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Stand der Technik
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Die vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von mindestens zwei Arten von elektrischen Fehlern in mindestens einem Stromkreis, wobei der mindestens eine Stromkreis zumindest über einen Sensor und über ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung des Sensors geführt wird, wobei das elektronische Steuergerät über mindestens zwei elektrische Anschlüsse mit dem Sensor verbunden wird, wobei eine der mindestens zwei Arten der elektrischen Fehler an einem der mindestens zwei elektrischen Anschlüsse des elektronischen Steuergeräts auftreten kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ist hierbei insbesondere auf eine Verwendung in einem Sensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums, insbesondere eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine, gerichtet. Die vorliegenden Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, um die Schritte des genannten Verfahrens durchzuführen, ein elektronisches Speichermedium, auf welchem ein derartiges Computerprogramm gespeichert ist, und eine elektronische Steuereinrichtung, welche ein derartiges elektronisches Speichermedium umfasst.
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Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Sensoren zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums, insbesondere zum Nachweis mindestens eines Anteils eines Gases in einem Gasgemisch, bekannt. Die Erfindung wird im Folgenden, ohne Beschränkung weiterer möglicher Ausgestaltungen, im Wesentlichen unter Bezugnahme auf Sensoren beschrieben, welche zur quantitativen und/oder qualitativen Erfassung mindestens eines Anteils, insbesondere eines Partialdrucks und/oder eines Volumenanteils und/oder eines Massenanteils, eines Gases an einem Gasgemisch dienen. Beispielsweise kann es sich bei dem Gas um ein Abgas einer Verbrennungskraftmaschine handeln, insbesondere im Kraftfahrzeugbereich. Als Sensor zur Erfassung des Gasanteils handelt es sich insbesondere um eine Lambda-Sonde oder um einen NOx-Sensor. Lambda-Sonden und NOx-Sensoren sind beispielsweise in Reif, K., Deitsche, K-H. et al., Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, Springer Vieweg, Wiesbaden, 2014, Seite 1338–1347 beschrieben.
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Lambdasonden, insbesondere universelle Lambdasonden, stellen zwei Stoffströme, insbesondere Sauerstoffströme, zwischen zwei Räumen, bei welchen es sich um einen Gasraum außerhalb der Vorrichtung oder um einen Hohlraum in der Vorrichtung handeln kann, in ein Gleichgewicht. Einer der Stoffströme wird hierbei durch Konzentrationsunterschiede über eine Diffusionsbarriere getrieben. Ein weiterer Stoffstrom wird über einen Festkörperelektrolyten und zwei Elektroden, insbesondere zwei Pumpelektroden, gesteuert durch einen angelegten Pumpstrom, getrieben. Der Pumpstrom wird dabei vorzugsweise so eingeregelt, 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 Sauerstoffmolekülen aus dem Messgasraum zum Hohlraum stellt sich entsprechend diesem eindeutigen Konzentrationsprofil ein und entspricht dem eingeregelten Pumpstrom. Daher kann der Pumpstrom als Messwert für die Sauerstoff-Konzentration im Messgasraum, insbesondere für die abgasseitig anliegende Sauerstoff-Konzentration dienen.
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Weiterhin sind Verfahren und Sensoren zum Nachweis mindestens eines Anteils der Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Gasgemisch, insbesondere in einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, durch Erfassen eines Anteils an Sauerstoff, der durch eine Reduktion der Messgaskomponente mit dem gebundenem Sauerstoff erzeugt wird, bei Anwesenheit von molekularem Sauerstoff bekannt. Die
EP 0 769 693 A1 offenbart ein Verfahren und einen NO
x-Sensor zum Nachweis mindestens eines Anteils der Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff, insbesondere ein Stickoxid NO
x, in einem Gasgemisch durch Erfassen eines Anteils an Sauerstoff, der durch eine Reduktion der Messgaskomponente mit dem gebundenem Sauerstoff erzeugt wird, bei Anwesenheit von molekularem Sauerstoff, insbesondere durch die Reduktion des Stickoxids NO
x mittels eines für diesen Zweck geeigneten Katalysators. Der darin beschriebene Sensor umfasst eine erste Pumpzelle, die an einem ersten Hohlraum anliegt, welcher mit dem Messgasraum in Verbindung steht, wobei die erste Pumpzelle dazu dient, Sauerstoff aus dem ersten Hohlraum zu transportieren, wodurch sich ein geringerer Sauerstoff-Partialdruck in dem ersten Hohlraum einstellt. Der Sensor umfasst weiterhin eine Referenzzelle, die an einem Referenzgasraum anliegt und welche dazu dient, um Sauerstoff aus dem zweiten Hohlraum derart zu transportieren, dass ein Sauerstoff-Partialdruck in einer Atmosphäre in dem zweiten Hohlraum derart reguliert werden kann, dass der Sauerstoff-Partialdruck einen Wert aufweist, der die Erfassung des Anteils der Messgaskomponente im Wesentlichen nicht beeinträchtigt. Der Sensor umfasst schließlich eine zweite Pumpzelle, die an einem zweiten Hohlraum anliegt, wobei eine an dem zweiten Hohlraum anliegende Elektrode, insbesondere durch einen hierzu in die Elektrode eingebrachten Katalysator, dazu eingerichtet ist, die Messgaskomponente mit dem gebundenem Sauerstoff, vorzugsweise ein Stickoxid NO
x, in der in den zweiten Hohlraum eingeleiteten Atmosphäre zu reduzieren oder abzubauen. Der durch Reduktion oder Abbau der Messgaskomponente in dem zweiten Hohlraum erzeugte Sauerstoff, der vorzugsweise aus der Reduktion des Stickoxids NO
x stammt, wird mittels des zweiten Pumpstroms in den Referenzgasraum transportiert und dessen Anteil mit Hilfe eines Wertes, auf welchen der zweite Pumpstrom eingeregelt wird, nachgewiesen. Auf die beschriebene Weise lässt sich mittels einer Kaskade von mindestens drei hintereinander angeordneten Pumpzellen der Anteil des Stickoxids NO
x in einem Gasgemisch, das neben dem Stickoxid NO
x auch weiterhin Sauerstoff umfasst, in einem Messgasraum bestimmen.
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Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Einrichtungen, insbesondere zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums, verfügen in aller Regel über ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung eines Sensors. Hierbei sind der Sensor und das elektronische Steuergerät zumeist in Form von physikalisch getrennten Einrichtungen ausgeführt, wobei das elektronische Steuergerät über mindestens zwei elektrische Anschlüsse verfügt, mittels denen es mit dem Sensor verbindbar ist. Bei einem Betrieb des Sensors, sei es im Testbetrieb oder im laufenden Betrieb, etwa im Einsatz in einer Verbrennungskraftmaschine, kann mittels der elektrischen Anschlüsse mindestens ein Stromkreis ausgebildet werden, wobei der Stromkreis zumindest über den Sensor über und das elektronische Steuergerät zur Steuerung des Sensors geführt wird.
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In zumindest einem Stromkreis, welcher im beschriebenen Betrieb des Sensors zumindest über den Sensor und über das elektronische Steuergerät zur Steuerung des Sensors geführt wird, können in der Praxis elektrische Fehler auftreten, welche die Funktionsweise des Sensors beeinträchtigen oder gar zu einem Totalausfall des Sensors führen können. Die elektrischen Fehler können hierbei an wenigstens einem der mindestens zwei elektrischen Anschlüsse des elektronischen Steuergeräts auftreten, wobei sich in der Praxis die elektrischen Fehler in eine von mindestens zwei Arten von elektrischen Fehlern einordnen lassen. Zu den aus dem Stand der Technik bekannten Arten von elektrischen Fehlern gehören insbesondere eine Öffnung des betrachteten Stromkreises, welche zu einer Leerlaufspannung führen kann, sowie ein Kurzschluss zu einer Stromversorgung, etwa in Form einer Batterie, oder ein Kurzschluss zur Masse.
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In vielen Fällen ist jedoch das elektronische Steuergerät zur Steuerung des Sensors nur dazu eingerichtet, um das Auftreten eines elektrischen Fehlers in dem elektronischen Steuergerät festzustellen und an eine übergeordnete Instanz, beispielsweise an eine externe Steuereinrichtung und/oder an einen Benutzer, zu melden, ohne hierbei die Art des elektrischen Fehlers und/oder den Ort, an dem der elektrische Fehler auftritt, anzugeben. Dadurch kann das elektronische Steuergerät keine Information bereitstellen, an welchem der mindestens zwei elektrischen Anschlüsse des elektronischen Steuergeräts welche Art des elektrischen Fehlers auftritt, während in einer Reihe von Fällen, beispielsweise in der Entwicklung und dem praktischen Einsatz des betreffenden Sensors einschließlich des zugehörigen elektronischen Steuergeräts, eine Angabe einer derartigen Information durchaus wünschenswert wäre.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren zur Erkennung von mindestens zwei Arten von elektrischen Fehlern in mindestens einem Stromkreis, ein Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, um die Schritte dieses Verfahrens durchzuführen, ein elektronisches Speichermedium, auf welchem das Computerprogramm gespeichert ist, und eine elektronische Steuereinrichtung, welches ein elektronisches Speichermedium umfasst, mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche vorgeschlagen. Die abhängigen Ansprüche umfassen erfindungsgemäße Weiterbildungen des vorgeschlagenen Verfahrens.
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Erfindungsgemäß wird der mindestens eine Stromkreis, in welchem das Verfahren zur Erkennung der mindestens zwei Arten von elektrischen Fehlern durchgeführt werden soll, zumindest über einen Sensor und über ein elektronisches Steuergerät, welches zur Steuerung des Sensors eingerichtet ist, geführt. Das vorgeschlagene Verfahren kann hierbei vorzugsweise in einem Sensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums, insbesondere eines Abgases einer Verbrennungkraftmaschine, eingesetzt werden.
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Der Sensor und das zugehörige elektronische Steuergerät sind vorzugsweise als physikalisch getrennte Einheiten ausgeführt, wobei das elektronische Steuergerät über mindestens zwei elektrische Anschlüsse verfügt, über welche eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Sensor und dem elektronischen Steuergerät hergestellt werden kann. Der Anschluss bezeichnet hierbei eine Einrichtung an dem dem elektronischen Steuergerät, über welche die elektrisch leitende Verbindung, welche extern an das elektronische Steuergerät oder von dem elektronischen Steuergerät weg geführt werden kann, mit einem elektrischen Element, welches innerhalb des elektronischen Steuergeräts angeordnet ist, verbunden werden kann.
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In der Praxis kann jedoch wenigstens einer der mindestens zwei Arten der elektrischen Fehler an einem der mindestens zwei elektrischen Anschlüsse des elektronischen Steuergeräts auftreten. Zu den elektrischen Fehlern, welche bevorzugt in dem beschriebenen Stromkreis auftreten können, gehören ein Kurzschluss zu einer Stromversorgungseinrichtung, insbesondere zu einer Batterie, ein Kurzschluss zur Erde oder eine Öffnung des Stromkreises, d.h. eine offene Verbindung innerhalb des betrachteten Stromkreises.
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Erfindungsgemäß wird dadurch erkannt, an welchem der mindestens zwei elektrischen Anschlüsse des elektronischen Steuergeräts welche Art des elektrischen Fehlers auftritt, dass für potentiell auftretende elektrische Fehler jeweils eine Art und mindestens ein Ort, an welchem der elektrische Fehler potentiell auftreten kann, festgestellt wird, wobei die Arten und Orte der auf diese Weise festgestellten auftretenden elektrischen Fehler in mindestens zwei Gruppen aufgeteilt werden. Hierbei wird gemäß Schritt a) die Gruppe bestimmt, in welcher der elektrische Fehler auftritt und gemäß Schritt b) innerhalb der Gruppe, in welcher der elektrische Fehler auftritt, die Art und der Ort des elektrischen Fehlers ermittelt. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann hierbei zunächst Schritt a) durchgeführt werden, d.h. zunächst die Gruppe bestimmt werden, in welcher der elektrische Fehler auftritt, bevor Schritt b) durchgeführt wird, d.h. innerhalb der Gruppe, in welcher der elektrische Fehler auftritt, die Art und der Ort des elektrischen Fehlers ermittelt werden. Als Ort, an welchem der elektrische Fehler potentiell auftreten kann, kommt hierbei einer der mindestens zwei elektrischen Anschlüsse des elektronischen Steuergeräts in Frage.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann hierbei eine Einteilung der potentiell auftretenden elektrischen Fehler in mindestens zwei Gruppen derart erfolgen, dass jede der mindestens zwei Gruppen potentiell auftretende elektrische Fehler umfassen kann, welche dahingehend eine Gemeinsamkeit aufweisen, dass alle potentiell auftretenden elektrischen Fehler einer Gruppe in mindestens einer der Arten des elektrischen Fehlers oder in mindestens einem der Orte des Auftretens des elektrischen Fehlers übereinstimmen können. Beispielsweise können alle potentiell elektrischen Fehler, welche sich auf eine Öffnung des Stromkreises beziehen, in einer Gruppe zusammengefasst werden. Alternativ können potentiell an einem oder zwei der mindestens zwei elektrischen Anschlüsse des elektronischen Steuergeräts auftretende elektrische Fehler eine derartige Gruppe bilden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es daher möglich, nicht nur die Art des ausgewählten elektrischen Fehlers, z. B. ein Kurzschluss oder eine Öffnung, zu ermitteln, sondern darüber hinaus auch herauszufinden, an welchem der mindestens zwei elektrischen Anschlüsse des Steuergeräts der betreffende Fehler auftritt, was üblicherweise auch mit der Bezeichnung „Pinpointing“ versehen wird. Auf diese Weise wird eine detaillierte Diagnose der elektrischen Fehler, welche in dem Sensor bzw. in dem zugehörigen Steuergerät auftreten können, möglich. Dies kann beispielsweise für eine gezielte Fehlersuche eingesetzt werden und/oder kann für eine statistische Auswertung in einer Vielzahl von gleichartigen Sensoren und den zugehörigen Steuergeräten auftretende Fehler dienen.
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Zur Erkennung der Art und des Ortes des Auftretens des elektrischen Fehlers kann, je nach Ausgestaltung des Sensors und/oder des zugehörigen elektrischen Steuergeräts, mindestens eine elektrische Größe an mindestens einem der Stromkreise erfasst werden. Als die mindestens eine elektrische Größe können hierbei ein elektrischer Strom, eine elektrische Spannung und/oder ein elektrisches Potential eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann zur Erkennung der Art und des Ortes des Auftretens des elektrischen Fehlers eine Berechnung unter Verwendung von bereits ausgeschlossenen Arten und Orten des Auftretens des elektrischen Fehlers durchgeführt werden. Kann beispielsweise durch Erfassung mindestens einer der elektrischen Größen an einem betrachteten Stromkreis ausgeschlossen werden, dass der elektrische Fehler an einem bestimmten Anschluss zwischen dem Sensor und dem zugehörigen Steuergerät auftritt und umfasst etwa die für die Erkennung des elektrischen Fehlers ausgewählte Gruppe genau zwei der elektrischen Anschlüsse, so kann durch eine entsprechende Ableitung aus bereits vorliegenden Informationen auf den Ort des Auftretens des gesuchten elektrischen Fehlers geschlossen werden. Weitere Beispiele mit anderen Arten und/oder Anzahl von Anschlüssen an das elektronische Steuergerät sind denkbar.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das vorgeschlagene Verfahren derart durchgeführt werden, dass nur ein zuerst erkannter elektrischer Fehler bestimmt wird. Danach kann beispielsweise das vorliegende Verfahren abgebrochen werden; etwaige weitere auftretende Fehler werden auf diese Weise ignoriert, können aber gegebenenfalls später, etwa nach einer erfolgten Fehlerbehandlung, durch eine weitere Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erkannt werden.
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Wie bereits erwähnt, kann der im vorgeschlagenen Verfahren eingesetzte Sensor insbesondere zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums, vorzugsweise eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine, verwendet werden. Hierbei können die für diesen Zweck bekannten Sensoren aus dem Stand der Technik, welche auch unter der Bezeichnung Lambda-Sonden oder NOx-Druck-Sensoren bekannt sind, häufig mindestens zwei Pumpzellen aufweisen, welche jeweils über mindestens zwei Elektroden verfügen. Durch Steuerung eines derartigen Sensors kann das elektronische Steuergerät vorzugsweise mindestens vier elektrische Anschlüsse aufweisen, über welche das elektronische Steuergerät mit dem so ausgestalteten Sensor verbunden sein kann. Im Falle eines NOx-Sensors kann das elektronische Steuergerät hierbei mindestens über einen ersten Anschluss P1, welcher zu einer Elektrode der ersten Pumpzelle führt, einen zweiten Anschluss P2, welcher zu einer Elektrode einer zweiten Pumpzelle führt, über einen Anschluss für eine Versorgungsspannung an eine weitere Elektrode innerhalb des Sensors und über einen gemeinsamen Anschluss, welcher zusammen mit jeweils der Gegenelektrode der betreffenden Elektrodenpaare verbunden ist, verfügen.
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Für den hier beschriebenen Fall des NOx-Sensors kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Arten und Orte der potentiell auftretenden elektrischen Fehler in die folgenden vier Gruppen eingeteilt werden:
- – in eine erste Gruppe, welche die Arten eines Kurzschluss zu einer zu einer Stromversorgungseinrichtung, insbesondere zu einer Batterie, und eines Kurzschlusses zur Erde für den ersten gesonderten Anschluss (P1), für den Anschluss für die Versorgungsspannung (Vs) und für den gemeinsamen Anschluss (COM) umfassen kann;
- – in eine zweite Gruppe, welche die Art der Öffnung des Stromkreises für den ersten gesonderten Anschluss (P1), für den Anschluss für die Versorgungsspannung (Vs) und für den gemeinsamen Anschluss (COM) umfassen kann;
- – in eine dritte Gruppe, welche die Arten eines Kurzschluss zu einer zu einer Stromversorgungseinrichtung, insbesondere zu einer Batterie, und eines Kurzschlusses zur Erde für den zweiten gesonderten Anschluss (P2) umfassen kann; und
- – eine vierte Gruppe, welche die Art der Öffnung des Stromkreises für den zweiten gesonderten Anschluss (P2) umfassen kann.
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Das vorgeschlagene erfindungsgemäße Verfahren kann in vergleichbarer Weise für jeden Sensor und das zugehörige Steuergerät, welches über mindestens zwei Anschlüsse mit dem betreffenden Sensor verbunden ist, eingerichtet und durchgeführt werden. Auf diese Weise lässt sich etwa auch in einer Lambda-Sonde bzw. einem NOx-Sensor erfolgreich bestimmen, welche Art von elektrischem Fehler an welchem der mindestens zwei elektrischen Anschlüsse des elektronischen Steuergeräts auftreten.
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In einem weiteren Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung ein elektronisches Speichermedium, welches dazu eingerichtet ist, um ein derart ausgestattetes Computerprogramm zu speichern.
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In einem weiteren Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung eine elektronische Steuereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, um das elektronische Speichermedium, auf welchem das Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, um die Schritte des beschriebenen Verfahrens durchzuführen, gespeichert ist, zu umfassen. Die elektronische Steuereinrichtung kann hierbei in das elektronische Steuergerät aufgenommen oder in Form einer gesonderten Einrichtung ausgestaltet sein.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Hierbei zeigen
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1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet ist;
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2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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3 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Ermittlung eines Kurzschlusses zwischen einem Anschluss P2 eines externen elektronischen Steuergeräts und der Erde;
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4 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Ermittlung eines Kurzschlusses zwischen dem Anschluss P2 des externen elektronischen Steuergeräts und einer Batterie;
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5 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Ermittlung eines offenen Stromkreises in Bezug auf einen Anschluss Vs des externen elektronischen Steuergeräts;
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6 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Ermittlung eines offenen Stromkreises a) betreffend einen der Anschlüsse P1 oder COM bzw. b) betreffend den Anschluss COM des externen elektronischen Steuergeräts; und
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7 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Ermittlung des offenen Stromkreises betreffend den Anschluss P1 des externen elektronischen Steuergeräts.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen Sensor 110, welcher zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet ist.
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Der Sensor 110, welcher zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff, im Folgenden beispielhaft als Stickoxid NOx bezeichnet, in einem Gasgemisch, beispielhaft einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, eingerichtet ist, umfasst hierzu eine erste Pumpzelle 112, welche zwischen einer äußeren Pumpelektrode 114 und einer inneren Pumpelektrode 116 ausgebildet ist. Die äußere Pumpelektrode 114, welche mittels einer porösen Aluminiumoxidschicht 118 von der der Umgebung des Sensors 110 getrennt ist, verfügt hierbei über eine erste elektrisch leitende Verbindung 120, über welche sich ein erster Pumpstrom IP1 in der ersten Pumpzelle 112 erzeugen lässt. Die elektrisch leitende Verbindung 120 ist hierzu mit einem Anschluss P1 eines externen elektronischen Steuergeräts 122 verbunden. Um einen vollständigen Stromkreis zu erhalten, verfügt die innere Pumpelektrode 116 ebenfalls über eine elektrisch leitende Verbindung 124, welche zu einem gemeinsamen Anschluss COM des externen elektronischen Steuergeräts 122 führt. Durch Erzeugen des ersten Pumpstroms in der erste Pumpzelle 112 lässt sich ein erster Anteil von Sauerstoffionen, welche aus molekularem Sauerstoff aus dem Gasgemisch gebildet werden, zwischen einem Messgasraum 126 und der Umgebung des Sensors 110 transportieren. In dem Eintrittsweg aus der Umgebung zu dem hier in Form von zwei getrennten Hohlräumen ausgestalteten Messgasraum 126 sind zwei Diffusionsbarrieren 128 vorhanden.
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Die Vorrichtung verfügt weiterhin über eine elektrische Referenzzelle 130, an welcher eine Nernst-Elektrode 132 und eine Referenzelektrode 134 anliegen. Während die Nernst-Elektrode 132 über eine elektrisch leitende Verbindung 124 zusammen mit der inneren Pumpelektrode 116 zu dem gemeinsamen Anschluss COM verfügt, weist die Referenzelektrode 134 eine gesonderte elektrisch leitende Verbindung 136 zu einer Versorgungsspannung Vs auf, welche über einen Anschluss Vs des externen elektronischen Steuergeräts 122 die erforderliche Versorgungsspannung Vs bereitstellt. Ein zweiter Anteil der Sauerstoffionen aus dem Messgasraum 126 und/oder aus der Umgebung des Sensors 110 wird in einen Referenzgasraum 138 durch Anlegen eines Referenz-Pumpstroms zwischen dem Anschluss Vs und dem gemeinsamen Anschluss COM transportiert. Hierbei wird der Wert für den Referenz-Pumpstrom derart eingestellt, dass sich ein festgelegter Anteil der Sauerstoffionen in dem Referenzgasraum 138 ausbildet. Vorzugsweise wird in diesem Zusammenhang auch der Wert für den ersten Pumpstrom IP1 derart eingestellt, dass sich ein festgelegtes Verhältnis zwischen dem ersten Anteil der Sauerstoffionen in dem Messgasraum 126 und dem zweiten Anteil der Sauerstoffionen in dem Referenzgasraum 138 ergibt.
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Die in dem Gasgemisch weiterhin enthaltene Messgaskomponente Stickoxid NOx mit dem gebundenen Sauerstoff gelangt, insbesondere durch Diffusion, weitgehend unbeeinflusst in eine zweite Pumpzelle 140, welche auch als „NOx-Pumpzelle“ bezeichnet wird. An die zweite Pumpzelle 140 grenzen eine NOx-Pumpelektrode 142 und eine NOx-Gegenelektrode 144 an. Wenigstens eine der beiden Elektroden NOx-Pumpelektrode 142 und/oder NOx-Gegenelektrode 144 sind derart ausgestaltet, dass bei Anlegen einer Spannung mittels Katalyse aus der Messgaskomponente NOx weiterer molekularer Sauerstoff erzeugt werden kann, welcher in der zweiten Pumpzelle 140 gebildet wird.
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Während die NOx-Pumpelektrode 142 eine elektrisch leitende Verbindung 146 aufweist, welche zu dem gemeinsamen Anschluss COM führt, weist die NOx-Gegenelektrode 144 eine elektrisch leitende Verbindung 146 auf, über welche ein zweiter Pumpstrom IP2 an die zweite Pumpzelle 140 angelegt werden kann. Die elektrisch leitende Verbindung 146 ist hierzu mit einem Anschluss P2 des externen elektronischen Steuergeräts 122 verbunden. Bei Anlegen eines zweiten Pumpstroms IP2 an die zweite Pumpzelle 140 wird ein Anteil von weiteren Sauerstoffionen, welche aus dem weiteren molekularen Sauerstoff gebildet wurden, in den Referenzgasraum 138 transportiert.
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Der Sensor 110 verfügt weiterhin über ein Heizelement 148, welches eine Heizleitung 150 mit den Leitungen HTR+ und HTR– aufweist, über welche ein Heizstrom in das Heizelement 148 eingebracht werden kann, welches mittels Erzeugen einer Heizleistung den Sensor 110 auf die gewünschte Temperatur bringen kann.
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In 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches vorzugsweise zusammen mit dem beispielhaften Sensor aus 1 durchgeführt werden kann, dargestellt.
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Wie in 2 schematisch dargestellt, kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung von mindestens zwei Arten von elektrischen Fehlern in mindestens einem Stromkreis durch eine Anzahl von Ablaufroutinen 152, 154, 156, 158, 160 dargestellt werden, welche je nach den getroffenen Entscheidungen 162, 164, 166, 168, 170, 172 aufgerufen werden können.
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Hierbei verfügt jede der Entscheidungen 162, 164, 166, 168, 170, 172 über einen Eingang (eingehender Pfeil), an welchem eine Information, beispielsweise in Form eines elektrischen Signals, anliegt, wobei der weitere Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens von dem Wert, welcher die Information zur Verfügung stellt, abhängen kann. Dies ist in 2 schematisch derart dargestellt, dass jede Entscheidung 162, 164, 166, 168, 170, 172 über zwei Ausgänge verfügt, wobei ein erster Ausgang mit einem Häkchen versehen ist, welches insbesondere als eine positive Antwort (wahr; ja) auf eine in der betreffenden Entscheidung zu beantwortende Frage interpretiert werden kann, während ein zweiter Ausgang mit einem x gekennzeichnet ist, welches als negative Antwort (falsch; nein) auf dieselbe Frage betrachtet werden kann. Auf diese Weise kann jede Entscheidung 162, 164, 166, 168, 170, 172, basierend auf jeweils vorliegenden Informationen über das elektronische Steuergerät 122, eine Entscheidung über den weiteren Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens treffen.
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Gemäß 2 verfügt die erste Ablaufroutine 152, welche auch als „Routine zur Sensordiagnose“ bezeichnet werden kann, über eine erste Entscheidung 162, welche feststellen kann, ob in dem durch das elektronische Steuergerät 122 zu überwachenden Sensor 110 ein Fehler in Bezug auf eine externe Stromversorgung auftritt. Ist dies der Fall, so wird das weitere Verfahren in einen Dialogmodus 174, welcher in der zweiten Ablaufroutine 154 vorgesehen ist, geführt. Auf diese Weise kann eine externe Überwachungseinheit, wie beispielsweise eine externe Steuerungseinrichtung und/oder ein Benutzer diese entsprechende Information aufnehmen und gegebenenfalls weitere Schritte veranlassen. Der Dialogmodus 174 wird schließlich durch einen Dialogabschlussmodus 176, welcher der fünften Ablaufroutine 160 zugeordnet ist, beendet.
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Wird jedoch die erste Entscheidung 162, welche festlegt, ob eine externer Versorgungsfehler vorliegt, negativ beantwortet, so wird das erfindungsgemäße Verfahren mit der zweiten Entscheidung 164 fortgeführt. In der zweiten Entscheidung 164 wird festgestellt, ob überhaupt ein elektrischer Fehler an einem der mindestens zwei elektrischen Anschlüsse des elektronischen Steuergeräts 122 auftritt. Ist dies nicht der Fall, so wird das vorliegende Verfahren vorläufig beendet und kann, etwa nach einer routinemäßig angesetzten Wartezeit, erneut von vorn beginnen.
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Wird dagegen in der zweiten Entscheidung 164 festgestellt, dass ein elektrischer Fehler an einem der mindestens zwei Anschlüsse des elektronischen Steuergeräts 122 auftritt, so wird nun gemäß Verfahrensschritt a) diejenige Gruppe bestimmt, in welcher der elektrische Fehler auftritt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Arten und Orte der potentiell auftretenden elektrischen Fehler in vier Gruppen eingeteilt, welche nacheinander im Rahmen der dritten Entscheidung 166, der vierten Entscheidung 168, der fünften Entscheidung 170 und der sechsten Entscheidung 172 daraufhin untersucht werden, ob in der jeweiligen Gruppe der jeweils zugeordnete potentiell auftretende elektrische Fehler auch nachweisbar ist. Auf diese Weise wird nur ein in der angegebenen Reihenfolge zuerst erkannter elektrischer Fehler bestimmt.
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In der dritten Entscheidung 166 wird hierbei überprüft, ob für den ersten Anschluss P1, für den Anschluss für die Versorgungsspannung Vs und/oder für den gemeinsamen Anschluss COM ein Kurzschluss zu einer Batterie bzw. ein Kurzschluss zur Erde auftritt. Ist dies der Fall, so wird das Verfahren mit dem Dialogmodus 174, welcher der zweiten Ablaufroutine 154 zugeordnet ist, fortgesetzt.
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Um jedoch festzustellen, an welchem der drei elektrischen Anschlüsse P1, Vs und/oder COM welche Art der beiden genannten elektrischen Fehler auftritt, wird innerhalb der dritten Ablaufroutine 156 ein erstes Pinpointing-Ereignis 178 durchgeführt, mit welcher sich gemäß Schritt b) innerhalb der betreffenden Gruppe, in welcher der elektrische Fehler auftritt, Art und Ort des elektrischen Fehlers ermitteln lassen. Hierzu kann in dem ersten Pinpointing-Ereignis 178 mindestens eine elektrische Größe an mindestens einem der betreffenden Stromkreise erfasst werden und/oder eine Berechnung unter einer Verwendung von bereits ausgeschlossenen Arten und Orten des Auftretens des elektrischen Fehlers durchgeführt werden.
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Ein mit dem ersten Pinpointing-Ereignis 178 erhaltenes Ergebnis kann hieran anschließend in dem einem Anzeige-Ereignis 180, welches der vierten Ablaufroutine 158 zugeordnet ist, festgestellt und beispielsweise angezeigt werden. Nach Abschluss des Anzeige-Ereignisses 180 wird das vorliegende Verfahren ebenfalls mit dem Dialogabschlussmodus 176 beendet.
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Ein analoges Vorgehen kann im Falle der fünften Entscheidung 170 durchgeführt werden, welche in Bezug auf eine dritte Gruppe, welche für den zweiten Anschluss P2 den Kurzschluss zu der Batterie und den Kurzschluss zur Erde umfasst, gemäß Schritt b) die Art des elektrischen Fehlers ermittelt, da in diesem Falle der Ort, d.h. der Anschluss P2, bereits bekannt ist. Hierzu umfasst die dritte Ablaufroutine 156 ein zweites Pinpointing-Ereignis 182, welches zur Erkennung der Art des elektrischen Fehlers mindestens eine elektrische Größe an dem beteiligten Stromkreis erfasst. Ein hierdurch erhaltenes Ergebnis wird auch hier in einem Anzeige-Ereignis 180 dargestellt, bevor das Verfahren mit dem Dialogabschlussmodus 176 endet.
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Im Falle der vierten Entscheidung 168 und der sechsten Entscheidung 172 kann, wie in 2 schematisch dargestellt, ein weiteres Pinpointing-Ereignis im Rahmen der dritten Ablaufroutine 156 entfallen, da die Erkennung der Art und des Ortes des Auftretens des elektrischen Fehlers durch eine Berechnung unter der Verwendung von bereits ausgeschlossenen Arten und Orten des Auftretens des elektrischen Fehlers durchgeführt werden kann. In diesem Falle wird das Verfahren, ausgehend vom Dialogmodus 174, direkt mit dem Anzeige-Ereignis 180 fortgesetzt, bevor es in dem Dialogabschlussmodus 176 ein Ende findet.
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In den folgenden 3 bis 7 sind jeweils konkrete Möglichkeiten dargestellt, wie die Erkennung des elektrischen Fehlers im Falle des in 1 dargestellten beispielhaften Sensors 110 durchgeführt werden kann.
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In der ersten Gruppe, in welcher im Rahmen der dritten Entscheidung 166 das Auftreten eines elektrischen Fehlers überprüft wird, kann das elektronische Steuergerät 122 derart eingerichtet sein, dass es bereits intern eine Unterscheidung darüber treffen kann, ob die Art des Fehlers in einem Kurzschluss zu der Batterie oder in einem Kurzschluss zur Erde besteht. In diesem Falle muss jedoch noch gemäß Schritt b) innerhalb der ersten Gruppe ermittelt werden, an welchem Ort, d.h. an welchem der elektrischen Anschlüsse P1, Vs und/oder COM, der elektrische Fehler auftritt, was eine Ausführung des ersten Pinpointing-Ereignisses 178 erforderlich macht.
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In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel können hierzu alle Anschlüsse des elektronischen Steuergeräts 122 auf einen hohen Widerstandswert gesetzt werden, wobei nur der Anschluss COM auf ein Potential von 2,25 Volt gesetzt wird. Daraufhin kann das Heizelement 148 abgekühlt werden, so dass der Sensor 110 einen hohen Widerstandswert besitzt. Hieran anschließend können die Anschlüsse P1 und Vs nacheinander über das elektronische Steuergerät 122 mit dem Anschluss COM verbunden werden, wobei durch eine Erfassung der an dem Anschluss COM anliegenden Spannung herausgefunden werden kann, an welchem der genannten Anschlüsse P1, Vs oder COM der gesuchte Fehler auftritt. Hierzu genügt es beispielweise festzustellen, ob an den Anschlüssen P1 oder COM ein Kurzschluss auftritt, während für den Fall, dass dies nicht zutrifft, aus den bereits ausgeschlossenen Orten des Auftretens des Kurzschlusses geschlossen werden kann, dass der Kurzschluss am Anschluss Vs auftritt.
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In Bezug auf die vierte Entscheidung 168, welche die dritte Gruppe, die den Kurzschluss zur Batterie und den Kurzschluss zur Erde für den zweiten Anschluss P2 umfasst, betrifft, muss dagegen unterschieden werden, ob ein Kurzschluss zur Erde (siehe 3) oder ein Kurzschluss zur Batterie (siehe 4) auftritt.
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In 3 ist hierzu schematisch dargestellt, dass für den Fall, dass ein Kurzschluss zur Erde für den Anschluss P2 vorliegt, ein hoher Wert für den Strom IP2 ermittelt werden kann, welcher ein positives Vorzeichen aufweist. Darüber hinaus weist das in Bezug auf den Anschluss COM an dem Anschluss P2 anliegende Potential einen negativen Wert auf.
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Liegt dagegen ein Kurzschluss in Bezug auf die Batterie an, so weist, wie in 4 schematisch dargestellt, der Wert für den Strom IP2 ein negatives Vorzeichen auf, und das an dem Anschluss P2 anliegende Potential in Bezug auf den Anschluss COM ist positiv.
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Auf diese Weise kann, wie ein Vergleich zwischen den elektrischen Größen in den 3 und 4 zeigt, gemäß Schritt b) die Art des elektrischen Fehlers innerhalb der dritten Gruppe ermittelt werden.
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In den 5 bis 7 ist schematisch ein vorteilhafter Ablauf für das zweite Pinpointing-Ereignis 182 dargestellt. Das zweite Pinpointing-Ereignis 182 betrifft hierbei die zweite Gruppe, in welcher die Art des elektrischen Fehlers, d.h. eine Öffnung des Stromkreises, bereits festliegt, jedoch noch ermittelt werden muss, an welchem Ort, d.h. am ersten Anschluss P1, am Anschluss für die Versorgungsspannung Vs oder am gemeinsamen Anschluss COM, dieser betreffende elektrische Fehler auftritt.
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Wie 5 schematisch zeigt, kann hierzu zunächst überprüft werden, ob der offene Stromkreis an dem Anschluss für die Versorgungsspannung Vs auftritt. Hierzu kann an den Anschluss P1 eine hohe Spannung mit einem Wert von –1,3 Volt angelegt werden. Diese Spannung besitzt einen derart hohen Wert, dass in dem Sensor 110 immer vorhandenes Wasser zersetzt werden kann und folglich ein Strom zu dem Anschluss für die Versorgungsspannung Vs fließen kann. Fließt jedoch der Strom zwischen den Anschlüssen P1 und COM, so muss an dem Anschluss Vs ein elektrischer Fehler der Art eines offenen Stromkreises vorliegen. Ist dies nicht der Fall, so kann der offene Stromkreis gemäß 6a) nur noch die Anschlüsse P1 oder COM betreffen. Hierzu kann ein Strompuls zwischen den Anschlüssen Vs und COM angelegt werden, durch dessen Analyse sich feststellen lässt, ob gemäß 6b) die Art des Fehlers am Anschluss COM der gesuchte offene Stromkreis ist.
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Schließlich wird, wie in 7 schematisch dargestellt, festgestellt, ob der Anschluss P1 von einem offenen Stromkreis betroffen ist. Fließt hierzu zwischen den Anschlüssen Vs und COM ein Strom, so kann daraus gefolgert werden, dass der Anschluss P1 einen offenen Stromkreis aufweist. Dies lässt sich dadurch schlussfolgern, dass für den Fall, dass ein offener Stromkreis an einem der drei Anschlüsse P1, COM und Vs vorliegt und sich gleichzeitig das Vorliegen des offenen Stromkreises an beiden Anschlüssen COM und Vs ausschließen lässt, der offene Stromkreis folglich an dem Anschluss P1 vorhanden sein muss.
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Da die vierte Gruppe, welche im Rahmen der sechsten Entscheidung 172 überprüft wird, lediglich die Öffnung des Stromkreises für den zweiten Anschluss P2 umfasst, kann das Auftreten dieses elektrischen Fehlers aus einer Feststellung unter der Verwendung von bereits ausgeschlossenen Arten und Orten des Auftretens des elektrischen Fehlers durchgeführt werden; eine Erfassung mindestens einer elektrischen Größe an einem Stromkreis, welcher über den Anschluss P2 geführt wird, ist somit in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht mehr erforderlich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Reif, K., Deitsche, K-H. et al., Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, Springer Vieweg, Wiesbaden, 2014, Seite 1338–1347 [0002]
