DE102011004520A1

DE102011004520A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose von Elektroden bei Sensorelementen

Info

Publication number: DE102011004520A1
Application number: DE102011004520A
Authority: DE
Inventors: Goetz Reinhardt; Torsten Handler; Jens Wagner; Lothar Diehl; Bjoern Alexander Schuetz; Helge Schichlein; Thomas Seiler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-08-23
Also published as: US20140033794A1; WO2012113481A1; US9316626B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Diagnose eines Sensorelements (114) zur Erfassung mindestens eines Anteils einer Gaskomponente eines Gases in einem Messgasraum (112) vorgeschlagen, insbesondere eines Sensorelements (114) zum Nachweis von Sauerstoff in einem Abgas einer Verbrennungsmaschine. Das Sensorelement (114) umfasst mindestens eine mit dem Gas beaufschlagbare erste Elektrode (116) und mindestens eine zweite Elektrode (118), wobei die erste Elektrode (116) und die zweite Elektrode (118) über mindestens einen Festkörperelektrolyten (120) verbunden sind. Ein Diagnosesignal (136) wird zwischen der ersten Elektrode (116) und der zweiten Elektrode (118) aufgeprägt, wobei ein Antwortsignal (144) zwischen der ersten Elektrode (116) und der zweiten Elektrode (118) erfasst wird.

Description

Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen und Verfahren zur Erfassung mindestens eines Anteils einer Gaskomponente eines Gases in einem Messgasraum bekannt. Die Erfindung wird im Folgenden, ohne Beschränkung weiterer möglicher Ausgestaltungen, im Wesentlichen unter Bezugnahme auf Verfahren und Vorrichtungen beschrieben, welche zur quantitativen und/oder qualitativen Erfassung mindestens einer Gaskomponente in einem Messgasraum dienen. Beispielsweise kann es sich bei dem Gas um ein Abgas einer Brennkraftmaschine handeln, insbesondere im Kraftfahrzeugbereich, und bei dem Messgasraum beispielsweise um einen Abgastrakt. Bei der Vorrichtung kann es sich hierbei beispielsweise um eine Lambda-Sonde handeln. Solche Lambda-Sonden sind beispielsweise in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 154–159, beschrieben. Lambda-Sonden, insbesondere universelle Lambda-Sonden, stellen zwei Stoffströme, insbesondere Sauerstoffströme, zwischen einem Hohlraum der Vorrichtung und dem Messgasraum ins Gleichgewicht. Einer der Stoffströme wird hierbei durch Konzentrationsunterschiede über eine Diffusionsbarriere getrieben. Ein weiterer Stoffstrom wird über einen Festkörperelektrolyten und zwei Elektroden, insbesondere zwei Pump-Elektroden, gesteuert durch einen angelegten Pumpstrom, getrieben. Der Pumpstrom kann dabei so eingeregelt werden, dass sich in dem Hohlraum eine konstante und sehr geringe Sauerstoff-Konzentration einstellt. Ein Konzentrationsprofil über die Diffusionsbarriere ist durch einen konstanten Regelpunkt in dem Hohlraum, insbesondere eine konstante Sollspannung resultierend in einer Sauerstoff-Konzentration, und durch eine abgasseitige Sauerstoff-Konzentration eindeutig bestimmt. Ein Zustrom von Sauerstoff-Molekülen aus dem Messgasraum zum Hohlraum stellt sich entsprechend diesem eindeutigen Konzentrationsprofil ein und entspricht dem eingeregelten Pumpstrom. Daher kann dieser Pumpstrom als Messwert für die Sauerstoff-Konzentration im Messgasraum, insbesondere für die abgasseitig anliegende Sauerstoff-Konzentration, sein.
Aus dem Stand der Technik sind insbesondere zwei verschiedene Varianten von Lambda-Sonden bekannt: Lambda-Sonden mit zwei Zellen und Lambda-Sonden mit nur einer Zelle.
Lambda-Sonden mit zwei Zellen sind beispielsweise aus DE 4410016 C2 bekannt. Beschrieben wird eine Sauerstoff-Nachweis-Vorrichtung zum Nachweis einer Sauerstoff-Konzentration eines Messgases, umfassend eine erste elektrochemische Zelle mit einer Referenzelektrode und mit einer Messelektrode sowie eine zweite elektrochemische Zelle mit einem Elektrodenpaar.
Bei solchen Sonden mit zwei Zellen ist die erste elektrochemische Zelle meist als Messzelle mit Elektroden jeweils in einem Hohlraum und an einem Referenzgasraum mit definierter, meist hoher, Sauerstoff-Konzentration integriert. Diese Messzelle zeigt typischerweise eine resultierende Nernstspannungs-Charakteristik, welche sich durch einen scharfen Potentialanstieg, sobald die Sauerstoff-Konzentration in dem Hohlraum auf Null sinkt, auszeichnet. Ein Pumpstrom wird auf einen Regelsollwert geregelt, damit sich ein entsprechendes Potential innerhalb des Potentialanstiegs an der Messzelle einstellt. Der Regelsollwert umfasst typischerweise eine Nernstspannung von 450 mV, welche dazu dient, eine Sauerstoff-Konzentration in dem Hohlraum von λ = 1 einzuregeln. Dieser Regelsollwert beträgt typischerweise über die gesamte Lebensdauer der Lambda-Sonde 450 mV. Wird der Regelsollwert der Messzelle innerhalb des scharfen Potentialanstiegs verändert, beispielsweise auf 300 mV–600 mV, so ändert sich die Sauerstoff-Konzentration in der Messkammer nicht maßgeblich. Der Sauerstoff-Zustrom und der Pumpstrom werden dadurch kaum beeinflusst.
Lambda-Sonden mit nur einer Zelle sind beispielsweise in DE 2946440 A1 beschrieben. In dieser Offenlegungsschrift wird ein Verfahren zur Gewinnung einer Steuergröße für die Regelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses des Betriebsgemisches von Brennkraftmaschinen mit Hilfe einer dem Abgasstrom ausgesetzten Abgasmessonde vorgeschlagen.
Typischerweise liegt bei Lambda-Sonden mit nur einer Zelle eine äußere Elektrode der einen Zelle, insbesondere einer Pumpzelle, an einem Gasraum mit hoher Sauerstoff-Konzentration, beispielsweise an einem Referenzvolumen. Zwischen der äußeren Elektrode und einer Innenelektrode der Pumpzelle wird eine feste Spannung angelegt. Sobald eine Sauerstoff-Konzentration in einem Hohlraum nahe 0 ist, steigt ein Potential, insbesondere ein Nernst-Potential, stark an und kompensiert teilweise die angelegte Spannung. Hierdurch kann ebenso mit guter Genauigkeit eine konstante Sauerstoff-Konzentration in dem Hohlraum eingeregelt werden. Hierbei muss die Spannung an der Pumpzelle einen Ohmschen Spannungsabfall eines Pumpstroms über einen Widerstand der Pumpzelle überschreiten. Idealerweise liegt eine Summe des Ohmschen Spannungsabfalls und des gewünschten Nernst-Potentials, welches typischerweise 450 mV betragen kann, an. Tatsächlich sollte die Spannung etwas höher sein, um Übergangswiderstände an den Elektroden zu kompensieren. Wie bei Lambda-Sonden mit zwei Zellen hat eine Änderung der Spannung an dem scharfen Potentialanstieg, beispielsweise bei Nernst-Spannungen zwischen 300 mV und 600 mV, also einer Änderung der Spannung um +/– 150 mV zu dem typischen Wert von 450 mV, keine wesentliche Änderung der Sauerstoff-Konzentration in dem Hohlraum zur Folge. Ein Sauerstoff-Zustrom aus dem Messgasraum über eine Diffusionsbarriere und der Pumpstrom werden typischerweise kaum durch Spannungsänderungen beeinflusst. Aufgrund stark schwankender Sauerstoff-Konzentration im Abgas kann der resultierende Pumpstrom starken Schwankungen unterliegen, wobei die Spannung nachgeführt werden sollte, um den geänderten Ohmschen Spannungsabfall zu kompensieren.
Lambda-Sonden, beispielsweise Breitband-Lambda-Sonden, werden insbesondere in Abgasstromrichtung hinter einem NO_x-Speicherkatalysator (NSC) eingesetzt, um den NSC zu diagnostizieren. Typischerweise wird hierbei mit der Lambda-Sonde eine Zeit ermittelt, welche verstreicht, bis ein Fettsprung in einer Gemischbildung durch den NSC durchbricht, d. h. bis die Lambda-Sonde einen bestimmten Fettpumpstrom anzeigt.
In der Patentschrift DE 10216724 C1 wird ein Verfahren zum Betreiben einer Breitband-Lambda-Sonde beschrieben, um auch bei einer Kraftstoffnacheinspritzung in einem Magerbetrieb und/oder in einem „fast light off” die Messempfindlichkeit einer Sonde aufrechtzuerhalten. Während der Dauer einer Kraftstoffnacheinspritzung und/oder des „fast light off” wird eine Pumpspannung wiederholt umgepolt, sodass sich kurzfristig ein anodischer Pumpstrom einstellt, welcher Sauerstoffionen in einen Messraum hineinpumpt, die dort Kohlenwasserstoffe oxidieren.
Es ist gesetzlich gefordert, die Funktion einer Lambda-Sonde, beispielsweise zur Diagnose eines NSC in einem Fahrzeug, zu diagnostizieren und über die Lebenszeit zu überwachen. Es ist bekannt, dass sich die Charakteristik von Lambda-Sonden über längere Betriebszeiten ändern kann. Dabei ändert sich beispielsweise der Zusammenhang zwischen einer anliegenden Sauerstoff-Konzentration im Abgas und einem resultierenden Pumpstrom des Sensorelements. Sofern sich die Charakteristik aufgrund von Alterungseffekten in der Diffusionsbarriere ändert, beispielsweise durch Materialveränderung oder Verstopfung, ändert sich insbesondere die Steigung der Charakteristik. Der prinzipielle Kurvenverlauf bleibt allerdings erhalten. Solche Änderungen können prinzipiell durch einen Abgleich an einem bekannten Messpunkt, beispielsweise bei Betrieb mit Umgebungsluft, abgeglichen werden.
In DE 10163912 A1 wird ein Gassensor bzw. ein Verfahren zum Betrieb desselben vorgestellt, bei welchem Betriebsphasen auftreten, bei welchen das mit einer Diffusionskammer des Gassensors kommunizierende Messgas einem Referenzgas entspricht und dementsprechend ein λ-Wert des Messgases zu diesem Zeitpunkt bekannt ist. Diese Betriebsphasen mit bekanntem λ-Wert können laut dieser Veröffentlichung zur regelmäßigen Kontrolle bzw. Kalibrierung von Messsignalen des Gassensors genutzt werden. Es ist hierbei bevorzugt vorgesehen, die an Pumpelektroden einer Pumpzelle anzulegende Pumpspannung periodisch und/oder bei vorgegebenen Betriebsphasen gegenüber einem normalen Pumpbetrieb umzupolen, sodass Polarisationseffekte in einem Keramikkörper abgebaut und damit verbundene Änderungen von Sensorsignalen vermieden werden.
Eine erzwungene Pumpstromumkehr zur Regeneration der Pumpfähigkeit ist sowohl aus DE 10216724 C1 als auch aus DE 10163912 A1 bekannt.
Neben Alterungseffekten in Diffusionsbarrieren kann sich auch die Aktivität der Elektroden verringern, beispielsweise durch Vergiftung durch Zusätze in Öl und Kraftstoff, wie beispielsweise Silicium und/oder Blei. Beispielsweise kann dann eine angelegte Pumpspannung bei hohen Sauerstoff-Konzentrationen im Abgas nicht mehr ausreichen, um einen notwendigen Pumpstrom aufzubringen. Dadurch flacht die Charakteristik insbesondere bei hohen Sauerstoff-Konzentrationen stark ab. Eine solche Änderung der Charakteristik kann nicht mehr abgeglichen werden. Bei einer Lambda-Sonde mit zwei Zellen könnte dieser Effekt durch Überwachung des eingeregelten Regelpunktes, insbesondere der Sollspannung, erkannt werden, sobald die maximal mögliche Sollspannung nicht mehr ausreicht. Da solche Alterungseffekte langsam zunehmen, kann hierdurch bereits früher eine maßgebliche Signalverfälschung auftreten. Da das Sensorelement beispielsweise an einer Position hinter dem NSC, außer bei einer Diagnose des NSC, keinen fetten oder mageren Gasen ausgesetzt ist, sondern sich ständig in einer λ = 1-Atmosphäre befindet, kann eine Pumpfähigkeit des Sensorelements nicht getestet werden. Es bedarf eines Verfahrens zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit, insbesondere einer Pumpzelle, bei λ = 1-Atmosphäre. Bekannten Verfahren zur Diagnose eines Sensorelements, beispielsweise die oben beschriebene übliche Überwachung des Sensorsignals an einem bekannten Messpunkt, zum Beispiel bei Beaufschlagung mit Umgebungsluft, sind stark eingeschränkt, da sich hierbei auch weniger kritische Alterungseffekte und Produktionsstreuungen gleichsam auswirken können.
Offenbarung der Erfindung
Es werden daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose eines Sensorelements zur Erfassung mindestens eines Anteils einer Gaskomponente eines Gases in einem Messgasraum, insbesondere eines Sensorelements zum Nachweis von Sauerstoff in einem Abgas einer Verbrennungsmaschine, vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Verfahren und Vorrichtungen zumindest weitgehend vermeiden. Bei dem Sensorelement kann es sich insbesondere um eine Lambda-Sonde mit mindestens einer Zelle, bevorzugt mit einer oder mit zwei Zellen, handeln. Die Vorrichtung, insbesondere das Sensorelement, umfasst mindestens eine mit dem Gas beaufschlagbare erste Elektrode und mindestens eine zweite Elektrode. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode sind über mindestens einen Festkörperelektrolyten verbunden. In einer Lambda-Sonde mit bevorzugt einer Zelle kann es sich bei der ersten Elektrode beispielsweise um eine Innenelektrode handeln. Bei der zweiten Elektrode kann es sich hierbei um eine Ausbauelektrode handeln. Bei einer Lambda-Sonde mit zwei Zellen kann es sich bei der ersten Elektrode beispielsweise ebenfalls um eine Innenelektrode handeln und bei der zweiten Elektrode kann es sich beispielsweise um eine Außenelektrode handeln. Die Elektroden sind beispielsweise aus Zirconiumdioxid gefertigt. Die Vorrichtung umfasst weiterhin mindestens eine Steuerung, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um das Verfahren zur Diagnose des Sensorelements, wie im Folgenden beschrieben, durchzuführen. Unter einer Zelle kann hierbei eine elektrochemische Messzelle verstanden werden, welche elektrochemische Eigenschaften ausnutzt, also beispielsweise eine Nernst-Zelle und/oder eine Pumpzelle. Der Festkörperelektrolyt kann beispielsweise als YSZ, ScSZ und/oder in Gestalt anderer Arten von Festkörperelektrolyten ausgestaltet sein. Diesbezüglich kann grundsätzlich auf sämtliche bekannte Sensorelemente verwiesen werden, welche auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich einsetzbar sind. Die Steuerung kann beispielsweise über eine Schnittstelle mit dem Sensorelement verbunden sein. Die Steuerung kann aber auch vollständig oder teilweise in das Sensorelement integriert sein. Die Steuerung kann aber beispielsweise auch ganz oder teilweise in andere Komponenten integriert sein, beispielsweise in einen Stecker und/oder in eine Motorsteuerung. Die Steuerung kann beispielsweise mindestens eine Beaufschlagungsvorrichtung umfassen, um die Elektroden mit Strom und/oder Spannung zu beaufschlagen. Bei der Beaufschlagungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Spannungsquelle und/oder eine Stromquelle handeln. Weiterhin kann die Steuerung gegebenenfalls eine Messvorrichtung umfassen, beispielsweise eine Spannungsmessvorrichtung und/oder eine Strommessvorrichtung. Weiterhin kann die Steuerung optional beispielsweise eine Auswertevorrichtung, beispielsweise eine Datenverarbeitungsvorrichtung, umfassen. Weiterhin optional kann die Steuerung mindestens einen Signalgenerator umfassen. Die Steuerung kann überdies optional mindestens einen Regler, beispielsweise mindestens einen Lock-in-Regler, umfassen. Das Sensorelement kann mindestens einen mit dem Gas aus dem Messgasraum, insbesondere über eine Diffusionsbarriere, beaufschlagbaren Hohlraum umfassen. Die erste Elektrode kann zumindest teilweise mit dem Hohlraum verbunden sein, wobei der Hohlraum, insbesondere über eine Diffusionsbarriere, mit dem Messgasraum verbunden ist. Die zweite Elektrode kann zumindest teilweise mit dem Messgasraum verbunden sein.
In dem vorgeschlagenen Verfahren zur Diagnose des Sensorelements zur Erfassung mindestens eines Anteils einer Gaskomponente eines Gases in einem Messgasraum, wie oben beschrieben, wird ein Diagnosesignal zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode aufgeprägt. Ein Antwortsignal wird zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode erfasst. „Erste” und „zweite” werden hierbei als Bezeichnungen verwendet, ohne Hinweis darauf, dass gegebenenfalls noch weitere Elektroden existieren können und ohne Hinweis auf eine Reihenfolge. Die Erfassung des Antwortsignals kann zeitgleich oder auch zeitversetzt, beispielsweise intermittierend, mit der Aufprägung des Diagnosesignals erfolgen. Bei dem Diagnosesignal kann es sich insbesondere um ein konstantes Diagnosesignal handeln. Beispielsweise kann es sich bei dem Diagnosesignal auch um ein zeitlich kontinuierlich variierendes Diagnosesignal handeln. Bei dem Diagnosesignal kann es sich beispielsweise um einen elektrischen Strom und/oder eine elektrische Spannung handeln, wobei beispielsweise der elektrische Strom derart aufgeprägt wird, dass dieser durch eine die erste Elektrode und die zweite Elektrode umfassende Zelle fließt, und/oder wobei die elektrische Spannung beispielsweise an eine die erste Elektrode und die zweite Elektrode umfassende Zelle angelegt wird.
Insbesondere kann es sich bei dem Diagnosesignal um ein kontinuierlich variierendes Signal handeln, beispielsweise um ein periodisches Signal, beispielsweise ausgewählt aus folgender Gruppe periodischer Signale: ein sinusförmiges Signal; ein rechteckförmiges Signal; ein dreieckförmiges Signal; ein sägezahnförmiges Signal; ein stufenförmiges Signal; ein gepulstes Signal. Besonders bevorzugt ist beispielsweise ein konstantes Signal oder ein in Stufen ansteigendes oder absteigendes Signal. Die Frequenz eines periodischen Diagnosesignals kann konstant oder zeitlich variierend sein. Prinzipiell kann es sich auch um Kombinationen der genannten Pulsformen oder um hier nicht genannte Pulsformen handeln. Bei dem Antwortsignal kann es sich insbesondere um einen elektrischen Strom und/oder eine elektrische Spannung, besonders bevorzugt um einen zeitlichen Verlauf eines elektrischen Stroms und/oder einen zeitlichen Verlauf einer elektrischen Spannung, handeln. Das Antwortsignal kann insbesondere zeitlich kontinuierlich erfasst werden, insbesondere als Funktion der Zeit.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann das Diagnosesignal insbesondere ausgewählt sein aus einer Spannungssequenz und einer Stromsequenz. Unter einer Sequenz wird dabei eine kontinuierliche oder auch diskontinuierliche Abfolge von Signalen, wie oben beschrieben, verstanden. Insbesondere kann die Spannungssequenz und/oder die Stromsequenz eine stufenförmige Sequenz umfassen. Andere Signalformen werden exemplarisch unten noch näher beschrieben.
In dem Verfahren zur Diagnose eines Sensorelements kann das Diagnosesignal auf eine Sollsequenz, beispielsweise auf eine Stromsequenz, insbesondere auf eine Sollspannungssequenz, besonders bevorzugt auf eine Nernstspannung, zwischen der ersten Elektrode und einer Referenzelektrode geregelt werden. Die Referenzelektrode kann zumindest teilweise mit einem Referenzgasraum verbunden sein. Der Referenzgasraum kann insbesondere über den Festkörperelektrolyten mit dem Hohlraum verbunden sein. Das Regeln des Diagnosesignals auf eine Sollsequenz, insbesondere auf eine konstante Nernstspannung, kann insbesondere dazu dienen, eine Sauerstoff-Konzentration in dem Hohlraum kontrolliert einzustellen. Das Regeln des Diagnosesignals sowie die Generierung der Sollsequenz und die Erfassung des Antwortsignals können bevorzugt mit Hilfe der Steuerung erfolgen.
Das Diagnosesignal und/oder die Sollsequenz kann eine Größe, bevorzugt eine physikalische Größe, insbesondere eine elektrische Spannung und/oder einen elektrischen Strom, umfassen. Das Diagnosesignal und/oder die Sollsequenz kann bevorzugt in diskreten Schritten variiert werden, beispielsweise in Schritten von 250 mV, insbesondere in Schritten von 150 mV, besonders bevorzugt in Schritten von 25 mV von einem vorgegebenen Regelpunkt aus. Bei dem vorgegebenen Regelpunkt kann es sich beispielsweise um eine Nernstspannung zwischen 20 mV und 650 mV, bevorzugt um eine Nernstspannung zwischen 250 mV und 550 mV und besonders bevorzugt um eine Nernstspannung von 450 mV handeln. Das Diagnosesignal und/oder die Sollsequenz kann von dem vorgegebenen Regelpunkt aus zu höheren und/oder niedrigeren Werten variiert werden.
Das Diagnosesignal und/oder die Sollsequenz kann eine Größe umfassen, welche mindestens einen konstanten Wert aufweist. Bei der Größe kann es sich beispielsweise um eine elektrische Spannung und/oder einen elektrischen Strom handeln, beispielsweise eine Nernstspannung von 20–180 mV, bevorzugt von 50–150 mV, besonders bevorzugt von 100 mV. Prinzipiell kann die Sollsequenz auch periodische Signalformen, wie oben für das Diagnosesignal beschrieben, aufweisen.
Das Diagnosesignal und/oder die Sollsequenz kann eine Größe umfassen, welche zeitlich kontinuierlich variiert wird, beispielsweise ausgewählt aus folgender Gruppe von Signalformen: ein periodisches Signal; ein sinusförmiges Signal; ein rechteckförmiges Signal; ein dreieckförmiges Signal; ein sägezahnförmiges Signal; ein stufenförmiges Signal; ein gepulstes Signal. Besonders bevorzugt kann es sich um ein konstantes oder ein stufenförmig ansteigendes oder ein stufenförmig absteigendes Signal handeln. Kombinationen der genannten Signalformen sowie nicht erwähnte Signalformen können prinzipiell ebenfalls verwendet werden.
Eine Temperatur des Sensorelements kann insbesondere geregelt werden. Beispielsweise kann die Temperatur auf einem konstanten Wert gehalten oder erhöht oder erniedrigt werden. Die Regelung dieser Temperatur kann sich beispielsweise auf das gesamte Sensorelement erstrecken, jedoch können auch nur Teile des Sensorelements mit einer definierten Temperatur beaufschlagt werden.
Das Antwortsignal kann insbesondere mit mindestens einem Schwellwert verglichen werden. Dies kann beispielsweise eine Stromsequenz betreffen. Der Schwellwert kann einen oder mehrere Vergleichswerte umfassen und die Diagnose kann beispielsweise in Abhängigkeit von dem Vergleich erfolgen. Beispielsweise kann auch das Antwortsignal als Funktion des Diagnosesignals, insbesondere die Stromsequenz als Funktion der Spannungssequenz, mit mindestens einem Schwellwert verglichen werden, was auch die Möglichkeit eines Vergleichs mit mindestens einer Schwellwertfunktion umfassen soll. Der Schwellwert kann konstant sein, kann aber auch variieren, abhängig vom Antwortsignal, insbesondere abhängig von der Signalform und/oder der Größe des Antwortsignals. Der Schwellwert kann beispielsweise eine Vergleichskurve, beispielsweise mit einem Toleranzband, umfassen und/oder einen Toleranzwert. Beispielsweise kann hierdurch auf einen Alterungszustand geschlossen werden, beispielsweise wenn das Antwortsignal den mindestens einen Schwellwert überschreitet, unterschreitet oder erreicht. Verschiedene Möglichkeiten der Ausgestaltung einer Schwellwertbedingung sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. insbesondere kann durch den Vergleich mit mindestens einem Schwellwert, insbesondere mindestens einer Schwellwertfunktion, beispielsweise auf einen Alterungszustand mindestens einer der Elektroden und/oder einer oder mehrerer Diffusionsbarrieren geschlossen werden. Das Antwortsignal, beispielsweise ein elektrischer Strom, kann eine relative Änderung aufweisen, beispielsweise in Bezug auf einen elektrischen Strom während eines Normalbetriebs. Die relative Änderung kann beispielsweise mit einem sensortypischen Schwellwert, beispielsweise einem sensortypischen Grenzwert, verglichen werden. Als Normalbetrieb kann hierbei beispielsweise der Betrieb aufgefasst werden, welcher während des Messbetriebs, also beispielsweise in einem Betriebsmodus, der nicht dem Diagnosemodus entspricht, eingeregelt ist. Während des Normalbetriebs kann typischerweise die Nernstspannung 450 mV betragen.
In dem Verfahren zur Diagnose eines Sensorelements kann beispielsweise die Konzentration eines Anteils eines Gases, beispielsweise von Sauerstoff, im Abgas variiert werden. Das Verfahren kann bei einem festen Anteil des Gases durchgeführt werden oder auch bei einem variierenden Anteil des Gases oder auch wiederholt bei unterschiedlichen Anteilen des Gases. Vorzugsweise kann das Verfahren bei einer Luftzahl λ = 1 durchgeführt werden, beispielsweise jedoch auch bei λ > 1 oder λ < 1.
Durch das vorgeschlagene Verfahren und die vorgeschlagene Vorrichtung kann beispielsweise eine verringerte Elektrodenaktivität für Sensorelemente mit einer Zelle oder zwei Zellen frühzeitig erkannt werden und kritische Alterungseffekte können überwacht werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1A: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei Zellen;
1B: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Zelle;
2A, 2B, 2C und 2D: ein erfindungsgemäßes Verfahren mit stufenförmig absteigendem Diagnosesignal; und
3: ein erfindungsgemäßes Verfahren mit einem konstanten Diagnosesignal.
Ausführungsbeispiele
In 1A ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 zur Erfassung mindestens eines Anteils einer Gaskomponente eines Gases in einem Messgasraum 112 dargestellt. Die Vorrichtung 110 umfasst mindestens ein Sensorelement 114. Das Sensorelement 114 umfasst mindestens eine mit dem Gas beaufschlagbare erste Elektrode 116 und mindestens eine zweite Elektrode 118. Die erste Elektrode 116 und die zweite Elektrode 118 sind über mindestens einen Festkörperelektrolyten 120 verbunden. Die Vorrichtung 110 umfasst weiterhin mindestens eine Steuerung 122, beispielsweise eine Datenverarbeitungsvorrichtung, beispielsweise eine Steuerung 122, welche über eine Schnittstelle 124 mit dem Sensorelement 114 verbunden sein kann. Die Vorrichtung 110, insbesondere die Steuerung 122, ist eingerichtet, um ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Das Sensorelement 114 kann mindestens einen mit dem Gas aus dem Messgasraum 112, insbesondere über eine Diffusionsbarriere 126, beaufschlagbaren Hohlraum 128 umfassen. Die erste Elektrode 116 kann zumindest teilweise mit dem Hohlraum 128 verbunden sein. Der Hohlraum 128 kann insbesondere über den Festkörperelektrolyten 120 mit dem Messgasraum 112 verbunden sein, wobei die zweite Elektrode 118 zumindest teilweise mit dem Messgasraum 112 verbunden sein kann. Insbesondere kann es sich hierbei um ein Sensorelement 114 mit zwei Zellen handeln, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung 110 weiterhin eine Referenzelektrode 130 umfassen kann. Die Referenzelektrode 130 kann zumindest teilweise mit einem Referenzgasraum 132 verbunden sein. Der Referenzgasraum 132 kann insbesondere über den Festkörperelektrolyten 120 mit dem Hohlraum 128 verbunden sein. Das Sensorelement 114 kann weiterhin ein Heizelement 134 umfassen.
In 1B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 mit einer Zelle dargestellt. Die Vorrichtung 110 dieses Ausführungsbeispiels ist im Wesentlichen aufgebaut wie die Vorrichtung 110 in 1A. Allerdings umfasst dieses Sensorelement 114 keine Referenzelektrode 130. Die zweite Elektrode 118 ist außerdem vorzugsweise nicht zumindest teilweise mit einem Messgasraum 112 verbunden, sondern mit einem Referenzgasraum 132, welcher beispielsweise mit einer hohen Sauerstoff-Konzentration beaufschlagt sein kann. Die erste Elektrode 116 kann in diesem Ausführungsbeispiel insbesondere als Innenelektrode ausgestaltet sein und die zweite Elektrode 118 insbesondere als Ausbauelektrode.
Neben den in 1A und 1B dargestellten Ausführungsformen von Vorrichtungen 110, entsprechend der vorliegenden Erfindung, können in dem erfindungsgemäßen Verfahren Vorrichtungen 110 eingesetzt werden, welche zumindest teilweise entsprechend bekannter Vorrichtungen 110, wie oben im Stand der Technik beschrieben, ausgestaltet sind.
In den 2A, 2B, 2C und 2D ist ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Diagnose eines Sensorelements 114 dargestellt. Zur Ausführung dieses Verfahrens kann beispielsweise eine Vorrichtung 110, wie oben beschrieben und in den 1A und 1B dargestellt, benutzt werden. In diesem Ausführungsbeispiel kann vorzugsweise eine Vorrichtung 110, wie in 1A dargestellt und oben beschrieben, mit zwei Zellen verwendet werden. Prinzipiell kann allerdings auch eine Vorrichtung 110 mit einer Zelle, wie in 1B dargestellt, Verwendung finden. Ein Diagnosesignal 136, welches in 2D dargestellt ist, wird zwischen der ersten Elektrode 116 und der zweiten Elektrode 118 aufgeprägt.
Das Diagnosesignal 136 ist in 2C dargestellt, wobei eine Pumpspannung U_p in Volt gegen eine Zeit t aufgetragen ist. Das Diagnosesignal 136 kann prinzipiell ausgewählt sein aus einer Spannungssequenz 138 und einer Stromsequenz. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Diagnosesignal 136 eine Spannungssequenz 138, insbesondere eine stufenförmig absteigende Spannungssequenz 138.
Das Diagnosesignal 136 ist hierbei auf eine Sollsequenz 140, insbesondere eine Spannungssequenz 138, zwischen der ersten Elektrode 116 und der Referenzelektrode 130 geregelt. Die Sollsequenz 140 ist in 2A als Nernstspannung U_N in Volt als Funktion der Zeit t dargestellt. Die Sollsequenz 140 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Größe, insbesondere eine elektrische Spannung, besonders bevorzugt eine Nernstspannung, welche in diskreten oder kontinuierlichen Schritten 142, insbesondere stufenförmig absteigend, variiert wird. Die Sollsequenz 140, insbesondere die Nernstspannung zwischen der ersten Elektrode 116 und der Referenzelektrode 130, kann beispielsweise in Schritten 142 von bis zu 250 mV, insbesondere in Schritten 142 von bis zu 150 mV, besonders bevorzugt in Schritten 142 bis zu 25 mV von einem vorgegebenen Regelpunkt aus, beispielsweise einer Nernstspannung zwischen 20 mV und 650 mV, bevorzugt zwischen 250 mV und 550 mV und besonders bevorzugt von 450 mV bis beispielsweise 50 mV, abgesenkt werden. Hiermit wird im Hohlraum 128 ein höherer Sauerstoffpartialdruck gefordert. Bei jedem dieser Schritte 142 werden Sauerstoffionen von der zweiten Elektrode 118, insbesondere einer Außenelektrode, zu der ersten Elektrode 116, insbesondere einer Innenelektrode, gepumpt. Die Sauerstoffionen stammen aus der Wasserzersetzung an der zweiten Elektrode 118. Dies entspricht beispielsweise einem Pump-Zustand des Sensorelements 114, wie er bei einem fetten Abgasgemisch bei Normalbetrieb herrscht, welcher sich durch negative Pumpströme auszeichnet. Bei dem Verfahren wird ein Antwortsignal 144 zwischen der ersten Elektrode 116 und der zweiten Elektrode 118 erfasst, wie in 2B als Pumpstrom I_p in mA als Funktion der Zeit t dargestellt.
Eine Temperatur des Sensorelements 114 kann definiert, geregelt werden. Das Verfahren kann vorteilhafterweise in einem Betriebszustand durchgeführt werden, bei welchem die Heizleistung eines Heizelements 134 des Sensorelements 114 und/oder die Temperatur einer Pumpzelle, bestehend aus der ersten Elektrode 116 und der zweiten Elektrode 118, definiert sind. Ohne definierte Regelung der Temperatur könnten Schwankungen dieser zu Schwankungen in der Pumpspannung führen. Gegebenenfalls ist es vorteilhaft für eine Signalgenauigkeit, das Verfahren bei abgesenkter oder bei erhöhter Heizleistung, im Vergleich zu dem Normalbetrieb, durchzuführen. Das Antwortsignal 144 kann in Abhängigkeit des Diagnosesignals 136 mit einem Schwellwert verglichen werden. In 2D ist das Diagnosesignal 136, insbesondere die Pumpspannung U_p in Volt, in Abhängigkeit des Antwortsignals 144, insbesondere des negativen Pumpstroms-Ip in mA, dargestellt. Skizziert ist ein Toleranzband 146, mit welchem die Verhältnisse aus dem Diagnosesignal 136 zu dem Antwortsignal 144 für die Schritte 142 verglichen werden können. Beispielsweise kann, falls die Werte der Verhältnisse innerhalb des Toleranzbandes 146 liegen, eine Diagnoseinformation, beispielsweise „i. O.”, ausgegeben werden und/oder eine andere Diagnoseinformation, welche anzeigt, dass das Sensorelement 114 in Ordnung ist. Falls mindestens ein Punkt, und/oder mehrere Punkte und/oder genau ein Punkt außerhalb des Toleranzbands 146 liegt bzw. liegen, kann beispielsweise eine Diagnoseinformation „n. I. O.” ausgegeben werden und/oder eine andere Diagnoseinformation, welche signalisiert, dass das Sensorelement 114 nicht in Ordnung ist. Diagnoseinformationen können beispielsweise an einem Bildschirm und/oder einem Display und/oder akustisch, beispielsweise mit Hilfe der Regelung, ausgegeben werden. Bei jedem Schritt wird das Verhältnis zwischen Pumpstrom und benötigter Pumpspannung zwischen der ersten Elektrode 116 und einer zweiten Elektrode 118 bewertet. Die resultierende Kurve sollte beispielsweise im relevanten Strombereich innerhalb des vorgegebenen Toleranzbandes 146 liegen, damit die Sonde als „i. O.” diagnostiziert wird. Eine inaktive zweite Elektrode 118 und/oder erste Elektrode 116 hätte beispielsweise unzulässig hohe Pumpspannungen bei definiertem Pumpstrom zur Folge. Bevorzugt kann für jedes Sensorelement 114 eine U_p zu I_p-Kurve im Neuzustand erfasst werden und beispielsweise in der Steuerung 122, insbesondere in der Steuergerätesoftware, abgespeichert werden. Somit kann beispielsweise das relevante Toleranzband 146 für die Sensorelemente 114 im Betrieb, insbesondere für gealterte Sensorelemente 114, an diese Messung im Neuzustand hinsichtlich einer Streuung und/oder eines Offsets angepasst werden.
Beispielsweise kann die Konzentration von Sauerstoff im Abgas variiert werden. Bevorzugt kann das Verfahren bei λ = 1 durchgeführt werden. Es kann beispielsweise vorteilhaft sein, die Diagnose nicht bei λ = 1 sondern bei anderen Gaskonzentrationen, insbesondere Konzentrationen von Sauerstoff, durchzuführen. Hierbei kann zur Beurteilung über einen Alterszustand anstelle einer absoluten Pumpspannung und/oder eines absoluten Pumpstroms auch eine Abweichung von dem normalen Pumpstrom bzw. der normalen Pumpspannung, bei einer Regelung auf eine Nernstspannung von beispielsweise 450 mV, hinzugezogen werden.
Anstelle einer Variation der Sollsequenz 140 in diskreten Schritten 142 kann beispielsweise auch eine Sollsequenz 140 verwendet werden, welche eine Größe umfasst, insbesondere eine Spannung, welche mindestens einen konstanten Wert aufweist, bevorzugt genau einen konstanten Wert, beispielsweise eine Nernstspannung zwischen 600 und 50 mV, bevorzugt zwischen 300 und 75 mV, besonders bevorzugt eine Nernstspannung von 100 mV. Bei Verwendung genau eines konstanten Wertes kann überprüft werden, ob bei diesem Diagnosesignal 136, insbesondere bei dieser Nernstspannung, das Verhältnis von Pumpspannung zu Pumpstrom innerhalb des Toleranzbandes 146 liegt.
Aufgrund einer Charakteristik, wonach sich die Nernstspannung bei λ = 1 sehr stark ändert bei Veränderungen der Sauerstoff-Konzentration, kann durch eine Änderung der Nernstspannung nicht gezielt ein definierter Pumpstrom hervorgerufen werden. Bei unterschiedlichen baugleichen Sensorelementen 114 und während der Lebensdauer eines Sensorelements 114 sind große Unterschiede im resultierenden Pumpstrom zu erwarten. Eine Vermessung eines breiteren Pumpspannungs-Bereichs kann daher sicherstellen, dass auf jeden Fall ein verwertbarer Messpunkt erfasst werden kann.
Beispielsweise kann auch ein Diagnosesignal 136 aufgeprägt werden, insbesondere eine Nernstspannung, welche größer als eine Nernstspannung im Normalbetrieb sein kann, beispielsweise eine Nernstspannung zwischen 450 mV und 800 mV, vorzugsweise eine Nernstspannung zwischen 500 und 700 mV, besonders bevorzugt eine Nernstspannung von 600 mV. Hieraus resultiert ein positiver Pumpstrom, der einem mageren Betriebszustand im Normalbetrieb entspricht. Hiermit könnte beispielsweise, im Gegensatz zu einem Diagnosesignal 136, welches eine Nernstspannung kleiner einer Nernstspannung im Normalbetrieb aufweist, eine Sauerstoff-Einbaufähigkeit an der ersten Elektrode 116 und eine Sauerstoff-Ausbaufähigkeit an der zweiten Elektrode 118 geprüft werden. Anstelle einer Sollsequenz 140, umfassend eine konstante Größe bzw. eine Größe, welche in diskreten Schritten 142 variiert wird, können auch Sollsequenzen 140 ein zeitlich kontinuierlich variierendes Signal, insbesondere ein periodisches Signal, beispielsweise ein höher frequentes Signal, insbesondere eine höher frequente Oszillation der Nernstspannung, umfassen. Dies kann in Oszillationen der Pumpspannung und des Pumpstroms resultieren, wobei deren Verhältnisse ebenfalls mit vorgegebenen Toleranzbändern verglichen werden können.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Zur Ausführung dieses Ausführungsbeispiels können Sensorelemente 114, wie aus dem Stand der Technik bekannt, Verwendung finden und insbesondere Vorrichtungen 110, wie in 1A und 1B dargestellt und oben beschrieben, eingesetzt werden. Dieses Ausführungsbeispiel eignet sich insbesondere für Sensorelemente 114 mit einer Zelle und Sensorelemente 114 mit zwei Zellen. Prinzipiell verläuft das Verfahren wie im obigen Ausführungsbeispiel, anhand der 2A, 2B, 2C, 2D verdeutlicht. Das Verfahren kann auf einem Diagnosesignal 136, insbesondere auf einer aktiven Variation eines Regelpunktes, insbesondere einer Nernstspannung, bei näherungsweise konstanten Betriebsbedingungen, basieren. Da ein Alterungseffekt bei hohen Sauerstoff-Konzentrationen verfrüht auftritt, kann dieses Verfahren beispielsweise bei Schubluft oder in einem Leerlauf eines Dieselsystems durchgeführt werden. Bei einem Sensorelement 114 mit zwei Zellen, wie beispielsweise in 1A dargestellt, kann das Diagnosesignal 136 bevorzugt auf eine Sollsequenz 140, insbesondere auf eine Nernstspannung, geregelt werden. Die Sollsequenz 140 umfasst beispielsweise einen Regelpunkt der Nernstspannung, welcher beispielsweise um bis zu +/– 300 mV, bevorzugt um bis zu +/– 200 mV, besonders bevorzugt um +/– 150 mV von der Nernstspannung im Normalbetrieb beispielsweise 450 mV, abweicht.
Bei Verwendung eines Sensorelements 114 mit einer Zelle, wie beispielsweise in 1B dargestellt, wird ebenfalls ein Diagnosesignal 136 aufgeprägt, wobei das Diagnosesignal 136, insbesondere die Pumpspannung, hierbei bevorzugt nicht auf eine Sollsequenz 140 geregelt wird. Die Pumpspannung kann beispielsweise um bis zu +/– 300 mV, bevorzugt um bis zu +/– 200 mV, besonders bevorzugt um +/– 150 mV gegenüber dem Regelpunkt im Normalbetrieb U_soll,n, beispielsweise einer Nernstspannung von 450 mV, variiert werden.
Sowohl bei Sensorelementen 114 mit einer Zelle als auch bei Sensorelementen 114 mit zwei Zellen kann sich durch eine Variation der Sollsequenz 140, insbesondere der Nernstspannung, um beispielsweise bis zu +/– 300 mV, bevorzugt bis zu +/– 200 mV, besonders bevorzugt +/– 150 mV die Sauerstoff-Konzentration in dem Hohlraum 128 nur geringfügig ändern, falls eine Aktivität der Elektroden, insbesondere der ersten Elektrode 116 und der zweiten Elektrode 118, noch ausreichend ist. Beispielsweise kann sich pro 50 mV Nernstspannungs-Änderung der O₂-Partialdruck um eine Dekade ändern, d. h. statt ca. 10^–9 bar (entsprechend 450 mV) können beispielsweise ca. 10^–6 bar ( entsprechend 300 mV) vorliegen. 3 zeigt den Pumpstrom I_p, beispielsweise als Antwortsignal 144, in Abhängigkeit der Pumpspannung U_p, beispielsweise als Diagnosesignal 136, in Volt. Die obere Kurve 148 zeigt einen Verlauf des Pumpstroms I_p für ein intaktes Sensorelement 114 und die untere Kurve 150 zeigt den Verlauf des Pumpstroms I_p für ein vergiftetes Sensorelement 114. Die obere Kurve 148 und die untere Kurve 150 weisen erste Pfeile 152 auf, welche jeweils einen möglichen Messpunkt bei einer bestimmten Sollsequenz 140 U_soll,n, insbesondere einer konstanten Nernstspannung wie typischerweise im Normalbetrieb, kennzeichnen. Prinzipiell kann es mehrere Messpunkte geben. Zweite Pfeile 154 kennzeichnen Messpunkte bei Sollsequenzen 140, wobei beispielsweise die Nernstspannung um 150 mV zu dem Regelpunkt im Normalbetrieb erhöht sein kann. Das Antwortsignal 144, insbesondere der Pumpstrom, weist, wie in 3 dargestellt, eine Änderung ΔI_p auf. Eine relative Änderung kann beispielsweise mit einem sensortypischen Grenzwert verglichen werden. Die relative Änderung des resultierenden Pumpstroms bleibt bei einem intakten Sensorelement 114, wie in 3 in der oberen Kurve 148 dargestellt, unterhalb einer sensorspezifischen Grenze. in diesem Fall ist sichergestellt, dass die Charakteristik des Sensorelements 114 weiterhin durch die Diffusionsbarriere 126 definiert ist. Ein Abgleich, beispielsweise bei Schubluft, und eine Auswertung des Antwortsignals 144 über einen breiten Messbereich kann möglich sein. Die untere Kurve 150 zeigt den Verlauf des Pumpstroms eines vergifteten Sensorelements 114, wobei die relative Änderung des Pumpstroms über einem sensortypischen Grenzwert, insbesondere über einem Schwellenwert, liegt.
Wird der Schwellwert, insbesondere der sensortypische Grenzwert, nach einem Vergleich überschritten, kann eine Diagnoseinformation, insbesondere eine Bewertung, ausgegeben werden, welche ein nicht intaktes Sensorelement 114 signalisiert. Bei solch einer Diagnoseinformation kann beispielsweise ein gültiger Messbereich des Sensorelements 114 eingeschränkt werden. Fällt die Diagnoseinformation nur bei Betriebspunkten oberhalb einer bestimmten Sauerstoff-Konzentration negativ aus, so kann beispielsweise das Sensorelement 114 noch für Sensorsignale unterhalb dieser bestimmten Sauerstoff-Konzentration genutzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4410016 C2 [0003]
DE 2946440 A1 [0005]
DE 10216724 C1 [0008, 0011]
DE 10163912 A1 [0010, 0011]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 154–159 [0001]

Claims

Verfahren zur Diagnose eines Sensorelements (114) zur Erfassung mindestens eines Anteils einer Gaskomponente eines Gases in einem Messgasraum (112), insbesondere eines Sensorelements (114) zum Nachweis von Sauerstoff in einem Abgas einer Verbrennungsmaschine, wobei das Sensorelement (114) mindestens eine mit dem Gas beaufschlagbare erste Elektrode (116) und mindestens eine zweite Elektrode (118) umfasst, wobei die erste Elektrode (116) und die zweite Elektrode (118) über mindestens einen Festkörperelektrolyten (120) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Diagnosesignal (136) zwischen der ersten Elektrode (116) und der zweiten Elektrode (118) aufgeprägt wird, wobei ein Antwortsignal (144) zwischen der ersten Elektrode (116) und der zweiten Elektrode (118) erfasst wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Diagnosesignal (136) ausgewählt ist aus einer Spannungssequenz (138) und einer Stromsequenz.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (114) mindestens einen mit dem Gas aus dem Messgasraum (112) beaufschlagbaren Hohlraum (128) umfasst, wobei die erste Elektrode (116) zumindest teilweise mit dem Hohlraum (128) verbunden ist, wobei der Hohlraum (128) mit dem Messgasraum (112) verbunden ist, wobei die zweite Elektrode (118) zumindest teilweise mit dem Messgasraum (112) verbunden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Diagnosesignal (136) auf eine Sollsequenz (140) zwischen der ersten Elektrode (116) und einer Referenzelektrode (130) geregelt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Diagnosesignal (136) und/oder die Sollsequenz (140) eine Größe umfasst, welche in diskreten Schritten (142) variiert wird.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das Diagnosesignal (136) und/oder die Sollsequenz (140) eine Größe umfasst, welche mindestens einen konstanten Wert aufweist.
Verfahren nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei das Diagnosesignal (136) und/oder die Sollsequenz (140) eine Größe umfasst, welche zeitlich kontinuierlich variiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antwortsignal (144) in Abhängigkeit des Diagnosesignals (136) mit mindestens einem Schwellwert verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antwortsignal (144) eine relative Änderung aufweist, welche mit einem sensortypischen Schwellwert verglichen wird.
Vorrichtung (110) zur Erfassung mindestens eines Anteils einer Gaskomponente eines Gases in einem Messgasraum (112), umfassend mindestens ein Sensorelement (114), wobei das Sensorelement (114) mindestens eine mit dem Gas beaufschlagbare erste Elektrode (116) und mindestens eine zweite Elektrode (118) umfasst, wobei die erste Elektrode (116) und die zweite Elektrode (118) über mindestens einen Festkörperelektrolyten (120) verbunden sind, wobei die Vorrichtung (110) weiterhin mindestens eine Steuerung (122) umfasst, wobei die Steuerung (122) eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.