustand der Brennkraftmaschine (BKM), bevorzugt in einer Fettbetriebsphase. Eine zweite erfindungsgemäße Variante sieht vor, an der Sensorelektrode messgasseitig eine Schutzschicht anzuordnen, in die bevorzugt geeignete Getterstoffe eingebracht sind. Mittels dieser Getterstoffe kann entweder die Belegung mit den Belegungsstoffen verhindert oder der Abbau bzw. die Desorption dieser Stoffe beschleunigt werden. Auch bei der zweiten Variante können die genannten Betriebszustände der BKM unterstützend mitwirken. In einer dritten Variante werden in die Sensorelektrode selbst geeignete Getterstoffe eingelagert. Die genannten Varianten können sowohl alternativ als auch in unterschiedlichen Kombinationen eingesetzt werden.
Die Getterstoffe dienen bspw. in einer der Elektrode vorgelagerten Schutzschicht dazu, Belegungsstoffe wie insbesondere Sulfate an einem Eindringen in das Elektrodenmaterial zu hindern, jedoch die zu messenden Stoffkomponenten wie HC, CO, NOx oder NH3 nach Möglichkeit nicht zurückzuhalten. Die Anforderungen an diese Getter sind demnach völlig konträr zu denjenigen an die jeweiligen Katalysatoπnaterialien. In einer Ausfüh- rungsform werden als Getterstoffe Cer und Barium oder entsprechende Verbindungen dieser Elemente mit anderen Stoffen verwendet. Bei Drei-Wege-Katalysatoren ist bekannt, diese Elemente zur Vermeidung einer Geruchsbelästigung durch H2S-Bildung einzusetzen. Somit besitzen diese Elemente eine starke Getterwirkung für Sulfate.
Die genaue Funktionsweise von getternden Materialien (Getterstoffen) ist an sich bekannt und besteht darin, dass die im zu messenden Gas enthaltenen Belegungsstoffe mit den Getterstoffen eine geeignete chemische Verbindung eingehen, bspw. zu entsprechenden Salzen umgesetzt werden, wie im Beispiel Schwefel zu Sulfat. Bei der temperaturinduzierten Regenerierung werden dann diese Verbindungen wieder gecrackt und in den Get- terstoff und den jeweiligen Belegungsstoff zurückverwandelt. So werden grundsätzlich an der Oberfläche von Gettermaterialien angeordnete Getterzentren oder die Getterwirkung im Gettermaterialvolumen unterschieden. Als getternde Materialien kommen, neben den genannten Elementen Cer und Barium, bekanntermaßen auch Elemente wie Titan oder Chrom oder deren Verbindungen mit anderen Stoffen in Betracht.
Gemäß einer vierten erfindungsgemäßen Variante wird, anstelle der Verwendung der genannten Getterstoffe, die Elektrode selbst gänzlich aus einem Material mit entspre- chender Getterwirkung gebildet, bspw. aus bariumhaltigem keramischem Material, welches elektrisch leitend oder, wie im Falle von dotiertem BaTiO3, elektrisch halbleitend ist.
Es ist ferner anzumerken, dass die Katalysatormaterialien bekanntermaßen dazu dienen, Abgasstoffe wie NOx oder Nitrate zu adsorbieren und damit vorübergehend an sich zu binden. Daher widerspräche es ihrem Zweck, die adsorbierten Stoffe bei erhöhter Temperatur aus dem Katalysator zu entfernen, um damit die Katalysatoroberfläche zu regenerieren. Denn eine solche Vorgehensweise würde diese Schadstoffe wieder in die Umwelt befördern. Nun liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass - im Gegensatz dazu - die an der Sensoroberfläche relativ geringen Mengen an adsorbierten Schadstoffen durchaus im Betrieb bei erhöhter Temperatur desorbiert werden können, ohne die Umwelt zu sehr zu belasten, obgleich diese Stoffe die Sensoren in ihrer Funktion erheblich beeinträchtigen würden. Zudem hat sich herausgestellt, dass bspw. bei relativ geringer Temperatur angelagerte Sulfate zwar die Sensoroberfläche blockieren, jedoch nicht dauerhaft schädigen und damit ohne Weiteres desorbierbar sind.
Bei einer bevorzugten Betriebsweise zur Regenerierung eines erfindungsgemäßen Gassensors wird zunächst eine kritische Belegung des Sensors erkannt, bspw. aufgrund einer eintretenden Änderung eines Normmesssignals bei der HC-Messung. Im Falle einer Schwefelbelegung wird nach Erkennen einer kritischen Belegung eine Entschwefelungsprozedur eingeleitet, bei welcher der Sensor, ggf. zusammen mit einem vorgelagerten Katalysator, bevorzugt durch im Fettbetrieb einer Brennkraftmaschine erzeugtes Fettgas und bei erhöhter Temperatur bevorzugt > 700 °C regeneriert wird. Alternativ kann der Sensor, auch ohne die genannte Erkennung eines kritischen Belegungszustandes, zeitweilig oder regelmäßig bei der genannten Temperatur betrieben und die an der Sensoroberfläche befindlichen Belegungsstoffe desorbiert werden. Diese Regenerierungsphase kann in einer Betriebsphase des Sensors erfolgen, in der dieser vorübergehend nicht einsatzbereit zu sein hat. Alternativ können ebenso für den eigentlichen Sensorbetrieb unkritische Betriebsphasen zur Regenerierung genutzt werden. Obwohl die Sensoroberfläche sich im nachfolgenden Messbetrieb wieder mit den störenden Belegungsstoffen zusetzen kann, können sich diese gar nicht erst wieder anreichern, da sie vielmehr regelmäßig abgebaut werden. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei Mischpotenzialsensoren einsetzbar, da diese prinzipiell in Temperaturbereichen arbeiten, in denen die genannten Oberflächenbelegungen vermehrt auftreten.
Die Erfindung wird nachfolgend, unter Heranziehung der beigefügten Zeichnungen, anhand von Ausführungsbeispielen eingehender erläutert. Hierbei zeigen
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Abgassensors und
Fig. 2 zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb des in Fig. 1 gezeigten Gassensors.
Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gassensors 10, und zwar vorliegend einen Mischpotenzialsensor, dessen Aufbau im Wesentlichen einer üblichen, planaren Lambdasonde entspricht. Anhand dieser Darstellung soll auch die erfin- dungsgemäße Betriebsweise dieses Sensors erläutert werden. Anstelle einer Nernst- Gleichgewichtselektrode weist dieser Gassensor 10 eine zum durch den Pfeil 12 angedeuteten Abgasstrom hin angeordnete Mischpotenzialelektrode 14 mit erhöhter Sensiti- vität für CO, HC, NO oder NH3 auf. Erfindungsgemäß ist diese Mischpotenzialelektrode 14 zum Abgasstrom 12 hin mit einer porösen Schutzschicht 16 überdeckt. Diese Schutzschicht 16 besteht aus einer Cer oder Barium enthaltenden Verbindung und weist für Be- legungsstoffe wie bspw. Sulfate eine erhöhte Getterwirkung auf, d.h. diese Belegungsstoffe werden an einem Eindringen in das Material der Mischpotenzialelektrode 14 gehindert, jedoch die zu messenden Stoffkomponenten wie HC, CO, NOx oder NH3 durchgelassen.
Der Abgassensor 10 weist ferner eine in einem Referenzluftkanal 18 angeordnete Referenzelektrode 20 auf, wobei das eigentliche Messsignal in an sich bekannter Weise durch die zwischen der Mischpotenzialelektrode 14 und der Referenzelektrode 20 auftretende elektrische Spannung U Sensor 22 gebildet wird. Der gezeigte Abgassensor 10 weist erfindungsgemäß ferner ein Heizelement 24 auf. Das Heizelement 24 wird in geeigneten, nachfolgend noch im Detail beschriebenen Betriebsphasen einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine (BKM) so mit einer elektrischen Heizspannung 26 versorgt, dass sich während einer Messphase (Fig. 2) eine Sensortemperatur von vorzugsweise 550° C und in einer Regenerierungsphase eine Sensortemperatur von vorzugsweise 750° C einstellen. Die Einstellung dieser Temperaturen kann bekanntermaßen durch eine überlagerte Impedanzmessung eines bei dem Mischpotenzialsensor in an sich bekannter Weise vorgesehenen Festelektrolyt-Ionenleiters oder durch eine kennfeld- gesteuerte, von der den Mischpotenzialsensor 10 durchsetzenden Abgas-Luftmasse sowie von der Drehzahl der zugrundeliegenden BKM abhängige Heizleistungsvorgabe vorgenommen werden.
In der Fig. 2 ist im oberen Teil eine bei der vorliegenden Erfindung typischerweise zugrundeliegende Messanordnung 100 schematisch dargestellt. Diese Anordnung 100 besteht aus einem lambdageregelten Motor (BKM) 102 und einem Abgaskatalysator 104. Zwischen dem Motor 102 und dem Katalysator 104 ist eine Lamdasonde 106 angeordnet. Zusätzlich ist in der gezeigten Pfeilrichtung 108 hinter dem Katalysator 104 eine sogenannte „HinterKat-Sonde" 110 angeordnet. Unterhalb der Darstellung der Messanordnung 100 sind zwei schematische Ablaufdiagramme 112, 114 gezeigt, welche die Temperatur der HinterKat-Sonde 110 in Abhängigkeit von der Zeit darstellen.
Das obere Ablaufdiagramm 112 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel, und zwar die Betriebsweise des erfindungsgemäßen Abgassensors - hier die HinterKat-Sonde - bei Einsatz in einem im Magerbetrieb betriebenen Benzin-Direkteinspritzungs- (BDE- )Speicherkatalysator-system. In einer Messphase 116, während der der Motor 102 mager betrieben wird, befindet sich die hinter dem Katalysator 104 angeordnete HinterKat- Sonde 110 bevorzugt auf 550° C. Die HinterKat-Sonde 110 wird demnach im Messbetrieb 116 als Mischpotenzialsensor betrieben. Im Anschluss daran wird der Motor 102 fett betrieben 118, um den Katalysator 104 zu regenerieren. Dabei erreicht die HinterKat- Sonde 110 ein Abgasstrom (12) mit einem Lambdawert von 1. Jetzt wird die HinterKat- Sonde 110 auf bevorzugt 750° C hochgeheizt 118, um auch die HinterKat-Sonde 110 zu regenerieren bzw. von eventuellen Niedertemperaturbelegungen zu befreien. In diesem Zustand kann die HinterKat-Sonde 110 ggf. sogar eine Gleichgewichts-Nernstfunktion übernehmen, um das Ende der Katalysator-Regenerierungsphase 118 einzuleiten. Nach Ende der fetten Motorbetriebsphase 118 steht die volle Speicherkapazität des Katalysators 104 zur Verfügung, so dass genügend Zeit bleibt, um die HinterKat-Sonde 110 wieder auf 550° C für den nächsten Messzyklus 120 abzukühlen.
Das untere Ablaufdiagramm 114 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel zum erfindungsgemäßen Betrieb der im oberen Teil der Fig. 2 gezeigten Messanordnung 100. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Katalysator 104 nur in längeren Zeitintervallen 122, bspw. mehrere Tage oder sogar Wochen, auf seine Funktion hin überprüft 124. Diese Überprüfung 124 wird insbesondere nur bei Auftreten eines definierten Fahr-/Betriebszustandes des Motors 102 bzw. des Fahrzeuges durchgeführt. Die wiederum hinter dem Katalysator 104 angeordnete HinterKat-Sonde 110 befindet sich während einer Messbereitschaftspha- se 122, bspw. während 90 % der gesamten Zeit, auf einer Messtemperatur 126 von wiederum bevorzugt 550° C und nur während 10 % dieser Zeit auf einer Regenerationstemperatur 128 von wiederum bevorzugt 700° C. Unter Umständen erreicht die HinterKat- Sonde 110 rechtzeitig bei Eintreten des o.g. vordefinierten Betriebszustandes die Messtemperatur 126. Andernfalls sinkt die "Prüfhäufigkeit" des Katalysators 104 auf 90 % bzw. muss von vornherein um 10 % häufiger vorgesehen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Gassensor (10) zur Erfassung von Gasbestandteilen eines Gasstromes (12) mittels einer elektrischen Messelektrode (14), insbesondere Abgassensor zur Erfassung von Abgasbestandteilen bei einer einen Abgaskatalysator aufweisenden Brennkraftmaschine (102) eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektrode (14) gasstromseitig (12) eine Schutzschicht (16) aufweist, in die wenigstens ein Getterstoff zur Verhinderung des Eindringens von Belegungsstoffen in die Messelektrode (14) eingebracht ist.
2. Gassensor (10) zur Erfassung von Gasbestandteilen eines Gasstromes (12) mittels einer elektrischen Messelektrode (14), insbesondere Abgassensor zur Erfassung von Abgasbestandteilen bei einer einen Abgaskatalysator aufweisenden Brennkraftmaschine (102) eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass in die Messelektrode (14) wenigstens ein Getterstoff zur Verhinderung des Eindringens von Belegungsstoffen in die Messelektrode (14) eingelagert ist.
3. Gassensor (10) zur Erfassung von Gasbestandteilen eines Gasstromes (12) mittels einer elektrischen Messelektrode (14), insbesondere Abgassensor zur Erfassung von Abgasbestandteilen bei einer einen Abgaskatalysator aufweisenden Brennkraftmaschine (102) eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektrode (14) aus einem Material mit einer Getterwirkung gegenüber möglichen Belegungsstoffen gebildet ist.
4. Gassensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektrode aus bariumhaltigem, elektrisch leitendem, keramischem Material gebildet ist.
5. Gassensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektrode aus elektrisch halbleitend dotiertem BaTi03 gebildet ist.
6. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektrode und/oder die Schutzschicht eine Verbindung aus den E- lementen Cer und Barium aufweist.
7. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektrode und/oder die Schutzschicht porös ausgebildet ist/sind.
8. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein elektrisches Heizelement (24) zur kontrollierbaren Beheizung der Messelektrode.
9. Verfahren zur Regenerierung eines Gassensors (10, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche von Belegungsstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (10, 110) in einer Messphase (116, 122) auf einer ersten Temperatur (126) und in einem bestimmten Betriebszustand der Brennkraftmaschine (102) und/oder des Kraftfahrzeuges in einer Regenerierungsphase (118) auf einer gegenüber der ersten Temperatur (126) höheren zweiten Temperatur (128) betrieben wird, wobei die Messphase (116, 122) während eines Magerbetriebs der Brennkraftmaschine (102) und die Regenerierungsphase (118) während eines Fettbetriebs der Brennkraftmaschine (102) erfolgen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang vom Magerbetrieb der Brennkraftmaschine in den Fettbetrieb sensiert und bei Feststellen eines solchen Übergangs vom Messbetrieb in den Regenerierungsbetrieb übergegangen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Belegung des Gassensors mit den Belegungsstoffen sensiert und bei Überschreiten einer kritischen Belegung vom Messbetrieb in den Regenerierungsbetrieb übergegangen wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Messphase vorliegende erste Temperatur im Bereich von 500 - 600° Celsi- us, bevorzugt 550° Celsius, und die in der Regenerierungsphase vorliegende zweite Temperatur im Bereich von 600 - 800° Celsius, bevorzugt 700° Celsius, betragen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006106047A1 (de) * 2005-04-05 2006-10-12 Robert Bosch Gmbh Keramisches widerstands- oder sensorelement

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006062058A1 (de) * 2006-12-29 2008-07-03 Robert Bosch Gmbh Sensorelement zur Bestimmung der Konzentration einer oxidierbaren Gaskomponente in einem Messgas
DE102009026418B4 (de) 2009-05-22 2023-07-13 Robert Bosch Gmbh Konditionierung eines Sensorelements in einem Brennerprüferstand bei mindestens 1000°C und Konditionierungsstrom
DE102014222748A1 (de) * 2014-11-07 2016-05-12 Continental Automotive Gmbh Verfahren, Vorrichtung, System, Computerprogramm und Computerprogrammprodukt zum Betreibeneines Sensorelements zum Erfassen einer Gaskonzentration

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19837074A1 (de) 1997-09-02 1999-03-04 Ford Global Tech Inc Rückkopplungsregelung zur Entschwefelung einer NOx-Falle

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4021326A (en) * 1972-06-02 1977-05-03 Robert Bosch G.M.B.H. Electro-chemical sensor
DE68912793T2 (de) * 1988-03-03 1994-06-23 Ngk Insulators Ltd Sauerstoffsensor und Verfahren zu seiner Herstellung.
DE68927087T2 (de) * 1988-11-01 1997-02-06 Ngk Spark Plug Co Sauerstoffempfindlicher Sensor und Verfahren zu dessen Herstellung
JPH02126149A (ja) * 1988-11-04 1990-05-15 Fujikura Ltd 耐腐食性ガス濃度センサ
JPH02212756A (ja) * 1989-02-14 1990-08-23 Ngk Spark Plug Co Ltd 空燃比制御用酸素センサ及びその製法
DE4131503A1 (de) * 1991-09-21 1993-04-01 Bosch Gmbh Robert Abgassensor und verfahren zu dessen herstellung

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19837074A1 (de) 1997-09-02 1999-03-04 Ford Global Tech Inc Rückkopplungsregelung zur Entschwefelung einer NOx-Falle

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006106047A1 (de) * 2005-04-05 2006-10-12 Robert Bosch Gmbh Keramisches widerstands- oder sensorelement

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