[发明专利]用于测量氮氧化物的方法和用于执行该方法的装置

说明书

本发明涉及一种用于测量气体流中的氮氧化物的方法，其中，传感器(1)被布置成，使得气体流流动至所述传感器；在传感器(1)的功能层(4)中吸收氮氧化物分子，所述功能层包含对于氮氧化物的敏感材料；测量敏感材料的可测量物理参量，所述可测量物理参量根据在功能层(4)中吸收的氮氧化物分子的浓度而改变，并且借助于所求取的测量值来确定气体流中的氮氧化物的浓度，并且使传感器(1)的功能层(4)达到确定的运行温度并且使所述传感器的功能层保持在该运行温度上，在该运行温度下实现氮氧化物分子的存入和解吸之间的平衡，使得传感器(1)显示出与所谓的剂量计特性偏离的气体传感器特性并且显示出测量参量与周围气体浓度的直接相关性，本发明建议，在功能层(4)中，将由KMnO₄和Al₂O₃组成的材料组合用作敏感材料。

技术领域

本发明涉及对氮氧化物的测量。

背景技术

为了遵守在排气标准中法律规定的内燃机极限值，需要排气后处理系统。为了保证这些系统的有效的、即被调节的运行并且此外也保证其同样法律上要求的持续的诊断(车载诊断，OBD)，需要排气传感器。在稀燃柴油机或者直接喷射式奥托发动机的领域中，排气的脱氮起着重要的作用。在使用NO_x存储催化器(NSK)时，发动机产生的氮氧化物首先借助于特殊的存储材料存储在催化器涂层中。有时，开始再生阶段以释放存储的氮氧化物。这时存在的特殊的还原性的排气气氛导致NO_x转化。将NO_x传感器集成到系统中导致对排气净化和燃料消耗的显著优化。对于借助所谓的选择性催化还原(SCR)转化NO_x的催化器来说，必须单独地提供以氨(NH₃)为形式的还原剂。为此，NH₃在原位由计量加入到排气中的尿素水溶液获得，该尿素水溶液在实践中以名称“AdBlue”已知。了解排气中的氮氧化物浓度是重要的，以便优化还原剂消耗并且同时优化NO_x转化。

在原始排气中待测量的范围在1％至15％范围的氧气浓度(O₂)情况下，对于一氧化氮(NO)约为100至2000ppm，并且对于二氧化氮(NO₂)在20至200ppm。催化器下游的NO_x浓度相应地降低一到二十分之一，并且由于这些较低的浓度，因此测量催化器下游的NO_x浓度(例如，为了检测击穿)是相应困难的。

由于参数选择性、敏感度、在排气中的稳定性、可再现性、反应时间、检测极限和当然由于对于之后的批量应用来说可预期的或允许的成本而使得成功的NO_x传感器的开发变得困难。

由于在燃烧过程中产生的高温，在排气中仅能使用温度稳定的材料。由于机动车辆的强烈不稳定的运行方式，高的气体速度以及尤其是其快速变化还可能导致传感器的温度波动，该温度波动可能影响信号。也要注意所使用的材料的化学稳定性。处于排气中的烟尘颗粒可以沉积在传感器元件的表面上并且抑制分析物到活性传感器层的扩散。

在测量排气中的氮氧化物时的一个大问题是同时对其它排气成分的传感器反应，这被称为传感器的交叉敏感度(Querempfindlichkeit)。因此，交叉敏感度导致对测量信号的错误解释并且相应地导致错误的氮氧化物测量值。因此，交叉敏感度阻碍了排气后处理系统的最佳运行并且例如在NO_x存储催化器中导致具有提高的燃料消耗的再生间隔缩短并且在SCR系统中导致还原剂消耗的提高。此外，对NH₃的交叉敏感度在许多氮氧化物传感器中出现，因为在那里存在附加效应，如形成一氧化氮和水(H₂O)的以下反应示出的那样：

2NH₃+5/2O₂＝2NO+3H₂O

根据该方程式在NH₃氧化时产生的NO被附加地一起测量。