CN106716120A - 用于检测气体混合物中至少一个具有结合的氧的测量气体成分的含量的方法和装置 - Google Patents

用于检测气体混合物中至少一个具有结合的氧的测量气体成分的含量的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种方法和一种装置(110)，所述方法和所述装置用于在氧分子出现于所述装置(110)中时在测量气体室(126)中通过感测通过具有结合的氧的测量气体成分的还原而产生的氧气的含量来检测气体混合物中、尤其内燃机的废气中至少一个具有结合的氧的测量气体成分的含量，所述装置具有至少一个第一泵单元(112)、基准单元(130)和第二泵单元(140)。所述方法包括以下步骤：a)在所述第一泵单元(112)中如此产生第一泵电流(120)，使得发生第一含量的氧离子在所述测量气体室(126)和所述装置(110)的周围环境之间的运输；b)将基准泵电流(138)如此施加到所述基准单元(130)上，使得第二含量的氧离子被运输到基准气体室(136)中；c)借助于催化作用在所述第二泵单元(140)的电极上分解具有所述结合的氧的测量气体成分，由此，由所述测量气体成分产生其它氧分子；d)将第二泵电流(146)如此施加到所述第二泵单元(140)上，使得由所述其它氧分子形成的其它氧离子含量被运输到所述基准气体室(136)中；以及e)由所述基准泵电流(138)和所述第二泵电流(146)形成的电流总和保持恒定。

Description

用于检测气体混合物中至少一个具有结合的氧的测量气体成 分的含量的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于在出现有氧分子时在测量气体室通过感测通过具有结合的氧的测量气体成分的还原而产生的氧气的含量来检测气体混合物中、尤其内燃机的废气中至少一个具有结合的氧的测量气体成分的含量的一种方法和一种装置。此外，本发明涉及一种计算机程序、一种电子存储器介质和一种电子控制器，所述计算机程序设置为用于执行所提及的方法的步骤，这种计算机程序存储在所述电子存储器介质上，所述电子控制器尤其包括这种电子存储器介质。
背景技术
由现有技术已知用于检测气体混合物中至少一个气体含量的方法和装置。下面，在不限制其它可能的构型的情况下，基本上参考用于定量和/或定性地感测气体混合物中至少一个气体含量、尤其分压力和/或体积含量和/或质量含量的装置来说明本发明。例如，尤其在机动车领域中，所述气体可以涉及内燃机的废气。作为用于感测气体含量的传感器尤其涉及λ探测器。例如在编者Konrad Reif，“机动车中的传感器”(Sensoren imKraftfahrzeug)，第二版，2012,第160-165页中描述了λ探测器。
λ探测器、尤其通用的λ探测器使两种物质流、尤其氧气流在两个室之间处于平衡，所述两个室可以涉及装置外部的气体室或处于装置中的空心室。在此，所述物质流中的一个物质流通过扩散屏障上的浓度差来驱动。另一个物质流通过固体电解质和两个电极、尤其两个泵电极以通过施加的泵电流来控制的方式驱动。在此，优选如此调节所述泵电流，使得在空心室中产生恒定的和非常小的氧气浓度。扩散屏障上的浓度分布曲线通过空心室中的恒定调节点、尤其导致一氧气浓度的恒定额定电压以及通过由废气侧的氧气浓度来单义地确定。氧气分子从测量气体室到空心室的流入相应于这种单义的浓度分布曲线来产生并且相应于所输入的泵电流。因此，泵电流可以用作为测量气体室中的氧气浓度、尤其在废气侧附的氧气浓度的测量值。
此外，已知用于在氧分子存在的情况下通过感测氧气的含量检测气体混合物中、尤其内燃机的废气中具有结合的氧的测量气体成分的至少一个含量的方法和装置，所述氧气通过具有结合的氧的测量气体成分的还原而产生。EP 0769693 A1公开了用于在氧分子尤其通过借助于适用于目的的催化器对氮氧化物NOX进行还原而出现的情况下通过感测氧气的含量来检测气体混合物中至少一个具有结合的氧的测量气体成分、尤其NOX的含量的方法和装置，所述氧气通过具有结合的氧的测量气体成分的还原而产生。其中所述的装置包括第一泵，所述第一泵作用在第一空心室上，所述第一空心室与测量气体室处于连接中，其中，第一泵单元用于从第一空心室运输氧气，由此在第一空心室中产生较小的氧气分压力。此外，所述装置包括一基准单元，该基准单元作用在基准气体室上并且该基准单元用于，如此从第二空心室运输氧气，使得可以如此调节处于空心室中的气氛中的氧气分压力，使得该氧气分压力具有一值，该值基本上不妨碍对测量气体成分的含量的感测。最后，所述装置包括第二泵单元，该第二泵单元作用在第二空心室上，其中，作用在第二空心室上的电极、尤其通过为此而引入电极中的催化器设置为用于还原或消解导入到第二空心室中的气氛中的、具有结合的氧的测量气体成分，优选氮氧化物NOX。通过对第二空心室中的测量气体成分进行还原或消解所产生的氧气(优选所述氧气来自于氮氧化物NOX的还原)借助于第二泵电流运输到基准气体室中并且借助于这样的值来检测所述氧气的含量：第二泵电流被设定到该值上。以所述方式，可以借助于至少三个相继布置的泵单元的级联在测量气体室中确定气体混合物中氮氧化物NOX的含量，所述气体混合物除了氮氧化物NOX之外也还包括氧气。
此外，由现有技术已知用于机动车的车载诊断(On-Board-Diagnose，OBD)的装置。以OBD尤其可以监测机动车中的内燃机的这样的部件，所述部件对内燃机的废气的特性施加影响。在废气的特性方面出现的错误通过OBD来感测并且例如通过指示灯显示给机动车驾驶员以及持久地存储在所属的控制器具中。OBD首次在1988年被加州空气资源委员会(California Air Resources Board，CARB)在此背景下推广：不仅要在对机动车进行许可时而且要在其使用寿命上确保废气排放规定。另外，在现在投入使用的用于自行监测的车辆自身的第二代电子系统(CARB-OBD II)的进一步改进方案的范围内，因此也要求，不同于已知的电子控制装置而准确地确定和定位废气相关系统的功能性故障，概念“精准定位”也使用于此。
就此而论，来自电流源的输出电流的发射(Streuung)起着特别的作用，所述发射可以具有直至30％或更大的公差。用于电流源的结构元件的由制造引起的公差可以与附加的效应、尤其由于结构元件的老化所引起的效应和/或因为作用在结构元件上的温度的效应而可能导致，电流源的输出电流可以在相当大的高度上偏离其名义上的值。但是，因为如上所述，基准单元中的氧气分压力与基准泵电流的大小成比例，基准泵电流的由此引起的发射可以对用于检测测量气体成分在测量气体室中的至少一个含量的装置的特征和功能具有完全显著的作用。如果基准泵电流以该方式偏离所确定的规定值，则可以明显地限制已知的用于感测气体含量的传感器的测量准确性。
发明内容
本发明提出一种方法和一种装置、一种计算机程序、一种电子存储器介质和一种电子控制器，所述方法和装置在氧分子出现于装置中时在测量气体室通过感测通过具有结合的氧的测量气体成分的还原而产生的氧气的含量来检测气体混合物中、尤其内燃机的废气中至少一个具有结合的氧的测量气体成分的含量，所述装置具有至少一个第一泵单元、基准单元和第二泵单元，所述计算机程序设置为用于执行所提及方法的步骤，在所述电子存储器介质上存储这种计算机程序，所述电子控制器尤其包括这种电子存储器介质，所述方法和装置、计算机程序、电子存储器介质和电子控制器具有独立权利要求的特征，以所述特征可以至少部分地改进这种方法和装置的由现有技术已知的缺点。为此，从属权利要求分别说明优选的构型。
本发明基于以下内容：对具有结合的氧、尤其具有化合的氧的测量气体成分(优选氮氧化物NOX、硫氧化物SOX和/或碳氧化物COX)的含量的检测根据现有技术基于以下假设：包含在基准气体室中的氧气含量尽可能完全来自待检测的测量气体成分(尤其氮氧化物NOX、硫氧化物SOX和/或碳氧化物COX)的还原。基于该假设，与此相应地从以下出发：第二泵电流所设定到的值由此与待检测的测量气体成分，尤其氮氧化物NOX、硫氧化物SOX和/或碳氧化物COX，的含量成比例。然而可以确定，在具有至少一个第一泵单元、基准单元和第二泵单元并且设置为用于实施本发明方法的装置中附加地出现的效应能够歪曲对待检测的测量气体成分，尤其氮氧化物NOX、硫氧化物SOX和/或碳氧化物COX，的含量的检测。
如上面已经描述的，通过测量气体成分的还原或消解所产生的、优选来自氮氧化物NOX、硫氧化物SOX和/或碳氧化物COX的还原的氧气借助于第二泵电流运输到基准气体室中，以便以该方式借助于这样的值来检测测量气体成分的含量：第二泵电流被调节到该值上。当然，除了该氧离子流(所述氧离子流的氧离子来自具有结合的氧的测量气体成分的还原)之外，来自由在第一泵单元中由氧分子形成的并且经过测量气体室运输到基准气体室中的氧离子所形成的氧离子流的另一氧离子流也流入基准气体室中。通常，相应的氧离子流的特性如下：在具有结合的氧的测量气体成分的浓度小的情况下来自第一泵单元的氧离子流占主导，而在具有结合的氧的测量气体成分的浓度高的情况下通过测量气体成分的还原而产生的氧离子流超过来自第一泵单元的氧离子流约三倍。
相应于两种氧离子流的组分，基准气体室中的氧离子浓度如此改变而使得上面所提及的假设在实践中不完全适用。因为空气可以沿着电极接头从基准气体室中漏出，所以基准单元保持不受氧离子浓度改变的消极影响；尤其不存在基准单元的功能受损害的危险或完全不存在它发生破坏的危险。当然，基准气体室中的氧离子浓度的所述改变导致基准单元的工作点的移动。由此，上面所提到的、在实践中仅大致适用的假设(包含在基准气体室中的氧气的含量完全来自待检测的测量气体成分的还原)导致：基准气体室中的氧离子浓度的所述改变由此可以对当前确定的准确性具有影响。
因此，提出一种用于检测气体混合物中至少一个具有结合的氧的测量气体成分的含量的方法，在该方法中，在氧分子存在的情况下感测通过结合的氧的测量气体成分的还原而产生的氧气的含量。首先，除了化合的氧O之外还包括氮N、硫S和/或碳C含量的氮氧化物NOX、硫氧化物SOX和/或碳氧化物COX用作为具有结合的氧的测量气体成分。然而原则上，本发明的方法适合用于各个具有结合的氧、优选化合的氧的测量气体成分，只要可以从测量气体成分中通过借助于适合于此的催化器而进行的还原从测量气体成分中分离结合的氧的至少一部分并且以已分离的形式检测，优选所述催化器设置在至少一个能操控的电极中。在一个优选的构型中，具有结合的氧的测量气体成分包含在内燃机的废气中、尤其在机动车领域中的内燃机的废气中。
然而在实践中，除了具有结合的氧(所述结合的氧通过它的还原从测量气体成分中分离)的测量气体成分之外，气体混合物还包括氧分子O2，所述氧分子以值得注意的含量出现于通常地面的大气环境中。因此，由于该原因，需要在装置中执行所述方法，所述装置设置为用于在通过测量气体成分的还原而从所述气体混合物中也产生氧气之前首先从气体混合物中移除出现于气体混合物中的氧分子，尤其能够以该方式尽可能不受来自氧分子的附加成分影响地执行对气体混合物中测量气体成分含量的检测。
为此使用一种装置，所述装置具有至少一个第一泵单元、基准单元和第二泵单元。在此，“泵单元”理解为具有固体电解质的腔，所述固体电解质至少在高温下对于氧离子而言是可传导的，其中，设置有至少两个电极，以所述电极可以在固体电解质上构成电势差和/或可以通过施加泵电流引起通过固体电解质的氧离子流。
本发明的方法包括步骤a)至e)，其中，可以相继地和/或至少部分地同时执行所提及步骤中的至少数个步骤。此外，也能够实施可能在本申请中已描述或未描述的其它步骤。
根据步骤a)，在第一泵单元中如此产生第一泵电流，使得第一含量的氧离子在测量气体室和装置的周围环境之间运输，所述第一含量的氧离子由氧分子形成，除了具有结合的氧的测量气体成分之外，所述氧分子出现于气体混合物中。因为第一泵单元尤其具有上面所述的结构，第一泵电流可以设定到一值上，以便将期望的第一含量的氧离子经过第一泵单元的固体电解质而带到测量气体室中。
根据步骤b)，将基准泵电流如此施加到也可以被称为“能斯特单元”的基准单元上，使得处于测量气体室中或处于装置的周围环境中的第二含量的氧离子被运输到基准气体室中。在此，尤其如此设定基准泵电流的值，使得在基准气体室中产生确定含量的氧离子。此外，为了在第一泵单元中的第一氧离子含量和基准气体室中的第二氧离子含量之间建立确定的比例关系，为此可以相应地设定第一泵电流的值。
在方法步骤a)和b)中所使用的泵单元和基准单元共同形成用于在氧分子存在的情况下检测具有结合的氧的测量气体成分的含量的本发明装置的所谓的“氧部分”，尤其可以在使用所述装置的情况下检测气体混合物中氧分子的含量。具有结合的氧的测量气体成分、尤其氮氧化物NOX的含量基本上保持不受在步骤a)和b)期间所施加的第一泵电流和基准泵电流影响并且以该方式到达第二泵单元中，在所述第二泵单元中，根据步骤c)，借助于催化作用如此分解具有结合的氧的测量气体成分，使得由此由之前在测量气体成分中所结合的氧产生其它氧离子。在此，具有结合的氧的测量气体成分的分解优选通过所述电极中的至少一个电极的催化作用来进行，所述电极作用在第二泵单元上。在具有结合的氧的测量气体成分包括氮氧化物NOX的情况下，作用在第二泵单元上的电极将氮氧化物NOX优选尽可能完全地分解成氧分子O2和氮分子N2。以该方式所产生的氮分子N2在没有明显障碍的情况下从本发明装置中扩散出来，而在步骤d)中通过在第二泵单元上施加第二泵电流来将由其它氧分子形成的一含量的其它氧离子运输到基准气体室中。该考察有意义地也适用于以下情况：具有结合的氧的测量气体成分包括硫氧化物SOX和/或碳氧化物COX，所述硫氧化物SOX和/或碳氧化物COX除了氧分子O2之外还产生一含量的硫分子S和/或碳分子C，所述一含量的硫分子S和/或碳分子C借助于适合的装置从本发明的装置中移除。在现有技术中，相应于上面所述的假设而通常由第二泵电流的值求取具有结合的氧的测量气体成分的含量。
尤其为了基于上面所述的误差源而避免对待检测的测量气体成分、尤其氮氧化物NOX、硫氧化物SOX和/或碳氧化物COX含量的歪曲，根据步骤e)，由基准泵电流和第二泵电流形成的电流总和保持恒定。在此，电流总和保持恒定理解为这样的行动，所述行动使得电流总和的值保持在确定的范围之内，该范围处于确定的最小阈值之上和确定的最大阈值之下。通过优选以该方式调节基准泵电流的值以满足使根据步骤e)的两个电流恒定的条件，现在可以以该方式由第二泵电流的值确定具有结合的氧的测量气体成分的含量。因为可以以该方式排除上面所述的从第一泵单元进入到基准气体室中的氧离子流的影响，因而尤其可以提高对具有结合的氧的测量成分含量的检测的准确性。
在另一方面，本发明包括一种计算机程序，所述计算机程序设置为用于执行所述的方法的步骤。
在另一方面，本发明包括一种电子存储器介质，所述存储器介质设置为用于存储如此构型的计算机程序。
在另一方面，本发明包括一种电子控制器，所述电子控制器具有至少一个用于感测、用于设定和/或用于调节第一泵电流、基准泵电流和/或第二泵电流各自的值的装置。在一优选的构型中，电子控制器具有至少一个电子存储器介质，计算机程序存储在所述电子存储器介质上，所述计算机程序设置为用于执行所述的方法的步骤。在此，根据本发明的电子控制器是一件式还是多件式构型，即电子存储器介质和至少一个装置是以单个的装置的形式还是以一个或多个分开的装置的形式存在是不重要的。
在一特别优选的构型中，有利的是，将至少一个装置分成三个实际或仅在想像中相互分开的部分，尤其分成
用于感测基准泵电流的值的第一装置；
用于设定基准泵电流的值的第二装置；
用于调节基准泵电流的值的第三装置。
在此，用于感测基准泵电流的值的第一装置和用于设定基准泵电流的值的第二装置尤其不仅可以构型为分开的单元，或者也可以以唯一单元的形式组合而成。
在此，在一优选的构型中，用于感测基准泵电流的值的第一装置具有至少一个测量电阻，所述测量电阻设置为用于感测基准泵电流的值。以该方式，第一装置可以用于，测量基准泵电流的大小或与之成比例的电信号。如在实施例中更详细地阐释的，在此优选可以从：
用于确定基准泵电流的电阻；
用于确定第二泵电流的电阻；
引入到从电子控制器到基准单元的基准电极的连接中的电阻；或
引入到电子控制器中的模拟-数字转换器的内电阻
中选择测量电阻。
在一优选的构型中，用于设定基准泵电流的值的第二装置具有至少一个能调整的电流源。在此，“电流源”理解为这样的电子单元，所述电子单元具有至少一个用于接收控制信号的输入端、至少一个用于产生电流信号的单元和至少一个用于输出电流信号的输出端，其中，可以借助于控制信号确定电流的大小和/或电流的方向、优选同时确定电流的大小和电流的方向。在此，能调整的电流源要么可以电压控制地要么可以电流控制地构型，即在电压控制的电流源的情况下，控制信号为电压信号，而在电流控制的电流源的情况下，控制信号为电流信号。
在一特别的构型中，用于设定基准泵电流的值的第二装置具有两个分开的、可分别相互独立地调整的电流源，如此联接所述电流源，使得两个能分开地调整的电流源具有彼此相反的电势基准。以该方式，第二装置可以逆转基准泵电流的值并由此不仅在第一电流方向上而且在第二电流方向上提供基准泵电流的值，所述第二电流方向具有相对于第一电流方向相反的正负号。
在一特别优选的构型中，如此构型用于调节基准泵电流的值的第三装置，使得第三装置提供用于至少一个能调整的电流源的输入信号，所述输入信号用作为调节器调节参数。在此，基准泵电流的值和基准泵电流的值的参考量和/或控制参数可以用作为针对用于调节基准泵电流的值的第三装置的输入参数，所述基准泵电流的值尤其通过用于感测基准泵电流的值的第一装置来提供。
以此处所述方式构型的电子控制器具有大量优点，尤其在感测气体混合物中的测量气体成分、尤其氮氧化物的准确性的改进方面、在本发明装置的动态特性的改进方面以及在用于执行配备有本发明装置的机动车的车载诊断(OBD)的扩展可能性方面具有大量优点。
如果可以准确地设定和确定至少一个能调整的电流源的输出电流，则以该方式可能的是，对能调整的电流源的可能出现的发射进行补偿。在此，可以借助于基准泵电流的能调整的值相应地控制基准单元中的氧气分压力。以该方式可以影响并相应地匹配调节路段(Regelstrecke)的传递函数，所述调节路段通过用于调节基准泵电流的值的第三装置来调节。此外，也可以以该方式补偿第二泵电流对基准单元中氧气分压力的影响，所述影响与气体混合物中具有结合的氧的测量气体成分的含量有关。此外，对基准泵电流的值的准确的感测可以使得能够对当前传感器元件的部件的功能故障准确地精准定位。
在另一方面，本发明包括用于检测混合气体中、尤其内燃机的废气中至少一个具有结合的氧的测量气体成分的含量的装置，其中，在氧分子出现于所述装置中时，在测量气体室中感测通过具有结合的氧的测量气体成分的还原而产生的氧气的含量。在此，所述装置包括至少一个泵单元、至少一个基准单元、至少一个第二泵单元和至少一个此处所述的电子控制器。对于关于所述装置而言所列举部件的其它细节，参考对所述方法的说明和/或所述电子控制器的说明。
附图说明
本发明的优选的实施例在附图中示出并且在接下来的说明中更详细地阐释。在此详细示出：
图1在使用用于检测具有结合的氧的测量气体成分的至少一个含量的特别有利的装置的情况下的本发明方法的一优选的实施例；
图2针对用于这样的装置的电子控制器的一特别优选的实施例，所述装置用于检测具有结合的氧的测量气体成分的含量；
图3针对用于感测基准泵电流的值的电路的第一实施例；
图4针对用于感测基准泵电流的值的电路的第二实施例；
图5针对用于感测基准泵电流的值的电路的第三实施例；
图6针对用于感测基准泵电流的值的电路的第四实施例；
图7针对用于设定基准泵电流的值的、电压控制的电流源的一实施例；
图8针对用于设定基准泵电流的值的、电流控制的电流源的一实施例；
图9针对电流控制的两级电流源的一实施例，所述电流源用于设定基准泵电流的、具有任意符号的值；
图10针对用于调节基准泵电流的值的装置的一实施例；以及
图11针对实施对基准泵电流的值进行调节的一实施例。
具体实施方式
在图1中示出在使用一种用于检测至少一个具有结合的氧的测量气体成分(下面示例性地被称为氮氧化物NOX)在气体混合物(例如内燃机的废气)中的含量的特别有利的装置110情况下的本发明方法的优选的实施例。
装置110包括第一泵单元112，所述第一泵单元构成在外泵电极114和内泵电极116之间。在此，借助于多孔的氧化铝层118与装置110的周围环境分开的外泵电极114具有导电的第一连接部，通过所述第一连接部可以在第一泵单元112中产生第一泵电流120。为了获得完整的电流回路，内泵电极116也具有导电连接部，所述导电连接部引导到外部的电子控制器124的共同的接头122。通过在第一泵单元112中产生第一泵电流120可以使由气体混合物的氧分子所形成的第一含量的氧离子在测量气体室126和装置110的周围环境之间运输。在从周围环境到此处以两个分开的空心室形式构型的测量气体室126的进入路径中存在有两个扩散屏障128。
此外，所述装置具有基准单元130，能斯特电极132和基准电极134作用在所述基准单元上。能斯特电极132具有与内泵电极116一起到共同的接头122的导电连接部，而基准电极134具有到供给电压的导电连接部。来自测量气体室126和/或来自装置110的周围环境的第二含量的氧离子通过在供给电压和共同的接头122之间施加基准泵电流138而运输到基准气体室136中。在此，如此设定基准泵电流138的值，使得在基准气体室136中构成确定含量的氧离子。与此相关，优选也如此设定第一泵电流120的值，使得氧离子在测量气体室中的第一含量和氧离子在基准气体室136中的第二含量之间产生确定的比例关系。
也包含在气体混合物中的、具有结合的氧的测量气体成分氮氧化物NOX尤其通过扩散在很大程度上未受影响地到达第二泵单元140中，所述第二泵单元也被称为“NOX泵单元”。NOX泵电极142和NOX对应电极144邻接第二泵单元140。如此构型两个电极NOX泵电极142和/或NOX对应电极144中的至少一个电极，使得在施加电压的情况下可以借助于催化作用作用由测量气体成分NOX产生其它氧分子，所述氧分子在第二泵单元140中形成。
NOX泵电极142具有引导到共同的接头122的导电连接部，而NOX对应电极144具有这样的导电连接部，通过该导电连接部可以将第二泵电流146施加到第二泵单元140上。在将第二泵电流146施加到第二泵单元140上的情况下，由其它氧分子形成的一含量的其它氧离子被运输到基准气体室136中。
此外，装置110具有加热元件148，所述加热元件具有加热管路150，热流可以经过所述加热管路而引入到加热元件148中，所述加热元件可以借助于产生热功率将装置110带到期望的温度上。
为了执行本发明的用于检测气体混合物中具有结合的氧的测量气体成分的含量的方法，电子控制器124具有用于确定第二泵电流146的值的测量装置152以及具有调节装置152，借助于所述调整装置可以如此调节基准泵电流138的值，使得由基准泵电流138和第二泵电流146形成的电流总和可以保持恒定。出于概要性的原因，在图1中未示出电子控制器124可以具有的其它组成部分。
在此，电流总和保持恒定理解为这样的行动，所述行动使得电流总和的值保持在确定的范围之内，该范围处于确定的最小阈值之上和确定的最大阈值之下。即使所有的技术措施都不能完全抑制在装置110中出现的波动，但是以该方式还是可以对所述波动加以考虑。
在图2中示出针对电子控制器124的特别优选的实施例，所述控制器具用于在本发明的用于检测具有结合的氧的测量气体成分的含量的装置110中使用。在此，电子控制器124具有用于感测基准泵电流138的值的电路156、能调整的电流源158以及用于调节基准泵电流138的值的调节器160。
用于感测基准泵电流138的值的电路156在图2中示出的实施例中具有模拟-数字转换器162，所述模拟-数字转换器具有内电阻164，可以根据开关166的设定的选择来感测所述内电阻。在此，模拟-数字转换器162的内电阻164作为测量电阻来使用，所述测量电阻可以被使用于感测基准泵电流138的值。其它构型是可能的并且在接下来的实施例中说明。
用于设定基准泵电流138的值的、能调整的电流源158在根据图2的实施例中实施为具有能逆转的极性的可配置电流源168。在此，能调整的电流源158获得由调节器160所提供的调节参数172作为输入信号170。能调整的电流源158的输出信号174在当前的实施例中被供应给开关166，并且，根据开关166的设定而定，作为基准泵电流138被提供到基准电极134上或被使用用于确定模拟-数字转换器162的内电阻164。
调节器160提供调节参数172以控制能调整的电流源158的输入信号170，该调节器160获得由电路156所感测的、基准泵电流138的值作为第一输入参数176。提供预先给定的基准值180作为调节器160的第二输入参数178。
此外，在图2中示出的示例性的电子控制器124具有能调整的、用于提供第一泵电流120的值的第二电流源182、用于提供基准单元130的共同的电势的电压源184和具有用于感测能斯特电压的值的第二模拟-数字转换器186。
在接下来的图3至6中示出针对电路156的不同的实施方案，所述电路用于感测基准泵电流138的值。对于在图3至6的接下来的说明中未提到的细节，参考图2的上面的说明。
在根据图3的实施例中，用于感测基准泵电流138的值的电路156具有附加的测量电阻188，根据所示出的电路156，所述附加的测量电阻被使用用于确定基准泵电流的值。在此，由能调整的电流源158提供的电流首先被引导到开关166，所述开关根据开关166的设定将基准泵电流138传导到基准电极134或进一步传导到附加的高欧姆的测量电阻188(分流)上。有利地，后一种情况尤其可以在一运行阶段中进行，在所述运行阶段中，例如在启动阶段开始时，在传感器元件上不需要施加基准泵电流138。在此，借助于附加的模拟-数字转换器190求取基准泵电流138的值。此外，在图3中示出的电子控制器124具有能调整的、用于产生第二泵电流146的第三电流源192。
在图4中示出用于电路156的另一实施例，所述电路用于感测基准泵电流138的值。在该实施例中，在电子控制器124中存在的、用于感测第二泵电流146的值的测量电阻194作为用于感测基准泵电流138的值的测量电阻196来使用。在传感器元件不活动并由此欧姆值非常高的运行状态下，基准泵电流138的值可以借助于开关166和其它开关198切换到用于确定第二泵电流146的测量电阻194上，以便以该方式借助于第二模拟-数字转换器186来确定基准泵电流138的值。
在根据图5的实施例中，考虑来自实践的观察，在此，由能调整的电流源158产生的总电流通常不到达传感器元件，因为该电流的一部分得到去往虚拟地线COM的另一路径并且例如流经具有内电阻的模拟-数字转换器162。此外，在图5中示意性地通过电阻200示出的电容器寄生电阻也可以减小基准泵电流138的值。
因此，如在图6中示意性地示出的，提出，在从电子控制器124到传感器元件的Vs导线中引入另一附加的测量电阻202并且通过在该另一附加的测量电阻202上出现的电压降来确定基准泵电流138的值，所述基准泵电流到达传感器元件中的基准电极134。为此，尤其可以使用其另一模拟-数字转换器204。因为通过在附加的测量电阻202上的电压降影响电压Vs的值，所以优选地，为了补偿电压Vs的测量值的改变，将在附加的测量电阻上出现的电压降加到所感测的电压Vs值上。
也可以从上面的图3中得出用于感测基准泵电流138的值的另一实施例。如在那里所述的，可以通过附加的测量电阻188上的电压降确定基准泵电流138。因为模拟-数字转换器162的内电阻164通常被感测并且与用于模拟-数字转换器162的另外的校准数据一起存储在存储器中，由此在知道模拟-数字转换器162的内电阻的情况下可以计算出实际流经模拟-数字转换器162的电流，因为模拟-数字转换器162上的电压Vs也被感测。在此，在一种运行方式中，模拟-数字转换器162仅在确定的阶段期间进行测量，从而电流也仅在该阶段期间流经模拟-数字转换器162的内电阻164，在该运行方式中，可以求取基准泵电流138的分摊的损耗，其方式是，使流经模拟-数字转换器138的电流在比例上与整个周期持续时间相关。
在接下来的图7至9中示出优选的、针对能调整的电流源158的构型的实施例，用于设定基准泵电流138的值的电子控制器124可以具有所述能调整的电流源。
在能调整的电流源158的第一实施例中，在图7中示意性地以替代电路图形式示出电压控制的电流源206。在该示例性的示例中，n比特数字模拟转换器208由n比特的控制字符210产生电压信号212。由此，作用在电压控制的电流源206的输入端214、214’上的电压控制信号212在电压控制的电流源206的输出端216、216’上产生电流218，该电流具有能通过电压控制信号212调整的大小。
在图8中示意性地以电流控制的电流源220的替代电路图形式示出另一实施例。在该实施例中使用所谓的“电流镜”，所述电流镜将来自基准电流源224的输入电流转换为电压。该电压又控制内部的电流源226，所述内部的电流源确定在电流控制的电流源220的输出端228、228’上的电流的值。在此，电流镜的所谓的“增益”描述输出电流的值与相应的输入电流的值的关系。因为输出电流可以通过导线连接部230来相加，所以电流镜的开关以分别不同增益允许设定具有确定的值的输出电流。在此，可以通过开关232来对输出电流218的值进行确定，所述开关的操控此处如上所述也可以通过借助于n比特控制字符210控制的n比特数字模拟转换器208来进行。
图9示出，能配置的电流源168具有两个能调整的、电流控制的电流源220、220’，这些能配置的电流源可以如此来联接，使得在此电流流动的方向可以逆转。在此，两个n比特数字模拟转换器208、208’分别将电流控制的第一电流源220的输入端214、214’上或电流控制的第二电流源226、226’的输入端214”、214”’上的电压控制信号212、212’、212”中的详细的n比特控制字符210、210’转换为相应的电压，所述电压又分别使电流源226、226’运行，其中，所属的电流源226、226’分别确定输出端216、216’、216”、216”’上的电流218、218’。两个电流218、218’可以通过开关232如此相加，使得在此可以产生总电流234，所述总电流可以具有任意的方向。
图10示意性地示出用于基准单元130的基准泵电流138的调节回路236。在此，调节回路236由可控的电流源158、用于感测基准泵电流138的值的电路156和调节器160形成。在此，调节参数172形成针对可控的电流源158的输入信号170，该调节参数可以通过数字或模拟电路由作为第一输入参数176的基准泵电流138测量值和作为第二输入参数178的基准值180或控制参数来形成。
在此，优选调节器160可以具有调节算法238，所述调节算法的实施在图11中示意性地示出。通过在加法器240中比较基准泵电流138的值与基准值180来产生误差信号242，其中，基准泵电流138用作为第一输入参数176并且基准值180用作为第二输入参数178，所述误差信号作用在数字电路246的输入端244上。在此，如此设置数字电路246，使得所述数字电路在输出端248上提供调节参数172，所述调节参数作为输入信号170供可控的电流源158使用。

Claims (15)

1.方法，其用于在氧分子出现于装置(110)中时在测量气体室(126)中通过感测通过具有结合的氧的测量气体成分的还原而产生的氧气的含量来检测气体混合物中、尤其内燃机的废气中至少一个具有结合的氧的测量气体成分的含量，所述装置具有至少一个第一泵单元(112)、基准单元(130)和第二泵单元(140)，所述方法包括以下步骤：
a)在所述第一泵单元(112)中如此产生第一泵电流(120)，使得发生第一含量的氧离子在所述测量气体室(126)和所述装置(110)的周围环境之间的运输；
b)将基准泵电流(138)如此施加到所述基准单元(130)上，使得第二含量的氧离子被运输到基准气体室(136)中；
c)借助于催化作用在所述第二泵单元(140)的电极上分解具有所述结合的氧的测量气体成分，由此，由所述测量气体成分产生其它氧分子；
d)将第二泵电流(146)如此施加到所述第二泵单元(140)上，使得由所述其它氧分子形成的其它氧离子含量被运输到所述基准气体室(136)中；
其特征在于，
e)由所述基准泵电流(138)和所述第二泵电流(146)形成的电流总和保持恒定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如此设定所述基准泵电流(138)的值，使得所述电流总和保持恒定，并且，由所述第二泵电流(146)的值确定所述气体混合物中的具有结合的氧的测量气体成分的含量。
3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述具有结合的氧的测量气体成分的分解通过电极(142、144)的催化作用来进行，所述电极作用在所述第二泵单元(140)上。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如此设定所述第一泵电流(120)的值，使得在所述氧离子的第一含量和所述氧离子的第二含量之间产生确定的比例关系。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如此设定所述基准泵电流(138)的值，使得在所述基准气体室(136)中构成确定含量的氧离子。
6.计算机程序，所述计算机程序设置为用于执行根据以上权利要求中任一项所述的方法的步骤。
7.电子存储器介质，根据权利要求6所述的计算机程序存储在所述电子存储器介质上。
8.电子控制器(124)，所述电子控制器具有至少一个用于感测、用于设定和/或用于调节所述第一泵电流(120)、所述基准泵电流(138)和/或所述第二泵电流(146)各自的值的装置。
9.根据前一权利要求所述的电子控制器(124)，所述电子控制器包括根据权利要求7所述的电子存储器介质。
10.根据前两项权利要求之一所述的电子控制器(124)，其中，设置有用于感测所述基准泵电流(138)的值的测量电阻，其中，从
-用于确定所述基准泵电流(138)的电阻(188)；
-用于确定所述第二泵电流(146)的电阻(194)；
-引入到从所述电子控制器(124)到所述基准单元(130)的基准电极(134)的连接中的电阻(202)；或
-存在于所述电子控制器(124)中的模拟-数字转换器(162)的内电阻(164)中选择所述测量电阻。
11.根据前三项权利要求中任一项所述的电子控制器(124)，其中，为了设定所述基准泵电流(138)的值，设置有至少一个能调整的电流源(158)。
12.根据前一权利要求所述的电子控制器(124)，其中，所述能调整的电流源(158)为电压控制的或电流控制的。
13.根据前两项权利要求之一所述的电子控制器(124)，其中，设置有两个分开的、电流控制的电流源(220、220’)，并且如此联接所述电流源，使得所述两个电流控制的电流源(220、220’)彼此具有相反的电势基准。
14.根据前三项权利要求中任一项所述的电子控制器(124)，其中，为了调节所述基准泵电流(138)的值，设置有至少一个调节单元(160)，其中，所述调节单元(160)设置为用于接收至少两个输入参数(176、178)并且用于输出至少一个调节参数(172)，其中，所述输入参数(176、178)包括所述基准泵电流(138)的值和所述调节单元(160)的基准值(180)，并且其中，所述调节参数(172)能够作为输入信号(170)输出到所述能调整的电流源(158)上。
15.装置(110)，其用于在氧分子出现于所述装置(110)中时在测量气体室(126)中通过感测通过具有结合的氧的测量气体成分的还原而产生的氧气的含量来检测气体混合物中、尤其内燃机的废气中至少一个具有结合的氧的测量气体成分的含量，所述装置包括至少一个第一泵单元(112)、基准单元(130)和第二泵单元(140)和根据以上与所述电子控制器(124)相关的权利要求中任一项所述的电子控制器(124)。
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