CN103314287A - 用于检测气体的至少一个参数的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提出用于检测流动管（112）中的气体的至少一个参数、尤其用于证实排气管路中的废气的至少一种气体成分的方法和相应装置。在所述方法中使用至少两个设置在所述流动管（112）中的不同位置上的气体传感器（122，124，126）。所述气体传感器（122，124，126）分别具有至少一个能斯特单元，其中分别检测所述能斯特单元上的至少一个能斯特电压。将所述气体传感器（122，124，126）分别调节到至少一个额定温度上。如此实施所述方法，使得在至少两个不同的额定温度时检测所述至少一个参数。

Description

用于检测气体的至少一个参数的方法和装置

背景技术

由现有技术已知用于检测气体的至少一个参数的众多方法和装置。至少一个参数原则上可以涉及气体的任意的物理特性和/或化学特性。至少一个特性尤其可以涉及气体的一种气体成分的含量，即例如至少一种气体成分的百分比和/或分压、尤其是氧含量和/或氮氧化物和/或浓气、即例如碳氢化合物和/或H2的含量。相应的传感器例如可以基于至少一种固体电解质——例如选择性地例如以钇（YSZ）和/或钪（ScSZ）掺杂的或稳定的二氧化锆的使用。例如在罗伯特·博世有限公司的《Sensoren im Kraftfahrzeug》（2007版，第154-159页）中以所谓的氧探测器（Lambdasonden）为例描述了这类气体传感器，以下在本发明的描述中参考这类气体传感器，而不限制其他可能的构型。

由现有技术原则上已知：传感器元件的温度可以具有对基于固体电解质的传感器元件的特性的显著影响。在DE 35 19 410 A1中描述传感器的运行温度以预给定的频率的调制，其中确定由此得出且以相同频率波动的测量信号。在DE 10 2005 020 363 A1中描述：首先借助第一加热电压并且随后借助第二加热电压将感应器加热到一个温度上。在DE 690 06 503 T2中使用传感器元件的两个电极之间的温度梯度。在DE 10 2008 005 110中描述一种方法，其中通过加热元件控制装置调节地加热氧探测器的加热元件。

通常在没有温度调节器的情况下运行氧探测器、尤其是跳跃探测器，其中例如在时间上定义的启动阶段中以较小的加热功率来运行氧探测器。然而，在此通常存在传感器元件的不受控制的和未知的温度，通常与发动机的冷启动条件、发动机负荷状态、废气温度或类似影响参量有关。在很多情况下可以容忍在所述时间内改变的调节位置行为和/或动态性行为。此外，通常还借助温度调节——例如通过氧探测器的内阻测量来运行氧探测器。所述温度调节例如可以在公差范围内调节到传感器元件的目标温度上，例如根据780℃的运行温度调节到220Ω的内阻上。在这类调节中，氧探测器示出与废气温度无关的、在调节位置和动态性方面不变的功能特征。

尽管所提到的类型的传感器元件的由现有技术已知的不同构型和运行方式的众多细节改善，但尤其在所描述的传感器元件的测量精度、动态性和中毒阻抗（Vergiftungsresistenz）方面仍存在显著的改善潜力。因此，目标冲突例如可以部分地如下确定：尤其跳跃探测器在较低的温度时、尤其在与空气系数λ=1存在偏差的情况下具有更高的精度。然而，同时在这类较低的温度时出现在电极中毒方面的更高危险，并且传感器元件的动态性降低。因此，值得期望的是以下运行方法：在所述运行方法中在以上描述的特性方面实现改善并且在所述运行方法中至少很大程度上解决所描述的目标冲突。

发明内容

与此相应，提出一种用于检测流动管中的气体的至少一个参数的方法以及一种用于检测流动管中的气体的至少一个参数的装置。如上所述，在本方法中定性和/或定量检测的至少一个参数原则上可以涉及任意的物理参数和/或化学参数，优选涉及气体的一种气体成分的含量并且尤其涉及以下气体成分的含量：氧、氮氧化物、浓气。气体尤其可以涉及例如机动车中的内燃机的废气。气体例如可以在主流动方向上流动通过流动管，例如在离开内燃机地定向的主流动方向上。因此，流动管尤其可以涉及排气管路或排气管。流动管原则上可以具有任意的横截面，优选圆形的或多边形的横截面。因此，特别优选地使用所述方法来证实排气管路中的废气中的至少一种气体成分，尤其定性和/或定量地证实氧和/或氮氧化物和/或浓气。

在所述方法中，使用至少两个设置在流动管中的不同位置上的气体传感器。尤其至少一个第一气体传感器可以设置在流动管中至少一个第二气体传感器的上游，例如以至少50mm、优选至少100mm并且特别优选至少200mm的间距，例如沿着流动管中的主流动方向。

气体传感器通常可以理解为可以定性和/或定量地检测所述至少一个参数的传感器。如在下面还要详细解释的那样，所述至少两个气体传感器优选可以结构相同地构造。气体传感器分别包括至少一个能斯特单元、优选恰恰一个能斯特单元。能斯特单元在此可以理解为电化学单元，其中设有至少两个电极，所述至少两个电极通过至少一种电介质——即通过至少一种离子导电材料彼此连接。电解质可以特别优选地涉及固体电解质、尤其是陶瓷固体电解质、例如基于二氧化锆的陶瓷固体电解质、优选钇稳定的二氧化锆和/或钪掺杂的二氧化锆。特别优选地，如此构造这些气体传感器或这些气体传感器中的一个，使得例如直接地或在穿透至少一个多孔的元件——例如扩散势垒之后，能够以流动管中的气体加载能斯特单元的至少一个第一电极，其中设有至少一个第二电极，其优选不暴露于流动管中的气体。例如，所述至少一个第二电极可以设置在参考气体室中，在所述参考空间中存在具有已知特性的至少一种参考气体并且因此可以例如被构造为参考电极。例如，参考气体室可以包括至少一个参考气体通道，优选至少一个参考空气通道和/或至少一个排气通道。因此，例如气体传感器中的一个或两个可以被如此构造，使得至少一个第一电极可被加载气体，并且至少一个第二电极可被加载参考气体，其中所述第一电极和所述第二电极通过所述至少一种电解质、优选至少一种固体电解质并且特别优选一种陶瓷固体电解质彼此离子导电地连接。参考气体室例如可以被构造为简单的参考气体通道或例如也被构造为泵吸参考。因此，例如优选通过在能斯特单元上施加电压、尤其是恒定的电压来恒定地或以规则的或不规则的间隔将参考气体——例如氧泵吸至第二电极，从而例如由于所泵吸的参考总是在可以用作参考电极的第二电极处存在稀的大气。

因此，特别优选地，气体传感器中的一个或多个被构造为所谓的跳跃探测器、优选被构造为所谓的两点氧探测器，如同例如在罗伯特·博世有限公司的《Sensoren im Kraftfahrzeug》（第154-157页）中描述的那样。然而应指出，本发明原则上也可用于不同构型的气体传感器，例如所谓的宽带氧探测器，如同例如在罗伯特·博世有限公司《Sensoren im Kraftfahrzeug》（2007版，第158-159页）中描述的那样。另一方面，替代地或附加地，本发明还可以用于例如在EP 0 769 693 A1中描述的用于证实氮氧化物的气体传感器。以下参考具有单电池的跳跃探测器类型的两个气体传感器的装置描述本发明，但不限制其他可能的构型。

在所提出的方法中，分别检测能斯特单元上的至少一个能斯特电压。因此，例如可以在这些气体传感器中的第一气体传感器上检测第一能斯特电压，并且在这些气体传感器中的第二气体传感器上检测第二能斯特电压。由所检测的能斯特电压例如可以推断出气体的所述至少一个参数。这例如可以在使用能斯特电压和空气系数和/或氧分压之间的已知关系的情况下实现。这类方法对于本领域人员而言原则上是已知的。

在所述方法中，将气体传感器分别调节到至少一个额定温度上。调节在本发明的范畴内可理解为以下过程：在所述过程中检测至少一个实际值并且根据其与至少一个额定值的偏差例如通过至少一个调节环节来校正地干预系统。例如，可以直接地或间接地检测实际温度和/或与实际温度相关的实际参量。可以将其与至少一个额定温度和/或与所述额定温度相关的额定参量比较，并且根据比较例如借助至少一个加热元件来影响相应的气体传感器的温度。通常在此应指出，在本发明的范畴内，气体传感器的温度理解为位于相应的传感器的敏感范围内的温度。例如，这可以是相应的传感器的能斯特单元中的平均温度。

此外，如此实施所述方法，使得在至少两个不同的额定温度时检测至少一个参数。这可以通过不同的方式实现，所述不同的方式也可彼此组合。例如在至少两个不同的位置上可以同时存在至少两个不同的额定温度，例如其方式是，将第一气体传感器调节到第一额定温度上，并且将第二气体传感器调节到第二额定温度上，其中同时和/或时间错开地借助这些气体传感器分别检测气体的至少一个参数。在所述构型中或在其他构型中，两个气体传感器优选检测气体的同一参数，例如分别检测气体中的氧含量，然而其中可能出现测量值方面的偏差。作为在不同的位置上检测至少两个不同的额定温度的可能性的替代或附加，所述至少两个不同的额定温度也可以检测至少两个在不同时刻调整的额定温度。至少两个在不同时刻调整的额定温度例如可以在不同的时刻存在于同一气体传感器中，如同下面还要详细解释的那样，并且所述至少一个参数可以由所述气体传感器在不同的时刻检测。因此，通常可以从由以下组成的组中选择出至少两个不同的额定温度：至少两个在不同时刻调整的额定温度；至少两个在不同位置上调整的额定温度，即例如在至少两个气体传感器的至少两个不同的位置上存在的不同的额定温度。下面还详细描述在至少两个不同的额定温度时检测至少一个参数的不同可能性的不同构型和组合可能性。

至少两个额定温度尤其可以以至少30℃、优选至少50℃、进一步优选至少100℃和特别优选至少150℃或甚至至少200℃的数值彼此偏离。下面还要详细描述这类偏差的示例。

为了调节这些气体传感器中的至少一个气体传感器、优选两个气体传感器或所有气体传感器的相应的额定温度，尤其可以检测相应的废气传感器的相应的能斯特单元的至少一个内阻作为实际值并且可以将其与至少一个额定值进行比较。根据比较，例如可以改变气体传感器的至少一个加热元件的至少一个加热功率，例如作为调整量。

至少两个气体传感器可以设置在流动管中的不同位置上。流动管中的布置在此可以理解以下布置：在所述布置中相应的气体传感器可以在相应的位置上测量至少一个参数。为此目的，能够以来自流动管的相应位置的气体加载气体传感器。为此目的，气体传感器不必完整地或部分地设置在流动管中，而是也可以例如设置在流动管以外并且可被来自流动管中的气体加载。

在所述方法中，尤其可以使用至少一个用于准备流动管中的气体的准备装置，尤其是颗粒过滤器和/或催化器。所述准备装置例如可以直接设置在排气管路——例如排气管中，或者还可以通过旁路与排气管路和/或排气管连接。优选分别从由以下组成的组中选择出气体传感器：设置在准备装置上游的流动管中的气体传感器、尤其是设置在催化器上游的流动管中的气体传感器；设置在准备装置中的气体传感器，尤其是设置在催化器中的气体传感器；设置在准备装置下游的流动管中的气体传感器，尤其是设置在催化器下游的流动管中的气体传感器。在不限制作为催化器的替代或附加还可以使用至少一个颗粒过滤器——例如烟灰过滤器的可能性的情况下，以下参考催化器描述可能的构型。因此，例如第一气体传感器可以设置在催化器上游，所述第一气体传感器也称作前催化气体传感器（vK气体传感器）。然后，第二气体传感器例如可以设置在催化器中（中部气体传感器、MB气体传感器）和/或设置在催化器下游（后催化气体传感器、nK气体传感器）。替代地或附加地，至少一个气体传感器还可以设置在催化器下游并且至少一个另外的气体传感器设置在催化器中和/或催化器上游。关于在此与“上游”同义地使用的术语“前”和与“下游”同义地使用的术语“后”的可能定义可以参考上述描述。通过在流动管中的不同位置处的至少一个特性的检测，可以实施例如各次测量的可信度考察和/或检查测量的功能性，因为例如不同的安装位置可能暴露于不同的负荷。

如上所述，气体传感器可以是尤其相同结构的气体传感器。气体传感器特别优选地包括相同结构的跳跃探测器、优选分别具有恰恰一个能斯特单元的、结构相同的跳跃探测器。然而，原则上也能够实现其他构型。

本发明的其他可能构型优选涉及以下时刻和/或位置：在所述时刻或在所述位置上存在至少两个不同的额定温度并且检测参数。如上所述，在不同时刻，例如调节到不同的额定温度上地运行同一气体传感器。所述构型原则上也可在以下布置中实现：在所述布置中存在仅仅一个气体传感器。然而，特别优选的是以下构型：存在至少两个气体传感器，如同以上所述的那样。然而，替代地或附加地，还可以在不同的位置上、即例如在不同的气体传感器中调整至少两个额定温度。

在本方法的一个优选构型中，将气体传感器中的至少一个在至少一个第一运行阶段中调节到第一额定温度上并且在至少一个第二运行阶段中调节到至少一个第二额定温度上，所述至少一个第二额定温度优选与所述第一额定温度偏差至少以上所述的数值。第一运行阶段优选可以在时间上位于第二运行阶段之前。然而，也能够实现其他构型，例如以下构型：存在超过两个运行阶段和/或重复地在第一运行阶段和第二运行阶段之间切换。第一额定温度可以优选是400℃至650℃，尤其是550℃至600℃并且特别优选是580℃。第二额定温度可以优选是650℃至1000℃，尤其是700℃至850℃并且特别优选是780℃。

可以通过不同的方式构造和/或触发第一运行阶段和第二运行阶段之间的至少一个切换时刻、即从第一运行阶段过渡到第二运行阶段或相反的时刻。例如，所述切换在至少一个预给定的时刻进行。例如，在内燃机启动之后的5秒和5分钟之间、优选在10秒和3分钟之间并且尤其在30秒和5分钟之间的一个时刻进行从第一运行阶段到第二运行阶段的切换。替代地或附加地，也可以使第一运行阶段和第二运行阶段之间的切换与所检测的一个或多个边缘条件的存在有关。特别优选地，可以根据所检测的气体温度进行第一运行阶段和第二运行阶段之间的切换。例如可以在至少一个位置上检测气体的至少一个温度并且可以将所述至少一个温度与至少一个条件——例如与至少一个阈值进行比较。例如可以根据所述至少一个条件的满足或不满足来触发所述切换。例如，气体可以是内燃机的废气中的一种废气，其中第一运行阶段包括内燃机的启动阶段的至少一部分，其中检测废气的温度是否低于废气的露点温度。根据所述检测，可以进行第一运行阶段和第二运行阶段之间的切换。“露点温度”在此可以理解为以下温度：在所述温度时达到所谓的露点，即液态的水不再位于这些气体传感器中的一个或多个的上游的排气管路中。就此而言，例如可以参考DE 102 51364 A1。通过这种方式，例如可以在内燃机的启动阶段中在较低的温度时、例如以上所述的第一额定温度时运行这些气体传感器中的至少一个，与此相反例如可以在一个稍晚的时刻切换到更高的第二额定温度，在所述启动阶段中存在较高的水冲击危险。

此外，如此实施所述方法，使得如此运行这些气体传感器中的至少一个，使得进行第一额定温度与第二额定温度之间和/或第二额定温度与第一额定温度之间的重复交替。例如可以例如以规则的或不规则的间距和/或也周期性地进行额定温度之间的规则或不规则的切换。

此外，如此实施所述方法，使得当气体的空气系数与λ=1偏差超过0.003、优选超过0.002并且特别优选超过0.001或甚至超过0.0007或超过0.0005时，在最大为650℃、特别优选最大600℃并且尤其最大500℃的额定温度时，运行这些气体传感器中的至少一个。优选可以在其他情况下，即在所提到的温度范围以外，在超过650℃、优选超过700℃并且尤其超过750℃并且特别优选最小780℃的额定温度时，运行至少一个气体传感器。本发明的所述构型尤其具有以下背景：如同以下还要详细解释的那样，在气体传感器的较低的额定温度并且因此较低的运行温度时，λ=1时的能斯特电压和浓的或稀的废气中的能斯特电压之间存在较大的测量信号，从而可以在λ=1周围的较大范围内以较大的精度检测能斯特电压。

在所述方法的另一种可能的构型中，可以在至少一个运行阶段中同时调节到不同的额定温度上地运行气体传感器。这例如尤其可以如此实现，使得这些气体传感器中的至少一个第一传感器被调节到用于所述气体传感器的至少一个额定温度上，并且这些气体传感器中的至少一个第二传感器可以被调节到至少一个与其偏差的额定温度上。

在所述方法的另一个可能的构型中实施至少一个控制步骤。在所述控制步骤中，可以实施在至少两个不同的额定温度时检测的参数的比较。例如在所述比较中，可以将所述参数和/或至少一个由所述参数求得的参数——例如差值与至少一个条件进行比较，例如通过与至少一个阈值的比较。在控制步骤中，尤其可以进行这些气体传感器中的至少一个的至少一个电极的影响的至少一次识别，尤其是电极中毒和/或通过浓气对所述电极中的一个或多个电极的影响。后者例如称作连续向下移动（Continuous ShiftDown，CSD）并且例如在DE 10 2006 060 633 A1中描述。方法的所述构型与以下相关：设置在流动管中的不同位置上的气体传感器典型地暴露于例如由于电极中毒和/或浓气引起的不同负荷，从而例如由相应的气体传感器检测的参数的彼此强偏差表明这些气体传感器中的一个或两个的中毒和/或CSD。替代地或附加地，还可以在控制步骤中实施参数的至少一次可信度考察。因此，例如可以通过与至少一个阈值的比较来识别这些气体传感器的分别检测的参数的偏差。此外，还可以如此实施控制步骤，使得例如以告警信号和/或故障信号的形式和/或以校正信号的形式将所述至少一个控制步骤的结果告知使用者和/或其他装置。

在本发明的另一方面中，如以上所述，提出一种用于检测流动管中的气体的至少一个参数的装置。所述装置包括用于在流动管中的不同位置上的气体中使用的至少两个气体传感器。此外，所述装置包括流动管本身或其一部分。气体传感器分别具有至少一个能斯特单元。此外，所述装置包括至少一个控制器，其中所述装置被设置成根据以上所述的构型中的一个或多个和/或以下描述的实施例中的一个或多个来实施所述方法。与此相应地，对于装置、气体、参数、流动管、气体传感器和能斯特单元的可能构型可以参考可能的方法方面，例如以上的描述。所述控制器例如可以包括至少一个微计算机，其中所述微计算机可以被设置成例如引起所描述的运行阶段和/或额定温度之间的切换。所述装置尤其可以如此被设置，使得对于这些气体传感器设置一个共同的温度调节器。此外，所述控制器可以具有一个或多个电子构件、例如一个或多个温度调节器、优选用于一些废气传感器或这些废气传感器中的至少两个的共同的温度调节器。所述控制器可以包括至少一个数据处理装置，例如如同以上解释的那样，至少一个微计算机。数据处理装置例如可以以程序技术设置成实施上述步骤或上述步骤的一部分。此外，替代地或附加地，所述控制器还可以包括至少一个专用集成电路（application specific integrated circuit，ASIC）。能够实现不同的构型。

以上已如此描述所述方法和装置，使得设有至少两个气体传感器。然而，根据本发明的、在至少两个不同的额定温度时检测至少一个参数的原理原则上也可以转用于具有仅仅一个气体传感器的装置，所述装置包括以上描述的、可选的特征，根据所述特征在不同时刻、例如在不同运行阶段中在不同的额定温度时调节地运行同一废气传感器。

所提出的方法和所提出的装置相对于已知的方法和装置具有众多优点。尤其可以通过至少两个温度调节的气体传感器、优选氧探测器和特别优选跳跃探测器的暂时的或持续的运行，在至少两个不同的、但优选恰恰已知的额定温度和因此温度水平、尤其温度水平T₁和T₂（其中优选T₁<<T₂）上实现众多优点。尤其可以在同时早的运行准备时、尤其在内燃机的低温度运行中实现稳健性提高以及废气传感器的水冲击安全性。此外，可以实现用于启动阶段和用于持续运行的所匹配的调节位置，例如发动机启动时的更浓的调节位置。此外，可以例如以中毒识别形式实现新的均衡方法和新的可信度函数。如以上所述，这例如可以通过在不同安装位置上——例如前催化位置（vK）和/或中部位置（MB）上和/或在后催化位置（nK）上的气体传感器的信号的比较来实现。

作为另一可能的优点，可以解决以上所述的目标冲突。因此，在λ=1以外、在低的额定温度时并且因此在低的运行温度时，通过更大的测量信号实现尤其是气体传感器、优选跳跃探测器的更大的测量灵敏性。

此外，借助所提出的方法和所提出的装置可以实现多个构型，其中先前描述的肯定的特性和本发明的优点特别有利地起作用。

因此，例如在一种可实现的构型中，可以借助在启动阶段（也称作热机运行阶段）中以较低的第一额定温度T₁上的暂时运行来运行第一气体传感器——例如vK跳跃探测器，随后例如在内燃机的启动阶段之后在至少一个第二运行阶段中变换到第二额定温度T₂。第二气体传感器——例如nK跳跃探测器可以在自己的、独立的额定温度上恒定地运行，例如同样在第二额定温度T₂上恒定地运行。

在另一种可实现的构型中，两个气体传感器——例如vK跳跃探测器和nK跳跃探测器可以例如在启动阶段中在第一额定温度——例如较低的温度T₁上的暂时运行中运行，随后共同变换到第二额定温度——例如更高的额定温度T₂上。

在另一种可实现的构型中，可以在不同的额定温度上的持久运行中运行至少两个气体传感器，其中所述构型可以针对在λ≈1（例如具有与1μm不大于0.1的偏差）的情况下内燃机的运行实现。例如可以在第一运行温度T₁时在持久运行中运行vK氧探测器，例如在第二额定温度——例如T₂时以持久运行来运行第二气体传感器——例如nK氧探测器。气体传感器在不同温度水平时的这类运行可以有助于调节位置的优化并且有助于气体传感器的使用寿命的优化。

在另一种可实现的构型中，原则上可以根据先前描述的构型实施所述方法，其中所述构型尤其适合于λ>1.0、优选λ>1.1时内燃机的运行。在此可以在较低的运行温度时、优选在第一额定温度时使用气体传感器的更高的精度。由此对于更大数量的车辆系统存在以下可能性：替代例如宽带探测器，使用跳跃探测器作为调节探测器、尤其作为调节探测器vK。

另一种可实现的构型同样原则上相应于两个先前描述的构型，然而其中优选进行λ<1.0、优选λ<1.1时的内燃机运行。所述构型例如可以包括所谓的部件保护和/或在部件保护的范畴内实现。因此，所述构型可以包括借助跳跃探测器调节的内燃机、尤其借助跳跃探测器调节的发动机在部件保护中的浓运行。在部件保护的情况下，当发动机上和排气系统中的组件达到其温度极限时，有意地浓运行发动机。因此，多余的燃料不能被燃烧而是被蒸发并且在此吸收热量。所述方法的优点是，驾驶员没有注意到所述“下调”。在此积累的HC排放是不利的。然而，因为部件保护没有在用于废气测量的行驶周期中出现（在相应的周期中约120km/h的最高速度），部件保护通常是排放无关的，也就是说，尽管如此根据欧洲标准或美国标准可以允许具有部件保护的车辆。在此，例如可以通过使气体更浓、例如使混合物更浓来降低气体的温度和/或发动机温度，例如通过未燃烧的燃料的冷凝。在此，例如可以在较低的运行温度时利用气体传感器的更高的精度。由此，对于更大数量的车辆系统可以实现以下可能性：替代宽带探测器，将跳跃探测器用作调节探测器vK。

在可以有利地实现的其他可能的构型中，如同以上描述的那样，可以实现至少一个控制功能和/或至少一个控制步骤。例如可以在所述构型中使用可信度检验和/或均衡函数，例如通过两个气体传感器在至少两个不同的额定温度之间——例如在T₁和T₂之间的暂时的、例如间隔式的变换引起的MB氧探测器和nK氧探测器的可信度检验或者均衡函数。由此，例如可以得出不同安装位置上的两个气体传感器的调节位置和/或动态性的直接比较的可能性。由此例如可以进行催化器的诊断。替代地或附加地，例如可以探测探测器中毒，因为气体传感器的特征曲线典型地随着中毒变化。

例如对于跳跃探测器的传感器元件，可以以额定温度Τ₁=580℃和T₂=780℃实施以上描述的构型。然而，原则上也可使用其他温度，例如以上所述的用于第一或第二额定温度的范围。所提出的方法原则上尤其适合于具有至少一个集成的加热元件和/或具有至少一个单独提供的加热元件的气体传感器。例如，所述方法特别有利地设计用于具有集成的和/或单独提供的加热元件——例如棒式加热器的跳跃探测器。然而，替代地或附加地，所述方法也可以用于其他类型的气体传感器的运行，例如其他类型的废气传感器，例如氧宽带探测器和/或氮氧化物传感器。

附图说明

其他可选的细节和特征由优选的实施例的以下描述中得出。

图1示出用于检测流动管中的气体的至少一个参数的装置的实施例；

图2示出与典型的跳跃探测器的功能特征曲线的温度依赖性；

图3A和3B示出非温度调节的跳跃探测器（图3A）和温度调节的跳跃探测器（图3B）的传感器信号与废气温度的依赖性；

图4示出中毒的跳跃探测器的示例性特征曲线。

具体实施方式

在图1中示出用于检测流动管112中的气体的至少一个参数的装置110。所述装置在所述示例中示例性地用于检测内燃机114的废气中的氧含量，从而流动管112可以示例性地涉及排气装置的排气管116，在主流动方向118上流经所述排气管。在流动管112中示例性地使用催化器120作为准备装置和/或废气再处理装置的示例。替代地或附加地，还可以使用其他类型的这类装置。

装置110在所示实施例中包括至少两个气体传感器，在此示出三个气体传感器122、124和126。根据在催化器120之前、在催化器120内或在催化器120之后的布置，这些气体传感器122-126还可以被称作vK（前催化）、MB（中部）和nK（后催化）。所有气体传感器122-126例如涉及跳跃探测器128，所述跳跃探测器具有至少一个能斯特单元、例如一个能斯特单元，其中至少一个电极暴露于排气管116中的废气并且至少一个第二电极（参考电极）暴露于参考气体室、优选暴露于参考空气通道或参考气体通道、优选具有根据以上描述的泵吸的参考。所有跳跃探测器128涉及温度调节的跳跃探测器。应指出，装置110原则上也可以配备有单个跳跃探测器128或配备有仅仅两个或超过三个的跳跃探测器，例如仅仅配备有气体传感器对122、124、122、126和124、126中的至少一对。关于所描述的气体传感器122-126的可能的结构，可以示例性地参考罗伯特·博世有限公司的《Sensoren im Kraftfahrzeug》（2007版，第154-157页），但其中附加地存在温度调节器130，优选在所述装置的控制器132中存在一个共同的温度调节器130。所述温度调节器130例如可以设置成测量跳跃探测器128的能斯特单元的内阻并且借助加热元件将所述内阻调整到一个确定的值上，所述确定的值相应于相应的气体传感器122、124、126的预给定的额定温度。

在图2中示出对于能斯特单元的不同温度所描述类型的跳跃探测器128的典型的能斯特电压U_N和相关的氧分压。由此得出，尤其在浓废气（λ<1）中存在温度依赖性，并且能斯特电压U_N随着增大的温度而降低，与此相反氧分压p_O2随着升高的温度而上升。在所述范围中，例如二氧化碳分解为一氧化碳和氧和/或水分解为氢和氧的可逆反应的温度依赖性占主导。与此相反，在稀范围中（λ>1），由能斯特公式得出的能斯特电压的温度依赖性占优势：

$U_N=\frac{\mathrm{RT}}{4F}\&CenterDot;\ln \frac{P\left({O_2}^{\&prime;}\right)}{P\left({O_2}^{\&prime;\&prime;}\right)}.$

在此，R表示通用的气体常数，F表示法拉第常数，T表示能斯特单元的温度，并且P(O₂′)或P(O₂")表示能斯特单元的电极上的氧分压。

在图3A和3B中示出：排气管116中的废气的温度以何种方式影响跳跃探测器128的信号U_N。在图3A中相应地示出了非温度调节的跳跃探测器128的信号。相应于图2中的示图，在此，废气温度对跳跃探测器的功能行为具有显著影响，并且废气温度大大影响功能特征曲线。与此相反在图3B中示出温度调节的跳跃探测器128的特征曲线，如同其用在装置110的范畴中那样。废气温度T_g和其变化在此通过温度调节器130平衡，所述温度调节器例如影响气体传感器122、124、126的一个或多个加热元件的加热功率，其中这些加热元件可以包括集成的加热元件和/或外部的加热元件。

根据本发明规定，将气体传感器122-126分别调节到至少一个额定温度上，其中在至少两个不同的额定温度时检测气体的至少一个参数、例如图1中的氧分压。这可以以不同的方式进行，在随后的实施例中解释所述不同的方式。

实施例1：

使用气体传感器122（vK）和126（nK）。在也可以构造为内燃机114的启动阶段或热机运行阶段的第一运行阶段中，在较低的温度T₁上运行vK气体传感器122。在启动阶段期满之后变换到T₂>T₁、优选T₂>>T₁上。nK气体传感器126优选在恒定的、高的温度T>>T₁、优选同样T₂上运行。启动阶段例如可以是以下阶段或包括以下阶段：所述阶段延伸直至露点，即直至在废气中不再存在液态成分、尤其没有液态水的废气温度。所述阶段根据用途例如可以是30秒至2分钟。温度T₁例如可以是400至650℃、尤其是550℃至600℃并且特别优选是580℃，并且第二额定温度典型地是650℃至1000℃，尤其是700℃至850℃并且特别优选是780℃。

实施例2：

在较低的温度T₁时根据实施例1在启动/热机运行阶段中以暂时运行来运行vK气体传感器122和nK气体传感器126。在此，温度T₁优选位于以上所述的范围中，优选在580℃处。较低的温度T₁对于两个气体传感器122、126可以是相同的，但原则上也可以稍微偏差，优选偏差不大于50℃、优选偏差不大于20℃。随后，优选同时或以优选不超过20秒、尤其不超过10秒和特别优选不超过5秒的时间延迟变换到较高的温度T₂上，例如在以上说明的温度范围中。对于两个废气传感器122、126，温度T₂又可以是相同的，但原则上还可以稍微不同，优选相差不超过50℃、尤其不超过20℃并且特别优选不超过10℃。

实施例3：

所述实施例尤其适合于λ=1时的发动机运行，例如空气系数λ与λ=1偏差不超过0.1、优选不超过0.05的发动机运行。又使用气体传感器122和126，如同在实施例1和2中那样。在此在较低的温度T₁——例如在实施例1中说明的温度范围中的较低的温度T₁时在持久运行中运行vK气体传感器122。在较高的温度T₂——例如在以上说明的优选的温度范围中的较高的温度T₂时在持久运行中运行nK气体传感器126。气体传感器122、126在不同温度水平上的运行可以用于装置110和/或跳跃探测器128的调节位置和使用寿命的优化。

实施例4：

所述实施方式尤其可以用于λ>1时——即稀区域中内燃机114的运行。所述实施例原则上相应于实施例3，但用于内燃机114的借助跳跃探测器128调节的发动机的稀运行。在此，跳跃探测器128的恰恰提高的精度用于例如由图2得出的较低的运行温度。由此，对于更大数量的车辆系统存在以下可能性：替代宽带探测器，使用一个或多个跳跃探测器128作为催化器120之前的调节探测器vK。

实施例5：

所述实施例又相应于实施例3，但其中实现λ<1的浓气范围中的运行。所述实施例尤其适合于所谓的部件保护中借助跳跃探测器调节的发动机的浓运行。在此，通过使内燃机114的混合物更浓、尤其通过未燃烧的燃料的冷凝来降低内燃机114的发动机温度。在此，跳跃探测器128的提高的精度用于较低的运行温度T₁。由此，对于更大数量的车辆系统形成以下可能性：替代宽带探测器，使用跳跃探测器128作为调节探测器vK。

实施例6：

在所述实施例中，与实施例1至5不同，优选使用MB气体传感器124和nK气体传感器126。两个气体传感器又在例如以上提到的温度范围中在低的额定温度T₁和高的额定温度T₂之间切换。例如可以实现两个气体传感器124、126在T₁和T₂之间的暂时的、尤其间隔式的变换。例如调整额定温度T₁的第一运行阶段和调整额定温度T₂的第二运行阶段可以交替。例如第一运行阶段具有5分钟的持续时间，并且第二运行阶段分别具有1分钟的持续时间。对于两个气体传感器124、126，优选温度T₁是基本上相同的，例如具有小于10℃并且特别优选小于5℃的偏差，并且较高的温度T₂对于两个气体传感器124、126优选也是相同的，优选又具有不大于10℃、尤其不大于5℃的偏差。由此得出气体传感器124、126的传感器信号的直接比较的可能性并且因此得出两个气体传感器124、126在不同的安装位置上的调节位置和/或动态性的直接比较的可能性。由此可以进行催化器120的诊断和/或废气传感器124、126中的一个或多个的电极的影响。以图4为例对此进行解释。

图4示出跳跃探测器128的探测器信号U_S——例如能斯特电压U_N，通过不同的方式影响所述跳跃探测器的电极。以N表示的曲线在此表示新状态。在新探测器中跳跃点的位置通常通过电极保护层的扩散特性决定。发动机中在λ=1气体中，H2和O2共存。H2由于更小的分子直径比O2扩散得快得多。如果保护层阻碍到达跳跃探测器的外部电极，则优选H2到达外部电极。在稍微稀的气体中，跳跃探测器仍显示浓的气体。通过保护层的构造能够调整跳跃点的位置。曲线Si表示以下曲线：在所述曲线中传感器电极已经由硅毒害，以Pb表示的曲线表示以下曲线：在所述曲线中传感器电极已经由铅毒害。以CSD表示的曲线表示以下曲线：在所述曲线中跳跃探测器128的参考电极例如已经通过富气影响。所述效应也称作持续向下移动（Continuous Shift Down，CSD）。因此，通过气体传感器124、126和/或其他气体传感器的传感器信号的比较，例如可以实施可信度考察和/或探测器中毒的识别。

应指出，优选可以以上描述的温度T₁和T₂来实施实施例1至5。所述方法可用于具有集成的或单独提供的加热元件——例如棒状加热器的跳跃探测器128，但也可以匹配于其他传感器元件——例如其他类型的废气探测器的运行、尤其匹配于氧宽带探测器和/或氮氧化物探测器。

Claims (11)

1.一种用于检测流动管（112）中的气体的至少一个参数、尤其用于证实排气管路中的废气中的至少一种气体成分的方法，其中，使用至少两个设置在所述流动管（112）中的不同位置上的气体传感器（122，124，126），其中，所述气体传感器（122，124，126）分别具有至少一个能斯特单元，其中，分别检测所述能斯特单元上的至少一个能斯特电压，其中，将所述气体传感器（122，124，126）分别调节到至少一个额定温度上，其中，如此实施所述方法，使得在至少两个不同的额定温度时检测所述至少一个参数。

2.根据以上权利要求所述的方法，其中，从由以下组成的组中选择出所述至少两个不同的额定温度：至少两个在不同时刻调整的额定温度；至少两个在不同位置上调整的额定温度。

3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少两个额定温度彼此偏差至少30℃、优选至少50℃、尤其至少100℃和特别优选至少150℃或至少200℃。

4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述气体传感器（122，124，126）中的至少一个在至少一个第一运行阶段中调节到第一额定温度上并且在至少一个第二运行阶段中调节到至少一个第二额定温度上。

5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一额定温度是400℃至650℃，优选550℃至600℃并且特别优选580℃，其中，所述第二额定温度是650℃至1000℃，尤其700℃至850℃并且特别优选780℃。

6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，根据所检测的气体温度进行所述第一运行阶段和所述第二运行阶段之间的至少一次切换。

7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在至少一个运行阶段中，同时调节到不同的额定温度上地运行所述气体传感器（122，124，126）。

8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，实施至少一个控制步骤，其中，在所述控制步骤中实施在所述至少两个不同的额定温度时检测的参数的比较。

9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述控制步骤中实施所述参数的至少一次可信度考察。

10.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述控制步骤中进行所述气体传感器（122，124，126）中的至少一个的至少一个电极的影响的至少一次识别，尤其是电极中毒和/或所述电极受浓气的影响。

11.一种用于检测流动管（112）中的气体的至少一个参数的装置（110），其中，所述装置包括用于在所述流动管（112）中的不同位置上在所述气体中使用的至少两个气体传感器（122，124，126），其中，所述气体传感器（122，124，126）分别具有至少一个能斯特单元，其中，所述装置此外包括至少一个控制器，其中，所述装置设置成实施根据以上权利要求中任一项所述的方法。

Images