WO2007054421A1 - Gassensor - Google Patents

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pumping
sensor according
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Lothar Diehl
Thomas Seiler
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Robert Bosch Gmbh
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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
    • 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
    • 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
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4071—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
    • G01N27/4072—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure characterized by the diffusion barrier
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • 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

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.
  • 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.
  • an inner pumping electrode 140 is arranged in the measuring space.
  • An outer pumping electrode 150 is exposed on the outside of the solid electrolyte 110 and under a porous protective layer 155 to the exhaust gas of an internal combustion engine (not shown).
  • a pumping voltage U pUm p is applied, so that a pumping current l pUm p flows.
  • a heater 160 embedded in an insulating layer 162 is further arranged. By this heater 160, the sensor element on heats 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.
  • U pUm p With a lean exhaust gas, ie with an excess of exhaust gas, the fixed pumping voltage generates a positive pumping current I pUm p, 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.
  • the applied pumping voltage Up to 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 pumping electrode 150, water is generated from the reaction of the hydrogen with the oxygen ions.
  • the pumping current l pUm p is therefore limited by the hydrogen content in the case of rich exhaust gas. Since this pumping current Ipu m p in the rich exhaust gas has the same direction as the pumping current I pUm p with lean exhaust gas, it is no longer possible to deduce the exhaust gas composition from the pumping current I pum p.
  • Object of the present invention is to develop a generic gas sensor such that both in the presence of a lean exhaust gas and in the presence of a rich exhaust gas can be clearly concluded on the exhaust gas composition.
  • the basic idea of the invention is to enable a defined gas diffusion towards the outer exhaust gas electrode by arranging the outer pumping electrode in its own measuring volume and providing a second diffusion barrier with a diffusion coefficient which differs from that of the first diffusion barrier, thus unambiguously defining the pumping current depending on the exhaust gas composition and thus in turn Ström to close the exhaust gas composition.
  • the electronic circuit that generates the pumping voltage and the pumping current must be designed so that a reversal of the pumping voltage is possible. By reversing the polarity of the pump voltage, the diffusion direction of the oxygen or of the hydrogen in the exhaust gas can be reversed, from which conclusions about the exhaust gas composition are possible in the manner described in more detail below.
  • a particularly advantageous embodiment provides an electronic circuit in which a rectangular alternating pumping voltage is generated.
  • the electronic circuit Preferably, the electronic circuit generates a rectangular alternating pumping voltage, preferably in the frequency range between 2 and 500 Hz, in particular between 20 and 50 Hz.
  • a rectangular polarity reversal of the pumping voltage a corresponding inversion of the pumping direction, which provides qualitative information, whether fat or lean gas is present .
  • the amount of current in one of the two pumping directions allows a quantitative concentration determination.
  • the diffusion coefficient of the second diffusion barrier differs from that of the first diffusion barrier.
  • An embodiment provides that the diffusion coefficient of the second diffusion barrier is smaller than the diffusion coefficient of the first diffusion barrier. In this case, a smaller current is produced with a lean exhaust gas than with a richer exhaust gas. The current is in a sense proportional to whether there is a lean or rich exhaust.
  • the second diffusion barrier can be made more open-pored than the first diffusion barrier.
  • Another embodiment provides that the second diffusion barrier in the flow direction of the exhaust gas has a shorter length than the first diffusion barrier.
  • 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.
  • a gas sensor known from the prior art has a sensor element 100, which is formed by a solid electrolyte 110.
  • a measuring chamber 130 is formed, in which an inner pumping electrode 140 is arranged.
  • the exhaust gas of an internal combustion engine flows through a gas inlet hole 115 via a diffusion barrier 120 in the measuring volume 130.
  • an outer pumping electrode 150 is arranged, which is covered by an open-pored protective layer 155.
  • a constant pumping voltage U pUm p is generated between the outer pumping electrode 150 and the inner pumping electrode 140 arranged in the measuring volume 130.
  • the invention provides that the outer pumping electrode 150 is arranged in a further own measuring volume 230 into which exhaust gas flows through the gas inlet hole 115 via a second diffusion barrier 220.
  • the second diffusion barrier 220 has a different diffusion coefficient than the first diffusion barrier 120. It is, for example, thinner and more open-pored than the first diffusion barrier 120.
  • the idea of this arrangement is the following.
  • the current l pUm p is limited by the diffusion of oxygen to the inner pumping electrode 140 (cathode).
  • the pumping current I pUm p is limited by the diffusion of the hydrogen to the outer pumping electrode 150 (anode).
  • the pumping current l pUm p becomes larger, since now the hydrogen diffusion limitation passes from the outer pumping electrode 150 (anode) to the inner pumping electrode 140 (cathode), which is easier to reach for inflowing gas.
  • a higher H 2 concentration is available at the electrode at which the rate-determining reaction step, namely the H 2 oxidation to H 2 O takes place, than before the polarity reversal and as a result the current increases.
  • the electronic circuit 190 performs such a current comparison in the case of a rectangular, high-frequency reversal of the polarity of the pump current U pUm inversion of the pumping direction. By this comparison, qualitative information can be obtained as to whether fat or lean gas is present. Due to the magnitude of the current I pUm p in one of the two pumping directions, a quantitative concentration determination can be made.
  • This inversion pulse then provides information as to whether one is in the rich or lean load of the characteristic until the next zero crossing of the current.
  • the inner pumping electrode 140 ie the cathode
  • the potential of the anode ie the outer pumping electrode 150
  • U pUm p the amount of the pumping voltage U pUm p.
  • the frequency at which the pumping direction is reversed must be higher than the heater timing in order to avoid interference.
  • the advantage of this embodiment is that a connecting cable is eliminated.

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Abstract

Ein Gassensor, insbesondere Lambda-Sonde, für die Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Abgas einer mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch betriebenen Brennkraftmaschine umfassend eine Pumpzelle mit einer dem Abgas ausgesetzten Außenelektrode (150), mit einer in einem vom Abgas durch eine erste Diffusionsbarriere (120) getrennten Messraum (130) angeordneten Innenelektrode (140) und mit einer elektronischen Schaltung (190) zur Erzeugung einer zwischen Außenelektrode (150) und Innenelektrode (140) anliegenden Spannung (Upump) und zur Messung und Auswertung eines sich dabei einstellenden Pumpstroms (Ipump), um daraus auf die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu schließen, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Außenelektrode (150) in einem eigenen Messvolumen (230) angeordnet ist, das durch eine weitere, zweite Diffusionsbarriere (220) getrennt ist, deren Diffusionskoeffizient sich von dem der ersten Diffusionsbarriere (120) unterscheidet, und dass die Schaltung (190) zur vorzugsweise wiederholten Umpolung der Spannung (Upump) ausgebildet ist.

Description

Gassensor
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Gassensor nach der Gattung des Anspruchs 1.
Stand der Technik
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.
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. In dem Messraum ist eine innere Pumpelektrode 140 angeordnet. Eine äußere Pumpelektrode 150 ist an der Außenseite des Festelektrolyten 110 und unter einer porösen Schutzschicht 155 angeordnet dem Abgas einer (nicht dargestellten) Brennkraftmaschine ausgesetzt.
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.
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 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. Der Pumpstrom lpUmp wird also bei fettem Abgas durch den Wasserstoffgehalt begrenzt. Da dieser Pumpstrom Ipump 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.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Gassensor derart weiterzubilden, dass sowohl bei Vorliegen eines mageren Abgases als auch bei Vorliegen eines fetten Abgases eindeutig auf die Abgaszusammensetzung geschlossen werden kann.
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch einen Gassensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Grundidee der Erfindung ist es, durch Anordnung der äußeren Pumpelektrode in einem eigenen Messvolumen und Vorsehen einer zweiten Diffusionsbarriere mit einem Diffusionskoeffizienten, der sich von demjenigen der ersten Diffusionsbarriere unterscheidet, eine definierte Gasdiffusion hin zur äußeren Abgaselektrode zu ermöglichen, um so den Pumpstrom in eindeutiger Weise abhängig von der Abgaszusammensetzung festzulegen und so wiederum aus dem Pump- ström auf die Abgaszusammensetzung zu schließen. Hierbei muss die elektronische Schaltung, die die Pumpspannung und den Pumpstrom erzeugt, so ausgebildet sein, dass eine Umpolung der Pumpspannung möglich ist. Durch Umpolung der Pumpspannung kann die Diffusionsrichtung des Sauerstoffs bzw. des Wasserstoffs im Abgas umgekehrt werden, woraus Schlüsse auf die Abgaszusammensetzung auf nachfolgend noch näher beschriebene Weise möglich sind.
Rein prinzipiell genügt die einmalige Umpolung der Pumpspannung, um Rückschlüsse auf die Abgaszusammensetzung zu ziehen. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht eine elektronische Schaltung vor, bei der eine rechteck- förmige Wechsel-Pumpspannung erzeugt wird. Bevorzugt erzeugt die elektronische Schaltung eine rechteckförmige Wechsel-Pumpspannung, vorzugsweise im Frequenzbereich zwischen 2 und 500 Hz, insbesondere zwischen 20 und 50 Hz. Durch rechteckförmiges Umpolen der Pumpspannung erfolgt eine entsprechende Inversion der Pumprichtung, welche qualitative Informationen liefert, ob Fett- oder Magergas vorliegt. Der Betrag des Stroms bei einer der beiden Pumprichtungen ermöglicht eine quantitative Konzentrationsbestimmung.
Rein prinzipiell genügt es, wenn sich der Diffusionskoeffizient der zweiten Diffusionsbarriere von demjenigen der ersten Diffusionsbarriere unterscheidet. Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Diffusionskoeffizient der zweiten Diffusionsbarriere kleiner ist als der Diffusionskoeffizient der ersten Diffusionsbarriere. In diesem Falle wird bei einem mageren Abgas ein kleinerer Strom erzeugt als bei einem fetteren Abgas. Der Strom ist gewissermaßen proportional dazu, ob ein mageres oder fettes Abgas vorliegt.
Die zweite Diffusionsbarriere kann hierzu offenporiger ausgebildet sein als die erste Diffusionsbarriere.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die zweite Diffusionsbarriere in Strömungsrichtung des Abgases eine geringere Länge aufweist als die erste Diffusionsbarriere. Zeichnung
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen der Erfindung.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen aus dem Stand der Technik bekannten Gassensor;
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gassensors und
Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gassensors.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein aus dem Stand der Technik bekannter Gassensor weist ein Sensorelement 100 auf, das durch einen Festelektrolyten 110 gebildet wird. In dem Festelektrolyten 110 ist eine Messkammer 130 ausgebildet, in der eine innere Pumpelektrode 140 angeordnet ist. Das Abgas eines (nicht dargestellten) Verbrennungsmotors strömt durch ein Gaszutrittsloch 115 über eine Diffusionsbarriere 120 in das Messvolumen 130. Auf der Außenseite des Sensorelements 100 ist dem Abgas ausgesetzt eine äußere Pumpelektrode 150 angeordnet, die durch eine offenporige Schutzschicht 155 überdeckt ist. 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, d.h. in das Abgas gepumpt werden. Bei einer fetten Abgaszusammensetzung, d.h. bei einem Kraft- stoffüberschuss 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.
Um nunmehr auch bei einer fetten Abgaszusammensetzung auf die Abgaszusammensetzung schließen zu können, sieht die Erfindung vor, dass die äußere Pumpelektrode 150 in einem weiteren eigenen Messvolumen 230 angeordnet ist, in welches durch das Gaszutrittsloch 115 über eine zweite Diffusionsbarriere 220 Abgas einströmt. Die zweite Diffusionsbarriere 220 weist dabei einen anderen Diffusionskoeffizienten auf als die erste Diffusionsbarriere 120. Sie ist zum Beispiel dünner und offenporiger ausgebildet als die erste Diffusionsbarriere 120.
Die Idee dieser Anordnung ist Folgende. Im Mageren wird der Strom lpUmp durch die Diffusion von Sauerstoff zur inneren Pumpelektrode 140 (Kathode) limitiert. Bei einer fetten Abgaszusammensetzung ist der Pumpstrom lpUmp durch die Diffusion des Wasserstoffs zur äußeren Pumpelektrode 150 (Anode) limitiert. Wenn nun die Gasversorgung zur äußeren Pumpelektrode 150 über eine dünnere oder offenporigere Diffusionsbarriere 220 erfolgt als die Gasversorgung zur inneren Pumpelektrode 150, die über eine dickere oder weniger offenporige Diffusionsbarriere 120 erfolgt, dann hat eine Umkehrung der Pumprichtung zur Folge, dass bei einer mageren Gemischzusammensetzung der Strom lpump kleiner wird, da nunmehr die Sauerstoff-Diffusionslimitierung von der inneren Pumpelektrode 140 zur äußeren Pumpelektrode 150 übergeht, die für nachströmendes Gas schwerer zu erreichen ist. Somit steht an der Elektrode, an der der geschwindigkeitsbestimmende Reaktionsschritt, nämlich die O2-Reduktion, stattfindet, eine geringere O2- Konzentration zur Verfügung als vor dem Umpolen und infolge dessen sinkt der Strom. Bei einer fetten Abgaszusammensetzung wird der Pumpstrom lpUmp größer, da nun die Wasserstoff-Diffusionslimitierung von der äußeren Pumpelektrode 150 (Anode) zur inneren Pumpelektrode 140 (Kathode) übergeht, die für nachströmendes Gas leichter zu erreichen ist. Hierdurch steht an der Elektrode, an der der geschwindigkeitsbestimmende Reaktionsschritt, nämlich die H2-Oxidation zu H2O, stattfindet, eine höhere H2- Konzentration zur Verfügung als vor dem Umpolen und infolge dessen steigt der Strom.
Durch eine Umpolung kann aus der Beobachtung, ob der Pumpstrom lpUmp steigt oder fällt, qualitativ auf die Abgaszusammensetzung geschlossen werden.
Die elektronische Schaltung 190 führt einen solchen Stromvergleich bei einer rechteckförmigen, hochfrequenten Umpolung des Pumpstroms UpUmp. d.h. Inversion der Pumprichtung durch. Durch diesen Vergleich können qualitative Informationen gewonnen werden, ob Fett- oder Magergas vorliegt. Aufgrund des Betrags des Stroms lpUmp bei einer der beiden Pumprichtungen kann eine quantitative Konzentrationsbestimmung vorgenommen werden.
Ein Ausführungsbeispiel macht sich zunutze, dass es prinzipiell genügt, konstant eine positive Pumpspannung einzustellen und nur dann, wenn lpump = 0 erreicht wurde, einen kurzen Invertierungsimpuls zu erzeugen, das heißt kurzzeitig eine negative Pumpspannung Upump zwischen innerer Pumpelektrode 140 und äußerer Pumpelektrode 150 einzustellen. Dieser Invertierungsimpuls liefert dann bis zum nächsten Nulldurchgang des Stroms die Information, ob man sich im Fettoder im Magerast der Kennlinie befindet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, dargestellt in Fig. 3, sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen wie bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform bezeichnet, sodass für deren Beschreibung auf das Obenstehende vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Im Gegensatz zu dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel die innere Pumpelektrode 140, d.h. die Kathode mit dem Masseanschluss der Heizung 160 verbunden. In diesem Falle ist das Potenzial der Anode, d.h. der äußeren Pumpelektrode 150 abwechselnd um den Betrag der Pumpspannung UpUmp höher oder niedriger als die Heizermasse. Die Frequenz, mit der die Pumprichtung umgekehrt wird, muss in diesem Falle höher sein als die Heizertaktung, um Interferenzen zu vermeiden. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass ein Anschlusskabel entfällt.

Claims

R. 311974Patentansprüche
1. Gassensor, insbesondere Lambda-Sonde, für die Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Abgas einer mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch betriebenen Brennkraftmaschine umfassend eine Pumpzelle mit einer dem Abgas ausgesetzten Außenelektrode (150), mit einer in einem vom Abgas durch eine erste Diffusionsbarriere (120) getrennten Messraum (130) angeordneten Innenelektrode (140) und mit einer elektronischen Schaltung (190) zur Erzeugung einer zwischen Außenelektrode (150) und Innenelektrode (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 die Außenelektrode (150) in einem eigenen Messvolumen (230) angeordnet ist, das durch eine weitere, zweite Diffusionsbarriere (220) getrennt ist, deren Diffusionskoeffizient sich von dem der ersten Diffusionsbarriere (120) unterscheidet, und dass die Schaltung (190) zur vorzugsweise wiederholten Umpolung der Spannung (UpUmp) ausgebildet ist.
2. Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung (190) eine rechteckförmige Wechsel-Pumpspannung erzeugt.
3. Gassensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Wechsel-Pumpspannung zwischen 2 und 500 Hz, insbesondere zwischen 20 und 50 Hz beträgt.
4. Gassensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung (190) nach jedem Nulldurchgang des Pumpstroms (lpUmp) einen Invertierungspuls in der Pumpspannung (Upump) erzeugt.
5. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusionskoeffizient der weiteren, zweiten Diffusionsbarriere (220) kleiner ist als der Diffusionskoeffizient der ersten Diffusionsbarriere (120).
6. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Diffusionsbarriere (220) offenporiger ist als die erste Diffusionsbarriere (120).
7. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Diffusionsbarriere (220) in Strömungsrichtung des Abgases eine geringere Länge aufweist als die erste Diffusionsbarriere (120).
8. Gassensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektrode (140) mit dem Masseanschluss einer Heizeinrichtung (160) elektrisch leitend verbunden ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008080698A1 (de) * 2006-12-29 2008-07-10 Robert Bosch Gmbh Sensorelement mit unterdrückter fettgasreaktion

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007061947A1 (de) 2007-12-21 2009-06-25 Robert Bosch Gmbh Schneller Breitband-Abgassensor
DE102007062800A1 (de) 2007-12-27 2009-07-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Bestimmung einer Gaszusammensetzung in einem Messgasraum
DE102009029690A1 (de) 2008-09-24 2010-03-25 Robert Bosch Gmbh Breitband-Sensorelement mit eindeutiger Messkurve
DE102009026418B4 (de) 2009-05-22 2023-07-13 Robert Bosch Gmbh Konditionierung eines Sensorelements in einem Brennerprüferstand bei mindestens 1000°C und Konditionierungsstrom
DE102009045446A1 (de) * 2009-10-07 2011-04-14 Robert Bosch Gmbh Lambdasonden-Betriebsverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102010029776A1 (de) * 2010-06-08 2011-12-08 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Erkennen des Typs von Lambdasonden

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4629535A (en) * 1984-02-17 1986-12-16 Hitachi, Ltd. Method for detecting an air-fuel ratio
US4718999A (en) * 1984-08-13 1988-01-12 Hitachi, Ltd. Air-fuel ratio detector
US5507174A (en) * 1992-08-11 1996-04-16 Robert Bosch Gmbh Polarographic sensor
EP0856732A1 (de) * 1997-01-30 1998-08-05 SAMSUNG ELECTRO-MECHANICS Co. Ltd. Grenzstromsonde zum Feststellend er Verschlechterung eines Dreiwegkatalysators
DE19805023A1 (de) * 1998-02-09 1999-08-12 Bosch Gmbh Robert Elektrochemischer Meßfühler
DE10216724C1 (de) * 2002-04-16 2003-10-09 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum Betreiben einer Breitband-Lamdasonde
DE102004006875A1 (de) * 2004-02-12 2005-09-01 Robert Bosch Gmbh Abgassensorvorrichtung und Betriebsverfahren

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2744088B2 (ja) * 1989-10-13 1998-04-28 日本特殊陶業株式会社 空燃比センサ
JPH0682417A (ja) * 1992-09-03 1994-03-22 Unisia Jecs Corp 空燃比センサ
DE4447033C2 (de) * 1994-12-28 1998-04-30 Bosch Gmbh Robert Meßfühler zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Gasgemischen
US6228252B1 (en) * 1997-02-13 2001-05-08 Ngk Spark Plug Co. Ltd. Apparatus for detecting concentration of nitrogen oxide
JP3879606B2 (ja) * 2001-12-18 2007-02-14 株式会社デンソー ガス検出装置
DE10220783B4 (de) * 2002-05-10 2004-07-01 Robert Bosch Gmbh Meßfühler
DE10346858B3 (de) * 2003-10-09 2005-01-05 Robert Bosch Gmbh Sensorelement für einen Messfühler

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4629535A (en) * 1984-02-17 1986-12-16 Hitachi, Ltd. Method for detecting an air-fuel ratio
US4718999A (en) * 1984-08-13 1988-01-12 Hitachi, Ltd. Air-fuel ratio detector
US5507174A (en) * 1992-08-11 1996-04-16 Robert Bosch Gmbh Polarographic sensor
EP0856732A1 (de) * 1997-01-30 1998-08-05 SAMSUNG ELECTRO-MECHANICS Co. Ltd. Grenzstromsonde zum Feststellend er Verschlechterung eines Dreiwegkatalysators
DE19805023A1 (de) * 1998-02-09 1999-08-12 Bosch Gmbh Robert Elektrochemischer Meßfühler
DE10216724C1 (de) * 2002-04-16 2003-10-09 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum Betreiben einer Breitband-Lamdasonde
DE102004006875A1 (de) * 2004-02-12 2005-09-01 Robert Bosch Gmbh Abgassensorvorrichtung und Betriebsverfahren

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008080698A1 (de) * 2006-12-29 2008-07-10 Robert Bosch Gmbh Sensorelement mit unterdrückter fettgasreaktion

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