WO2020260330A1 - Method for the operation of an exhaust gas sensor for an internal combustion engine, and exhaust gas sensor for an internal combustion engine - Google Patents

Method for the operation of an exhaust gas sensor for an internal combustion engine, and exhaust gas sensor for an internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
WO2020260330A1
WO2020260330A1 PCT/EP2020/067584 EP2020067584W WO2020260330A1 WO 2020260330 A1 WO2020260330 A1 WO 2020260330A1 EP 2020067584 W EP2020067584 W EP 2020067584W WO 2020260330 A1 WO2020260330 A1 WO 2020260330A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
pump
exhaust gas
cavity
internal combustion
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/067584
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sebastian Reiß
Original Assignee
Vitesco Technologies 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 Vitesco Technologies GmbH filed Critical Vitesco Technologies GmbH
Publication of WO2020260330A1 publication Critical patent/WO2020260330A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/417Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
    • G01N27/419Measuring voltages or currents with a combination of oxygen pumping cells and oxygen concentration cells
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4071Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
    • G01N27/4072Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure characterized by the diffusion barrier
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4073Composition or fabrication of the solid electrolyte
    • G01N27/4074Composition or fabrication of the solid electrolyte for detection of gases other than oxygen

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating an exhaust gas sensor for an internal combustion engine and an exhaust gas sensor for an internal combustion engine, in particular a method for determining a voltage setpoint for an electrode voltage of the exhaust gas sensor, in particular an exhaust gas sensor for detecting the nitrogen oxide and / or ammonia content in the exhaust gas
  • Exhaust sensors such as B. nitrogen oxide sensors allow a measurement of the
  • the components of the exhaust gas from the internal combustion engine include Ammonia (NH3) and nitrogen oxides (NOx), knowledge of the respective concentration for controlling the internal combustion engine, in particular the exhaust gas aftertreatment device, can be advantageous.
  • NH3 Ammonia
  • NOx nitrogen oxides
  • DE 10 2007 035 768 A1 discloses a method for diagnosing an engine that is arranged in an exhaust system of an internal combustion engine
  • Nitrogen oxide sensor the at least one setting device for setting the oxygen content of exhaust gas that has entered the sensor by means of a
  • DE 697 32 582 T2 discloses a method and a device for measuring the oxygen concentration and the nitrogen oxide concentration
  • DE 103 12 732 B4 discloses a method for operating a measuring probe for measuring a gas concentration in a measuring gas with a
  • Oxygen ion-conducting solid electrolyte which has a measuring cavity for receiving the Has measuring gas, a measuring electrode and an outer electrode. A pump current flowing between the measuring electrode and the outer electrode is transported
  • Oxygen ions from the measuring electrode to the outer electrode This is a check of the measuring electrode by a determination of the effective for the
  • Oxygen diffusion available electrode area or a value dependent thereon is carried out by setting a predetermined oxygen concentration in the measuring cavity, impressing a predetermined constant pump current between the measuring electrode and the outer electrode and measuring the resulting Nernst potential at the measuring electrode, the time until the measured Nernst potential is measured jumps from small to large values, the measured time period is compared with a predetermined threshold value and a defect in the measuring electrode is detected when the measured time period falls below the predetermined threshold value.
  • WO 2017/222001 A1, WO 2017/222002 A1 and WO 2017/222003 A1 each disclose nitrogen oxide sensors that are provided with a pre-cavity in which a pre-electrode is provided. By controlling the pump electrode and the pre-electrode, the ammonia content in the exhaust gas can be qualitatively determined
  • DE 10 201 1 003 514 A1 relates to a method for monitoring a function of a chemoresistive field effect transistor, in which an optimal setting of its operating point is to be achieved
  • Internal combustion engine arranged exhaust gas sensor to provide with which the Detection of the relevant exhaust gas parameters, in particular the nitrogen oxide and / or ammonia content, can be detected as precisely as possible.
  • This object is with a method according to claim 1 and a
  • the present invention is essentially based on the idea of dynamically adapting the voltage setpoint for an electrode voltage of an exhaust gas sensor as a function of the prevailing oxygen content and / or water content in the exhaust gas of the internal combustion engine.
  • the present invention is essentially based on the idea of dynamically adapting the voltage setpoint for an electrode voltage of an exhaust gas sensor as a function of the prevailing oxygen content and / or water content in the exhaust gas of the internal combustion engine.
  • Voltage setpoint of that electrode voltage dynamically adjusted which is achieved by applying a pump current to pump out ionized oxygen from the exhaust gas sensor at the corresponding pump electrode and a
  • Reference electrode which is in contact with the ambient air, forms.
  • the exhaust gas parameters such as the nitrogen oxide content and / or the ammonia content in the exhaust gas
  • a method for operating an exhaust gas sensor which has a main body and is arranged in an exhaust system of an internal combustion engine, which has a first pump cavity arranged in the main body and connected to the exhaust gas, in which a first pump electrode is arranged, an im A second pump cavity arranged in the main body and connected to the exhaust gas, in which a second pump electrode is arranged, and a reference cavity arranged in the main body and connected to the ambient air, in which a reference electrode is arranged.
  • the method according to the invention comprises determining the oxygen content in the exhaust gas of the internal combustion engine, determining a voltage setpoint value for the second that is formed between the second pump electrode and the reference electrode on the basis of a pump current applied to the second pump electrode
  • the voltage setpoint for the second electrode voltage is dynamically adapted as a function of the determined oxygen content and / or water content during operation of the internal combustion engine
  • the ammonia content and / or nitrogen oxide content in the exhaust gas can be determined even more precisely.
  • the voltage setpoint for the second electrode voltage the voltage setpoint for the second electrode voltage
  • the oxygen content in the exhaust gas of the internal combustion engine is preferably determined based on a first pump current applied to the first pump electrode to keep a first electrode voltage constant between the first pump electrode and the reference electrode.
  • the oxygen content in the exhaust gas of the internal combustion engine is determined based on the oxygen signal of a separate lambda probe arranged in the exhaust gas line of the internal combustion engine.
  • the oxygen content in the exhaust gas of the internal combustion engine is determined based on the signal from a separate exhaust gas sensor arranged in the exhaust gas line of the internal combustion engine.
  • the nominal voltage value for the second electrode voltage increases with increasing oxygen content.
  • the desired chemical reactions at the electrode essentially take place at low oxygen partial pressures.
  • the method further comprises determining the water content in the exhaust gas
  • the determination of the first voltage setpoint is carried out at least partially based on the determined water concentration in the exhaust gas.
  • the water content can preferably be determined by comparing the two pump currents at the first and second electrodes. Depending on the water content in the exhaust gas, the ratio of the pump currents changes due to the water breakdown at the electrodes.
  • the measurement accuracy of the exhaust gas sensor can be further improved, since the water content in the exhaust gas also influences the chemical reaction equilibrium of the ammonia reactions.
  • the exhaust gas sensor furthermore has a first measuring cavity, arranged in the main body and connected to the first pump cavity, in which a first measuring electrode is arranged, and one arranged in the main body and with the second
  • the method according to the invention further comprises controlling a pump current applied to the first pump electrode in such a way that a first electrode voltage that forms between the first pump electrode and the reference electrode is reduced to a
  • predetermined further voltage setpoint value is kept constant, and determining a first nitrogen oxide value based on one of the first
  • Second measuring current applied to the measuring electrode a control of the second pump current applied to the second pump electrode in such a way that the second pump current which is formed between the second pump electrode and the reference electrode
  • Electrode voltage is kept constant at the determined voltage setpoint, and determining a second nitrogen oxide value based on one of the second measuring current applied to the second measuring electrode, and determining the ammonia content in the exhaust gas of the internal combustion engine based on the determined first nitrogen oxide value and the determined second nitrogen oxide value.
  • the exhaust gas sensor furthermore has a measuring cavity which is arranged in the main body and connected to the first and second pump cavities and in which a measuring electrode is arranged.
  • the method according to the invention also includes controlling a first pump current applied to the first pump electrode in such a way that a first electrode voltage that forms between the first pump electrode and the reference electrode is kept constant at a predetermined further voltage setpoint value, and a first nitrogen oxide value is determined based on a the first measuring current applied to the measuring electrode, controlling the second pump current applied to the second pump electrode in such a way that the second electrode voltage that forms between the second pump electrode and the reference electrode is kept constant at the determined voltage setpoint, and determining a second nitrogen oxide value based on one at the measuring electrode applied second measurement current, and determining the
  • Ammonia content in the exhaust gas of the internal combustion engine based on the determined first nitrogen oxide value and the determined second nitrogen oxide value.
  • an exhaust gas sensor to be arranged in the exhaust system of an internal combustion engine.
  • the exhaust gas sensor has a main body, a first pump electrode which is assigned to a first pump cavity connected to the exhaust gas and provided in the main body, a second pump electrode which is assigned to a pump cavity connected to the exhaust gas and provided in the main body, and a control unit which is connected to the first pump electrode and the second pump electrode is connected and configured to carry out a method according to the present disclosure.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view through an exhaust gas sensor according to an exemplary first embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view through an exhaust gas sensor according to an exemplary second embodiment
  • Fig. 3 shows a diagram in which curves are entered which the
  • Fig. 4 shows a diagram in which curves are plotted that the
  • FIG. 5 shows an exemplary flow chart of a method according to the invention for operating an exhaust gas sensor.
  • control includes the control-related terms “control” and “regulate”.
  • control includes the control-related terms “control” and “regulate”.
  • FIG. 1 a schematic sectional view through an exhaust gas sensor 100 according to an exemplary first embodiment is shown, which is designed to be arranged in an exhaust line of an internal combustion engine (not shown) and to contain nitrogen oxide, ammonia and / or
  • the exhaust gas sensor 100 has a main body 112 made of a solid electrolyte, which is preferably formed from a mixed crystal of zirconium oxide and yttrium oxide and / or by a mixed crystal of zirconium oxide and calcium oxide.
  • Perovskite-based oxides or a mixed crystal of trivalent metal oxide can be used.
  • the first measuring path 110 has a first cavity 130, a first pump cavity 120 and a first measuring cavity 140.
  • the first cavity 130 is connected to the exterior of the main body 112 via a first connecting path 115.
  • exhaust gas can enter the first cavity 130 through the first connecting path 115.
  • the first pump cavity 120 is connected to the first cavity 130 via a first diffusion path 125.
  • the first diffusion path 125 is provided, for example, in the form of a very thin slit through which the gas mixture can pass at a predetermined rate. Alternatively, the first diffusion path 125 may be filled with a porous filler to form a
  • Diffusion rate regulation layer be filled or padded.
  • the first measuring cavity 140 is connected to the first pump cavity 120 via a second diffusion path 135.
  • the second diffusion path 135 is provided, for example, in the form of a very thin slit through which the gas mixture can pass at a predetermined rate.
  • the second diffusion path 135 may be filled with a porous filler to form a
  • Diffusion rate regulation layer be filled or padded.
  • the Diffusion rate layers can alternatively be referred to as diffusion barriers.
  • the first diffusion path 125 and the second diffusion path 135 are designed such that the gas mixture can only partially pass through them.
  • Diffusion rate through the first and second diffusion path 125, 135 can be determined and established.
  • Measurement path 110 only has the first pump cavity 120 and the first measurement cavity 140, which is connected to the first pump cavity 120 via the second diffusion path 135.
  • the first pump cavity 120 is then connected to the exhaust gas via a connection path which corresponds to the path through the first connection path 115, the first cavity 130 and the first diffusion path 125 of the exhaust gas sensor 100 of FIG. 1.
  • the exhaust gas from the exhaust line can enter the first pump cavity 120 directly through this connecting path.
  • the second measuring path 210 has a second pump cavity 220, a second cavity 230 and a second measuring cavity 240.
  • the second pump cavity 220 is connected to the exterior of the main body 112 via a second connection path 215.
  • exhaust gas can enter the second pump cavity 220 through the second connection path 215.
  • the second cavity 230 is connected to the second pump cavity 220 via a third diffusion path 225.
  • the third diffusion path 225 is provided, for example, in the form of a very thin slit through which the gas mixture can pass at a predetermined rate.
  • the third diffusion path 225 may be filled with a porous filler to form a
  • the Diffusion rate regulation layer be filled or padded.
  • the second measuring cavity 240 is connected to the second cavity 230 via a fourth diffusion path 235.
  • the fourth diffusion path 235 is provided, for example, in the form of a very thin slit through which the gas mixture can pass at a predetermined rate.
  • the fourth diffusion path 235 may be filled with a porous filler to form a
  • Diffusion rate regulation layer be filled or padded.
  • Diffusion rate layers can alternatively be referred to as diffusion barriers.
  • the third diffusion path 225 and the fourth diffusion path 235 are designed such that the gas mixture can only partially pass through them.
  • Diffusion rate through the third and fourth diffusion path 225, 235 can be determined and set.
  • Measurement path 210 only has the second pump cavity 220 and the second measurement cavity 240, which is connected to the second pump cavity 220 via a diffusion path which corresponds to the path through the third diffusion path 225, the second cavity 230 and the fourth diffusion path 235 of the exhaust gas sensor 100 of FIG. 1 corresponds.
  • the exhaust gas can flow from the second pump cavity 220 through this diffusion path directly into the second
  • a reference cavity 50 is formed in the flake body 112, which is directly connected to the exterior of the flake body 12.
  • a reference electrode 52 is arranged in the reference cavity 50.
  • the reference cavity 50 is in contact with the ambient air, i.e. H. does not come into contact with the exhaust gas and is designed to provide an oxygen reference for the im
  • An exhaust gas electrode (also called “P +” electrode) 22 that is in contact with the exhaust gas is arranged on an outside of the main body 112.
  • the oxygen in the exhaust gas can be ionized or converted and diffuse through the main body 112 as oxygen ions to the reference electrode 52 and there again
  • Oxygen molecules are converted to form an oxygen reference.
  • a first pump electrode (also called “P -” electrode) 124 is arranged within first pump cavity 120. In particular, during the
  • the oxygen in the exhaust gas can be converted or ionized within the first pump cavity 120 and through the
  • Main body 1 12 migrate or arrive or diffuse as oxygen ions. Because of the oxygen ions discharged from the first pump cavity 120, a first electrode voltage or first Nernst voltage V0 is indirectly formed between the first pump electrode 124 and the reference electrode 52. More precisely, the first electrode voltage or the first Nernst voltage V0 is formed directly from the residual oxygen still present in the immediate vicinity of the first pump electrode 124.
  • An oxygen concentration in the pump cavity 120 can be set with IR0; depending on the level of the set oxygen concentration, the nitrogen oxides can be reduced or the ammonia oxidized.
  • a first measuring electrode (also called first “M2” electrode) 144 is arranged within the first measuring cavity 140, which is designed to detect the oxygen and / or oxygen present within the first measuring cavity 140 when a first measuring current IP21 is applied during the measuring operation of the nitrogen oxide sensor 100 To ionize or convert nitrogen oxides so that the oxygen ions can migrate or get through the main body 112. Due to the oxygen ions discharged or pumped out of the first measuring cavity 140, a first one forms between the first measuring electrode 144 and the reference electrode 52 Measurement electrode voltage or first measurement Nernst voltage V21, which is kept at a constant value by applying the first measurement current IP21 to the first measurement electrode 144. More precisely, the first is formed
  • the first measurement current IP21 applied is then an indication of the nitrogen oxide content within the exhaust gas.
  • the first pump current IPO applied to the first pump electrode 124 is controlled in such a way that preferably only the oxygen is ionized or converted, but not the nitrogen oxides.
  • it is provided to control the first pump current IPO in such a way that the first electrode voltage or first Nernst voltage V0 is kept constant at a first voltage setpoint value, for example 220 mV.
  • the first pump electrode 124 is designed to pump almost all of the oxygen from the exhaust gas during normal operation of the nitrogen oxide sensor 100, so that almost only nitrogen oxides are still present in the first measuring cavity 140.
  • the first measuring electrode 144 is designed to the
  • the first measurement current IP21 applied to the first measurement electrode 144 being a measure of the nitrogen oxide content in the exhaust gas.
  • a second pump electrode (also called “M0” electrode) 224 is arranged within the second pump cavity 220.
  • the oxygen in the gas mixture can be ionized or converted within the second pump cavity 220 and through the
  • Main body 1 12 migrate or arrive or diffuse as oxygen ions. Due to the oxygen ions discharged from the second pump cavity 220, a second electrode voltage or second Nernst voltage V3 is indirectly formed between the second pump electrode 224 and the reference electrode 52. More precisely, the second electrode voltage or the second is formed
  • a second measuring electrode (also called a second “M2” electrode) 244 is arranged within the second measuring cavity 240, which is designed to detect the oxygen and / or oxygen present within the second measuring cavity 240 when a second measuring current IP22 is applied during the measuring operation of the nitrogen oxide sensor 100 To ionize or convert nitrogen oxides so that the oxygen ions can migrate or get through the main body 112.
  • a second measuring electrode voltage or first measuring Nernst voltage V22 is formed between the second measuring electrode 244 and the reference electrode 52, which is generated by applying the second measuring current IP22 to the second measuring electrode 244 is kept constant. More precisely, the second is formed
  • the first measurement current IP21 applied is then an indication of the nitrogen oxide content within the exhaust gas.
  • the proportion of ammonia in the exhaust gas can then be determined from the applied second measurement current IP22 and the applied first measurement current IP21, in particular since the ammonia in the exhaust gas is present in the two measurement paths 110, 210
  • Oxidation covers different diffusion distances
  • the second pump current IP3 applied to the second pump electrode 224 is set in such a way that preferably only the ammonia and oxygen present in the exhaust gas are ionized or converted.
  • it is provided to control the second pump current IP3 in such a way that the second electrode voltage or second Nernst voltage V3 is kept constant at a second voltage setpoint value, for example 550 mV.
  • the second pump electrode 224 is designed to pump almost all of the oxygen from the exhaust gas during normal operation of the nitrogen oxide sensor 100, so that in the second
  • Measurement cavity 240 is almost exclusively nitrogen oxides.
  • the second measuring electrode 244 is designed to ionize or convert the nitrogen oxides, the second measuring current IP22 applied to the second measuring electrode 244 being a measure of the nitrogen oxide content in the exhaust gas.
  • the different diffusion capacities of ammonia (NH3) and nitrogen oxide (NO) result from those based on the molar masses
  • the diffusion of ammonia and nitrogen oxide takes place in particular due to the concentration gradient between the several cavities.
  • the ammonia present in the exhaust gas can in each case get better from the first cavity 130 into the first pump cavity 120 or from the second pump cavity 120 into the second cavity 230 than the nitrogen oxide present in the exhaust gas.
  • the exhaust gas sensor 100 also has a control unit (not explicitly shown) which is connected to the first pump electrode 124, the exhaust gas electrode 22, the second pump electrode 224, the first measuring electrode 144, the second measuring electrode 244 and the reference electrode 52 and is designed to these electrodes each with the currents IR0, IP3, IP21 and IP22
  • the control unit is thus designed to control the operation of the exhaust gas sensor 100.
  • the control unit is designed to
  • Oxygen can now be completely pumped out of the gas mixture.
  • a heating device 60 is also arranged, which is designed to the main body 1 12 to a predetermined
  • the heating device 60 can also be controlled and operated by the control unit.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view through an exhaust gas sensor 200 according to an exemplary second embodiment, which extends from
  • Exhaust gas sensor 100 of FIG. 1 differs in that only one measurement path 110 is present, which is from the second pump cavity 220 in which the second
  • Pump electrode 224 is arranged, the first pump cavity 120, in which the first pump electrode 124 is arranged, and the (first) measuring cavity 140, in which the (first) measuring electrode 144 is arranged, is formed.
  • the two measuring paths 110, 210 are implemented in that the two pump electrodes 124, 224 are operated selectively and alternately. This means that in a first operating mode the first pump current IR0 is applied to the first pump electrode 124, the second pump electrode 224 being deactivated and the second pump cavity 220 thus representing the first cavity 130, and in a second operating mode the second pump current IP3 to the second pump electrode 224 is applied, the first
  • first pump cavity 120 represents second cavity 230.
  • the first measurement current IP21 is applied to the measurement electrode 144 in the first operating mode, the second measurement current IP22 being applied to the measurement electrode 144 in the second operating mode.
  • FIGS. 3 and 4 show diagrams in which two curves 302, 304, 402, 404 are entered, each showing the second electrode voltage V3 versus the first measurement current IP2 or IP21 / lp22 of the exhaust gas sensor 100 for a respectively predetermined nitrogen oxide content (curves 302, 402) and a respectively predetermined ammonia content (curves 304, 404) with a low oxygen content (FIG. 3) and a comparatively higher oxygen content (FIG. 4) in the exhaust gas.
  • the diagrams of FIGS. 3 and 4 show characteristics of the
  • Exhaust gas sensor 100 and not just from one of the electrodes.
  • the curves 302, 304 of FIG. 3 were determined for an exemplary oxygen content of approximately 1% in the exhaust gas.
  • the curve 302 shows the course of the first measurement current IP2 versus the second electrode voltage V3 in the presence of nitrogen oxide (for example approximately 250 ppm nitrogen oxide in the exhaust gas) and the simultaneous absence of ammonia (ie 0 ppm ammonia in the exhaust gas) and the curve 304 shows that Course of the second pump current IP3 compared to the second
  • the curves 402, 404 of FIG. 4 were each determined with the same nitrogen oxide or ammonia conditions in the exhaust gas, the
  • Oxygen content in the exhaust gas was greater than in FIG. 3, namely approximately 10%.
  • the ammonia content in the exhaust gas is indicated in FIGS. 3 and 4 by the arrows 306, 406.
  • the useful signal 406 of FIG. 4 has its maximum at a higher second electrode voltage V3 than in FIG. 3.
  • the predefined second voltage setpoint for the second electrode voltage V3 is at the by creating the first
  • Measurement current IP21 at the first measurement electrode 144 is to be controlled or regulated, depending on the oxygen content present in the exhaust gas.
  • the present invention makes use of this knowledge in that the second voltage setpoint value is dynamically adapted as a function of the currently present oxygen content in the exhaust gas so that the nitrogen oxide content and ammonia content in the exhaust gas can be determined even more precisely.
  • the second voltage setpoint is approximately 500 mV with an oxygen content of approximately 3% (see FIG. 3) and approximately 550 mV with an oxygen content of approximately 10% (see FIG. 4).
  • the voltage setpoint for the second rises
  • FIG. 5 shows an exemplary flow chart of a method according to the invention for operating the exhaust gas sensor 100 of FIG. 1. The method starts at step 500 and then proceeds to step 502, where the current
  • Oxygen content in the exhaust gas is determined.
  • the oxygen content in the exhaust gas can, for example, based on the first pump current IR0 applied to the first pump electrode 124, for constant fluxing between the first
  • Electrode voltage V0 can be determined.
  • the oxygen content can be determined based on the oxygen signal of a separate lambda probe arranged in the exhaust system of the internal combustion engine.
  • the oxygen content in the exhaust gas of the internal combustion engine can alternatively be based on the signal of a separate one arranged in the exhaust gas line of the internal combustion engine
  • Exhaust gas sensor for example by means of a corresponding IPO signal from a separate nitrogen oxide sensor, are determined.
  • the second voltage setpoint for the second electrode voltage V3 is dynamically adjusted and in a further step 506 the second pump current IP3 applied to the second pump electrode 224 is controlled or regulated in such a way that The second electrode voltage V3 with the determined second voltage setpoint value is formed between the second pump electrode 224 and the reference electrode 52.
  • a further step 506 the second pump current IP3 applied to the second pump electrode 224 is controlled or regulated in such a way that The second electrode voltage V3 with the determined second voltage setpoint value is formed between the second pump electrode 224 and the reference electrode 52.
  • Assignment of the determined oxygen content in the exhaust gas to an associated voltage setpoint of the second electrode voltage V3 take place by means of a table stored in the control unit. Alternatively, this assignment can take place by means of a mathematical mapping that establishes the relationship between the oxygen content and the voltage setpoint for the second electrode voltage V3. The method of FIG. 5 then ends at step 508.

Abstract

The present invention relates to a method for operating an exhaust gas sensor (100) for an internal combustion machine and an exhaust gas sensor for an internal combustion engine. The exhaust gas sensor (100) comprises a main body (112), a first pump cavity (120) arranged in the main body (112), in which first pump cavity there is arranged a first pump electrode (124), a second pump cavity (220) arranged in the main body (112), in which second pump cavity there is arranged a second pump electrode (224), and a reference cavity (50) arranged in the main body (112), in which reference cavity there is arranged a reference electrode (52). The method according to the invention comprises the steps of determining the oxygen content in the exhaust gas from the internal combustion engine, determining a target voltage value for the second electrode voltage (V3) that forms between the second pump electrode (224) and the reference electrode (52), and controlling the pump current (IP3) applied to the second pump electrode (224) in such a way that the second electrode voltage (V3) forms with the determined target voltage value between the second pump electrode (224) and the reference electrode (52).

Description

Beschreibung description
Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors für eine Brennkraftmaschine und Abgassensor für eine Brennkraftmaschine Method for operating an exhaust gas sensor for an internal combustion engine and an exhaust gas sensor for an internal combustion engine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors für eine Brennkraftmaschine und einen Abgassensor für eine Brennkraftmaschine, insbesondere ein Verfahren zum Ermitteln eines Spannungssollwerts für eine Elektrodenspannung des Abgassensors, insbesondere eines Abgassensors zum Erfassen des Stickoxid- und/oder Ammoniakgehalts im Abgas der The present invention relates to a method for operating an exhaust gas sensor for an internal combustion engine and an exhaust gas sensor for an internal combustion engine, in particular a method for determining a voltage setpoint for an electrode voltage of the exhaust gas sensor, in particular an exhaust gas sensor for detecting the nitrogen oxide and / or ammonia content in the exhaust gas
Brennkraftmaschine. Internal combustion engine.
Abgassensoren, wie z. B. Stickoxidsensoren, erlauben eine Messung der Exhaust sensors, such as B. nitrogen oxide sensors allow a measurement of the
Konzentration von Komponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen, Concentration of components in the exhaust gas of internal combustion engines,
beispielsweise Otto- oder Dieselmotoren. Das Abgas der Brennkraftmaschine weist als Komponenten u.a. Ammoniak (NH3) und Stickoxide (NOx) auf, wobei die Kenntnis der jeweiligen Konzentration für die Steuerung der Brennkraftmaschine, insbesondere der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, vorteilhaft sein kann. for example gasoline or diesel engines. The components of the exhaust gas from the internal combustion engine include Ammonia (NH3) and nitrogen oxides (NOx), knowledge of the respective concentration for controlling the internal combustion engine, in particular the exhaust gas aftertreatment device, can be advantageous.
Die DE 10 2007 035 768 A1 offenbart hierzu ein Verfahren zur Diagnose eines in einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten For this purpose, DE 10 2007 035 768 A1 discloses a method for diagnosing an engine that is arranged in an exhaust system of an internal combustion engine
Stickoxidsensors, der mindestens eine Einstelleinrichtung zum Einstellen des Sauerstoffgehalts von in den Sensor eingetretenem Abgas mittels einer Nitrogen oxide sensor, the at least one setting device for setting the oxygen content of exhaust gas that has entered the sensor by means of a
elektrischen Größe und mindestens eine einen den Stickoxidgehalt des Abgases charakterisierenden Messwert ausgebenden Messeinrichtung aufweist. electrical variable and at least one measuring device outputting a measurement value characterizing the nitrogen oxide content of the exhaust gas.
Ferner ist aus der DE 697 32 582 T2 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Sauerstoffkonzentration und der Stickoxidkonzentration unter Furthermore, DE 697 32 582 T2 discloses a method and a device for measuring the oxygen concentration and the nitrogen oxide concentration
Verwendung eines Stickoxidsensors bekannt. Use of a nitrogen oxide sensor known.
Zudem offenbart die DE 103 12 732 B4 ein Verfahren zum Betrieb einer Messsonde zur Messung einer Gaskonzentration in einem Messgas mit einem In addition, DE 103 12 732 B4 discloses a method for operating a measuring probe for measuring a gas concentration in a measuring gas with a
sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten, der eine Messkavität zur Aufnahme des Messgases, eine Messelektrode und eine Außenelektrode aufweist. Ein zwischen Messelektrode und Außenelektrode fließender Pumpstrom transportiert Oxygen ion-conducting solid electrolyte, which has a measuring cavity for receiving the Has measuring gas, a measuring electrode and an outer electrode. A pump current flowing between the measuring electrode and the outer electrode is transported
Sauerstoffionen von der Messelektrode zur Außenelektrode. Dabei wird eine Überprüfung der Messelektrode durch eine Bestimmung der effektiv für die Oxygen ions from the measuring electrode to the outer electrode. This is a check of the measuring electrode by a determination of the effective for the
Sauerstoffdiffusion zur Verfügung stehenden Elektrodenfläche oder eines davon abhängigen Wertes durchgeführt, indem in der Messkavität eine vorbestimmte Sauerstoffkonzentration eingestellt wird, ein vorbestimmter konstanter Pumpstrom zwischen Messelektrode und Außenelektrode eingeprägt und das resultierende Nernstpotential an der Messelektrode gemessen wird, diejenige Zeitdauer gemessen wird, bis das gemessene Nernstpotential von kleinen zu großen Werten springt, die gemessene Zeitdauer mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen wird und ein Defekt der Messelektrode festgestellt wird, wenn die gemessene Zeitdauer den vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet. Oxygen diffusion available electrode area or a value dependent thereon is carried out by setting a predetermined oxygen concentration in the measuring cavity, impressing a predetermined constant pump current between the measuring electrode and the outer electrode and measuring the resulting Nernst potential at the measuring electrode, the time until the measured Nernst potential is measured jumps from small to large values, the measured time period is compared with a predetermined threshold value and a defect in the measuring electrode is detected when the measured time period falls below the predetermined threshold value.
Die WO 2017/222001 A1 , WO 2017/222002 A1 und WO 2017/222003 A1 offenbaren jeweils Stickoxidsensoren, die mit einer Vorkavität bereitgestellt werden, in der eine Vorelektrode vorgesehen ist. Durch Ansteuerung der Pumpelektrode und der Vorelektrode kann qualitativ der Ammoniakanteil im Abgas der WO 2017/222001 A1, WO 2017/222002 A1 and WO 2017/222003 A1 each disclose nitrogen oxide sensors that are provided with a pre-cavity in which a pre-electrode is provided. By controlling the pump electrode and the pre-electrode, the ammonia content in the exhaust gas can be qualitatively determined
Brennkraftmaschine ermittelt werden. Internal combustion engine are determined.
Die DE 10 2009 036 060 A1 betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer DE 10 2009 036 060 A1 relates to a method for determining a
NOx-Rohemission eines mit Abgasrückführung betreibbaren Brennkraftmaschine. NOx raw emissions from an internal combustion engine that can be operated with exhaust gas recirculation.
Die DE 10 201 1 003 514 A1 betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Funktion eines chemoresistiven Feldeffekttransistors, bei dem eine optimale Einstellung seines Arbeitspunkts erreicht werden soll, um bei geringen DE 10 201 1 003 514 A1 relates to a method for monitoring a function of a chemoresistive field effect transistor, in which an optimal setting of its operating point is to be achieved
Konzentrationsveränderungen des zu erfassenden Stoffs eine möglichst große Veränderung des Stroms zu erhalten. Changes in the concentration of the substance to be detected to obtain the greatest possible change in the current.
In Anbetracht des Standes der Technik ist es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines in einem Abgasstrang einer In view of the prior art, it is an object of the present invention to provide a method for operating an in an exhaust line of a
Brennkraftmaschine angeordneten Abgassensors bereitzustellen, mit dem die Erfassung der relevanten Abgasparameter, insbesondere des Stickoxid- und/oder Ammoniakgehalts, möglichst genau erfasst werden kann. Internal combustion engine arranged exhaust gas sensor to provide with which the Detection of the relevant exhaust gas parameters, in particular the nitrogen oxide and / or ammonia content, can be detected as precisely as possible.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und einem This object is with a method according to claim 1 and a
Abgassensor gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Exhaust gas sensor according to claim 10 solved. Further advantageous refinements are given in the subclaims.
Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zu Grunde, den Spannungssollwert für eine Elektrodenspannung eines Abgassensors dynamisch in Abhängigkeit des vorherrschenden Sauerstoffgehalts und/oder Wassergehalts im Abgas der Brennkraftmaschine anzupassen. Insbesondere wird dabei der The present invention is essentially based on the idea of dynamically adapting the voltage setpoint for an electrode voltage of an exhaust gas sensor as a function of the prevailing oxygen content and / or water content in the exhaust gas of the internal combustion engine. In particular, the
Spannungssollwert derjenigen Elektrodenspannung dynamisch angepasst, die sich durch Anlegen eines Pumpstroms zum Herauspumpen von ionisiertem Sauerstoff aus dem Abgassensor an der entsprechenden Pumpelektrode und einer Voltage setpoint of that electrode voltage dynamically adjusted, which is achieved by applying a pump current to pump out ionized oxygen from the exhaust gas sensor at the corresponding pump electrode and a
Referenzelektrode, die mit der Umgebungsluft in Verbindung steht, ausbildet. Somit kann der gesamte Betrieb des Abgassensors optimiert werden, vor allem Reference electrode, which is in contact with the ambient air, forms. Thus, the entire operation of the exhaust gas sensor can be optimized, above all
hinsichtlich der Messgenauigkeit der Abgasparameter, wie beispielsweise des Stickoxidgehalts und/oder des Ammoniakgehalts im Abgas der with regard to the measurement accuracy of the exhaust gas parameters, such as the nitrogen oxide content and / or the ammonia content in the exhaust gas
Brennkraftmaschine. Internal combustion engine.
Folglich ist gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines einen Hauptkörper aufweisenden und in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgassensors offenbart, der eine im Hauptkörper angeordnete und mit dem Abgas verbundene erste Pumpkavität, in der eine erste Pumpelektrode angeordnet ist, eine im Hauptkörper angeordnete und mit dem Abgas verbundene zweite Pumpkavität, in der eine zweite Pumpelektrode angeordnet ist, und eine im Hauptkörper angeordnete und mit der Umgebungsluft verbundene Referenzkavität aufweist, in der eine Referenzelektrode angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Ermitteln des Sauerstoffgehalts im Abgas der Brennkraftmaschine, ein Ermitteln eines Spannungssollwerts für die sich zwischen der zweiten Pumpelektrode und der Referenzelektrode aufgrund eines an der zweiten Pumpelektrode angelegten Pumpstroms ausbildenden zweiten Consequently, according to a first aspect of the present invention, a method for operating an exhaust gas sensor, which has a main body and is arranged in an exhaust system of an internal combustion engine, is disclosed, which has a first pump cavity arranged in the main body and connected to the exhaust gas, in which a first pump electrode is arranged, an im A second pump cavity arranged in the main body and connected to the exhaust gas, in which a second pump electrode is arranged, and a reference cavity arranged in the main body and connected to the ambient air, in which a reference electrode is arranged. The method according to the invention comprises determining the oxygen content in the exhaust gas of the internal combustion engine, determining a voltage setpoint value for the second that is formed between the second pump electrode and the reference electrode on the basis of a pump current applied to the second pump electrode
Elektrodenspannung in Abhängigkeit des ermittelten Sauerstoffgehalts und/oder Wassergehalts und ein Steuern des an der zweiten Pumpelektrode angelegten Pumpstroms derart, dass sich zwischen der zweiten Pumpelektrode und der Referenzelektrode die zweite Elektrodenspannung mit dem ermittelten Electrode voltage as a function of the determined oxygen content and / or Water content and controlling the pump current applied to the second pump electrode in such a way that the second electrode voltage is determined between the second pump electrode and the reference electrode
Spannungssollwert ausbildet. Voltage setpoint forms.
Dadurch, dass der Spannungssollwert für die zweite Elektrodenspannung in Abhängigkeit des ermittelten Sauerstoffgehalts und/oder Wassergehalts während des Betriebs der Brennkraftmaschine dynamisch angepasst wird, kann Because the voltage setpoint for the second electrode voltage is dynamically adapted as a function of the determined oxygen content and / or water content during operation of the internal combustion engine
beispielsweise der Ammoniakgehalt und/oder Stickoxidgehalt im Abgas noch genauer ermittelt werden. Durch geeignete Anpassung des Spannungssollwerts für die zweite Elektrodenspannung kann in allen Betriebspunkten der For example, the ammonia content and / or nitrogen oxide content in the exhaust gas can be determined even more precisely. By suitably adapting the voltage setpoint for the second electrode voltage, the
Brennkraftmaschine und somit unterschiedlichen Abgaszusammensetzungen eine optimale Trennbarkeit zwischen dem Stickoxid- und Ammoniakgehalt gewährleistet werden. Internal combustion engine and thus different exhaust gas compositions an optimal separability between the nitrogen oxide and ammonia content can be guaranteed.
Vorzugsweise wird der Sauerstoffgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine basierend auf einem an der ersten Pumpelektrode angelegten ersten Pumpstroms zum konstant Halten einer sich zwischen der ersten Pumpelektrode und der Referenzelektrode ausbildenden ersten Elektrodenspannung ermittelt. Alternativ wird der Sauerstoffgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine basierend auf dem Sauerstoffsignal einer im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneten separaten Lambdasonde ermittelt. Noch weiter alternativ wird der Sauerstoffgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine basierend auf dem Signal eines im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneten separaten Abgassensors ermittelt. The oxygen content in the exhaust gas of the internal combustion engine is preferably determined based on a first pump current applied to the first pump electrode to keep a first electrode voltage constant between the first pump electrode and the reference electrode. Alternatively, the oxygen content in the exhaust gas of the internal combustion engine is determined based on the oxygen signal of a separate lambda probe arranged in the exhaust gas line of the internal combustion engine. As an even further alternative, the oxygen content in the exhaust gas of the internal combustion engine is determined based on the signal from a separate exhaust gas sensor arranged in the exhaust gas line of the internal combustion engine.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens steigt der Spannungssollwert für die zweite Elektrodenspannung mit steigendem Sauerstoffgehalt an. Die erwünschten chemischen Reaktionen an der Elektrode finden im Wesentlichen bei niedrigen Sauerstoffpartialdrücken statt. Um bei hohem Sauerstoffgehalt bei Gaseintritt noch ausreichend Verweilzeit unter günstigen Bedingungen an der Elektrode zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, auf eine höhere mittlere Elektrodenspannung an der zweiten Pumpelektrode zu steuern bzw. zu regeln. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the nominal voltage value for the second electrode voltage increases with increasing oxygen content. The desired chemical reactions at the electrode essentially take place at low oxygen partial pressures. In order to ensure sufficient dwell time at the electrode under favorable conditions when the oxygen content is high when the gas enters, it is advantageous to control or regulate to a higher average electrode voltage at the second pump electrode. In a further preferred embodiment, the inventive
Verfahren ferner ein Ermitteln des Wassergehalts im Abgas der The method further comprises determining the water content in the exhaust gas
Brennkraftmaschine auf, wobei das Ermitteln des ersten Spannungssollwerts ferner zumindest teilweise basierend auf der ermittelten Wasserkonzentration im Abgas erfolgt. Vorzugsweise kann dabei der Wassergehalt mittels Vergleich der beiden Pumpströme an der ersten und zweiten Elektrode bestimmt werden. Je nach Wassergehalt im Abgas ändert sich das Verhältnis der Pumpströme aufgrund der Wasserzerlegung an den Elektroden. Internal combustion engine, wherein the determination of the first voltage setpoint is carried out at least partially based on the determined water concentration in the exhaust gas. The water content can preferably be determined by comparing the two pump currents at the first and second electrodes. Depending on the water content in the exhaust gas, the ratio of the pump currents changes due to the water breakdown at the electrodes.
Durch Berücksichtigung des Wassergehalts im Abgas kann die Messgenauigkeit des Abgassensors weiter verbessert werden, da auch der Wassergehalt im Abgas die chemischen Reaktionsgleichgewichte der Ammoniakreaktionen beeinflusst.By taking into account the water content in the exhaust gas, the measurement accuracy of the exhaust gas sensor can be further improved, since the water content in the exhaust gas also influences the chemical reaction equilibrium of the ammonia reactions.
Wie bei der sauerstoffabhängigen Nachregelung der Sollspannung wird hier die Unterscheidbarkeit zwischen Stickoxid- und Ammoniakeffekt verbessert und die Empfindlichkeit erhöht. As with the oxygen-dependent readjustment of the target voltage, the differentiation between nitrogen oxide and ammonia effects is improved and the sensitivity increased.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Abgassensor ferner eine im Hauptkörper angeordnete und mit der ersten Pumpkavität verbundene erste Messkavität, in der eine erste Messelektrode angeordnet ist, und eine im Hauptkörper angeordnete und mit der zweiten In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the exhaust gas sensor furthermore has a first measuring cavity, arranged in the main body and connected to the first pump cavity, in which a first measuring electrode is arranged, and one arranged in the main body and with the second
Pumpkavität verbundene zweite Messkavität auf, in der eine zweite Messelektrode angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst in dieser bevorzugten Ausgestaltung ferner ein Steuern eines an der ersten Pumpelektrode angelegten Pumpstroms derart, dass ein sich zwischen der ersten Pumpelektrode und der Referenzelektrode ausbildende erste Elektrodenspannung auf einen Pump cavity connected to the second measuring cavity, in which a second measuring electrode is arranged. In this preferred embodiment, the method according to the invention further comprises controlling a pump current applied to the first pump electrode in such a way that a first electrode voltage that forms between the first pump electrode and the reference electrode is reduced to a
vorbestimmten weiteren Spannungssollwert konstant gehalten wird, und ein Ermitteln eines ersten Stickoxidwerts basierend auf einem an der ersten predetermined further voltage setpoint value is kept constant, and determining a first nitrogen oxide value based on one of the first
Messelektrode angelegten ersten Messstroms, ein Steuern des an der zweiten Pumpelektrode angelegten zweiten Pumpstroms derart, dass die sich zwischen der zweiten Pumpelektrode und der Referenzelektrode ausbildende zweite First measuring current applied to the measuring electrode, a control of the second pump current applied to the second pump electrode in such a way that the second pump current which is formed between the second pump electrode and the reference electrode
Elektrodenspannung auf dem ermittelten Spannungssollwert konstant gehalten wird, und ein Ermitteln eines zweiten Stickoxidwerts basierend auf einem an der zweiten Messelektrode angelegten zweiten Messstroms, und ein Ermitteln des Ammoniakgehalts im Abgas der Brennkraftmaschine basierend auf dem ermittelten ersten Stickoxidwert und dem ermittelten zweiten Stickoxidwert. Electrode voltage is kept constant at the determined voltage setpoint, and determining a second nitrogen oxide value based on one of the second measuring current applied to the second measuring electrode, and determining the ammonia content in the exhaust gas of the internal combustion engine based on the determined first nitrogen oxide value and the determined second nitrogen oxide value.
In einer weiteren alternativen bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Abgassensor ferner eine Hauptkörper angeordnete und mit der ersten und zweiten Pumpkavität verbundene Messkavität auf, in der eine Messelektrode angeordnet ist. In einer solchen alternativen bevorzugten In a further alternative preferred embodiment of the method according to the invention, the exhaust gas sensor furthermore has a measuring cavity which is arranged in the main body and connected to the first and second pump cavities and in which a measuring electrode is arranged. In such an alternative preferred
Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Steuern eines an der ersten Pumpelektrode angelegten ersten Pumpstroms derart, dass eine sich zwischen der ersten Pumpelektrode und der Referenzelektrode ausbildende erste Elektrodenspannung auf einen vorbestimmten weiteren Spannungssollwert konstant gehalten wird, und ein Ermitteln eines ersten Stickoxidwerts basierend auf einem an der Messelektrode angelegten ersten Messstroms, ein Steuern des an der zweiten Pumpelektrode angelegten zweiten Pumpstroms derart, dass die sich zwischen der zweiten Pumpelektrode und der Referenzelektrode ausbildende zweite Elektrodenspannung auf dem ermittelten Spannungssollwert konstant gehalten wird, und Ermitteln eines zweiten Stickoxidwerts basierend auf einem an der Messelektrode angelegten zweiten Messstroms, und ein Ermitteln des In an embodiment, the method according to the invention also includes controlling a first pump current applied to the first pump electrode in such a way that a first electrode voltage that forms between the first pump electrode and the reference electrode is kept constant at a predetermined further voltage setpoint value, and a first nitrogen oxide value is determined based on a the first measuring current applied to the measuring electrode, controlling the second pump current applied to the second pump electrode in such a way that the second electrode voltage that forms between the second pump electrode and the reference electrode is kept constant at the determined voltage setpoint, and determining a second nitrogen oxide value based on one at the measuring electrode applied second measurement current, and determining the
Ammoniakgehalts im Abgas der Brennkraftmaschine basierend auf dem ermittelten ersten Stickoxidwert und dem ermittelten zweiten Stickoxidwert. Ammonia content in the exhaust gas of the internal combustion engine based on the determined first nitrogen oxide value and the determined second nitrogen oxide value.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Abgassensor zum Anordnen im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine offenbart. Der Abgassensor weist einen Hauptkörper, eine erste Pumpelektrode, die einer mit dem Abgas verbundenen und im Hauptkörper vorgesehenen ersten Pumpkavität zugeordnet ist, eine zweite Pumpelektrode, die einer mit dem Abgas verbundenen und im Hauptkörper vorgesehenen Pumpkavität zugeordnet ist, und eine Steuereinheit auf, die mit der ersten Pumpelektrode und der zweiten Pumpelektrode verbunden und dazu ausgebildet ist, ein Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung durchzuführen. Weitere Merkmale und Aufgaben der Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen: According to a further aspect of the present invention, an exhaust gas sensor to be arranged in the exhaust system of an internal combustion engine is disclosed. The exhaust gas sensor has a main body, a first pump electrode which is assigned to a first pump cavity connected to the exhaust gas and provided in the main body, a second pump electrode which is assigned to a pump cavity connected to the exhaust gas and provided in the main body, and a control unit which is connected to the first pump electrode and the second pump electrode is connected and configured to carry out a method according to the present disclosure. Other features and objects of the invention will become apparent to those skilled in the art by practicing the present teachings and reviewing the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch einen Abgassensor gemäß einer beispielhaften ersten Ausführungsform zeigt, 1 shows a schematic sectional view through an exhaust gas sensor according to an exemplary first embodiment,
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht durch einen Abgassensor gemäß einer beispielhaften zweiten Ausführungsform zeigt, 2 shows a schematic sectional view through an exhaust gas sensor according to an exemplary second embodiment,
Fig. 3 ein Diagramm zeigt, in dem Kurven eingetragen sind, die die Fig. 3 shows a diagram in which curves are entered which the
Elektrodenspannung gegenüber der Pumpströme des Abgassensors für einen vorbestimmten Stickoxidgehalt und einen vorbestimmten Electrode voltage versus the pump currents of the exhaust gas sensor for a predetermined nitrogen oxide content and a predetermined one
Ammoniakgehalt bei einem niedrigen Sauerstoffgehalt im Abgas darstellen, Represent ammonia content with a low oxygen content in the exhaust gas,
Fig. 4 ein Diagramm zeigt, in dem Kurven eingetragen sind, die die Fig. 4 shows a diagram in which curves are plotted that the
Elektrodenspannung gegenüber der Pumpströme des Abgassensors für einen vorbestimmten Stickoxidgehalt und einen vorbestimmten Electrode voltage versus the pump currents of the exhaust gas sensor for a predetermined nitrogen oxide content and a predetermined one
Ammoniakgehalt bei einem zur Fig. 3 höheren Sauerstoffgehalt im Abgas darstellen, und Represent ammonia content with an oxygen content in the exhaust gas that is higher than that in FIG. 3, and
Fig. 5 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Abgassensors zeigt. 5 shows an exemplary flow chart of a method according to the invention for operating an exhaust gas sensor.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Elements of the same construction or function are provided with the same reference symbols in all the figures.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung umfasst der Begriff„Steuern“ die regelungstechnischen Begriffe„Steuern“ und„Regeln“. Der Fachmann wird jeweils erkennen, wann ein regelungstechnisches Steuern und wann ein In the context of the present disclosure, the term “control” includes the control-related terms “control” and “regulate”. The person skilled in the art will recognize when a technical control control and when a
regelungstechnisches Regeln anzuwenden ist. Unter Verweis auf die Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht durch einen Abgassensors 100 gemäß einer beispielhaften ersten Ausführungsform dargestellt, der dazu ausgebildet ist, in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) angeordnet zu werden und den Stickoxid-, Ammoniak- und/oder regulatory rules are to be applied. With reference to FIG. 1, a schematic sectional view through an exhaust gas sensor 100 according to an exemplary first embodiment is shown, which is designed to be arranged in an exhaust line of an internal combustion engine (not shown) and to contain nitrogen oxide, ammonia and / or
Sauerstoffgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine zu erfassen. Detect oxygen content in the exhaust gas of the internal combustion engine.
Der Abgassensor 100 weist einen Hauptkörper 1 12 aus einem Feststoffelektrolyten auf, der vorzugsweise aus einem Mischkristall aus Zirkonoxid und Yttriumoxid und/oder durch einen Mischkristall aus Zirkonoxid und Calciumoxid gebildet ist. Zusätzlich kann ein Mischkristall aus Hafniumoxid, ein Mischkristall aus The exhaust gas sensor 100 has a main body 112 made of a solid electrolyte, which is preferably formed from a mixed crystal of zirconium oxide and yttrium oxide and / or by a mixed crystal of zirconium oxide and calcium oxide. In addition, a mixed crystal made from hafnium oxide, a mixed crystal made from
Perowskit-basierten Oxiden oder ein Mischkristall aus trivalentem Metalloxid verwendet werden. Perovskite-based oxides or a mixed crystal of trivalent metal oxide can be used.
Innerhalb des Hauptkörpers 1 12 sind zwei Messpfade 1 10, 210 vorgesehen, die im Wesentlichen unabhängig voneinander sind und die jeweils mit dem Abgas in Verbindung stehen. Der erste Messpfad 1 10 weist eine erste Kavität 130, eine erste Pumpkavität 120 und eine erste Messkavität 140 auf. Die erste Kavität 130 ist über einen ersten Verbindungspfad 1 15 mit dem Äußeren des Hauptkörpers 1 12 verbunden. Insbesondere kann Abgas durch den ersten Verbindungspfad 1 15 in die erste Kavität 130 eintreten. Die erste Pumpkavität 120 ist mit der ersten Kavität 130 über einen ersten Diffusionspfad 125 verbunden. Der erste Diffusionspfad 125 ist beispielsweise in der Form eines sehr dünnen Schlitzes vorgesehen, durch den das Gasgemisch mit einer vorbestimmten Rate gelangen kann. Alternativ kann der erste Diffusionspfad 125 mit einem porösen Füllmittel zum Ausbilden einer Two measurement paths 110, 210 are provided within the main body 112, which are essentially independent of one another and which are each connected to the exhaust gas. The first measuring path 110 has a first cavity 130, a first pump cavity 120 and a first measuring cavity 140. The first cavity 130 is connected to the exterior of the main body 112 via a first connecting path 115. In particular, exhaust gas can enter the first cavity 130 through the first connecting path 115. The first pump cavity 120 is connected to the first cavity 130 via a first diffusion path 125. The first diffusion path 125 is provided, for example, in the form of a very thin slit through which the gas mixture can pass at a predetermined rate. Alternatively, the first diffusion path 125 may be filled with a porous filler to form a
Diffusionsratenregulierungsschicht gefüllt oder ausgepolstert sein. Diffusion rate regulation layer be filled or padded.
Die erste Messkavität 140 ist mit der ersten Pumpkavität 120 über einen zweiten Diffusionspfad 135 verbunden. Der zweite Diffusionspfad 135 ist beispielsweise in der Form eines sehr dünnen Schlitzes vorgesehen, durch den das Gasgemisch mit einer vorbestimmten Rate gelangen kann. Alternativ kann der zweite Diffusionspfad 135 mit einem porösen Füllmittel zum Ausbilden einer The first measuring cavity 140 is connected to the first pump cavity 120 via a second diffusion path 135. The second diffusion path 135 is provided, for example, in the form of a very thin slit through which the gas mixture can pass at a predetermined rate. Alternatively, the second diffusion path 135 may be filled with a porous filler to form a
Diffusionsratenregulierungsschicht gefüllt oder ausgepolstert sein. Die Diffusionsratenschichten können alternativ als Diffusionsbarrieren bezeichnet werden. Diffusion rate regulation layer be filled or padded. The Diffusion rate layers can alternatively be referred to as diffusion barriers.
Der erste Diffusionspfad 125 und der zweite Diffusionspfad 135 sind derart ausgebildet, dass durch diese hindurch das Gasgemisch nur teilweise gelangen kann. Durch Kenntnis der Querschnitte des ersten und zweiten Diffusionspfads 125, 135 und/oder durch Kenntnis der jeweiligen porösen Füllmittel kann die The first diffusion path 125 and the second diffusion path 135 are designed such that the gas mixture can only partially pass through them. By knowing the cross sections of the first and second diffusion path 125, 135 and / or by knowing the respective porous filler, the
Diffusionsrate durch den ersten und zweiten Diffusionspfad 125, 135 bestimmt und festgelegt werden. Diffusion rate through the first and second diffusion path 125, 135 can be determined and established.
In einer alternativen Ausgestaltung des Abgassensors 100 weist der erste In an alternative embodiment of the exhaust gas sensor 100, the first
Messpfad 1 10 nur die erste Pumpkavität 120 und die erste Messkavität 140 auf, die mit der ersten Pumpkavität 120 über den zweiten Diffusionspfad 135 verbunden ist. In einer solchen alternativen Ausgestaltung des Abgassensors 100 ist dann die erste Pumpkavität 120 mit dem Abgas über einen Verbindungspfad verbunden, der dem Pfad durch den ersten Verbindungspfad 1 15, die ersten Kavität 130 und den ersten Diffusionspfad 125 des Abgassensors 100 der Fig. 1 entspricht. In einer solchen alternativen Ausgestaltung des Abgassensors 100 kann das Abgas aus dem Abgasstrang durch diesen Verbindungspfad direkt in die erste Pumpkavität 120 eintreten. Measurement path 110 only has the first pump cavity 120 and the first measurement cavity 140, which is connected to the first pump cavity 120 via the second diffusion path 135. In such an alternative embodiment of the exhaust gas sensor 100, the first pump cavity 120 is then connected to the exhaust gas via a connection path which corresponds to the path through the first connection path 115, the first cavity 130 and the first diffusion path 125 of the exhaust gas sensor 100 of FIG. 1. In such an alternative embodiment of the exhaust gas sensor 100, the exhaust gas from the exhaust line can enter the first pump cavity 120 directly through this connecting path.
Der zweite Messpfad 210 weist eine zweite Pumpkavität 220, eine zweite Kavität 230 und eine zweite Messkavität 240 auf. Die zweite Pumpkavität 220 ist über einen zweiten Verbindungspfad 215 mit dem Äußeren des Flauptkörpers 1 12 verbunden. Insbesondere kann Abgas durch den zweiten Verbindungspfad 215 in die zweite Pumpkavität 220 eintreten Die zweite Kavität 230 ist mit der zweiten Pumpkavität 220 über einen dritten Diffusionspfad 225 verbunden. Der dritte Diffusionspfad 225 ist beispielsweise in der Form eines sehr dünnen Schlitzes vorgesehen, durch den das Gasgemisch mit einer vorbestimmten Rate gelangen kann. Alternativ kann der dritte Diffusionspfad 225 mit einem porösen Füllmittel zum Ausbilden einer The second measuring path 210 has a second pump cavity 220, a second cavity 230 and a second measuring cavity 240. The second pump cavity 220 is connected to the exterior of the main body 112 via a second connection path 215. In particular, exhaust gas can enter the second pump cavity 220 through the second connection path 215. The second cavity 230 is connected to the second pump cavity 220 via a third diffusion path 225. The third diffusion path 225 is provided, for example, in the form of a very thin slit through which the gas mixture can pass at a predetermined rate. Alternatively, the third diffusion path 225 may be filled with a porous filler to form a
Diffusionsratenregulierungsschicht gefüllt oder ausgepolstert sein. Die zweite Messkavität 240 ist mit der zweiten Kavität 230 über einen vierten Diffusionspfad 235 verbunden. Der vierte Diffusionspfad 235 ist beispielsweise in der Form eines sehr dünnen Schlitzes vorgesehen, durch den das Gasgemisch mit einer vorbestimmten Rate gelangen kann. Alternativ kann der vierte Diffusionspfad 235 mit einem porösen Füllmittel zum Ausbilden einer Diffusion rate regulation layer be filled or padded. The second measuring cavity 240 is connected to the second cavity 230 via a fourth diffusion path 235. The fourth diffusion path 235 is provided, for example, in the form of a very thin slit through which the gas mixture can pass at a predetermined rate. Alternatively, the fourth diffusion path 235 may be filled with a porous filler to form a
Diffusionsratenregulierungsschicht gefüllt oder ausgepolstert sein. Die Diffusion rate regulation layer be filled or padded. The
Diffusionsratenschichten können alternativ als Diffusionsbarrieren bezeichnet werden. Diffusion rate layers can alternatively be referred to as diffusion barriers.
Der dritte Diffusionspfad 225 und der vierte Diffusionspfad 235 sind derart ausgebildet, dass durch diese hindurch das Gasgemisch nur teilweise gelangen kann. Durch Kenntnis der Querschnitte des dritten und vierten Diffusionspfads 225, 235 und/oder durch Kenntnis der jeweiligen porösen Füllmittel kann die The third diffusion path 225 and the fourth diffusion path 235 are designed such that the gas mixture can only partially pass through them. By knowing the cross sections of the third and fourth diffusion paths 225, 235 and / or by knowing the respective porous filler, the
Diffusionsrate durch den dritte und vierten Diffusionspfad 225, 235 bestimmt und festgelegt werden. Diffusion rate through the third and fourth diffusion path 225, 235 can be determined and set.
In einer alternativen Ausgestaltung des Abgassensors 100 weist der zweite In an alternative embodiment of the exhaust gas sensor 100, the second
Messpfad 210 nur die zweite Pumpkavität 220 und die zweite Messkavität 240 auf, die mit der zweiten Pumpkavität 220 über einen Diffusionspfad verbunden ist, der dem Pfad durch den dritten Diffusionspfad 225, die zweite Kavität 230 und den vierten Diffusionspfad 235 des Abgassensors 100 der Fig. 1 entspricht. In einer solchen alternativen Ausgestaltung des Abgassensors 100 kann das Abgas aus der zweiten Pumpkavität 220 durch diesen Diffusionspfad direkt in die zweite Measurement path 210 only has the second pump cavity 220 and the second measurement cavity 240, which is connected to the second pump cavity 220 via a diffusion path which corresponds to the path through the third diffusion path 225, the second cavity 230 and the fourth diffusion path 235 of the exhaust gas sensor 100 of FIG. 1 corresponds. In such an alternative embodiment of the exhaust gas sensor 100, the exhaust gas can flow from the second pump cavity 220 through this diffusion path directly into the second
Messkavität 240 eintreten. Enter measurement cavity 240.
Im Flauptkörper 1 12 ist außerdem eine Referenzkavität 50 gebildet, die direkt mit dem Äußeren des Flauptkörpers 12 in Verbindung steht. Innerhalb der In addition, a reference cavity 50 is formed in the flake body 112, which is directly connected to the exterior of the flake body 12. Within the
Referenzkavität 50 ist eine Referenzelektrode 52 angeordnet. Insbesondere steht die Referenzkavität 50 mit der Umgebungsluft, d. h. nicht mit dem Abgas, in Verbindung und ist dazu ausgebildet, eine Sauerstoffreferenz für die im A reference electrode 52 is arranged in the reference cavity 50. In particular, the reference cavity 50 is in contact with the ambient air, i.e. H. does not come into contact with the exhaust gas and is designed to provide an oxygen reference for the im
Flauptkörper 1 12 des Abgassensors 100 angeordneten verschiedenen Elektroden zu bilden. An einer Außenseite des Hauptkörpers 1 12 ist eine mit dem Abgas in Kontakt stehende Abgaselektrode (auch„P+“-Elektrode genannte) 22 angeordnet. To form the main body 1 12 of the exhaust gas sensor 100 arranged different electrodes. An exhaust gas electrode (also called “P +” electrode) 22 that is in contact with the exhaust gas is arranged on an outside of the main body 112.
Insbesondere kann während eines Messbetriebs des Abgassensors 100 durch Anlegen eines Referenzstroms an der Abgaselektrode 22 der im Abgas befindliche Sauerstoff ionisiert bzw. umgesetzt werden und durch den Hauptkörper 1 12 als Sauerstoffionen zur Referenzelektrode 52 diffundieren und dort wieder in In particular, during a measuring operation of the exhaust gas sensor 100 by applying a reference current to the exhaust gas electrode 22, the oxygen in the exhaust gas can be ionized or converted and diffuse through the main body 112 as oxygen ions to the reference electrode 52 and there again
Sauerstoffmoleküle zur Ausbildung einer Sauerstoffreferenz umgewandelt werden. Oxygen molecules are converted to form an oxygen reference.
Innerhalb der ersten Pumpkavität 120 ist eine erste Pumpelektrode (auch „P-“-Elektrode genannt) 124 angeordnet. Insbesondere kann während des A first pump electrode (also called “P -” electrode) 124 is arranged within first pump cavity 120. In particular, during the
Messbetriebs des Abgassensors 100 durch Anlegen eines ersten Pumpstroms IR0 an der ersten Pumpelektrode 124 der im Abgas befindliche Sauerstoff innerhalb der ersten Pumpkavität 120 umgesetzt bzw. ionisiert werden und durch den Measurement operation of the exhaust gas sensor 100 by applying a first pump current IR0 to the first pump electrode 124, the oxygen in the exhaust gas can be converted or ionized within the first pump cavity 120 and through the
Hauptkörper 1 12 als Sauerstoffionen wandern bzw. gelangen bzw. diffundieren. Aufgrund der aus der ersten Pumpkavität 120 ausgebrachten Sauerstoffionen bildet sich zwischen der ersten Pumpelektrode 124 und der Referenzelektrode 52 indirekt eine erste Elektrodenspannung bzw. erste Nernstspannung V0 aus. Genauer gesagt bildet sich die erste Elektrodenspannung bzw. die erste Nernstspannung V0 direkt aus dem in unmittelbarer Umgebung der ersten Pumpelektrode 124 noch vorliegenden Rest-Sauerstoff. Main body 1 12 migrate or arrive or diffuse as oxygen ions. Because of the oxygen ions discharged from the first pump cavity 120, a first electrode voltage or first Nernst voltage V0 is indirectly formed between the first pump electrode 124 and the reference electrode 52. More precisely, the first electrode voltage or the first Nernst voltage V0 is formed directly from the residual oxygen still present in the immediate vicinity of the first pump electrode 124.
Mit IR0 kann eine Sauerstoffkonzentration in der Pumpkavität 120 eingestellt werden, je nach Höhe der eingestellten Sauerstoffkonzentration kann es zu einer Reduktion der Stickoxide oder Oxidation des Ammoniaks kommen. An oxygen concentration in the pump cavity 120 can be set with IR0; depending on the level of the set oxygen concentration, the nitrogen oxides can be reduced or the ammonia oxidized.
Innerhalb der ersten Messkavität 140 ist eine erste Messelektrode (auch erste „M2“-Elektrode genannt) 144 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, während des Messbetriebs des Stickoxidsensors 100 bei Anlegen eines ersten Messstroms IP21 den innerhalb der ersten Messkavität 140 vorhandenen Sauerstoff und/oder Stickoxide zu ionisieren bzw. umzusetzen, so dass die Sauerstoffionen durch den Hauptkörper 1 12 wandern bzw. gelangen können. Aufgrund der aus der ersten Messkavität 140 ausgebrachten bzw. herausgepumpten Sauerstoffionen bildet sich zwischen der ersten Messelektrode 144 und der Referenzelektrode 52 eine erste Mess-Elektrodenspannung bzw. erste Mess-Nernstspannung V21 aus, die durch Anlegen des ersten Messstroms IP21 an der ersten Messelektrode 144 auf konstantem Wert gehalten wird. Genauer gesagt bildet sich die erste A first measuring electrode (also called first “M2” electrode) 144 is arranged within the first measuring cavity 140, which is designed to detect the oxygen and / or oxygen present within the first measuring cavity 140 when a first measuring current IP21 is applied during the measuring operation of the nitrogen oxide sensor 100 To ionize or convert nitrogen oxides so that the oxygen ions can migrate or get through the main body 112. Due to the oxygen ions discharged or pumped out of the first measuring cavity 140, a first one forms between the first measuring electrode 144 and the reference electrode 52 Measurement electrode voltage or first measurement Nernst voltage V21, which is kept at a constant value by applying the first measurement current IP21 to the first measurement electrode 144. More precisely, the first is formed
Mess-Elektrodenspannung bzw. die erste Mess-Nernstspannung V21 direkt aus dem in unmittelbarer Umgebung der ersten Messelektrode 144 noch vorliegenden Rest-Sauerstoff. Der angelegte erste Messstrom IP21 ist dann ein Indiz für den innerhalb des Abgases befindlichen Stickoxidgehalt. Measurement electrode voltage or the first measurement Nernst voltage V21 directly from the residual oxygen still present in the immediate vicinity of the first measurement electrode 144. The first measurement current IP21 applied is then an indication of the nitrogen oxide content within the exhaust gas.
Der an der ersten Pumpelektrode 124 anliegende erste Pumpstrom IPO wird derart gesteuert, das bevorzugt lediglich der Sauerstoff ionisiert bzw. umgesetzt wird, jedoch nicht die Stickoxide. Dazu ist es vorgesehen, den ersten Pumpstrom IPO derart zu steuern, dass die erste Elektrodenspannung bzw. erste Nernstspannung V0 auf einem ersten Spannungssollwert konstant gehalten wird, beispielsweise 220 mV. Insbesondere ist die erste Pumpelektrode 124 dazu ausgebildet, während des Normalbetriebs des Stickoxidsensors 100 nahezu den gesamten Sauerstoff aus dem Abgas zu pumpen, so dass in der ersten Messkavität 140 nahezu nur noch Stickoxide vorliegen. Die erste Messelektrode 144 ist dazu ausgebildet, die The first pump current IPO applied to the first pump electrode 124 is controlled in such a way that preferably only the oxygen is ionized or converted, but not the nitrogen oxides. For this purpose it is provided to control the first pump current IPO in such a way that the first electrode voltage or first Nernst voltage V0 is kept constant at a first voltage setpoint value, for example 220 mV. In particular, the first pump electrode 124 is designed to pump almost all of the oxygen from the exhaust gas during normal operation of the nitrogen oxide sensor 100, so that almost only nitrogen oxides are still present in the first measuring cavity 140. The first measuring electrode 144 is designed to the
Stickoxide zu ionisieren bzw. umzusetzen, wobei der an der ersten Messelektrode 144 angelegte erste Messstrom IP21 ein Maß für den Stickoxidgehalt im Abgas ist. To ionize or convert nitrogen oxides, the first measurement current IP21 applied to the first measurement electrode 144 being a measure of the nitrogen oxide content in the exhaust gas.
Innerhalb der zweiten Pumpkavität 220 ist eine zweite Pumpelektrode (auch „M0“-Elektrode genannt) 224 angeordnet. Hier kann während des Messbetriebs des Abgassensors 100 durch Anlegen eines zweiten Pumpstroms IP3 an der zweiten Pumpelektrode 224 der im Gasgemisch befindliche Sauerstoff innerhalb der zweiten Pumpkavität 220 ionisiert bzw. umgesetzt werden und durch den A second pump electrode (also called “M0” electrode) 224 is arranged within the second pump cavity 220. Here, during the measuring operation of the exhaust gas sensor 100, by applying a second pump current IP3 to the second pump electrode 224, the oxygen in the gas mixture can be ionized or converted within the second pump cavity 220 and through the
Hauptkörper 1 12 als Sauerstoffionen wandern bzw. gelangen bzw. diffundieren. Aufgrund der aus der zweiten Pumpkavität 220 ausgebrachten Sauerstoffionen bildet sich zwischen der zweiten Pumpelektrode 224 und der Referenzelektrode 52 indirekt eine zweite Elektrodenspannung bzw. zweite Nernstspannung V3 aus. Genauer gesagt bildet sich die zweite Elektrodenspannung bzw. die zweite Main body 1 12 migrate or arrive or diffuse as oxygen ions. Due to the oxygen ions discharged from the second pump cavity 220, a second electrode voltage or second Nernst voltage V3 is indirectly formed between the second pump electrode 224 and the reference electrode 52. More precisely, the second electrode voltage or the second is formed
Nernstspannung V3 direkt aus dem in unmittelbarer Umgebung der zweiten Pumpelektrode 224 noch vorliegenden Rest-Sauerstoff. Innerhalb der zweiten Messkavität 240 ist eine zweite Messelektrode (auch zweite „M2“-Elektrode genannt) 244 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, während des Messbetriebs des Stickoxidsensors 100 bei Anlegen eines zweiten Messstroms IP22 den innerhalb der zweiten Messkavität 240 vorhandenen Sauerstoff und/oder Stickoxide zu ionisieren bzw. umzusetzen, so dass die Sauerstoffionen durch den Hauptkörper 1 12 wandern bzw. gelangen können. Aufgrund der aus der zweiten Messkavität 240 ausgebrachten bzw. herausgepumpten Sauerstoffionen bildet sich zwischen der zweiten Messelektrode 244 und der Referenzelektrode 52 eine zweite Mess-Elektrodenspannung bzw. erste Mess-Nernstspannung V22 aus, die durch Anlegen des zweiten Messstroms IP22 an der zweiten Messelektrode 244 auf konstantem Wert gehalten wird. Genauer gesagt bildet sich die zweite Nernst voltage V3 directly from the residual oxygen still present in the immediate vicinity of the second pump electrode 224. A second measuring electrode (also called a second “M2” electrode) 244 is arranged within the second measuring cavity 240, which is designed to detect the oxygen and / or oxygen present within the second measuring cavity 240 when a second measuring current IP22 is applied during the measuring operation of the nitrogen oxide sensor 100 To ionize or convert nitrogen oxides so that the oxygen ions can migrate or get through the main body 112. Due to the oxygen ions discharged or pumped out of the second measuring cavity 240, a second measuring electrode voltage or first measuring Nernst voltage V22 is formed between the second measuring electrode 244 and the reference electrode 52, which is generated by applying the second measuring current IP22 to the second measuring electrode 244 is kept constant. More precisely, the second is formed
Mess-Elektrodenspannung bzw. die zweite Mess-Nernstspannung V22 direkt aus dem in unmittelbarer Umgebung der zweiten Messelektrode 244 noch vorliegenden Rest-Sauerstoff. Der angelegte erste Messstrom IP21 ist dann ein Indiz für den innerhalb des Abgases befindlichen Stickoxidgehalt. Aus dem angelegten zweiten Messstrom IP22 und dem angelegten ersten Messstrom IP21 kann dann der im Abgas befindliche Anteil an Ammoniak ermittelt werden, insbesondere da der im Abgas befindliche Ammoniak in den beiden Messpfaden 1 10, 210 an Measuring electrode voltage or the second measuring Nernst voltage V22 directly from the residual oxygen still present in the immediate vicinity of the second measuring electrode 244. The first measurement current IP21 applied is then an indication of the nitrogen oxide content within the exhaust gas. The proportion of ammonia in the exhaust gas can then be determined from the applied second measurement current IP22 and the applied first measurement current IP21, in particular since the ammonia in the exhaust gas is present in the two measurement paths 110, 210
unterschiedlichen Punkten oxidiert wird und somit jeweils vor und nach der different points is oxidized and thus in each case before and after
Oxidation unterschiedliche Diffusionsstrecken zurücklegt Oxidation covers different diffusion distances
Der an der zweiten Pumpelektrode 224 anliegende zweite Pumpstrom IP3 ist derart eingestellt, das bevorzugt lediglich der im Abgas befindliche Ammoniak und Sauerstoff ionisiert bzw. umgesetzt wird. Dazu ist es vorgesehen, den zweiten Pumpstrom IP3 derart zu steuern, dass die zweite Elektrodenspannung bzw. zweite Nernstspannung V3 auf einem zweiten Spannungssollwert konstant gehalten wird, beispielsweise 550 mV. Insbesondere ist die zweite Pumpelektrode 224 dazu ausgebildet, während des Normalbetriebs des Stickoxidsensors 100 nahezu den gesamten Sauerstoff aus dem Abgas zu pumpen, so dass in der zweiten The second pump current IP3 applied to the second pump electrode 224 is set in such a way that preferably only the ammonia and oxygen present in the exhaust gas are ionized or converted. For this purpose, it is provided to control the second pump current IP3 in such a way that the second electrode voltage or second Nernst voltage V3 is kept constant at a second voltage setpoint value, for example 550 mV. In particular, the second pump electrode 224 is designed to pump almost all of the oxygen from the exhaust gas during normal operation of the nitrogen oxide sensor 100, so that in the second
Messkavität 240 nahezu nur noch Stickoxide vorliegen. Die zweite Messelektrode 244 ist dazu ausgebildet, die Stickoxide zu ionisieren bzw. umzusetzen, wobei der an der zweiten Messelektrode 244 angelegte zweite Messstrom IP22 ein Maß für den Stickoxidgehalt im Abgas ist. Die unterschiedlichen Diffusionsfähigkeiten von Ammoniak (NH3) und Stickoxid (NO) resultieren aus den auf den molaren Massen basierenden Measurement cavity 240 is almost exclusively nitrogen oxides. The second measuring electrode 244 is designed to ionize or convert the nitrogen oxides, the second measuring current IP22 applied to the second measuring electrode 244 being a measure of the nitrogen oxide content in the exhaust gas. The different diffusion capacities of ammonia (NH3) and nitrogen oxide (NO) result from those based on the molar masses
Diffusionskoeffizienten von Ammoniak und Stickstoff. Da Ammoniak-Moleküle leichter sind als Stickoxid-Moleküle, kann Ammoniak besser durch den Diffusion coefficients of ammonia and nitrogen. Since ammonia molecules are lighter than nitric oxide molecules, ammonia can get through better
Hauptköpper 1 12, d. h. durch die Diffusionspfade 1 15, 125, 215, 225, diffundieren als Stickoxid. Die Diffusion von Ammoniak und Stickoxid findet insbesondere aufgrund des Konzentrationsgefälles zwischen den mehreren Kavitäten statt. Main body 1 12, d. H. through the diffusion paths 115, 125, 215, 225, diffuse as nitrogen oxide. The diffusion of ammonia and nitrogen oxide takes place in particular due to the concentration gradient between the several cavities.
Folglich kann der im Abgas befindliche Ammoniak jeweils besser aus der ersten Kavität 130 in die erste Pumpkavität 120 bzw. aus der zweiten Pumpkavität 120 in die zweite Kavität 230 gelangen als das im Abgas befindliche Stickoxid. Consequently, the ammonia present in the exhaust gas can in each case get better from the first cavity 130 into the first pump cavity 120 or from the second pump cavity 120 into the second cavity 230 than the nitrogen oxide present in the exhaust gas.
Der erfindungsgemäße Abgassensor 100 weist ferner eine Steuereinheit (nicht explizit dargestellt) auf, die mit der ersten Pumpelektrode 124, der Abgaselektrode 22, der zweiten Pumpelektrode 224, der ersten Messelektrode 144, der zweiten Messelektrode 244 und der Referenzelektrode 52 verbunden und dazu ausgebildet ist, diese Elektroden jeweils mit den Strömen IR0, IP3, IP21 und IP22 zu The exhaust gas sensor 100 according to the invention also has a control unit (not explicitly shown) which is connected to the first pump electrode 124, the exhaust gas electrode 22, the second pump electrode 224, the first measuring electrode 144, the second measuring electrode 244 and the reference electrode 52 and is designed to these electrodes each with the currents IR0, IP3, IP21 and IP22
beaufschlagen und die jeweiligen Nernstspannungen V0, V3, V21 und V22 zu erfassen. Die Steuereinheit ist somit zum Steuern des Betriebs des Abgassensors 100 ausgebildet. Außerdem ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, die apply and record the respective Nernst voltages V0, V3, V21 and V22. The control unit is thus designed to control the operation of the exhaust gas sensor 100. In addition, the control unit is designed to
Spannungssollwerte für die jeweiligen Nernstspannungen V0, V3, V21 und V22 zu speichern und gemäß der vorliegenden Erfindung anzupassen. To store voltage setpoints for the respective Nernst voltages V0, V3, V21 and V22 and to adapt them according to the present invention.
In weiteren alternativen Ausgestaltungen des Abgassensors 100 kann es vorteilhaft sein, zwischen der ersten Pumpkavität 120 und der ersten Messkavität 140 eine weitere Pumpkavität vorzusehen, in der eine weitere Pumpelektrode angeordnet ist, mit der möglicherweise noch aus der ersten Pumpkavität 120 gelangender In further alternative configurations of the exhaust gas sensor 100, it can be advantageous to provide a further pump cavity between the first pump cavity 120 and the first measurement cavity 140, in which a further pump electrode is arranged, with which a further pump electrode may possibly come out of the first pump cavity 120
Sauerstoff nunmehr vollständig aus dem Gasgemisch abgepumpt werden kann. In ähnlicher Weise kann es vorteilhaft sein, zwischen der zweiten Kavität 230 und der zweiten Messkavität 240 eine weitere Pumpkavität vorzusehen, in der eine weitere Pumpelektrode angeordnet ist, mit der möglicherweise noch aus der zweiten Pumpkavität 220 gelangender Sauerstoff nunmehr vollständig aus dem Oxygen can now be completely pumped out of the gas mixture. In a similar manner, it can be advantageous to provide a further pump cavity between the second cavity 230 and the second measuring cavity 240, in which a further pump electrode is arranged, with which any oxygen that may still come from the second pump cavity 220 is now completely removed from the
Gasgemisch abgepumpt werden kann. Innerhalb des Hauptkörpers 1 12 ist ferner eine Heizvorrichtung 60 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, den Hauptkörper 1 12 auf eine vorbestimmte Gas mixture can be pumped out. Within the main body 1 12, a heating device 60 is also arranged, which is designed to the main body 1 12 to a predetermined
Betriebstemperatur zu heizen und auf dieser zu halten, beispielsweise bei ca. 850°C. Auch die Heizvorrichtung 60 kann von der Steuereinheit gesteuert und betrieben werden. To heat the operating temperature and to keep it at this, for example at approx. 850 ° C. The heating device 60 can also be controlled and operated by the control unit.
Die Fig. 2 stellt eine schematische Schnittansicht durch einen Abgassensor 200 gemäß einer beispielhaften zweiten Ausführungsform dar, die sich vom FIG. 2 shows a schematic sectional view through an exhaust gas sensor 200 according to an exemplary second embodiment, which extends from
Abgassensor 100 der Fig. 1 darin unterscheidet, dass lediglich ein Messpfad 1 10 vorhanden ist, der aus der zweiten Pumpkavität 220, in der die zweite Exhaust gas sensor 100 of FIG. 1 differs in that only one measurement path 110 is present, which is from the second pump cavity 220 in which the second
Pumpelektrode 224 angeordnet ist, der ersten Pumpkavität 120, in der die erste Pumpelektrode 124 angeordnet ist, und der (ersten) Messkavität 140, in der die (erste) Messelektrode 144 angeordnet ist, gebildet ist. Bei der Ausgestaltung des Abgassensors gemäß Fig. 2 werden die beiden Messpfade 1 10, 210 dadurch realisiert, dass die beiden Pumpelektroden 124, 224 selektiv und abwechselnd betrieben werden. Das heißt, dass in einem ersten Betriebsmodus der erste Pumpstrom IR0 an der ersten Pumpelektrode 124 angelegt wird, wobei die zweite Pumpelektrode 224 deaktiviert ist und somit die zweite Pumpkavität 220 die erste Kavität 130 darstellt, und in einem zweiten Betriebsmodus der zweite Pumpstrom IP3 an der zweiten Pumpelektrode 224 angelegt wird, wobei die erste Pump electrode 224 is arranged, the first pump cavity 120, in which the first pump electrode 124 is arranged, and the (first) measuring cavity 140, in which the (first) measuring electrode 144 is arranged, is formed. In the embodiment of the exhaust gas sensor according to FIG. 2, the two measuring paths 110, 210 are implemented in that the two pump electrodes 124, 224 are operated selectively and alternately. This means that in a first operating mode the first pump current IR0 is applied to the first pump electrode 124, the second pump electrode 224 being deactivated and the second pump cavity 220 thus representing the first cavity 130, and in a second operating mode the second pump current IP3 to the second pump electrode 224 is applied, the first
Pumpelektrode 124 deaktiviert ist und somit die erste Pumpkavität 120 die zweite Kavität 230 darstellt. Dabei wird im ersten Betriebsmodus der erste Messstrom IP21 an der Messelektrode 144 angelegt, wobei im zweiten Betriebsmodus der zweite Messstrom IP22 an der Messelektrode 144 angelegt wird. Pump electrode 124 is deactivated and thus first pump cavity 120 represents second cavity 230. The first measurement current IP21 is applied to the measurement electrode 144 in the first operating mode, the second measurement current IP22 being applied to the measurement electrode 144 in the second operating mode.
Die Fig. 3 und 4 zeigen Diagramme, in denen jeweils zwei Kurven 302, 304, 402, 404 eingetragen sind, die jeweils die zweite Elektrodenspannung V3 gegenüber dem ersten Messstrom IP2 bzw. IP21/lp22 des Abgassensors 100 für einen jeweils vorbestimmten Stickoxidgehalt (Kurven 302, 402) und einen jeweils vorbestimmten Ammoniakgehalt (Kurven 304, 404) bei einem niedrigen Sauerstoffgehalt (Fig. 3) und einem im Vergleich dazu höheren Sauerstoffgehalt (Fig. 4) im Abgas darstellen. Insbesondere zeigen die Diagramme der Fig. 3 und 4 Charakteristiken des 3 and 4 show diagrams in which two curves 302, 304, 402, 404 are entered, each showing the second electrode voltage V3 versus the first measurement current IP2 or IP21 / lp22 of the exhaust gas sensor 100 for a respectively predetermined nitrogen oxide content (curves 302, 402) and a respectively predetermined ammonia content (curves 304, 404) with a low oxygen content (FIG. 3) and a comparatively higher oxygen content (FIG. 4) in the exhaust gas. In particular, the diagrams of FIGS. 3 and 4 show characteristics of the
Abgassensors 100 und nicht nur von einer der Elektroden. Exhaust gas sensor 100 and not just from one of the electrodes.
Die Kurven 302, 304 der Fig. 3 wurden bei einem beispielhaften Sauerstoffgehalt von ungefähr 1 % im Abgas ermittelt. Die Kurve 302 zeigt den Verlauf des ersten Messstroms IP2 gegenüber der zweiten Elektrodenspannung V3 bei Anwesenheit von Stickoxid (z. B. ungefähr 250 ppm Stickoxid im Abgas) und gleichzeitiger Abwesenheit von Ammoniak (d. h. 0 ppm Ammoniak im Abgas) und die Kurve 304 zeigt den Verlauf des zweiten Pumpstroms IP3 gegenüber der zweiten The curves 302, 304 of FIG. 3 were determined for an exemplary oxygen content of approximately 1% in the exhaust gas. The curve 302 shows the course of the first measurement current IP2 versus the second electrode voltage V3 in the presence of nitrogen oxide (for example approximately 250 ppm nitrogen oxide in the exhaust gas) and the simultaneous absence of ammonia (ie 0 ppm ammonia in the exhaust gas) and the curve 304 shows that Course of the second pump current IP3 compared to the second
Elektrodenspannung V3 bei Abwesenheit von Stickoxid (d. h. 0 ppm Stickoxid) im Abgas) und gleichzeitiger Anwesenheit von Ammoniak (z. B. ungefähr 250 ppm Ammoniak im Abgas). Die Kurven 402, 404 der Fig. 4 wurden jeweils bei gleichen Stickoxid- bzw. Ammoniakbedingungen im Abgas ermittelt, wobei der Electrode voltage V3 in the absence of nitrogen oxide (i.e. 0 ppm nitrogen oxide in the exhaust gas) and the simultaneous presence of ammonia (e.g. approximately 250 ppm ammonia in the exhaust gas). The curves 402, 404 of FIG. 4 were each determined with the same nitrogen oxide or ammonia conditions in the exhaust gas, the
Sauerstoffgehalt im Abgas größer war als bei der Fig. 3, nämlich ungefähr 10 %. Das jeweilige Nutzsignal zur Unterscheidung zwischen Stickoxidgehalt und Oxygen content in the exhaust gas was greater than in FIG. 3, namely approximately 10%. The respective useful signal to differentiate between nitrogen oxide content and
Ammoniakgehalt im Abgas ist in den Fig. 3 und 4 mit den Pfeilen 306, 406 angegeben. The ammonia content in the exhaust gas is indicated in FIGS. 3 and 4 by the arrows 306, 406.
Den Diagrammen der Fig. 3 und 4 kann entnommen werden, dass das Nutzsignal 406 der Fig. 4 sein Maximum bei einer höheren zweiten Elektrodenspannung V3 aufweist als bei der Fig. 3. Somit ist der vorgegebene zweite Spannungssollwert für die zweite Elektrodenspannung V3, auf den mittels Anlegens des ersten It can be seen from the diagrams in FIGS. 3 and 4 that the useful signal 406 of FIG. 4 has its maximum at a higher second electrode voltage V3 than in FIG. 3. Thus, the predefined second voltage setpoint for the second electrode voltage V3 is at the by creating the first
Messstroms IP21 an der erstenMesselektrode 144 gesteuert bzw. geregelt werden soll, abhängig vom vorliegenden Sauerstoffgehalt im Abgas. Diese Erkenntnis macht sich die vorliegende Erfindung dadurch zum Nutzen, dass der zweite Spannungssollwert in Abhängigkeit des derzeit vorliegenden Sauerstoffgehalts im Abgas dynamisch angepasst wird, damit der Stickoxidgehalt und Ammoniakgehalt im Abgas noch genauer ermittelt werden kann. Beispielsweise beträgt der zweite Spannungssollwert bei einem Sauerstoffgehalt von ungefähr 3 % (siehe Fig. 3) ungefähr 500 mV und bei einem Sauerstoffgehalt von ungefähr 10 % (siehe Fig. 4) ungefähr 550 mV. Folglich steigt der Spannungssollwert für die zweite Measurement current IP21 at the first measurement electrode 144 is to be controlled or regulated, depending on the oxygen content present in the exhaust gas. The present invention makes use of this knowledge in that the second voltage setpoint value is dynamically adapted as a function of the currently present oxygen content in the exhaust gas so that the nitrogen oxide content and ammonia content in the exhaust gas can be determined even more precisely. For example, the second voltage setpoint is approximately 500 mV with an oxygen content of approximately 3% (see FIG. 3) and approximately 550 mV with an oxygen content of approximately 10% (see FIG. 4). As a result, the voltage setpoint for the second rises
Elektrodenspannung V3 mit steigendem Sauerstoffgehalt an. Die Fig. 5 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des Abgassensors 100 der Fig. 1 . Das Verfahren startet beim Schritt 500 und gelangt dann zum Schritt 502, an dem der aktuelle Electrode voltage V3 increases with increasing oxygen content. FIG. 5 shows an exemplary flow chart of a method according to the invention for operating the exhaust gas sensor 100 of FIG. 1. The method starts at step 500 and then proceeds to step 502, where the current
Sauerstoffgehalt im Abgas ermittelt wird. Der Sauerstoffgehalt im Abgas kann beispielsweise basierend auf dem an der ersten Pumpelektrode 124 angelegten ersten Pumpstrom IR0 zum konstant Flalten der sich zwischen der ersten Oxygen content in the exhaust gas is determined. The oxygen content in the exhaust gas can, for example, based on the first pump current IR0 applied to the first pump electrode 124, for constant fluxing between the first
Pumpelektrode 124 und der Referenzelektrode 52 ausbildenden ersten Pump electrode 124 and the reference electrode 52 forming the first
Elektrodenspannung V0 ermittelt werden. Alternativ kann der Sauerstoffgehalt basierend auf dem Sauerstoffsignal einer im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneten separaten Lambdasonde ermittelt werden. Außerdem kann alternativ der Sauerstoffgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine basierend auf dem Signal eines im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneten separaten Electrode voltage V0 can be determined. Alternatively, the oxygen content can be determined based on the oxygen signal of a separate lambda probe arranged in the exhaust system of the internal combustion engine. In addition, the oxygen content in the exhaust gas of the internal combustion engine can alternatively be based on the signal of a separate one arranged in the exhaust gas line of the internal combustion engine
Abgassensors, wie beispielsweise mittels eines entsprechenden IPO-Signals eines separaten Stickoxidsensors, ermittelt werden. Exhaust gas sensor, for example by means of a corresponding IPO signal from a separate nitrogen oxide sensor, are determined.
In einem darauffolgenden Schritt 504 wird in Abhängigkeit des am vorherigen Schritt 502 ermittelten Sauerstoffgehalts im Abgas der zweite Spannungssollwert für die zweite Elektrodenspannung V3 dynamisch angepasst und in einem weiteren Schritt 506 der an der zweiten Pumpelektrode 224 angelegte zweite Pumpstrom IP3 derart gesteuert bzw. geregelt, dass sich zwischen der zweiten Pumpelektrode 224 und der Referenzelektrode 52 die zweite Elektrodenspannung V3 mit dem ermittelten zweiten Spannungssollwert ausbildet. Beispielsweise kann eine In a subsequent step 504, depending on the oxygen content in the exhaust gas determined in the previous step 502, the second voltage setpoint for the second electrode voltage V3 is dynamically adjusted and in a further step 506 the second pump current IP3 applied to the second pump electrode 224 is controlled or regulated in such a way that The second electrode voltage V3 with the determined second voltage setpoint value is formed between the second pump electrode 224 and the reference electrode 52. For example, a
Zuordnung des ermittelten Sauerstoffgehalts im Abgas zu einem dazugehörigen Spannungssollwert der zweiten Elektrodenspannung V3 mittels einer in der Steuereinheit hinterlegten Tabelle erfolgen. Alternativ kann diese Zuordnung mittels einer mathematischen Abbildung erfolgen, die den Zusammenhang zwischen Sauerstoffgehalt und Spannungssollwert für die zweite Elektrodenspannung V3 herstellt. Das Verfahren der Fig. 5 endet dann beim Schritt 508. Assignment of the determined oxygen content in the exhaust gas to an associated voltage setpoint of the second electrode voltage V3 take place by means of a table stored in the control unit. Alternatively, this assignment can take place by means of a mathematical mapping that establishes the relationship between the oxygen content and the voltage setpoint for the second electrode voltage V3. The method of FIG. 5 then ends at step 508.

Claims

Patentansprüche Claims
1 . Verfahren zum Betreiben eines einen Hauptkörper (1 12) aufweisenden und in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgassensors (100), der eine im Hauptkörper (1 12) angeordnete und mit dem Abgas verbundene erste Pumpkavität (120), in der eine erste Pumpelektrode (124) angeordnet ist, eine im Hauptkörper (1 12) angeordnete und mit dem Abgas verbundene zweite Pumpkavität (220), in der eine zweite Pumpelektrode (224) angeordnet ist, und eine im Hauptkörper (1 12) angeordnete und mit der 1 . Method for operating an exhaust gas sensor (100) which has a main body (1 12) and is arranged in an exhaust line of an internal combustion engine, which has a first pump cavity (120) arranged in the main body (1 12) and connected to the exhaust gas, in which a first pump electrode (124 ) is arranged, a second pump cavity (220) arranged in the main body (1 12) and connected to the exhaust gas, in which a second pump electrode (224) is arranged, and one arranged in the main body (1 12) and connected to the
Umgebungsluft verbundene Referenzkavität (50) aufweist, in der eine Has ambient air connected reference cavity (50) in which a
Referenzelektrode (52) angeordnet ist, wobei das Verfahren aufweist: Reference electrode (52) is arranged, the method comprising:
Ermitteln des Sauerstoffgehalts und/oder Wassergehalts im Abgas der Brennkraftmaschine, Determining the oxygen content and / or water content in the exhaust gas of the internal combustion engine,
Ermitteln eines Spannungssollwerts für die sich zwischen der zweiten Pumpelektrode (224) und der Referenzelektrode (52) aufgrund eines an der zweiten Pumpelektrode (224) angelegten Pumpstroms (IP3) ausbildenden zweiten Elektrodenspannung (V3) in Abhängigkeit des ermittelten Determination of a voltage setpoint for the second electrode voltage (V3) that is formed between the second pump electrode (224) and the reference electrode (52) on the basis of a pump current (IP3) applied to the second pump electrode (224) as a function of the determined
Sauerstoffgehalts und/oder Wassergehalts, und Oxygen content and / or water content, and
Steuern des an der zweiten Pumpelektrode (224) angelegten Pumpstroms (IP3) derart, dass sich zwischen der zweiten Pumpelektrode (224) und der Referenzelektrode (52) die zweite Elektrodenspannung (V3) mit dem ermittelten Spannungssollwert ausbildet. Controlling the pump current (IP3) applied to the second pump electrode (224) in such a way that the second electrode voltage (V3) with the determined voltage setpoint is formed between the second pump electrode (224) and the reference electrode (52).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Sauerstoffgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine basierend auf einem an der ersten Pumpelektrode (124) angelegten ersten Pumpstrom (IR0) zum konstant Halten einer sich zwischen der ersten Pumpelektrode (124) und der Referenzelektrode (52) ausbildenden ersten Elektrodenspannung (V0) ermittelt wird. 2. The method according to claim 1, wherein the oxygen content in the exhaust gas of the internal combustion engine is based on a first pump current (IR0) applied to the first pump electrode (124) to keep a constant one between the first pump electrode (124) and the reference electrode (52) forming Electrode voltage (V0) is determined.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Sauerstoffgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine basierend auf dem Sauerstoffsignal einer im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneten Lambdasonde ermittelt wird. 3. The method according to claim 1, wherein the oxygen content in the exhaust gas of the internal combustion engine is determined based on the oxygen signal of a lambda probe arranged in the exhaust system of the internal combustion engine.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Sauerstoffgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine basierend auf dem Signal eines im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneten separaten Abgassensors ermittelt wird. 4. The method according to claim 1, wherein the oxygen content in the exhaust gas of the internal combustion engine is determined based on the signal of a separate exhaust gas sensor arranged in the exhaust gas line of the internal combustion engine.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spannungssollwert für die zweite Elektrodenspannung (V3) mit steigendem 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the voltage setpoint for the second electrode voltage (V3) with increasing
Sauerstoffgehalt ansteigt. Oxygen content increases.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit: 6. The method according to any one of the preceding claims, further comprising:
Ermitteln des Wassergehalts im Abgas der Brennkraftmaschine, wobei das Ermitteln des Spannungssollwerts ferner zumindest teilweise basierend auf der ermittelten Wasserkonzentration im Abgas erfolgt. Determination of the water content in the exhaust gas of the internal combustion engine, wherein the determination of the voltage setpoint also takes place at least partially based on the determined water concentration in the exhaust gas.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Wasserkonzentration mittels Vergleich der Pumpströme (IPO, IP3) der ersten und zweiten Pumpelektrode (124, 224) ermittelt wird. 7. The method according to claim 6, wherein the water concentration is determined by comparing the pump currents (IPO, IP3) of the first and second pump electrodes (124, 224).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abgassensors (100) ferner eine im Hauptkörper (1 12) angeordnete und mit der ersten Pumpkavität (120) verbundene erste Messkavität (140), in der eine erste Messelektrode (144) angeordnet ist, und eine im Hauptkörper (1 12) angeordnete und mit der zweiten Pumpkavität (220) verbundene zweite Messkavität (240) aufweist, in der eine zweite Messelektrode (244) angeordnet ist, ferner mit: 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the exhaust gas sensor (100) furthermore a first measuring cavity (140) arranged in the main body (1 12) and connected to the first pump cavity (120), in which a first measuring electrode (144) is arranged, and a second measuring cavity (240) arranged in the main body (112) and connected to the second pump cavity (220), in which a second measuring electrode (244) is arranged, further comprising:
Steuern eines an der ersten Pumpelektrode (124) angelegten ersten Pumpstroms (IPO) derart, dass eine sich zwischen der ersten Pumpelektrode (124) und der Referenzelektrode (52) ausbildende erste Elektrodenspannung (V0) auf einem vorbestimmten weiteren Spannungssollwert konstant gehalten wird, und Ermitteln eines ersten Stickoxidwerts basierend auf einem an der ersten Controlling a first pump current (IPO) applied to the first pump electrode (124) in such a way that a first electrode voltage (V0) forming between the first pump electrode (124) and the reference electrode (52) is kept constant at a predetermined further voltage setpoint, and determining a first nitric oxide value based on one of the first
Messelektrode (144) angelegten ersten Messstroms (IP21 ), Measuring electrode (144) applied first measuring current (IP21),
Steuern des an der zweiten Pumpelektrode (224) angelegten zweiten Pumpstroms (IP3) derart, dass die sich zwischen der zweiten Controlling the second pump current (IP3) applied to the second pump electrode (224) in such a way that the between the second
Pumpelektrode (224) und der Referenzelektrode (52) ausbildende zweite Pump electrode (224) and the reference electrode (52) forming the second
Elektrodenspannung (V3) auf dem ermittelten ersten Spannungssollwert konstant gehalten wird, und Ermitteln eines zweiten Stickoxidwerts basierend auf einem an der zweiten Messelektrode (244) angelegten zweiten Messstroms (IP22), und Electrode voltage (V3) constant at the determined first voltage setpoint is held, and determining a second nitrogen oxide value based on a second measurement current (IP22) applied to the second measurement electrode (244), and
Ermitteln des Ammoniakgehalts im Abgas der Brennkraftmaschine basierend auf dem ermittelten ersten Stickoxidwert und dem ermittelten zweiten Stickoxidwert. Determining the ammonia content in the exhaust gas of the internal combustion engine based on the determined first nitrogen oxide value and the determined second nitrogen oxide value.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der 9. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the
Abgassensors (100) ferner eine im Hauptkörper (1 12) angeordnete und mit der ersten und zweiten Pumpkavität (120, 220) verbundene Messkavität (140) aufweist, in der eine Messelektrode (144) angeordnet ist, ferner mit: Exhaust gas sensor (100) further comprises a measuring cavity (140) which is arranged in the main body (112) and is connected to the first and second pump cavities (120, 220) and in which a measuring electrode (144) is arranged, further comprising:
Steuern eines an der ersten Pumpelektrode (124) angelegten ersten Pumpstroms (IR0) derart, dass eine sich zwischen der ersten Pumpelektrode (124) und der Referenzelektrode (52) ausbildende erste Elektrodenspannung (V0) auf einem vorbestimmten weiteren Spannungssollwert konstant gehalten wird, und Ermitteln eines ersten Stickoxidwerts basierend auf einem an der Messelektrode (144) angelegten ersten Messstroms (IP21 ), Controlling a first pump current (IR0) applied to the first pump electrode (124) in such a way that a first electrode voltage (V0) formed between the first pump electrode (124) and the reference electrode (52) is kept constant at a predetermined further voltage setpoint, and determining a first nitrogen oxide value based on a first measurement current (IP21) applied to the measurement electrode (144),
Steuern des an der zweiten Pumpelektrode (224) angelegten zweiten Pumpstroms (IP3) derart, dass die sich zwischen der zweiten Controlling the second pump current (IP3) applied to the second pump electrode (224) in such a way that the between the second
Pumpelektrode (224) und der Referenzelektrode (52) ausbildende zweite Pump electrode (224) and the reference electrode (52) forming the second
Elektrodenspannung (V3) auf dem ermittelten Spannungssollwert konstant gehalten wird, und Ermitteln eines zweiten Stickoxidwerts basierend auf einem an der Messelektrode (144) angelegten zweiten Messstroms (IP22), und Electrode voltage (V3) is kept constant at the determined voltage setpoint value, and determining a second nitrogen oxide value based on a second measurement current (IP22) applied to the measurement electrode (144), and
Ermitteln des Ammoniakgehalts im Abgas der Brennkraftmaschine basierend auf dem ermittelten ersten Stickoxidwert und dem ermittelten zweiten Stickoxidwert. Determining the ammonia content in the exhaust gas of the internal combustion engine based on the determined first nitrogen oxide value and the determined second nitrogen oxide value.
10. Abgassensor (100) zum Anordnen im Abgasstrang einer 10. Exhaust gas sensor (100) to be arranged in the exhaust line of a
Brennkraftmaschine, wobei der Abgassensor (100) aufweist: Internal combustion engine, the exhaust gas sensor (100) having:
einen Hauptkörper (1 12), a main body (1 12),
eine erste Pumpelektrode (124), die einer mit dem Abgas verbundenen und im Hauptkörper (1 12) vorgesehenen ersten Pumpkavität (120) zugeordnet ist, eine zweite Pumpelektrode (224), die einer mit dem Abgas verbundenen und im Hauptkörper (112) vorgesehenen Pumpkavität (220) zugeordnet ist, und a first pump electrode (124) which is assigned to a first pump cavity (120) connected to the exhaust gas and provided in the main body (112), a second pump electrode (224) which is assigned to a pump cavity (220) connected to the exhaust gas and provided in the main body (112), and
eine Steuereinheit, die mit der ersten Pumpelektrode (124) und der zweiten Pumpelektrode (224) verbunden und dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen. a control unit which is connected to the first pump electrode (124) and the second pump electrode (224) and is designed to carry out a method according to one of the preceding claims.
PCT/EP2020/067584 2019-06-28 2020-06-24 Method for the operation of an exhaust gas sensor for an internal combustion engine, and exhaust gas sensor for an internal combustion engine WO2020260330A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019209456.2 2019-06-28
DE102019209456.2A DE102019209456B3 (en) 2019-06-28 2019-06-28 Method for signal-optimized operation of a NOx / NH3 exhaust gas sensor for an internal combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020260330A1 true WO2020260330A1 (en) 2020-12-30

Family

ID=70859577

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/067584 WO2020260330A1 (en) 2019-06-28 2020-06-24 Method for the operation of an exhaust gas sensor for an internal combustion engine, and exhaust gas sensor for an internal combustion engine

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102019209456B3 (en)
WO (1) WO2020260330A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021212820A1 (en) 2021-11-15 2022-12-01 Vitesco Technologies GmbH Method for operating an exhaust gas sensor for an internal combustion engine and exhaust gas sensor
DE102021212821A1 (en) 2021-11-15 2023-05-17 Vitesco Technologies GmbH Method for operating an exhaust gas sensor for an internal combustion engine and exhaust gas sensor

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4927517A (en) * 1988-04-30 1990-05-22 Ngk Insulators, Ltd. NOx sensor having catalyst for decomposing NOx
DE10312732B4 (en) 2003-03-21 2005-12-29 Siemens Ag Method for operating a measuring probe for measuring a gas concentration
DE69732582T2 (en) 1996-11-08 2006-05-11 NGK Spark Plug Co., Ltd., Nagoya Method and apparatus for measuring oxygen concentration and nitrogen oxide concentration
DE102007035768A1 (en) 2007-07-27 2009-01-29 Continental Automotive Gmbh Nitrous oxide sensor diagnosing method for exhaust system of internal combustion engine, involves comparing corresponding measurement value of measuring device with reference value that forms certain part of oxygen content of exhaust gas
DE102008006633A1 (en) * 2008-01-29 2009-07-30 Volkswagen Ag Sensor for determining concentration of constituent part e.g. ammonia, in exhaust gas from internal-combustion engine in motor vehicle, has chamber that is formed as reduction chamber, in which oxide in ammonia in exhaust gas is reduced
US20090242426A1 (en) * 2005-06-23 2009-10-01 Siemens Vdo Automotive Ag Gas Sensor
DE102009036060A1 (en) 2009-08-04 2010-10-21 Daimler Ag Method for determining nitrogen oxide raw emission of vehicle internal combustion engine, involves selecting multiple engine operating parameters from quantity of engine operating parameters
DE102011003514A1 (en) 2011-02-02 2012-08-02 Robert Bosch Gmbh Method for monitoring function of chemosensitive field-effect transistor during its operation in motor vehicle, involves adjusting electric voltage between drain contact and source contact
US8382973B2 (en) * 2009-09-03 2013-02-26 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Method and apparatus for controlling multi-gas sensor
WO2017222001A1 (en) 2016-06-23 2017-12-28 日本碍子株式会社 Gas sensor, and method for measuring concentrations of plurality of target components in gas to be measured
WO2017222002A1 (en) 2016-06-23 2017-12-28 日本碍子株式会社 Gas sensor, and method for measuring concentrations of plurality of target components in gas to be measured
WO2017222003A1 (en) 2016-06-23 2017-12-28 日本碍子株式会社 Exhaust gas purification system and exhaust gas purification method

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10046276B2 (en) 2014-09-24 2018-08-14 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Sensor control method and sensor control apparatus
DE102016207516B4 (en) 2016-05-02 2021-10-28 Vitesco Technologies GmbH Method for determining the aging of a probe of an internal combustion engine designed to determine a gas concentration of a gas mixture
JP6794272B2 (en) 2017-01-10 2020-12-02 日本碍子株式会社 Ammonia sensor calibration method
JP6595745B1 (en) 2017-12-26 2019-10-23 日本碍子株式会社 Gas sensor
DE102018201266A1 (en) 2018-01-29 2019-08-01 Continental Automotive Gmbh Method for determining an adjusted compensation factor of an amperometric sensor and amperometric sensor

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4927517A (en) * 1988-04-30 1990-05-22 Ngk Insulators, Ltd. NOx sensor having catalyst for decomposing NOx
DE69732582T2 (en) 1996-11-08 2006-05-11 NGK Spark Plug Co., Ltd., Nagoya Method and apparatus for measuring oxygen concentration and nitrogen oxide concentration
DE10312732B4 (en) 2003-03-21 2005-12-29 Siemens Ag Method for operating a measuring probe for measuring a gas concentration
US20090242426A1 (en) * 2005-06-23 2009-10-01 Siemens Vdo Automotive Ag Gas Sensor
DE102007035768A1 (en) 2007-07-27 2009-01-29 Continental Automotive Gmbh Nitrous oxide sensor diagnosing method for exhaust system of internal combustion engine, involves comparing corresponding measurement value of measuring device with reference value that forms certain part of oxygen content of exhaust gas
DE102008006633A1 (en) * 2008-01-29 2009-07-30 Volkswagen Ag Sensor for determining concentration of constituent part e.g. ammonia, in exhaust gas from internal-combustion engine in motor vehicle, has chamber that is formed as reduction chamber, in which oxide in ammonia in exhaust gas is reduced
DE102009036060A1 (en) 2009-08-04 2010-10-21 Daimler Ag Method for determining nitrogen oxide raw emission of vehicle internal combustion engine, involves selecting multiple engine operating parameters from quantity of engine operating parameters
US8382973B2 (en) * 2009-09-03 2013-02-26 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Method and apparatus for controlling multi-gas sensor
DE102011003514A1 (en) 2011-02-02 2012-08-02 Robert Bosch Gmbh Method for monitoring function of chemosensitive field-effect transistor during its operation in motor vehicle, involves adjusting electric voltage between drain contact and source contact
WO2017222001A1 (en) 2016-06-23 2017-12-28 日本碍子株式会社 Gas sensor, and method for measuring concentrations of plurality of target components in gas to be measured
WO2017222002A1 (en) 2016-06-23 2017-12-28 日本碍子株式会社 Gas sensor, and method for measuring concentrations of plurality of target components in gas to be measured
WO2017222003A1 (en) 2016-06-23 2017-12-28 日本碍子株式会社 Exhaust gas purification system and exhaust gas purification method
US20190128833A1 (en) * 2016-06-23 2019-05-02 Ngk Insulators, Ltd. Gas sensor, and method for measuring concentrations of plurality of target components in gas to be measured

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021212820A1 (en) 2021-11-15 2022-12-01 Vitesco Technologies GmbH Method for operating an exhaust gas sensor for an internal combustion engine and exhaust gas sensor
DE102021212821A1 (en) 2021-11-15 2023-05-17 Vitesco Technologies GmbH Method for operating an exhaust gas sensor for an internal combustion engine and exhaust gas sensor
WO2023083757A1 (en) 2021-11-15 2023-05-19 Vitesco Technologies GmbH Method for operating an exhaust-gas sensor for an internal combustion engine, and exhaust-gas sensor

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019209456B3 (en) 2020-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017186519A1 (en) Method for diagnosing a nitrogen oxide sensor in an internal combustion engine
DE102006011837B4 (en) Method for determining a gas concentration in a measuring gas with a gas sensor
WO2009135862A1 (en) Evaluation and control unit for a broadband lambda probe
WO2008080735A1 (en) Sensor element with additional fat gas regulation
DE102019203707B3 (en) Method for determining an error in an exhaust gas sensor of an internal combustion engine
DE10342270B4 (en) Gas concentration detector
DE102016224771A1 (en) Gas sensor diagnostic procedure
DE102017110519A1 (en) Gas concentration detection device
EP3596453A1 (en) Method for operating a sensor for detecting at least one property of a measured gas in a measurement gas chamber
WO2020260330A1 (en) Method for the operation of an exhaust gas sensor for an internal combustion engine, and exhaust gas sensor for an internal combustion engine
DE102015206867A1 (en) Method for operating a sensor for detecting at least one property of a measuring gas in a measuring gas space
DE102008006633A1 (en) Sensor for determining concentration of constituent part e.g. ammonia, in exhaust gas from internal-combustion engine in motor vehicle, has chamber that is formed as reduction chamber, in which oxide in ammonia in exhaust gas is reduced
WO2020187879A1 (en) Method for ascertaining a malfunction of an exhaust sensor of an internal combustion engine
EP4251987A2 (en) Method for ascertaining a fault of an exhaust gas sensor, and exhaust gas sensor
DE102018201266A1 (en) Method for determining an adjusted compensation factor of an amperometric sensor and amperometric sensor
DE102004016986B3 (en) Apparatus and method for measuring a plurality of exhaust gas constituents
DE102017110515A1 (en) Gas concentration detection device
WO1999057555A1 (en) METHOD FOR DETERMINING NOx CONCENTRATION
DE102018203313A1 (en) A method of operating a sensor to detect at least a portion of a sample gas component having bound oxygen in a sample gas
EP1926899A1 (en) Method and device for determining the gas components in the exhaust gas of an internal combustion engine
DE10145804B4 (en) Nitrogen oxide sensor with suppressed oxygen dependence of the NO ↓ X ↓ signal
DE102019203749A1 (en) Method for determining an error in an exhaust gas sensor of an internal combustion engine
DE102013202260A1 (en) Method for monitoring steady lambda signal of multi-cellular exhaust-gas sensor, involves determining pump voltage and nernst voltage with respect to lambda value of exhaust gas from constant lambda signal
DE10161901B4 (en) Method and device for compensating the offset of the linear sensor characteristic of a sensor arranged in the exhaust gas of an internal combustion engine
EP3899520B1 (en) Method for reducing measurement errors when detecting ammonia when operating a sensor system

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: 20736927

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: 20736927

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1