[發明專利]具有附加的富氣調節裝置的傳感器元件

有效

• 申請號: 200780048634.2
• 申請日: 2007-12-04
• 公開（公告）號: CN101573613A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發明（設計）人: H·朗格;H·賴因沙根
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: G01N27/419
• 分類號: G01N27/419
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 曹 若;梁 冰

技術領域

本發明涉及已公開的傳感器元件。這些傳感器元件是以一定的固體 的電解特性，也就是這些固體的傳導一定的離子的能力為基礎。這種類 型的傳感器元件特別是應用在汽車中，以測量空氣燃料混合氣的成分。 特別是這種類型的傳感器元件用在所謂的“Lambda探頭”中，并且在 降低無論是汽油機還是柴油機技術中的廢氣中的有害物質方面起著重 要作用。

在這種情況中通常在燃燒技術中用這種所謂的空氣系數“Lambda” (λ)表示實際提供的空氣質量和燃燒理論上所需要的(也就是化學計 算的)空氣質量之間的比例。在這種情況中借助一個或者多個傳感器部 件大多在內燃機的廢氣管道中的一個或者多個部位測量空氣系數。相應 地“富的”混合氣(也就是燃料富余的混合氣)具有空氣系數λ＜1，而 “貧的”混合氣(也就是燃料缺少的混合氣)具有一個λ＞1的空氣系數。 除了汽車技術以外這種類型的和類似的傳感器元件也應用在其它的技 術領域(特別是在燃燒技術領域)，例如在航空技術中，或者應用在例 如在供暖設備或者發電廠中的燃燒器的調節中。現有技術已公開了許多 不同實施形式的傳感器元件，例如在Robert?Bosch股份有限公司的 “Sensoren?im?Kraftfahrzeug(汽車中的傳感器)”，2001年6月，第112 頁-117頁，或者在T.Baunach?et?al.的“Sauberes?Abgas?durch Keraiksensoren”，Physik?Journal?5(2006)Nr.5，第33-38頁中有描述。

有一種實施形式是所謂的“階躍探頭”(Sprungsonde)。它的測量 原理是建立在測量一個暴露在參考氣體中的參考電極和一個暴露在待 測量的混合氣中的測量電極之間的電化學的電位差的基礎之上的。參考 電極和測量電極通過固體電解質彼此連接，其中，由于它的氧離子傳導 特性通常將二氧化鋯(例如釔-穩定化的二氧化鋯)或者類似的陶瓷用 作固體電解質。理論上恰好在富混合氣和貧混合氣之間的過渡中電極之 間的電位差具有特征性的階躍。人們可以利用這個階躍，以測量和/或調 節混合氣的成分。例如在DE?10?2004?035?826?A1，DE?199?38?416?A1和 DE?10?2005?027?225?A1描述了這種類型的階躍探頭的一些不同的實施 例，這些階躍探頭也稱作“能斯特元件”。

代替地或者除了階躍探頭外還使用一種所謂的“泵元件”。在這種 泵元件中給兩個通過固體電解質連接的電極提供“泵電壓”，其中，通 過泵元件測量“泵電流”。和階躍探頭的原理的區別在于在泵元件中通 常是將兩個電極和待測量的混合氣連接。在這種情況中，兩個電極之一 (首先通過一個可滲透的保護層)直接暴露在待測量的混合氣中。也可 代替地將這個電極暴露在參考氣體中。然而通常是如此地設計兩個電極 中的第二電極的，即混合氣不能直接到達這個電極，而是首先必須穿過 一個所謂的“擴散阻擋層”，以便到達一個和這個第二電極相鄰的空腔 室。通常將一種具有根據目標可調節的孔徑的多孔的陶瓷結構用作擴散 阻擋層。當貧廢氣穿過這個擴散阻擋層進入到空腔室時借助泵電壓將第 二負電極上的氧分子電化學地還原成氧離子，并且通過固體電解質被輸 送到第一正電極，并且在那里作為自由氧重新輸出。通常這些傳感器元 件在一種所謂的極限電流工作方式中運行，也就是在這樣一種工作方式 中，在這種工作方式中是如此地選擇泵電壓的，即通過擴散阻擋層進入 的氧全部地泵給到對應的電極上。在這種工作方式中泵電流和廢氣混合 物中的氧的分壓力接近成比例，因此，這種類型的傳感器元件常常也叫 做比例傳感器。和階躍傳感器相反，泵元件可在一個比較寬的領域用于 空氣系數Lambda，因此泵元件特別用在所謂的寬帶傳感器中，以測量， 和/或調節λ＝1以外的混合氣的成分。

上述階躍元件和泵元件的傳感器原理也可有利地組合使用，即所謂 的“多元件”。這樣，傳感器元件就可以包括一個或者多個按照階躍傳 感器原理工作的元件和一個或多個泵元件。在EP?0?678?740?B1中描述了 一個“雙元件”的實例。在這種情況中借助能斯特元件測量在上面所描 述的、且和泵元件的第二電極相鄰的空腔室中的氧分壓力，并且通過調 節如此地制導泵電壓，即始終在空腔室中保持λ＝1的條件。已公開這種 多元件結構的不同的改型。