CN103291429B - 用于诊断排气传感器的电接触的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于诊断排气传感器的电接触的方法。本发明描述了一种用于诊断排气传感器的电接触的方法，其中，借助两个电源(I1，I2)将电流注入到所述排气传感器的泵单元(PZ)和参考单元(RZ)中。在线路有故障时，相对应的电流不能流过，并且相对应的电源(I1，I2)上的电压取大的值。在第二线路(L2)有故障的情况下，对与所述两个单元(PZ，RZ)的连接点相连的第二端子(2)上的电压的测量在借助第二开关(S2)分离相对应的第二端子(2)与参考电势(Vm)时得出低的值，因为单元电容不会被充电到参考电势(Vm)。

Description

用于诊断排气传感器的电接触的方法
技术领域
本发明涉及一种用于诊断具有两个单元的排气传感器的电接触的方法，其中，在排气传感器的第一端子与第二端子之间互连(verschalten)所述单元中的第一单元，并且在第二端子与第三端子之间互连所述单元中的第二单元。
背景技术
常常采用线性氧传感器作为用于内燃机的排气后处理的排气传感器。第一单元在这里是氧传感器的所谓的泵单元(Pumpzelle)。第二单元为氧传感器的参考单元。泵单元和参考单元的共同的端子通常与参考电势连接，所述参考电势具有约为一半的供电电压的电压值并且可被互连为虚拟的参考电势。
法律规定要求对排气传感器在其电接触方面进行检验。例如在控制排气传感器的模块、所谓的控制ASIC(专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit))的线路断线或者在排气传感器之内的由于与此关联的拉姆达调节的误动作而线路断线时，可发生内燃机的排气特性急剧劣化。
在当前的排气传感器中，用于检验电接触的诊断基于合理性检查。为了能够执行合理性检查，需要内燃机具有最小转数。电接触中的故障识别(也作为开线(Open-Line)识别而公知)也可根据行驶状态而占用多个分钟，这由于法律要求而在将来不再被接受。同样不可能的是，在发动机起动的范围中、也就是说在内燃机已达到其对于运行所需的最小转数之前执行电接触的诊断。
DE 10 2008 001 697 A1公开了一种宽带氧传感器的分析和控制单元，其中可借助两个电源在试探器的端子上注入电流并且测量所述端子之间的电压。由此应能够识别出线路断线。然而从该专利文献中无法得知，这具体应如何实现。
发明内容
本发明的任务是给出一种方法，该方法使得能够以简单的方式可靠地识别排气试探器中的线路断线。
所述任务通过一种根据本发明的方法得以解决。
本发明提供了一种用于借助如下设备诊断具有两个单元的排气传感器的电接触的方法，其中，在所述排气传感器的第一端子与第二端子之间互连所述单元中的第一单元，并且在第二端子与第三端子之间互连所述单元中的第二单元，所述设备包括：第一电源，所述第一电源通过第一可控的开关元件与所述第一端子相连并且通过第二个可控的开关元件与所述第二端子相连，可通过该第一电源驱动电流经过所述第一端子和所述第二个端子穿过第一单元；第二电源，所述第二电源通过第三可控的开关元件与第三端子相连并且通过第二可控的开关元件与第二端子相连，可通过该第二电源驱动电流经过所述第二端子和所述第三端子穿过第二单元；第一电压测量装置，在所述第一端子与所述第二端子之间互连该第一电压测量装置；第二电压测量装置，在所述第二端子与所述第三端子之间互连该第二电压测量装置；以及第三电压测量装置，在所述第二端子与接地电势之间互连该第三电压测量装置，其中所述两个电源的连接点与具有约为一半的供电电压值的电压值的参考电势相连，在所述参考电势中：在开关元件闭合并且第一电源和第二电源被激活的情况下，借助第一电压测量装置确定第一电压并且借助第二电压测量装置确定第二电压，其中，在第一电压的由于第一电源的电流而远远超过第一单元上的电压的电压值的情况下，并且在第二电压的由于第二电源的电流而对应于第二单元上的电压的电压值的情况下，推断出第一端子上的接触故障；其中在第二电压的由于第二电源的电流而远远超过第二单元上的电压的电压值的情况下并且在第一电压的由于第一电源的电流而对应于第一单元上的电压的电压值的情况下，推断出第三端子上的接触故障；并且其中，在第一电压的由于第一电源的电流而远远超过第一单元上的电压的电压值的情况下并且在第二电压的由于第二电源的电流而远远超过第二单元上的电压的电压值的情况下，推断出在第一端子上和在第三端子上或者在第二端子上的接触故障；在最后一种情况下，使第二开关元件开路，并且在借助第三电压测量装置确定的在可调整的阈值之下的第三电压的情况下，推断出第二端子上的接触故障。
本发明具有如下优点：不仅可在内燃机的起动序列之内、也就是说在发动机起动之内验证电接触，而且也可在需要时在内燃机运行时验证电接触。在此，“电接触”被理解为是电缆束的关于在电缆束之内或在排气传感器之内或者在控制排气传感器的控制设备之内(例如在印制电路板上)的开放连接的状态。在此，电缆束包括了设置在排气传感器与所述设备之间的电缆。在需要的情况下，这种诊断概念允许仅利用连续运行的排气传感器的短暂的运行中断进行线路诊断。所述设备是仅利用少数量的器件可实现的。由此能够以简单且成本有利的方式实现该设备。
如果接触完好，那么就通过单元的内阻降低由相关的电源的电流引起的电压，但由于测量电流小，该电压也相对低。然而，如果存在线路中断，那么就可没有电流流过，并且在该电源上有最大可由(实际)电源产生的电压，该电压明显大于在电源的额定电流下在单元的内阻上要测量的电压。由此，可轻易地将线路中断和完好的接触区分开来。
所述单元由于设计的原因而具有电容式阻抗，并且此外通过寄生电容而与设备接地相连。但是，所述单元由此在第二开关元件闭合以及第二端子的接触完好的情况下可充电到参考电势，其中，要在使所述第二开关元件开路之后长时间地检测第二端子上的电荷。但是，如果第二端子上的接触被中断，那么单元阻抗(Zellimpedanz)就无法进行充电，使得在使第二开关元件开路之后，第二端子就不再与参考电势相连，并且因此在第二端子上通过第三电压测量装置所测量的电压就明显变小，由此能够检测到第二端子上的线路中断。
根据本发明的用于诊断电接触的设备的优点在于，所述设备可以分立构造。该设备可有选择性地也被集成在与排气传感器的控制装置相互作用的微控制器中或者直接被集成在所述排气传感器的控制装置(控制ASIC)中。
附图说明
下面进一步依据附图中的实施例来阐述本发明。其中：
图1示出了用于诊断排气传感器的电接触的设备的示意图，
图2示出了图1中的在第一测量步骤期间的布局，
图3示出了图1中的在第二测量步骤期间的布局，以及
图4示出了图1中的在第三测量步骤期间的布局。
具体实施方式
图1示出了用于对线性排气试探器形式的排气传感器LS的电接触执行根据本发明的诊断的设备CA的示意图。
排气传感器LS包括作为第一单元的泵单元PZ以及作为第二单元的参考单元RZ。在排气传感器的第一端子1与第二端子2之间互连泵单元PZ。在排气传感器LS的第二端子2与第三端子3之间互连参考单元RZ。这些器件为氧传感器的最小配置。在图1中，以虚线示出了可选的平衡电阻R3，该平衡电阻R3被设置在第一端子1与第四端子4之间。平衡电阻R3用于补偿试探器(也即泵单元PZ的电阻值)的制造公差。
包括所有用于诊断电接触的器件的设备CA优选地为排气传感器的控制ASIC(专用集成电路)的部分。以下描述的器件同样可被布置在分开的微控制器中，该微控制器接着以通信方式与原则上存在的控制ASIC耦合。另一在附图中同样未示出的替换方案会在于：将设备CA的器件设置为分立器件并且将设备CA的器件与控制ASIC电连接。
为简便起见，所有对于控制排气传感器LS所需的部件并未被包含在以下所描述的图示中。仅仅示出了为诊断电接触所需的器件。
第二端子2以公知的方式通过第二开关元件S2与参考电势Vm连接，该参考电势Vm大致具有供电电压的一半的电压值并且可被互连为虚拟的参考电势。为此所需的在第二开关S2闭合时将第二端子保持到例如2.5V的布线对于本领域技术人员而言根据现有技术是公知的，使得这种布线在该示意图中未被示出。为此所需的布线通常被设置在控制ASIC中。
设备CA包括数目与排气传感器LS的端子数目相对应的端子。与排气传感器LS的端子相对应的端子同样用1、2、3、4来表征。排气传感器LS和所述设备CA的相对应的或彼此相关的端子通过线路L1、L2、L3和L4彼此连接，这些线路L1、L2、L3和L4通常作为电缆束存在。通过所述设备CA监控，所述线路L1至L4之一的线路断线是否存在或者在排气传感器LS之内是否有开放连接(所谓的开线诊断(Open-Line-Diagnose))。
所述设备CA包括第一电源I1，该第一电源I1通过第一可控的开关元件S1与所述第一端子1相连。所述电源I1以其另一端子通过第二开关元件S2与所述第二端子2相连。通过该电源I1可驱动在所述第一端子1与所述第二端子2之间的电流。第二电源I2通过第三可控的开关元件S3与第三端子3相连。该第二电源I2的另一端通过所述第二开关元件S2与所述第二端子2相连。
根据所述设备的适宜的改进方案，所述第一和/或第二电源为直流电源或交流电源。有选择性地将所述第一电源和所述第二电源尤其是调节到不同的额定电流。这允许同时对接触的不同端子和不同线路进行电接触的诊断。
在第一端子1与第二端子2之间互连用于检测电压U1的第一电压测量装置。以相对应的方式在第二端子2与第三端子3之间互连用于检测电压U2的第二电压测量装置。在第二端子2与设备接地GND之间互连第三电压测量装置。为检测第一电压和第二电压所需的部件并没有明确示出，因为其改进方案原则上对于本领域技术人员而言是公知的。
在一种适宜的改进方案中，所述第一和/或第二和/或第三电压测量装置包括了用于在电源被构造为交流电源时确定直流电压的锁定(Lock-In)放大器。
所述设备CA此外还包括控制装置，所述控制装置被构造用于控制可控的开关元件S1至S3以及电源I1至I2并且分析由电压测量装置所确定的电压值U1至U3。为了简便起见，所述控制装置在图1和其他附图中未示出。
利用图2至图4所描述的测量序列的顺序也可以这种方式来执行。同样可能以另一种顺序来执行测量序列。
在根据图2和图3的第一测量序列中，所有三个开关元件S1、S2和S3均闭合。此外，激活第一电源I1和第二电源I2，并且通过第一电压测量装置和第二电压测量装置确定电压U1和U2。通过由第一电源I1和第二电源I2注入电流，在完好的线路L1至L3的情况下，在泵单元PZ和参考单元RZ的内阻上产生电压降。泵单元PZ的内阻通常在300Ω的范围内，而参考单元RZ的内阻在75Ω到300Ω之间的范围内。如果线路L1、L2和L3以及所有涉及泵单元PZ和参考单元RZ的线路正常，那么出现由通过电源I1和I2产生的电流以及泵单元PZ或参考单元RZ的内阻所得到的电压U1和U2。因为电阻和电流为已知的，所以可为此确定合理的电压值。
例如以大致为矩形的电流被注入到单元PZ、RZ中。由于相移和排气传感器LS中的充电/放电过程，得到大致呈三角形的、随时间移位的电压U1、U2，所述电压U1、U2在“良好情况(Gutfall)”下具有更确切地说是平坦的变化过程。
如果线路之一L1或L3反之具有中断，那么在线路中断处附有最大可由相应电源I1或I2产生的电压。由此得到了大得多的电压U1或U2，所述电压U1或U2可以简单地通过合适地选择电压U1和U2的阈值来检测。
如果电压U1因此在其阈值之下并且电压U2在其阈值之上，那么线路L3是有故障的。相反地，当电压U2在其阈值之下并且电压U1在其阈值之上时，线路L1是有故障的。
如果两个电压U1和U2均在其阈值之上，那么或者是线路L1和L3有故障，或者是线路L2有故障，因为没有任何电流能够流过。
在这种情况下接着进行在图4中所示的第二测量序列。第二开关元件S2被开路并且确定电压U3。如果该电压U3在预给定的阈值之下，则线路L2是有故障的，因为试探器单元(Sondenzelle)PZ和RZ的电容不会被充电到参考电势Vm并且在使第二开关元件S2开路之后不再存在第二端子2到参考电势Vm的连接，而且第二端子2上的电压因此迅速下降，因为寄生电容快速地通过第三电压测量装置放电。
如果电源I1至I3被构造为交流电源，那么可实施所述设备，使得自动进行频率解调并且直接提供通过交流电流所引起的交流电压。为了这个目的，所述电压测量装置包括本领域技术人员公知的锁定放大器。由此可以减少电路技术方面的花费。
可有利地已经在发动机起动时以及连续地在排气传感器运行时执行所描述的、根据本发明的测量序列的执行。为此，需要排气测量的仅短暂的运行中断。

Claims (3)

1.一种用于借助如下设备来诊断具有两个单元(PZ，RZ)的排气传感器(LS)的电接触(L1，L2，L3)的方法，其中，在所述排气传感器(LS)的第一与第二端子(1，2)之间互连所述单元中的第一单元(PZ)并且在第二与第三端子(2，3)之间互连所述单元中的第二单元(RZ)，其特征在于，所述设备包括：
-第一电源(I1)，该第一电源(I1)通过第一可控的开关元件(S1)与所述第一端子(1)相连并且通过第二可控的开关元件(S2)与所述第二端子(2)相连，能通过该第一电源(I1)驱动电流经过所述第一和第二端子(1，2)穿过所述第一单元(PZ)；
-第二电源(I2)，该第二电源(I2)通过第三可控的开关元件(S3)与所述第三端子(3)相连并且通过第二可控的开关元件(S2)与所述第二端子(2)相连，能通过该第二电源(I2)驱动电流经过所述第二和第三端子(2，3)穿过所述第二单元(RZ)；
-第一电压测量装置，在所述第一与第二端子(1，2)之间互连该第一电压测量装置；
-第二电压测量装置，在所述第二与第三端子(2，3)之间互连该第二电压测量装置；以及
-第三电压测量装置，在所述第二端子(2)与接地电势(GND)之间互连该第三电压测量装置；
-其中所述两个电源(I1，I2)的连接点与参考电势(Vm)相连，该参考电势(Vm)具有约为一半的供电电压值的电压值，
其中：
a)在开关元件(S1，S2，S3)闭合并且第一和第二电源(I1，I2)被激活的情况下，借助该第一电压测量装置确定第一电压(U1)并且借助该第二电压测量装置确定第二电压(U2)，
其中，在所述第一电压(U1)的由于第一电源(I1)的电流而远远超过第一单元(PZ)上的电压的电压值的情况下并且在所述第二电压(U2)的由于第二电源(I2)的电流而对应于第二单元(RZ)上的电压的电压值的情况下，推断出所述第一端子(1)上的接触故障；
其中在所述第二电压(U2)的由于第二电源(I2)的电流而远远超过第二单元(RZ)上的电压的电压值的情况下并且在所述第一电压(U1)的由于第一电源(I1)的电流而对应于第一单元(PZ)上的电压的电压值的情况下，推断出所述第三端子(3)上的接触故障；并且
其中在所述第一电压(U1)的由于第一电源(I1)的电流而远远超过第一单元(PZ)上的电压的电压值的情况下并且在所述第二电压(U2)的由于第二电源(I2)的电流而远远超过第二单元(RZ)上的电压的电压值的情况下，推断出所述第一和第三端子(1，3)上或者在所述第二端子(2)上的接触故障；
b)在最后一种情况下，第二开关元件(2)被开路，并且在借助第三电压测量装置所确定的在可调整的阈值之下的第三电压(U3)的情况下，推断出所述第二端子(2)上的接触故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述排气传感器运行时进行对第一电压、第二电压和第三电压(U1，U2，U3)的确定。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，与包括所述排气传感器(LS)的内燃机的运行无关地执行对第一电压、第二电压和第三电压(U1，U2，U3)的确定。
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