WO2016096869A1 - Verfahren zum betreiben eines sauerstoffsensors und sauerstoffsensor - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for operating an oxygen sensor for detecting the oxygen content in a gas stream passing through a suction line to a
  • the oxygen sensor at least a first electrode and at least one second
  • An electrode wherein the first electrode and the second electrode are separated by a solid electrolyte and the second electrode is separated by a diffusion barrier from the gas stream and wherein the oxygen sensor comprises a heating element which heats the solid electrolyte such that the oxygen ion transport from the first electrode to the second electrode can be effected by a solid ⁇ electrolyte.
  • the oxygen sensor comprises a heating element which heats the solid electrolyte such that the oxygen ion transport from the first electrode to the second electrode can be effected by a solid ⁇ electrolyte.
  • the oxygen sensor is located after the point of supply of the recirculated exhaust gases in the intake manifold of the internal combustion engine.
  • exhaust gas recirculation rate is about the detection of the oxygen content in the gas stream is passed through an intake line to a combustion motor ⁇ be determined.
  • Exhaust Gas Recirculation of 0 ⁇ 2 content is about 21% in the intake air and decreases with increasing exhaust gas recirculation rate.
  • Oxygen sensors are known from the prior art, which are used primarily in the exhaust system to monitor the completeness of the combustion of the fuel.
  • the conditions in the intake manifold differ fundamentally from those in the exhaust system.
  • the temperatures prevailing in the intake manifold are much lower than those in the exhaust system and, on the other hand, hydrocarbon compounds (HC) are increasingly present in the intake manifold
  • Combustion engine to be supplied with the intake air for combustion.
  • So memory ⁇ elements are installed in modern motor vehicles, which receive hydrocarbons, which when refueling or solve the ride from the fuel and while stored on the prevention of environmental damage in an HC storage element.
  • a purge is performed by blowing fresh air into the HC storage element, which receives the hydrocarbons and flushes into the intake line.
  • the gas stream in the intake tract contains more hydrocarbons, which have a negative effect on the measurement accuracy of the oxygen sensor.
  • Another source of hydrocarbons in the intake ⁇ strand is the crankshaft ventilation, which also takes place via the intake manifold.
  • prior art oxygen sensors are unsuitable for accurate measurements of oxygen content in gas mixtures containing more combustible gases (for example, hydrocarbons).
  • the present invention is therefore based on the object to provide an oxygen sensor for detecting the oxygen content in a gas mixture and a method for operating an oxygen sensor, with which accurate Mess ⁇ results are achieved for the oxygen content in the gas mixture in a gas mixture with a proportion of combustible gases ,
  • This object is achieved by a method for operating an oxygen sensor with the features of un ⁇ dependent method claim. Because the heating element heats the solid electrolyte to a temperature between 350 ° C. and 430 ° C., the oxidation of the hydrocarbons at the second electrode of the oxygen sensor is largely prevented, as a result of which the oxygen sensor can detect the full oxygen content in the gas mixture. Thus, the measurement results of the oxygen sensor are not corrupted by a hydrocarbon cross sensitivity.
  • the object is also achieved by an oxygen sensor with the features of the independent device claim.
  • the heating element heats the solid electrolyte to a temperature of 380 ° C.
  • a temperature of 380 ° C the conductivity of the solid ⁇ state electrolyte for oxygen ions is high enough to obtain a readily measurable current which is proportional to Sauer ⁇ oxygen content in the gas stream, wherein the relatively low temperature, the oxidation of hydrocarbons at the Surface of the second electrode of the oxygen sensor is effectively prevented.
  • FIG. 3 shows the operation of the illustrated in Fig. 2
  • FIG. 1 shows the arrangement of an oxygen sensor 14 in the intake line 7 of an internal combustion engine 1.
  • the internal combustion engine 1 has an intake line 7 and an exhaust line 3. From the cylinders of the internal combustion engine 1 are combustion exhaust gases 8 via the exhaust manifold 2 and a catalyst 4 and a
  • the combustion exhaust gases 8 may contain impurities 19 in the form of oil droplets, soot etc. Oil droplets consist of hydrocarbons HC and thus contribute to the cross-sensitivity of the oxygen sensor 14. From the combustion exhaust gases 8, a part of the volume flow can be diverted to the
  • an exhaust gas recirculation valve 5 is actuated by the engine control 13, which introduces a part of the exhaust gas flow 8 into the exhaust gas recirculation line 6, which in turn is connected to the intake line 7.
  • Intake air 9 is sucked in through the intake line 7 via an air filter 10 and mixed in the region of the connection of the exhaust gas recirculation line 6 in the intake line 7 with recirculated combustion exhaust gas 8.
  • the oxygen sensor 14 is disposed in the direction of flow of the intake air Strö ⁇ 9 behind the point in the intake line 7 to which the exhaust gas recirculation line is coupled to the suction leg An ⁇ 7. 6
  • the central axis of the oxygen sensor 14 is arranged orthogonal to the flow direction of the gas stream 18 in the intake manifold 7.
  • the oxygen sensor 14 can measure the oxygen O 2 contained in the gas flow 18, the gas flow 18 being formed by the intake air 9 (exhaust gas intake air mixture) mixed with combustion exhaust gases.
  • a large amount of Koh ⁇ bons HC through a not shown tank ⁇ breather pipe can be added to the gas stream 18th
  • the information on the information contained in the gas stream 18 oxygen content can be passed on to a Mo ⁇ tor torture réelle. 13
  • a pressure sensor 12 is provided, which can be arranged in the intake line 7, for example in the region of the intake manifold and provides the engine control unit 13 with information about the pressure prevailing in the intake line 7.
  • the raw signals of the oxygen sensor 14 can be corrected so that the relative proportion of the oxygen O 2 in the gas stream 18 (Abas-intake air mixture) can be determined.
  • an air mass meter 21 is further arranged in the intake manifold 7.
  • the pressure sensor 12 the pressure sensor 12
  • Air mass meter 21 and the oxygen sensor 14 are electrically connected to the engine control unit 13 and together provide highly accurate data on the amount of oxygen available to the combustion engine 1 ⁇ available for combustion. With this information, optimum combustion of the fuel in the internal combustion engine 1 can take place, so that the internal combustion engine 1 can operate extremely efficiently, the environment being polluted with as few exhaust gases 8 as possible.
  • the electrical connections 20 between the engine control unit 13 and the various sensors and the exhaust gas recirculation valve 5 and the internal combustion engine 1 are shown here only schematically. Since only relatively low temperatures prevail in the intake manifold 7, the oxygen sensor 14 are heated with an electric heating element, not shown here, to its operating temperature. This operating temperature is about 700 ° C in prior art methods of operating oxygen sensors.
  • FIG. 2 shows an oxygen sensor 14 in a suction line 7.
  • a gas stream 18 is transported to the internal combustion engine 1.
  • the gas stream 18 contains primarily oxygen O2 and nitrogen and carbon dioxide, not shown here, as well as hydrocarbons HC. It is to be determined in the gas stream 18 of sour ⁇ oxygen content, wherein a cross ⁇ sensitivity to be suppressed by the existing hydrocarbons HC.
  • the oxygen sensor 14 has a substrate 24 on which a heating element 22 is arranged, which is covered with a protective layer 23. On the protective layer 23, solid electrolytes 17 are arranged, which separate the first electrodes 15 from the second electrodes 16. Diffusion barriers 11 can be seen over the second electrodes 16. The diffusion barriers 11 separate the second electrodes 16 from the gas flow 18.
  • the first electrodes 15 and the second electrodes 16 are connected to a voltage source 26 by means of electrical conductors.
  • a current measuring element 25 is connected, which is connected by means of an electrical connection 20 with the motor ⁇ control unit 13.
  • the solid electrolyte 17 may, for. B. consist of yttrium-doped zirconia.
  • the second electrode 16 is separated from the gas flow 18 by the diffusion barrier 11. Oxygen molecules O2 can pass from the gas stream 18 through the diffusion barrier 11 to the second electrode, where they are converted into doubly negatively charged oxygen ions due to the applied voltage.
  • the solid electrolyte 17 for the doubly negatively charged oxygen ions begins to become conductive and there is a transport of the twice negatively ⁇ charged oxygen ions to the first electrode 15, where they are converted back to neutral oxygen molecules and return to the gas stream 18.
  • the electrical current generated during this transport process can be derived from the
  • Solid electrolyte 17 only to a temperature between 350 ° C and 430 ° C.
  • a preferred temperature to which the heating element 22 heats the solid electrolyte 17 is 380 ° C. Due to this relatively low temperature, the oxidation of hydrocarbons HC at the surface of the second electrode 16 of the oxygen sensor 14 is kept as low as possible, whereby an unaltered oxygen content in the gas stream 18 can be measured. However, the conductivity of the solid ⁇ electrolyte 17 at 380 ° C is still high enough to obtain a good measurable current, which is proportional to oxygen ⁇ content in the gas stream 18.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Sauerstoffsensors zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes in einem Gasstrom, der durch einen Ansaugstrang zu einem Verbrennungsmotor geführt wird, wobei der Sauerstoffsensor mindestens eine erste Elektrode und mindestens eine zweite Elektrode aufweist, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode durch einen Festkörperelektrolyt voneinander getrennt sind und die zweite Elektrode durch eine Diffusionsbarriere vom Gasstrom getrennt ist und wobei der Sauerstoffsensor ein Heizelement aufweist, das den Festkörperelektrolyt derart erwärmt, das eine Sauerstoffionentransport von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode durch den Festkörperelektrolyt erfolgen kann. Um ein Verfahren zum Betreiben eines Sauerstoffsensors anzugeben, mit welchem auch in einem Gasgemisch mit einem Anteil brennbarer Gase genaue Messergebnisse für den Sauerstoffgehalt im Gasgemisch erreicht werden, heizt das Heizelement den Festkörperelektrolyt auf eine Temperatur zwischen 350 °C und 430 °C auf.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben eines Sauerstoffsensors und Sauer¬ stoffsensor
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Sauerstoffsensors zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes in einem Gasstrom, der durch einen Ansaugstrang zu einem
Verbrennungsmotor geführt wird, wobei der Sauerstoffsensor mindestens eine erste Elektrode und mindestens eine zweite
Elektrode aufweist, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode durch einen Festkörperelektrolyt voneinander getrennt sind und die zweite Elektrode durch eine Diffusionsbarriere vom Gasstrom getrennt ist und wobei der Sauerstoffsensor ein Heizelement aufweist, das den Festkörperelektrolyt derart erwärmt, das eine Sauerstoffionentransport von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode durch einen Festkörper¬ elektrolyt erfolgen kann. Bei Verbrennungsmotoren ist es in einer Reihe von Fällen ge¬ wünscht, den Sauerstoffgehalt in der Ansaugluft im Ansaugstrang des Verbrennungsmotors zu erfassen. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Verbrennungsmotor mit Einrichtungen zur Abgasrückführung in den Ansaugtrakt versehen ist. In diesem Fall ist der Sauerstoffsensor hinter dem Punkt der Einspeisung der rückgeführten Abgase im Ansaugstrang des Verbrennungsmotors angeordnet. Hier soll über die Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Gasstrom, der durch einen Ansaugstrang zu einem Verbrennungs¬ motor geführt wird, die Abgasrückführungsrate ermittelt werden. Ohne Abgasrückführung beträgt der 02 ~Gehalt in der Ansaugluft ca. 21 % und sinkt mit zunehmendem Abgasrückführungsanteil.
Aus dem Stand der Technik sind SauerstoffSensoren bekannt, die in erster Linie im Abgasstrang eingesetzt werden, um die Vollständigkeit der Verbrennung des Kraftstoffes zu überwachen. Die Bedingungen im Ansaugstrang unterscheiden sich jedoch grundlegend von denen im Abgasstrang. Zum einen sind die im Ansaugstrang vorherrschenden Temperaturen wesentlich geringer als die im Abgasstrang und zum anderen kommen im Ansaugstrang vermehrt KohlenwasserstoffVerbindungen (HC) vor die dem
Verbrennungsmotor mit der Ansaugluft zur Verbrennung zugeführt werden sollen. So sind bei modernen Kraftfahrzeugen Speicher¬ elemente verbaut, die Kohlenwasserstoffe aufnehmen, die sich beim Tanken oder während der Fahrt aus dem Kraftstoff lösen und zur Vermeidung von Umweltbelastungen in ein HC-Speicherelement eingelagert werden. Wenn das HC-Speicherelement dann vollständig mit Kohlenwasserstoffen beladen ist, erfolgt eine Spülung, indem Frischluft in das HC-Speicherelement eingeblasen wird, die die Kohlenwasserstoffe aufnimmt und in den Ansaugstrang spült. Damit enthält der Gasstrom im Ansaugtrakt vermehrt Kohlenwasserstoffe, die sich auf die Messgenauigkeit des Sauerstoffsensors negativ auswirken. Eine weitere Quelle für Kohlenwasserstoffe im An¬ saugstrang ist die Kurbelwellenentlüftung, die ebenfalls über den Ansaugstrang erfolgt.
Da ein Sauerstoffsensor auf eine gewisse Betriebstemperatur (etwa 700 °C bei SauerstoffSensoren nach dem Stand der Technik) geheizt wird, können die Kohlenwasserstoffe nachdem sie die Diffusionsbarriere durchdrungen haben auf der Oberfläche der zweiten Elektrode des Sauerstoffsensors oxydieren, wodurch direkt am Sauerstoffsensor Sauerstoff aus dem Gasstrom ver¬ braucht wird, der dann bei der Messung das Sauerstoffgehaltes im Gasstrom nicht erfasst werden kann, was zu fehlerhaften Messungen führt. Dieser Vorgang wird auch als HC-Querempfindlichkeit (Kohlenwasserstoff-Querempfindlichkeit) des Säuerstoffsensors bezeichnet .
Daher sind SauerstoffSensoren nach dem Stand der Technik für genaue Messungen des Sauerstoffgehaltes in Gasgemischen mit einem Anteil brennbarere Gase (zum Beispiel Kohlenwasserstoffe) ungeeignet . Der vorliegenden Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, einen Sauerstoffsensor zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes in einem Gasgemisch sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Sauerstoffsensors zu schaffen, mit welchem auch in einem Gasgemisch mit einem Anteil brennbarer Gase genaue Mess¬ ergebnisse für den Sauerstoffgehalt im Gasgemisch erreicht werden .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betreiben eines Sauerstoffsensors mit den Merkmalen des un¬ abhängigen Verfahrensanspruchs gelöst. Dadurch, dass das Heizelement den Festkörperelektrolyt auf eine Temperatur zwischen 350 °C und 430 °C aufheizt, wird die Oxidation der Kohlenwasserstoffe an der zweiten Elektrode des Sauerstoff- sensors weitgehend unterbunden, wodurch der Sauerstoffsensor den vollen Sauerstoffgehalt im Gasgemisch erfassen kann. Damit werden die Messergebnisse des Sauerstoffsensors nicht durch eine Kohlenwasserstoffquerempfindlichkeit verfälscht . Die Aufgabe wird darüber hinaus durch einen Sauerstoffsensor mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs gelöst. Dadurch, dass der Festkörperelektrolyt mit dem Heizelement auf eine Temperatur zwischen 350 °C und 430 °C aufheizbar ist, wird die Oxidation der Kohlenwasserstoffe an der zweiten Elektrode des Sauerstoffsensors weitgehend unterbunden, wodurch der Sauer¬ stoffsensor den vollen Sauerstoffgehalt im Gasgemisch erfassen kann. Damit werden die Messergebnisse des Sauerstoffsensors nicht durch eine Kohlenwasserstoffquerempfindlichkeit ver¬ fälscht .
Bei einer Weiterbildung der Erfindung heizt das Heizelement den Festkörperelektrolyt auf eine Temperatur von 380 °C auf. Bei einer Temperatur von 380 °C ist die Leitfähigkeit der Fest¬ körperelektrolyten für Sauerstoffionen hoch genug, um einen gut messbaren Strom zu erhalten, der Proportional zum Sauer¬ stoffgehalt im Gasstrom ist, wobei durch die relativ niedrige Temperatur die Oxidation von Kohlenwasserstoffen an der Oberfläche der zweiten Elektrode des Sauerstoffsensors effektiv verhindert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen : die Anordnung eines Sauerstoffsensors im Ansaugstrang eines Verbrennungsmotors, einen Sauerstoffsensor in einem Ansaugstrang,
Figur 3 die Funktionsweise des in Fig. 2 dargestellten
Sauerstoffsensors .
Figur 1 zeigt die Anordnung eines Sauerstoffsensors 14 im Ansaugstrang 7 eines Verbrennungsmotors 1. Der Verbrennungsmotor 1 weist einen Ansaugstrang 7 und einen Abgasstrang 3 auf. Von den Zylindern des Verbrennungsmotors 1 werden Verbrennungsabgase 8 über die Abgaskrümmer 2 und einen Katalysator 4 bzw. einen
Schalldämpfer zum Auspuff eines Kraftfahrzeuges geführt. Die Verbrennungsabgase 8 können Verunreinigungen 19 in Form von Öltröpfchen, Ruß etc. enthalten. Öltröpfchen bestehen aus Kohlenwasserstoffen HC und tragen damit zur Querempfindlichkeit des Sauerstoffsensors 14 bei. Von den Verbrennungsabgasen 8 kann ein Teil des Volumenstromes abgezweigt werden, um die
Verbrennungsabgase dem Verbrennungsmotor 1 erneut zur
Verbrennung zur Verfügung zu stellen, was den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors 1 steigern kann. Dazu wird von der Mo- torsteuerung 13 ein Abgasrückführventil 5 angesteuert, das einen Teil des Abgasstromes 8 in die Abgasrückführleitung 6 einleitet, die wiederum mit dem Ansaugstrang 7 verbunden ist. Durch den Ansaugstrang 7 wird Ansaugluft 9 über einen Luftfilter 10 angesaugt und im Bereich der Verbindung der Abgasrückführleitung 6 in dem Ansaugstrang 7 mit rückgeführtem Verbrennungsabgas 8 vermischt. So gelangen sowohl Verbrennungsabgase 8 als auch deren Verunreinigungen 19 mit den Kohlenwasserstoffen HC zu dem Sauerstoffsensor 14. Der Sauerstoffsensor 14 ist in Strö¬ mungsrichtung der Ansaugluft 9 hinter dem Punkt im Ansaugstrang 7 angeordnet, an dem die Abgasrückführleitung 6 an den An¬ saugstrang 7 angekoppelt ist. Zudem ist die zentrale Achse des Sauerstoffsensors 14 orthogonal zur Strömungsrichtung des Gasstroms 18 im Ansaugstrang 7 angeordnet. Damit kann der Sauerstoffsensor 14 den im Gasstrom 18 enthaltenen Sauerstoff O2 messen, wobei der Gasstrom 18 durch die mit Verbrennungsabgasen vermischte Ansaugluft 9 (Abgas-Ansaugluft-Gemisch) gebildet wird. Zudem kann dem Gasstrom 18 eine große Menge von Koh¬ lenwasserstoffen HC über eine hier nicht dargestellte Tank¬ entlüftungsleitung zugemischt werden. Die Information über den im Gasstrom 18 enthaltenen Sauerstoffanteil kann an ein Mo¬ torsteuergerät 13 weitergeben werden. Da der Säuerstoffsensor 14 ein druckabhängiges Rohsignal liefert, ist ein Drucksensor 12 vorgesehen, der im Ansaugstrang 7 beispielsweise im Bereich der Ansaugkrümmer angeordnet sein kann und dem Motorsteuergerät 13 Informationen über den im Ansaugstrang 7 herrschenden Druck liefert. Mit dem Drucksensor 12 können die Rohsignale des Sauerstoffsensors 14 derart korrigiert werden, dass der relative Anteil des Sauerstoffes O2 im Gasstrom 18 (Abas-Ansaug- luft-Gemisch) bestimmt werden kann. Um die absolute Menge des Sauerstoffs O2 zu bestimmen, die den Zylindern des Verbren¬ nungsmotors 1 zugeführt wird, ist weiterhin ein Luftmassenmesser 21 im Ansaugstrang 7 angeordnet. Der Drucksensor 12, der
Luftmassenmesser 21 und der Sauerstoffsensor 14 sind mit dem Motorsteuergerät 13 elektrisch verbunden und liefern zusammen hochgenaue Daten über die Sauerstoffmenge, die dem Verbrennungs¬ motor 1 zur Verbrennung zur Verfügung steht. Mit diesen In- formationen kann eine optimale Verbrennung des Kraftstoffes im Verbrennungsmotor 1 erfolgen, so dass der Verbrennungsmotor 1 höchst effizient arbeiten kann, wobei die Umwelt mit möglichst wenig Abgasen 8 belastet wird. Die elektrischen Verbindungen 20 zwischen dem Motorsteuergerät 13 und den verschiedenen Sensoren sowie dem Abgasrückführventil 5 und dem Verbrennungsmotor 1 sind hier nur schematisch dargestellt. Da im Ansaugstrang 7 nur relativ geringe Temperaturen herrschen, muss der Sauerstoff- sensor 14 mit einem hier nicht dargestellten elektrischen Heizelement auf seine Betriebstemperatur geheizt werden. Diese Betriebstemperatur beträgt bei Verfahren zum Betreiben von SauerstoffSensoren nach dem Stand der Technik etwa 700 °C.
Fig. 2 zeigt einen Sauerstoffsensor 14 in einem Ansaugstrang 7. Im Ansaugstrang 7 wird ein Gasstrom 18 hin zum Verbrennungsmotor 1 transportiert. Der Gasstrom 18 enthält in erster Linie Sauerstoff O2 und hier nicht dargestellten Stickstoff und Kohlendioxid, sowie Kohlenwasserstoffe HC. Es soll der Sauer¬ stoffgehalt im Gasstrom 18 bestimmt werden, wobei eine Quer¬ empfindlichkeit durch die vorhandenen Kohlenwasserstoffe HC unterdrückt werden soll. Der Sauerstoffsensor 14 weist ein Substrat 24 auf, auf dem ein Heizelement 22 angeordnet ist, das mit einer Schutzschicht 23 bedeckt ist. Auf der Schutzschicht 23 sind Festkörperelektrolyte 17 angeordnet, die die ersten Elektroden 15 von den zweiten Elektroden 16 trennen. Über den zweiten Elektroden 16 erkennt man Diffusionsbarrieren 11. Die Diffusionsbarrieren 11 trennen die zweiten Elektroden 16 von dem Gasstrom 18. Die ersten Elektroden 15 und die zweiten Elektroden 16 sind mithilfe von elektrischen Leiterbahnen mit einer Spannungsquelle 26 verbunden. In die elektrische Leiterbahn zwischen der Spannungsquelle 26 und der ersten Elektrode 15 oder der zweiten Elektrode 16 ist eine Strommesselement 25 geschaltet, das mit Hilfe einer elektrischen Verbindung 20 mit dem Motor¬ steuergerät 13 verbunden ist.
Die Funktionsweise des in Fig. 2 dargestellten Sauerstoffsensors
14 wird in Fig. 3 näher erläutert. Mithilfe der Spannungsquelle 26 wird eine elektrische Spannung zwischen der ersten Elektrode
15 und der zweiten Elektrode 16 angelegt, wobei die erste Elektrode 15 von der zweiten Elektrode 16 durch den Festkörper¬ elektrolyt 17 getrennt ist. Der Festkörperelektrolyt 17 kann z. B. aus Yttrium dotiertem Zirkoniumoxid bestehen. Die zweite Elektrode 16 ist mit der Diffusionsbarriere 11 vom Gasstrom 18 getrennt. Sauerstoffmoleküle O2 können aus dem Gasstrom 18 durch die Diffusionsbarriere 11 hin zur zweiten Elektrode gelangen, wo sie aufgrund der angelegten Spannung in zweifach negativ geladene Sauerstoffionen umgewandelt werden. Wenn nun der Festkörper¬ elektrolyt 17 mithilfe des Heizelementes 22 auf eine bestimmte Temperatur geheizt wird, beginnt der Festkörperelektrolyt 17 für die zweifach negativ geladenen Sauerstoffionen leitfähig zu werden und es erfolgt ein Transport der zweifach negativ ge¬ ladenen Sauerstoffionen hin zur ersten Elektrode 15, wo sie zurück in neutrale Sauerstoffmoleküle umgewandelt werden und zurück in den Gasstrom 18 gelangen. Der bei diesem Trans- portprozess entstehende elektrische Strom kann von dem
Strommesselement 25 erfasst werden, wobei der so erfasste Strom ein direktes Maß für den Sauerstoffanteil im Gasstrom 18 darstellt. Um die Querempfindlichkeit des Sauerstoffsensors 14 auf die im Gasstrom 18 enthaltenen Kohlenwasserstoffe HC möglichst gering zu halten, heizt das Heizelement 22 den
Festkörperelektrolyt 17 lediglich auf eine Temperatur zwischen 350 °C und 430 °C auf. Eine bevorzugte Temperatur, auf die das Heizelement 22 den Festkörperelektrolyt 17 aufheizt, ist 380 °C. Durch diese relativ geringe Temperatur wird die Oxidation von Kohlenwasserstoffen HC an der Oberfläche der zweiten Elektrode 16 des Sauerstoffsensors 14 möglichst gering gehalten, wodurch ein unverfälschter Sauerstoffanteil im Gasstrom 18 gemessen werden kann. Jedoch ist die Leitfähigkeit des Festkörper¬ elektrolyts 17 bei 380 °C noch ausreichend hoch, um einen gut messbaren Strom zu erhalten, der proportional um Sauerstoff¬ gehalt im Gasstrom 18 ist.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Sauerstoffsensors (14) zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes in einem Gasstrom (18), der durch einen Ansaugstrang (7) zu einem Verbrennungsmotor
( 1 ) geführt wird, wobei der Sauerstoffsensor (14) mindestens eine erste Elektrode (15) und mindestens eine zweite Elektrode (16) aufweist, wobei die erste Elektrode (15) und die zweite Elektrode (16) durch einen Festkörperelektrolyt
(17) voneinander getrennt sind und die zweite Elektrode (16) durch eine Diffusionsbarriere (11) vom Gasstrom (18) getrennt ist und wobei der Sauerstoffsensor (14) ein Heizelement (22) aufweist, das den Festkörperelektrolyt
(17) derart erwärmt, das eine Sauerstoffionentransport von der ersten Elektrode (15) zu der zweiten Elektrode (16) durch den Festkörperelektrolyt (17) erfolgen kann, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Heizelement (22) den Festkörperelektrolyt (17) auf eine Temperatur zwischen 350 °C und 430 °C aufheizt.
Sauerstoffsensor (14) zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes in einem Gasstrom (18) , der durch einen Ansaugstrang (7) zu einem Verbrennungsmotor (1) geführt wird, wobei der Sau¬ erstoffsensor (14) eine erste Elektrode (15) und eine zweite Elektrode (16) aufweist, wobei die erste Elektrode
(15) und die zweite Elektrode (16) durch einen Festkör¬ perelektrolyt (17) voneinander getrennt sind und die zweite Elektrode (16) durch eine Diffusionsbarriere (11) vom Gasstrom (18) getrennt ist und wobei der Sauerstoffsensor
(14) ein Heizelement (22) aufweist, das den Festkörper¬ elektrolyt (17) derart erwärmt, das eine Sauerstoffio¬ nentransport von der ersten Elektrode (15) zu der zweiten Elektrode (16) durch den Festkörperelektrolyt (17) erfolgen kann, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Festkörperelektrolyt (17) mit dem Heizelement (22) auf eine Temperatur zwischen 350 °C und 430 °C aufheizbar ist. Verfahren zum Betreiben eines Sauerstoffsensors (14) 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 das Heizelement (22) den Festkorperelektrolyt (17) auf eine Temperatur von 380 °C aufheizt.
Sauerstoffsensor (14) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Festkorperelektrolyt (17) mit dem Heizelement (22) auf eine Temperatur von 380 °C aufheizbar ist.
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