WO2020187879A1 - Method for ascertaining a malfunction of an exhaust sensor of an internal combustion engine - Google Patents

Method for ascertaining a malfunction of an exhaust sensor of an internal combustion engine Download PDF

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WO2020187879A1
WO2020187879A1 PCT/EP2020/057209 EP2020057209W WO2020187879A1 WO 2020187879 A1 WO2020187879 A1 WO 2020187879A1 EP 2020057209 W EP2020057209 W EP 2020057209W WO 2020187879 A1 WO2020187879 A1 WO 2020187879A1
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Definitions

  • the present invention relates to a method for determining a fault in an exhaust gas sensor of an internal combustion engine, in particular a method for
  • 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 (NFI3) and nitrogen oxides (NOx), knowledge of the respective concentration can be advantageous for controlling the internal combustion engine.
  • NFI3 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 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 on it 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
  • the present invention is based on the idea of an error in a device designed to measure the concentration of nitrogen oxide and ammonia
  • Pump currents or oxygen signals of the exhaust gas sensor essentially correspond to a predetermined ratio value in the case of a fault-free exhaust gas sensor and a predetermined ratio value in the case of a faulty exhaust gas sensor Ratio value differ by more than a predetermined threshold value.
  • the pump electrodes have aged differently or that at least one of the pump electrodes has aged excessively.
  • the pumping currents or oxygen signals of a single exhaust gas sensor are compared with one another, the removal of the exhaust gas from the exhaust gas line being the
  • a method for determining a fault in an exhaust gas sensor having a main body and arranged in an exhaust system of an internal combustion engine is disclosed, the first being arranged in the main body and connected to the exhaust gas
  • the exhaust gas sensor is a single exhaust gas sensor in which the first pump cavity and the second
  • the method according to the invention includes controlling one of the first
  • Electrode voltage is kept constant at a predetermined first voltage value, controlling a second pump current applied to the second pump electrode in such a way that a second electrode voltage forming between the second pump electrode and the reference electrode is at a
  • predetermined second voltage value is kept constant and determine a a failure of the exhaust gas sensor based on a comparison of the first
  • the exhaust gas removed by the exhaust gas sensor has in the two measurement paths in
  • the exhaust gas sensor is an exhaust gas sensor that is sensitive to nitrogen oxide and ammonia and is based on the amperometric measuring principle.
  • the error of the determined by the method according to the invention is an exhaust gas sensor that is sensitive to nitrogen oxide and ammonia and is based on the amperometric measuring principle.
  • Another fault in the exhaust gas sensor can also be a mechanical defect in the flake body, such as B. a flaar crack in the flake body, which leads to uncontrolled diffusion within the exhaust gas sensor and in the flake body.
  • the method according to the invention preferably also includes determining a pump current ratio between the first pump current and the second pump current, an error in the exhaust gas sensor being determined if the determined pump current ratio deviates from a predetermined pump current ratio value by more than a ratio threshold value.
  • An alternative embodiment of the method according to the invention further comprises determining a pump current difference between the first pump current and the second pump current, an error in the exhaust gas sensor being determined when the determined pumping current difference from a predetermined one
  • the predetermined ratio threshold or the predetermined difference threshold is approximately 50%, preferably approximately 30%, more preferably approximately 15%. That is, if that determined
  • the method according to the invention preferably further comprises outputting a warning to the operator of the internal combustion engine if an error occurs in the
  • Exhaust gas sensor has been determined.
  • this warning can be an indication for the operator of the internal combustion engine that the exhaust gas sensor should be exchanged or replaced with a new exhaust gas sensor during the next maintenance.
  • a method for operating an exhaust gas sensor arranged in an exhaust line of an internal combustion engine comprises determining a fault in the exhaust gas sensor according to the first aspect and, if a fault in the exhaust gas sensor has been determined, controlling the first pump current and / or the second pump current in such a way that the first electrode voltage and / or the second electrode voltage a predetermined third voltage value and / or predetermined fourth voltage value are kept constant.
  • the third voltage value or fourth voltage value differ from the first
  • the method according to the second aspect of the present invention thus describes an emergency operating method of the exhaust gas sensor when a fault of the same has been determined according to the first aspect.
  • the emergency operation method by means of the emergency operation method, the time span from the detection of the error to a Maintenance of the internal combustion engine can be bridged and nitrogen oxide and ammonia values can thus continue to be recorded, but only as a total value.
  • the third voltage value is smaller than the first voltage value and / or if the fourth voltage value is smaller than the second voltage value.
  • the exhaust gas sensor can be preferred to provide the exhaust gas sensor with operating data for both normal measuring operation and emergency operation during manufacture.
  • 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 an exemplary flow chart of a method according to the invention for determining a fault in the exhaust gas sensor of FIG. 1 or FIG. 2.
  • 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 connecting path 215.
  • Connection paths 115 are connected to the exhaust gas in such a way that the exhaust gas can be taken from an almost identical point in the exhaust system of the internal combustion engine. Consequently, the exhaust gas diffusing or flowing through the two measurement paths 110, 120 has almost identical properties or an almost identical composition.
  • 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
  • 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 also formed in the main body 112, which is directly connected to the exterior of the main 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
  • Main body 1 12 of the exhaust gas sensor 100 arranged to form various 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.
  • the oxygen in the exhaust gas can be ionized during a measurement operation of the exhaust gas sensor 100 by applying a reference current to the exhaust gas electrode 22 and diffuse through the main body 112 as oxygen ions to the reference electrode 52 and converted there again into oxygen molecules 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 is ionized within the first pump cavity 120 and migrates or diffuses through the main body 112 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 first measuring cavity 140, which is designed to measure the oxygen and / or oxygen present within first measuring cavity 140 when a first measuring current IP21 is applied during measuring operation of nitrogen oxide sensor 100 To ionize nitrogen oxides, so that the oxygen ions can migrate 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
  • Measuring electrode voltage or first measuring Nernst voltage V21 which is kept at a constant value by applying the first measuring current IP21 to the first measuring 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 IR0 applied to the first pump electrode 124 is controlled in such a way that preferably only the oxygen is ionized, but not the nitrogen oxides.
  • 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 is 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 within the second pump cavity 220 and through the main body 112 as Oxygen ions migrate or get or diffuse.
  • 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 Nernst voltage V3 is formed 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 nitrogen oxides, so that the oxygen ions can migrate through the main body 112. Because of the oxygen ions discharged or pumped out of the second measuring cavity 240, a second one forms between the second measuring electrode 244 and the reference electrode 52
  • Measurement electrode voltage or first measurement Nernst voltage V22 which is kept at a constant value by applying the second measurement current IP22 to the second measurement electrode 244. 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 such that only the ammonia and oxygen present in the exhaust gas are preferably ionized.
  • it is provided to control the second pump current IP3 in such a way that the second electrode voltage or the second Nernst voltage V3 is kept constant at a second voltage value, for example 230 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 the nitrogen oxides, the second measuring current IP22 applied to the second measuring electrode 244 being a measure for the
  • 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.
  • Gas mixture can be pumped out.
  • 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
  • FIG. 3 shows an exemplary flow chart of a method according to the invention for determining a fault in exhaust gas sensor 100 in FIG. 1. It should be noted that the method shown in FIG. 3 can also be carried out with the exhaust gas sensor according to FIG. 2, the first and second pump electrodes 124, 224 each being operated selectively and thereby the first and second pump currents IPO, IP3 offset in time and not be determined at the same time. The exemplary method can also take place in parallel (that is to say at the same time) to the normal measuring operation of the exhaust gas sensor 100. Consequently, the normal
  • the method in FIG. 3 starts in step 300 and then arrives at step 310, at which (during normal operation of the exhaust gas sensor 100) the first pump current IPO applied to the first pump electrode 124 is controlled in such a way that the between the first pump electrode 124 and of the reference electrode 52 forming the first electrode voltage V0 on the predetermined first
  • the second pump current IP3 applied to the second pump electrode 224 is controlled such that the second electrode voltage V3 developing between the second pump electrode 224 and the reference electrode 52 is kept constant at the predetermined second voltage value.
  • the determined pumping current ratio is compared in a further step 340 with a predetermined pumping current ratio value.
  • step 340 If it is determined in step 340 that the determined pumping current ratio does not differ from the predetermined pumping current ratio value by more than a predetermined ratio threshold value, the method returns to step 310 and it can be determined that the exhaust gas sensor is operating correctly. If, on the other hand, it is determined in step 340 that this has been determined
  • step 350 Pumping current ratio deviates from the predetermined pumping current ratio value by more than the predetermined ratio threshold value, the method proceeds to step 350 and a fault in the exhaust gas sensor 100 is determined before the method ends in step 360.
  • a fault in the exhaust gas sensor is recognized, for example, when the determined pumping current ratio deviates from the predetermined pumping current ratio by more than 30%, preferably more than 20%, even more preferably more than 10%.
  • the error of the exhaust gas sensor 100 ascertained in step 350 can, for example, indicate a different aging of the pump electrodes 124, 224, which means that the respective oxygen proportions in the exhaust gas thus ascertained can no longer be determined with sufficient accuracy. It can also be preferred that in step 350, that is to say when an error in the exhaust gas sensor 100 has been determined, the operation of the exhaust gas sensor 100 switches to an emergency mode in which the exhaust gas sensor 100 z. B. is operated as a pure nitrogen oxide sensor that is cross-sensitive to ammonia.
  • the nitrogen oxide signal with the ammonia cross-sensitivity is indeed faulty, but this emergency operation can serve to bridge the time span until the exhaust gas sensor 100 is replaced. Consequently, the exhaust gas sensor 100 can thus be operated in the emergency operating mode at least for this period of time without the vehicle coming to a standstill.

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Abstract

The invention relates to a method for ascertaining a malfunction of an exhaust sensor (100) which is arranged in the exhaust line of an internal combustion engine and which has a first pump cavity (120) in which a first pump electrode (124) is arranged, a second pump cavity (220) in which a second pump electrode (224) is arranged, and a reference cavity (50) in which a reference electrode (52) is arranged. The method according to the invention has the steps of controlling a first pump current (IP0) at the first pump electrode (124) such that an electrode voltage (V0) formed between the first pump electrode (124) and the reference electrode (52) is kept constant, controlling a second pump current (IP3) at the second pump electrode (224) such that a second electrode voltage (V3) formed between the second pump electrode (224) and the reference electrode (52) is kept constant, and ascertaining a malfunction of the exhaust sensor (100) on the basis of a comparison of the first pump current (IP0) and the second pump current (IP3).

Description

Beschreibung description
Verfahren zum Ermitteln eines Fehlers eines Abgassensors einer Method for determining a fault in an exhaust gas sensor
Brennkraftmaschine Internal combustion engine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Fehlers eines Abgassensors einer Brennkraftmaschine, insbesondere ein Verfahren zum The present invention relates to a method for determining a fault in an exhaust gas sensor of an internal combustion engine, in particular a method for
Ermitteln eines Fehlers eines Kombinationsabgassensors zum selektiven Erfassen des Stickoxid- und Ammoniakanteils im Abgas der Brennkraftmaschine. Determination of a fault in a combination exhaust gas sensor for the selective detection of the nitrogen oxide and ammonia content in the exhaust gas of the 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 (NFI3) und Stickoxide (NOx) auf, wobei die Kenntnis der jeweiligen Konzentration für die Steuerung der Brennkraftmaschine vorteilhaft sein kann. for example gasoline or diesel engines. The components of the exhaust gas from the internal combustion engine include Ammonia (NFI3) and nitrogen oxides (NOx), knowledge of the respective concentration can be advantageous for controlling the internal combustion engine.
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 Sauerstoffionen von der Messelektrode zur Außenelektrode. Dabei wird eine Überprüfung der Messelektrode durch eine Bestimmung der effektiv für die Oxygen ion-conducting solid electrolyte, which has a measuring cavity for receiving the 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
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 on it 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.
In Anbetracht des Standes der Technik ist es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur (Eigen-)Diagnose eines in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgassensors bereitzustellen, mit dem die Funktionstüchtigkeit und Messgenauigkeit des Abgassensors zuverlässig und effizient erfasst werden kann. In view of the prior art, it is an object of the present invention to provide a method for (self) diagnosis of an exhaust gas sensor arranged in an exhaust system of an internal combustion engine, with which the functionality and measuring accuracy of the exhaust gas sensor can be reliably and efficiently detected.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. This object is achieved with a method according to claim 1. Further advantageous refinements are given in the subclaims.
Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, einen Fehler eines zum Messen der Konzentration von Stickoxid und Ammoniak ausgebildeten The present invention is based on the idea of an error in a device designed to measure the concentration of nitrogen oxide and ammonia
Abgassensors dadurch festzustellen, dass ein Verhältnis der jeweiligen Exhaust gas sensor to determine that a ratio of the respective
Pumpströme bzw. Sauerstoffsignale des Abgassensors bei einem fehlerfreien Abgassensor im Wesentlichen einem vorbestimmten Verhältniswert entsprechen und bei einem fehlerbehafteten Abgassensor von diesem vorbestimmten Verhältniswert um mehr als einen vorbestimmten Schwellenwert abweichen. Pump currents or oxygen signals of the exhaust gas sensor essentially correspond to a predetermined ratio value in the case of a fault-free exhaust gas sensor and a predetermined ratio value in the case of a faulty exhaust gas sensor Ratio value differ by more than a predetermined threshold value.
Insbesondere kann bei einer Abweichung vom vorbestimmten Verhältniswert qualitativ ausgesagt werden, dass die Pumpelektroden unterschiedlich gealtert sind bzw. zumindest eine der Pumpelektroden übermäßig gealtert ist. Dabei werden die Pumpströme bzw. Sauerstoffsignale eines einzigen Abgassensors miteinander verglichen, wobei die Entnahme des Abgases aus dem Abgasstrang der In particular, in the event of a deviation from the predetermined ratio value, it can be stated qualitatively that the pump electrodes have aged differently or that at least one of the pump electrodes has aged excessively. The pumping currents or oxygen signals of a single exhaust gas sensor are compared with one another, the removal of the exhaust gas from the exhaust gas line being the
Brennkraftmaschine an sehr nahegelegenen Positionen bzw. an nahezu der identischen Position erfolgt. In einem solchen Fall kann dem Betreiber der Internal combustion engine takes place at very close positions or at almost the same position. In such a case, the operator can
Brennkraftmaschine eine Warnung ausgegeben werden und der Betrieb des Abgassensors kann in einen Notbetrieb wechseln, der zwar gegenüber dem normalen Messbetrieb ungenauer ist, es jedoch erlaubt, die Brennkraftmaschine zumindest bis zum Erreichen einer Wartungsstelle weiterhin zu betreiben. Internal combustion engine, a warning is issued and the operation of the exhaust gas sensor can switch to an emergency mode, which is less accurate than normal measurement operation, but allows the internal combustion engine to continue to operate at least until a maintenance point is reached.
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Fehlers eines einen Flauptkörper aufweisenden und in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgassensors offenbart, der eine im Flauptkörper angeordnete und mit dem Abgas verbundene erste According to a first aspect of the present invention, a method for determining a fault in an exhaust gas sensor having a main body and arranged in an exhaust system of an internal combustion engine is disclosed, the first being arranged in the main body and connected to the exhaust gas
Pumpkavität, in der eine erste Pumpelektrode angeordnet ist, eine im Flauptkörper angeordnete und mit dem Abgas verbundene zweite Pumpkavität, in der eine zweite Pumpelektrode angeordnet ist, und eine im Flauptkörper angeordnete und mit der Umgebungsluft verbundene Referenzkavität aufweist, in der eine Pump cavity in which a first pump electrode is arranged, 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 one
Referenzelektrode angeordnet ist. Bei dem Abgassensor handelt es sich dabei um einen einzigen Abgassensor, bei dem die erste Pumpkavität und die zweite Reference electrode is arranged. The exhaust gas sensor is a single exhaust gas sensor in which the first pump cavity and the second
Pumpkavität mit dem Abgas an sehr nahegelegenen Positionen bzw. einer nahezu identischen Position im Abgasstrang der Brennkraftmaschine verbunden sind. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Steuern eines an der ersten Pump cavity are connected to the exhaust gas at very close positions or an almost identical position in the exhaust line of the internal combustion engine. The method according to the invention includes controlling one of the first
Pumpelektrode angelegten ersten Pumpstroms derart, dass eine sich zwischen der ersten Pumpelektrode und der Referenzelektrode ausbildende erste Pump electrode applied first pump current in such a way that a first, which is formed between the first pump electrode and the reference electrode
Elektrodenspannung auf einem vorbestimmten ersten Spannungswert konstant gehalten wird, ein Steuern eines an der zweiten Pumpelektrode angelegten zweiten Pumpstroms derart, dass eine sich zwischen der zweiten Pumpelektrode und der Referenzelektrode ausbildende zweite Elektrodenspannung auf einem Electrode voltage is kept constant at a predetermined first voltage value, controlling a second pump current applied to the second pump electrode in such a way that a second electrode voltage forming between the second pump electrode and the reference electrode is at a
vorbestimmten zweiten Spannungswert konstant gehalten wird und ein ermitteln eines Fehlers des Abgassensors basierend auf einem Vergleich des ersten predetermined second voltage value is kept constant and determine a a failure of the exhaust gas sensor based on a comparison of the first
Pumpstroms mit dem zweiten Pumpstrom. Pump current with the second pump current.
Aufgrund der sehr nahegelegenen Entnahmepositionen bzw. der nahezu identischen Entnahmeposition im Abgasstrang der Brennkraftmaschine weist das durch den Abgassensor entnommene Abgas in den beiden Messpfaden im Due to the very close removal positions or the almost identical removal position in the exhaust system of the internal combustion engine, the exhaust gas removed by the exhaust gas sensor has in the two measurement paths in
Wesentlichen identische Eigenschaften bzw. eine nahezu identische Essentially identical properties or an almost identical one
Zusammensetzung auf. Deshalb kann durch den Vergleich der beiden Pumpströme eine qualitative und möglicherweise quantitative Aussage über den Fehler des Abgassensors ermöglicht werden. Composition on. Therefore, by comparing the two pump currents, a qualitative and possibly quantitative statement can be made about the fault in the exhaust gas sensor.
Insbesondere ist der Abgassensor dabei ein auf Stickoxid und Ammoniak empfindlicher Abgassensor und basiert auf dem amperometrischen Messprinzip. Der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens festgestellte Fehler des In particular, the exhaust gas sensor is an exhaust gas sensor that is sensitive to nitrogen oxide and ammonia and is based on the amperometric measuring principle. The error of the determined by the method according to the invention
Abgassensors kann insbesondere eine unterschiedliche Alterung der The exhaust gas sensor can in particular have different aging effects
Pumpelektroden anzeigen und somit für ein zu ungenaues Messen der Stickoxid- bzw. Ammoniakwerte des Abgases anzeigen. In einem solchen Fall ist es insbesondere möglich, dass die vom Abgassensor angezeigten Stickoxid und Ammoniakwerte nicht mehr der Realität entsprechen und folglich der gesamte Betrieb der Brennkraftmaschine nicht mehr effizient und optimal sein kann. Ein weiterer Fehler des Abgassensors kann beispielsweise auch ein mechanischer Defekt des Flauptkörpers, wie z. B. ein Flaarriss im Flauptkörper, sein, der zu einer unkontrollierten Diffusion innerhalb des Abgassensors und im Flauptkörper führt. Display pump electrodes and thus display for inaccurate measurement of the nitrogen oxide or ammonia values of the exhaust gas. In such a case it is particularly possible that the nitrogen oxide and ammonia values displayed by the exhaust gas sensor no longer correspond to reality and consequently the entire operation of the internal combustion engine can no longer be efficient and optimal. Another fault in the exhaust gas sensor can also be a mechanical defect in the flake body, such as B. a flaar crack in the flake body, which leads to uncontrolled diffusion within the exhaust gas sensor and in the flake body.
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren außerdem ein Ermitteln eines Pumpstromverhältnisses zwischen dem ersten Pumpstrom und dem zweiten Pumpstrom, wobei ein Fehler des Abgassensors ermittelt wird, wenn das ermittelte Pumpstromverhältnis von einem vorbestimmten Pumpstromverhältniswert um mehr als einen Verhältnisschwellenwert abweicht. The method according to the invention preferably also includes determining a pump current ratio between the first pump current and the second pump current, an error in the exhaust gas sensor being determined if the determined pump current ratio deviates from a predetermined pump current ratio value by more than a ratio threshold value.
Eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst ferner ein Ermitteln einer Pumpstromdifferenz zwischen dem ersten Pumpstrom und dem zweiten Pumpstrom, wobei ein Fehler des Abgassensors dann ermittelt wird, wenn die ermittelte Pumpstromdifferenz von einer vorbestimmten An alternative embodiment of the method according to the invention further comprises determining a pump current difference between the first pump current and the second pump current, an error in the exhaust gas sensor being determined when the determined pumping current difference from a predetermined one
Pumpstromdifferenzwert um mehr als einen Differenzschwellenwert abweicht. Pump current difference value deviates by more than a difference threshold value.
Vorzugsweise beträgt der vorbestimmte Verhältnisschwellenwert oder der vorbestimmte Differenzschwellenwert ungefähr 50%, vorzugsweise ungefähr 30%, noch bevorzugter ungefähr 15%. Das heißt, wenn das ermittelte Preferably, the predetermined ratio threshold or the predetermined difference threshold is approximately 50%, preferably approximately 30%, more preferably approximately 15%. That is, if that determined
Pumpstromverhältnis bzw. die ermittelte Pumpstromdifferenz um mehr als 10 % vom vorbestimmten Pumpstromverhältniswert bzw. Pumpstromdifferenzwert abweicht, wird ein Fehler des Abgassensors festgestellt. Pump current ratio or the determined pump current difference deviates by more than 10% from the predetermined pump current ratio value or pump current difference value, an error in the exhaust gas sensor is detected.
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Ausgeben einer Warnung an den Betreiber der Brennkraftmaschine, wenn ein Fehler des The method according to the invention preferably further comprises outputting a warning to the operator of the internal combustion engine if an error occurs in the
Abgassensors ermittelt worden ist. Insbesondere kann diese Warnung für den Betreiber der Brennkraftmaschine ein Indiz dafür sein, den Abgassensor bei einer nächsten Wartung auszutauschen bzw. austauschen zu lassen und durch einen neuen Abgassensor zu ersetzen. Exhaust gas sensor has been determined. In particular, this warning can be an indication for the operator of the internal combustion engine that the exhaust gas sensor should be exchanged or replaced with a new exhaust gas sensor during the next maintenance.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgassensors offenbart. Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt umfasst ein Ermitteln eines Fehlers des Abgassensors gemäß dem ersten Aspekt und, wenn ein Fehler des Abgassensors ermittelt worden ist, ein Steuern des ersten Pumpstroms und/oder zweiten Pumpstroms derart, dass die erste Elektrodenspannung und/oder zweite Elektrodenspannung auf einem vorbestimmten dritten Spannungswert und/oder vorbestimmten vierten Spannungswert konstant gehalten werden. Dabei weichen der dritte Spannungswert bzw. vierte Spannungswert vom ersten According to a second aspect of the present invention, a method for operating an exhaust gas sensor arranged in an exhaust line of an internal combustion engine is disclosed. The method according to the second aspect comprises determining a fault in the exhaust gas sensor according to the first aspect and, if a fault in the exhaust gas sensor has been determined, controlling the first pump current and / or the second pump current in such a way that the first electrode voltage and / or the second electrode voltage a predetermined third voltage value and / or predetermined fourth voltage value are kept constant. The third voltage value or fourth voltage value differ from the first
Spannungswert bzw. zweiten Spannungswert ab. Voltage value or second voltage value.
Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschreibt somit ein Notbetriebsverfahren des Abgassensors, wenn ein Fehler desselben gemäß dem ersten Aspekt festgestellt worden ist. Insbesondere kann mittels des Notbetriebsverfahren die Zeitspanne vom Feststellen des Fehlers bis zu einer Wartung der Brennkraftmaschine überbrückt werden und es können somit weiterhin Stickoxid- und Ammoniakwerte, jedoch nur als Summenwert, erfasst werden. The method according to the second aspect of the present invention thus describes an emergency operating method of the exhaust gas sensor when a fault of the same has been determined according to the first aspect. In particular, by means of the emergency operation method, the time span from the detection of the error to a Maintenance of the internal combustion engine can be bridged and nitrogen oxide and ammonia values can thus continue to be recorded, but only as a total value.
Dabei kann es bevorzugt sein, wenn der dritte Spannungswert kleiner ist als der erste Spannungswert und/oder wenn der vierte Spannungswert kleiner ist als der zweite Spannungswert. It can be preferred here if the third voltage value is smaller than the first voltage value and / or if the fourth voltage value is smaller than the second voltage value.
Außerdem kann es bevorzugt sein, den Abgassensor bereits bei der Herstellung mit Betriebsdaten für sowohl den normalen Messbetrieb als auch für den Notbetrieb zu versehen. In addition, it can be preferred to provide the exhaust gas sensor with operating data for both normal measuring operation and emergency operation during manufacture.
Weitere Merkmale und Aufgaben der Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen: 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, und FIG. 2 shows a schematic sectional view through an exhaust gas sensor according to an exemplary second embodiment, and FIG
Fig. 3 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln eines Fehlers des Abgassensors der Fig. 1 oder Fig. 2 zeigt. FIG. 3 shows an exemplary flow chart of a method according to the invention for determining a fault in the exhaust gas sensor of FIG. 1 or FIG. 2.
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. Der zweite Verbindungspfad 215 und der erste 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 connecting path 215. The second connection path 215 and the first
Verbindungspfad 1 15 stehen derart mit dem Abgas in Verbindung, dass an einer nahezu identischen Stelle im Abgasstrang der Brennkraftmaschine das Abgas entnommen werden kann. Folglich weist das durch die beiden Messpfade 1 10, 120 diffundierende bzw. strömende Abgas nahezu identische Eigenschaften bzw. ein nahezu identische Zusammensetzung auf. 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 Connection paths 115 are connected to the exhaust gas in such a way that the exhaust gas can be taken from an almost identical point in the exhaust system of the internal combustion engine. Consequently, the exhaust gas diffusing or flowing through the two measurement paths 110, 120 has almost identical properties or an almost identical composition. 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. Diffusion rate regulation layer be filled or padded.
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 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. Im Hauptkörper 1 12 ist außerdem eine Referenzkavität 50 gebildet, die direkt mit dem Äußeren des Hauptkörpers 12 in Verbindung steht. Innerhalb der Enter measurement cavity 240. A reference cavity 50 is also formed in the main body 112, which is directly connected to the exterior of the main 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
Hauptkörper 1 12 des Abgassensors 100 angeordneten verschiedenen Elektroden zu bilden. Main body 1 12 of the exhaust gas sensor 100 arranged to form various electrodes.
An einer Außenseite des Hauptkörpers 1 12 ist eine mit dem Abgas in Kontakt stehende Abgaselektrode (auch„P+“-Elektrode genannte) 22 angeordnet. 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 werden und durch den Hauptkörper 1 12 als Sauerstoffionen zur Referenzelektrode 52 diffundieren und dort wieder in Sauerstoffmoleküle zur Ausbildung einer Sauerstoffreferenz umgewandelt werden. In particular, the oxygen in the exhaust gas can be ionized during a measurement operation of the exhaust gas sensor 100 by applying a reference current to the exhaust gas electrode 22 and diffuse through the main body 112 as oxygen ions to the reference electrode 52 and converted there again into oxygen molecules 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 ionisiert werden und durch den 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. 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 is ionized within the first pump cavity 120 and migrates or diffuses through the main body 112 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. 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, 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 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 first measuring cavity 140, which is designed to measure the oxygen and / or oxygen present within first measuring cavity 140 when a first measuring current IP21 is applied during measuring operation of nitrogen oxide sensor 100 To ionize nitrogen oxides, so that the oxygen ions can migrate 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
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 Measuring electrode voltage or first measuring Nernst voltage V21, which is kept at a constant value by applying the first measuring current IP21 to the first measuring 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 IR0 wird derart gesteuert, das bevorzugt lediglich der Sauerstoff ionisiert wird, jedoch nicht die Stickoxide. Dazu ist es vorgesehen, den ersten Pumpstrom IR0 derart zu steuern, dass die erste Elektrodenspannung bzw. erste Nernstspannung V0 auf einem ersten Spannungswert konstant gehalten wird, beispielsweise 220 mV. The first pump current IR0 applied to the first pump electrode 124 is controlled in such a way that preferably only the oxygen is ionized, but not the nitrogen oxides. For this purpose, provision is made for the first pump current IR0 to be controlled in such a way that the first electrode voltage or first Nernst voltage V0 is kept constant at a first voltage value, for example 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 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, wobei der an der ersten Messelektrode 144 angelegte erste Messstrom IP21 ein Maß für den Stickoxidgehalt im Abgas ist. To ionize nitrogen oxides, wherein the first measurement current IP21 applied to the first measurement electrode 144 is 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 werden und durch den 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 Nernstspannung V3 direkt aus dem in unmittelbarer Umgebung der zweiten Pumpelektrode 224 noch vorliegenden Rest-Sauerstoff. 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 within the second pump cavity 220 and through the main body 112 as Oxygen ions migrate or get or diffuse. 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 Nernst voltage V3 is formed directly from the residual oxygen still present in the immediate vicinity of the second pump electrode 224.
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, 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 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 nitrogen oxides, so that the oxygen ions can migrate through the main body 112. Because of the oxygen ions discharged or pumped out of the second measuring cavity 240, a second one forms between the second measuring electrode 244 and the reference electrode 52
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 Measurement electrode voltage or first measurement Nernst voltage V22, which is kept at a constant value by applying the second measurement current IP22 to the second measurement electrode 244. 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 wird. Dazu ist es vorgesehen, den zweiten Pumpstrom IP3 derart zu steuern, dass die zweite Elektrodenspannung bzw. zweite Nernstspannung V3 auf einem zweiten Spannungswert konstant gehalten wird, beispielsweise 230 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 such that only the ammonia and oxygen present in the exhaust gas are preferably ionized. For this purpose it is provided to control the second pump current IP3 in such a way that the second electrode voltage or the second Nernst voltage V3 is kept constant at a second voltage value, for example 230 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, wobei der an der zweiten Messelektrode 244 angelegte zweite Messstrom IP22 ein Maß für den Measurement cavity 240 is almost exclusively nitrogen oxides. The second measuring electrode 244 is designed to ionize the nitrogen oxides, the second measuring current IP22 applied to the second measuring electrode 244 being a measure for the
Stickoxidgehalt im Abgas ist. Is nitrogen oxide content in the exhaust gas.
Die unterschiedlichen Diffusionsfähigkeiten von Ammoniak (NH3) und Stickoxid (NO) resultieren aus den auf den molaren Massen basierenden 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. 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 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 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 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 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. Gas mixture can be pumped out.
Innerhalb des Hauptkörpers 1 12 ist ferner eine Heizvorrichtung 60 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, den Hauptkörper 1 12 auf eine vorbestimmte 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. Die Fig. 3 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln eines Fehlers des Abgassensors 100 der Fig. 1 . Dabei sei angemerkt, dass das in der Fig. 3 gezeigte Verfahren ebenso mit dem Abgassensor gemäß Fig. 2 durchgeführt werden kann, wobei die erste und zweite Pumpelektrode 124, 224 jeweils selektiv betrieben werden und dadurch die ersten und zweiten Pumpströme IPO, IP3 zeitlich versetzt und nicht gleichzeitig ermittelt werden. Das beispielhafte Verfahren kann zudem parallel (d. h. zeitgleich) zum normalen Messbetrieb des Abgassensors 100 erfolgen. Folglich muss der normale 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. FIG. 3 shows an exemplary flow chart of a method according to the invention for determining a fault in exhaust gas sensor 100 in FIG. 1. It should be noted that the method shown in FIG. 3 can also be carried out with the exhaust gas sensor according to FIG. 2, the first and second pump electrodes 124, 224 each being operated selectively and thereby the first and second pump currents IPO, IP3 offset in time and not be determined at the same time. The exemplary method can also take place in parallel (that is to say at the same time) to the normal measuring operation of the exhaust gas sensor 100. Consequently, the normal
Messbetrieb für das erfindungsgemäße Eigendiagnoseverfahren nicht Measurement operation for the self-diagnosis method according to the invention is not
unterbrochen werden. to be interrupted.
Das Verfahren der Fig. 3 startet beim Schritt 300 und gelangt dann zum Schritt 310, an dem (während des Normalbetriebs des Abgassensors 100) der an der ersten Pumpelektrode 124 angelegte erste Pumpstrom IPO derart gesteuert wird, dass die sich zwischen der ersten Pumpelektrode 124 und der Referenzelektrode 52 ausbildende erste Elektrodenspannung V0 auf dem vorbestimmten ersten The method in FIG. 3 starts in step 300 and then arrives at step 310, at which (during normal operation of the exhaust gas sensor 100) the first pump current IPO applied to the first pump electrode 124 is controlled in such a way that the between the first pump electrode 124 and of the reference electrode 52 forming the first electrode voltage V0 on the predetermined first
Spannungswert konstant gehalten wird. Gleichzeitig erfolgt an einem weiteren Schritt 320 ein Steuern des an der zweiten Pumpelektrode 224 angelegten zweiten Pumpstroms IP3 derart, dass die sich zwischen der zweiten Pumpelektrode 224 und der Referenzelektrode 52 ausbildende zweite Elektrodenspannung V3 auf dem vorbestimmten zweiten Spannungswert konstant gehalten wird. Voltage value is kept constant. At the same time, in a further step 320, the second pump current IP3 applied to the second pump electrode 224 is controlled such that the second electrode voltage V3 developing between the second pump electrode 224 and the reference electrode 52 is kept constant at the predetermined second voltage value.
In einem darauffolgenden Schritt 330 erfolgt ein Ermitteln eines In a subsequent step 330, an is determined
Pumpstromverhältnisses zwischen dem ersten Pumpstrom IPO und dem zweiten Pumpstrom IP3. Das ermittelte Pumpstromverhältnis wird in einem weiteren Schritt 340 mit einem vorbestimmten Pumpstromverhältniswert verglichen. Pump current ratio between the first pump current IPO and the second pump current IP3. The determined pumping current ratio is compared in a further step 340 with a predetermined pumping current ratio value.
Wenn beim Schritt 340 festgestellt wird, dass das ermittelte Pumpstromverhältnis von dem vorbestimmten Pumpstromverhältniswert nicht um mehr als einen vorbestimmten Verhältnisschwellenwert abweicht, gelangt das Verfahren zurück zum Schritt 310 und es kann festgestellt werden, dass der Abgassensor fehlerfrei arbeitet. Wird jedoch hingegen beim Schritt 340 festgestellt, dass das ermittelte If it is determined in step 340 that the determined pumping current ratio does not differ from the predetermined pumping current ratio value by more than a predetermined ratio threshold value, the method returns to step 310 and it can be determined that the exhaust gas sensor is operating correctly. If, on the other hand, it is determined in step 340 that this has been determined
Pumpstromverhältnis von dem vorbestimmten Pumpstromverhältniswert um mehr als den vorbestimmten Verhältnisschwellenwert abweicht, gelangt das Verfahren zum Schritt 350 und es wird ein Fehler des Abgassensors 100 ermittelt, bevor das Verfahren beim Schritt 360 endet. Pumping current ratio deviates from the predetermined pumping current ratio value by more than the predetermined ratio threshold value, the method proceeds to step 350 and a fault in the exhaust gas sensor 100 is determined before the method ends in step 360.
Dabei wird ein Fehler des Abgassensors beispielsweise dann erkannt, wenn das ermittelte Pumpstromverhältnis von dem vorbestimmten Pumpstromverhältnis um mehr als 30%, vorzugsweise mehr als 20%, noch bevorzugter mehr als 10%, abweicht. Der im Schritt 350 ermittelte Fehler des Abgassensors 100 kann beispielsweise eine unterschiedliche Alterung der Pumpelektroden 124, 224 anzeigen, was dazu führt, dass die jeweils damit ermittelten Sauerstoffanteile im Abgas nicht mehr ausreichend genau bestimmt werden können. Bevorzugt kann es außerdem sein, dass beim Schritt 350, wenn also ein Fehler des Abgassensors 100 festgestellt wurde, der Betrieb des Abgassensors 100 in einen Notbetrieb schaltet, bei dem der Abgassensor 100 z. B. als reiner Stickoxidsensor betrieben wird, der auf Ammoniak querempfindlich ist. In einem solchen Notbetrieb ist das Stickoxidsignal zwar mit der Ammoniak-Querempfindlichkeit fehlerbehaftet, jedoch kann dieser Notbetrieb dazu dienen, die Zeitspanne bis zum Austausch des Abgassensors 100 zu überbrücken. Folglich kann somit der Abgassensor 100 zumindest für diese Zeitspanne im Notbetriebsmodus betrieben werden, ohne dass es zu einem Liegenbleiben des Fahrzeugs kommt. In this case, a fault in the exhaust gas sensor is recognized, for example, when the determined pumping current ratio deviates from the predetermined pumping current ratio by more than 30%, preferably more than 20%, even more preferably more than 10%. The error of the exhaust gas sensor 100 ascertained in step 350 can, for example, indicate a different aging of the pump electrodes 124, 224, which means that the respective oxygen proportions in the exhaust gas thus ascertained can no longer be determined with sufficient accuracy. It can also be preferred that in step 350, that is to say when an error in the exhaust gas sensor 100 has been determined, the operation of the exhaust gas sensor 100 switches to an emergency mode in which the exhaust gas sensor 100 z. B. is operated as a pure nitrogen oxide sensor that is cross-sensitive to ammonia. In such an emergency operation, the nitrogen oxide signal with the ammonia cross-sensitivity is indeed faulty, but this emergency operation can serve to bridge the time span until the exhaust gas sensor 100 is replaced. Consequently, the exhaust gas sensor 100 can thus be operated in the emergency operating mode at least for this period of time without the vehicle coming to a standstill.

Claims

Patentansprüche Claims
1 . Verfahren zum Ermitteln eines Fehlers 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 1 . Method for determining a fault in an exhaust gas sensor (100) which has a main body (1 12) and is arranged in an exhaust system 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
Pumpelektrode (124) angeordnet ist, eine im Hauptkörper (1 12) angeordnete und mit dem Abgas verbundene zweite Pumpkavität (220), in der eine zweite 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
Pumpelektrode (224) angeordnet ist, und eine im Hauptkörper (1 12) angeordnete und mit der Umgebungsluft verbundene Referenzkavität (50) aufweist, in der eine Referenzelektrode (52) angeordnet ist, wobei das Verfahren aufweist: Pump electrode (224) is arranged, and has a reference cavity (50) arranged in the main body (112) and connected to the ambient air, in which a reference electrode (52) is arranged, the method 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 ersten Spannungswert konstant gehalten wird, Controlling a first pump current (IR0) 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 first voltage value,
Steuern eines an der zweiten Pumpelektrode (224) angelegten zweiten Pumpstroms (IP3) derart, dass eine sich zwischen der zweiten Controlling a second pump current (IP3) applied to the second pump electrode (224) in such a way that one is 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 einem vorbestimmten zweiten Spannungswert konstant gehalten wird, und Electrode voltage (V3) is kept constant at a predetermined second voltage value, and
Ermitteln eines Fehlers des Abgassensors (100) basierend auf einem Vergleich des ersten Pumpstroms (IR0) mit dem zweiten Pumpstrom (IP3). Determining a fault in the exhaust gas sensor (100) based on a comparison of the first pump current (IR0) with the second pump current (IP3).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , ferner mit: 2. The method of claim 1, further comprising:
Ermitteln eines Pumpstromverhältnisses zwischen dem ersten Pumpstrom (IR0) und dem zweiten Pumpstrom (IP3), Determining a pump current ratio between the first pump current (IR0) and the second pump current (IP3),
wobei ein Fehler des Abgassensors (100) ermittelt wird, wenn das ermittelte Pumpstromverhältnis von einem vorbestimmten Pumpstromverhältniswert um mehr als einen Verhältnisschwellenwert abweicht. wherein an error of the exhaust gas sensor (100) is determined if the determined pumping current ratio deviates from a predetermined pumping current ratio value by more than a ratio threshold value.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , ferner mit: 3. The method of claim 1, further comprising:
Ermitteln einer Pumpstromdifferenz zwischen dem ersten Determining a pumping current difference between the first
Pumpstrom (IR0) und dem zweiten Pumpstrom (IP3), wobei ein Fehler des Abgassensors (100) ermittelt wird, wenn die ermittelte Pumpstromdifferenz von einem vorbestimmten Pumpstromdifferenzwert um mehr als einen Differenzschwellenwert abweicht. Pump current (IR0) and the second pump current (IP3), wherein an error of the exhaust gas sensor (100) is determined if the determined pump current difference deviates from a predetermined pump current difference value by more than a difference threshold value.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, 4. The method according to claim 2 or 3,
wobei der vorbestimmte Verhältnisschwellenwert oder der vorbestimmte Differenzschwellenwert ungefähr 50 %, vorzugsweise ungefähr 50 %, noch bevorzugter ungefähr 15 %, beträgt. wherein the predetermined ratio threshold or the predetermined difference threshold is about 50%, preferably about 50%, more preferably about 15%.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fehler des Abgassensors eine ungleiche Alterung der ersten Pumpelektrode (1 14) und der zweiten Pumpelektrode (124) und/oder einen mechanischen Defekt des Flauptkörpers (1 12) anzeigt. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the fault of the exhaust gas sensor indicates uneven aging of the first pump electrode (1 14) and the second pump electrode (124) and / or a mechanical defect in the flake body (1 12).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit: 6. The method according to any one of the preceding claims, further comprising:
Ausgeben einer Warnung an den Betreiber der Issuing a warning to the operator of the
Brennkraftmaschine, wenn ein Fehler des Abgassensors (100) ermittelt worden ist. Internal combustion engine when a fault in the exhaust gas sensor (100) has been determined.
7. Verfahren zum Betreiben eines in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgassensors (100), mit: 7. A method for operating an exhaust gas sensor (100) arranged in an exhaust system of an internal combustion engine, comprising:
Ermitteln eines Fehlers des Abgassensors (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und Determining a fault in the exhaust gas sensor (100) according to one of the preceding claims, and
wenn ein Fehler des Abgassensors (100) ermittelt worden ist, Steuern des ersten Pumpstroms (IR0) und/oder zweiten Pumpstroms (IP3) derart, dass die erste Elektrodenspannung (V0) und/oder zweite Elektrodenspannung (V3) auf einem vorbestimmten dritten Spannungswert und/oder vorbestimmten vierten Spannungswert konstant gehalten wird, if a fault in the exhaust gas sensor (100) has been determined, controlling the first pump current (IR0) and / or second pump current (IP3) such that the first electrode voltage (V0) and / or second electrode voltage (V3) at a predetermined third voltage value and / or the predetermined fourth voltage value is kept constant,
wobei der dritte Spannungswert und/oder vierte Spannungswert vom ersten Spannungswert und zweiten Spannungswert jeweils abweichen. wherein the third voltage value and / or fourth voltage value differ from the first voltage value and the second voltage value.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei 8. The method of claim 7, wherein
der dritte Spannungswert kleiner ist als der erste Spannungswert, und/oder der vierte Spannungswert kleiner ist als der zweite Spannungswert. the third voltage value is smaller than the first voltage value and / or the fourth voltage value is smaller than the second voltage value.
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