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WO2008080698A1 - Sensorelement mit unterdrückter fettgasreaktion - Google Patents

Sensorelement mit unterdrückter fettgasreaktion Download PDF

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Publication number
WO2008080698A1
WO2008080698A1 PCT/EP2007/062460 EP2007062460W WO2008080698A1 WO 2008080698 A1 WO2008080698 A1 WO 2008080698A1 EP 2007062460 W EP2007062460 W EP 2007062460W WO 2008080698 A1 WO2008080698 A1 WO 2008080698A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
sensor element
diffusion
gas
gas space
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/062460
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Henrico Runge
Holger Reinshagen
Lothar Diehl
Thomas Seiler
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to US12/521,686 priority Critical patent/US20100126883A1/en
Priority to EP07822677A priority patent/EP2106543A1/de
Priority to JP2009543413A priority patent/JP5328669B2/ja
Publication of WO2008080698A1 publication Critical patent/WO2008080698A1/de

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/417Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
    • G01N27/419Measuring voltages or currents with a combination of oxygen pumping cells and oxygen concentration cells

Definitions

  • the invention is based on known sensor elements which are based on electrolytic properties of certain solids, ie the ability of these solids to conduct certain ions.
  • Such sensor elements are used in particular in motor vehicles to measure air-fuel-gas mixture compositions.
  • Such sensor elements are also known as "lambda probe" and play an essential role in the reduction of pollutants in exhaust gases, both in gasoline engines and in diesel technology.
  • the ratio between an actually offered air mass and a theoretically required (ie stoichiometric) air mass is generally referred to in combustion technology, whereby the air ratio is usually determined by means of one or more sensor elements
  • “rich” gas mixtures ie gas mixtures with a fuel surplus
  • “lean” gas mixtures ie gas mixtures with a fuel deficiency
  • ⁇ > 1 In addition to automotive technology, such and similar sensor elements are also used in other areas of technology (in particular combustion technology), for example in aviation technology or in the control of burners, for example in heating systems or power plants.
  • Such sensor elements are now known in numerous different embodiments.
  • One embodiment is the so-called "jump probe” whose measuring principle is based on the measurement of an electrochemical potential difference between a Reference gas exposed reference electrode and a measuring gas exposed to the measured measuring electrode is based.
  • Reference electrode and measuring electrode are connected to one another via the solid electrolyte, wherein doped zirconium dioxide (eg yttrium-stabilized ZrC ⁇ ) or similar ceramics are generally used as the solid electrolyte due to its oxygen-ion-conducting properties.
  • doped zirconium dioxide eg yttrium-stabilized ZrC ⁇
  • Various exemplary embodiments of such jump probes which are also referred to as "Nernst cells” are described, for example, in DE 10 2004 035 826 A1,
  • pump cells in which an electrical “pumping voltage” is applied to two electrodes connected via the solid electrolyte, the “pumping current” being measured by the pump cell
  • both electrodes are connected to the gas mixture to be measured, whereby one of the two electrodes is exposed directly to the gas mixture to be measured (usually via a permeable protective layer) can not get directly to this electrode, but must first penetrate a so-called “diffusion barrier” to get into a cavity adjacent to this second electrode.
  • the diffusion barrier used is usually a porous ceramic structure with specifically adjustable pore radii.
  • the sensor elements are usually operated in the so-called limiting current operation, that is, in an operation in which the pumping voltage is selected such that the oxygen entering through the diffusion barrier is completely pumped to the counterelectrode.
  • the pumping current is approximately proportional to the partial pressure of the oxygen in the exhaust gas mixture, so that such sensors Sorieri often be referred to as Proportionalsensoren.
  • proportional sensors can be used as so-called broadband sensors over a comparatively wide range for the air ratio lambda. Such broadband probes are described, for example, in DE 38 09 154 C1 and in DE 199 38 416 A1.
  • the sensor principles described above are also combined, so that the sensor elements contain one or more sensors ("cells") operating according to the jump sensor principle and one or more proportional sensors.
  • a positive pumping current with a clear relationship to the oxygen content of the gas mixture is usually measured at a fixed pumping voltage in a lean gas mixture.
  • a positive pumping current is usually also measured, even if the applied pumping voltage (usually about 600-700 mV) is well below the decomposition voltage of water (about 1, 23 V).
  • This positive pumping current is essentially due to the molecular hydrogen contained in the gas mixture, which influences the electrochemical potential of the anode, ie the first electrode, since water can now be formed on the first electrode from the oxygen ions leaving the solid electrolyte instead of molecular oxygen. Similar effects also play a role for other oxygen-supplying redox systems present in the gas mixture, for example C (VCO)
  • the current is thus in the range of rich mixtures (fat pump current) due to the hydrogen content in the region of the first electrode (eg anode ) and the water vapor content (ie in particular the Access of the water vapor through the above-described diffusion barrier) in the region of the second electrode (eg, cathode) limited.
  • the problem now consists, in particular, in that the fat pumping current and the lean pumping current have the same direction electrically, so that a conclusion on the composition of the gas mixture is scarcely possible from the pumping current.
  • a falsification of the pumping current by the hydrogen is also to be observed in the area of slightly lean exhaust gases, which is already present in this area and provides a positive contribution to the pumping current.
  • the invention is based on the above-described findings that the Fettpumpstrom and the pumping current in the region of slightly lean exhaust gases is essentially determined by the supply of hydrogen and / or other reducing gases in the region of the anode of a pump cell. Accordingly, a basic idea of the present invention is to shield the anode from hydrogen and / or other reducing gases without compromising lean operation.
  • a sensor element for determining at least one physical property of a gas mixture in at least one gas space which has at least one first electrode and at least one second electrode and at least one the at least one first electrode and the at least one second electrode connecting solid electrolyte.
  • this sensor element can be operated such that the at least one first electrode is operated as anode and the at least one second electrode as cathode.
  • a pumping voltage is applied, which is preferably between 100 mV and 1.0 V, more preferably between 300 mV and 800 mV and optimally in the range between 600 mV and 700 mV. In this case, a pumping current can then be measured by the sensor element.
  • the at least one first electrode is connected via at least one diffusion resistance element to the at least one surrounding gas space (for example, one of the sensor cells). surrounding gas space), in which the gas mixture composition is to be determined, and / or a reference space associated with known gas mixture composition.
  • the at least one second electrode is connected to the at least one gas space via at least one flow resistance element.
  • the at least one flow resistance element and the at least one diffusion resistance element are configured such that the limiting current of the at least one first electrode is smaller than the limiting current of the at least one second electrode.
  • limit currents are preferably set in which a ratio ⁇ 1/100, in particular ⁇ 1/1000, is present.
  • the limiting current of the at least one first electrode is preferably 1 to 20 microamps, particularly preferably 10 microamps, and the
  • Limit current of at least one second electrode at 500 microamps to 3 milliamps, more preferably at 1.5 milliamperes.
  • the limiting current of an electrode is defined as the saturation pumping current, d. H. the maximum pumping current, which can be achieved by increasing the pumping voltage between the at least two electrodes.
  • This limiting current can be defined, for example, for oxygen and oxygen ion transport through the solid electrolyte as the current which is achieved when all of the oxygen molecules which reach the cathode-operated electrode are completely transported through the solid electrolyte to the anode.
  • the sensor element is operated with this limiting current, i. H.
  • the pump current is approximately proportional to the gas molecule concentration, and the reverse current of the opposite electrode, which was previously operated as an anode, becomes experimentally polarized by reverse polarity determined, so that now the former anode is operated as a cathode.
  • the setting of the condition for the limiting current ratio can be fulfilled in particular in that the at least one diffusion resistance element has a greater diffusion resistance than the at least one flow resistance element.
  • the diffusion resistance is the resistance which an element opposes to a concentration difference ⁇ c between both sides of the element of length 1 and thus hinders a diffusion (current j): D-
  • the diffusion coefficient D is composed (inverse additive) of the diffusion coefficients for the gas phase diffusion and for the Knudsend diffusion, which both have different temperature dependencies.
  • the temperature dependence of the flow thus depends on the proportions of the individual types of diffusion.
  • the flux changes by about 4% when the temperature changes by 100 ° C.
  • the same diffusion medium eg a porous material
  • the same diffusion medium can be used for this embodiment of the diffusion resistors for the at least one diffusion resistance element and the at least one flow resistance element, but in different layer thicknesses, such that a higher layer thickness occurs, for example, in front of the at least one first electrode is used as before the at least one second electrode.
  • an adjustment of the surface of the resistance elements can take place.
  • the limiting current increases at least approximately proportionally with the cross-sectional area available for the diffusion, and inversely proportionally with the length or layer thickness of the resistance elements.
  • the at least one flow resistance element preferably has a greater flow resistance than the at least one diffusion resistance limiter element.
  • the flow resistance is defined as that resistance which an element opposes to a pressure difference between both sides of the element and thus prevents a flow between both sides of the element.
  • the flow resistance can be adjusted, for example, by increasing or decreasing a pore size of a porous medium, and / or by varying a channel cross-section, a channel geometry or a channel length.
  • this shielding is effected by the at least one diffusion resistance element having a diffusion channel which connects the at least one first electrode to the at least one gas space and / or the at least one reference space.
  • This diffusion channel should preferably have a large length, ie a length which is large compared to the mean free path of the gas molecules at the corresponding operating temperature of the sensor element (for example 700- 800 0 C). In this way, the difference between gas phase diffusion and flow resistance can be maximally utilized in order to bring about a shielding of the at least one first electrode. If gas molecules in the diffusion channel (although of course also several diffusion channels can be used) have no other collision partners except the walls of the diffusion channel, transport would only occur via Knudent diffusion with the same behavior for flow and diffusion.
  • the at least one diffusion channel is provided with a height in the range between 2 L to 25 L and a width in a range of 2 L to 25 L and a length in the range of between 0.5 mm and 20 mm.
  • L is the mean free path of the molecules of the gas mixture at an operating pressure of the sensor element, which is usually in the range of normal pressure.
  • the inventive design of a sensor element according to one of the above embodiments is distinguished from the prior art by extremely low fat pumping currents. An interpretation of the pumping current, even in the lean range, can be made down to very small values for ⁇ .
  • the design of the at least one diffusion resistance element with low flow resistance prevents the risk of overpressure in the region of the at least one first electrode (usually anode) due to lack of gas removal, since gas molecules which form on the at least one first electrode can flow off directly ,
  • a further advantage of the embodiment of the sensor element according to the invention is that a reference channel is not necessarily required, which would have to be laboriously shielded from the gas space. In this way, for example, requirements for a probe housing, which surrounds the at least one sensor element, decrease.
  • the sensor element according to the invention can be further developed by various advantageous embodiments.
  • this at least one diffusion channel at at least one point of discharge to the gas space and / or to the reference space have a widening.
  • This expansion can be done for example by a reduction and / or a bore extension.
  • At least one cavity communicating with the at least one first electrode.
  • This cavity is advantageously connected via the at least one diffusion channel with the at least one gas space and / or the at least one reference space.
  • this at least one cavity may comprise a widening of the at least one diffusion channel.
  • the at least one cavity can also include a reaction space directly adjacent to the at least one first electrode, which encloses, for example, the entire at least one first electrode on one side.
  • This at least one cavity serves the purpose that, for example, Hydrogen or other reducing gases can react (for example, by water) before they reach the at least one first electrode and there influence the electrode potential.
  • a catalyst could additionally be provided in order to accelerate this reaction of reducing gases.
  • the at least one flow resistance element advantageously has at least one porous element.
  • this corresponds to at least one diffusion resistance element of the commonly used in broadband probes in front of the cathode "diffusion barrier", as described for example in Robert Bosch GmbH: “Sensors in the motor vehicle", 2001, page 116 et seq.
  • this porous element of the at least one flow resistance element is designed as a porous, extremely dense layer, as is known from the prior art.
  • a static pressure dependence k is used, which is at least 1 bar for the use of gasoline-powered internal combustion engines, but preferably is higher (for example, 3-4 bar).
  • the static pressure dependence k designates the pressure at which both diffusion types (diffusion diffusion and gas phase diffusion) are present to the same extent. With higher k values, diffusion dominates.
  • the at least one diffusion resistance element in front of the at least one first electrode may also have a porous element, for example to prevent soiling of the at least one first electrode.
  • the above-described at least one diffusion channel is already a "porous" element with a single large pore, but the at least one porous element in the region of the at least one first electrode is preferably designed with a large pore, ie with a small k value To form the lowest possible flow resistance.
  • This embodiment of the sensor element makes it possible, in particular, to achieve extremely low sensitivity of the lean pump flow for fast overall pressure changes (dynamic pressure dependence, DDA). Only the extremely small fat pump Ström shows a high dynamic pressure dependence. About the static pressure dependence of the lean pumping current, which is greater than that of the Fettpumpstroms, preferably even signal components of these two streams can be separated.
  • a further advantageous embodiment of the sensor element is that the diffusion of reducing gases, such as hydrogen, to the at least one first electrode is suppressed by appropriate local adjustment of the temperature.
  • the at least one first electrode can be operated at a lower operating temperature than the at least one second electrode.
  • at least one tempering element for example a heating resistor, a pelletizing element or a similar tempering element
  • temperature controls the at least two electrodes or the associated resistance elements differently.
  • this can be done by choosing a planar structure in which the at least two electrodes lie in one plane and are tempered at different temperatures.
  • this different tempering can be brought about by using a heating element, wherein the mean distance between the at least one heating element and the at least one first electrode is greater, preferably at least 10%, particularly preferably at least 20%, than the mean distance of the at least one heating element to the at least one second electrode.
  • the average distance can be understood, for example, as the distance of the surface centers or an edge distance.
  • the sensor element according to one of the embodiments described above can be produced in particular in a layer structure.
  • APE outer pumping electrode
  • the at least one second electrode than the at least one gas chamber remote electrode (inner pumping electrode) configured is.
  • a corresponding channel, a bore or a gas access hole or a similar opening must be provided, as is the case for example with broadband probes according to the prior art (see the above-mentioned Quote) the case is.
  • Another possible embodiment consists in that the at least one first electrode and the at least one second electrode are in turn arranged on opposite sides of the at least one solid electrolyte, wherein, however, the at least one first electrode has an electrode facing away from the gas space (IPE) and wherein the at least a second electrode assigns an electrode (APE) facing the at least one gas space.
  • IPE gas space
  • APE electrode
  • Another possibility is to arrange the at least one first electrode and the at least one second electrode on the same sides of the at least one solid electrolyte, wherein the at least one first electrode and the at least one second electrode each have at least one electrode facing the gas space.
  • Figure IA is a prior art sensor element
  • FIG. 1B shows a pumping current of the sensor element according to FIG. 1A, plotted against the schematically linearized air ratio ⁇ ;
  • FIG. 2A shows a sensor element according to the invention in a first embodiment
  • FIG. 2B shows a pumping current as a function of the schematically linearized air ratio ⁇ of FIG.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the sensor element with a cavity
  • FIG. 4 shows an embodiment of the sensor element with a cavity and a connection to a reference channel
  • FIG. 5 A shows a sensor element with asymmetrical electrode heating in plan view
  • FIG. 5B shows the sensor element according to FIG. 5A in cross section.
  • FIG. 1A shows a construction of a sensor element 110 corresponding to the prior art.
  • this sensor element 110 is designed as a pumping cell, ie as a broadband sensor.
  • the sensor element 110 comprises a solid electrolyte 112, which is usually a zirconium oxide. Depending on the type of gases to be detected, however, it is also possible to use other ion-conducting solid electrolytes or mixtures of such solid electrolytes.
  • the solid electrolyte 112 is part of a sensor body 114. On opposite sides of the solid electrolyte 112, first electrodes 116 and second electrodes 118 are arranged.
  • the first electrode 116 is designed as an outer pumping electrode (APE), and the second electrode 118 as an inner pumping electrode (IPE).
  • the first electrode 116 is separated by a porous protective layer 120 from the surrounding gas space 122, wherein the porous protective layer 120 is configured such that gases from the first electrode 116 through the porous Protective layer 120 can flow without significant flow resistance.
  • the porous protective layer 120 essentially serves to protect the first electrode 116 against soiling.
  • the second electrode 118 in the exemplary embodiment according to FIG. 1A is arranged in an internal measuring space 124.
  • gas mixture In order to get from the gas space 122 to the second electrode 118, gas mixture must pass through a gas inlet hole 126. From the gas access hole 126, the gas mixture then passes through diffusion and flow (ideally, only diffusion) through a porous element 128 (which is often referred to in the art as a "diffusion barrier,” but actually serves as a flow barrier) into the measurement space 124.
  • a porous element 128 which is often referred to in the art as a "diffusion barrier," but actually serves as a flow barrier
  • a so-called "pumping voltage" U p is applied between the two electrodes 116 and 118, such that the second electrode 118 is operated as cathode (negative electrode) and the first electrode 116 as anode Oxygen ions (O 2- ), which, driven by the electric field between the two electrodes 116, 118, migrate to the first electrode 116, form there at the second electrode 118. There, elemental oxygen forms again, which passes through as gas the porous protective layer 120 can flow away.
  • the sensor element 110 designed as a broadband probe is usually made according to FIG. 1A
  • Figure IA operated in a pump voltage range at about 600 mV. This pumping voltage is sufficient to operate the sensor element in the limiting current operation, but the pumping voltage is simultaneously below the decomposition voltage of water, so that at the second electrode 118, no decomposition of water should occur.
  • the sensor element 110 according to FIG. 1A has a heating element 136, which may be designed, for example, as a meander-shaped heating element (for example as a platinum heating element).
  • This heating element which is typically heated at a ⁇ probe at approximately 780 0 C, increases the ionic conductivity of the Festelektro- LYTEN 112 and thus ensures higher limit currents.
  • FIG. 1B shows the pumping current I p , which is measured in the arrangement according to FIG. 1A with a current measuring device 130.
  • the range for ⁇ > 1 which is denoted symbolically by reference numeral 132 in FIG. 1B, is referred to as “lean” range, whereas the range ⁇ ⁇ 1 is referred to as “rich” range and in FIG. IB symbolically with reference number 134 is designated.
  • the sensor element 110 has a considerable current in the rich region 134 in accordance with the prior art shown in FIG. 1A. Because of this high (magnitude) slope of the pumping current in the rich region 134, an assignment to an air ratio ⁇ is only possible with difficulty from the measurement of the pumping current I p . As described above, this considerable pumping current in the rich region 134 is due, in particular, to reducing gases in the region of the first electrode 116 operated as an anode.
  • FIG. 2A shows a sensor element 110 according to the invention.
  • the sensor element 110 according to FIG. 2A has, in principle, great similarity with the sensor element 110 according to the prior art in FIG. 1A.
  • a solid electrolyte 112 is provided, which is contacted by two opposing electrodes 116, 118.
  • the second electrode 118 is designed as an inner pumping electrode and is arranged in a measuring space 124. Gas mixture can pass from the surrounding gas space 122 via a gas inlet hole 126 into the measuring space 124.
  • Flow resistance element 310 is arranged, which in turn, analogous to Figure IA, as a porous element 128 is configured and through which gas mixture can diffuse (symbolically indicated in Figure 2A by the arrow 322).
  • Typical pore sizes are about 0.1 to 3.0 micrometers.
  • the sensor element 110 according to the exemplary embodiment in FIG. 2A essentially corresponds to the prior art according to FIG. 1A.
  • the sensor element 110 in the exemplary embodiment according to FIG. 2A has considerable differences in the region of the first electrode 116, which in turn is configured as an outer pump electrode.
  • no porous protective layer 120 is provided, through which gas emerging at the first electrode 116 could escape directly into the gas space 122.
  • the first electrode 116 is shielded from the gas space 122 by a cover element 312.
  • a diffusion resistance element 314 in the form of a diffusion channel 316.
  • the mean free path of the gas molecules is typically about 0.25 microns. Accordingly, transverse dimensions (width, height) in the range of a few ⁇ m are preferably selected for the diffusion channel 316 and a length of a few mm.
  • the sensor element 110 according to the embodiment of the invention in Figure 2A is operated with a pumping voltage U p of typically about 600 mV, and the pumping current I p is measured. Again, a heating element 136 is also present. - o ⁇
  • the sensor element 110 is operated at an operating temperature of typically a few 100 0 C to about 1000 0 C.
  • a pumping current (limiting current) is represented by the sensor element 110 according to FIG. 2A as a function of the air ratio ⁇ .
  • the rich load of the pumping current I p is in its slope ahead of the second electrode 118 due to the use of the high diffusion resistance diffusion resistance element 314 in front of the first electrode 116 and the high flow resistance (but low diffusion resistance) flow resistance element 310 (see area 134). is substantially smaller than the pumping current in the lean region 132. This effect is mainly due to the shielding of the first electrode 116 from hydrogen and / or other reducing gases.
  • the adulteration eg, non-linearities
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a sensor element 110 according to the invention, which in turn can be used as a broadband sensor lambda probe.
  • the structure of the sensor element 110 essentially corresponds to the design of the sensor element 110 according to the exemplary embodiment in FIG. 2A, so that reference can be made to this figure for the function and composition of the individual elements.
  • the sensor element 110 according to the exemplary embodiment in FIG. 3 has two substantial modifications which bring about improvements in functionality compared with the structure in FIG. 2A and which can be implemented individually or in combination.
  • a rectangular cross-section cavity 324 is provided.
  • This cavity 324 preferably has a height and a width, which are each considerably larger than the mean free path of the gas molecules. Again, at an operating temperature of for example 1000 0 C and thus a mean free path of about 0.25 microns thus the height of the cavity 324 is preferably at some 10, more preferably at some 100 microns, right into the Range of approx. 1 mm.
  • the width of the cavity 324 ie its horizontal extent, is preferably in the range of a few 100 microns to a few mm.
  • the cavity 324 extends over the entire electrode surface of the first electrode 116. Via the diffusion channel 316, the cavity 324 is in communication with the gas inlet hole 126.
  • the diffusion channel 316 is preferably provided with a length of more than 0.5 mm.
  • cavity 324 serves to facilitate the removal of reducing gases (eg, hydrogen) before these gases can reach first electrode 116.
  • the cavity 324 may also be "interposed" in the diffusion channel 316 such that the gas access hole 126 communicates with the cavity 324 through a first portion of the diffusion channel 316 which in turn passes through a second portion of the diffusion channel 316 with the first electrode In this way, the reaction of the reducing gases in the cavity 324 is spatially completely separated from the first electrode 116.
  • the sensor element 110 in the exemplary embodiment according to FIG. 3 has an expansion 328 at an opening 326 of the diffusion channel 316 into the gas inlet hole 126.
  • This expansion 328 serves to avoid fouling of the diffusion channel 316 and clogging by solid or liquid contaminants in the gas mixture.
  • the widening 328 is designed in the form of a countersink. Even stepped expansions or other forms of expansion are conceivable.
  • a pump voltage is again applied between the electrodes 116, 118 analogously to FIG. 2A, the first electrode 116 preferably again being operated as the anode and the second electrode 118 as the cathode.
  • FIG. 4 shows a third exemplary embodiment of a sensor element 110 according to the invention.
  • the sensor element 110 according to the embodiment shown in Figure 4 has similarities with the embodiment of Figure 3. Accordingly, with respect to the function and designation of the individual elements - -
  • a cavity 324 is provided above the first electrode 116 (typically anode), which cavity may be designed in the same way as the cavity 324 in FIG.
  • a diffusion channel 316 is also provided, via which oxygen can flow away from the first electrode 116 (reference numeral 318), which, however, substantially prevents hydrogen diffusion (reference numeral 320) to the first electrode 116.
  • the diffusion channel 316 does not open in the gas inlet hole 126 (and thus indirectly in the gas space 122), but in a reference space 330.
  • This reference space 330 which may, for example, be an engine environment of an internal combustion engine, is separate from the gas space 122, so that gas mixture can not get into the reference space 330. In this way, it is ensured that hydrogen and / or other reducing gases can not reach the first electrode 116, since usually in the reference space (eg.
  • the sensor element 110 according to the exemplary embodiment in FIG. 4 is similar to the structure of known jump probes, in which an electrode is typically exposed to a reference gas. In contrast to such jump probes, however, the sensor element 110 is operated as a broadband sensor in the exemplary embodiment according to FIG. 4, since a (generally constant) pump voltage (the contacts are not shown in FIG. 4) is applied between the two electrodes 116, 118 and Pumping current is measured.
  • FIGS. 5A and 5B a fourth exemplary embodiment of a sensor element 110 is shown schematically in a plan view (FIG. 5A) and in a sectional view in a side view (FIG. 5B).
  • an asymmetrical heating of the two electrodes 116, 118 by a heating element 136 is used, such that the first electrode 116 is operated at a lower operating temperature than the second electrode 118.
  • This can be done in particular by asymmetric arrangement of the heating element 136, in such that a heating zone, which in Figure 5A and in Figure 5B symbolic with Reference numeral 510 extends to a greater extent on the second electrode 118 than on the first electrode 116th
  • the sensor element 110 according to the embodiment in FIGS. 5 A and 5 B is an example of an embodiment in which both electrodes 116, 118 are arranged on the same side of a solid electrolyte 112. Accordingly, the oxygen ion current near the surface passes through the solid electrolyte 112 in an approximately horizontal direction. It is thus, in contrast to the "stacked" or vertical structures according to Figures 2A, 3 and 4, in Figures 5A and 5B to a planar structure.
  • a lid member 312 is provided which, however, covers both the first electrode 116 and the second electrode 118 in this embodiment.
  • a diffusion resistance element 314 with a diffusion channel 316 is again provided analogously to, for example, the exemplary embodiment in FIG. 2A.
  • the first electrode 116 is in fluid communication with the gas space 122 so that oxygen can flow out (reference numeral 318), whereas diffusion of hydrogen to the first electrode 116 (reference numeral 320) through the diffusion channel 316 is difficult.
  • the diffusion channel 316 preferably has a length (ie, from the edge to the gas space 122 to the nearest edge of the first electrode 116) of preferably more than 0.5 mm and preferably less than 20 mm, on the one hand a high diffusion resistance and on the other hand to ensure a low flow resistance.
  • a measuring space 124 is furthermore formed above the second electrode 118, which typically again has a height of at least a few tens, preferably a few 100 ⁇ m and up to a few mm.
  • This measuring space 124 is closed to the gas space 122 by the flow resistance element 310 in the form of a porous element 128, analogous to the exemplary embodiment in FIG. 2A.
  • the planar embodiment according to FIGS. 5A and 5B permits a particularly simple electrical contacting of the electrodes 116, 118 via electrode contacts 332, 334 on the surface of the solid electrolyte 112 without the need for plated-through holes.
  • the first electrode 116 is again operated as an anode via the electrode contact 332, whereas the second electrode 118 is operated as a cathode via the electrode contact 334.
  • the electrical circuit and exposure to the constant pumping voltage U p is analogous to the exemplary embodiment in Figure 2A.
  • the sensor element 110 By means of the heating element 136, the sensor element 110 according to the embodiment in Figure 5 A and 5B is typically again operated at some 100 0 C to about 1000 0 C. In this way, as described above, the ionic conductivity of the solid electrolyte 112 is increased.
  • the heating element 136 (which may in general also be a tempering element 336, that is, for example, also a cooling element) may be arranged asymmetrically with respect to the electrodes 116, 118.
  • this asymmetry can be brought about in that the outer edge of the first electrode in plan view ( Figure 5A) by a distance D (see Figure 5B) protrudes beyond the heating element 136, which may be for example a few mm, whereas the second electrode 118 is completely horizontal is covered by the heating element 136.
  • an operating temperature can be set that is, for example, about 20% (on the Kelvin temperature scale) lower than the operating temperature in the region of the second electrode 118, the measuring space 124 and / or the flow resistance element 310.
  • this diffusion can be additionally suppressed, whereas diffusion through the porous element 128 of the Flow resistance element 310 is favored by the elevated temperature.
  • the diffusion resistance element 316 could also have one or more channels (for example bored substantially perpendicularly by a laser) in the cover element 312, which connects the gas space 122 with the Connect space above the first electrode 116.
  • An embodiment of the diffusion channel 316 in layer technology, for example as a lamellar diffusion channel with a plurality of adjacent channel planes, or a configuration by means of a plurality of adjacent, parallel diffusion tubes is also conceivable.
  • Such parallel diffusion tubes can be realized for example by manufacturing methods in which a laser drilling method is used.

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Abstract

Es wird ein Sensorelement (110) zur Bestimmung mindestens einer physikalischen Eigenschaft eines Gasgemischs vorgeschlagen. Das Sensorelement (110) weist mindestens eine erste Elektrode (116) und mindestens eine zweite Elektrode (118) und mindestens einen die mindestens zwei Elektroden (116, 118) verbindenden Festelektrolyten (112) auf. Die mindestens eine erste Elektrode (116) ist über mindestens ein Diffusionswiderstandselement (314) mit mindestens einem Gasraum (122) und/oder einem Referenzraum (330) verbunden. Die mindestens eine zweite Elektrode (118) ist über mindestens ein Strömungswiderstandselement (310) mit mindestens einem Gasraum (122) verbunden. Das mindestens eine Strömungswiderstandselement (310) und das mindestens eine Diffusionswiderstandselement (314) sind derart ausgestaltet, dass der Grenzstrom der mindestens einen ersten Elektrode (116) kleiner ist als der Grenzstrom der mindestens einen zweiten Elektrode (118).

Description

Beschreibung
Titel
Sensorelement mit unterdrückter Fettgasreaktion
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von bekannten Sensorelementen, welche auf elektrolytischen Eigenschaften bestimmter Festkörper beruhen, also der Fähigkeit dieser Festkörper, bestimmte Ionen zu leiten. Derartige Sensorelemente werden insbesondere in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um Luft-Kraftstoff-Gasgemischzusammensetzungen zu messen. Derartige Sensorelemente sind auch unter der Bezeichnung „Lambdasonde" bekannt und spielen eine wesentliche Rolle bei der Reduzierung von Schadstoffen in Abgasen, sowohl in Ottomotoren als auch in der Dieseltechnologie.
Mit der so genannten Luftzahl „Lambda" (λ) wird dabei allgemein in der Verbrennungs- technik das Verhältnis zwischen einer tatsächlich angebotenen Luftmasse und einer für die Verbrennung theoretisch benötigten (d. h. stöchiometrischen) Luftmasse bezeichnet. Die Luftzahl wird dabei mittels eines oder mehrerer Sensorelemente zumeist an einer oder mehreren Stellen im Abgastrakt eines Verbrennungsmotors gemessen. Entsprechend weisen „fette" Gasgemische (d. h. Gasgemische mit einem Kraftstoffüberschuss) eine Luftzahl λ < 1 auf, wohingegen „magere" Gasgemische (d. h. Gasgemische mit ei- nem Kraftstoffunterschuss) eine Luftzahl λ > 1 aufweisen. Neben der Kraftfahrzeugtechnik werden derartige und ähnliche Sensorelemente auch in anderen Bereichen der Technik (insbesondere der Verbrennungstechnik) eingesetzt, beispielsweise in der Luftfahrt- technik oder bei der Regelung von Brennern, z. B. in Heizanlagen oder Kraftwerken.
Derartige Sensorelemente sind mittlerweile in zahlreichen verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Eine Ausführungsform ist die so genannte „Sprungsonde", deren Messprinzip auf der Messung einer elektrochemischen Potentialdifferenz zwischen einer einem Referenzgas ausgesetzten Referenzelektrode und einer dem zu messenden Gasgemisch ausgesetzten Messelektrode beruht. Referenzelektrode und Messelektrode sind über den Festelektrolyten miteinander verbunden, wobei aufgrund seiner Sauerstoffϊonen-leitenden Eigenschaften in der Regel dotiertes Zirkondioxid (z.B. Yttrium- stabilisiertes ZrC^) oder ähnliche Keramiken als Festelektrolyt eingesetzt werden. Theoretisch weist die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden gerade beim Übergang zwischen fettem Gasgemisch und magerem Gasgemisch einen charakteristischen Sprung auf, welcher genutzt werden kann, um die Gasgemischzusammensetzung um den Sprungpunkt λ = 1 aktiv zu regeln. Verschiedene Ausführungsbeispiele derartiger Sprungsonden, welche auch als „Nernst- Zellen" bezeichnet werden, sind beispielsweise in DE 10 2004 035 826 Al, DE 199 38 416 Al und DE 10 2005 027 225 Al beschrieben.
Alternativ oder zusätzlich zu Sprungsonden kommen auch so genannte „Pumpzellen" zum Einsatz, bei denen eine elektrische „Pumpspannung" an zwei über den Festelektroly- ten verbundene Elektroden angelegt wird, wobei der „Pumpstrom" durch die Pumpzelle gemessen wird. Im Unterschied zum Prinzip der Sprungsonden stehen bei Pumpzellen in der Regel beide Elektroden mit dem zu messenden Gasgemisch in Verbindung. Dabei ist eine der beiden Elektroden (zumeist über eine durchlässige Schutzschicht) unmittelbar dem zu messenden Gasgemisch ausgesetzt. Die zweite der beiden Elektroden ist jedoch derart ausgebildet, dass das Gasgemisch nicht unmittelbar zu dieser Elektrode gelangen kann, sondern zunächst eine so genannte „Diffusionsbarriere" durchdringen muss, um in einen an diese zweite Elektrode angrenzenden Hohlraum zu gelangen. Als Diffusionsbarriere wird dabei zumeist eine poröse keramische Struktur mit gezielt einstellbaren Porenradien verwendet. Tritt mageres Abgas durch diese Diffusionsbarriere hindurch in den Hohlraum ein, so werden mittels der Pumpspannung Sauerstoffmoleküle an der zweiten, negativen Elektrode elektrochemisch zu Sauerstoffionen reduziert, werden durch den Festelektrolyten zur ersten, positiven Elektrode transportiert und dort als freier Sauerstoff wieder abgegeben. Die Sensorelemente werden zumeist im so genannten Grenzstrombetrieb betrieben, das heißt in einem Betrieb, bei welchem die Pumpspannung der- art gewählt wird, dass der durch die Diffusionsbarriere eintretende Sauerstoff vollständig zur Gegenelektrode gepumpt wird. In diesem Betrieb ist der Pumpstrom näherungsweise proportional zum Partialdruck des Sauerstoffs im Abgasgemisch, so dass derartige Sen- sorelemente häufig auch als Proportionalsensoren bezeichnet werden. Im Gegensatz zu Sprungsensoren lassen sich derartige Proportionalsensoren als so genannte Breitbandsensoren über einen vergleichsweise weiten Bereich für die Luftzahl Lambda einsetzen. Derartige Breitbandsonden sind beispielsweise in DE 38 09 154 Cl und in DE 199 38 416 Al beschrieben.
In vielen Sensorelementen werden die oben beschriebenen Sensorprinzipien auch kombiniert, so dass die Sensorelemente ein oder mehrere nach dem Sprungsensor-Prinzip arbeitende Sensoren („Zellen") und ein oder mehrere Proportionalsensoren enthalten. So lässt sich beispielsweise das oben beschriebene Prinzip eines nach dem Pumpzellen- Prinzip arbeitenden „Einzellers" durch Hinzufügen einer Sprungzelle (Nernstzelle) zu einem „Doppelzeller" erweitern. Ein derartiger Aufbau ist beispielsweise in EP 0 678 740 Bl beschrieben. Dabei wird mittels einer Nernstzelle der Sauerstoffpartialdruck in dem oben beschriebenen, an die zweite Elektrode angrenzenden Hohlraum gemessen und die Pumpspannung durch eine Regelung so nachgeführt, dass im Hohlraum stets die Bedingung λ = 1 herrscht.
Breitband-Sensorelemente in Einzeller- Anordnung mit zwei dem Gasgemisch ausgesetzten Elektroden weisen jedoch verschiedene Probleme auf. So wird in der Regel bei einer festen Pumpspannung in einem mageren Gasgemisch ein positiver Pumpstrom (Magerpumpstrom) mit eindeutigem Zusammenhang zum Sauerstoffgehalt des Gasgemisches gemessen. Im fetten Gasgemisch wird jedoch in der Regel ebenfalls ein positiver Pumpstrom gemessen, selbst wenn die angelegte Pumpspannung (in der Regel ca. 600-700 mV) deutlich unterhalb der Zersetzungsspannung von Wasser (ca. 1 ,23 V) liegt. Dieser positive Pumpstrom ist im Wesentlichen auf den im Gasgemisch enthaltenen molekularen Wasserstoff zurückzuführen, welcher das elektrochemische Potenzial der Anode, also der ersten Elektrode, beeinflusst, da nun an der ersten Elektrode aus den aus dem Festelektrolyten austretenden Sauerstoffionen statt molekularem Sauerstoff Wasser gebildet werden kann. Ähnliche Effekte spielen auch für andere im Gasgemisch vorhandene Sau- erstoff-liefernde Redox-Systeme eine Rolle, beispielsweise C(VCO. Der Strom ist also im Bereich fetter Gemische (Fettpumpstrom) durch den Wasserstoffgehalt im Bereich der ersten Elektrode (z. B. Anode) und den Wasserdampfgehalt (d. h. insbesondere den Zutritt des Wasserdampfes durch die oben beschriebene Diffusionsbarriere) im Bereich der zweiten Elektrode (z. B. Kathode) begrenzt. Die Problematik besteht nun insbesondere darin, dass der Fettpumpstrom und der Magerpumpstrom elektrisch dieselbe Richtung aufweisen, so dass aus dem Pumpstrom ein Rückschluss auf die Zusammensetzung des Gasgemisches kaum mehr möglich ist. Neben der beschriebenen Problematik im Bereich fetter Gemische ist auch im Bereich leicht magerer Abgase eine Verfälschung des Pumpstromes durch den Wasserstoff festzustellen, welcher in diesem Bereich bereits vorhanden ist und einen positiven Beitrag zum Pumpstrom liefert.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung baut auf den oben beschriebenen Erkenntnissen auf, dass der Fettpumpstrom und der Pumpstrom im Bereich leicht magerer Abgase im Wesentlichen durch das Angebot an Wasserstoff und/oder anderen reduzierenden Gasen im Bereich der Anode einer Pumpzelle bestimmt wird. Dementsprechend liegt ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung darin, die Anode von Wasserstoff und/oder anderen reduzierenden Gasen abzuschirmen, ohne dabei den Magerbetrieb zu beeinträchtigen.
Dementsprechend wird ein Sensorelement zur Bestimmung mindestens einer physikali- sehen Eigenschaft eines Gasgemischs in mindestens einem Gasraum vorgeschlagen, welches mindestens eine erste Elektrode und mindestens eine zweite Elektrode sowie mindestens einen die mindestens eine erste Elektrode und die mindestens eine zweite Elektrode verbindenden Festelektrolyten aufweist. Insbesondere kann dieses Sensorelement derart betrieben werden, dass die mindestens eine erste Elektrode als Anode betrieben wird und die mindestens eine zweite Elektrode als Kathode. Zwischen diese mindestens zwei Elektroden wird eine Pumpspannung angelegt, welche vorzugsweise zwischen 100 mV und 1,0 V, besonders bevorzugt zwischen 300 mV und 800 mV und optimalerweise im Bereich zwischen 600 mV und 700 mV liegt. Dabei kann dann ein Pumpstrom durch das Sensorelement gemessen werden.
Die mindestens eine erste Elektrode ist über mindestens ein Diffusionswiderstandselement mit dem mindestens einen umgebenden Gasraum (beispielsweise einem das Sensor- dement umgebenden Gasraum), in welchem die Gasgemischzusammensetzung ermittelt werden soll, und/oder einem Referenzraum mit bekannter Gasgemischzusammensetzung verbunden. Die mindestens eine zweite Elektrode ist über mindestens ein Strömungswiderstandselement mit dem mindestens einen Gasraum verbunden. Das mindestens eine Strömungswiderstandselement und das mindestens eine Diffusionswiderstandselement sind dabei derart ausgestaltet, dass der Grenzstrom der mindestens einen ersten Elektrode kleiner ist als der Grenzstrom der mindestens einen zweiten Elektrode. Bevorzugt werden dabei Grenzströme eingestellt, bei welchen ein Verhältnis < 1/100, insbesondere < 1/1000 vorliegt. Vorzugsweise liegt der Grenzstrom der mindestens einen ersten Elekt- rode bei 1 bis 20 Mikroampere, besonders bevorzugt bei 10 Mikroampere, und der
Grenzstrom der mindestens einen zweiten Elektrode bei 500 Mikroampere bis 3 Milliampere, besonders bevorzugt bei 1,5 Milliampere. Der Grenzstrom einer Elektrode ist dabei definiert als der Sättigungs-Pumpstrom, d. h. der maximale Pumpstrom, welcher bei Steigerung der Pumpspannung zwischen den mindestens zwei Elektroden erreichbar ist. Dieser Grenzstrom kann beispielsweise für Sauerstoff und Sauerstoffionentransport durch den Festelektrolyten definiert werden als derjenige Strom, welcher erreicht wird, wenn alle Sauerstoffmoleküle, welche die als Kathode betriebene Elektrode erreichen, vollständig durch den Festelektrolyten zur Anode transportiert werden. Üblicherweise wird das Sensorelement mit diesem Grenzstrom betrieben, d. h. mit einer (siehe oben) ausreichenden Pumpspannung, so dass dieser vollständige „Abtransport" ankommender Gasmoleküle erreicht wird. In diesem Betrieb ist der Pumpstrom näherungsweise proportional zur Gasmolekülkonzentration. Der Grenzstrom der entgegengesetzten Elektrode, welche zuvor als Anode betrieben wurde, wird dementsprechend experimentell durch Umpolen bestimmt, so dass nunmehr die vormalige Anode als Kathode betrieben wird.
Die Einstellung der Bedingung für das Grenzstromverhältnis kann insbesondere dadurch erfüllt werden, dass das mindestens eine Diffusionswiderstandselement einen größeren Diffusionswiderstand aufweist als das mindestens eine Strömungswiderstandselement. Der Diffusionswiderstand ist derjenige Widerstand, welchen ein Element einem Konzent- rationsunterschied Δc zwischen beiden Seiten des Elements der Länge 1 entgegensetzt und der somit eine Diffusion (Strom j) behindert: -D-
Der Diffusionskoeffϊzient D setzt sich (invers additiv) aus den Diffusionskoeffizienten für die Gasphasendiffusion und für die Knudsendiffusion zusammen, welche beide unter- schiedliche Temperaturabhängigkeiten aufweisen. Die Temperaturabhängigkeit des Flusses hängt somit von den Anteilen der einzelnen Diffusionsarten ab. Typischerweise ändert sich der Fluss bei einer Temperaturänderung um 100 0C um ca. 4 %. Für die Einstellung eines gewünschten Grenzstromes kann also auf die Geometrie der Widerstandselemente (Querschnitt, Länge) oder auch auf die Materialeigenschaften und die Temperatur eingewirkt werden.
Für diese Ausgestaltung der Diffusionswiderstände kann beispielsweise dasselbe Diffusionsmedium (z. B. ein poröses Material) für das mindestens eine Diffusionswiderstandselement und das mindestens eine Strömungswiderstandselement eingesetzt werden, je- doch in unterschiedlichen Schichtdicken, so dass beispielsweise vor der mindestens einen ersten Elektrode eine höhere Schichtdicke verwendet wird als vor der mindestens einen zweiten Elektrode. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Einstellung der Fläche der Widerstandselemente erfolgen. Der Grenzstrom steigt zumindest näherungsweise proportional mit der für die Diffusion zur Verfügung stehenden Querschnittsfläche, und um- gekehrt proportional mit der Länge beziehungsweise Schichtdicke der Widerstandselemente an.
Vorzugsweise weist jedoch zusätzlich das mindestens eine Strömungswiderstandselement einen größeren Strömungswiderstand auf als das mindestens eine Diffusionswider- Standselement. Dabei ist der Strömungswiderstand als derjenige Widerstand definiert, welchen ein Element einer Druckdifferenz zwischen beiden Seiten des Elements entgegensetzt und damit eine Strömung zwischen beiden Seiten des Elements verhindert. Der Strömungswiderstand kann beispielsweise dadurch eingestellt werden, dass eine Porengröße eines porösen Mediums erhöht beziehungsweise erniedrigt wird, und/oder dass ein Kanalquerschnitt, eine Kanalgeometrie oder eine Kanallänge variiert wird. Der oben beschriebene vorteilhafte Zusammenhang zwischen den Grenzströmen bewirkt den oben beschriebenen Abschirmeffekt der mindestens einen ersten Elektrode gegenüber reduzierenden Gasen, wie beispielsweise Wasserstoff. Besonders günstig ist es, wenn diese Abschirmung dadurch bewirkt wird, dass das mindestens eine Diffusionswi- derstandselement einen Diffusionskanal aufweist, welcher die mindestens eine erste E- lektrode mit dem mindestens einen Gasraum und/oder dem mindestens einen Referenzraum verbindet. Dieser Diffusionskanal sollte vorzugsweise eine große Länge aufweisen, d. h. eine Länge, welche groß ist gegenüber der mittleren freien Weglänge der Gasmoleküle bei der entsprechenden Betriebstemperatur des Sensorelements (beispielsweise 700- 800 0C). Auf diese Weise lässt sich der Unterschied zwischen Gasphasendiffusion und Strömungswiderstand maximal nutzen, um eine Abschirmung der mindestens einen ersten Elektrode herbeizuführen. Hätten nämlich Gasmoleküle in dem Diffusionskanal (wobei natürlich auch mehrere Diffusionskanäle verwendet werden können) keine anderen Stoßpartner außer den Wänden des Diffusionskanals, so würde ein Transport lediglich über eine Knudsendiffusion mit gleichem Verhalten für Strömung und Diffusion auftreten. Durch die Ausgestaltung als Diffusionskanal ergibt sich hingegen ein lediglich geringer Diffusionstransport von Fettgas an die mindestens eine erste Elektrode (üblicherweise Anode) und somit nur ein geringer Fettpumpstrom. Vorteilhafterweise ist der mindestens eine Diffusionskanal mit einer Höhe im Bereich zwischen 2 L bis 25 L und einer Breite in einem Bereich von 2 L bis 25 L sowie einer Länge im Bereich von zwischen 0,5 mm und 20 mm ausgestattet. Dabei ist L die mittlere freie Weglänge der Moleküle des Gasgemisches bei einem Betriebsdruck des Sensorelements, welcher üblicherweise im Bereich des Normaldrucks liegt. Diese Dimensionierung des mindestens einen Diffusionskanals hat sich als besonders günstig erwiesen, um die Diffusion von Fettgas zur min- destens einen ersten Elektrode zu verhindern.
Insgesamt zeichnet sich die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Sensorelements gemäß einer der obigen Ausführungsformen gegenüber dem Stand der Technik durch äußerst geringe Fettpumpströme aus. Eine Interpretation des Pumpstroms, auch im mage- ren Bereich, kann bis hinunter zu sehr kleinen Werten für λ erfolgen. Durch das mindestens eine Diffusionswiderstandselement im Bereich vor der mindestens einen ersten E- lektrode, welches diese mindestens eine erste Elektrode gegenüber Diffusion abschirmt, -o-
wird (bei Auftragung des Pumpstroms gegen λ) die Steigung des „Fettastes" gezielt verringert.
Gleichzeitig wird durch die Ausgestaltung des mindestens einen Diffusionswiderstands- elements mit geringem Strömungswiderstand die Gefahr eines Überdrucks im Bereich der mindestens einen ersten Elektrode (üblicherweise Anode) durch mangelnden Gasabtransport verhindert, da Gasmoleküle, welche sich an der mindestens einen ersten Elektrode bilden, unmittelbar abströmen können. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Sensorelements besteht darin, dass nicht notwendigerweise ein Refe- renzkanal erforderlich ist, welcher aufwändig gegenüber dem Gasraum abgeschirmt werden müsste. Auf diese Weise sinken beispielsweise Anforderungen an ein Sondengehäuse, welches das mindestens eine Sensorelement umgibt.
Das erfindungsgemäße Sensorelement lässt sich durch verschiedene vorteilhafte Ausges- taltungen weiterentwickeln. So kann beispielsweise, wenn mindestens ein Diffusionskanal gemäß der obigen Beschreibung verwendet wird, dieser mindestens eine Diffusionskanal an mindestens einer Mündungsstelle zum Gasraum und/oder zum Referenzraum eine Aufweitung aufweisen. Diese Aufweitung kann beispielsweise durch eine Senkung und/oder eine Bohrungserweiterung erfolgen. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise im Abgastrakt verhindern, dass der mindestens eine Diffusionskanal durch flüssige oder feste Verunreinigungen zugesetzt wird, wodurch die Funktionalität des Sensorelements beeinträchtigt würde.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, mindestens einen mit der mindestens einen ersten Elektrode in Verbindung stehenden Hohlraum vorzusehen. Dieser Hohlraum ist vorteilhafterweise über den mindestens einen Diffusionskanal mit dem mindestens einen Gasraum und/oder dem mindestens einen Referenzraum verbunden. Beispielsweise kann dieser mindestens eine Hohlraum eine Aufweitung des mindestens einen Diffusionskanals umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine Hohlraum auch einen un- mittelbar an die mindestens eine erste Elektrode angrenzenden Reaktionsraum umfassen, welcher beispielsweise die gesamte mindestens eine erste Elektrode auf einer Seite umschließt. Dieser mindestens eine Hohlraum dient dem Zweck, dass beispielsweise Was- serstoff oder andere reduzierende Gase abreagieren können (beispielsweise durch Wasserbildung), bevor diese zur mindestens einen ersten Elektrode gelangen und dort das Elektrodenpotenzial beeinflussen. In diesem mindestens einen Hohlraum könnte beispielsweise auch zusätzlich ein Katalysator vorgesehen sein, um diese Abreaktion redu- zierender Gase zu beschleunigen.
Das mindestens eine Strömungswiderstandselement weist vorteilhafterweise mindestens ein poröses Element auf. Damit entspricht dieses mindestens eine Diffusionswiderstandselement der üblicherweise in Breitbandsonden vor der Kathode eingesetzten „Diffusions- barriere", wie sie beispielsweise in Robert Bosch GmbH: „Sensoren im Kraftfahrzeug", 2001, Seite 116 ff. beschrieben ist. Vorteilhafterweise wird dieses poröse Element des mindestens einen Strömungswiderstandselements als poröse, extrem dichte Schicht ausgestaltet, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Vorteilhafterweise wird dabei eine statische Druckabhängigkeit k eingesetzt, welche für den Einsatz Benzin-betriebener Verbrennungsmaschinen mindestens 1 bar beträgt, vorzugsweise jedoch höher ist (beispielsweise 3-4 bar). Für Dieselfahrzeuge werden k- Werte im Bereich > 0,1 bar, vorzugsweise > 0,3 bar, beispielsweise im Bereich k = 0,45±012 bar eingesetzt. Die statische Druckabhängigkeit k bezeichnet dabei den Druck, bei welchem beiden Diffusionsarten (Rnudsendiffusion und Gasphasendiffusion) zu gleichem Anteil vorliegen. Bei höhe- ren k- Werten dominiert somit die Rnudsendiffusion.
Auch das mindestens eine Diffusionswiderstandselement vor der mindestens einen ersten Elektrode kann ein poröses Element aufweisen, beispielsweise um eine Verschmutzung der mindestens einen ersten Elektrode zu verhindern. In diesem Sinne ist bereits der oben beschriebene mindestens eine Diffusionskanal ein „poröses" Element, mit einer einzelnen großen Pore. Das mindestens eine poröse Element im Bereich der mindestens einen ersten Elektrode ist jedoch vorzugsweise großporig ausgestaltet, d. h. mit einem kleinen k- Wert, um möglichst geringen Strömungswiderstand zu bilden.
Durch diese Ausgestaltung des Sensorelements lässt sich insbesondere eine extrem geringe Empfindlichkeit des Magerpumpstroms für schnelle Gesamtdruckänderungen (dynamische Druckabhängigkeit, DDA) erzielen. Lediglich der extrem kleine Fettpump- ström zeigt eine hohe dynamische Druckabhängigkeit. Über die statische Druckabhängigkeit des Magerpumpstroms, welche größer ist als diejenige des Fettpumpstroms, lassen sich vorzugsweise sogar Signalanteile dieser beiden Ströme trennen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Sensorelements besteht darin, dass die Diffusion reduzierender Gase, wie beispielsweise Wasserstoff, zur mindestens einen ersten Elektrode durch entsprechende lokale Anpassung der Temperatur unterdrückt wird. So kann insbesondere die mindestens eine erste Elektrode bei einer niedrigeren Betriebstemperatur betrieben werden als die mindestens eine zweite Elektrode. Zu diesem Zweck kann beispielsweise mindestens ein Temperierelement (beispielsweise ein Heizwiderstand, ein Pelletierelement oder ein ähnliches Temperierelement) vorgesehen sein, welches die mindestens zwei Elektroden beziehungsweise die zugehörigen Widerstandselemente unterschiedlich temperiert. Durch Temperaturerhöhung lässt sich eine Strömung durch ein Widerstandselement behindern, wohingegen eine Diffusion begünstigt wird.
Beispielsweise kann dies dadurch erfolgen, dass ein planarer Aufbau gewählt wird, bei welchem die mindestens zwei Elektroden in einer Ebene liegen und unterschiedlich temperiert werden. Beispielsweise kann diese unterschiedliche Temperierung dadurch herbeigeführt werden, dass ein Heizelement eingesetzt wird, wobei der mittlere Abstand des mindestens einen Heizelements zu der mindestens einen ersten Elektrode größer ist, vorzugsweise um mindestens 10 %, besonders bevorzugt um mindestens 20 %, als der mittlere Abstand des mindestens einen Heizelements zu der mindestens einen zweiten Elektrode. Unter dem mittleren Abstand kann dabei beispielsweise der Abstand der Flächenmittelpunkte oder ein Kantenabstand verstanden werden. Durch diese asymmetrische Temperierung wird im Bereich der mindestens einen zweiten Elektrode die Diffusion durch das mindestens eine Strömungswiderstandselement begünstigt, wohingegen im Bereich der mit niedriger Temperatur betriebenen mindestens einen ersten Elektrode die Diffusion unterdrückt wird.
Das Sensorelement gemäß einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen kann insbesondere in einem Schichtaufbau erzeugt werden. So können beispielsweise die mindestens eine erste Elektrode und die mindestens eine zweite Elektrode auf gegenüberliegenden Seiten des mindestens einen Festelektrolyten angeordnet sein, wobei die mindestens eine erste Elektrode als dem Gasraum zugewandte Elektrode ausgestaltet ist (äußere Pump- Elektrode, APE) und wobei die mindestens eine zweite Elektrode als dem mindestens einen Gasraum abgewandte Elektrode (innere Pump-Elektrode) ausgestaltet ist. Damit Gasgemisch aus dem mindestens einen Gasraum zur mindestens einen zweiten Elektrode gelangen kann, muss dann ein entsprechender Kanal, eine Bohrung oder ein Gaszutrittsloch oder eine ähnliche Öffnung vorgesehen sein, wie dies beispielsweise bei Breitband- Sonden gemäß dem Stand der Technik (siehe das oben genannte Zitat) der Fall ist.
Eine weitere mögliche Ausgestaltung besteht darin, dass die mindestens eine erste Elektrode und die mindestens eine zweite Elektrode wiederum auf gegenüberliegenden Seiten des mindestens einen Festelektrolyten angeordnet sind, wobei jedoch die mindestens eine erste Elektrode eine dem Gasraum abgewandte Elektrode (IPE) aufweist und wobei die mindestens eine zweite Elektrode eine dem mindestens einen Gasraum zugewandte E- lektrode (APE) zuweist. Dieser Aufbau ist somit ein „inverser" Aufbau gegenüber dem zuvor genannten Aufbau.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die mindestens eine erste Elektrode und die mindestens eine zweite Elektrode auf gleichen Seiten des mindestens einen Festelektrolyten anzuordnen, wobei die mindestens eine erste Elektrode und die mindestens eine zweite Elektrode jeweils mindestens eine dem Gasraum zugewandte Elektrode aufweisen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur IA ein dem Stand der Technik entsprechendes Sensorelement;
Figur IB einen Pumpstrom des Sensorelements gemäß Figur IA, aufgetragen gegen die schematisch linearisierte Luftzahl λ;
Figur 2A ein erfindungsgemäßes Sensorelement in einer ersten Ausführungsform; Figur 2B einen Pumpstrom als Funktion der schematisch liniearisierten Luftzahl λ des
Sensorelements gemäß Figur 2A;
Figur 3 eine Ausgestaltung des Sensorelements mit einem Hohlraum; Figur 4 eine Ausgestaltung des Sensorelements mit einem Hohlraum und einer Verbindung zu einem Referenzkanal; Figur 5 A ein Sensorelement mit asymmetrischer Elektrodebeheizung in Draufsicht; und Figur 5B das Sensorelement gemäß Figur 5A im Querschnitt.
Ausführungsformen der Erfindung
In Figur IA ist ein dem Stand der Technik entsprechender Aufbau eines Sensorelements 110 dargestellt. Dieses Sensorelement 110 ist hier, wie auch in den folgenden Ausführungen, als Pumpzelle, also als Breitbandsensor, ausgestaltet. Das Sensorelement 110 umfasst einen Festelektrolyten 112, bei welchem es sich üblicherweise um ein Zirkonoxid handelt. Je nach Art der zu detektierenden Gase lassen sich jedoch auch andere Ionen- leitende Festelektrolyte einsetzen oder Gemische derartiger Festelektrolyte. Der Festelektrolyt 112 ist hierbei Bestandteil eines Sensorkörpers 114. Auf gegenüberliegenden Seiten des Festelektrolyten 112 sind erste Elektroden 116 und zweite Elektroden 118 angeordnet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dabei die erste Elektrode 116 als äußere Pump-Elektrode (APE) ausgestaltet, und die zweite Elektrode 118 als innere Pump-Elektrode (IPE). Die erste Elektrode 116 ist dabei durch eine poröse Schutzschicht 120 vom umgebenden Gasraum 122 getrennt, wobei die poröse Schutzschicht 120 derart ausgestaltet ist, dass Gase von den ersten Elektroden 116 durch die poröse Schutzschicht 120 ohne nennenswerten Strömungswiderstand abströmen können. Die poröse Schutzschicht 120 dient im Wesentlichen dem Schutz der ersten Elektrode 116 gegenüber Verschmutzungen.
Im Gegensatz dazu ist die zweite Elektrode 118 in dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur IA in einem innenliegenden Messraum 124 angeordnet. Um aus dem Gasraum 122 zur zweiten Elektrode 118 zu gelangen, muss Gasgemisch durch ein Gaszutrittsloch 126 hindurchtreten. Vom Gaszutrittsloch 126 gelangt das Gasgemisch dann durch Diffusion und Strömung (idealerweise nur Diffusion) durch ein poröses Element 128 (welches im Stand der Technik häufig als „Diffusionsbarriere" bezeichnet wird, tatsächlich aber als Strömungsbarriere dient) in den Messraum 124.
Zwischen die beiden Elektroden 116 und 118 wird im üblichen Betrieb des Sensorelements 110 gemäß Figur IA eine so genannte „Pumpspannung" Up angelegt, dergestalt, dass die zweite Elektrode 118 als Kathode betrieben wird (negative Elektrode), und die erste Elektrode 116 als Anode. Dabei bilden sich an der zweiten Elektrode 118 Sauerstoffionen (O2-), welche, getrieben durch das elektrische Feld zwischen den beiden E- lektroden 116, 118, zur ersten Elektrode 116 wandern. Dort bildet sich wieder elementarer Sauerstoff, welcher als Gas durch die poröse Schutzschicht 120 abströmen kann. Üblicherweise wird das als Breitband-Sonde ausgebildete Sensorelement 110 gemäß
Figur IA in einem Pumpspannungs-Bereich bei ca. 600 mV betrieben. Diese Pumpspannung reicht aus, um das Sensorelement im Grenzstrombetrieb zu betreiben, wobei jedoch die Pumpspannung gleichzeitig unterhalb der Zersetzungsspannung von Wasser liegt, so dass an der zweiten Elektrode 118 keine Zersetzung von Wasser auftreten sollte.
Weiterhin weist das Sensorelement 110 gemäß Figur IA ein Heizelement 136 auf, welches beispielsweise als mäanderförmiges Heizelement (beispielsweise als Platin- Heizelement) ausgestaltet sein kann. Dieses Heizelement, welches typischerweise bei einer λ-Sonde bei ca. 780 0C geheizt wird, erhöht die Ionenleitfähigkeit des Festelektro- lyten 112 und sorgt somit für höhere Grenzströme. In Figur IB ist der Pumpstrom Ip dargestellt, welcher in der Anordnung gemäß Figur IA mit einer Strommessvorrichtung 130 gemessen wird. Dieser Pumpstrom Ip ist hier als Funktion der Luftzahl λ schematisch dargestellt, wobei λ = 1 der stöchiometrischen Gasgemischzusammensetzung im Gasraum 122 entspricht. Dementsprechend wird der Be- reich für λ > 1, welcher in Figur IB symbolisch mit der Bezugsziffer 132 bezeichnet ist, als „magerer" Bereich bezeichnet, wohingegen der Bereich λ < 1 als „fetter" Bereich bezeichnet wird und in Figur IB symbolisch mit Bezugsziffer 134 bezeichnet ist. Wie aus der Kurve des Pumpstroms Ip in Figur IB hervorgeht, weist das Sensorelement 110 gemäß dem in Figur IA dargestellten Stand der Technik im fetten Bereich 134 einen erheb- liehen Strom auf. Aufgrund dieser hohen (betragsmäßigen) Steigung des Pumpstroms im fetten Bereich 134 ist allein aus der Messung des Pumpstroms Ip eine Zuordnung zu einer Luftzahl λ nur schwer möglich. Dieser erhebliche Pumpstrom im fetten Bereich 134 ist, wie oben beschrieben, insbesondere durch reduzierende Gase im Bereich der als Anode betriebenen ersten Elektrode 116 bedingt.
Ein weiterer Effekt, welcher in Figur IB nicht dargestellt ist, ist der oben beschriebene Effekt, dass auch im mageren Bereich 132 in der Nähe von λ = 1 eine Abweichung des Pumpstroms von der Proportionalität zur Luftzahl λ auftritt. Diese Abweichung ist ebenfalls durch die Anwesenheit reduzierender Gase, wie beispielsweise Wasserstoff, im Be- reich der ersten Elektrode 116 bedingt. Insbesondere werden häufig im leicht mageren Bereich höhere Pumpströme gemessen als dies der Proportionalität entsprechen würde.
Im Gegensatz zum Stand der Technik gemäß Figur IA ist in Figur 2 A ein erfindungsgemäßes Sensorelement 110 dargestellt.
Das Sensorelement 110 gemäß Figur 2A weist prinzipiell große Ähnlichkeit mit dem Sensorelement 110 gemäß dem Stand der Technik in Figur IA auf. Wiederum ist ein Festelektrolyt 112 vorgesehen, welcher von zwei gegenüberliegenden Elektroden 116, 118 kontaktiert wird. Analog zu Figur IA ist wiederum die zweite Elektrode 118 als innere Pump-Elektrode ausgestaltet und ist in einem Messraum 124 angeordnet. Gasgemisch kann vom umgebenden Gasraum 122 über ein Gaszutrittsloch 126 in den Messraum 124 gelangen. Zwischen dem Gaszutrittsloch 126 und dem Messraum 124 ist ein Strömungswiderstandselement 310 angeordnet, welches wiederum, analog zu Figur IA, als poröses Element 128 ausgestaltet ist und durch welches Gasgemisch diffundieren kann (in Figur 2A symbolisch durch den Pfeil 322 angedeutet). Typische Porengrößen liegen dabei bei ca. 0,1 bis 3,0 Mikrometer.
Insoweit entspricht das Sensorelement 110 gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 2 A im Wesentlichen dem Stand der Technik gemäß Figur IA. Im Unterschied zum Sensorelement 110 gemäß Figur IA weist das Sensorelement 110 im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2A jedoch erhebliche Unterschiede im Bereich der ersten Elektrode 116, wel- che wiederum als äußere Pump-Elektrode ausgestaltet ist, auf. So ist in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2A keine poröse Schutzschicht 120 vorgesehen, durch welche an der ersten Elektrode 116 entstehendes Gas unmittelbar in den Gasraum 122 entweichen könnte. Stattdessen ist die erste Elektrode 116 durch ein Deckelelement 312 gegenüber dem Gasraum 122 abgeschirmt. Dadurch bildet sich zwischen der ersten Elektrode 116 beziehungsweise dem Festelektrolyten 112 und dem Deckelelement 312 ein Diffusionswiderstandselement 314 in Form eines Diffusionskanals 316. Dieser Diffusionskanal 316 führt von der ersten Elektrode 116 weg und mündet im Gaszutrittsloch 126. Bei einer Betriebstemperatur von ca. 1000 0C und einem Druck von 1 bar beträgt die mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle typischerweise ca. 0,25 μm. Dement- sprechend werden vorzugsweise für den Diffusionskanal 316 Querabmessungen (Breite, Höhe) im Bereich von einigen μm gewählt und eine Länge von einigen mm. Diese Abmessungen bewirken, dass Sauerstoff, welcher sich an der ersten Elektrode 116 bildet, unter geringem Strömungswiderstand von der ersten Elektrode 116 zum Gaszutrittsloch 126 abströmen kann (in Figur 2A dargestellt durch den dicken Pfeil 318). Demgegenüber kann Wasserstoff aus dem Gasraum 122 aufgrund des hohen Diffusionswiderstands des langen Diffusionskanals 316 nur erschwert vom Gasraum 122 zur ersten Elektrode 116 gelangen und dort das Elektrodenpotenzial verändern beziehungsweise beeinflussen. Diese Diffusionsbewegung ist in Figur 2A symbolisch mit dem dünnen Pfeil 320 dargestellt.
Wiederum wird das Sensorelement 110 gemäß dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel in Figur 2A mit einer Pumpspannung Up von typischerweise ca. 600 mV betrieben, und der Pumpstrom Ip wird gemessen. Wiederum ist außerdem ein Heizelement 136 vor- - o¬
gesehen, mittels dessen das Sensorelement 110 bei einer Betriebstemperatur von typischerweise einigen 100 0C bis ca. 1000 0C betrieben wird.
In Figur 2B ist, analog zu Figur IB, ein Pumpstrom (Grenzstrom) durch das Sensorele- ment 110 gemäß Figur 2 A als Funktion der Luftzahl λ dargestellt. Hierbei wird deutlich, dass der Fettast des Pumpstroms Ip aufgrund des Einsatzes des Diffusionswiderstandselements 314 mit hohem Diffusionswiderstand vor der ersten Elektrode 116 und des Strömungswiderstandselements 310 mit hohem Strömungswiderstand (aber geringem Diffusionswiderstand) vor der zweiten Elektrode 118 in seiner Steigung (siehe Bereich 134) wesentlich kleiner ist als der Pumpstrom im mageren Bereich 132. Dieser Effekt ist hauptsächlich auf die Abschirmung der ersten Elektrode 116 gegenüber Wasserstoff und/oder anderen reduzierenden Gasen zurückzuführen. Auch (in Figur 2B nicht dargestellt) im leicht mageren Bereich (d. h. im Bereich 132 in der Nähe von λ = 1) ist die Verfälschung (z. B. Nicht-Linearitäten) durch Anwesenheit von Wasserstoff und/oder anderen reduzierenden Gasen stark unterdrückt, so dass das Sensorelement 110 gemäß Figur 2A bis hinunter in den Bereich nahe bei λ = 1 eingesetzt werden kann.
In Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorelements 110 dargestellt, welches wiederum als Breitband-Sensor-Lambdasonde zum Einsatz kommen kann. Der Aufbau des Sensorelements 110 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau des Sensorelements 110 gemäß dem Ausführungsbeispiel in 2A, so dass für die Funktion und Zusammensetzung der einzelnen Elemente auf diese Figur verwiesen werden kann. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2A weist das Sensorelement 110 gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 3 jedoch zwei wesentliche Modifi- kationen auf, welche Verbesserungen der Funktionalität gegenüber dem Aufbau in Figur 2A bewirken und welche einzeln oder in Kombination realisiert sein können. So ist zum einen unmittelbar über der ersten Elektrode 116 ein im Querschnitt rechteckiger Hohlraum 324 vorgesehen. Dieser Hohlraum 324 weist vorzugsweise eine Höhe und eine Breite auf, welche jeweils erheblich größer sind als die mittlere freie Weglänge der Gas- moleküle. Wiederum bei einer Betriebstemperatur von beispielsweise 1000 0C und somit einer mittleren freien Weglänge von ca. 0,25 μm liegt somit die Höhe des Hohlraums 324 vorzugsweise bei einigen 10, besonders bevorzugt bei einigen 100 μm, bis hin in den Bereich von ca. 1 mm. Die Breite des Hohlraums 324, d. h. seine Horizontalerstreckung, liegt vorzugsweise im Bereich von einigen 100 μm bis hin zu einigen mm. Vorzugsweise erstreckt sich der Hohlraum 324 über die gesamte Elektrodenfläche der ersten Elektrode 116. Über den Diffusionskanal 316 steht der Hohlraum 324 in Verbindung mit dem Gas- zutrittsloch 126. Wiederum ist der Diffusionskanal 316 vorzugsweise mit einer Länge von mehr als 0,5 mm ausgestattet. Wie oben beschrieben, dient der Hohlraum 324 dazu, eine Abreaktion reduzierender Gase (beispielsweise Wasserstoff) zu ermöglichen, bevor diese Gase die erste Elektrode 116 erreichen können. Als alternative Ausgestaltung kann der Hohlraum 324 auch in den Diffusionskanal 316 „zwischengeschaltet" werden, so dass das Gaszutrittsloch 126 durch ein erstes Teilstück des Diffusionskanals 316 mit dem Hohlraum 324 in Verbindung steht, welcher wiederum durch einen zweiten Abschnitt des Diffusionskanals 316 mit der ersten Elektrode 116 in Verbindung steht. Auf diese Weise ist die Abreaktion der reduzierenden Gase im Hohlraum 324 räumlich vollständig von der ersten Elektrode 116 getrennt.
Als zweite Modifikation weist das Sensorelement 110 in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 an einer Mündungsstelle 326 des Diffusionskanals 316 in das Gaszutrittsloch 126 eine Aufweitung 328 auf. Diese Aufweitung 328 dient dazu, ein Verschmutzen des Diffusionskanals 316 und ein Zusetzen durch feste oder flüssige Verunreinigungen in dem Gasgemisch zu vermeiden. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist die Aufweitung 328 in Form einer Senkung ausgestaltet. Auch gestufte Aufweitungen oder andere Formen von Aufweitungen sind denkbar.
Für den Betrieb des Sensorelements 110 gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 3 wird wiederum, analog zu Figur 2A, eine Pumpspannung zwischen die Elektroden 116, 118 angelegt, wobei vorzugsweise wiederum die erste Elektrode 116 als Anode und die zweite Elektrode 118 als Kathode betrieben wird.
In Figur 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorelements 110 dargestellt. Das Sensorelement 110 gemäß dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist Ähnlichkeiten mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 auf. Dementsprechend kann bezüglich der Funktion und Bezeichnung der einzelnen Elemente - -
weitgehend auf dieses Ausführungsbeispiel verwiesen werden. Wiederum ist über der ersten Elektrode 116 (typischerweise Anode) ein Hohlraum 324 vorgesehen, welcher von der Dimensionierung her analog zum Hohlraum 324 in Figur 3 ausgestaltet sein kann. Wiederum ist zudem ein Diffusionskanal 316 vorgesehen, über welchen Sauerstoff von der ersten Elektrode 116 abströmen kann (Bezugsziffer 318), welcher jedoch eine Wasserstoffdiffusion (Bezugsziffer 320) zur ersten Elektrode 116 hin weitgehend verhindert.
Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel in Figur 3 mündet der Diffusionskanal 316 je- doch nicht im Gaszutrittsloch 126 (und damit mittelbar im Gasraum 122), sondern in einem Referenzraum 330. Dieser Referenzraum 330, bei welchem es sich beispielsweise um eine Motorumgebung eines Verbrennungsmotors handeln kann, ist getrennt vom Gasraum 122, so dass Gasgemisch nicht in den Referenzraum 330 gelangen kann. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass Wasserstoff und/oder andere reduzierende Gase nicht zur ersten Elektrode 116 gelangen können, da üblicherweise im Referenzraum (z. B.
Umgebungsluft) nur verschwindend geringe Mengen derartiger reduzierender Gase vorhanden sind. Dementsprechend könnte auch vollständig auf den Diffusionskanal 316 verzichtet werden. Somit ähnelt das Sensorelement 110 gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 4 dem Aufbau bekannter Sprungsonden, bei welchen typischerweise eine Elektrode mit einem Referenzgas beaufschlagt wird. Im Gegensatz zu derartigen Sprungsonden wird jedoch in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 das Sensorelement 110 als Breitbandsensor betrieben, da eine (in der Regel konstante) Pumpspannung (die Kontaktierungen sind in Figur 4 nicht dargestellt) zwischen die beiden Elektroden 116, 118 angelegt wird und der Pumpstrom gemessen wird.
In den Figuren 5A und 5B ist schematisch in Draufsicht (Figur 5A) und in Schnittdarstellung in Seitenansicht (Figur 5B) ein viertes Ausführungsbeispiel eines Sensorelements 110 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine asymmetrische Heizung der beiden Elektroden 116, 118 durch ein Heizelement 136 eingesetzt, derart, dass die erste Elektrode 116 bei geringerer Betriebstemperatur betrieben wird als die zweite Elektrode 118. Dies kann insbesondere durch asymmetrische Anordnung des Heizelements 136 erfolgen, derart, dass eine Heizzone, welche in Figur 5A und in Figur 5B symbolisch mit Bezugsziffer 510 bezeichnet ist, sich in stärkerem Maße auf die zweite Elektrode 118 erstreckt als auf die erste Elektrode 116.
Das Sensorelement 110 gemäß dem Ausführungsbeispiel in den Figuren 5 A und 5B ist ein Beispiel für eine Ausführung, bei welcher beide Elektroden 116, 118 auf derselben Seite eines Festelektrolyten 112 angeordnet sind. Dementsprechend erfolgt der Sau- erstoffionen-Strom in Oberflächennähe durch den Festelektrolyten 112 in näherungsweise horizontaler Richtung. Es handelt sich somit, im Gegensatz zu den „gestapelten" oder vertikalen Aufbauten gemäß den Figuren 2A, 3 und 4, in den Figuren 5A und 5B um einen planaren Aufbau.
Wiederum ist ein Deckelelement 312 vorgesehen, welches in diesem Ausführungsbeispiel jedoch sowohl die erste Elektrode 116 als auch die zweite Elektrode 118 abdeckt. Im Bereich der ersten Elektrode 116 ist wiederum, analog zu beispielsweise dem Ausfüh- rungsbeispiel in Figur 2A, ein Diffusionswiderstandselement 314 mit einem Diffusionskanal 316 vorgesehen. Für die Dimensionierung kann weitgehend auf Figur 2A verwiesen werden. Über den Diffusionskanal 316 steht die erste Elektrode 116 mit dem Gasraum 122 in Strömungsverbindung, so dass Sauerstoff abströmen kann (Bezugsziffer 318), wohingegen eine Diffusion von Wasserstoff zur ersten Elektrode 116 (Bezugsziffer 320) durch den Diffusionskanal 316 erschwert ist. Wiederum weist der Diffusionskanal 316 vorzugsweise eine Länge (d. h. von der Kante zum Gasraum 122 bis hin zur nächstlie- genden Kante der ersten Elektrode 116) von vorzugsweise mehr als 0,5 mm und von vorzugsweise weniger als 20 mm auf, um einerseits einen hohen Diffusionswiderstand und andererseits einen geringen Strömungswiderstand zu gewährleisten.
Durch das Deckelelement 312 ist weiterhin oberhalb der zweiten Elektrode 118 ein Messraum 124 ausgebildet, welcher typischerweise wiederum eine Höhe von mindestens einigen 10, vorzugsweise einigen 100 μm und bis zu einigen mm aufweist. Dieser Messraum 124 ist zum Gasraum 122 hin abgeschlossen durch das Strömungswiderstandsele- ment 310 in Form eines porösen Elements 128, analog zum Ausführungsbeispiel in Figur 2A. Die planare Ausführungsform gemäß den Figuren 5A und 5B ermöglicht eine besonders einfache elektrische Kontaktierung der Elektroden 116, 118 über Elektrodenkontakte 332, 334 auf der Oberfläche des Festelektrolyten 112, ohne dass Durchkontaktierungen erforderlich wären. Typischerweise wird die erste Elektrode 116 über den Elektroden- kontakt 332 wiederum als Anode betrieben, wohingegen die zweite Elektrode 118 über den Elektrodenkontakt 334 als Kathode betrieben wird. Die elektrische Schaltung und Beaufschlagung mit der konstanten Pumpspannung Up erfolgt analog zum Ausführungs- beispiel in Figur 2A.
Mittels des Heizelements 136 wird das Sensorelement 110 gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 5 A und 5B typischerweise wiederum bei einigen 100 0C bis ca. 1000 0C betrieben. Auf diese Weise wird, wie oben beschrieben, die Ionenleitfähigkeit des Festelektrolyten 112 erhöht. Dabei ist das Heizelement 136 (bei welchem es sich allgemein auch um ein Temperierelement 336, also beispielsweise auch ein Kühlelement, handeln kann) gegenüber den Elektroden 116, 118 asymmetrisch angeordnet. Beispielsweise kann diese Asymmetrie dadurch herbeigeführt werden, dass die äußere Kante der ersten Elektrode in Draufsicht (Figur 5A) um einen Abstand D (siehe Figur 5B) über das Heizelement 136 hinausragt, welcher beispielsweise einige mm betragen kann, wohingegen die zweite Elektrode 118 horizontal vollständig vom Heizelement 136 abgedeckt ist. Auf diese Weise kann beispielsweise im Bereich des Diffusionskanals 316 (oder auch zusätzlich im Bereich der ersten Elektrode 116) eine Betriebstemperatur eingestellt werden, welche beispielsweise um ca. 20 % (auf der Kelvin-Temperaturskala) niedriger ist als die Betriebstemperatur im Bereich der zweiten Elektrode 118, des Messraums 124 und/oder des Strömungswiderstandselements 310. Auf diese Weise kann, da die Diffusion von Wasserstoff (Bezugsziffer 320) durch den Diffusionskanal 316 mit steigender Temperatur zunimmt, diese Diffusion zusätzlich unterdrückt werden, wohingegen eine Diffusion durch das poröse Element 128 des Strömungswiderstandselements 310 durch die erhöhte Temperatur begünstigt ist.
Als Variante der Ausführungsform in Figur 5B könnte das Diffusionswiderstandselement 316 auch einen oder mehrere (z.B. mittels eines Lasers im Wesentlichen senkrecht gebohrte) Kanäle in dem Deckelement 312 aufweisen, welche den Gasraum 122 mit dem Raum über der ersten Elektrode 116 verbinden. Auch eine Ausgestaltung des Diffusions- kanals 316 in Schichttechnologie, beispielsweise als lamellenförmiger Diffusionskanal mit mehreren benachbarten Kanalebenen, oder eine Ausgestaltung mittels mehrerer benachbarter, paralleler Diffusionsröhrchen ist denkbar. Derartige parallele Diffusionsröhrchen sind beispielsweise durch Herstellverfahren realisierbar, bei denen ein Laserbohrverfahren eingesetzt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Sensorelement (110) zur Bestimmung mindestens einer physikalischen Eigenschaft eines Gasgemischs in mindestens einem Gasraum (122), insbesondere zur Bestimmung einer Sauerstoffkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einer ersten Elektrode (116) und mindestens einer zweiten Elektrode (118) und mindestens einem die mindestens eine erste Elektrode (116) und die mindestens eine zweite Elektrode (118) verbindenden Festelektrolyten (112), wobei die mindestens eine erste Elektrode (116) über mindestens ein Diffusionswiderstandselement (314) mit dem mindestens einen Gasraum (122) und/oder mindestens einem Referenzraum (330) verbunden ist, wobei die mindestens eine zweite Elektrode (118) über mindestens ein Strömungswiderstandselement (310) mit dem mindestens einen Gasraum (122) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine
Strömungswiderstandselement (310) und das mindestens eine Diffusionswiderstandselement (314) derart ausgestaltet sind, dass der Grenzstrom der mindestens einen ersten Elektrode (116) kleiner ist als der Grenzstrom der mindestens einen zweiten Elektrode (118).
2. Sensorelement (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Strömungswiderstandselement (310) und das mindestens eine Diffusionswiderstandselement (314) derart ausgestaltet sind, dass das mindestens eine Strömungswiderstandselement (310) einen größeren Strömungswider- stand aufweist als das mindestens eine Diffusionswiderstandselement (314).
3. Sensorelement (110) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Diffusionswiderstandselement (314) einen größeren Diffusionswiderstand aufweist als das mindestens eine Strömungswider- Standselement (310).
4. Sensorelement (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzstrom der mindestens einen ersten Elektrode (116) kleiner ist als 1/100 des Grenzstroms der mindestens einen zweiten Elektrode (118) und vorzugsweise kleiner ist als 1/1000 des Grenzstroms der mindestens einen zwei- ten Elektrode (118).
5. Sensorelement (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzstrom der mindestens einen ersten Elektrode (116) 1 bis 20 Mikroampere beträgt, vorzugsweise 10 Mikroampere, und dass der Grenz- ström der mindestens einen zweiten Elektrode 500 Mikroampere bis 3 Milliampere beträgt, vorzugsweise 1,5 Milliampere.
6. Sensorelement (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Diffusionswiderstandselement (314) einen Diffusionskanal (316) aufweist, über welchen die mindestens eine erste Elektrode
(116) mit dem mindestens einen Gasraum (122) und/oder dem Referenzraum (330) verbunden ist.
7. Sensorelement (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der mindestens eine Diffusionskanal (316) einen Kanal mit einer Höhe in einem Bereich von 2 L bis
25 L aufweist, eine Breite in einem Bereich von 2 L bis 25 L und eine Länge im Bereich von 0,5 mm bis 20 mm, wobei L die mittlere freie Weglänge der Moleküle des Gasgemisches bei einem Betriebsdruck und einer Betriebstemperatur des Sensorelementes (110) ist.
8. Sensorelement (110) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Diffusionskanal (316) an mindestens einer Mündungsstelle (326) zu dem mindestens einen Gasraum (122) und/oder zum Referenzraum (330) eine Aufweitung (328) aufweist.
9. Sensorelement (110) gemäß einem der drei vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen zusätzlichen, mit der mindestens einen ersten Elekt- rode (116) in Verbindung stehenden Hohlraum (324), wobei der mindestens eine Hohlraum (324) über den mindestens einen Diffusionskanal (316) mit dem mindestens einen Gasraum (122) und/oder dem mindestens einen Referenzraum (330) verbunden ist.
10. Sensorelement (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hohlraum (324) mindestens einen Katalysator, insbesondere einen Nickelkatalysator und/oder einen Platinkatalysator, aufweist.
11. Sensorelement (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Diffusionswiderstandselement (314) mindestens ein poröses Element aufweist.
12. Sensorelement (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass das mindestens eine Strömungswiderstandselement (310) mindestens ein poröses Element (128) aufweist.
13. Sensorelement (110) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine poröse Element (128) eine statische Druckabhängig- keit k zwischen 0,3 bar und 1,3 bar aufweist.
14. Sensorelement (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Diffusionswiderstandselement (314) einen Referenzkanal aufweist, wobei der mindestens eine Referenzkanal die mindestens ei- ne erste Elektrode (116) mit mindestens einem von dem mindestens einen Gasraum
(122) getrennten Referenzraum (330) verbindet.
15. Sensorelement (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Temperierelement (336) vorgesehen ist, wobei das mindestens eine Temperierelement (336) ausgestaltet ist, um die mindestens eine erste Elektrode (116) bei einer niedrigeren Betriebstemperatur zu betreiben als die mindestens eine zweite Elektrode (118).
16. Sensorelement (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen der folgenden Schichtaufbauten: a) die mindestens eine erste Elektrode (116) und die mindestens eine zweite Elekt- rode (118) sind auf gegenüberliegenden Seiten des mindestens einen Festelektrolyten (112) angeordnet, wobei die mindestens eine erste Elektrode (116) eine dem Gasraum (122) zugewandte Elektrode aufweist und wobei die mindestens eine zweite Elektrode (118) eine dem mindestens einen Gasraum (122) abgewandte Elektrode aufweist; b) die mindestens eine erste Elektrode (116) und die mindestens eine zweite Elektrode (118) sind auf gegenüberliegenden Seiten des mindestens einen Festelektrolyten (112) angeordnet, wobei die mindestens eine erste Elektrode (116) eine dem Gasraum (122) abgewandte Elektrode aufweist und wobei die mindestens eine zweite Elektrode (118) eine dem mindestens einen Gasraum (122) zuge- wandte Elektrode aufweist; c) die mindestens eine erste Elektrode (116) und die mindestens eine zweite Elektrode (118) sind auf gleichen Seiten des mindestens einen Festelektrolyten (112) angeordnet, wobei die mindestens eine erste Elektrode (116) und die mindestens eine zweite Elektrode (1 18) jeweils mindestens eine dem Gasraum (122) zuge- wandte Elektrode aufweisen.
17. Verfahren zur Bestimmung mindestens einer physikalischen Eigenschaft eines Gasgemischs unter Verwendung eines Sensorelements (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Elekt- rode (116) als Anode betrieben wird, dass die mindestens eine zweite Elektrode
(118) als Kathode betrieben wird und dass eine Pumpspannung zwischen 100 mV und 1,0 V, vorzugsweise zwischen 300 mV und 800 mV und besonders bevorzugt zwischen 600 mV und 700 mV zwischen die mindestens eine erste Elektrode (116) und die mindestens eine zweite Elektrode (118) angelegt wird, wobei ein Pump- ström durch das Sensorelement (110) gemessen wird.
PCT/EP2007/062460 2006-12-29 2007-11-16 Sensorelement mit unterdrückter fettgasreaktion WO2008080698A1 (de)

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WO (1) WO2008080698A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011029671A1 (de) 2009-09-14 2011-03-17 Robert Bosch Gmbh Sensorelement mit mehrteiliger diffusionsbarriere

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006061955A1 (de) * 2006-12-29 2008-07-03 Robert Bosch Gmbh Sensorelement mit brenngassensitiver Anode
DE102008040731A1 (de) * 2008-07-25 2010-01-28 Robert Bosch Gmbh Sensorelement mit rissfreiem Grenzstromabgleich
DE102010031299A1 (de) * 2010-07-13 2012-01-19 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Bestimmung einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum
DE102010040813A1 (de) * 2010-09-15 2012-03-15 Robert Bosch Gmbh Sensorelement zur Erfassung einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum
DE102016201144B4 (de) * 2016-01-27 2024-05-23 Robert Bosch Gmbh Halbleitersensor für eine Gaskonzentration
DE102016124328A1 (de) * 2016-12-14 2018-06-14 Dspace Digital Signal Processing And Control Engineering Gmbh Prüfstand zur Nachbildung der elektrischen Antwort einer Breitbandlambdasonde

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4629535A (en) 1984-02-17 1986-12-16 Hitachi, Ltd. Method for detecting an air-fuel ratio
US4718999A (en) 1984-08-13 1988-01-12 Hitachi, Ltd. Air-fuel ratio detector
EP0678740A1 (de) * 1994-04-21 1995-10-25 Ngk Insulators, Ltd. Verfahren und Vorrichtung zum Messen von einem Gaskomponenten
US5686654A (en) 1994-12-28 1997-11-11 Robert Bosch Gmbh Measuring sensor for determining the oxygen content in gas mixtures
EP1139096A2 (de) 2000-03-29 2001-10-04 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Gassensor und Gassensoreinheit
DE10346858B3 (de) 2003-10-09 2005-01-05 Robert Bosch Gmbh Sensorelement für einen Messfühler
US20050067282A1 (en) 2003-09-29 2005-03-31 Berndt Cramer Sensor element
DE102004006875A1 (de) 2004-02-12 2005-09-01 Robert Bosch Gmbh Abgassensorvorrichtung und Betriebsverfahren
WO2007054421A1 (de) * 2005-11-14 2007-05-18 Robert Bosch Gmbh Gassensor

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2620868B1 (fr) * 1987-09-22 1994-03-25 Thomson Csf Procede de realisation de microcavites et application a un capteur electrochimique ainsi qu'a un chomatographe en phase gazeuse
DE3809154C1 (de) 1988-03-18 1988-12-08 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De
DE4313251C2 (de) * 1993-04-23 2003-03-27 Bosch Gmbh Robert Sensorelement zur Bestimmung der Gaskomponentenkonzentration
DE4341278B4 (de) * 1993-12-03 2004-05-06 Robert Bosch Gmbh Grenzstromsensor zur Bestimmung des Lambdawertes in Gasgemischen
US6303011B1 (en) * 1997-06-23 2001-10-16 Kabushiki Kaisha Riken Gas sensor
US6242928B1 (en) * 1998-01-16 2001-06-05 Denso Corporation Method and apparatus for detecting resistance of oxygen concentration sensor
JP3855483B2 (ja) 1998-08-25 2006-12-13 株式会社デンソー 積層型空燃比センサ素子
US20040011645A1 (en) * 2002-07-22 2004-01-22 Beckmeyer Richard F. Oxygen sensor and process of use
JP2005331489A (ja) 2003-07-25 2005-12-02 Denso Corp セラミック積層体の製造方法
JP4653546B2 (ja) 2004-06-14 2011-03-16 株式会社デンソー ガスセンサ素子
DE102004049874A1 (de) * 2004-10-13 2006-04-20 Robert Bosch Gmbh Gasmessfühler
US20060137979A1 (en) * 2004-11-30 2006-06-29 Walter Strassner Sensor element for determining gas components in gas mixtures and method for manufacturing the same

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4629535A (en) 1984-02-17 1986-12-16 Hitachi, Ltd. Method for detecting an air-fuel ratio
US4718999A (en) 1984-08-13 1988-01-12 Hitachi, Ltd. Air-fuel ratio detector
EP0678740A1 (de) * 1994-04-21 1995-10-25 Ngk Insulators, Ltd. Verfahren und Vorrichtung zum Messen von einem Gaskomponenten
US5686654A (en) 1994-12-28 1997-11-11 Robert Bosch Gmbh Measuring sensor for determining the oxygen content in gas mixtures
EP1139096A2 (de) 2000-03-29 2001-10-04 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Gassensor und Gassensoreinheit
US20050067282A1 (en) 2003-09-29 2005-03-31 Berndt Cramer Sensor element
DE10346858B3 (de) 2003-10-09 2005-01-05 Robert Bosch Gmbh Sensorelement für einen Messfühler
DE102004006875A1 (de) 2004-02-12 2005-09-01 Robert Bosch Gmbh Abgassensorvorrichtung und Betriebsverfahren
WO2007054421A1 (de) * 2005-11-14 2007-05-18 Robert Bosch Gmbh Gassensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011029671A1 (de) 2009-09-14 2011-03-17 Robert Bosch Gmbh Sensorelement mit mehrteiliger diffusionsbarriere
DE102009029415A1 (de) 2009-09-14 2011-03-24 Robert Bosch Gmbh Sensorelement mit mehrteiliger Diffusionsbarriere

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