用于运行用于证明测量气体中的具有结合的氧的测量气体组分的至少一个份额的传感器的方法

技术领域

背景技术

由现有技术已知多种用于通过感测氧的份额来证明气体混合物中、尤其内燃机废气中的具有结合的氧的测量气体组分的至少一个份额的方法和传感器，所述份额通过具有结合的氧的测量气体组分的还原而产生。

用于证明气体混合物中的具有结合的氧的测量气体组分的至少一个份额的传感器例如在Reif,K.,Deitsche,K-H.etal.,机动驾驶技术手册，Springer Vieweg,Wiesbaden,2014,1339-1347中描述，所述传感器也缩写为或简称为NO

目前在汽车技术中使用的氮氧化物传感器(NO

在氮氧化物传感器运行时，将氧的所谓O

因此，在此引起的泵电流I

尽管由现有技术已知的传感器和用于运行传感器的方法具有优点，然而它们仍然包含改进潜力。传感器元件的温度通过加热器供给装置(电压、电流)的脉宽调制(PWM)来控制。PWM的电压通过场效应晶体管(FET)直接从传感器控制单元(SCU)的供给装置电压(12V)被截取。由此，在PWM的作用阶段(An-Phase)中，系统的SCU供给电压被施加到传感器试样中的传感器元件的加热曲折部上。例如，NO

发明内容

因此，提出一种用于运行传感器的方法，该传感器用于证明测量气体中的具有结合的氧的测量气体组分的至少一个份额，该方法至少在很大程度上避免了用于运行这些传感器的已知方法的缺点并且该方法在至少500ms的时间间隔中允许可靠并且连续的诊断，而不影响或者说干扰NO

在根据本发明的用于运行传感器的方法中，电子控制器与传感器元件连接，所述传感器用于证明在测量气体中、尤其是在内燃机的废气中的具有结合的氧的测量气体组分的至少一个份额，其中，所述传感器包括传感器元件，其中，所述传感器元件具有第一泵单元、参考单元和第二泵单元，所述第一泵单元具有外侧的泵电极和内侧的泵电极并且所述第一泵单元贴靠在与所述测量气体连通的第一空腔上，所述参考单元具有能斯特电极和参考电极并且所述参考单元贴靠在参考气体腔上，所述第二泵单元具有泵电极和对电极并且所述第二泵单元贴靠在第二空腔上，所述电子控制器至少具有用于第一泵单元的第一分立的接头、用于第二泵单元的第二分立的接头、用于能斯特电压的接头和共同的接头，其中，外侧的泵电极借助于第一导电连接与第一分立的接头连接，其中，内侧的泵电极借助于第二导电连接与共同的接头连接，其中，参考电极借助于第三导电连接与用于能斯特电压的接头连接，其中，泵电极借助于第二导电连接与共同的接头连接，其中，对电极借助于第四导电连接与第二分立的接头连接，其中，在第四导电连接中设置有测量电阻，其中，在共同的接头上施加预先确定的电压，其中，借助于控制器针对预先确定的时间改变预先确定的电压，以产生测量信号。

通过对传感器元件的所有单元的共同参考量的电压激励，例如在测量电阻上产生可被分析评价的测量信号，所述测量信号允许在断开或闭合的电流回路之间进行区分。换句话说，通过共同的参考量的变化，在IP2测量分流部(Messshunt)上通过外部激励、尤其是在电流回路断开的情况下产生IP2信号。从而，即使在测量运行期间也可以可靠地识别出NO

在一个扩展方案中，预先确定的时间为0.08ms至2ms，并且优选为0.5ms至1ms。精确的时间取决于硬件的容量和NO

在一个扩展方案中，针对预先确定的时间降低预先确定的电压。由此，测量电阻上的电流流动被提高并且可以被分析评价。

在一个扩展方案中，针对预先确定的时间这样降低预先确定的电压，使得在所述第二分立的接头与共同的接头之间形成455mV至1500mV和优选460mV至500mV的电压差。由此，在测量分流部上引起可明显测量到的电流变化。如果COM电压被降低，则在导线完好的情况下，导线上的电流脉冲是不可见的。如果存在IP2导线的导线中断，则在测量分流部上的显著电流变化是可识别的。通过在断开的导线中降低COM电压，U

在一个扩展方案中，针对预先确定的时间这样降低预先确定的电压，使得在第二分立的接头与共同的接头之间形成600mV到1500mV并且优选650mV到1300mV的电压差。作为稍微下降的替代方案，COM电压也可以降低更显著的电压差。对测量分流部的影响与气体混合物无关并且可以在导线损坏的情况下被随时探测到。

在一个扩展方案中，如果测量信号针对预先确定的时间不具有改变，则第四导电连接被识别为完好的，而如果测量信号针对预先确定的时间具有改变，则第四导电连接被识别为损坏的。相应地，可以借助IP2导线的测量分流部上的电流变化来实现对IP2导线的状态的诊断。

通过短暂地降低在虚拟地线(COM)上、NO

在一个扩展方案中，测量信号是经测量电阻的电压降。由此，可以获得可由控制器良好地处理的信号。

此外，提出一种计算机程序，该计算机程序被设立用于执行根据本发明的方法的每个步骤。

此外，提出一种电子存储介质，在该电子存储介质上存储有用于执行根据本发明的方法的计算机程序。

此外，本发明包括一种电子控制器，该控制器包括根据本发明的电子存储介质，所述存储介质具有所说的用于执行根据本发明的方法的计算机程序。

最后，本发明还涉及一种用于证明在测量气体中、尤其是内燃机废气中的具有结合的氧的测量气体组分的至少一个份额的传感器，所述传感器包括传感器元件，其中，所述传感器元件具有第一泵单元、参考单元和第二泵单元，所述第一泵单元具有外侧的泵电极和内侧的泵电极并且所述第一泵单元贴靠在与测量气体连通的第一空腔上，所述参考单元具有能斯特电极和参考电极并且所述参考电极贴靠在参考气体腔上，所述第二泵单元具有泵电极和对电极并且所述第二泵单元贴靠在第二空腔上，其中，所述传感器还具有根据本发明的电子控制器。

在本发明的范围中，固体电解质可以理解为具有电解特性、即具有离子传导特性的实体或物体。尤其可以涉及陶瓷的固体电解质。这也包括固体电解质的原材料，并因此形成为所谓的生坯或棕坯，所述生坯或棕坯在烧结之后才变成固体电解质。尤其，固体电解质可以构造为固体电解质层或由多个固体电解质层来构造。在本发明的范围中，层应理解为在一定高度的面式延伸中的统一接地，所述接地位于其他元件上方、其他元件下方或其他元件之间。

在本发明的范围中，电极通常理解为如下元件，该元件可以与固体电解质这样接触，使得通过固体电解质和电极可以维持电流。相应地，所述电极可以包括这样一个元件，在该元件上可以将离子嵌入到固体电解质中和/或将其从固体电解质脱出。典型地，电极包括贵金属电极，该贵金属电极例如可以作为金属-陶瓷电极施加在固体电解质上或者可以以其它方式与固体电解质连接。典型的电极材料是铂-陶瓷电极。然而原则上也可以使用其它贵金属，例如金或钯。

在本发明的范围中，加热元件应理解为这样一种元件，该元件用于将固体电解质和电极至少加热到其功能温度并且优选加热到其运行温度。功能温度是这样的温度，自该温度起固体电解质对于离子而言变得导通并且该温度约为350℃。运行温度与上述温度不同，该运行温度是这样的温度，传感器元件通常在在该温度的情况下运行并且该温度高于功能温度。运行温度例如可以为从700℃到950℃。加热元件可以包括加热区域和至少一个输送轨道。在本发明的范围中，加热区域应理解为加热元件的在层结构中沿垂直于传感器元件表面的方向与电极重叠的区域。通常，加热区域在运行期间比输送轨道更强烈地加热，使得它们是可区分的。例如，可以通过加热区域具有比输送轨道更高的电阻来实现不同的加热。加热区域和/或输送导线例如构造为电阻轨道并且通过施加电压来加热。加热元件可以例如由铂-陶瓷制造。

通过降低COM电压，U

本发明能通过监控COM导线上的电信号被良好且简单地证明。如果在正常的测量运行期间利用示波器专门地测量在传感器和控制器之间的导线上的电压变化/电流变化，则使用在本发明中所述的电路和方法。

附图说明

由在下面对在附图中示意性示出的优选实施例的描述得到本发明的其它可选的细节和特征。

附图示出了：

图1示出根据本发明的传感器的原理结构，

图2示出传感器的一部分，该传感器具有附接在其上的控制器的一部分，

图3作为电路图示出第二泵单元和控制器的一部分，

图4示出在传感器中在第四导电连接完好的情况下电压和测量信号的时间变化过程的第一示例，

图5示出在传感器中在第四导电连接损坏的情况下电压和测量信号的时间变化过程的第二示例，和

图6示出在具有完好的第四电导线的传感器中电压、电流和测量信号的时间变化过程的第三示例，

图7示出在具有损坏的第四电导线的传感器中电压(NO

具体实施方式

图1示出了根据本发明的传感器100的原理结构，该传感器特别适合于执行根据本发明的方法。

传感器100设置用于证明气体混合物、例如内燃机的废气中的具有结合的氧的测量气体组分的、下面示例性地称为氮氧化物NOx的至少一个份额，为此，传感器元件110包括第一泵单元112，所述第一泵单元构造在外侧的泵电极114和内侧的泵电极116之间。在此，借助于多孔的氧化铝层118与传感器100的周围环境分开的外侧的泵电极114具有第一导电连接120，通过所述第一导电连接可以在第一泵单元112中产生第一泵电流I

此外，传感器元件110具有电参考单元130，所述电参考单元具有能斯特电极132和参考电极134。能斯特电极132通过第二导电连接124与内侧的泵电极116一起连接至共同的接头COM，而参考电极134具有分立的第三导电连接136，该第三导电连接通向外部电子控制器122的用于能斯特电压Vs的接头Vs。参考单元130贴靠在参考气体腔138上。通过在接头V

此外，包含在气体混合物中的、具有结合的氧的测量气体组分即氮氧化物NOx很大程度上不受影响地尤其通过扩散到达传感器元件110的第二泵单元140中，该第二泵单元也可以称为“NO

NO

此外，传感器元件110具有加热元件148，该加热元件借助两个输入导线150与控制器122的接头HTR+和HTR-连接，通过这些接头可以将加热电流引入到加热元件148中，该加热元件可以借助加热功率的产生将传感器元件110带到所希望的温度。

图2示出了传感器100的一部分，该传感器具有附接在其上的控制器122的一部分。控制器122具有与用于能斯特电压的接头Vs连接的模数转换器152。控制器122还具有与共同的接头COM连接的COM电压源154。控制器122还具有激励信号源156，该激励信号源与运算放大器158的正极连接。在所示实施例中，运算放大器158是电压跟随器。COM电压源154同样与运算放大器158的正极连接。运算放大器158又与第二接头P2连接。在第四电导线146中，在第二接头P2和对电极144之间布置有测量电阻160。

图3作为电路图示出了第二泵单元144和控制器122的一部分。在此，图3用于解释本发明所基于的技术关系。简化地，第二泵单元140作为电容器和电阻的并联和串联电路被示出。在图3中可以识别出第二导电连接124，该第二导电连接从第二泵单元140或者说泵电极142通向共同的接头COM。在图3中也可以识别出第四导电连接146，其从第二泵单元140或者说NO

图4示出了在传感器100中在第四导电连接146完好的情况下电压和测量信号的时间变化过程的第一示例。在X轴168上绘制时间。在Y轴170上绘制施加到加热元件148上的电加热电压U

图5示出了在传感器100中在第四导电连接146损坏的情况下电压和测量信号的时间变化过程的第二示例。下面仅阐述与图4中所示的示例的区别，并且相同的构件或特征设有相同的附图标记。如果测量信号174针对预先确定的时间具有改变，则第四导电连接146被识别为损坏的。如果第四导电连接146存在中断，则通过COM上的电压变化引起在第四导电连接146上的经过测量电阻160的明显电流流动。在所示的示例中，存在断开的电流回路，使得测量信号174从时间点178起针对预先确定的时间具有明显下降180。

图6示出了在传感器100中在第四导电连接146完好的情况下电压和测量信号的时间变化过程的第三示例。在X轴168上绘制时间。在Y轴170上从上向下看，绘制了施加到第二泵单元140上的电压U

为了可以驱动第二泵单元140，必须在泵电极142和对电极144之间施加足够大的、调节到固定值的电压U

图7示出了在传感器100中在第四导电连接146损坏的情况下电压和测量信号的时间变化过程的第四示例。下面仅阐述与图6中所示的示例的区别，并且相同的构件或特征设有相同的附图标记。如果测量信号168针对预先确定的时间具有改变，则第四导电连接146被识别为损坏的。如果第四导电连接146存在中断，则通过COM上的电压变化引起在第四导电连接146上经过测量电阻160的明显电流流动。在所示的示例中，存在断开的电流回路，使得从时间点178起，测量信号174在正常情况下针对预先确定的时间具有明显更高的电势，例如750mV的电势，而不是450mV的电势。明确强调的是，对于第四导电连接的状态的判断而言，仅仅考察施加到第二泵单元140上的电压U