DE102010039188A1 - Method for detecting component e.g. oxygen in exhaust gas of combustion engine, involves applying voltage nearer to Nernst voltage to pump cell, to determine storage capacity value that affects value of current flowing via pump cell - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Sensorelementen und Verfahren zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum bekannt. Dabei kann es sich grundsätzlich um beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaften des Gases handeln, wobei eine oder mehrere Eigenschaften erfasst werden können. Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere unter Bezugnahme auf eine qualitative und/oder quantitative Erfassung einer Gaskomponente des Gases beschrieben, insbesondere unter Bezugnahme auf eine Erfassung eines Sauerstoffanteils in dem Gas. Der Sauerstoffanteil kann beispielsweise in Form eines Partialdrucks und/oder in Form eines Prozentsatzes erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch auch andere Eigenschaften des Gases erfassbar.A large number of sensor elements and methods for detecting at least one property of a gas in a measuring gas space are known from the prior art. In principle, these can be any physical and / or chemical properties of the gas, one or more properties being able to be detected. The invention is described below in particular with reference to a qualitative and / or quantitative detection of a gas component of the gas, in particular with reference to a detection of an oxygen content in the gas. The oxygen content can be detected, for example, in the form of a partial pressure and / or in the form of a percentage. Alternatively or additionally, however, other properties of the gas can be detected.
Aus dem Stand der Technik sind insbesondere keramische Sensorelemente bekannt, welche auf der Verwendung von elektrolytischen Eigenschaften bestimmter Festkörper basieren, also auf ionenleitenden Eigenschaften dieser Festkörper. Insbesondere kann es sich bei diesen Festkörpern um keramische Festelektrolyte handeln, wie beispielsweise Zirkoniumdioxid, insbesondere Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ) und/oder Scandium-dotiertes Zirkoniumdioxid (ScSZ). Beispielsweise können derartige Sensorelemente als so genannte Lambdasonden ausgestaltet sein, wie sie beispielsweise in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 154–159 bekannt sind. Neben so genannten Sprungsonden sind dabei auch Lambdasonden bekannt, welche auf der Verwendung einer oder mehrerer Pumpzellen basieren. Diese Pumpzellen können im einzelligen Aufbau oder auch als komplexere mehrzellige Aufbauten eingesetzt werden. Beispielsweise wird bei bekannten Lambdasonden für den Einsatz in Dieselsystemen im Magerbetrieb Sauerstoff aus dem Messgasraum, beispielsweise einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine, von einer ersten Pumpelektrode, beispielsweise einer inneren Pumpelektrode, in einen Referenzgasraum, beispielsweise einen Abluftkanal, gepumpt. Der Abluftkanal ist dabei typischerweise derart ausgestaltet, dass die Abgabe des Sauerstoffs an die Umgebungsluft durch den Abluftkanal stark behindert ist. Dies bedeutet, dass sich im Magerbetrieb ein Sauerstoffüberdruck im Abluftkanal aufbaut und Sauerstoff eingespeichert wird. Ein Beispiel eines derartigen Sensorelements, welches für diesen Zweck geeignet ist und welches auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, ist in
Bei derartigen Sensorelementen, bei welchen der Abluftkanal oder ein Teil desselben selbst als Sauerstoffspeicher für einen kurzfristigen Fettgasbetrieb wirkt, können jedoch insbesondere mechanische Schäden im Einsatz, wie beispielsweise Risse im Bereich des Abluftkanals, dazu führen, dass sich die Eigenschaften der Sauerstoffeinspeicherung stark verändern. In diesem Fall liefert das zur Entscheidung über die Möglichkeit der Durchführung einer kurzfristigen Fettmessung herangezogene Beladungsmodell möglicherweise inkorrekte Informationen über die vorhandene Sauerstoffmenge für die Fettmessung. Im Extremfall steht kein Sauerstoff zur Verfügung, und das Sensorelement liefert statt des korrekten fetten Lambdawerts (λ < 1) einen Wert von λ = 1. Da diese mögliche Fehlfunktion nur bei fettem Abgas auftritt, fällt diese in der Regel im normalen, mageren Lambdabetrieb der Diesel-Sensorelemente nicht auf. In einigen Fällen können Fehlfunktionen aufgrund von Plausibilisierungsbetrachtungen der gelieferten Lambdawerte erkannt werden. In anderen Fällen ist eine derartige Erkennung jedoch nicht möglich.In such sensor elements, in which the exhaust duct or a part of the same itself acts as an oxygen storage for a short-term rich gas operation, but in particular mechanical damage in use, such as cracks in the region of the exhaust duct, cause the properties of the oxygen storage change greatly. In this case, the loading model used to decide on the possibility of performing a short-term fat measurement may provide incorrect information about the amount of oxygen available for fat measurement. In extreme cases, no oxygen is available, and instead of the correct rich lambda value (λ <1), the sensor element gives a value of λ = 1. Since this possible malfunction occurs only with rich exhaust gas, this usually falls in the normal, lean lambda mode Diesel sensor elements not on. In some cases, malfunctions can be detected due to plausibility considerations of the supplied lambda values. In other cases, however, such recognition is not possible.
Ein Beispiel für einen kritischen Fall stellt eine Regeneration von NOx-Speicherkatalysatoren (NSC) dar. Während der Regeneration werden Fettgase im NSC verbraucht. Ein stromabwärts des NSC angeordnetes Sensorelement erhält während der Regeneration ein Gasgemisch mit der Luftzahl λ = 1. Sobald jedoch das gespeicherte NOx entfernt ist, kommt Fettgas an dem stromabwärts des NSC angeordneten Sensorelement an. Aufgabe des Sensorelements ist es, dieses Fettgas zu erkennen und gegebenenfalls zu messen. Wird eine Regenerationsstrategie gewählt, bei der die Regeneration nicht komplett durchgeführt wird, dann kommt an dem stromabwärts des NSC gelegenen Sensorelement kein Fettgas während der Regeneration an. Bei Fehlfunktionen des NSC hingegen bricht Fettgas zum Sensorelement durch. Ein Sensorelement mit stark undichtem Abluftkanal würde diesen Durchbruch und damit die Fehlfunktion des NSC nicht erkennen. Wünschenswert wären daher eine Vorrichtung und ein Verfahren, welche eine messtechnische Diagnose von Fehlfunktionen ermöglichen. Insbesondere soll eine messtechnische Möglichkeit für die Diagnose von Undichtigkeiten im Bereich des Abluftkanals des Sensorelements, insbesondere einer für Diesel-Anwendungen geeigneten Lambdasonde, zur Verfügung gestellt werden. Hierdurch soll insbesondere eine On-Board-Diagnose von Fehlfunktionen ermöglicht werden.An example of a critical case is the regeneration of NOx storage catalysts (NSCs). During regeneration, GHGs are consumed in the NSC. A sensor element located downstream of the NSC receives a gas mixture with the air ratio λ = 1 during regeneration. However, once the stored NOx is removed, rich gas arrives at the sensor element located downstream of the NSC. The task of the sensor element is to detect this fat gas and measure it if necessary. If a regeneration strategy is chosen in which the regeneration is not completely carried out, then the sensor element located downstream of the NSC does not receive any rich gas during the regeneration. In case of malfunctions of the NSC, however, breaks down fat gas to the sensor element. A sensor element with a highly leaking exhaust duct would not recognize this breakthrough and thus the malfunction of the NPC. It would therefore be desirable to have a device and a method which enable a metrological diagnosis of malfunctions. In particular, a metrological possibility for the diagnosis of Leaks in the area of the exhaust duct of the sensor element, in particular a lambda probe suitable for diesel applications, are made available. As a result, in particular an on-board diagnosis of malfunctions should be made possible.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es werden dementsprechend ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Verfahren und Vorrichtungen zumindest weitgehend vermeiden. Insbesondere kann es sich, wie oben beschrieben, bei der mindestens einen Eigenschaft des Gases, welche grundsätzlich eine beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaft sein kann, um einen Anteil mindestens einer Gaskomponente in dem Gas handeln, beispielsweise einen Partialdruck und/oder einen Prozentsatz der Gaskomponente. Bei der Gaskomponente kann es sich insbesondere um Sauerstoff handeln. Auch andere Eigenschaften sind jedoch grundsätzlich erfassbar. Die Erfindung ist insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik einsetzbar, so dass es sich bei dem Messgasraum insbesondere um einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine handeln kann und bei dem Gas insbesondere um ein Abgas.Accordingly, a method and a device for detecting at least one property of a gas in a measurement gas space are proposed, which at least largely avoid the disadvantages of known methods and devices. In particular, as described above, the at least one property of the gas, which may in principle be any physical and / or chemical property, may be a fraction of at least one gas component in the gas, for example a partial pressure and / or a percentage of gas component. The gas component may in particular be oxygen. However, other properties are basically detectable. The invention can be used in particular in the field of motor vehicle technology, so that the measuring gas chamber can be, in particular, an exhaust gas tract of an internal combustion engine and, in particular, an exhaust gas in the case of the gas.
Bei dem Verfahren wird mindestens ein Sensorelement mit mindestens einer Zelle verwendet. Unter einer Zelle ist dabei insbesondere ein keramisches Element mit mindestens zwei Elektroden und mindestens einem Festelektrolyten gemäß der oben beschriebenen Art, insbesondere einem keramischen Festelektrolyten, zu verstehen. Die Zelle umfasst dementsprechend mindestens eine erste Elektrode, mindestens eine zweite Elektrode und mindestens einen die erste Elektrode und die zweite Elektrode verbindenden Festelektrolyten. Das Sensorelement kann dabei einzellig aufgebaut sein und neben der genannten Zelle keine weiteren Zellen und/oder weiteren Elektroden mehr umfassen. Alternativ kann das Sensorelement jedoch auch einen komplexeren Aufbau aufweisen und als mehrzelliges Sensorelement ausgestaltet sein.The method uses at least one sensor element with at least one cell. A cell is to be understood in particular as a ceramic element having at least two electrodes and at least one solid electrolyte according to the type described above, in particular a ceramic solid electrolyte. The cell accordingly comprises at least one first electrode, at least one second electrode and at least one solid electrolyte connecting the first electrode and the second electrode. The sensor element can be constructed unicellularly and comprise no further cells and / or further electrodes in addition to the said cell. Alternatively, however, the sensor element may also have a more complex structure and be configured as a multicell sensor element.
Die erste Elektrode ist mit dem Gas aus dem Messgasraum beaufschlagbar. Diese Beaufschlagung kann beispielsweise unmittelbar erfolgen, beispielsweise indem die erste Elektrode auf einer Oberseite eines Schichtaufbaus des Sensorelements angeordnet ist und unmittelbar dem Gas des Messgasraums ausgesetzt ist und/oder über eine gasdurchlässige Schutzschicht mit dem Gas beaufschlagt werden kann. Alternativ kann die erste Elektrode jedoch auch im Inneren eines Schichtaufbaus des Sensorelements angeordnet sein und über einen oder mehrere Gaszutrittswege mit Gas aus dem Messgasraum beaufschlagbar sein. So kann die erste Elektrode beispielsweise als innere Pumpelektrode ausgestaltet sein und über mindestens ein Gaszutrittsloch und vorzugsweise über mindestens eine Diffusionsbarriere, welche einen Zu- und/oder Abstrom von Gas zu der ersten Elektrode begrenzt, mit Gas beaufschlagbar sein. Ausführungsbeispiele werden unten noch näher beschrieben.The first electrode can be acted upon by the gas from the sample gas space. This application can be effected, for example, directly, for example by arranging the first electrode on an upper side of a layer structure of the sensor element and exposing it directly to the gas of the measuring gas space and / or by applying a gas-permeable protective layer to the gas. Alternatively, however, the first electrode can also be arranged in the interior of a layer structure of the sensor element and can be acted upon by gas from the measurement gas space via one or more gas inlet paths. For example, the first electrode can be designed as an inner pumping electrode and can be acted upon with gas via at least one gas inlet hole and preferably via at least one diffusion barrier which limits an inflow and / or outflow of gas to the first electrode. Embodiments will be described in more detail below.
Die zweite Elektrode steht mit mindestens einem Referenzgasraum in Verbindung. Dies kann derart erfolgen, dass die zweite Elektrode unmittelbar in dem Referenzgasraum angeordnet ist oder über mindestens eine Verbindung mit dem Referenzgasraum verbunden ist. Unter einem Referenzgasraum ist dabei ein Raum innerhalb des Sensorelements zu verstehen, welcher von dem Messgasraum getrennt ausgebildet ist, so dass kein Ausgleich von Gasen zwischen dem Referenzgasraum und dem Messgasraum erfolgen kann oder lediglich ein stark verlangsamter Gasausgleich, beispielsweise auf einer Zeitskala von mehreren Minuten, vorzugsweise mehreren Stunden oder sogar mehreren Tagen. Insbesondere kann der Referenzgasraum mindestens einen Referenzgaskanal umfassen. Der Referenzgaskanal kann insbesondere mit einer Umgebung, beispielsweise Umgebungsluft in Verbindung stehen. Der Referenzgasraum soll eingerichtet sein, um einen Vorrat einer Gaskomponente des Gases, beispielsweise Sauerstoff, zu speichern. Unter einer Speicherung kann dabei insbesondere ein Vorgang zu verstehen sein, bei welchem der Referenzgasraum den Vorrat der Gaskomponente auf einer Zeitskala von mindestens wenigen Minuten hält, bevor dieser Vorrat gegebenenfalls an die Umgebungsluft und/oder andere Räume abgegeben wird. Insbesondere kann der Referenzgasraum zu diesem Zweck mindestens einen Speicher umfassen, in welchem der Vorrat der Gaskomponente gespeichert werden kann. Beispielsweise kann es sich hierbei um einen gezielt aus einem Referenzgaskanal herausgebildeten Sauerstoffspeicher handeln, wie dieser in
Zur Lösung der oben beschriebenen Problematik wird vorgeschlagen, dass das vorgeschlagene Verfahren mindestens zwei Betriebsmodi umfasst. Diese Betriebsmodi können jeweils einfach oder auch mehrfach durchgeführt werden. Die Betriebsmodi können insbesondere zu unterschiedlichen Zeiten durchgeführt werden, beispielsweise derart, dass die Betriebsmodi zeitlich nicht überlappen. Zusätzlich zu den im Folgenden genannten Betriebsmodi können auch ein oder mehrere weitere Betriebsmodi durchgeführt werden, beispielsweise Verfahrensschritte, die im Folgenden nicht genannt sind. Einer oder mehrere der im Folgenden genannten Betriebsmodi können auch einzeln oder zu mehreren wiederholt durchgeführt werden.To solve the problem described above, it is proposed that the proposed method comprises at least two operating modes. These operating modes can each be carried out simply or repeatedly. The operating modes may in particular be carried out at different times, for example in such a way that the Operating modes do not overlap in time. In addition to the operating modes mentioned below, one or more further operating modes can also be carried out, for example method steps which are not mentioned below. One or more of the following modes of operation may also be performed one at a time or several times.
So umfasst das vorgeschlagene Verfahren mindestens einen Messmodus. In diesem Messmodus wird die Zelle als Pumpzelle betrieben, d. h. sie wird mit mindestens einer Pumpspannung und/oder mindestens einem Pumpstrom beaufschlagt. Mittels des mindestens einen Pumpstroms durch die Pumpzelle wird dabei auf die mindestens eine zu erfassende Eigenschaft geschlossen. Dabei kann der Pumpstrom direkt erfasst werden und/oder es kann mindestens eine zu dem Pumpstrom korrelierende Größe erfasst werden, beispielsweise mindestens eine zur Erzielung mindestens eines vorgegebenen Pumpstroms erforderliche Pumpspannung. Verschiedene Ausgestaltungen sind möglich und dem Fachmann grundsätzlich bekannt, wie aus dem Pumpstrom oder, was gleichbedeutend ist, aus mindestens einer zu dem Pumpstrom korrelierenden Größe auf die mindestens eine Eigenschaft geschlossen werden kann.Thus, the proposed method comprises at least one measurement mode. In this measurement mode, the cell is operated as a pump cell, i. H. it is subjected to at least one pumping voltage and / or at least one pumping current. By means of the at least one pumping current through the pumping cell is thereby closed to the at least one property to be detected. In this case, the pumping current can be detected directly and / or at least one variable correlating to the pumping current can be detected, for example at least one pumping voltage required to achieve at least one predetermined pumping current. Various embodiments are possible and generally known to the person skilled in the art, as can be concluded from the pumping current or, which is synonymous, at least one variable correlating to the pumping current to the at least one characteristic.
Weiterhin umfasst das Verfahren mindestens einen Diagnosemodus. In dem Diagnosemodus wird eine Speicherfähigkeit des Referenzgasraums überprüft. Unter einer Überprüfung der Speicherfähigkeit des Referenzgasraums kann dabei insbesondere verstanden werden, ob der Referenzgasraum und/oder ein Teil desselben, beispielsweise ein innerhalb des Referenzgasraums angeordneter Speicher für die mindestens eine Gaskomponente, bestimmten Anforderungen genügt. Insbesondere kann die Speicherfähigkeit eine Aussage darüber umfassen, ob der Referenzgasraum und/oder ein Teil desselben, beispielsweise der Speicher, eine vorgegebene Mindest-Dichtigkeit besitzen. So kann die Speicherfähigkeit beispielsweise eine Aussage darüber umfassen, ob der Referenzgasraum und/oder der Speicher den Vorrat der Gaskomponente für eine vorgegebene Mindestzeit halten können, bevor der Vorrat der Gaskomponente in dem Referenzgasraum und/oder dem Speicher unterhalb eines vorgegebenen Werts gefallen ist. Die Speicherfähigkeit kann dabei in Form einer digitalen Aussage angegeben werden, beispielsweise in Form einer Aussage darüber, dass die Speicherfähigkeit einer Mindestanforderung genügt oder nicht genügt, oder kann auch quantitativ angegeben werden, beispielsweise indem Speicherzeiten, bevor der Vorrat innerhalb des Referenzgasraums und/oder des Speichers unterhalb eines vorgegebenen Werts gesunken ist, angegeben werden. Alternativ oder zusätzlich können andere Informationen und/oder Messgrößen zur Qualifizierung und/oder Quantifizierung der Speicherfähigkeit herangezogen werden.Furthermore, the method comprises at least one diagnostic mode. In the diagnostic mode, a storage capacity of the reference gas space is checked. A check of the storage capacity of the reference gas space can be understood in particular as to whether the reference gas space and / or a part thereof, for example a store arranged within the reference gas space for the at least one gas component, meets certain requirements. In particular, the storage capability may include a statement as to whether the reference gas space and / or a part thereof, for example the storage tank, have a predetermined minimum density. For example, the storage capability can include a statement as to whether the reference gas space and / or the store can hold the supply of the gas component for a predefined minimum time before the supply of the gas component in the reference gas space and / or the store has fallen below a predetermined value. The storage capacity can be specified in the form of a digital statement, for example in the form of a statement that the storage capacity of a minimum requirement is sufficient or not sufficient, or can also be specified quantitatively, for example by storage times before the supply within the reference gas space and / or Memory has dropped below a predetermined value. Alternatively or additionally, other information and / or measured variables can be used to qualify and / or quantify the storage capability.
In dem Diagnosemodus wird mindestens eine Messgröße erfasst, welche durch eine an der Zelle anliegende Nernstspannung beeinflusst wird. Die Nernstspannung, welche zwischen der zweiten Elektrode und der ersten Elektrode anliegt, berechnet sich nach der Nernstschen Gleichung aus den unterschiedlichen Partialdrücken der Gaskomponente an der ersten und der zweiten Elektrode, beispielsweise durch die unterschiedlichen Sauerstoff-Partialdrücke an diesen Elektroden. Bei der durch diese Nernstspannung beeinflussten Messgröße kann es sich beispielsweise um eine Spannung und/oder einen Strom handeln, welche durch die Nernstspannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode beeinflusst werden. So wirkt die an der Zelle anliegende Nernstspannung beispielsweise von außen auf die Zelle aufgeprägten Spannungen entgegen und beeinflusst damit eine effektive Spannung an der Nernstzelle, welche wiederum treibende Kraft für einen Strom durch die Zelle ist. So kann die Nernstspannung verschiedene Messgrößen, welche an dem Sensorelement und/oder einer Steuerung des Sensorelements erfasst werden können, beeinflussen. Aus dieser Messgröße kann dann auf die Speicherfähigkeit geschlossen werden. So können beispielsweise mindestens ein Absolutwert der Messgröße und/oder mindestens ein zeitlicher Verlauf der Messgröße erfasst und daraus auf die Speicherfähigkeit geschlossen werden. Verschiedene Beispiele zur Durchführung eines derartigen Diagnosemodus werden unten noch näher ausgeführt.In the diagnostic mode at least one measured variable is detected, which is influenced by a voltage applied to the cell Nernst voltage. The Nernst voltage applied between the second electrode and the first electrode is calculated according to the Nernst equation from the different partial pressures of the gas component at the first and the second electrode, for example by the different oxygen partial pressures at these electrodes. The measured variable influenced by this Nernst voltage may, for example, be a voltage and / or a current which are influenced by the Nernst voltage between the first electrode and the second electrode. For example, the Nernst voltage applied to the cell counteracts voltages impressed on the outside of the cell and thus influences an effective voltage at the Nernst cell, which in turn is the driving force for a current through the cell. Thus, the Nernst voltage can affect various measured variables which can be detected at the sensor element and / or a control of the sensor element. From this measurand can then be concluded on the storage capacity. Thus, for example, at least one absolute value of the measured variable and / or at least one time profile of the measured variable can be detected and from this the storage capability can be deduced. Various examples for performing such a diagnostic mode will be explained in more detail below.
Wie oben beschrieben, können zusätzlich zu den mindestens zwei Betriebsmodi weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden. So kann beispielsweise zwischen dem mindestens einen Messmodus und dem mindestens einen Diagnosemodus mindestens eine Regenerationsphase durchgeführt werden. So werden viele Sensorelemente, wie aus dem Stand der Technik bekannt, im so genannten Grenzstrombetrieb verwendet. Bei dem Grenzstrombetrieb werden beispielsweise sämtliche an der ersten Elektrode ankommenden Sauerstoffmoleküle, beispielsweise sämtliche Sauerstoffmoleküle, welche eine der ersten Elektrode vorgelagerte Diffusionsbarriere durchdringen, zur zweiten Elektrode gepumpt, so dass der Sauerstoff-Partialdruck an der ersten Elektrode praktisch 0 ist und nicht dem Sauerstoff-Partialdruck im Messgasraum entspricht. Die Regenerationsphase kann beispielsweise dazu genutzt werden, den Partialdruck der Gaskomponente, insbesondere den Sauerstoff-Partialdruck, zumindest weitgehend an den Partialdruck der Gaskomponente in dem Messgasraum anzugleichen, beispielsweise bis auf mindestens 90%, vorzugsweise bis auf mindestens 95% oder sogar bis auf mindestens 99%. Insbesondere kann zu diesem Zweck bei üblichen Diffusionsbarrieren eine Regenerationsphase mit einer Zeitdauer von 10 ms bis 2 s durchgeführt werden, vorzugsweise eine Regenerationsphase von 50 ms bis 1,5 s und besonders bevorzugt eine Regenerationsphase von 100 ms bis 1 s. Beispielsweise können Regenerationsphasen von 200 ms bis 800 ms verwendet werden. Werden mehrere Messmodi und mehrere Diagnosemodi durchgeführt, beispielsweise alternierend, so können auch mehrere Regenerationsphasen durchgeführt werden.As described above, in addition to the at least two modes of operation, further method steps may be performed. For example, at least one regeneration phase can be carried out between the at least one measurement mode and the at least one diagnostic mode. Thus, many sensor elements, as known from the prior art, used in so-called limit current operation. In the limiting current operation, for example, all oxygen molecules arriving at the first electrode, for example all oxygen molecules penetrating a diffusion barrier upstream of the first electrode, are pumped to the second electrode so that the oxygen partial pressure at the first electrode is practically zero and not the oxygen partial pressure in the sample gas chamber. The regeneration phase can be used, for example, to at least largely match the partial pressure of the gas component, in particular the oxygen partial pressure, to the partial pressure of the gas component in the measurement gas space, for example up to at least 90%, preferably up to at least 95% or even up to at least 99 %. In particular, for this purpose in conventional Diffusion barriers a regeneration phase are performed with a period of 10 ms to 2 s, preferably a regeneration phase of 50 ms to 1.5 s and more preferably a regeneration phase of 100 ms to 1 s. For example, regeneration phases of 200 ms to 800 ms can be used. If several measurement modes and several diagnostic modes are performed, for example alternating, then several regeneration phases can also be carried out.
Wie oben beschrieben, existieren insbesondere Beladungsmodelle, welche den Vorrat der Gaskomponente des Gases in dem Referenzgasraum zumindest annähernd beschreiben, beispielsweise zu einer bestimmten Zeit des Betriebs des Sensorelements, beispielsweise zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Verfahrens. Diese Beladungsmodelle können beispielsweise mittels mindestens eines Datenverarbeitungsgeräts durchgeführt werden, beispielsweise mittels mindestens eines programmtechnisch eingerichteten Mikrocomputers. Diese Beladungsmodelle können beispielsweise einfache Ratengleichungen oder Differentialgleichungen beinhalten, welche die bekannten Zugänge und Abgänge der Gaskomponente in dem Referenzgasraum, insbesondere in einem Speicher, berücksichtigen. So kann beispielsweise ein Zugang oder ein Abgang an Gasmolekülen der Gaskomponente durch einen Pumpprozess durch die Zelle erfolgen, wobei beispielsweise dieser Zugang bzw. Abgang durch bekannte Ströme durch die Zelle quantifiziert werden kann. Weiterhin kann, insbesondere bei einem Referenzgaskanal, ein Abgang an Molekülen der Gaskomponente durch bekannte Diffusionseigenschaften und/oder Strömungseigenschaften des Referenzgaskanals quantifiziert werden. So können beispielsweise Diffusionseigenschaften und/oder Strömungseigenschaften des Referenzgaskanals analytisch, empirisch oder semiempirisch bestimmt werden, beispielsweise in Form einer oder mehrerer Diffusionskoeffizienten. Auf diese Weise können beispielsweise ein zu erwartender Abstrom und/oder eine zu erwartende Abdiffusion aus dem Speicher durch den Referenzgaskanal quantifiziert werden. Auf diese Weise können Beladungsmodelle aufgestellt werden, welche bei bekannten Sensorelementen, wie beispielsweise dem in
Allgemein kann bei dem vorgeschlagenen Verfahren die Messgröße selbst oder mindestens ein aus der Messgröße abgeleiteter Wert, beispielsweise eine Differenz zwischen der Messgröße und der zu erwartenden Messgröße, mit mindestens einem Schwellwert verglichen werden und aus dem Vergleich auf die Speicherfähigkeit geschlossen werden. Dieser mindestens eine Schwellwert kann insbesondere mindestens ein fest vorgegebener Schwellwert sein. Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine Schwellwert jedoch auch mindestens einen nach einem Beladungsmodell des Referenzgasraums, beispielsweise nach der obigen Beschreibung, berechneten Schwellwert umfassen. Der Schwellwert kann zeitlich fest vorgegeben sein oder kann selbst wiederum in beiden Fällen auch eine Funktion der Zeit sein, beispielsweise eine Funktion der Zeit nach Beginn des Diagnosemodus und/oder nach Ende des Messmodus.In general, in the proposed method, the measured variable itself or at least one value derived from the measured variable, for example a difference between the measured variable and the expected measured variable, can be compared with at least one threshold value and concluded from the comparison of the storage capability. In particular, this at least one threshold value can be at least one predefined threshold value. Alternatively or additionally, however, the at least one threshold value may also include at least one threshold value calculated according to a loading model of the reference gas space, for example as described above. The threshold value can be fixed in time or, in turn, can in both cases also be a function of the time, for example a function of the time after the start of the diagnostic mode and / or after the end of the measurement mode.
Wie oben beschrieben, ist die Messgröße grundsätzlich eine beliebige innerhalb oder außerhalb des Sensorelements erfassbare Größe, beispielsweise ein Strom und/oder eine Spannung, welche durch die an der Zelle anliegende Nernstspannung beeinflusst wird. Insbesondere kann die Messgröße die Nernstspannung UN an der Zelle selbst sein oder die Nernstspannung UN umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Messgröße auch ein zeitlicher Verlauf der Nernstspannung UN (t) an der Zelle sein und/oder diesen zeitlichen Verlauf umfassen. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann die Messgröße auch eine zeitliche Änderung der Nernstspannung UN an der Zelle sein oder umfassen, beispielsweise eine zeitliche Änderung ΔUN über einen vorgegebenen Zeitraum hinweg oder eine zeitliche Ableitung der Nernstspannung. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann die Messgröße auch eine Zeitdauer umfassen, bis die Nernstspannung UN an der Zelle mindestens einen vorgegebenen Schwellwert erreicht, beispielsweise eine Zeitdauer ab einem vorgegebenen Startzeitpunkt, beispielsweise einem Startzeitpunkt, zu welchem der Diagnosemodus gestartet wird.As described above, the measured variable is basically any variable detectable within or outside the sensor element, for example a current and / or a voltage which is influenced by the Nernst voltage applied to the cell. In particular, the Measure the Nernst voltage U N to the cell itself or include the Nernstspannung UN. Alternatively or additionally, the measured variable may also be a time profile of the Nernst voltage UN (t) at the cell and / or comprise this time profile. Again alternatively or additionally, the measured variable may also be or include a time change of the Nernst voltage UN at the cell, for example a time change ΔU N over a predetermined period of time or a time derivative of the Nernst voltage. Again alternatively or additionally, the measured variable may also include a period of time until the Nernst voltage UN reaches at the cell at least a predetermined threshold value, for example a period of time from a predetermined start time, for example a start time at which the diagnostic mode is started.
In der Diagnosephase kann insbesondere mindestens ein vorgegebener Pumpstrom Ip durch die Zelle eingestellt werden. Dieser Pumpstrom kann 0 sein oder kann auch einen von 0 abweichenden Wert einnehmen. Wie oben dargelegt, wird der Pumpstrom Ip durch eine effektive Pumpspannung an der Zelle angetrieben, welche sich aus einer Überlagerung der von außen angelegten Pumpspannung Up und der Nernstspannung an der Zelle ergibt. Insbesondere kann ein Pumpstrom 0 ≤|Ip| ≤ 0,1 mA eingestellt werden. Vorzugsweise beträgt der Pumpstrom 0 ≤ |Ip| ≤ 0,7 mA und besonders bevorzugt 0 ≤ |Ip| ≤ 0,5 mA. Beispielsweise kann, wie oben ausgeführt, ein Pumpstrom Ip von 0 mA eingestellt werden. Auch von 0 abweichende Pumpströme sind jedoch grundsätzlich einstellbar. Wird mindestens ein vorgegebener Pumpstrom Ip eingestellt, welcher zeitlich fest oder auch zeitlich variabel vorgegeben werden kann, so kann die Messgröße insbesondere ausgewählt sein aus: einer für die Einstellung des Pumpstroms erforderlichen Pumpspannung Up; einer zeitlichen Änderung der für die Einstellung des Pumpstroms erforderlichen Pumpspannung Up; einem zeitlichen Verlauf der für die Einstellung des Pumpstroms erforderlichen Pumpspannung Up; einer Zeitdauer, bis die für die Einstellung des Pumpstroms erforderliche Pumpspannung Up mindestens einen vorgegebenen Schwellwert erreicht. Auch Kombinationen der genannten Messgrößen und/oder anderer Messgrößen sind verwendbar. Da, wie oben beschrieben, der Pumpstrom durch die effektive Spannung an der Zelle bedingt wird, ist beispielsweise die für die Einstellung des vorgegebenen Pumpstroms erforderliche Pumpspannung Up eine von der aktuellen Nernstspannung und/oder dem Verlauf der Nernstspannung abhängige Messgröße, ebenso wie die anderen genannten Messgrößen.In the diagnostic phase, in particular, at least one predetermined pumping current I p can be set by the cell. This pumping current can be 0 or can also assume a value other than 0. As stated above, the pumping current I p is driven by an effective pumping voltage on the cell resulting from a superposition of the externally applied pumping voltage U p and the Nernst voltage across the cell. In particular, a pump current 0 ≤ | I p | ≤ 0.1 mA can be set. The pumping current is preferably 0 ≦ | I p | ≦ 0.7 mA, and more preferably 0 ≦ | I p | ≤ 0.5 mA. For example, as stated above, a pump current I p of 0 mA can be set. However, deviating from 0 pumping currents are basically adjustable. If at least one predetermined pumping current I p is set, which can be predetermined in terms of time or variable in time, then the measured variable can be selected in particular from: a pumping voltage U p required for setting the pumping current; a change over time of the pumping voltage U p required for setting the pumping current; a time profile of the pump voltage required for the adjustment of the pumping current U p ; a period of time until the pumping voltage U p required for setting the pumping current reaches at least a predetermined threshold value. Combinations of the mentioned measured variables and / or other measured variables can also be used. Since, as described above, the pumping current is caused by the effective voltage at the cell, for example, the pumping voltage U p required for the setting of the predetermined pumping current is a measured quantity which depends on the current Nernst voltage and / or the course of the Nernst voltage, as well as the others mentioned measurands.
Alternativ oder zusätzlich zu den oben genannten Möglichkeiten kann in mindestens einer Diagnosephase die Zelle auch mit mindestens einer vorgegebenen Pumpspannung beaufschlagt werden. Insbesondere kann es sich hierbei um eine Pumpspannung Up handeln, welche der Pumpspannung Up, die während des Messmodus verwendet wird, entgegengerichtet ist. In anderen Worten kann beispielsweise während der Diagnosephase die Pumprichtung durch die Zelle umgekehrt werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich. Wird die Zelle in der Diagnosephase mit der mindestens einen vorgegebenen Pumpspannung Up beaufschlagt, so kann die mindestens eine Messgröße insbesondere ausgewählt sein aus: einem Pumpstrom Ip durch die Zelle; einer zeitlichen Änderung des Pumpstroms Ip (also wiederum beispielsweise einer Änderung ΔIp während einer vorgegebenen Zeitdauer und/oder einer Ableitung des Pumpstroms Ip); einem zeitlichen Verlauf des Pumpstroms Ip, also beispielsweise eine Funktion Ip (t); einer Zeitdauer, bis der Pumpstrom Ip mindestens einen vorgegebenen Schwellwert erreicht, welcher wiederum fest oder auch variabel vorgegeben sein kann. Auch Kombinationen der genannten und/oder anderer Ausgestaltungen der Messgröße sind möglich.As an alternative or in addition to the abovementioned possibilities, the cell can also be subjected to at least one predetermined pumping voltage in at least one diagnostic phase. In particular, this may be a pump voltage U p , which is opposite to the pump voltage U p used during the measurement mode. In other words, during the diagnostic phase, for example, the pumping direction through the cell may be reversed. However, other embodiments are possible in principle. If the cell is acted on in the diagnostic phase by the at least one predetermined pump voltage U p , then the at least one measured variable can be selected in particular from: a pumping current I p through the cell; a change over time of the pumping current I p (ie in turn, for example, a change ΔI p during a predetermined period of time and / or a derivative of the pumping current I p ); a time profile of the pump current I p , that is, for example, a function I p (t); a period of time until the pump current I p reaches at least a predetermined threshold, which in turn may be fixed or variable. Combinations of the aforementioned and / or other embodiments of the measured variable are possible.
Insbesondere bei dem Verfahren, bei welchem eine Pumpspannung Up vorgegeben wird und die mindestens eine Messgröße zumindest teilweise aus einem Pumpstrom Ip in dieser Diagnosephase abgeleitet wird, kann insbesondere wiederum ein Beladungsmodell herangezogen werden. So kann beispielsweise aus einem Beladungsmodell des Referenzgasraums auf mindestens einen zu erwartenden Partialdruck der Gaskomponente, beispielsweise einen Sauerstoff-Partialdruck, in dem Referenzgasraum und/oder einem Teil desselben, beispielsweise einem Speicher, geschlossen werden. Aus dem zu erwartenden Partialdruck, insbesondere an der zweiten Elektrode, kann wiederum auf eine zu erwartende Nernstspannung der Zelle geschlossen werden, beispielsweise indem ein Partialdruck der Gaskomponente an der ersten Elektrode vorgegeben und/oder angenommen wird, beispielsweise wiederum aufgrund des letzten gemessenen Lambda-Werts. Aus der Pumpspannung Up während der Diagnosephase und der zu erwartenden Nernstspannung kann, wie oben ausgeführt, auf eine zu erwartende effektive Spannung an der Zelle geschlossen werden, da sich die Pumpspannung Up und die Nernstspannung UN an der Zelle überlagern. Aus der zu erwartenden effektiven Spannung kann dann wiederum auf eine zu erwartende Messgröße geschlossen werden. Diese zu erwartende Messgröße kann mit der tatsächlich erfassten Messgröße verglichen werden und aus diesem Vergleich auf die Speicherfähigkeit geschlossen werden. Beispielsweise kann aus der zu erwartenden effektiven Spannung geschlossen werden auf eine zu erwartende Messgröße, welche ausgewählt ist aus: einem zu erwartenden Pumpstrom; einer zu erwartenden zeitlichen Änderung des Pumpstroms; einem zu erwartenden zeitlichen Verlauf des Pumpstroms; einer zu erwartenden Zeitdauer, bis der Pumpstrom mindestens einen vorgegebenen Schwellwert erreicht. Der Vergleich der zu erwartenden Messgröße und der tatsächlichen Messgröße kann beispielsweise wiederum mittels mindestens eines Schwellwertverfahrens durchgeführt werden, um mittels dieses Schwellwertverfahrens beispielsweise eine qualitative und/oder quantitative Aussage über die Speicherfähigkeit zu erhalten.In particular, in the method in which a pumping voltage U p is predetermined and the at least one measured variable is at least partially derived from a pumping current I p in this diagnostic phase, in particular a loading model can again be used. Thus, for example, from a loading model of the reference gas space to at least one expected partial pressure of the gas component, for example, an oxygen partial pressure, in the reference gas space and / or a part thereof, for example, a memory closed. From the expected partial pressure, in particular at the second electrode, it is again possible to deduce an expected Nernst voltage of the cell, for example by predetermining and / or assuming a partial pressure of the gas component at the first electrode, for example again based on the last measured lambda value , From the pumping voltage U p during the diagnosis phase and the expected Nernst voltage, as stated above, an expected effective voltage at the cell can be concluded, since the pump voltage U p and the Nernst voltage U N are superimposed on the cell. From the expected effective voltage can then in turn be concluded on an expected measurand. This expected measurand can be compared with the actual measured variable and concluded from this comparison on the storage capacity. For example, it can be concluded from the expected effective voltage to an expected measurand, which is selected from: an expected pumping current; an expected change over time of the pumping current; one too expected time course of the pumping current; an expected period of time until the pumping current reaches at least a predetermined threshold. The comparison of the expected measured variable and the actual measured variable can, for example, in turn be carried out by means of at least one threshold value method in order, for example, to obtain a qualitative and / or quantitative statement about the storage capacity by means of this threshold value method.
Wird in dem Diagnosemodus festgestellt, dass die Speicherfähigkeit beispielsweise qualitativ eine oder mehrere Mindestanforderungen nicht erfüllt, so kann beispielsweise mindestens eine Warnung an einen Benutzer und/oder an ein Steuergerät ausgegeben werden. Auch andere Maßnahmen sind grundsätzlich möglich. So können beispielsweise Gegenmaßnahmen ergriffen werden, um beispielsweise die verschlechterte Speicherfähigkeit vollständig oder teilweise elektronisch zu kompensieren.If it is determined in the diagnostic mode that the storage capability, for example, qualitatively does not meet one or more minimum requirements, then at least one warning may be output to a user and / or to a control unit, for example. Other measures are possible in principle. For example, countermeasures can be taken to compensate, for example, the deteriorated storage capacity completely or partially electronically.
Neben dem oben beschriebenen Verfahren in einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen wird weiterhin eine Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum vorgeschlagen, insbesondere zum Nachweis einer Gaskomponente des Gases. Die Vorrichtung umfasst mindestens ein Sensorelement und mindestens eine mit dem Sensorelement verbundene Steuerung. Bezüglich der möglichen Ausgestaltungen des Sensorelements kann auf die obige Beschreibung verwiesen werden. Die Steuerung kann zentral oder auch dezentral ausgestaltet sein und kann vollständig oder teilweise mit dem Sensorelement über mindestens eine Schnittstelle verbunden sein oder auch ganz oder teilweise in das Sensorelement integriert sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Steuerung vollständig oder teilweise in eine zentrale Motorsteuerung integriert ist und/oder mit einer zentralen Motorsteuerung in Verbindung steht. Die Steuerung kann insbesondere mindestens eine elektronische Komponente umfassen, vorzugsweise mindestens eine programmtechnisch eingerichtete Datenverarbeitungsvorrichtung. Das Sensorelement weist, wie oben beschrieben, mindestens eine Zelle auf, welche ihrerseits mindestens eine erste Elektrode, mindestens eine zweite Elektrode und mindestens einen die erste Elektrode und die zweite Elektrode verbindenden Festelektrolyten umfasst. Die erste Elektrode ist mit Gas aus dem Messgasraum beaufschlagbar, und die zweite Elektrode steht mit mindestens einem Referenzgasraum in Verbindung. Der Referenzgasraum ist eingerichtet, um einen Vorrat der Gaskomponente zu speichern. Die Steuerung ist eingerichtet, um ein Verfahren gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen durchzuführen. Beispielsweise kann die Steuerung zu diesem Zweck programmtechnisch eingerichtet sein, beispielsweise um eine vorgegebene Abfolge mit den mindestens zwei Betriebsmodi durchzuführen, also mindestens einem Messmodus und mindestens einem Diagnosemodus. Zur Durchführung des Messmodus kann beispielsweise die Steuerung mindestens eine Beaufschlagungsvorrichtung umfassen, um die Zelle mit mindestens einem Pumpstrom und/oder mindestens einer Pumpspannung zu beaufschlagen, sowie mindestens eine Messvorrichtung, um mindestens einen Pumpstrom und/oder mindestens eine Pumpspannung an der Zelle zu messen. Auch andere Ausgestaltungen sind möglich. Zur Durchführung des Diagnosemodus kann die Steuerung beispielsweise ebenfalls mindestens eine Beaufschlagungsvorrichtung zur Beaufschlagung der Zelle mit mindestens einem Pumpstrom und/oder mindestens einer Pumpspannung umfassen, beispielsweise einen Stromregler und/oder einen Spannungsregler. Weiterhin kann die Steuerung zur Durchführung des Diagnosemodus mindestens eine Messvorrichtung umfassen, beispielsweise eine Spannungsmessvorrichtung und/oder eine Strommessvorrichtung. Verschiedene andere Ausgestaltungen sind möglich.In addition to the method described above in one or more of the embodiments described above, a device for detecting at least one property of a gas in a measuring gas space is also proposed, in particular for detecting a gas component of the gas. The device comprises at least one sensor element and at least one controller connected to the sensor element. With respect to the possible embodiments of the sensor element can be made to the above description. The controller may be configured centrally or decentrally and may be completely or partially connected to the sensor element via at least one interface or may also be completely or partially integrated into the sensor element. It is particularly preferred if the control is completely or partially integrated in a central engine control and / or is in communication with a central engine control. The controller may in particular comprise at least one electronic component, preferably at least one program-technically configured data processing device. The sensor element has, as described above, at least one cell, which in turn comprises at least one first electrode, at least one second electrode and at least one solid electrolyte connecting the first electrode and the second electrode. The first electrode can be acted upon with gas from the measurement gas space, and the second electrode is in communication with at least one reference gas space. The reference gas space is set up to store a supply of the gas component. The controller is configured to perform a method according to one or more of the embodiments described above. For example, the controller can be set up for this purpose programmatically, for example to perform a predetermined sequence with the at least two operating modes, ie at least one measuring mode and at least one diagnostic mode. For carrying out the measuring mode, the controller may, for example, comprise at least one loading device in order to apply at least one pumping current and / or at least one pumping voltage to the cell, and at least one measuring device to measure at least one pumping current and / or at least one pumping voltage at the cell. Other embodiments are possible. To carry out the diagnostic mode, the controller may, for example, also comprise at least one application device for charging the cell with at least one pumping current and / or at least one pumping voltage, for example a current regulator and / or a voltage regulator. Furthermore, the controller for carrying out the diagnostic mode may comprise at least one measuring device, for example a voltage measuring device and / or a current measuring device. Various other configurations are possible.
Das oben beschriebene Verfahren und die oben beschriebene Vorrichtung in einer oder mehreren der beschriebenen Ausgestaltungen weisen gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren eine Vielzahl von Vorteilen auf. So lässt sich insbesondere auf messtechnisch einfache Weise mittels einer oder mehrerer der oben beschriebenen Ausgestaltungen des mindestens einen Diagnosemodus auf eine Speicherfähigkeit des Referenzgasraums schließen. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise einfach Undichtigkeiten im Bereich eines Abluftkanals einer Lambdasonde, insbesondere für Diesel-Anwendungen erreichen. So lassen sich beispielsweise einfache On-Board-Diagnosen von Fehlfunktionen durchführen.The method and apparatus described above in one or more of the described embodiments have a number of advantages over prior art devices and methods. In particular, it is possible to conclude a storage capability of the reference gas space in a metrologically simple manner by means of one or more of the above-described embodiments of the at least one diagnostic mode. In this way, for example, can easily achieve leaks in the region of an exhaust duct of a lambda probe, especially for diesel applications. For example, simple on-board diagnostics of malfunctions can be performed.
Die Erfindung kann insbesondere darauf beruhen, dass die Umschaltung von dem Messmodus in den Diagnosemodus in einem bekannten Lambdapunkt, beispielsweise bei einer mageren Luftzahl, wie beispielsweise im Leerlauf, erfolgt. In dieser Phase können beispielsweise der Sauerstoff-Partialdruck bzw. der Partialdruck der Gaskomponente, im Referenzgasraum, insbesondere im Abluftkanal, und die zeitliche Änderung desselben verfolgt werden und damit Undichtigkeiten detektiert werden. Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere in den Kosten für die Realisierung des vorgeschlagenen Verfahrens. Es kann sich bei der Umsetzung des oben beschriebenen Verfahrens vorzugsweise ausschließlich um Softwarediagnosefunktionen handeln, die mit Hilfe beispielsweise einer ohnehin vorhandenen Hardware der Steuerung, wie sie bereits heute beispielsweise bei einzelligen Lambdasonden für den Dieselbetrieb eingesetzt wird, umgesetzt werden können.The invention may in particular be based on the fact that the changeover from the measuring mode into the diagnostic mode takes place in a known lambda point, for example in the case of a lean air ratio, for example during idling. In this phase, for example, the partial pressure of oxygen or the partial pressure of the gas component in the reference gas space, in particular in the exhaust duct, and the temporal change of the same can be followed and thus leaks can be detected. The advantages of the invention are, in particular, the costs for implementing the proposed method. In the implementation of the method described above, it may preferably be exclusively software diagnosis functions that can be implemented with the aid of, for example, an already existing hardware of the controller, which is already used today for example in single-cell lambda sensors for diesel operation.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.Further details and features will become apparent from the following description of preferred embodiments, which are shown schematically in the figures.
Es zeigen:Show it:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In
Das Sensorelement
Die Steuerung
Beispielsweise mittels der in
Wie oben beschrieben, umfasst das Verfahren weiterhin mindestens einen Diagnosemodus. In diesem Diagnosemodus wird auf eine Speicherfähigkeit des Speichers
Diagnosemöglichkeit 1:Diagnostic option 1:
Während des Magerbetriebs baut sich bei korrekter Funktion des Sensorelements
Dabei bezeichnet R die allgemeine Gaskonstante, T die Temperatur in K, F die Faraday-Konstante, UN die Nernstspannung an der Zelle
Ein Beispiel einer Messung gemäß dieser Diagnosemöglichkeit 1 ist in den
Die eigentliche Diagnose kann auf mehrere Arten erfolgen. So kann beispielsweise ein genereller Mindestdruck als Diagnoseschwelle vorgegeben werden. Mit dem bekannten Sauerstoff-Partialdruck an der IPE
Eine weitere, alternativ oder zusätzlich einsetzbare Möglichkeit der Diagnose gemäß Diagnosemöglichkeit 1 besteht darin, den Sauerstoff-Partialdruck im Referenzgasraum
Die Umsetzung in der Steuerung
Eine zweite, alternativ oder zusätzlich umsetzbare Möglichkeit besteht darin, die Beaufschlagungsvorrichtung
Eine dritte, ebenfalls alternativ oder zusätzlich realisierbare Möglichkeit der Umsetzung der Diagnosemöglichkeit 1 besteht darin, wiederum aus einem Beladungsmodell auf eine zu erwartende Nernstspannung UN zu schließen und dann die Pumpspannung Up derart zu wählen, dass diese die zu erwartende Nernstspannung UN gerade kompensieren sollte. Als Messgröße kann dann wiederum der Pumpstrom Ip, beispielsweise erfasst durch die Messvorrichtung
Diagnosemöglichkeit 2:Diagnostic option 2:
Bei einer zweiten, alternativ oder zusätzlich zur Diagnosemöglichkeit 1 realisierbaren Diagnosemöglichkeit 2 kann grundsätzlich von gleichen Ausgangsbedingungen für den Start des Diagnosemodus ausgegangen werden wie bei der Diagnosemöglichkeit 1. Im Unterschied zur Diagnosemöglichkeit 1 kann aber nunmehr mit einem vorgegebenen Pumpstrom Ip, beispielsweise mit einem vorgegebenen konstanten Pumpstrom, Sauerstoff aus dem Referenzgasraum
Diagnosemöglichkeit 3:Diagnostic option 3:
Die Diagnosemöglichkeiten 1 und 2 können, wie oben beschrieben, auch kombiniert werden, was eine Diagnosemöglichkeit 3 ergibt. So kann die Diagnosemöglichkeit 3 beispielsweise mit der Diagnosemöglichkeit 1 beginnen. An deren Ende kann dann jedoch beispielsweise nicht in den Messmodus
Diagnosemöglichkeit 4:Diagnostic option 4:
Eine weitere Diagnosemöglichkeit (Diagnosemöglichkeit 4) ist in den
Für die eigentliche Diagnose gemäß der Diagnosemöglichkeit 4 können insbesondere die im Folgenden beschriebenen Methoden eingesetzt werden, welche jedoch auch kombinierbar sind.For the actual diagnosis according to the diagnostic option 4, in particular the methods described below can be used, which, however, can also be combined.
Bei einer ersten Methode kann die Zeit bis zum Erreichen einer vorgegebenen Pumpspannung Up bestimmt werden, beispielsweise einer vorgegebenen Pumpspannung, die im Bereich der zeitlich steil abfallenden Kurve am rechten Ende der
Nach einer zweiten Methode gemäß Diagnosemöglichkeit 4 kann die Pumpspannung Up nach einer vorgegebenen Zeit bestimmt werden. Ist die Pumpspannung Up nach einer festen Zeit noch oberhalb mindestens einer Diagnoseschwelle, so ist die Speicherfähigkeit noch in Ordnung. Diese Methode kann insbesondere derart durchgeführt werden, dass als zusätzliche Abbruchbedingung ein unterer Grenzwert für Up vorgegeben wird.According to a second method according to the diagnostic option 4, the pumping voltage U p can be determined after a predetermined time. If the pumping voltage U p is still above at least one diagnostic threshold after a fixed time, the storage capacity is still in order. This method can be carried out in particular such that a lower limit value for U p is specified as an additional termination condition.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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