[发明专利]用于修正传感器元件的泵送电流的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于运行传感器元件、尤其是宽带氧气探头（Breitbandlambdasonde）的方法。

现有技术

已知用于确定气体混合物中的气体组分浓度的不同的传感器元件。因此例如采用所谓的氧气探头来确定描述空气与燃料的比例的空气系数。该比例对于燃料在内燃机中的燃烧以及对于废气后处理具有决定性的意义。

对于废气中的剩余氧气含量的测量，跳跃探头（Sprungsonde）和宽带探头在原理上是已知的。在跳跃探头的情况下，相对于氧气环绕的参考电极来测量废气侧的电极的电位。跳跃探头可以识别从富油混合物向贫油混合物的过渡以及从贫油混合物向富油混合物的过渡。宽带氧气探头可以在显著较宽的范围上、也就是既在富油范围中也在贫油范围中测量废气中的剩余氧气含量。该宽带氧气探头主要由常规的作为原电池起作用的浓度探头（能斯特（Nernst）探头）以及极限电流电池或“泵送”电池的组合所组成。从外部将电压施加到泵送电池上。如果电压足够大，则出现与电池两侧上的氧气浓度的差成比例的极限电流。与极性有关地用电流运送氧原子。通过电子调节电路，由泵送电池从废气中向浓度探头总是恰好输送这么多的氧气，使得状态λ = 1存在着。与废气中的氧气含量或富油气体含量成比例的相应的泵送电流形成宽带氧气探头的输出信号。根据在测量气体室中的能斯特电极和参考室中的氧气环绕的参考电极之间的能斯特电压的确定来进行测量气体室中的浓度的测量。为了达到对于氧离子输送所需的运行温度，宽带氧气探头装备了集成的加热装置。

氧气探头的测量信号既取决于空气特征数λ、也就是混合物中的空气与燃料的比例，也取决于存在着的绝对压力。废气的绝对压力随着内燃机的汽缸点火的频率而在几百毫巴附近波动。随着每一个压力脉冲，输入到氧气探头的测量气体室中的贫油气体组分或富油气体组分的量短时地强烈提高并且随后又强烈降低。由于泵送电流的调节器很快地反应，该调节器可以在输入阶段中快速地泵送出附加的气体组分，这些附加的气体组分显示出与λ=1的空室中的额定浓度的偏差。因此在随后的低压阶段中，与在高压阶段期间已输入的气体组分相比，输送出更少的气体组分。通过合适的电子滤波可以平整泵送电流的出现的振荡。但是总体上导致随着特性曲线精度的损失而带来的平均泵送电流的偏移。

将随之而来的不精确性最小化的方案使用将废气与测量气体室分开的扩散屏障的尽可能紧密的实施方案。不过由此提高了氧气探头的静态压力相关性。用于减小动态压力相关性的作用的另一种措施是与扩散屏障的体积相比减小测量气体室的体积，正如例如从公开文献DE 10 2004 023 004 A1中所得知的那样。由此也可以减少测量信号与动态压力波动的相关性。但是测量气体室的缩小可能随之带来另外的缺点。由于空室的高的扩散阻力，在此情况下仅在电极的前棱边处泵送出氧气并且由此使电极局部过载。这尤其是适用于由于输送到的气态电极毒素的中毒。

与此相对地，本发明所基于的任务在于，提供一种用于运行传感器元件、尤其是宽带氧气探头的方法，该方法允许可靠地补偿泵送电流的动态压力相关性并且因此提高传感器元件的测量精度。该方法也应可以对已有的传感器元件采用，而不必在传感器元件本身处进行另外的改动。

通过一种如权利要求1的对象的方法来解决该任务。由从属权利要求中得出本发明方法的优选的扩展方案。

发明内容

本发明的优点

本发明的方法被设置用于运行传感器元件、尤其是适用于确定气体混合物中的气体组分的浓度的氧气探头。通过施加泵送电压从测量气体室中除去气体组分，并由此推断出气体混合物中的气体组分的浓度。这样的传感器元件尤其是可以是按照所谓的双电池原理或按照所谓的单电池原理工作的宽带氧气探头。根据双电池原理，将测量气体室中的气体组分的浓度调定到可预先给定的值，并从在此所测量的泵送电流推断出气体混合物中的气体组分的浓度。在单电池情况下，可以借助极限电流来测量气体组分的浓度。本发明方法的特征在于，对于泵送电流的修正考虑由动态的压力波动所引起的泵送电流的振荡。例如随着内燃机的汽缸点火的频率所形成的动态的压力波动最终影响泵送电流并因此影响传感器元件的测量信号。本发明的核心在于，识别这些由动态的压力波动所生成的振荡或其频率分量，并相应地修正探头信号。由此可以补偿由压力振荡所引起的泵送电流的比平均值偏移，由此显著改善了传感器元件的测量精度。