WO2015032814A1 - Verfahren zum betreiben eines im luftansaugtrakt einer brennkraftmaschine angeordneten sauerstoffsensors - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines im luftansaugtrakt einer brennkraftmaschine angeordneten sauerstoffsensors Download PDF

Info

Publication number
WO2015032814A1
WO2015032814A1 PCT/EP2014/068731 EP2014068731W WO2015032814A1 WO 2015032814 A1 WO2015032814 A1 WO 2015032814A1 EP 2014068731 W EP2014068731 W EP 2014068731W WO 2015032814 A1 WO2015032814 A1 WO 2015032814A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
oxygen sensor
air intake
intake tract
internal combustion
combustion engine
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/068731
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Ante
Andreas Wildgen
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Gmbh filed Critical Continental Automotive Gmbh
Publication of WO2015032814A1 publication Critical patent/WO2015032814A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F02M35/10373—Sensors for intake systems
    • 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
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/042—Introducing corrections for particular operating conditions for stopping the engine
    • 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
    • F02D41/1439—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
    • F02D41/144—Sensor in intake manifold
    • 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
    • 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
    • F02D41/1493—Details
    • F02D41/1494—Control of sensor heater
    • 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
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/0065—Specific aspects of external EGR control
    • F02D41/0072—Estimating, calculating or determining the EGR rate, amount or flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05—High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/45—Sensors specially adapted for EGR systems
    • F02M26/46—Sensors specially adapted for EGR systems for determining the characteristics of gases, e.g. composition

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating an oxygen sensor arranged in the air intake tract of an internal combustion engine, wherein the oxygen sensor has a heating element.
  • Oxygen sensors in the intake of internal combustion engines are used to detect the exhaust gas rate, if such internal combustion ⁇ machines are provided with appropriate means for recycling the exhaust gas from the exhaust system in the air intake. Without exhaust gas recirculation, the O 2 content in the intake air is about 21% and decreases with increasing proportion of exhaust gas recirculation.
  • oxygen sensors can be used, for example, conventional linear lambda probes.
  • One of the disadvantages of these probes is that they are extremely sensitive to water hammering by breaking.
  • Oxygen sensors which are based on the lambda probe technology, consist of a multilayer ceramic with at least one hole in it, through which the oxygen gets into the measuring chamber.
  • Modern internal combustion engines are provided with a charge air cooler in the air intake tract.
  • the best place to locate the oxygen sensor to detect the exhaust gas recirculation rate is a location after the charge air cooler (in the air intake direction) as close as possible to the engine inlet to make a correct measurement.
  • the exhaust gas recirculation line in the high-pressure exhaust gas recirculation flows into the air intake tract after the intercooler.
  • the conventional oxygen sensors ie the lambda sensors used, however, can not be placed behind the intercooler due to the permanent water hammer, but must be placed in front of it. This has several disadvantages, such as an incorrect pressure correction due to the ver S ⁇ union pressure drop in the intercooler, or the fact that the high-pressure exhaust gas recirculation is not included.
  • the present invention has for its object to provide a method for operating an arranged in the air intake tract of an internal combustion engine oxygen sensor, by the oxygen sensor is protected from contamination.
  • This object is achieved by a method for operating a arranged in the air intake tract of an internal combustion engine oxygen sensor according to the independent claim.
  • the oxygen sensor is heated after switching off the internal combustion engine with the heating element such that the temperature of the oxygen sensor is for a predetermined period of time above the temperature of the intake in the area around the oxygen sensor and the temperature of the gases in the intake in the vicinity of the oxygen sensor , no dirt can penetrate to the oxygen sensor.
  • the life of the oxygen sensor is significantly extended.
  • the oxygen sensor can be designed as a lambda probe. These components are well known in their operation and have been tested in the automotive industry for many years.
  • the oxygen sensor arranged in accordance with the invention With the oxygen sensor arranged in accordance with the invention, the full functionality of a lambda probe in lean operation without multi-layer structure and diffusion hole is realized to the measuring chamber.
  • the employed acid ⁇ material sensor for example, not from HTCC (High Temperature Cofired Ceramic), but rather from a monolithic block of YSC (Yttrium Stabilized Zirconia).
  • YSC Yttrium Stabilized Zirconia
  • the oxygen sensor can be arranged after the intercooler, ie as close as possible to the engine inlet, so that a trouble-free and accurate measurement of the oxygen content is possible despite the presence of moisture.
  • the monolithic block is a heater, while on the other side thereof the actual measuring structure is arranged.
  • the measuring structure is preferably an interdigital electrode.
  • oxygen is pumped from the area covered with the Diffu ⁇ immersion layer cathode to the anode of the invention designed according to the oxygen sensor, in a preferred embodiment, a covered with a diffusion layer on the cathode.
  • the oxygen sensor is preferably designed for an acid substance pumping operation in limiting current operation or in a Nernst-controlled manner.
  • the Nernst control is preferably not parallel, as in conventional lambda probes, but serially, so that can be avoided in this way a reference chamber with unwanted cavities.
  • the oxygen sensor formed according to the invention is preferably designed for an oxygen pumping operation in a plane, so that it is possible to work with a robust monolayer structure, which manifests itself in the use of the monolithic block of yttrium-stabilized zirconium dioxide ceramic. It would not be necessary in the oxygen sensor of this embodiment of the invention to pump oxygen from one plane to the other, which requires the aforementioned high temperature cofired ceramic (HTCC) with cavity.
  • HTCC high temperature cofired ceramic
  • the oxygen sensor is preferably arranged between the outlet point of the exhaust gas recirculation line and the engine inlet. In this position, which is located in the air intake direction after the discharge point of the exhaust gas recirculation line, the oxygen sensor, the exhaust gas recirculation rate can properly he ⁇ grasp.
  • the oxygen sensor operated according to the inventive method is well protected against moisture and dirt, it can of course be equipped with further protective measures.
  • it may additionally have a cap in order to protect in particular the measuring structure of the sensor.
  • Figure 1 is a schematic representation of a Brennkraftma ⁇ machine with an oxygen sensor in the intake manifold 2, a temperature T - t - time diagram,
  • FIG. 3 shows another temperature T-time t diagram
  • Figure 4 is a schematic sectional view of the structure of an oxygen sensor.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 1 in a schematic representation.
  • the internal combustion engine 1 has an engine block 20 with an air intake tract 2 and an exhaust tract 3.
  • Via a charge air cooler 5 Via a
  • Exhaust gas recirculation line 4 exhaust gas from the exhaust tract 3 is introduced into the air intake tract 2.
  • the exhaust gas recirculation line 4 opens into the air intake tract 2 upstream of the intercooler 5 in the air intake direction.
  • an exhaust gas recirculation valve 21 can be seen, with which the quantity of the
  • Intake tract 3 supplied exhaust gas can be influenced.
  • the amount of the intake tract 3 supplied exhaust gas is also referred to as the exhaust gas recirculation rate. This can with a with the Exhaust gas recirculation valve 21 electrically connected control unit 22 are controlled.
  • an oxygen sensor 6 which is between the
  • Mouth point of the exhaust gas recirculation line 4 and the engine inlet in the air intake tract 2 is arranged.
  • the oxygen sensor 6 the oxygen concentration is measured in the intake air flow, which can be used as a measure of the exhaust gas recirculation rate.
  • the oxygen sensor 6 delivers its measurement results to the control unit 22 and is electrically connected to the control unit 22 for this purpose.
  • a temperature sensor 23 can be seen, which is arranged in the region B to the oxygen sensor 6 in the air intake tract 2.
  • This region B advantageously extends up to 150 mm in front of and behind the oxygen sensor 6 in the air intake tract 2.
  • Modern internal combustion engines 1 can also have an exhaust gas turbocharger 24, which converts the kinetic energy present in the exhaust gas stream into mechanical rotational energy and thus can pump fresh air into the air intake tract 2.
  • an air filter 25 can be seen, through which the outside air is sucked in and thereby pre-cleaned.
  • a muffler 26 can be seen, which minimizes the noise emission of the internal combustion engine 1.
  • FIG. 2 shows a temperature T-time t diagram in which the temperatures T of the oxygen sensor 6 with the function S, the temperature T in the exhaust tract 3 with the function A and the temperature T of the ambient air with the function U are shown ,
  • the ambient air around the internal combustion engine 1 maintains a constant temperature T, which is represented by the stei ⁇ mereless function U.
  • a constant temperature T which is far above the ambient temperature U but below the temperature T of the oxygen sensor 6, which is represented by the function A.
  • the temperature T of the oxygen sensor 6 is connected to the heating element on the oxygen sensor 6 set so that it is still above the temperature prevailing in the exhaust tract 3 temperature. For this purpose, the oxygen sensor 6 can be heated to 700 - 800 ° C.
  • the oxygen sensor 6 is heated with the heating element 12 after switching off the internal combustion engine 1 at the time t 1 such that the temperature T of the oxygen sensor 6 for a predetermined period above the temperature T of Intake tract 3 in the area around the oxygen sensor 6 and above the temperature T of the gas in the intake tract 3 in the area B to the oxygen sensor 6 is located. This is shown in FIG.
  • FIG. 3 again shows the temperature T of the surroundings with the gradientless curve U and the temperature T in the air intake tract 2 with the curve A, and the temperature T of the oxygen sensor 6 with the curve S.
  • the internal combustion engine 1 is turned off again From the hot engine block 20, heat migrates into the air intake tract 2, which is represented by the positive slope of the curve A until time t3.
  • the temperature T of the oxygen sensor 6 is maintained above the temperature T in the air intake tract 2, that is, according to the inventive method, the oxygen sensor 6 continues to be heated with the heating element 12 even after stopping the internal combustion engine 1. Since the temperature T of the oxygen sensor 6 at any time greater than or equal to the temperature T of the Air intake tract 2 is in the range of the oxygen sensor 6, no contaminants can be transported to the oxygen sensor 6. The deposition of condensates on the oxygen sensor from the atmosphere in the air intake tract 2 is prevented by the inventive method. This method significantly extends the life of the oxygen sensor 6 in the air intake tract 2 of the internal combustion engine 1.
  • the structure of the oxygen sensor 6 is shown schematically in Figure 4 in section.
  • the sensor 6 has as a carrier material a monolithic block 11 of yttrium-stabilized zirconia, on the underside of which a protective layer 13, a heating element 12 and again a protective layer 13 are located.
  • On the opposite side of the monolithic block 11 is the actual measuring structure, which consists of an interdigital electrode.
  • This has a covering with a Diffu ⁇ immersion layer 18 of porous Zr0 2 cathode 15 and an anode 14 which is formed as a porous platinum electrode.
  • a pump voltage is applied, which causes oxygen in the so-called limit current operation is pumped from the cathode 15 to the anode 14.
  • the oxygen sensor shown here can also be operated by means of Nernst control. It is advantageous if the carrier structure or the carrier material of the oxygen sensor 6 is designed as a monolithic block and has no cavities and no multilayer structure. At the oxygen sensor 6 itself can also be arranged a temperature sensor with which the temperature T of the oxygen sensor 6 can be measured.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines im Luftansaugtrakt einer Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoffsensors, wobei der Sauerstoffsensor ein Heizelement aufweist. Um ein eine Verfahren zum Betreiben eines im Luftansaugtrakt einer Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoffsensors zu schaffen, durch dass der Sauerstoffsensor vor Verschmutzungen geschützt wird, wird der Sauerstoffsensor (6) nach dem abschalten der Brennkraftmaschine (1) mit dem Heizelement (12) derart geheizt, dass die Temperatur (T) des Sauerstoffsensors (6) für einen vorbestimmten Zeitraum über der Temperatur (T) des Luftansaugtraktes (2) im Bereich (B) um den Sauerstoffsensor (6) und über der Temperatur (T) des Gase im Luftansaugtrakt (6) in der Umgebung des Sauerstoffsensors (6) liegt.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben eines im Luftansaugtrakt einer Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoffsensors
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines im Luftansaugtrakt einer Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoffsensors, wobei der Sauerstoffsensor ein Heizelement aufweist .
SauerstoffSensoren im Ansaugtrakt von Brennkraftmaschinen, sowohl bei Ottomotoren als auch bei Dieselmotoren, dienen der Erfassung der Abgasführungsrate, wenn derartige Brennkraft¬ maschinen mit entsprechenden Einrichtungen zur Rückführung des Abgases vom Abgastrakt in den Luftansaugtrakt versehen sind. Ohne Abgasrückführung beträgt der 02-Gehalt in der Ansaugluft etwa 21 % und sinkt mit zunehmendem Anteil der Abgasrückführung. Als SauerstoffSensoren kann man beispielsweise herkömmliche lineare Lambdasonden verwenden. Einer der Nachteile dieser Sonden ist, dass sie extrem empfindlich auf Wasserschlag reagieren, indem sie brechen. Sauerstoffsensoren, die an die Lambdasonden - Technologie angelehnt sind, bestehen aus einer mehrlagigen Keramik mit mindestens einem Loch darin, durch das der Sauerstoff in die Messkammer gelangt. Wenn nunmehr ein Tropfen Wasser auf den Sensor trifft, dehnt sich die getroffene Schicht aus und be¬ ansprucht die anderen Schichten auf Zug. Ferner kann das Wasser auch durch Kapillarwirkung in den Messkammerspalt eindringen. Beide Effekte können letztendlich zu einer Zerstörung des Sauerstoffsensors führen. Der Einsatz von derartigen herkömm- liehen Lambdasonden als Sauerstoffsensoren im Ansaugtrakt ist daher mit Schwierigkeiten verbunden. Aber auch andere Verunreinigungen in der Luft im Ansaugtrakt können den Sauerstoffsensor beschädigen. Öltröpfchen beispielweise können auf den Sensor gelangen, wenn die Brennkraftmaschine sehr heiß ist und dann abgestellt wird, weil sich die hohen Temperaturen der Brennkraftmaschine in den Ansaugtrakt ausdehnen und dabei die ge¬ nannten Verschmutzungen hin zum Sauerstoffsensor befördern. Um solche SauerstoffSensoren vor Verschmutzungen zu schützen hat man sie mit diversen Schutzkappen versehen, wodurch das Eindringen von Verschmutzungen verhindert werden soll. Diese Maßnahmen sind jedoch aufwendig und im Hinblick auf einen optimalen Betrieb der SauerstoffSensoren nachteilig, da man ein schnelles Ansprechen des Sauerstoffsensors und eine schnelle Messbereitschaft desselben benötigt und daher Schutzkappen eher nachteilig sind.
Moderne Brennkraftmaschinen sind mit einem Ladeluftkühler im Luftansaugtrakt versehen. Der beste Ort für die Anordnung des Sauerstoffsensors zur Erfassung der Abgasrückführrate ist dabei ein Ort nach dem Ladeluftkühler (in Luftansaugrichtung) , und zwar so nah wie möglich am Motoreinlass , um eine korrekte Messung durchzuführen. Es gibt zwei Abgasrückführungstypen, nämlich eine Niederdruck-Abgasrückführung und eine Hochdruck-Abgasrückführung, die in Zukunft vermutlich beide zur Anwendung kommen werden. Die Abgasrückführleitung bei der Hochdruck-Abgasrückführung mündet nach dem Ladeluftkühler in den Luftansaugtrakt. Die herkömmlichen SauerstoffSensoren, d. h. die verwendeten Lambdasonden, können jedoch aufgrund des permanenten Wasserschlages nicht hinter dem Ladeluftkühler platziert werden, sondern müssen davor platziert werden. Dies hat mehrere Nachteile, wie eine falsche Druckkorrektur aufgrund des veränder¬ lichen Druckabfalls im Ladeluftkühler, oder die Tatsache, dass die Hochdruck-Abgasrückführung nicht miterfasst wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines im Luftansaugtrakt einer Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoffsensors zu schaffen, durch dass der Sauerstoffsensor vor Verschmutzungen geschützt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betreiben eines im Luftansaugtrakt einer Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoffsensors nach dem unabhängigen Anspruch gelöst . Dadurch, dass der Sauerstoffsensor nach dem abschalten der Brennkraftmaschine mit dem Heizelement derart geheizt wird, dass die Temperatur des Sauerstoffsensors für einen vorgegebenen Zeitraum über der Temperatur des Ansaugtraktes im Bereich um den Sauerstoffsensor und über der Temperatur des Gase im Ansaugtrakt in der Umgebung des Sauerstoffsensors liegt, können keine Verschmutzungen bis zu dem Sauerstoffsensor vordringen. Hierdurch wird die Lebensdauer des Sauerstoffsensors wesentlich verlängert. Durch das Heizen des Sauerstoffsensors über einen vorgegebenen Zeitraum auf eine Temperatur über der Temperatur des Gase im Ansaugtrakt in der Umgebung des Sauerstoffsensors, kann eine Annäherung der Temperatur des Sauerstoffsensors von hohen Temperaturen an die momentane Temperatur des Gases in der Umgebung des Sauerstoffsensors erfolgen, wodurch erst nach einem vorgegebenen Zeitraum die Temperatur das Sauerstoffsensors auf die Temperatur des Gase im Ansaugtrakt in der Umgebung des Sauerstoffsensors abfällt. Wichtig ist dabei, dass die Tem¬ peratur des Sauerstoffsensors nicht unter die Temperatur des Gase im Ansaugtrakt in der Umgebung des Sauerstoffsensors fällt, da dann eine Kontamination des Sauerstoffsensors mit Verschmut¬ zungen aus dem Gas im Ansaugtrakt möglich wäre.
Wenn sich der Bereich um den Sauerstoffsensor im Ansaugtrakt bis zu 150 mm vor und nach dem Sauerstoffsensor erstreckt, ist ein ausreichender Sicherheitsabstand zu den eventuell verunrei¬ nigten Bestandteilen des Ansaugtraktes geschaffen.
Der Sauerstoffsensor kann als Lambda Sonde ausgebildet sein. Diese Bauteile sind in ihrer Wirkungsweise gut bekannt und über viele Jahre in der Automobilindustrie erprobt.
Mit dem auf erfindungsgemäße Weise angeordneten Sauerstoffsensor wird die volle Funktionalität einer Lambdasonde im Magerbetrieb ohne Mehrschichtaufbau und Diffusionsloch zur Messkammer re- alisiert. Damit wird es möglich, dass der eingesetzte Sauer¬ stoffsensor beispielsweise nicht aus HTCC (High Temperature Cofired Ceramic) besteht, sondern aus einem monolithischen Block aus YSC (Yttrium Stabilized Zirconia) . Durch die Ausbildung des Sensors in der Form eines monolithischen Blocks werden die Nachteile einer Mehrschichtstruktur in Bezug auf das Eindringen von Wasser im feuchten Arbeitsbereich vermieden. Entsprechende Vorteile werden erreicht, da kein zu einer Messkammer führendes Diffusionsloch Verwendung findet . Der Sauerstoffsensor kann nach dem Ladeluftkühler, d. h. möglichst nah am Motoreinlass , angeordnet sein, so dass trotz der vorhandenen Feuchtigkeit eine störungsfreie und genaue Messung des Sauerstoffgehaltes möglich ist .
Vorzugsweise befindet sich auf der einen Seite des monolithischen Blocks eine Heizung, während auf der anderen Seite desselben die eigentliche Messstruktur angeordnet ist. Bei der Messstruktur handelt es sich vorzugsweise um eine Interdigitalelektrode . Der erfindungsgemäß ausgebildete Sauerstoffsensor weist bei einer bevorzugten Ausführungsform eine mit einer Diffusionsschicht bedeckte Kathode auf, wobei Sauerstoff von der mit der Diffu¬ sionsschicht bedeckten Kathode zur Anode gepumpt wird. Dabei ist der Sauerstoffsensor vorzugsweise für einen Säuerstoff-Pump- betrieb im Grenzstrombetrieb oder auf Nernst-geregelte Weise ausgebildet. Die Nernst-Regelung erfolgt dabei vorzugsweise nicht parallel, wie bei herkömmlichen Lambdasonden, sondern seriell, so dass sich auf diese Weise eine Referenzkammer mit ungewünschten Kavitäten vermeiden lässt.
Ferner ist der erfindungsgemäß ausgebildete Sauerstoffsensor vorzugsweise für einen Sauerstoff-Pumpbetrieb in einer Ebene ausgebildet, so dass mit einer robusten Monolayer-Struktur gearbeitet werden kann, was sich in der Verwendung des mono- lithischen Blocks aus yttriumstabilisierter Zirkondioxidkeramik manifestiert. Es wäre bei dem Sauerstoffsensor nach dieser Ausführung der Erfindung nicht erforderlich, Sauerstoff von einer Ebene in die andere zu pumpen, was die bereits erwähnte High Temperature Cofired Ceramic (HTCC) mit Kavität erforderlich macht.
Vorzugsweise ist der Sauerstoffsensor zwischen der Mündungsstelle der Abgasrückführleitung und dem Motoreinlass angeordnet . In dieser Position, die sich in Luftansaugrichtung nach der Mündungsstelle der Abgasrückführleitung befindet, kann der Sauerstoffsensor die Abgasrückführungsrate einwandfrei er¬ fassen .
Obwohl der nach dem erfinderischen Verfahren betriebene Sauerstoffsensor gut gegen Feuchtigkeit und Verschmutzungen geschützt ist, kann er natürlich mit weiteren Schutzmaßnahmen ausgestattet sein. So kann er beispielsweise zusätzlich eine Kappe aufweisen, um insbesondere die Messstruktur des Sensors zu schützen .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftma¬ schine mit einem Sauerstoffsensor im Ansaugtrakt, Figur 2 ein Temperatur T - Zeit t - Diagramm,
Figur 3 ein weiteres Temperatur T - Zeit t - Diagramm,
Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung des Aufbaus eines Sauerstoffsensors .
Figur 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 in einer schematischen Darstellung. Die Brennkraftmaschine 1 besitzt einen Motorblock 20 mit einem Luftansaugtrakt 2 und einem Abgastrakt 3. Im Luft- ansaugtrakt 2 befindet sich ein Ladeluftkühler 5. Über eine
Abgasrückführleitung 4 wird Abgas aus dem Abgastrakt 3 in den Luftansaugtrakt 2 eingeführt. Die Abgasrückführleitung 4 mündet hierbei in Luftansaugrichtung vor dem Ladeluftkühler 5 in den Luftansaugtrakt 2. In der Abgasrückführleitung 4 ist ein Ab- gasrückführventil 21 zu erkennen, mit dem die Menge des dem
Ansaugtrakt 3 zugeführten Abgases beeinflusst werden kann. Die Menge des dem Ansaugtrakt 3 zugeführten Abgases wir auch als Abgasrückführungsrate bezeichnet. Diese kann mit einem mit dem Abgasrückführventil 21 elektrisch verbundenen Steuergerät 22 gesteuert werden.
Um die Abgasrückführungsrate zu erfassen, befindet sich im Luftansaugtrakt 2 ein Sauerstoffsensor 6, der zwischen der
Mündungsstelle der Abgasrückführleitung 4 und dem Motoreinlass im Luftansaugtrakt 2 angeordnet ist. Mit dem Sauerstoffsensor 6 wird die Sauerstoffkonzentration im angesaugten Luftstrom gemessen, die als Maß für die Abgasrückführungsrate verwendet werden kann. Der Sauerstoffsensor 6 liefert seine Messergebnisse an das Steuergerät 22 und ist dazu mit dem Steuergerät 22 elektrisch verbunden. Zudem ist in Figur 1 im Luftansaugtrakt 2 ein Temperatursensor 23 zu erkennen, der im Bereich B um den Sauerstoffsensor 6 im Luftansaugtrakt 2 angeordnet ist. Dieser Bereich B erstreckt sich vorteilhafter Weise bis zu 150 mm vor und hinter dem Sauerstoffsensor 6 im Luftansaugtrakt 2.
Moderne Brennkraftmaschinen 1 können zudem einen Abgasturbolader 24 aufweisen, der die im Abgasstrom vorhandene kinetische Energie in mechanische Rotationsenergie umsetzt und damit Frischluft in den Luftansaugtrakt 2 pumpen kann. Zudem ist in Fig. 1 im Ansaugtrakt 2 ein Luftfilter 25 zu erkennen, durch den die Außenluft angesaugt und dabei vorgereinigt wird. Am Ende des Abgastraktes 3 ist ein Schalldämpfer 26 zu erkennen, der die Geräuschemission der Brennkraftmaschine 1 minimiert.
In Fig. 2 ist ein Temperatur T - Zeit t - Diagramm dargestellt, bei dem die Temperaturen T des Sauerstoffsensors 6 mit der Funktion S, die Temperatur T im Abgastrakt 3 mit der Funktion A und die Temperatur T der Umgebungsluft mit der Funktion U dargestellt sind. Die Umgebungsluft um die Brennkraftmaschine 1 behält eine konstante Temperatur T bei, was mit der stei¬ gungslosen Funktion U dargestellt wird. Im Luftansaugtrakt 2 herrscht während des Betriebes der Brennkraftmaschine 1 eine konstante Temperatur T, die weit über der Umgebungstemperatur U aber unter der Temperatur T des Sauerstoffsensors 6 liegt, was mit der Funktion A dargestellt wird. Die Temperatur T des Sauerstoffsensors 6 wird mit dem Heizelement am Sauerstoffsensor 6 so eingestellt, dass sie noch über der im Abgastrakt 3 herrschenden Temperatur liegt. Dazu kann der Sauerstoffsensor 6 auf 700 - 800 °C aufgeheizt werden. Beim Abschalten der
Brennkraftmaschine zum Zeitpunkt tl änderst sich die Temperatur der Umgebung nicht, was in der Funktion U dargestellt ist. Die Temperatur T im Abgasstrang 3 kann jedoch aufgrund der Hitze im Motorblock 20 der Brennkraftmaschine 1 ansteigen. Dieser Temperaturanstieg kann derart stark sein, dass die Temperatur T im Abgastrakt 3 ab dem Zeitpunkt t2 die Temperatur T des Sauerstoff- sensors 6 übersteigt. In dieser Situation können in der Ansaugluft vorhandene Verschmutzungen, z. B. Öltröpfchen, hin zum Sauerstoffsensor 6 transportiert werden und sich auf diesem verstärkt ablagern. Damit wird der Sauerstoffsensor 6 in diesem Zustand verschmutzt. Diese Verschmutzungen verkürzen die Le- bensdauer des Sauerstoffsensors 6 erheblich. Zur Vermeidung dieser Verschmutzungen auf dem Sauerstoffsensor 6 wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der Sauerstoffsensor 6 nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine 1 zum Zeitpunkt tl mit dem Heizelement 12 derart geheizt, dass die Temperatur T des Sauer- stoffsensors 6 für einen vorbestimmten Zeitraum über der Temperatur T des Ansaugtraktes 3 im Bereich um den Sauerstoffsensor 6 und über der Temperatur T des Gases im Ansaugtrakt 3 in dem Bereich B um den Sauerstoffsensor 6 liegt. Dies wird in Fig. 3 dargestellt .
Fig. 3 zeigt wiederum die Temperatur T der Umgebung mit der steigungslosen Kurve U und die Temperatur T im Luftansaugtrakt 2 mit der Kurve A sowie die Temperatur T des Sauerstoffsensors 6 mit der Kurve S. Zum Zeitpunkt tl wird wiederum die Brenn- kraftmaschine 1 abgestellt und vom heißen Motorblock 20 wandert Wärme in den Luftansaugtrakt 2, was durch die positive Steigung der Kurve A bis zum Zeitpunkt t3 dargestellt ist. Mit dem Heizelement 12 wird die Temperatur T des Sauerstoffsensors 6 über der Temperatur T im Luftansaugtrakt 2 gehalten, das heißt, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auch nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine 1 der Sauerstoffsensor 6 weiterhin mit dem Heizelement 12 beheizt. Da die Temperatur T des Sauerstoffsensors 6 zu jeder Zeit größer oder zumindest gleich der Temperatur T des Luftansaugtraktes 2 im Bereich des Sauerstoffsensors 6 ist, können keine Verschmutzungen hin zum Sauerstoffsensor 6 transportiert werden. Auch das Abscheiden von Kondensaten auf dem Sauerstoffsensor aus der Atmosphäre im Luftansaugtrakt 2 wird durch das erfindungsgemäße Verfahren verhindert. Dieses Ver¬ fahren verlängert die Lebensdauer des Sauerstoffsensors 6 im Luftansaugtrakt 2 der Brennkraftmaschine 1 erheblich.
Der Aufbau des Sauerstoffsensors 6 ist schematisch in Figur 4 im Schnitt dargestellt. Der Sensor 6 besitzt als Trägermaterial einen monolithischen Block 11 aus mit Yttrium stabilisiertem Zirkondioxid, auf dessen Unterseite sich eine Schutzschicht 13, ein Heizelement 12 und wieder eine Schutzschicht 13 befinden. Auf der gegenüberliegenden Seite des monolithischen Blocks 11 befindet sich die eigentliche Messstruktur, die aus einer Inter- digitalelektrode besteht. Diese besitzt eine mit einer Diffu¬ sionsschicht 18 aus porösem Zr02 bedeckte Kathode 15 und eine Anode 14, die als poröse Platinelektrode ausgebildet ist. Über einen Stromkreis 16 wird eine Pumpspannung angelegt, die bewirkt, dass Sauerstoff im sogenannten Grenzstrombetrieb von der Kathode 15 zur Anode 14 gepumpt wird. Es versteht sich, dass der hier dargestellte Sauerstoffsensor auch mittels Nernst-Regelung betrieben werden kann. Vorteilhaft ist es, wenn die Trägerstruktur bzw. das Trägermaterial des Sauerstoffsensors 6 als monolithischer Block ausgebildet ist und keine Hohlräume und keine Mehrschichtstruktur aufweist. Am Sauerstoffsensor 6 selber kann ebenfalls ein Temperatursensor angeordnet sein, mit dem die Temperatur T des Sauerstoffsensors 6 messbar ist.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines im Luftansaugtrakt (2) einer Brennkraftmaschine (1) angeordneten Sauerstoffsensors (6), wobei der Sauerstoffsensor (6) ein Heizelement (12) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sauerstoffsensor (6) nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine (1) mit dem Heizelement (12) derart geheizt wird, dass die Temperatur (T) des Sauerstoffsensors (6) für einen vorgegebenen Zeitraum über der Temperatur (T) des Luftansaugtraktes (2) im Bereich (B) um den Sauerstoffsensor (6) und über der Temperatur (T) des Gase im Luftansaugtrakt (2) in der Umgebung des Sauerstoffsensors (6) liegt.
Verfahren zum Betreiben eines im Luftansaugtrakt (2) einer Brennkraftmaschine (1) angeordneten Sauerstoffsensors (6) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sich der Bereich (B) um den Sauerstoffsensor (6) im Luftansaugtrakt (2) bis zu 150 mm vor und nach dem Sau¬ erstoffsensor (6) erstreckt.
Verfahren zum Betreiben eines im Luftansaugtrakt (2) einer Brennkraftmaschine (1) angeordneten Sauerstoffsensors (6) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sauerstoffsensor (6) als Lambda- Sonde ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben eines im Luftansaugtrakt (2) einer Brennkraftmaschine (1) angeordneten Sauerstoffsensors (6) nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Luftansaugtrakt (2) über einen Abgasrückführleitung (4) mit einem Abgastrakt (3) der Brennkraftmaschine (1) verbunden ist.
Verfahren zum Betreiben eines im Luftansaugtrakt (2) einer Brennkraftmaschine (1) angeordneten Sauerstoffsensors (6) nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sauerstoffsensor (6) einen monolithischen Block (11) aus yttriumstabilisierter Zirkondioxidkeramik (Zr02) aufweist.
6. Verfahren zum Betreiben eines im Luftansaugtrakt (2) einer Brennkraftmaschine (1) angeordneten Sauerstoffsensors (6) nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass auf der einen Seite des monolithischen Blocks (11) eine Heizung (12) und auf der anderen Seite desselben eine Messstruktur (22) angeordnet sind.
7. Verfahren zum Betreiben eines im Luftansaugtrakt (2) einer Brennkraftmaschine (1) angeordneten Sauerstoffsensors (6) nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im Bereich (B) um den Sauerstoffsensor (6) in und/oder an dem Luftansaugtrakt (2) ein Temperatursensor (23) angeordnet ist.
8. Verfahren zum Betreiben eines im Luftansaugtrakt (2) einer Brennkraftmaschine (1) angeordneten Sauerstoffsensors (6) nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Annäherung der Temperatur des Sauerstoffsensors von hohen Temperaturen an die momentane Temperatur des Gases in der Umgebung des Sauerstoffsensors erfolgt.
9. Verfahren zum Betreiben eines im Luftansaugtrakt (2) einer Brennkraftmaschine (1) angeordneten Sauerstoffsensors (6) nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass während der Annäherung der Temperatur des Sauerstoffsensors (6) an die momentane
Temperatur des Gases in der Umgebung die Temperatur des Sauerstoffsensors (6) nicht unter die Temperatur des Gase im Ansaugtrakt in der Umgebung des Sauerstoffsensors fällt.
Kraftfahrzeug mit einer Start-Stop-Automat ik und mit einem im Luftansaugtrakt (2) der Brennkraftmaschine (1) ange¬ ordneten Sauerstoffsensor (6), wobei der Sauerstoffsensor (6) nach einem in den Ansprüchen 1 bis 9 beanspruchten Verfahren betrieben wird.
PCT/EP2014/068731 2013-09-09 2014-09-03 Verfahren zum betreiben eines im luftansaugtrakt einer brennkraftmaschine angeordneten sauerstoffsensors WO2015032814A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013217956.1 2013-09-09
DE102013217956.1A DE102013217956A1 (de) 2013-09-09 2013-09-09 Verfahren zum Betreiben eines im Luftansaugtrakt einer Brennkraftmaschine angeordneten Sauerstoffsensors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015032814A1 true WO2015032814A1 (de) 2015-03-12

Family

ID=51492311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/068731 WO2015032814A1 (de) 2013-09-09 2014-09-03 Verfahren zum betreiben eines im luftansaugtrakt einer brennkraftmaschine angeordneten sauerstoffsensors

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102013217956A1 (de)
WO (1) WO2015032814A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009029316A1 (de) * 2009-09-09 2011-03-10 Ford Global Technologies, LLC, Dearborn Verfahren zur Erkennung von Drift im Lufteinlaßsystem eines Verbrennungsmotors mit Abgasrückführung
US20120239271A1 (en) * 2011-03-14 2012-09-20 Ngk Spark Plug Co, Ltd. Sensor control apparatus and sensor control method
DE102012200062A1 (de) * 2012-01-03 2013-07-04 Continental Automotive Gmbh Brennkraftmaschine mit im Luftansaugtrakt angeordnetem Sauerstoffsensor und Sauerstoffsensor

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6388259A (ja) * 1986-09-30 1988-04-19 Mitsubishi Electric Corp 機関の排気ガス再循環制御方法および装置
JP2005207924A (ja) * 2004-01-23 2005-08-04 Toyota Motor Corp 排気センサの制御装置
DE102004052772A1 (de) * 2004-10-30 2006-05-04 Volkswagen Ag Verfahren zur Steuerung eines Betriebs eines beheizbaren Abgassensors eines Kraftfahrzeugs

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009029316A1 (de) * 2009-09-09 2011-03-10 Ford Global Technologies, LLC, Dearborn Verfahren zur Erkennung von Drift im Lufteinlaßsystem eines Verbrennungsmotors mit Abgasrückführung
US20120239271A1 (en) * 2011-03-14 2012-09-20 Ngk Spark Plug Co, Ltd. Sensor control apparatus and sensor control method
DE102012200062A1 (de) * 2012-01-03 2013-07-04 Continental Automotive Gmbh Brennkraftmaschine mit im Luftansaugtrakt angeordnetem Sauerstoffsensor und Sauerstoffsensor

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013217956A1 (de) 2015-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012200062B4 (de) Brennkraftmaschine mit im Luftansaugtrakt angeordnetem Sauerstoffsensor und Sauerstoffsensor
EP3092481B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur überwachung der fettgas-messfähigkeit einer abgas-sonde
EP3092401B1 (de) Verfahren zur leckdiagnose in einem kraftstofftanksystem
DE102016222117B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit einer Kurbelgehäuse-Entlüftungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine
DE102007042086B4 (de) Testverfahren für eine Abgassonde einer Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Lambda-Sonde
DE102017110589B4 (de) Steuervorrichtung für Abgassensor
DE102009018831A1 (de) Selbstkalibrierendes Sensorsystem und Verfahren
DE102007000112A1 (de) Abgassensormontageaufbau
DE102017106612A1 (de) Abgassensorsteuerung
DE102010037650B4 (de) O2-Regelungssystem für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zur Regelung der O2-Konzentration
DE102011086148A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines resistiven Sensors im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine
DE102017106698A1 (de) Steuervorrichtung für einen Stickstoffoxidsensor
DE102017112539A9 (de) Steuervorrichtung für Abgassensor
DE102017113685A1 (de) Abgassensor
WO2015032487A1 (de) Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine
DE102015202870A1 (de) Verfahren zur Bestimmung des Taupunktendes im Abgastrakt einer Verbrennungsmaschine
DE102017107232B4 (de) Steuervorrichtung für einen Abgassensor
DE102020004757B4 (de) Betriebssteuerverfahren für einen fahrzeugmotor und fahrzeugsystem
DE102009001064A1 (de) Verfahren zum Ermitteln eines Maßes für einen Wassertropfeneintrag in den Abgaskanal einer Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102014206247A1 (de) Sensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum und Verfahren zum Herstellen
DE112008000617T5 (de) Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor
WO2015032814A1 (de) Verfahren zum betreiben eines im luftansaugtrakt einer brennkraftmaschine angeordneten sauerstoffsensors
DE102015206912B4 (de) Verfahren und Steuervorrichtung zur Detektion einer Leckage mindestens eines Kraftstoff-Injektors einer Brennkraftmaschine
DE102020205775A1 (de) Vergleichen der Durchflussmengen von Einspritzventilen eines Verbrennungsmotors
DE102016119379A1 (de) Sensorsteuervorrichtung, welche für einen Gassensor eingerichtet ist, die ein vergiftendes Milieu erfasst

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14759158

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14759158

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1