DE102011007447A1 - Verfahren zum Betrieb mindestens eines Sensorelements - Google Patents

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Eckart Reihlen
Jens Schneider
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Lothar Diehl
Helge Schichlein
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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb mindestens eines Sensorelements (114) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum (112) vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst mindestens folgende Schritte: • mindestens einen ersten Schritt, wobei in dem ersten Schritt mindestens eine Kenngröße ermittelt wird; • mindestens einen zweiten Schritt, wobei in dem zweiten Schritt die Kenngröße mit mindestens einem Vergleichswert verglichen wird, wobei entsprechend dieses Vergleichs dem Sensorelement (114) oder mindestens einem Teil des Sensorelements (114) mindestens ein Merkmal zugeordnet wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik sind Sensorelemente zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft 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 Solche Sensorelemente sind beispielsweise in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, Seiten 98–111 sowie Seiten 160–165, beschrieben. Insbesondere kann es sich um Abgassensoren mit unterschiedlichen Aufgaben handeln. Bekannt sind beispielsweise Sauerstoffsprungsonden, insbesondere zu einer Messung eines Sauerstoffgehalts des Abgases im Bereich der Luftzahl λ = 1, Sauerstoffbreitbandsonden zu einer Messung im Bereich der Luftzahl λ = 1 sowie im fetten und im mageren Abgas, Abgastemperatursensoren, Stickoxidsensoren und Partikelsensoren.
  • Abgassensoren werden beispielsweise in einem Fahrzeug insbesondere mit einer Ansteuerung, beispielsweise mit einem Steuergerät, betrieben. Hierfür weist die Ansteuerung, insbesondere das Ansteuergerät, insbesondere ein Hardware-Modul auf. Das Hardware-Modul steuert beispielsweise Komponenten des Abgassensors, insbesondere Elektroden und/oder Heizer des Sensorelements, insbesondere des Abgassensors. Dies geschieht in der Regel je nach Komplexität des Sensorelements beispielsweise durch diskrete elektronische Bauelemente, wie beispielsweise bei einer Sprungsonde, und/oder durch integrierte elektronische Bauelemente mit diskreter Beschaltung, wie beispielsweise bei Breitbandlambdasonden oder anderen Abgassensoren.
  • Der Heizer kann beispielsweise einerseits durch insbesondere dauerhaftes Aufschalten einer Batteriespannung gegen eine Fahrzeugmasse, beispielsweise durch ein Relais, andererseits beispielsweise durch ein getaktetes, insbesondere pulsweitenmoduliertes Schalten der Batteriespannung mit einem Halbleiterschalter, beispielsweise einem ”lowside-FET” und/oder einer Heizerendstufe, an der Fahrzeugmasse betrieben werden. Die Heizerendstufe kann beispielsweise ein diskretes Bauelement in der Ansteuerung, insbesondere in dem Steuergerät, sein oder kann in einem Mehrfachbaustein enthalten sein. Ein solcher Mehrfachbaustein kann insbesondere neben ein oder mehreren Endstufenkanälen weitere Funktionen, wie beispielsweise eine Spannungsversorgung und/oder eine Stromversorgung und/oder eine CAN-Kommunikation und/oder andere Funktionen aufweisen.
  • Das Hardwaremodul, insbesondere in der Ansteuerung, kann durch einen Microcontroller der Ansteuerung sowie insbesondere der darin enthaltenen Software, der so genannten ”Hardware-Kapsel”, angesteuert werden. Diese Software kann das Sensorelement gegebenenfalls über einen Sonden-ASIC ansteuern und/oder kann den Heizer ansteuern und/oder kann ein Sondensignal auswerten und/oder Korrektur- und/oder Kalibrierfunktionen ausführen und/oder kann Diagnosen durchführen und/oder kann das Sondensignal an beispielsweise nachgelagerte Softwarefunktionen des Abgasnachbehandlungssystems liefern.
  • Erwünscht sind beispielsweise Verfahren und Vorrichtungen zur Vermeidung eines Fehlbetriebs von Sensorelementen, insbesondere Abgassonden. Eine Ansteuerung, insbesondere eine Sondenansteuerung, mit beispielsweise falscher Heizspannung und/oder Pumpspannung kann insbesondere zu Verfälschungen und/oder zu einer Zerstörung des Sensorelements führen. Bekannte Maßnahmen, insbesondere Verfahren nach dem Stand der Technik, beschränken sich insbesondere auf eine Ausgestaltung der Steckverbindung zwischen dem Sensorelement, beispielsweise der Abgassonde, und der Ansteuerung, dem Steuergerät. Bekannt sind beispielsweise Verfahren, welche nach dem Prinzip des Poka-Yoke funktionieren, beispielsweise durch ”Plug-Socket”, insbesondere durch Formgebung und/oder Farbgebung beispielsweise eines Steckers und/oder durch eine Steckercodierung mittels mindestens eines Chips und/oder mindestens eines Barcodes.
  • Beispielsweise sind Verfahren zu einer Erkennung des Sensorelements, insbesondere eines Sensorchips, durch ein Werkstattprüfgerät bekannt. In einer Werkstattumgebung ist es in der Regel nicht oder nur umständlich möglich, den Sensortyp, insbesondere des Sensorelements, zu ermitteln. Beispielsweise kann das Werkstattprüfgerät in einem ersten Schritt, insbesondere selbstständig, den Sensortyp erkennen, wobei das Werkstattprüfgerät beispielsweise in einem zweiten Schritt ein Prüfprogramm durchführen kann, insbesondere ohne dass durch einen Bediener, beispielsweise einen Mechaniker, ein Sondentyp, beispielsweise ein Sensortyp, eingegeben werden muss. Somit kann beispielsweise sichergestellt werden, dass das, insbesondere für den jeweiligen Sensortyp, richtige Prüfprogramm und/oder richtige Prüfparameter verwendet werden können. Hierdurch kann beispielsweise eine Anzahl von Fehldiagnosen verringert werden, beispielsweise kann verhindert werden, dass ein intaktes Sensorelement, insbesondere fälschlich, als defekt erkannt wird.
  • Wünschenswert wären daher ein Verfahren und eine Vorrichtung, welche insbesondere die Erkennung des Sondentyps und/oder des Sensortyps, insbesondere des Sensorelements, besonders bevorzugt der Abgassonde und/oder die Erkennung einer anderen Eigenschaft beispielsweise einer Ansteuerung, beispielsweise in einem Kraftfahrzeugs, ermöglichen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es werden daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb mindestens eines Sensorelements vorgeschlagen, welche die zu erwartenden Nachteile bekannter Verfahren und Vorrichtungen zumindest weitgehend vermeiden und/oder mildern. Unter dem Betrieb eines Sensorelements kann insbesondere ein Verfahren verstanden werden, bei welchem das Sensorelement zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum eingesetzt wird, beispielsweise im Rahmen einer üblichen Benutzung des Sensorelements, beispielsweise beim Betreiben eines Kraftfahrzeugs. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei dem Betrieb neben der Verwendung zur Erfassung der Eigenschaft auch um einen Diagnosebetrieb handeln, beispielsweise in einer Werkstatt oder während einer Testphase.
  • Bei dem Sensorelement kann es sich prinzipiell um ein beliebiges Sensorelement handeln. Das Sensorelement dient zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum, beispielsweise eines Abgases in einem Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine. Bei dem Sensorelement kann es sich insbesondere um einen Abgassensor handeln. Das Sensorelement kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: mindestens einem Abgastemperatursensor; mindestens einer Sauerstoffbreitbandsonde; mindestens einer Sauerstoffsprungsonde; mindestens einem Stickoxidsensor; mindestens einem Partikelsensor; mindestens einer Lambda-Sonde. Unter einer Erfassung kann insbesondere eine Messung verstanden werden, bei welcher die Eigenschaft qualitativ und/oder quantitativ ermittelt wird. Bei der Eigenschaft kann es sich prinzipiell um jede physikalische und/oder chemische Eigenschaft des Gases handeln. Bevorzugt kann es sich um mindestens eine Eigenschaft handeln, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Temperatur; einem Anteil einer Gaskomponente in dem Gas. Bei der Gaskomponente kann es sich beispielsweise um Sauerstoff und/oder um Stickstoxide handeln. Bei der Erfassung kann es sich insbesondere um eine quantitative und/oder qualitative Erfassung handeln. Bei dem Gas kann es sich beispielsweise um ein Abgas einer Brennkraftmaschine handeln, insbesondere im Kraftfahrzeugbereich. Bei dem Messgasraum kann es sich beispielsweise um einen Abgastrakt handeln. Bei dem Anteil der Gaskomponente kann es sich beispielsweise auch um mehrere Anteile einer Gaskomponente handeln. Bei dem Anteil der Gaskomponente kann es sich insbesondere um einen Partialdruck und/oder einen Prozentsatz der Gaskomponente handeln.
  • Das Verfahren umfasst mindestens folgende Schritte:
    • • mindestens einen ersten Schritt, wobei in dem ersten Schritt mindestens eine Kenngröße ermittelt wird;
    • • mindestens einen zweiten Schritt, wobei in dem zweiten Schritt die Kenngröße mit mindestens einem Vergleichswert verglichen wird, wobei entsprechend dieses Vergleichs dem Sensorelement oder mindestens einem Teil des Sensorelements mindestens ein Merkmal zugeordnet wird.
  • Die Bezeichnungen ”erster” und ”zweiter”, und falls vorhanden auch ”dritter” oder weitere ähnliche Bezeichnungen, geben keine Auskunft darüber, ob beispielsweise noch weitere Schritte vorhanden sind. Prinzipiell geben diese Bezeichnungen ebenfalls keinen Hinweis auf eine Reihenfolge. Besonders bevorzugt kann das Verfahren in der Reihenfolge beginnend mit dem ersten Schritt, darauffolgend der zweite Schritt und darauffolgend beispielsweise weitere Schritte, durchgeführt werden, wobei jedoch auch eine andere Reihenfolge möglich ist.
  • Unter einer Kenngröße kann hierbei allgemein eine Eigenschaft des Sensorelements verstanden werden, beispielsweise eine qualitative und/oder eine quantitative Eigenschaft. Bei der Kenngröße kann es sich insbesondere um eine charakteristische Größe handeln. Die Kenngröße kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einem Ohmschen Widerstand; einer Betriebstemperatur; einem elektrischen Strom, insbesondere einer Stromkennlinie; einer elektrischen Spannung, insbesondere einer Spannungskennlinie.
  • Unter einem Vergleichswert kann allgemein mindestens ein Wert oder eine Menge von Werten verstanden werden, welche mit der Kenngröße derart vergleichbar sind, dass mindestens ein Vergleichsergebnis, beispielsweise ein qualitatives und/oder quantitatives Vergleichsergebnis, erzeugt werden kann, beispielsweise ein Vergleichsergebnis der Art „entspricht”, „ist größer als”, „ist kleiner als”, „ist größer oder gleich”, „ist kleiner oder gleich”, „weicht um nicht mehr als einen vorgegebenen Wert ab” oder ähnlicher Art. Bei dem Vergleichswert kann es sich beispielsweise um mindestens einen einzelnen Wert und/oder mindestens einen Toleranzbereich und/oder mindestens ein Intervall und/oder mindestens eine Wertetabelle handeln.
  • Bei dem mindestens einen Teil des Sensorelements kann es sich beispielsweise um das ganze Sensorelement und/oder ein Teil des Sensorelements handeln, beispielsweise kann es sich um mindestens ein Heizelement und/oder mindestens eine Elektrode handeln.
  • Unter einem Merkmal kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung allgemein eine Eigenschaft des Sensorelements verstanden werden, insbesondere eine Eigenschaft, welche das Sensorelement und/oder die Art des Sensorelements oder eines Teils desselben charakterisiert. Beispielsweise kann es sich um eine Eigenschaft handeln, welche nicht direkt messbar ist, beispielsweise nicht direkt über eine elektrische Messung erfassbar ist. Bei dem Merkmal kann es sich beispielsweise um eine Typenbezeichnung, insbesondere einen Sensortyp und/oder einen Sondentyp, und/oder um eine Betriebsdauer mindestens eines Teils des Sensorelements handeln.
  • Unter dem Vergleich kann hierbei beispielsweise eine Analyse verstanden werden, beispielsweise eine Analyse, welche eine oder mehrere der folgenden Aussagen ermöglicht: die Kenngröße stimmt mit dem Vergleichswert überein oder nicht; die Kenngröße ist größer als der Vergleichswert; die Kenngröße ist kleiner als der Vergleichswert; die Kenngröße ist größer oder gleich dem Vergleichswert; die Kenngröße ist kleiner oder gleich dem Vergleichswert; die Kenngröße liegt innerhalb eines Toleranzbereichs des Vergleichswerts. Der Vergleich kann insbesondere Rechenverfahren umfassen.
  • Wie oben ausgeführt, wird entsprechend dieses Vergleichs dem Sensorelement oder dem mindestens einen Teil des Sensorelements das mindestens eine Merkmal zugeordnet Unter einer Zuordnung entsprechend des Vergleichs wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die Zuordnung abhängig ist von mindestens einem Ergebnis des Vergleichs. Beispielsweise kann bei dem Vergleich mindestens ein Vergleichsergebnis erzeugt werden, wobei die Zuordnung entsprechend einer Abhängigkeit zwischen dem Vergleichsergebnis und dem zuzuordnenden Merkmal erfolgt, beispielsweise nach einer Funktion, einer Tabelle, einer Liste oder ähnlicher Abhängigkeiten.
  • Das Verfahren kann insbesondere zu einer Erkennung des Sensortyps, insbesondere des Sondentyps, durch eine Softwarefunktion in einer Ansteuerung, insbesondere in einem Steuergerät, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, verwendet werden. In dem ersten Schritt können besonders bevorzugt Kenngrößen eines Abgassensors, beispielsweise durch eine elektrische Prüfung, in dem Steuergerät ermittelt werden. Hierbei kann beispielsweise ein Heizerwiderstand für verschiedene Temperaturen und/oder eine Stromaufnahme des Heizers und/oder eine Spannungsaufnahme des Heizers und/oder eine Leistungsaufnahme des Heizers und/oder eine Bestimmung des Grenzstroms des Referenzluftkanals, durchgeführt werden. Unter dem Grenzstrom, insbesondere dem Grenzstrom des Referenzluftkanals, kann insbesondere ein begrenzter maximaler Strom, insbesondere ein maximaler Pumpstrom, verstanden werden, wobei die Begrenzung insbesondere durch Diffusion, insbesondere durch Diffusion von Gaspartikeln, bestimmt sein kann. In dem zweiten Schritt kann die Kenngröße des Sensorelements, insbesondere des Abgassensors, insbesondere mit in der Ansteuerung, besonders bevorzugt in dem Steuergerät, hinterlegten Daten, insbesondere den Vergleichswerten, insbesondere von bekannten Abgassensoren, besonders bevorzugt von verschiedenen Herstellern, verglichen werden und durch das Merkmal beispielsweise einem zu dem Merkmal passenden, insbesondere in der Ansteuerung hinterlegten, Betriebsmodus, im Folgenden auch Betriebsprofil genannt, zugeordnet werden.
  • Das Verfahren kann insbesondere einen dritten Schritt umfassen, wobei in dem dritten Schritt entsprechend dem mindestens einen Merkmal mindestens ein Betriebsmodus ausgewählt werden kann. Das Sensorelement kann dann insbesondere in dem Betriebsmodus betrieben werden. Unter einem Betriebsmodus kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung allgemein eine Vorschrift oder eine Gruppe von Vorschriften verstanden werden, nach welchen das Sensorelement betrieben wird. Diese Vorschrift kann beispielsweise eine Art der Beaufschlagung des Sensorelements mit mindestens einer Spannung und/oder mit mindestens einem elektrischen Strom umfassen und/oder eine Art der Erfassung mindestens eines Messwertes an oder in dem Sensorelement, beispielsweise eine Art der Erfassung mindestens einer Spannung und/oder mindestens eines Stroms an oder in dem Sensorelement. Weiterhin kann die Vorschrift auch eine zeitliche Abfolge dieser Arten der Beaufschlagung und/oder Messungen umfassen. Beispielsweise kann der Betriebsmodus auch einen Betrieb mit einer definierten Temperatur und/oder einer definierten Frequenz, beispielsweise einer elektrischen Spannung und/oder eines elektrischen Stromes, umfassen. Weiterhin kann unter dem Betriebsmodus eine Beschaltung und/oder ein Verfahren zum Betrieb und/oder eine Ausgabe einer Information und/oder eine Kommunikation einer Information verstanden werden.
  • Wird beispielsweise ein Austausch des Sensorelements, insbesondere ein Sondentausch, beispielsweise in einer Werkstatt, durchgeführt und/oder ein anderes Sensorelement, insbesondere ein Sensorelement eines anderen Sondentyps, eingebaut, kann die Ansteuerung, insbesondere das Steuergerät, beispielsweise automatisch auf den für das neue Sensorelement benötigten Betriebsmodus gestellt und/oder umgeschaltet werden, insbesondere auf ein korrektes Betriebsprofil. Die Ansteuerung, insbesondere das Steuergerät, kann insbesondere selbstständig erkennen, welcher Sensortyp eingebaut wurde und/oder kann selbstständig einen passenden Betriebsmodus, insbesondere ein passendes Betriebsprofil, auswählen.
  • Mindestens ein Schritt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem ersten Schritt, dem zweiten Schritt und dem dritten Schritt kann zumindest teilweise von mindestens einer Ansteuerung ausgeführt werden. Unter einer Ansteuerung kann dabei allgemein eine Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, um das Sensorelement zu betreiben, beispielsweise zur Erfassung der mindestens einen Eigenschaft. Die Ansteuerung kann zentral oder auch dezentral ausgestaltet sein und kann auch beispielsweise ganz oder teilweise in eine andere Vorrichtung integriert sein, beispielsweise in ein Steuergerät und/oder Motorsteuergerät. Die Ansteuerung kann beispielsweise über eine Schnittstelle mit dem Sensorelement verbunden sein. Die Ansteuerung kann aber auch vollständig oder teilweise in das Sensorelement integriert sein. Die Ansteuerung kann aber beispielsweise auch ganz oder teilweise in anderen Komponenten integriert sein, beispielsweise in einem Stecker und/oder in einer Motorsteuerung. Die Ansteuerung kann beispielsweise mindestens eine Beaufschlagungsvorrichtung umfassen, um den Heizer und/oder mindestens eine Elektrode mit Strom und/oder mit Spannung zu beaufschlagen. Bei der Beaufschlagungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Spannungsquelle und/oder um eine Stromquelle handeln. Weiterhin kann die Ansteuerung gegebenenfalls eine Messvorrichtung umfassen, beispielsweise eine Spannungsmessvorrichtung und/oder eine Strommessvorrichtung. Weiterhin kann die Ansteuerung optional beispielsweise eine Auswertevorrichtung, beispielsweise eine Datenverarbeitungsvorrichtung, umfassen. Die Auswertevorrichtung kann insbesondere ausgestaltet sein, um den ersten Schritt und/oder den zweiten Schritt, beispielsweise die Ermittlung der Kenngröße und/oder den Vergleich der Kenngröße mit dem Vergleichswert, durchzuführen. Weiterhin optional kann die Ansteuerung mindestens einen Signalgenerator umfassen. Die Ansteuerung kann überdies optional mindestens einen Regler, beispielsweise mindestens einen Lock-in-Regler, umfassen. Die Ansteuerung kann weiterhin bevorzugt mindestens einen Microcontroller und/oder mindestens ein Hardwaremodul umfassen. Die Ansteuerung kann weiterhin mit einer entsprechenden Software ausgestattet sein, welche das erfindungsgemäße Verfahren unterstützt und/oder regelt und/oder zum Abspeichern und/oder zum Hinterlegen des Vergleichswertes, beispielsweise in einem Speicher, dient.
  • Aufgrund des Vergleichs der Kenngröße mit dem Vergleichswert kann insbesondere ein Fehlerfall erkannt und vorzugsweise im Fall eines Erkennens eines Fehlers kann mindestens eine Fehlermeldung ausgegeben werden. Unter einem Fehlerfall kann dabei allgemein ein Ereignis oder eine Gruppe von Ereignissen verstanden werden, welche von mindestens einer vorgegebenen Norm, beispielsweise einer Menge von Normereignissen, abweichen. Bei dem Fehlerfall kann es sich beispielsweise um einen Fall handeln, bei welchem die Typenbezeichnung des Sensorelements nicht bekannt ist, beispielsweise da benötigte Daten nicht in der Ansteuerung hinterlegt sind, und/oder es kann sich um einen Fall handeln, bei welchem das Sensorelement nicht mit der Ansteuerung betrieben werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann der Fehlerfall auch ein Fall sein oder einen Fall umfassen, bei welchem in dem Vergleich festgestellt wird, dass das Sensorelement defekt ist oder ein von einem Normverhalten abweichendes Verhalten aufweist, beispielsweise wenn das Sensorelement gealtert ist.
  • Unter einer Fehlermeldung wird allgemein eine Information verstanden, welche an einen Benutzer und/oder ein anderes Gerät übermittelt und/oder bereitgestellt wird, welche beinhaltet, dass ein Fehlerfall aufgetreten ist und vorzugsweise auch um welche Art eines Fehlerfalls es sich handelt. Die Fehlermeldung kann insbesondere akustisch und/oder optisch und/oder haptisch und/oder elektronisch ausgegeben werden. Der Fehlerfall kann beispielsweise auftreten, falls der Typ des Sensorelements, beispielsweise der Sondentyp, nicht erkannt wird und/oder falls erkannt wird, dass der Typ des Sensorelements mit der vorhandenen Hardware nicht betrieben werden kann. In diesem Fall kann beispielsweise, insbesondere elektronisch, ein Fehler ”gesetzt” werden, beispielsweise indem ein Fehlerbit in einem Datenspeicher auf einen vorgegebenen Wert gesetzt wird.
  • Die Kenngröße kann, wie oben ausgeführt, beispielsweise mit mindestens zwei, vorzugsweise mit mindestens drei, Vergleichswerten verglichen werden. Der Vergleichswert kann insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einem einzelnen Vergleichswert; einem Vergleichsintervall; einer Wertetabelle. Bei dem Vergleichswert kann es sich insbesondere um einen einzelnen Wert und/oder einen einzelnen Wert mit einem Toleranzbereich handeln. Bei einem Vergleichsintervall kann es sich insbesondere um ein offenes Intervall und/oder ein halboffenes Intervall und/oder ein geschlossenes Intervall handeln. Beispielsweise kann es sich um ein einseitig unendlich ausgedehntes Intervall handeln. Bei der Wertetabelle kann es sich insbesondere um eine Tabelle mit mindestens zwei Vergleichswerten handeln.
  • Das Sensorelement kann insbesondere ein Heizelement umfassen, welches im Folgenden auch als Heizer bezeichnet wird. Beispielsweise kann das Heizelement mindestens einen Heizwiderstand umfassen. Das Heizelement kann bevorzugt ausgestaltet sein, um zumindest einen Teil des Sensorelements auf eine bestimmte Temperatur einzustellen und/oder zu regeln. Das Heizelement kann beispielsweise durch Beaufschlagung mit elektrischem Strom und/oder elektrischer Spannung und/oder elektrischer Leistung, beispielsweise durch die Ansteuerung, betrieben werden. Die Kenngröße kann hierbei insbesondere mindestens eine Kenngröße des Heizelements umfassen, insbesondere eine Kenngröße ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Heizerwiderstand; einem Heizerstrom; einer Heizerspannung; einer Heizerleistung.
  • Bei dem Heizerstrom kann es sich insbesondere um den elektrischen Strom handeln, mit welchem das Heizelement beaufschlagt werden kann. Bei der Heizerspannung kann es sich insbesondere um die elektrische Spannung handeln, mit welcher das Heizelement beaufschlagt werden kann. Bei der Heizerleistung kann es sich insbesondere um die elektrische Leistung handeln, mit welcher das Heizelement beaufschlagt werden kann. Prinzipiell kann es sich bei der Kenngröße des Heizelements auch um eine andere physikalische oder chemische Größe handeln, beispielsweise um zu erreichende maximale und/oder minimale Temperaturen. Besonders bevorzugt kann die Kenngröße einen Heizerstrom bei einer vorgegebenen Heizerspannung umfassen. Die Kenngröße kann beispielsweise mit mindestens zwei, vorzugsweise mit mindestens drei Vergleichswerten, insbesondere zwei Intervallen und einem einzelnen Wert, verglichen werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Kenngröße beispielsweise mindestens einen Grenzstrom des Sensorelements oder mindestens, eines Teils des Sensorelements umfassen. Unter einem Grenzstrom eines Sensorelements oder eines Teils des Sensorelements kann allgemein ein Sättigungsstrom des Sensorelements oder eines Teils desselben verstanden werden, beispielsweise ein Sättigungsstrom einer unter vorgegebenen Bedingungen erfassten Strom-Spannungs-Kennlinie. Diese Strom-Spannungs-Kennlinie kann beispielsweise an einer Zelle des Sensorelements erfasst werden, welche mindestens zwei Elektroden und mindestens einen die Elektroden verbindenden Festelektrolyten umfasst. Die physikalische Ursache der Sättigung kann beispielsweise in einem An- und/oder Abtransport mindestens einer Gaskomponente zu bzw. von einer oder mehrerer der Elektroden bestehen, welche beispielsweise durch einen Diffusionsprozess begrenzt sein können.
  • Die Kenngröße kann beispielsweise mit mindestens drei Vergleichswerten, insbesondere mit drei Intervallen, verglichen werden, wobei dem Sensorelement entsprechend des Vergleichs ein Merkmal zugeordnet werden kann. Das Merkmal kann insbesondere mindestens einen Sensorelementtyp, insbesondere ein Sondentyp, und/oder mindestens einen Zustand des Sensorelements, beispielsweise einen Defekt und/oder ein Alter, umfassen.
  • Die Kenngröße kann beispielsweise mindestens einen Innenwiderstand des Sensorelements oder mindestens eines Teils desselben umfassen. Beispielsweise kann es sich bei diesem Innenwiderstand um einen Innenwiderstand mindestens einer Zelle gemäß der obigen Definition und/oder um einen Heizerwiderstand mindestens eines Heizelements des Sensorelements handeln. Die Kenngröße kann bevorzugt mit zwei Vergleichswerten, insbesondere zwei Intervallen, verglichen werden. Dem Sensorelement kann beispielsweise entsprechend des Vergleichs ein Merkmal oder mehrere Merkmale zugeordnet werden, wobei das Merkmal insbesondere mindestens einen Sensorelementtyp umfassen kann.
  • Die Kenngröße kann beispielsweise mindestens einen Innenwiderstand, insbesondere einen ohmschen Innenwiderstand, umfassen, wobei beispielsweise die Kenngröße mit mindestens einem Vergleichswert, insbesondere mindestens einer Wertetabelle, verglichen werden kann. Dem Sensorelement kann entsprechend des Vergleichs besonders bevorzugt ein Merkmal zugeordnet werden.
  • Das Merkmal kann beispielsweise eine Alterung des Sensorelements und/oder eine Betriebsdauer umfassen. Entsprechend des Merkmals kann beispielsweise gegebenenfalls ein Austausch des Sensorelements erfolgen. Beispielsweise kann das oben genannte Fehlersignal eine Information darüber umfassen, dass ein derartiger Austausch vorzunehmen ist.
  • In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, wie oben ausgeführt, eine Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst mindestens ein Sensorelement. Beispielsweise kann es sich dabei um ein keramisches Sensorelement handeln, beispielsweise ein keramisches Sensorelement mit mindestens einem Schichtaufbau. Insbesondere kann das Sensorelement mindestens eine Zelle umfassen, welche mindestens zwei Elektroden und mindestens einen die Elektroden verbindenden Festelektrolyten aufweist. Beispielsweise kann mindestens eine der Elektroden direkt oder über mindestens ein gasdurchlässiges poröses Element mit Gas aus dem Messgasraum beaufschlagbar sein. Weiterhin kann das Sensorelement, alternativ oder zusätzlich, mindestens ein Heizelement umfassen und/oder mindestens einen Temperaturfühler. Für mögliche Ausgestaltungen des Sensorelements kann beispielsweise auf die obige Beschreibung und/oder auf Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, Seiten 98–111 sowie Seiten 160–165, verwiesen werden.
  • Die Vorrichtung weist weiterhin mindestens eine Ansteuerung auf. Die Ansteuerung ist eingerichtet, um das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Sensorelements zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum, wie oben beschrieben, durchzuführen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber bekannten Verfahren und Vorrichtungen aufweisen. Beispielsweise kann ein Fehlbetrieb und eine Schädigung des Sensorelements, insbesondere des Abgassensors, durch Betrieb mit einem falschen Betriebsprofil vorzugsweise ausgeschlossen werden. In der Erstausrüstung, insbesondere der Fertigung, kann das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise eingesetzt werden, um eine Austauschbarkeit von verschiedenen Sensortypen zu erleichtern. Insbesondere können beispielsweise die verschiedenen Sensortypen hardwareseitig kompatibel ausgestaltet sein, d. h. Sensorelemente verschiedener Sensortypen können beispielsweise an demselben Hardwaremodul betrieben werden. Dies kann beispielsweise für den Fahrzeughersteller vorteilhaft sein, da beispielsweise ein Aufwand entfallen kann, um sicherzustellen, dass das richtige, zum jeweils verbauten Sensortyp, insbesondere Sondentyp passende, Betriebsprofil, insbesondere ein passender Betriebsmodus und/oder Informationen zu diesem in der Ansteuerung, insbesondere in dem Steuergerät, hinterlegt wurde. Beispielsweise kann es durch das erfindungsgemäße Verfahren und/oder durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht werden, dass, insbesondere in der Produktion, von Fahrzeug zu Fahrzeug jeweils beispielsweise ein anderer Sondentyp eingebaut werden kann, ohne dass dies beispielsweise später im Betrieb oder in der Reparatur nachteilig ist. Durch die Entwicklung neuer, insbesondere digitaler, und/oder in Software konfigurierbarer Ansteuerungen und/oder Ansteuerkonzepte (ASIC) kann es beispielsweise in Zukunft möglich sein, Hardwarekompatible ”offene” Schnittstellen auch für Breitbandsonden bereitzustellen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den nachfolgenden Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert
  • Es zeigen:
  • 1: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 2: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb mindestens eines Sensorelements.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 110 zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum 112 umfasst mindestens ein Sensorelement 114. Die Vorrichtung 110 weist weiterhin mindestens eine Ansteuerung 116 auf. Die Ansteuerung 116 ist eingerichtet, um ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb mindestens eines Sensorelements 114 zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum 112 durchzuführen. Das Sensorelement 114 kann insbesondere als Lambda-Sonde ausgestaltet sein. Das Sensorelement 114 kann beispielsweise als ein- oder mehrzelliges Sensorelement 114 ausgestaltet sein. Unter einer Zelle 118 kann hierbei beispielsweise eine Anordnung aus mindestens zwei Elektroden 120 und einem Festelektrolyten 122 verstanden werden. Bei dem Festelektrolyten 122 kann es sich insbesondere um einen keramischen Festelektrolyten 122 handeln, wie beispielsweise Zirkoniumdioxid, insbesondere Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ) und/oder Scandium-dotiertes Zirkoniumdioxid (ScSZ). Der Festelektrolyt 122 kann vorzugsweise gasundurchlässig sein und/oder kann einen ionischen Transport, beispielsweise einen ionischen Sauerstofftransport, gewährleisten. Das Sensorelement 114 umfasst mindestens eine erste Elektrode 124 und mindestens eine zweite Elektrode 126. Die erste Elektrode 124 kann zumindest teilweise, insbesondere über eine Diffusionsbarriere 128, mit dem Messgasraum 112 verbunden sein. Die zweite Elektrode 126 kann mit einem weiteren Gasraum, insbesondere einem Referenzgasraum, beispielsweise einem Referenzkanal 130, zumindest teilweise verbunden sein. Der Referenzkanal 130 kann insbesondere mit einem Luftreservoir, insbesondere der Außenluft, verbunden sein. Die erste Elektrode 124 kann insbesondere über einen Gaszutrittsweg 132 und/oder über die Diffusionsbarriere 128 mit Gas aus dem Messgasraum 112 beaufschlagt werden. Zwischen der ersten Elektrode 124 und der zweiten Elektrode 126 kann eine elektrische Spannung, insbesondere eine Nernstspannung, gemessen werden. Ausgehend von der Nernstspannung kann beispielsweise auf den Anteil der Gaskomponente in dem Gas, insbesondere in dem Abgas, geschlossen werden. Bei dem Anteil der Gaskomponente kann es sich beispielsweise um einen Partialdruck der Gaskomponente, insbesondere kann es sich um einen Sauerstoffpartialdruck und/oder einen Sauerstoffanteil, handeln. Bei der Gaskomponente kann es sich besonders bevorzugt um Sauerstoff handeln. Prinzipiell kann die Gaskomponente auch mindestens ein Stickoxid umfassen. Die Nernstspannung ist insbesondere in der Regel abhängig von einem Konzentrationsunterschied der Gaskomponente zwischen der ersten Elektrode 124 und der zweiten Elektrode 126. Das in 1 dargestellte Sensorelement 114 stellt insbesondere ein einzelliges Sensorelement 114 dar. Prinzipiell können einzellige oder auch mehrzellige Sensorelemente 114 verwendet werden, wie beispielsweise in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, Seiten 160–165, beschrieben. Die zweite Elektrode 126 kann insbesondere als Referenzelektrode ausgestaltet sein. Die erste Elektrode 124 kann in einem Hohlraum 134 angeordnet sein, kann jedoch auch fluidisch und/oder über eine Gasverbindung mit dem Hohlraum 134 verbunden sein. Weiterhin kann das Sensorelement 114 ein Heizelement 136, insbesondere einen Heizer, umfassen. Das Heizelement 136 kann insbesondere über elektrische Leitungen 138 mit der Ansteuerung 116 verbunden sein. Die Ansteuerung 116 kann insbesondere als Steuergerät ausgestaltet sein. Die Ansteuerung 116 kann beispielsweise über eine Schnittstelle 140 mit dem Sensorelement 114 verbunden sein. Die Ansteuerung 116 kann aber auch vollständig oder teilweise in das Sensorelement 114 integriert sein. Die Ansteuerung 116 kann aber beispielsweise auch ganz oder teilweise in andere Komponenten integriert sein, beispielsweise in einem Stecker und/oder in einer Motorsteuerung. Die Ansteuerung 116 kann beispielsweise mindestens eine Beaufschlagungsvorrichtung umfassen, um die Elektroden 120, beispielsweise die erste Elektrode 124 und/oder die zweite Elektrode 126, mit Strom und/oder Spannung zu beaufschlagen. Bei der Beaufschlagungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Spannungsquelle und/oder eine Stromquelle handeln. Die Beaufschlagungsvorrichtung kann insbesondere elektrische Leitungen 138 umfassen. Beispielsweise kann die Beaufschlagungsvorrichtung insbesondere die elektrischen Leitungen 138 zu dem Heizelement 136, insbesondere zur Versorgung des Heizelements 136 mit elektrischer Spannung und/oder elektrischem Strom, umfassen. Die Ansteuerung 116 kann gegebenenfalls mindestens eine Messvorrichtung umfassen, beispielsweise mindestens eine Spannungsmessvorrichtung und/oder mindestens eine Strommessvorrichtung. Weiterhin kann die Ansteuerung 116 optional beispielsweise mindestens eine Auswertevorrichtung, beispielsweise mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung, umfassen. Weiterhin optional kann die Ansteuerung 116 mindestens einen Signalgenerator umfassen. Die Ansteuerung 116 kann überdies optional mindestens einen Regler, beispielsweise mindestens einen Lock-in-Regler, umfassen. Weiterhin kann die Ansteuerung 116 beispielsweise mindestens einen Mikrocontroller und/oder mindestens ein Hardwaremodul und/oder mindestens eine Software und/oder einen Speicher, insbesondere einen Datenspeicher, enthalten.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Sensorelements 114 zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum 112 umfasst mindestens folgende Schritte: mindestens einen ersten Schritt, wobei in dem ersten Schritt mindestens eine Kenngröße ermittelt wird; mindestens einen zweiten Schritt, wobei in dem zweiten Schritt die Kenngröße mit mindestens einem Vergleichswert verglichen wird, wobei entsprechend dieses Vergleichs dem Sensorelement 114 oder mindestens einem Teil des Sensorelements 114 mindestens ein Merkmal zugeordnet wird.
  • Das Verfahren kann insbesondere einen dritten Schritt umfassen, wobei in dem dritten Schritt entsprechend dem Merkmal ein Betriebsmodus ausgewählt werden kann, wobei das Sensorelement 114 in dem Betriebsmodus betrieben werden. Prinzipiell kann das Verfahren noch ein oder mehrere wertere Schritte umfassen, wobei die Schritte beispielsweise auch mehrmals und/oder in unterschiedlichen Reihenfolgen durchgeführt werden können.
  • Mindestens ein Schritt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem ersten Schritt, dem zweiten Schritt, dem dritten Schritt und optional einem weiteren Schritt kann zumindest teilweise von der mindestens einen Ansteuerung 116 ausgeführt werden. Beispielsweise kann aufgrund des Vergleichs der Kenngröße mit dem Vergleichswert ein Fehlerfall erkannt und vorzugsweise im Fall eines Erkennens eines Fehlers mindestens eine Fehlermeldung ausgegeben werden.
  • In einem ersten Ausführungsbeispiel kann die Kenngröße insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einem Heizerstrom; einer Heizerspannung; einer Heizerleistung. Das Sensorelement 114 kann insbesondere ein Heizelement 136, besonders bevorzugt einen Heizer, umfassen. Das Heizelement 136 kann, insbesondere bei kaltem Sensorelement 114, beispielsweise zu Beginn eines Betriebs des Sensorelements 114, beispielsweise nach einer Betriebspause und/oder beim Erstbetrieb, für beispielsweise 1 ms bis 1 s, insbesondere 50 ms bis 150 ms, besonders bevorzugt für Ca. 100 ms eingeschaltet werden. Währenddessen und/oder danach kann beispielsweise die Kenngröße, insbesondere der Heizerstrom IH gemessen werden. Die Messung des Heizerstroms kann insbesondere innerhalb des ersten Schrittes ausgeführt werden. Der Heizerstrom kann insbesondere kontinuierlich erfasst werden, beispielsweise können aber auch nur ein oder mehrere Werte des Heizerstroms erfasst werden. Insbesondere kann hierbei das Heizelement 136 bei einer vorgegebenen Heizerspannung und/oder einer vorgegebenen Temperatur, insbesondere einer elektrischen Spannung, betrieben werden. In dem zweiten Schritt kann der Vergleich insbesondere eine Bewertung der Kenngröße umfassen. Beispielsweise kann aus einem Heizerstrom IH < 2,2 A folgen, dass es sich insbesondere um einen gesteuerten Heizerbetrieb handeln kann. Aus der Kenngröße kann beispielsweise ebenfalls auf einen Sensortyp geschlossen werden. Bei dem gesteuerten Heizerbetrieb kann es sich beispielsweise um den Betrieb einer Zweipunkt-Lambdasonde, insbesondere einer Sprungsonde, handeln. Bei IH > 2,2 A kann beispielsweise auf einen getakteten Heizerbetrieb geschlossen werden. Dies kann beispielsweise ebenfalls auf eine Zweipunkt-Lambdasonde, insbesondere eine Sprungsonde, schließen lassen, wobei es sich insbesondere bei dem Sensorelement 114 um eine Sprungsonde mit insbesondere schneller Regelbereitschaft und/oder einem starken Heizelement 136, insbesondere einem starken Heizer, handeln kann. Beispielsweise kann es sich aber auch um eine Breitbandlambdasonde handeln. Bei IH = 0 kann darauf geschlossen werden, dass beispielsweise das Sensorelement 114 und/oder eine Endstufe und/oder ein Kabelbaum defekt sind. Die Kenngröße kann hierbei also beispielsweise einen Heizerstrom bei einer vorgegebenen Heizerspannung umfassen, wobei die Kenngröße mit mindestens zwei, vorzugsweise mit mindestens drei Vergleichswerten, insbesondere zwei Intervallen und einem einzelnen Wert verglichen werden kann. Prinzipiell kann die Kenngröße auch einen elektrischen Strom und/oder einen ohmschen Widerstand und/oder eine Temperatur umfassen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in diesem Ausführungsbeispiel insbesondere zur Erkennung eines gesteuerten und/oder geregelten Heizerbetriebs durch Erfassung eines Einschaltstroms des Heizelements 136, insbesondere des Heizers, führen.
  • In einem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Kenngröße beispielsweise mindestens einen Grenzstrom des Sensorelements 114 oder mindestens eines Teils des Sensorelements 114 umfassen, beispielsweise einen Grenzstrom des Referenzkanals 130 und/oder einen Grenzstrom der Diffusionsbarriere 128. Hierzu kann beispielsweise in dem ersten Schritt die Kenngröße, insbesondere der Grenzstrom, besonders bevorzugt der Grenzstrom des Referenzkanals 130, beispielsweise den Grenzstrom des Referenzluftkanals (IgRK), gemessen werden. Hierzu kann eine Heizleistung von beispielsweise 8 W, insbesondere an das Heizelement 136, angelegt werden. Weiterhin kann beispielsweise eine Spannung von 800 mV zwischen einer Referenzelektrode, beispielsweise einem Minuspol, besonders bevorzugt einer Elektrode 120, beispielsweise der zweiten Elektrode 126 und einer inneren Pumpelektrode, beispielsweise als Pluspol, insbesondere einer Elektrode 120, besonders bevorzugt einer ersten Elektrode 124, beaufschlagt, beispielsweise angelegt, werden. Der Grenzstrom kann direkt erfasst werden, kann alternativ oder zusätzlich auch beispielsweise nach einer applizierenden Zeit gemessen werden. Die Kenngröße, insbesondere der Grenzstrom, kann beispielsweise kontinuierlich, beispielsweise als Kenngrößenverlauf, oder durch einen oder mehrere einzelne Werte erfasst werden. Unter einem Grenzstrom des Referenzkanals 130 IgRK kann hierbei beispielsweise ein durch Diffusion der Gaskomponente, beispielsweise von Gaspartikeln, insbesondere von Sauerstoff, begrenzter maximaler elektrischer Strom, insbesondere ein Pumpstrom, verstanden werden. Der Grenzstrom kann beispielsweise durch Anlegen einer elektrischen Spannung, insbesondere zwischen zwei Elektroden 120, insbesondere zwischen der ersten Elektrode 124 und der zweiten Elektrode 126, gemessen werden. Bei insbesondere niedriger Spannung kann der Anteil der Gaskomponente, insbesondere der Anteil an Sauerstoff, insbesondere proportional zu der angelegten Spannung sein. Bei Erreichen des Grenzstroms des Referenzkanals 130 kann besonders bevorzugt eine Sättigung eintreten. Bei den Elektroden 120 kann es sich besonders bevorzugt um eine Referenzelektrode und um eine äußere Pumpelektrode handeln. Besonders bevorzugt kann es sich bei der Kenngröße um den Pumpstrom und/oder den Grenzstrom handeln. In dem zweiten Schritt kann insbesondere eine Bewertung erfolgen. Bei 0,1 < IgRK < 10 μA kann beispielsweise auf eine Breitbandlambdasonde geschlossen werden. Insbesondere kann es sich um ein Sensorelement 114 mit einem Heizelement 136 handeln. Das Heizelement 136 kann hierbei insbesondere mit einer höheren Heizleistung als vergleichbare Breitbandlambdasonden ausgestaltet sein. Bei 300 μA < IgRK < 800 μA kann es sich insbesondere ebenfalls um eine Breitbandlambdasonde handeln. Hierbei kann es sich insbesondere um eine Breitbandlambdasonde mit einem Heizelement 136 mit im Vergleich zu anderen Breitbandlambdasonden geringerer Heizleistung handeln. Bei auftretenden, insbesondere von den oben genannten Vergleichswerten abweichenden, Grenzströmen des Referenzkanals 130, kann insbesondere auf ein defektes Sensorelement 114 geschlossen werden. Der Vergleichswert kann hierbei insbesondere mindestens drei Intervalle umfassen. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel kann insbesondere eine Unterscheidung zwischen Sensorelementen 114, insbesondere Sensoren, mit Luftreferenz und Sensorelementen 114, insbesondere Sensoren, mit gepumpter Referenz, wie im zweiten Fall, erfolgen. Hiermit kann insbesondere auf einen Sensortyp, insbesondere als Merkmal, geschlossen werden. Weiterhin kann beispielsweise ein Sondendefekt über den Grenzstrom des Referenzkanals 130, insbesondere den Grenzstrom des Referenzluftkanals, diagnostiziert werden.
  • In einem dritten Ausführungsbeispiel kann die Kenngröße beispielsweise mindestens einen Innenwiderstand, insbesondere mindestens einen ohmschen Innenwiderstand, des Sensorelements 114 oder mindestens eines Teils desselben, beispielsweise mindestens einen Innenwiderstand einer Nernstzelle 142, umfassen. Insbesondere kann eine Erkennung des Sensortyps über mindestens einen Innenwiderstand einer Nernstzelle 142 erfolgen. Bei einer Nernstzelle 142 kann es sich insbesondere um eine Zelle 118 handeln. Eine Nernstzelle 142 kann insbesondere mindestens zwei Elektroden 120, insbesondere die erste Elektrode 124 und die zweite Elektrode 126, und den Festelektrolyt 122 umfassen. Die Sensortypen können sich beispielsweise in einem Ohmschen Widerstand der Nernstzelle 142 RiN, insbesondere für gleiche Heizerspannungen, unterscheiden. Eine Breitbandlambdasonde kann beispielsweise einen Widerstand der Nernstzelle 142 RiN = 300 Ω aufweisen, wobei eine andere Breitbandlambdasonde, insbesondere mit unterschiedlicher Konfiguration, insbesondere ein anderer Sensortyp, einen Widerstand der Nernstzelle 142 von RiN = 800 Ω aufweisen kann. Bei einem Anlegen einer konstanten Spannung über der Nernstzelle 142, beispielsweise zwischen zwei Elektroden 120, insbesondere zwischen beispielsweise der ersten Elektrode 124 und der zweiten Elektrode 126, besonders bevorzugt zwischen der Referenzelektrode und der inneren Pumpelektrode, können sich insbesondere verschieden große Ströme, insbesondere Pumpströme, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Widerstände, ergeben. Hierdurch eignet sich insbesondere der Widerstand, insbesondere der Innenwiderstand, der Nernstzelle 142 als Kenngröße. Beispielsweise kann an das Heizelement 136 insbesondere eine konstante Heizleistung, bevorzugt bei stehendem Fahrzeug, angelegt werden. Hierdurch kann beispielsweise eine Anströmung der Sonde, insbesondere des Sensorelements 114, verhindert werden. Dabei und/oder danach, beispielsweise nach einer Wartezeit, kann der Widerstand der Nernstzelle 142 RiN, insbesondere der Innenwiderstand, gemessen werden. Hierdurch kann insbesondere die Kenngröße, hier der Innenwiderstand, erfasst werden. Während des zweiten Schritts kann insbesondere eine Bewertung durchgeführt werden. Falls RiN beispielsweise kleiner als eine Schwelle ist, kann es sich beispielsweise um eine Breitbandlambdasonde eines bestimmten Sensortyps handeln. Falls RiN größer als eine Schwelle ist, kann es sich insbesondere um eine Breitbandlambdasonde eines anderen Sondentyps handeln. Ein Vergleichswert kann prinzipiell auch eine Schwelle, insbesondere einen Schwellwert, beispielsweise wie in diesem Ausführungsbeispiel, umfassen. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Merkmal insbesondere um einen Sensortyp. Der Sensortyp kann beispielsweise über den Innenwiderstand der Nernstzelle 142 erkannt werden. Dies kann beispielsweise dazu dienen, in einem dritten Schritt entsprechend dem Merkmal, also dem Sensortyp, einen Betriebsmodus auszuwählen, wobei das Sensorelement 114 insbesondere in diesem Betriebsmodus betrieben werden kann.
  • In 2 ist beispielsweise ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt Die Kenngröße kann hierbei mindestens einen Innenwiderstand, beispielsweise mindestens einen Wechselstromwiderstand, insbesondere mindestens einen Scheinwiderstand und/oder mindestens einen Blindwiderstand und/oder mindestens einen Wirkwiderstand, und/oder mindestens einen Gleichstromwiderstand, umfassen. Eine Alterung des Innenwiderstands, insbesondere des Wechselstrom-Innenwiderstands, der Nernstzelle 142 (RiAC) kann insbesondere dazu führen, dass bei gleicher Temperatur, insbesondere bei gleicher Keramiktemperatur, der Innenwiderstand mit der Betriebsdauer und/oder der Alterung ansteigt. Bei einer Breitbandlambdasonde kann der Innenwiderstand im Neuzustand bei 780° Keramiktemperatur beispielsweise nominal 300 Ω betragen. Nach einem Betrieb, insbesondere in einem Motordauerlauf, für beispielsweise 3000 h bei bevorzugt gleicher, insbesondere konstanter, Keramiktemperatur kann der Innenwiderstand insbesondere bis zu 500 Ω betragen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 und dem erfindungsgemäßen Verfahren kann insbesondere im Steuergerät mit dieser Kenngröße, insbesondere mit dieser Eigenschaft, festgestellt werden, ob beispielsweise ein altes Sensorelement 114, insbesondere eine alte Sonde, gegen ein neues Sensorelement 114, insbesondere eine neue Sonde, getauscht wurde. Gegebenenfalls kann der Betriebsmodus, insbesondere ein Betriebsprofil, geändert und/oder angepasst werden. In dem ersten Schritt kann beispielsweise eine insbesondere konstante Heizleistung bei einem stehenden Fahrzeug angelegt werden. Hierbei kann beispielsweise eine Anströmung des Sensorelements 114 verhindert werden. Die Kenngröße, insbesondere der Wechselstrom-Innenwiderstand der Nernstzelle 142 RiAC kann erfasst werden. Dieses Ausführungsbeispiel kann insbesondere mit einer Breitbandlambdasonde durchgeführt werden. Eine Breitbandlambdasonde kann insbesondere mindestens zwei Zellen 118 umfassen, bevorzugt mindestens eine Nernstzelle 142 und/oder mindestens eine Pumpzelle. Die Pumpzelle kann bevorzugt mindestens eine außen liegende Elektrode 120 aufweisen, wobei die Nernstzelle 142 bevorzugt mindestens eine innen liegende Elektrode 120 aufweisen kann. Prinzipiell kann dieses Ausführungsbeispiel auch mit anderen Sensorelementen 114 durchgeführt werden, insbesondere mit einer Zweipunkt-Lambdasonde, beispielsweise einer Sprungsonde, beispielsweise einer Sprungsonde mit schneller Regelbereitschaft und/oder einem starken Heizelement 136. In dem zweiten Schritt kann insbesondere aus einer Wertetabelle eine Abhängigkeit des Innenwiderstands RiAC von der Lebensdauer, insbesondere der Lebensdauer des Sensorelements 114, insbesondere bei konstanter Heizleistung des Heizelements 136 und ohne oder mit Anströmung des Sensorelements 114, entnommen werden. Aus der Kenngröße, insbesondere dem Innenwiderstand, kann insbesondere auf die Betriebsdauer des Sensorelements 114, insbesondere der Sonde, geschlossen werden.
  • Eine noch genauere Bestimmung der Alterung kann vorzugsweise über eine Bestimmung der Alterung eines Gleichstrom-Innenwiderstands RiDC, insbesondere von den Elektroden 120, insbesondere von den außen- und innenliegenden Elektroden, beispielsweise einer Pumpzelle und/oder einer Nernstzelle 142, erfolgen. Hierbei können beispielsweise folgende Grundprinzipien ausgenutzt werden: Der RiDC, welcher insbesondere eine Elektrodendegradation beschreiben kann, altert insbesondere in der Regel schneller und/oder mit einem höheren Faktor, insbesondere einem Alterungsfaktor A, als der RiAC. In dem ersten Schritt kann hierbei beispielsweise ein Wechselstrom mit einer Frequenz von beispielsweise 4 kHz angelegt werden. Hierbei wird in der Regel nur die Elektrolytdegradation gemessen. Ursache hierfür kann insbesondere sein, dass die Elektroden-/Elektrolyt-Übergänge, insbesondere als Parallelschaltung eines Kondensators und eines Widerstands beschrieben, bevorzugt von dem Kondensator ”überbrückt” werden können, da bei einer Wechselstrommessung der Widerstand, insbesondere der Realteil des Widerstands, nicht mitgemessen werden kann.
  • In 2 ist insbesondere ein Alterungsfaktor A gegenüber einer Betriebszeit B in Stunden (h) dargestellt. Die Betriebszeit ist hierbei insbesondere in drei verschiedene Phasen, welche durch I, II, III gekennzeichnet sind, unterteilt dargestellt. Die oberste Kurve 144 beschreibt insbesondere den Alterungsfaktor eines RiDC, beispielsweise einer oder mehrerer außenliegender Elektroden 120, insbesondere die Elektroden 120 einer Pumpzelle, wobei die mittlere Kurve 146 den Alterungsfaktor eines RiDC, beispielsweise einer oder mehrerer innenliegender Elektroden 120, insbesondere Elektroden 120 der Nernstzelle 142, darstellen kann. Die untere Kurve 148 zeigt insbesondere den Alterungsfaktor des RiAC, insbesondere bei einer Wechselspannung und/oder einem Wechselstrom von 4 kHz, für die innenliegenden Elektroden 120 und/oder die außenliegenden Elektroden 120. Der RiDC, insbesondere der RiDC mindestens einer außenliegenden Elektroden 120, insbesondere einer oder mehrerer Elektroden 120 der Pumpzelle, altert insbesondere schneller als derjenige einer oder mehrerer innenliegender Elektroden 120, insbesondere der Elektroden 120 einer Nernstzelle 142. Ein hoher Alterungsfaktor kann insbesondere als hohe Alterung interpretiert werden. Der Unterschied zwischen den Gleichstrominnenwiderständen der außenliegenden Elektroden 120 und der innenliegenden Elektroden 120 kann insbesondere durch einen Zutritt von schädlichen Abgasbestandteilen verursacht sein, da beispielsweise der Zutritt im wesentlichen nur durch eine Schutzschicht begrenzt ist und nicht durch eine Diffusionsbarriere 128. Die Alterung des RiAC kann sich insbesondere im Inneren des Elektrolyten, insbesondere des Festelektrolyten 122, abspielen und kann damit insbesondere unabhängig von einer Schädigung durch Abgasbestandteile sein. Diese Alterung kann insbesondere hauptsächlich ein Temperatureffekt sein und kann damit beispielsweise für die Elektroden 120 und/oder die Zellen 118, insbesondere für beide Zellen 118 eines zweizelligen Sensorelements 114, nahezu gleich ablaufen. Prinzipiell kann die Alterung unabhängig von dem Neuwert jeweils ein Faktor, insbesondere der Alterungsfaktor A, relativ zu dem Neuwert sein. Insbesondere aus dieser Kenntnis kann eine grobe Einteilung und/oder Zuordnung der Lebensdauer und/oder der Betriebsdauer, beispielsweise zu dem Sensorelement 114, erzielt werden. In 2 sind beispielsweise Vergleichswerte für Lebensdauern < 500 h, beispielsweise für Lebensdauern zwischen 500 und 100 h, und beispielsweise für Lebensdauern > 1000 h dargestellt In Phase I kann insbesondere der RiDC einer oder mehrerer außenliegender Elektroden 120, insbesondere der RiDC der Pumpzelle, schon gealtert sein. Die Phase I kann sich beispielsweise zwischen 0 h bis 500 h erstrecken. In Phase II kann insbesondere der RiDC einer oder mehrerer innenliegender Elektroden 120, insbesondere der RiDC der Nernstzelle 142, gealtert sein, also nach einer Betriebszeit von beispielsweise 500 h bis 1000 h. In Phase III kann insbesondere der RiAC, insbesondere für alle Elektroden 120, beispielsweise für die außenliegenden Elektroden 120 und die innenliegenden Elektroden 120, stark gealtert sein, beispielsweise nach einer Betriebszeit von mehr als 1000 h. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert, insbesondere beispielsweise als Vergleichswert, einen empirischen Faktor für die RiDC-Alterung, welcher beispielsweise eine Stärke einer Vergiftung durch die jeweilige Applikation beschreiben kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
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    • Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, Seiten 160–165 [0039]

Claims (12)

  1. Verfahren zum Betrieb mindestens eines Sensorelements (114) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum (112), wobei das Verfahren mindestens folgende Schritte umfasst: • mindestens einen ersten Schritt, wobei in dem ersten Schritt mindestens eine Kenngröße ermittelt wird; • mindestens einen zweiten Schritt, wobei in dem zweiten Schritt die Kenngröße mit mindestens einem Vergleichswert verglichen wird, wobei entsprechend dieses Vergleichs dem Sensorelement (114) oder mindestens einem Teil des Sensorelements (114) mindestens ein Merkmal zugeordnet wird.
  2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Verfahren einen dritten Schritt umfasst, wobei in dem dritten Schritt entsprechend dem Merkmal ein Betriebsmodus ausgewählt wird, wobei das Sensorelement (114) in dem Betriebsmodus betrieben wird.
  3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei mindestens ein Schritt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem ersten Schritt, dem zweiten Schritt und dem dritten Schritt zumindest teilweise von mindestens einer Ansteuerung (116) ausgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aufgrund des Vergleichs der Kenngröße mit dem Vergleichswert ein Fehlerfall erkannt und vorzugsweise im Fall eines Erkennens eines Fehlerfalls mindestens eine Fehlermeldung ausgegeben wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kenngröße mit mindestens zwei, vorzugsweise mit mindestens drei Vergleichswerten verglichen wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Vergleichswert ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einem einzelnen Vergleichswert; einem Vergleichsintervall; einer Wertetabelle.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (114) ein Heizelement (136) umfasst, wobei die Kenngröße mindestens eine Kenngröße des Heizelements (136) umfasst, insbesondere eine Kenngröße ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Heizerwiderstand; einem Heizerstrom; einer Heizerspannung; einer Heizerleistung.
  8. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Kenngröße einen Heizerstrom bei einer vorgegebenen Heizerspannung umfasst, wobei die Kenngröße mit mindestens zwei, vorzugsweise mit mindestens drei Vergleichswerten, insbesondere zwei Intervallen und einem einzelnen Wert, verglichen wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kenngröße mindestens einen Grenzstrom des Sensorelements (114) oder mindestens eines Teils des Sensorelements (114) umfasst.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kenngröße mindestens einen Innenwiderstand des Sensorelements (114) oder mindestens eines Teils desselben umfasst.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Merkmal eine Alterung des Sensorelements (114) und/oder eine Betriebsdauer umfasst.
  12. Vorrichtung (110) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum (112), umfassend mindestens ein Sensorelement (114), wobei die Vorrichtung (110) weiterhin mindestens eine Ansteuerung (116) aufweist, wobei die Ansteuerung (116) eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
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