DE102004016986B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Messung mehrerer Abgasbestandteile - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Abgasmesssystem beschrieben, das aufweist einen Messaufnehmer (1), mit einer Außenelektrode (6), zwei Messzellen (4, 8) und einer Umgebungsluft-Referenzelektrode (11) und mit einer Schaltung, welche Sauerstoffionen in Pumpströmen (Ip0, Ip1, Ip2) zwischen den Messzellen (4) und der Außenelektrode (6) pumpt und welche eine Steuerungseinheit (C) umfasst, die Nernst-Spannungen (V0, V1, V2) zwischen den Messzellen (4, 8) und einer Referenzelektrode (11) erfasst und unter Auswertung der erfassten Nernst-Spannungen (V0, V1, V2) einen zweiten Pumpstrom (Ip1) auf einen Sollwert regelt und die in einen ersten und einen zweiten Betriebsmodus schaltbar ist, wobei im ersten Betriebsmodus der Sollwert für den zweiten Pumpstrom (Ip1) höher ist als im zweiten Betriebsmodus und wobei im ersten Betriebsmodus mittels des dritten Pumpstromes (Ip2) der Oxidgehalt und im zweiten Betriebsmodus mittels des ersten Pumpstromes (Ip0) der Sauerstoffgehalt oder Lambda-Wert des Abgases gemessen wird.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasmesssystem mit einem das Abgas einer Brennkraftmaschine erfassenden Messaufnehmer, der eine dem zu messenden Abgas ausgesetzte Außenelektrode, eine erste Messzelle, eine zweite Messzelle, die mit der ersten Messzelle verbunden ist und in der eine Messelektrode angeordnet ist, und eine Referenzelektrode, die der Umgebungsluft ausgesetzt ist, wobei die Messzellen in einem Festkörperelektrolyten liegen und alle Elektroden Kontakt zum Festkörperelektrolyten haben, aufweist, einer Schaltung, welche Sauerstoffionen in einem ersten Pumpstrom zwischen der ersten Messzelle und der Außenelektrode, Sauerstoffionen in einem zweiten Pumpstrom zwischen der zweiten Messzelle und der Außenelektrode und Sauerstoffionen in einen dritten Pumpstrom zwischen der Messelektrode und der Außenelektrode pumpt, und welche eine Steuerungseinheit umfasst, die Nernst-Spannungen zwischen den Messzellen und einer Referenzelektrode erfasst und unter Auswertung der erfassten Nernst-Spannungen den zweiten Pumpstrom auf einen Sollwert regelt. Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Betriebsverfahren für einen ein Abgas einer Brennkraftmaschine erfassenden Messaufnehmer, der eine dem zu messenden Abgas ausgesetzte Außenelektrode, eine erste Messzelle, eine zweite Messzelle, die mit der ersten Messzelle verbunden ist und in der eine Messelektrode angeordnet ist, und eine Referenzelektrode, die der Umgebungsluft ausgesetzt ist, wobei die Messzellen in einem Festkörperelektrolyten liegen und alle Elektroden Kontakt zum Festkörperelektrolyten haben, aufweist, und für eine Schaltung, welche Sauerstoffionen in einem ersten Pumpstrom zwischen der ersten Messzelle und der Außenelektrode pumpt, Sauerstoffionen in einem zweiten Pumpstrom zwischen der zweiten Messzelle und der Außenelektrode pumpt und Sauerstoffionen in einen dritten Pumpstrom zwischen der Messelektrode und der Außenelektrode pumpt, wobei Nernst-Spannungen zwischen den Messzellen und einer Referenzelektrode erfasst werden und unter Auswertung der erfassten Nernst-Spannungen der zweite Pumpstrom auf einen Sollwert geregelt wird.
- Solche Systeme mit Messaufnehmer und Schaltung sind zur Messung der NOx-Konzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine üblich, wie es z.B. die
EP 0 816 836 A2 beschreibt. Der Messaufnehmer des Systems weist zwei Messzellen in einem Körper aus Sauerstoffionen leitendem Zirkoniumoxid auf. An ihm verwirklicht die Schaltung folgendes Messkonzept: in der ersten Messzelle, der das Messgas über eine Diffusionsbarriere zugeführt wird, wird mittels eines ersten Sauerstoffionenpumpstroms eine erste Sauerstoffkonzentration eingestellt, wobei möglichst keine Zersetzung von NOx stattfinden soll. In der zweiten Messzelle, die mit der ersten über eine weitere Diffusionsbarriere verbunden ist, wird der Sauerstoffgehalt mittels eines zweiten Sauerstoffionenpumpstroms weiter abgesenkt. Zum Einstellen der Sauerstoffionenpumpströme greift die Schaltung in den jeweiligen Messzellen eine Nernst--Spannung ab, wobei immer Bezug genommen wird auf einen Sauerstoffgehalt, dem eine Referenzelektrode ausgesetzt ist, üblicherweise dem der Umgebungsluft. Weiter werden der zweite Sauerstoffionenpumpstrom und die Nernst-Spannung der Messzelle auf einen Sollwert geregelt. - Aus der
DE 199 07 947 A1 ist eine Schaltung für einen NOx-Messaufnehmer bekannt. Die Nernst-Spannungen in einem NOx-Messaufnehmer, die als Führungsgrößen zur Regelung eines Sau erstoffionenpumpstroms von digitalen Reglern verwendet werden, werden hier zuvor von einer Konditionierungsschaltung vorverarbeitet, die die Nernst-Spannung verstärkt und verschiebt. Hierdurch kann ein Mikrocontroller mit einem 8-Bit-A/D-Wandler verwendet werden, und es werden A/D-Ports eingespart. - Aus der
DE 103 39 969 A1 ist ein störungssignalfreies Gaskonzentrationsmessgerät bekannt. Dieses Gaskonzentrationsmessgerät umfasst einen Gassensor mit einem Festelektrolytkörper, an dem zwei Elektroden zur Bildung einer Pumpzelle angebracht sind, die durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden betätigt wird. Diese Spannung weist jeweilige diskrete Pegel auf, durch die dem von der Pumpzelle erzeugten Pumpstrom unerwünschte scharfe Stromspitzen hinzugefügt werden. Das Gaskonzentrationsmessgerät führt daher eine Glättung oder Verzerrung der an die Pumpzelle anzulegenden Spannung oder des Pumpzellenstromes durch, wodurch die scharfen Stromspitzen des Pumpzellenstroms unterdrückt werden. - Die Zersetzung von NOx an einer in der zweiten Messzelle befindlichen Messelektrode führt zu einem dritten Sauerstoffionenpumpstrom, der ein Maß für die NOx-Konzentration ist. Der gesamte Messaufnehmer wird dabei mittels eines elektrischen Heizers auf eine erhöhte Temperatur, z.B. 750°C, gebracht.
- Das erwähnte NOx-Messsystem ist in der Lage, Oxide im Abgas zu erfassen. Für andersartige Gaskomponenten oder Gasparameter ist es jedoch nicht ausreichend tauglich. Für solche Komponenten ist es bislang unumgänglich, separate Sensoren zu verwenden. Dies gilt besonders für den Bereich der Automobiltechnik, wo es bekannt ist, für die Sauerstoffmessung zusätzlich zu dem erwähnten NOx-Messsystem separate Sauerstoff- oder Lambdasensoren einzusetzen. Der durch mehrere Sensoren bedingte Aufwand ist selbstverständlich unerwünscht.
- Es liegt deshalb der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Messsystem so fortzubilden, dass ohne zusätzlichen Sensoraufwand mehrere Gasbestandteile erfasst werden können.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Abgasmesssystem der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Steuerungseinheit der Schaltung in einen ersten und einen zweiten Betriebsmodus schaltbar ist, wobei im ersten Betriebsmodus der Sollwert für den zweiten Pumpstrom höher ist, als im zweiten Betriebsmodus und wobei im ersten Betriebsmodus aus dem Wert des dritten Pumpstromes ein Messsignal für einen Oxidgehalt im Gas und im zweiten Betriebsmodus aus dem ersten Pumpstrom ein Messsignal für einen Sauerstoffgehalt oder Lambda-Wert des Abgases abgeleitet wird. Die Aufgabe wird weiter mit einem Betriebsverfahren der eingangs genannten Art für einen ein Abgas erfassenden Messaufnehmer gelöst, bei dem ein erster und ein zweiter Betriebsmodus vorgesehen sind, wobei im ersten Betriebsmodus der Sollwert für den zweiten Pumpstrom höher gewählt wird, als im zweiten Betriebsmodus und wobei im ersten Betriebsmodus aus dem Wert des dritten Pumpstromes ein Messsignal für einen Oxidgehalt im Gas und im zweiten Betriebsmodus aus dem ersten Pumpstrom ein Messsignal für einen Sauerstoffgehalt oder Lambda-Wert des Abgases abgeleitet wird.
- Erfindungsgemäß wird also ein an und für sich für die Messung einer des Abgas-Oxidgehaltes (z.B. NOx) bekannter Sensor nun in zwei unterschiedlichen Betriebsmodi betrieben, so dass das Erfassen zweier stofflicher Abgasparameter durch einfaches Umschalten zwischen den Betriebsmodi mit einem Messaufnehmer erfolgt. Dabei wird erfindungsgemäß bewusst auf eine gleichzeitige Messung der beiden Abgaskomponenten verzichtet. Erst dieser auf den ersten Blick nachteilige Ansatz erlaubt mit geringem Aufwand eine hochgenaue Messung der beiden Komponenten. Da dabei sehr schnell umgeschaltet werden kann, ist für viele Anwendungsfälle eine quasigleichzeitige Messung erreicht.
- Zur Selektion der aktuell gemessenen Abgaskomponente stellt die Schaltung die Ansteuerung des Messaufnehmers, wie er beispielsweise in der
EP 0 816 836 A2 oder derDE 199 07 947 A1 beschrieben ist, geeignet ein. - Die Erfindung nutzt dabei die erstmals von den Erfindern gemachte Erkenntnis, dass in der ersten Messzelle ein Maß für den Sauerstoffgehalt oder Lambda-Wert mit guter Genauigkeit gewonnen werden kann, wenn die Pumpströme auf Werte eingestellt werden, die eine zufrieden stellende Oxid-Messung in der zweiten Kammer unmöglich machten. Gleichzeitig ist für eine ausreichend genaue Messung von Oxid-Konzentrationen in der zweiten Messkammer eine magere, d. h. sauerstoffarme Gaszusammensetzung in der ersten Messkammer des Messaufnehmers notwendig, damit dort keine Reduktion der in der zweiten Kammer noch zu erfassenden Oxide auftritt. Für die Oxid-Messung ist somit das Gasgemisch in der ersten Messkammer nicht vollständig chemisch ausreagiert, damit es noch Stickoxide beinhaltet. Eine Sauerstoffkonzentrations- oder Lambdamessung in der ersten Messkammer wäre deshalb bei Bedingungen, die für eine genaue Oxid-Messung in der zweiten Messkammer optimal sind, mit einem vermeidbar großen Fehler behaftet.
- Durch die erfindungsgemäße Wahl der Sollwerte für den zweiten Pumpstrom aus der zweiten Messkammer werden in den beiden Betriebsmodi jeweils optimale Bedingungen für die Messung der entsprechenden Abgaskomponente (Sauerstoff bzw. Lambda oder Oxide) erreicht. Die Erfindung ersetzt also die im Stand der Technik bislang angestrebte gleichzeitige präzise Messung von Sauerstoffgehalt bzw. Lambda-Wert durch eine zeitlich getrennte Messung. Dabei wird man bei Otto-Brennkraftmaschinen den Lambda-Wert des Abgases und bei Dieselbrennkraftmaschinen den Sauerstoffgehalt erfassen. Analog laufen auch die Sauerstoffionenpumpströme dann jeweils invers (in die Zellen bei Diesel, aus den Zellen bei Otto).
- Für eine möglichst genaue Messung des Sauerstoffgehalts bzw. Lambda-Wertes im zweiten Betriebsmodus ist es zweckmäßig, in der ersten Messzelle die Nernst-Spannung zur Referenzelektrode auf einen bestimmten Sollwert einzustellen. Bei einem Sollwert von 450 mV ist dabei ein optimaler Punkt erreicht, bei dem maximale Messgenauigkeit gegeben ist. Es ist deshalb eine Weiterbildung des Abgasmesssystems bevorzugt, bei der die Steuereinheit im zweiten Betriebsmodus die Nernst-Spannung zwischen der ersten Messzelle und der Referenzelektrode auf einen Sollwert, insbesondere von 450 mV, regelt. Für das Betriebsverfahren ist analog als vorteilhafte Weiterbil dung vorgesehen, dass im zweiten Betriebsmodus die Nernst-Spannung zwischen der ersten Messzelle und der Referenzelektrode auf einen Sollwert, insbesondere von 450 mV, geregelt wird.
- Alternativ oder zusätzlich kann beim erfindungsgemäßen Abgasmesssystem für eine genaue Sauerstoffgehalts- oder Lambdamessung vorgesehen werden, dass die Steuereinheit mittels des ersten und zweiten Pumpstromes eine Führungsregelung zur Regelung der Nernst-Spannung zwischen der ersten Messzelle und der Referenzelektrode ausführt. Für das Betriebsverfahren werden die gleichen Vorteile erreicht, wenn mittels des ersten und zweiten Pumpstromes zur Regelung der Nernst-Spannung zwischen der ersten Messzelle und der Referenzelektrode eine Führungsregelung ausgeführt wird.
- Das Umschalten zwischen den Betriebsmodi kann gemäß einem vorgegebenen Zeitraster erfolgen. Falls die Umschaltung jedoch gemäß anderer nicht zu einer festliegenden zeitlichen Reihenfolge führender Kriterien erfolgen soll, muss das Messsystem anzeigen, welcher Abgasparameter gerade gemessen wird. Es ist deshalb eine Ausgestaltung des Abgasmesssystems zweckmäßig, bei der die Schaltung ein Ausgangssignal abgibt, das ein Messsignal für den stofflichen Parameter (Oxide oder Sauerstoff bzw. Lambda) und einen den Betriebsmodus oder den gemessenen stofflichen Parameter anzeigenden Teil enthält. Beim erfindungsgemäßen Betriebsverfahren werden diese Vorteile analog erreicht, wenn ein Ausgangssignal abgegeben wird, das einen die Abgaskomponentenkonzentration anzeigenden Teil und einen den Betriebsmodus oder die gemessene Abgaskomponente anzeigenden Teil enthält.
- Die Umschaltung zwischen den Betriebsmodi kann im Abgasmesssystem eigenständig erfolgen, beispielsweise kann ein bestimmter zeitlich vorgegebener Wechsel ausgeführt werden. Für manche Anwendungen ist es allerdings vorteilhaft, wenn die Schaltung des Abgasmesssystems einen Steuereingang zum Umschalten zwischen erstem und zweitem Betriebsmodus aufweist.
- Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhalber noch näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch eine NOx-Messaufnehmer mit zugehöriger Beschaltung.
- Der dargestellte NOx-Messaufnehmer M erfasst zwei Abgasparameter des Abgases einer Brennkraftmaschine, nämlich die NOx-Konzentration und den Sauerstoffgehalt (bei Dieselanlagen) bzw. den Lambda-Wert (bei Ottoanlagen). Der Messaufnehmer M bildet zusammen mit einer Schaltung, die u. a. ein im Ausführungsbeispiel als Controller ausgebildetes Steuergerät C umfasst, ein Messsystem
1 , das in zwei Betriebsmodi arbeiten kann. In einem ersten Betriebsmodus wird die NOx-Konzentration, in einem zweiten Betriebsmodus der Sauerstoffgehalt bzw. Lambda-Wert des Abgases der Brennkraftmaschine gemessen. Die Betriebsmodi unterscheiden sich hinsichtlich der vom Steuergerät C am Messaufnehmer M eingestellten elektrischen Größen. - Der aus einem Festkörperelektrolyten
2 , im Beispielfall ZrO2, aufgebaute Messaufnehmer M nimmt über eine Diffusionsbarriere3 das zu messende Abgas auf, dessen NOx-Konzentration und/ oder Sauerstoffgehalt bzw. Lambda-Wert bestimmt werden soll. Der gesamte Messaufnehmer M wird durch einen elektrischen Heizer13 auf Betriebstemperatur gebracht. Das Abgas diffundiert durch die Diffusionsbarriere3 in eine erste Messzelle4 . Der Sauerstoffgehalt bzw. Lambda-Wert des Gases in dieser Messzelle4 wird durch Abgriff einer ersten Nernst-Spannung V0 zwischen einer ersten Elektrode5 , die sich in der ersten Messzelle4 befindet, und einer Referenzelektrode11 gemessen, die in einer Referenzzelle12 angeordnet ist. Die Referenzzelle12 ist gegenüber der Umgebungsluft weitgehend abgeschlossen, wobei geeignete Maßnahmen zum Druckausgleich bei wechselndem Umgebungsdruck getroffen sind. - Über eine erste Schaltkreisanordnung wird in der ersten Messzelle
4 eine vorbestimmte Sauerstoffkonzentration eingstellt. Dazu wird die erste Nernst-Spannung V0 von einem durch das Steuergerät C realisierten Regler abgegriffen, der eine Treiberspannung Vp0 stellt, welche einen ersten Sauerstoffionenpumpstrom Ip0 durch den Festkörperelektrolyten2 des Messaufnehmers M zwischen der ersten Elektrode5 und einer Außenelektrode6 treibt. Somit liegt in der ersten Messzelle4 eine vorbestimmte Sauerstoffkonzentration vor, die über die Nernst-Spannung V0 zwischen der Elektrode5 und der Referenzelektrode11 gemessen wird. Die zur Regelung nötige Messung des ersten Sauerstoffionenpumpstroms Ip0 erfolgt über einen Messwiderstand R0m und ein Voltmeter V0m. Diese sind beispielsweise über einen A/D-Wandler mit einem Innenwiderstand realisiert. - Die zweite Messzelle
8 ist mit der ersten Messzelle4 über eine weitere Diffusionsbarriere7 verbunden. Durch diese Diffusionsbarriere7 diffundiert das in der ersten Messzelle4 vorhandene Gas in die zweite Messzelle8 . - In der zweiten Messzelle stellt eine zweite Schaltkreisanordnung eine zweite Sauerstoffkonzentration ein. Dazu wird zwischen einer zweiten Elektrode
9 und der Referenzelektrode11 eine zweite Nernst-Spannung V1 abgegriffen und einem wiederum in Form des Steuergerätes C verwirklichten Regler zugeführt, der eine zweite Treiberspannung Vp1 bereitstellt, mit der ein zweiter Sauerstoffionenpumpstrom Ip1 aus der zweiten Messzelle8 heraus getrieben wird, um den Sauerstoffgehalt in der zweiten Messzelle8 weiter zu reduzieren. Auch hier wird für die Regelung des zweiten Sauerstoffionenpumpstromes Ip1 ein Messwiderstand R1m und ein Voltmeter V1m verwendet. - Das Steuergerät regelt mittels der zweiten Schaltkreisanordnung den zweiten Sauerstoffionenpumpstrom Ip1 so, dass sich in der zweiten Messzelle
8 eine vorbestimmte Sauerstoffkonzentration einstellt. - Die Regelung der erwähnten Pumpströme erfolgt je nach Betriebsmodus unterschiedlich. Damit im ersten Betriebsmodus eine Messung von Oxiden, z.B. NOx, erfolgen kann, ist die vorbestimmte Sauerstoffkonzentration in der ersten Messzelle so gewählt, dass NOx von den ablaufenden Vorgängen nicht betroffen ist, insbesondere nicht zersetzt wird. Das NOx wird dann in der zweiten Messzelle
8 an einer Messelektrode10 , die katalytisch ausgestaltet sein kann, in einem dritten Sauerstoffionenpumpstrom Ip2 von der Messelektrode10 zur Außenelektrode6 hin gepumpt. Da der Restsauerstoffgehalt in der Messzelle8 in dieser ersten Betriebsart so weit abgesenkt ist, dass der dritte Sauerstoffionenpumpstrom Ip2 im wesentlichen nur von Sauerstoffionen getragen wird, die aus der Zersetzung von NOx an der Messelektrode10 stammen, ist der dritte Pumpstrom Ip2 ein Maß für die NOx-Konzentration in der Messzelle8 und somit im zu messenden Abgas. - Der dritte Sauerstoffionenpumpstrom Ip2 wird über einen Messwiderstand R2m und ein Voltmeter V2m ermittelt, und wie die vorherigen Pumpströme von einer Treiberspannung, in diesem Fall Vp2, getrieben, die vom Steuergerät C vorgegeben wird, welcher eine dritte Nernst-Spannung V2 zwischen der Messelektrode
10 und der Referenzelektrode11 abgreift. - Für den ersten Betriebsmodus werden die zweite und dritte Nernst-Spannungen V1 und V2 sowie der dritte Pumpstrom Ip1 auf konstante Werte geregelt. Dies geschieht über Änderungen der ersten und dritten Pumpströme Ip0 und Ip2. Für die ausreichend genaue Erfassung der NOx-Konzentration stellt das Steuergerät C dabei eine magere Mischung in der ersten Messkammer
4 des Messaufnehmers M ein, damit dort keine Reduktion der Stickoxide erfolgt, wodurch das Gasgemisch in der ersten Kammer nicht vollständig chemisch ausreagiert ist und noch Stickoxide beinhaltet. - Für den ersten Betriebsmodus zur Erfassung von Stickoxiden gilt also: Der erste Pumpstrom Ip0 wird so eingestellt, dass Sollwerte für V1, Ip1 eingehalten werden. Der dritte Pumpstrom Ip2 wird so eingestellt, dass ein Sollwert für V2 eingehalten wird.
- Für den zweiten Betriebsmodus steuert das Messgerät C die Sollwerte für die zweite Nernst-Spannung V1 sowie den zweiten Pumpstrom Ip1 so ein, dass sich eine andere vorbestimmte erste Nernst-Spannung V0 in der ersten Messkammer
4 einstellt, vorzugsweise ein Wert von 450 mV. Der erste Pumpstrom Ip0 dient dann als Maß für den Sauerstoffgehalt oder Lambda-Wert des Abgases und ist stetig, je nach Bauart sogar insbesondere linear, von der Messgröße abhängig. - Damit der erste Pumpstrom Ip0 als ausreichend genaues Maß für Sauerstoffgehalt bzw. Lambda-Wert dienen kann, kann auch eine Führungsregelung in der ersten Messkammer
4 vorgenommen werden, wobei die erste Nernst-Spannung V0 als Regelsignal dient. - Für den zweiten Betriebsmodus zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes bzw. des Lambda-Wertes gilt somit: Der erste Pumpstrom Ip0 wird so eingestellt, dass Sollwerte für V1, Ip1 eingehalten werden, damit V0 stöchiometrische Verhältnisse anzeigt, z.B. 450 mV. Der dritte Pumpstrom Ip2 wird nicht benötigt. Oder es wird direkt eine Ip0-V0-Regelung realisiert (z.B. auf 450 mV), wie sie von linearen Lambdasonden her bekannt ist.
- Das Steuergerät C weist einen zweiteiligen Ausgang auf. Am ersten Teil des Ausgangs liegt ein Signal an, das den Betriebsmodus anzeigt, beispielsweise ein das gemessene Gas kodierendes Signal. Am zweiten Teil des Ausgangs A wird ein den Konzentrationswert anzeigendes Signal ausgegeben. Über einen Eingang S kann am Steuergerät C eine Einstellung des Betriebsmodus vorgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich kann über den Eingang S beispielsweise vom Steuergerät einer Brennkraftmaschine eine Anforderung an das Gasmesssystem zum Messen eines Abgasparameters (Oxidgehalt oder Sauerstoffgehalt bzw. Lambda-Wert) eingegeben werden. Die Eingabe über den Eingang S kann analog oder digital erfolgen, wie auch der Ausgang A ein analoges oder digitales Signal führen kann.
Claims (9)
- Gasmesssystem mit – einem ein Abgas einer Brennkraftmaschine erfassenden Messaufnehmer (
1 ), mit einer dem zu messenden Abgas ausgesetzte Außenelektrode (6 ), einer ersten Messzelle (4 ), einer zweiten Messzelle (8 ), die mit der ersten Messzelle (4 ) verbunden ist und in der eine Messelektrode (10 ) angeordnet ist, und einer Referenzelektrode (11 ), die der Umgebungsluft ausgesetzt ist, wobei die Messzellen (4 ,8 ) in einem Festkörperelektrolyten (2 ) liegen und alle Elektroden (10 ,11 ) Kontakt zum Festkörperelektrolyten (2 ) haben, und – einer Schaltung, welche in einem ersten Pumpstrom (Ip0) Sauerstoffionen zwischen der ersten Messzelle (4 ) und der Außenelektrode (6 ), in einem zweiten Pumpstrom (Ip1) Sauerstoffionen zwischen der zweiten Messzelle (8 ) und der Außenelektrode (6 ) und in einen dritten Pumpstrom (Ip2) Sauerstoffionen zwischen der Messelektrode (10 ) und der Außenelektrode (6 ) pumpt und eine Steuerungseinheit (C) umfasst, die Nernst-Spannungen (V0, V1, V2) zwischen den Messzellen (4 ,8 ) und einer Referenzelektrode (11 ) erfasst und unter Auswertung der erfassten Nernst-Spannungen (V0, V1, V2) den zweiten Pumpstrom (Ip1) auf einen Sollwert regelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (C) in einen ersten und einen zweiten Betriebsmodus schaltbar ist, wobei im ersten Betriebsmodus der Sollwert für den zweiten Pumpstrom (Ip1) höher ist, als im zweiten Betriebsmodus und wobei die Steuerungseinheit (C) im ersten Betriebsmodus aus dem Wert des dritten Pumpstromes (Ip2) ein Messsignal für einen Oxidgehalt im Abgas und im zweiten Betriebsmodus aus dem ersten Pumpstrom (Ip0) ein Messsignal (7 ) für einen Sauerstoffgehalt oder Lambda-Wert des Abgases ableitet. - Gasmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (C) im zweiten Betriebsmodus die Nernst-Spannung (V0) zwischen der ersten Messzelle (
4 ) und der Referenzelektrode (11 ) auf einen Sollwert, insbesondere von 450 mV, regelt. - Gasmesssystem nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (C) mittels des ersten und zweiten Pumpstromes (Ip0, Ip1) eine Führungsregelung zur Regelung der Nernst-Spannung (V0) zwischen der ersten Messzelle (
4 ) und der Referenzelektrode (11 ) ausführt. - Gasmesssystem nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (C) ein Ausgangssignal (A) abgibt, das einen Abgaskomponentengehalt anzeigenden Teil und einen den Betriebsmodus oder die gemessene Abgaskomponente anzeigenden Teil enthält.
- Gasmesssystem nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Steuereingang (S) zum Umschalten zwischen ersten und zweiten Betriebsmodus.
- Betriebsverfahren für einen ein Abgas einer Brennkraftmaschine erfassenden Messaufnehmer (
1 ), der aufweist eine dem zu messenden Abgas ausgesetzte Außenelektrode (6 ), eine erste Messzelle (4 ), eine zweite Messzelle (8 ), die mit der ersten Messzelle (4 ) verbunden ist und in der eine Messelektrode (10 ) angeordnet ist, und eine Referenzelektrode (11 ), die der Umgebungsluft ausgesetzt ist, wobei die Messzellen (4 ,8 ) in einem Festkörperelektrolyten (2 ) liegen und alle Elektroden (10 ,11 ) Kontakt zum Festkörperelektrolyten (2 ) haben, und eine Schaltung, welche eine erste Schaltkreisanordnung, die Sauerstoffionen in einem ersten Pumpstrom (Ip0) zwischen der ersten Messzelle (4 ) und der Außenelektrode (6 ) pumpt, eine zweite Schaltkreisanordnung, die Sauerstoffionen in einem zweiten Pumpstrom (Ip1) zwischen der zweiten Messzelle (8 ) und der Außenelektrode (6 ) pumpt, eine dritte Schaltkreisanordnung, die Sauerstoffionen in einen dritten Pumpstrom (Ip2) zwischen der Messelektrode (10 ) und Außenelektrode (6 ) pumpt, wobei Nernst-Spannungen (V0, V1, V2) zwischen den Messzellen (4 ,8 ) und einer Referenzelektrode (11 ) erfasst werden und unter Auswertung der erfassten Nernst-Spannungen (V0, V1, V2) der zweite Pumpstrom (Ip1) auf einen Sollwert geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster und ein zweiter Betriebsmodus vorgesehen sind, wobei im ersten Betriebsmodus der Sollwert für den zweiten Pumpstrom (Ip1) höher ist, als im zweiten Betriebsmodus und wobei im ersten Betriebsmodus aus dem Wert des dritten Pumpstromes (Ip2) ein Messsignal für einen Oxidgehalt im Gas und im zweiten Betriebsmodus aus dem ersten Pumpstrom (Ip0) ein Messsignal (7 ) für einen Sauerstoffgehalt oder Lambda-Wert des Abgases abgeleitet wird. - Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Betriebsmodus die Nernst-Spannung (V0) zwischen der ersten Messzelle (
4 ) und der Referenzelektrode (11 ) auf einen Sollwert, insbesondere von 450 mV, geregelt wird. - Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des ersten und zweiten Pumpstromes (Ip0, Ip1) zur Regelung der Nernst-Spannung (V0) zwischen der ersten Messzelle (
4 ) und der Referenzelektrode (11 ) eine Führungsregelung ausgeführt wird. - Verfahren nach einem der obigen Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgangssignal (A) abgegeben wird, das einen die Abgaskomponentenkonzentration anzeigenden Teil und einen den Betriebsmodus oder die gemessene Abgaskomponente anzeigenden Teil enthält.
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