WO2009156007A1 - Lambdasonde enthaltend einen sauerstoffspeicher im referenzkanal - Google Patents

Lambdasonde enthaltend einen sauerstoffspeicher im referenzkanal Download PDF

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WO2009156007A1 PCT/EP2008/066338 EP2008066338W WO2009156007A1 WO 2009156007 A1 WO2009156007 A1 WO 2009156007A1 EP 2008066338 W EP2008066338 W EP 2008066338W WO 2009156007 A1 WO2009156007 A1 WO 2009156007A1
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Goetz Reinhardt
Henrico Runge
Holger Reinshagen
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Robert Bosch Gmbh
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Abstract

Vorgeschlagen wird eine Lambdasonde (10) zur Messung des Abgas lambdas in einem Abgasbereich eines Verbrennungsmotors, die eine erste Elektrode (20) enthält, die in einem mit dem Abgas verbundenen Messgas-Hohlraum (18) angeordnet ist, die eine zweite Elektrode (24) enthält, die über einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten (22) mit der ersten Elektrode (20) verbunden ist und die in einem Referenzgaskanal (26) angeordnet ist. Die Lambdasonde (10) zeichnet sich dadurch aus, dass im Referenzgaskanal (28) ein gezielt herausgebildeter Sauerstoffspeicher (40, 50, 62, 64, 70) vorgesehen ist.

Description

Beschreibung
Titel
LAMBDASONDE ENTHALTEND EINEN SAUERSTOFFSPEICHER IM REFERENZKANAL
Die Erfindung geht aus von einer Lambdasonde nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs, die insbesondere zum Erfassen des Abgaslambdas in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors geeignet ist.
Mit der Luftzahl Lambda wird in der Verbrennungstechnik das Verhältnis zwischen einer tatsächlich angebotenen Luftmasse und einer für die Verbrennung theoretisch benötigten Luftmasse, der stöchiometrischen Luftmasse, bezeichnet. Entsprechend weisen fette Gasgemische, das heißt Gasgemische mit einem Kraftstoff überschuss, eine Luftzahl Lambda < 1 auf, während magere Gasgemische, das heißt Gasgemische mit einem Luftüberschuss, eine Luftzahl Lambda > 1 aufweisen.
Stand der Technik
In der DE 199 41 051 Al ist eine Breitband-Lambdasonde beschrieben, die einen Messgas- Hohlraum aufweist, welche über eine Diffusionsbarriere mit dem zu unter- suchenden Abgas verbunden ist. Im Messgas-Hohlraum ist eine innere Pumpelektrode angeordnet, die mit einer äußeren, dem Abgas ausgesetzten Pumpelektrode und einem zwischen den Pumpelektroden liegenden Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten eine Pumpzelle bildet. Mit der Pumpzelle können Sauerstoffionen durch den Festelektrolyten aus dem Messgas-Hohlraum oder in den Messgas- Hohlraum hineingepumpt werden. Neben der Pumpzelle ist eine Messzelle vorhanden, die zwischen der inneren Pumpelektrode und einer Referenzgaselektrode liegt. Die innere Pumpelektrode und die Referenzgaselektrode sind ebenfalls von einem Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten voneinander getrennt. Die Referenzgaselektrode ist in einem Referenzgaskanal angeordnet. Die Messzelle entspricht einer Nernstzelle, bei der die sich im thermodynamischen Gleichgewicht zwischen der inneren Pumpelektrode und der Referenzelektrode ausbildende Potenzialdifferenz dem Logarithmus des Verhältnisses des Partial- drucks des zu untersuchenden Gases im Messgas-Hohlraum und des Partialdrucks der Luft im Referenzgaskanal proportional ist. Ziel einer Messung des Abgaslamb- das ist es, den Sauerstoffpartialdruck im Messgas-Hohlraum derart zu beeinflussen, dass das Nernstpotenzial konstant auf einem bestimmten Wert (beispielsweise 450 mV) verharrt, der näherungsweise Lambda = 1 entspricht. Eine Schaltungsanordnung stellt zu diesem Zweck eine Pumpspannung bereit, mit der die äußere Pump- elektrode beaufschlagt wird. Die Pumpspannung führt zu einem Pumpstrom. Die
Polarität und der Betrag des Pumpstroms hängen davon ab, ob und um welchen Betrag die bestimmte Nernstspannung über- oder unterschritten ist. Der sich einstellende Pumpstrom ist ein Maß für das Abgaslambda.
In der DE 10 2006 061 954 Al (nicht vorveröffentlicht) ist eine im Vergleich zu der zuvor beschriebenen Lambdasonde einfachere Lambdasonde angegeben, bei der die äußere Pumpelektrode entfallen ist. Die einfache kostengünstige Lambdasonde ist insbesondere zur Lambdamessung des Lambdas in einem Abgaskanal eines mager betriebenen Verbrennungsmotors geeignet. Die Lambdasonde enthält eine erste Elektrode sowie eine zweite Elektrode, die über einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten miteinander verbunden sind. Die erste, in einem Messgas- Hohlraum angeordnete Elektrode ist über eine Diffusionsbarriere mit dem zu untersuchenden Abgas verbunden. Die zweite Elektrode ist in einem Referenzgaskanal angeordnet. Der Referenzgaskanal kann mit einem sauerstoffdurchlässigen porösen Füllmaterial gefüllt sein. Durch die gegebenenfalls vorgesehene Füllung des Referenzgaskanals sowie dessen geometrische Ausgestaltung soll erreicht werden, dass einerseits ein optimaler Abtransport von Sauerstoff von der zweiten Elektrode gewährleistet ist und dass andererseits ein Eindringen von Verunreinigungen in den Referenzgaskanal verhindert wird.
Die bekannte Lambdasonde ist als Grenzstrom- Magersonde realisiert, bei welcher ein Pumpstrom durch Anlegen einer ausreichend hohen Potenzialdifferenz zwischen den beiden Elektroden auftritt, der zunächst im Bereich Lambda > 1 bis Lambda = 1 proportional zur Luftzahl Lambda ist. Durch Beaufschlagung der beiden Elektroden mit einem Potenzial, das der sich zwischen den beiden Elektroden einstellenden
Nernstspannung entgegengerichtet ist, kann mit der bekannten Lambdasonde auch im fetten Lambdabereich gemessen werden. Da die Nernstspannung im mageren Bereich gering ist (etwa 200 mV) und im fetten Bereich auf einen höheren Wert (etwa 900 mV) springt, kann die an die Elektroden anzulegende Pumpspannung sowohl im mageren als auch im fetten Bereich dieselbe Polarität aufweisen, wobei das Potenzial im mageren Bereich auf einen höheren Wert als im fetten Bereich festzulegen ist. Unter Berücksichtigung der sich in unterschiedlichen Betriebszuständen einstellenden Nernstspannung weist die zwischen den Grenzschichten hinter den Elektroden auftretende effektive Pumpspannung für die negativen Sauerstoffionen beim Übergang vom fetten zum mageren beziehungsweise umgekehrt einen Vor- Zeichenwechsel auf, sodass die negativen Sauerstoffionen bei magerem Abgas von der ersten zur zweiten Elektrode und bei fettem Abgas von der zweiten zur ersten Elektrode transportiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lambdasonde anzugeben, die zum Erfassen des Abgaslambdas in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors geeignet ist, wobei der Verbrennungsmotor einerseits mager und andererseits zumindest zeitweise fett betrieben wird.
Die Aufgabe wird durch die im unabhängigen Anspruch angegebenen Merkmale ge- löst.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Lambdasonde zur Messung des Abgaslambdas in einem Abgasbereich eines Verbrennungsmotors geht von einem Sensorelement aus, das eine erste in einem Messgasraum angeordnete Elektrode und eine zweite in einem Referenzgaskanal angeordnete Elektrode enthält, die über einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten verbunden sind. Erfindungsgemäß ist im Referenzgaskanal ein gezielt herausgebildeter Sauerstoffspeicher vorgesehen.
Die gezielte Herausbildung des Sauerstoffspeichers bedeutet, dass Maßnahmen ergriffen sind, welche zumindest temporär die Speicherung von Sauerstoff im Referenzgaskanal oder zumindest die Bereitstellung von Sauerstoff an der zweiten Elektrode sicherstellen. Der Sauerstoffspeicher stellt zumindest für eine bestimmte Messzeit Sauerstoff zur Verfügung, der während der Messung im fetten Abgas bei Lambda < 1 vom Referenzgaskanal in den Messgasraum durch den Festelektrolyten zurückgepumpt werden kann. Dadurch kann zumindest für die bestimmte Messzeit bei einem fetten Ab- gas gemessen werden. Die Messzeit richtet sich hierbei nach dem zur Verfügung stehenden Sauerstoff an der zweiten Elektrode.
Die erfindungsgemäße Lambdasonde eignet sich insbesondere zur Lambdames- sung im Abgasbereich eines Verbrennungsmotors, der zwar hauptsächlich mager betrieben wird, der jedoch zeitweise fett oder zumindest stöchiometrisch betrieben wird. Ein solcher Betrieb des Verbrennungsmotors ist insbesondere vorgesehen, wenn im Abgaskanal Abgasreinigungsvorrichtungen wie beispielsweise ein NOx- Speicherkatalysator oder ein Partikelfilter angeordnet sind. In den Fettphasen werden unverbrannte Kohlenwasserstoffe in den Abgasbereich eingetragen. Die unver- brannten Kohlenwasserstoffe können im Abgasbereich beispielsweise mit im Abgas vorhandenem Restsauerstoff exotherm reagieren, um Abgasreinigungsanlagen wie beispielsweise NOx-Speicherkatalysatoren, Partikelfilter und dergleichen zu beheizen, oder können zum Regenerieren von Abgasreinigungsanlagen wie beispielsweise NOx-Speicherkatalysatoren herangezogen werden.
Die erfindungsgemäße Lambdasonde ermöglicht somit die Lambdaregelung nicht nur im mageren Bereich, sondern zumindest für die bestimmte Messzeit auch im fetten oder zumindest stöchiometrischen Lambdabereich.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Sauerstoffspeicher an der zweiten Elektrode angrenzt. Wenn der Sauerstoffspeicher benachbart zur zweiten Elektrode vorgese- hen ist, steht im Bedarfsfall bei der Vorgabe eines fetten Lambdas der eingespeicherte Sauerstoff sofort für den Pumpvorgang zur Verfügung.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass der Referenzgaskanal einen Sauerstoffspeicher-Hohlraum enthält und dass am ausgangsseitigen Ende des Referenzgas- kanals ein Strömungswiderstand vorgesehen ist. Im Sauerstoffspeicher-Hohlraum kann während des mageren Betriebs des Verbrennungsmotors ein Sauerstoffüber- druck aufgebaut werden. Ein Verlust des Sauerstoffs wird durch den Strömungswiderstand gedrosselt.
Eine besonders einfache Realisierung dieser Ausgestaltung sieht vor, dass der Sauerstoffspeicher- Hohlraum einen größeren Querschnitt des Referenzgaskanals aufweist und dass der Strömungswiderstand entsprechend durch einen geringeren Querschnitt realisiert ist.
Eine Weiterbildung dieser Ausgestaltung sieht vor, dass der Strömungswiderstand zumindest teilweise mit einer Abluft- Diffusionsbarriere realisiert ist. Neben der Drosselung des Sauerstoffstroms verhindert die Abluft- Diffusionsbarriere das Eindringen von Verschmutzungen in den Referenzgaskanal.
Zusätzlich zur Abluft- Diffusionsbarriere kann eine Sauerstoffspeicher- Diffusionsbarriere vorgesehen sein, die beispielsweise eine hohe Porosität zur
Speicherung von Sauerstoff aufweist. Der Sauerstoffspeicher ist dadurch zumindest teilweise durch die Sauerstoffspeicher-Diffusionsbarriere realisiert.
Eine Weiterbildung dieser Maßnahme sieht vor, dass zusätzlich ein Sauerstoffspei- cher-Hohlraum vorgesehen ist, der an der zweiten Elektrode angrenzt. Dadurch steht im Bedarfsfall besonders schnell Sauerstoff zur Verfügung.
Eine andere Weiterbildung dieser Maßnahme sieht vor, dass das für die Sauerstoffspeicher-Diffusionsbarriere vorgesehene Volumen größer ist als das für die Abluft- Diffusionsbarriere. Mit dieser Maßnahme kann das für den Sauerstoffspeicher zur
Verfügung gestellte Volumen variiert werden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Sauerstoffspeicher ein Material enthält, das Sauerstoff durch Adsorption oder Absorption speichert. Ein solches Material ist bei- spielsweise ein nicht stöchiometrisches Oxid wie beispielsweise dotiertes CeO2-x oder Lai-xSrxFeyCθi-yO3-d. Ein solches nicht stöchiometrisches Oxid speichert Sauerstoff über eine chemische Reaktion.
Beispielsweise kann die Abluft- Diffusionsbarriere, bevorzugt jedoch die Sauerstoff- Speicher- Diffusionsbarriere zumindest abschnittsweise das Sauerstoff speichernde
Material enthalten. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Sauerstoff speichernde Material zumindest auf einem Teil der Oberfläche des Referenzgaskanals aufgebracht ist. Eine zusätzliche oder alternative Maßnahme sieht vor, dass das Material auf der zweiten Elekt- rode aufgebracht ist oder dass die zweite Elektrode das Material enthält.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Kurzbeschreibung der Figuren
Figur 1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Lambdasonde in einem Betriebszustand bei einer Luftzahl Lambda > 1,
Figur 2 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Lambdasonde in einem Betriebszustand bei einer Luftzahl Lambda < 1,
Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Lambdasonde mit einem Sauerstoffspeicher-Hohlraum und einem Strömungswiderstand,
Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Lambdasonde mit einem als Kanal ausgebildeten Sauerstoffspeicher-Hohlraum,
Figur 5 zeigt eine erfindungsgemäße Lambdasonde mit einer Abluft- Diffusionsbarriere und einer zusätzlichen Sauerstoffspeicher-
Diffusionsbarriere,
Figur 6 zeigt die in Figur 5 gezeigte Lambdasonde mit einem zusätzlichen
Sauerstoffspeicher- Hohlraum im Bereich der zweiten Elektrode,
Figur 7 zeigt einen als Kanal ausgebildeten Sauerstoffspeicher- Hohlraum, der in einer weiteren Ebene der erfindungsgemäßen Lambdasonde angeordnet ist, Figur 8 zeigt eine erfindungsgemäße Lambdasonde, bei welcher der Sauerstoffspeicher zumindest teilweise als Sauerstoff speicherndes Material realisiert ist und
Figur 9 zeigt eine erfindungsgemäße Lambdasonde gemäß Figur 8, bei welcher das Sauerstoff speichernde Material der zweiten Elektrode zugeordnet ist.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt eine Lambdasonde 10, die einem Abgasstrom 12 eines nicht näher gezeigten Verbrennungsmotors ausgesetzt ist. Ein Teil des Abgases gelangt über einen Zuluftkanal 14 und über eine Abgas- Diffusionsbarriere 16 in einen Messgasraum 18, in dem eine erste Elektrode 20 angeordnet ist. Die erste Elektrode 20 ist über einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten 22 mit einer zweiten Elektrode 24 verbunden, die in einem Referenzgaskanal 26 angeordnet ist, der an seinem ausgangsseitigen Ende 28 beispielsweise in der Umgebungsluft oder in einem nicht näher gezeigten Abgaskanal des Verbrennungsmotors mündet. Der Messgasraum 18 und der Referenzgaska- nal 26 und damit die beiden Elektroden 20, 24 sind über eine gasdichte
Trennschicht 32 voneinander getrennt. Zur Beheizung der Lambdasonde 10 ist ein Heizelement 34 vorgesehen.
Figur 1 zeigt den Betrieb der Lambdasonde 10 speziell bei einem mageren Abgasstrom 12. Die beiden Elektroden 20, 24 sind an einer nicht näher gezeigten Pumpspannungsquelle angeschlossen, die eine Magerbetrieb- Pumpspannung UP, m zur Verfügung stellt, wobei das positive Potenzial an der zweiten Elektrode 24 liegt. Die Pumpspannungsquelle wird beispielsweise auf 800 mV eingestellt. Im mageren Betrieb tritt zwischen den beiden Elektro- den 20, 24 eine Magerbetrieb- Nernstspannung UN, m auf, die vergleichsweise gering ist und beispielsweise bei 200 mV liegt, wobei das positive Potenzial an der zweiten Elektrode 24 auftritt. Die Magerbetrieb-Pumpspannung UP, m sowie die Magerbetrieb- Nernstspannung UN, m überlagern sich, sodass zwischen den beiden Elektroden 20, 24 für den Transport von Sauerstoffionen ei- ne effektive Magerbetrieb-Pumpspannung UPeff, m zur Verfügung steht, die der Differenz zwischen der Magerbetrieb-Pumpspannung UP, m und der Ma- gerbetrieb- Nernstspannung UN, m, also etwa 600 mV entspricht, wobei das positive Potenzial an der zweiten Elektrode 24 auftritt. Dadurch findet ein Magerbetrieb-Sauerstoffionen-Transport O2"m von der ersten zur zweiten Elektrode 20, 24 statt, sodass Sauerstoff vom Messgasraum 18 zum Referenzgas- kanal 26 gepumpt wird, der in die Umgebungsluft oder in den Abgaskanal abgegeben wird. Der Magerbetrieb- Pumpstrom IP, m ist ein Grenzstrom, der proportional zur Luftzahl Lambda ist, bezogen auf den stöchiometrischen Wert.
Figur 2 zeigt die in Figur 1 dargestellte Lambdasonde 10 in einem Betriebszustand bei fettem Abgasstrom 12.
Diejenigen in Figur 2 gezeigten Teile, die mit den in Figur 1 gezeigten Teilen übereinstimmen, tragen jeweils dieselben Bezugszeichen. Diese Vereinba- rung gilt auch für die folgenden Figuren.
Bei einem Abgasstrom 12 mit Sauerstoffmangel bezogen auf ein stöchiometri- sches Verhältnis tritt zwischen den Elektroden 20, 24 eine erheblich höhere Fettbetrieb- Nernstspannung UN, f auf, die beispielsweise bei 900 mV liegt, wobei das positive Potenzial weiterhin an der zweiten Elektrode 24 auftritt. Im
Fettbetrieb soll die Lambdasonde 10 Sauerstoff vom Referenzgaskanal 26 zum Messgasraum 18 pumpen. Damit ein solcher Fettbetrieb-Sauerstoffstrom O2"f auftreten kann, muss die effektive Fettbetrieb-Pumpspannung UPeff f derart gepolt sein, dass das positive Potenzial an der ersten Elektrode 20 auf- tritt. Um diese Potenzialverhältnisse zu erreichen, muss die an die Elektroden
20, 24 angelegte Pumpspannung auf eine Fettbetrieb-Pumpspannung UPeff, f festgelegt werden. Hierbei ist eine Potenzialumkehr im Hinblick darauf, dass die Fettbetrieb- Nernstspannung UN, f auf einem vergleichsweise hohen Potenzial von beispielsweise 900 mV liegt, nicht unbedingt erforderlich. Eine Vorzeichenumkehr der effektiven Fettbetrieb-Pumpspannung UPeff, f wird bereits erreicht, wenn das Potenzial der Fettbetrieb-Pumpspannung UP, f gegenüber dem Magerbetrieb auf beispielsweise 300 mV abgesenkt wird, wobei das positive Potenzial weiterhin an der zweiten Elektrode 24 anliegt. Für die effektive Fettbetrieb- Pumpspannung UPeff, f stehen dann ebenfalls 600 mV zur Verfügung, wobei das positive Potenzial an der ersten Elektrode 20 auftritt. Der Fettbetrieb- Pumpstrom IP, f ist ebenfalls ein Grenzstrom, der propor- tional zur Luftzahl Lambda ist, bezogen auf den stöchiometrischen Wert. Der Magerbetrieb-Pumpstrom IP, m fließt in die entgegengesetzte Richtung im Vergleich zum Magerbetrieb-Pumpstrom IP, m. Bei der Luftzahl Lambda = 1 tritt bei der Änderung der Pumpspannung UP eine Vorzeichenumkehr des Pumpstroms IP auf.
Im Fettbetrieb steht bei der Lambdasonde gemäß dem eingangs genannten Stand der Technik nur eine begrenzte Menge an Sauerstoff im Bereich der zweiten Elektrode zur Verfügung, da der Referenzgaskanal dafür optimiert ist, Sauerstoff möglichst rasch abzutransportieren. Die erfindungsgemäße Lambdasonde 10 sieht einen gezielt herausgebildeten Sauerstoffspeicher vor, der es ermöglicht, einen Vorrat an Sauerstoff anzulegen. Dieser Sauerstoff steht im Bedarfsfall, also im Fettbetrieb der erfindungsgemäßen Lambdasonde 10, in ausreichendem Maß für eine bestimmte Betriebsdauer rasch zur Verfügung.
Der gezielt herausgebildete Sauerstoffspeicher kann auf unterschiedliche Arten und Weisen realisiert werden. Ein erstes Ausführungsbeispiel ist in Figur 3 gezeigt, bei dem der Referenzgaskanal 26 einen Sauerstoffspeicher- Hohlraum 40 enthält, der zum ausgangsseitigen Ende 28 hin durch einen Strömungswiderstand 42 begrenzt wird. Der Strömungswiderstand 42 kann sich gemäß einer Weiterbildung bis an das ausgangsseitige Ende 28 des Referenzgaskanals 26 erstrecken. Der Sauerstoffspeicher-Hohlraum 40 kann gemäß einer Ausgestaltung durch einen größeren Querschnitt des Referenzgaskanals 26 im Vergleich zum Querschnitt des Strömungswiderstands 42 re- alisiert werden, der einen geringeren Querschnitt aufweist. Das Volumen des
Sauerstoffspeicher- Hohlraums 40 wird den Erfordernissen angepasst. Der Strömungswiderstand 42 kann mit einer Abluft- Diffusionsbarriere 44 zumindest teilweise gefüllt werden, welche die Wirkung des Strömungswiderstands 42 weiter erhöht oder welche das Eindringen von Schmutz in den Sauerstoff- speicher-Hohlraum 40 aus der Umgebungsluft oder dem Abgaskanal verhindert.
Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in Figur 4 gezeigt, bei dem der Referenzgaskanal 26 gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Refe- renzgaskanal weitgehend unverändert beibehalten wird, wobei jedoch ein
Sauerstoffspeicher-Hohlraum 50 vorgesehen ist, der durch einen einseitig ge- schlossenen Sauerstoffspeicherkanal realisiert ist, dessen Öffnung 52 im Bereich der zweiten Elektrode 24 vorgesehen ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Figur 5 gezeigt, bei welchem der Refe- renzgaskanal 26 zumindest teilweise mit einer Abluft-Diffusionsbarriere 60 gefüllt ist und bei dem zusätzlich der Sauerstoffspeicher- Hohlraum 40, 50 vorgesehen ist, der mit einer Sauerstoffspeicher-Diffusionsbarriere 62 ausgefüllt ist. Eine Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels ist in Figur 6 gezeigt, wobei zusätzlich ein weiterer Sauerstoffspeicher- Hohlraum 64 vorgesehen ist, der an der zweiten Elektrode 24 angrenzt. Gemäß einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das für die Sauerstoffspeicher-Diffusionsbarriere 62 vorgesehene Volumen größer ist als das Volumen für die Abluft- Diffusionsbarriere 60.
Bei dem in Figur 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Sauerstoffspeicher-
Hohlraum 40, 50 entsprechend dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel als Sauerstoffspeicherkanal realisiert, der jedoch in einer anderen Ebene der Lambdasonde 10 angeordnet ist. Bei dem in Figur 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Öffnung 52 des Sauerstoffspeicherkanals gemäß einer Ausges- taltung bis an die zweite Elektrode 24 herangeführt.
Bei dem in Figur 8 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Sauerstoffspeicher mit einem Material 70 realisiert, das Sauerstoff durch Adsorption oder Absorption speichert. Bei dem Material 70 handelt es sich beispielsweise um ein nicht stöchiometrisches Oxid wie beispielsweise CeO2-x oder Lai-xSrxFeyCθi-yO3-d.
Bei dem in Figur 8 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Material 70 im Sauerstoffspeicher-Hohlraum 40, 50 angeordnet, der gegebenenfalls die Sauerstoffspeicher-Diffusionsbarriere 62 zusätzlich enthalten kann und der gegebenenfalls den Sauerstoffspeicher-Hohlraum 64 insbesondere benachbart zur zweiten Elektrode 24 aufweisen kann.
Ein alternatives, in Figur 9 gezeigtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lambdasonde 10 sieht vor, dass das Material 70, welches Sauerstoff durch Adsorption oder Absorption speichern kann, der zweiten Elektrode 24 zugeordnet ist. Bei dem in Figur 9 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Material 70 auf der zweiten Elektrode 24 aufgebracht. Wenn als Material 70 ein hoch Elektronen leitendes nicht stöchiometrisches Oxid wie Lai-xSrxFeyCθi- yO3-d eingesetzt wird, kann die zweite Elektrode 24 auch komplett mit dem Material 70 oder in Mischung mit ZrO2 realisiert sein. Ferner ist es möglich, das Material 70 zumindest zum teilweisen Beschichten der Oberfläche des Refe- renzgaskanals 26 heranzuziehen.
In der mageren Betriebsphase der Lambdasonde 10 wird aufgrund der Pumpspannung UP, m Sauerstoff vom Messgasraum 18 in den Sauerstoffspeicher 40, 50, 62, 64, 70 des Referenzgaskanals 26 gepumpt. Bei einem Abgas- lambda von beispielsweise 1,7, entsprechend 8,29 % 02 in N2, und einem
Magerbetrieb- Pumpstrom von maximal einigen 100 Mikroampere kann ein Sauerstoff-Überdruck im stationären Magerbetrieb von beispielsweise 2 bar bis 30 bar im Sauerstoffspeicher 40, 50, 62, 64, 70 erzielt werden. Vorzugsweise wird der Überdruck zwischen 2 bar und 10 bar eingestellt. Während des Betriebs der erfindungsgemäßen Lambdasonde 10 kann der gespeicherte
Sauerstoff durch die Fettbetrieb-Pumpspannung UP, f und dem entsprechenden Fettbetrieb- Pumpstrom IP, f vom Sauerstoffspeicher 40, 50, 62, 64, 70 zurück in den Messgasraum 18 gepumpt werden, der dort zur Oxidation von oxi- dierbaren Abgas- Bestandteilen im Messgas Hohlraum 18 zur Verfügung steht, wobei der Fettbetrieb- Pumpstrom IP, f auch im Falle des Fettbetriebs der erfindungsgemäßen Lambdasonde 10 ein Maß für das Abgaslambda widerspiegelt.

Claims

Ansprüche
1. Lambdasonde zur Messung des Abgaslambdas in einem Abgasbereich eines Verbrennungsmotors, die eine erste Elektrode (20) enthält, die in einem mit dem Abgas verbundenen Messgas- Hohlraum (18) angeordnet ist, die eine zweite E- lektrode (24) enthält, die über einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten
(22) mit der ersten Elektrode (20) verbunden ist und die in einem Referenzgaskanal (26) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Referenzgaskanal (28) ein gezielt herausgebildeter Sauerstoffspeicher (40, 50, 62, 64, 70) vorgesehen ist.
2. Lambdasonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffspeicher (40, 50, 62, 64, 70) an der zweiten Elektrode (24) angrenzt.
3. Lambdasonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenz- gaskanal (26) einen Sauerstoffspeicher-Hohlraum (40, 50, 64) enthält und dass zumindest am ausgangsseitigen Ende (28) des Referenzgaskanals (26) ein Strömungswiderstand (42) vorgesehen ist.
4. Lambdasonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff- speicher-Hohlraum (40, 50, 64) durch einen größeren Querschnitt des Referenzgaskanals (26) und der Strömungswiderstand (42) durch einen geringeren Querschnitt des Referenzgaskanals (26) realisiert sind.
5. Lambdasonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenz- gaskanal (26) einen Sauerstoffspeicher-Hohlraum (40, 50, 64) enthält, der durch einen einseitig geschlossenen Sauerstoffspeicherkanal realisiert ist, dessen Öffnung (52) im Bereich der zweiten Elektrode (24) vorgesehen ist.
6. Lambdasonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strö- mungswiderstand (42) zumindest teilweise eine Abluft- Diffusionsbarriere (44) enthält.
7. Lambdasonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffspeicher (40, 50, 62, 64, 70) zumindest teilweise als Speicher- Diffusionsbarriere (62) realisiert ist.
8. Lambdasonde nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Sauerstoffspeicher- Hohlraum (64) vorgesehen ist, der an der zweiten Elektrode (24) angrenzt.
9. Lambdasonde nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Sauerstoffspeicher-Diffusionsbarriere (62) vorgesehene Volumen größer ist als das für die Abluft- Diffusionsbarriere.
10. Lambdasonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffspeicher (40, 50, 62, 64, 70) ein Material (70) enthält, das Sauerstoff durch Adsorption oder Absorption speichert.
1 1. Lambdasonde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (70) ein nicht stöchiometrisches Oxid enthält.
12. Lambdasonde nach Anspruch 10 und 6 oder 10 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluft- Diffusionsbarriere (44, 60) oder die Speicher- Diffusionsbarriere (62) zumindest abschnittsweise das Material (70) enthalten.
13. Lambdasonde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (70) zumindest auf einem Teil der Oberfläche des Referenzgaskanals (26) aufgebracht ist.
14. Lambdasonde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Material
(70) auf der zweiten Elektrode (24) aufgebracht ist oder dass die zweite Elektrode (24) das Material (70) enthält.
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