[发明专利]用于对宽带氧传感器的空气基准通道进行诊断的方法和装置

说明书

背景技术

本发明涉及一种用于对宽带氧传感器的基准通道进行诊断的方法，所述宽带氧传感器用于确定废气中的氧含量，其中使用至少一个具有泵单元及奈斯特单元的传感器元件，其中在用于确定废气中的氧含量的测量模式中，一种经过调节的泵电流从所述泵单元中流过，并且由此在测量室与所述废气之间实现了氧离子的交换，并且由此将在所述测量室中的λ值调节到1的数值，其中通过所述奈斯特单元对在所述测量室中的λ值进行监控，并且其中对此来说必要的泵电流的数值取决于氧气浓度，并且由此取决于所述废气的有待确定的λ值，其中所述传感器元件以其电极与用于对所述宽带氧传感器进行操控和测评的控制单元相连接，其中除了所述测量模式之外也设置了至少一种诊断模式。

此外，本发明涉及一种相应的、用于实施所述按本发明的方法的装置。

氧传感器比如在内燃机的排气系中用于测量废气的氧含量，以便对于所述内燃机的燃料-空气-混合物的处理进行控制。所述氧传感器利用由二氧化锆-陶瓷所构成的固体电解质的特性，所述固体电解质自大约300℃的温度起让氧离子通过。在所述固体电解质的至少两个侧面上安装了铂电极。如果所述侧面之一暴露在具有降低了氧气分压的废气下并且另一侧暴露在基准气体、比如空气下，那么氧离子就会通过所述固体电解质来扩散。在这样的集中单元（Konzentrationszelle）的两个电极之间的、由此引起的电压差通过奈斯特方程式来描述，并且可以用于在窄小的、围绕着λ=1的窗口中确定所述废气的λ值。所述λ值代表着当前的、相对于计量化学的空气/燃料比的空气/燃料比。

通过将外部的电压加载到所述电极上这种方式，可以通过所述固体电解质来泵吸氧离子。将这种特性用在所谓的宽带氧传感器中，用于能够在较大的、从稀薄到浓厚的废气的范围内确定所述λ值。为此，一个电极、也就是外部的泵电极朝向所述废气。第二电极作为内部的泵电极通过一种扩散障碍与所述废气相连接。所述第二电极可以布置在所述固体电解质的测量室中，所述测量室通过扩散通道以及所述扩散障碍与所述废气相连接。在一种作为替代方案的结构中，所述两个电极布置在所述固体电解质的、朝向废气的一侧上，其中所述内部的泵电极被所施加的扩散障碍层所遮盖。

外部的泵电极、内部的泵电极以及处于其之间的固体电解质形成一个所谓的泵单元。通过加载一种电压，就将氧离子从所述内部的泵电极运送给所述外部的泵电极。在足够高的电压时，在此出现一种极限电流，该极限电流由从所述扩散障碍中穿过的氧气扩散来确定。所述氧气扩散以及由此为了确定所述λ值而测量的极限电流直接取决于在所述废气中的氧气分压，并且取决于所述扩散障碍的扩散特性。在所述扩散障碍的已知的扩散特性的情况下，可以从所述极限电流中确定所述废气的λ。

另一种作为双单元的宽带氧传感器而熟知的结构由一泵单元和一集中单元的组合所构成。在此，所述外部的泵电极朝向所述废气，并且所述内部的泵电极布置在通过所述扩散障碍与所述废气相连接的测量室中。此外，所述集中单元的、被称为测量电极的第一电极处于所述测量室中。在单独的基准通道中，作为所述集中单元第二电极，在所述固体电解质上施加了基准电极。所述基准通道用具有所定义的氧含量的基准气体、优选通过外部的开口利用空气来填充。

对于这样的双单元的宽带氧传感器来说，通过所述泵单元通过氧离子的抽入或者抽出来将在所述测量室中的λ值调节到优选为1的λ。为此，通过所述集中单元来测量所述测量室中的λ值，并且通过相应的、对于流经泵单元的泵电流的调节来将其调节到λ=1。所述对此来说必要的泵电流取决于通过所述扩散障碍扩散到所述测量室中的氧气量，并且由此取决于所述废气的λ以及所述扩散障碍的扩散特性。在所述扩散障碍的已知的特性的情况下，可以从所述泵电流中确定所述废气的λ。

所述扩散障碍的扩散特性受到较大的制造离散度的影响。因此，在对所述宽带氧传感器的信号进行测评时，必须对个性化的扩散特性加以考虑。

宽带氧传感器的一种实例在DE 10 2008 002 734 A1中得到了说明。

用于运行宽带氧传感器的、用作测评及控制单元的装置比如在DE 10 2010 000 663 A1中得到了说明。在该文件中所说明的控制单元的基本构思、构造和基本功能基本上相当于在本申请人的文件DE 10 2008 001 697 A1中所描述的、用于宽带氧传感器的测评及控制单元。在此，所述控制单元构造为ASIC的形式，并且以CJ 125或者CJ 135的名称为人所知（参见本申请人的、具有标题“CJ135-Lambda Probe Interface IC（CJ135-λ探针界面IC）”的产品信息）。