[发明专利]用于诊断排气传感器的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于诊断内燃机的排气传感器、尤其是线性氧探头的设备和方法。

背景技术

在内燃机运行时，采用如下排气传感器来遵守法律规定的排放边界值：所述排气传感器的信号被用于对内燃机进行排放调节。经常采用的排气传感器是所谓的二元的和线性的拉姆达探头以及NOx传感器。这类排气传感器分别包括由钇稳定化的二氧化锆陶瓷（ZrO₂）构成的经加热的固体电解质。为了在由二氧化锆构成的排气传感器的情况下能够通过固体电解质测量氧离子流形式的氧浓度或者NOx浓度，设置有对陶瓷的加热。目标温度被调节到预给定的值或者与运行点有关地被先导控制。

基础材料“二氧化锆”具有两个主要的特性：

1.当在排气传感器的一个电极上附有拉姆达=1的氧浓度并且在排气传感器的另一电极上附有拉姆达=无穷的氧浓度（与环境空气同意）时，在这两个电极之间出现450mV的电压。该电压被称为按物理学家瓦尔特能斯脱来命名的能斯脱电压。

2.当通过排气传感器的二氧化锆引导电流时，通过二氧化锆输送氧粒子。

线性排气传感器的流行的实施方案包括两个彼此连接的基本材料“二氧化锆”的单元的装置。在其中一个单元（所谓的能斯脱单元）中，在这种情况下利用上面在第一点所提及的特性。在另外的第二单元（所述另外的第二单元被称作泵浦单元（Pump-Zelle））中，利用上面在第二点所提及的特性。在这种线性排气传感器中，在这两个单元之间存在通过扩散势垒与排气流连接的封闭的单元（所谓的参考腔（Reference Cavity）），在所述封闭的单元中要出现拉姆达=1的氧浓度。只要氧浓度具有拉姆达=1的值，在能斯脱单元的电极之间就可以测量到450mV的电压。然而，只要由偏离排气中的为拉姆达=1的理想氧浓度造成氧粒子通过扩散势垒流入或者流出，在封闭的单元中，氧浓度就受影响。由此，在能斯脱单元的电极之间的电压偏离要实现的450mV。

与排气传感器连接的调节电子装置或者控制设备的任务是测量能斯脱单元上的偏离450mV的电压值并且开始合适的逆反应，以便又达到450mV的电压。逆反应在于通过排气传感器的泵浦单元发送电流。由此，许多氧粒子被输送到封闭的单元中，使得氧浓度又被补偿到拉姆达=1。电流流动（Stromfluss）在这种情况下可以在两个方向上进行，因为排气中的氧浓度不仅可大于拉姆达=1而且可小于拉姆达=1。

在调节技术上，排气传感器因此是必须通过所连接的控制设备保持在工作点中的调节段。

在排气传感器中，尤其是在线性氧探头中，对陶瓷材料的温度进行精确控制，因为排气传感器的测量精度与温度显著有关。常用的用于进行温度测量的方法在于使用交流信号，该交流信号暂时或者连续地被切换到传感器单元上并且暂时地或者连续地被分析。在这种情况下，测量探头单元上的最终得到的交流电压降。所获得的单元阻抗是相对应的单元的温度的间接量度。为了执行阻抗测量，在线性排气传感器的情况下通常使单元电压到450mV上的调节持续确定的时间，以便在该时间区间内确定最终得到的交流电压信号。可替换地，给面向直流电压的能斯脱单元信号叠加有交流电压信号，并且通过合适的模拟滤波电路将对于调节能斯脱电压所需的直流电压信号与对于温度调节所需的交流电压信号相分离。

为了满足法律要求，此外还需要对排气传感器的电端子就短路和中断进行检验。短路能在排气传感器的相应端子上的不寻常的电压上被识别，其方式是将附着在那的电压与预给定的上限或者下限进行比较。中断的识别与此相对是困难的并且迄今通过对排气传感器的控制电路的输出信号进行费事的似然性检验来实现。线路中断例如可以依据所测量的内阻和泵浦电流或依据在其上建立的调节回路的特性在发动机的合适的运行条件下被识别。

发明内容

因而，本发明的任务是给出一种设备和一种方法，利用所述设备和方法可以以简单的方式执行故障的识别。

所述任务通过根据权利要求1所述的特征的设备和根据权利要求14所述的特征的方法来解决。有利的扩展方案由从属权利要求得到。