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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen zur Erfassung mindestens eines Anteils einer Gaskomponente aus einem Gasgemisch 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 aus einem Gasgemisch in einem Messgasraum dienen. Bei dem Gas handelt es sich insbesondere um ein Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, bei dem Messgasraum insbesondere um einen Abgastrakt. Bei der Vorrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Lambda-Sonde. Derartige Lambda-Sonden werden beispielsweise in Konrad Reif (Hrsg.), Sensoren im Kraftfahrzeug, 2. Auflage, Springer Vieweg, Seiten 160-165 beschrieben.
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Lambda-Sonden, insbesondere so genannte universelle Lambda-Sonden, stellen zwei Stoffströme, insbesondere Sauerstoffströme, zwischen einem Hohlraum der Vorrichtung und dem Messgasraum ins Gleichgewicht. Einer der Stoffströme wird hierbei durch Konzentrationsunterschiede über eine Diffusionsbarriere getrieben. Ein weiterer Stoffstrom wird über einen Festkörperelektrolyten und zwei Elektroden, insbesondere zwei Pumpelektroden, welche eine Pumpzelle ausbilden, gesteuert durch einen eingeprägten Pumpstrom getrieben. Die Pumpzelle wird hierbei vorzugsweise durch mindestens eine Heizung beheizt. Der Pumpstrom kann dabei so eingeregelt werden, dass sich in dem Hohlraum eine konstante und sehr geringe Sauerstoffkonzentration einstellt. Ein Konzentrationsprofil über eine Diffusionsbarriere ist durch einen konstanten Regelpunkt in dem Hohlraum, insbesondere eine konstante Sollspannung, resultierend in einer Sauerstoffkonzentration und durch eine abgasseitige Sauerstoffkonzentration eindeutig bestimmt. Ein Zustrom von Sauerstoffmolekülen aus dem Messgasraum zum Hohlraum stellt sich entsprechend diesem eindeutigen Konzentrationsprofil ein und entspricht dem geregelten Pumpstrom. Daher dient der Pumpstrom als Messwert für die Sauerstoffkonzentration im Messgasraum, insbesondere für die abgasseitig anliegende Sauerstoffkonzentration.
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Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Varianten von Lambda-Sonden bekannt. Insbesondere hinsichtlich der Möglichkeiten in Bezug auf die Regelung der Sonden unterscheiden sich Zweipunkt-Lambdasonden von Breitband-Lambda-Sonden.
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Die Zweipunkt-Lambdasonden vergleichen den Restsauerstoffanteil in dem Abgas mit dem Sauerstoffanteil einer Referenzgas-Atmosphäre, welche sich in dem Inneren der Sensorvorrichtung als Umluft befinden kann, und zeigen an, ob in dem Abgas ein so genanntes „fettes Gemisch“ mit einem Lambda-Wert von Lambda < 1 oder ein so bezeichnetes „mageres Gemisch“ mit einem Lambda-Wert von Lambda > 1 vorliegt. Hierbei bezeichnet Lambda das Verhältnis zwischen dem aktuellen Luft/Kraftstoff- Verhältnis und dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Aufgrund des Aufbaus der Zweipunkt-Lambdasonde tritt in der Kennlinie der Zweipunkt-Lambdasonde jedoch ein Sprung in der Sondenspannung bei Lambda = 1 auf, so dass die Zweipunkt-Lambdasonde lediglich eine Regelung der Zusammensetzung des Gemisches auf einen Lambda-Wert von Lambda = 1 ermöglicht. Aus diesem Grund werden solchen Lambdasonden auch als Sprungsonden bezeichnet.
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Im Gegensatz hierzu kann mittels der Breitbandlambdasonde die Sauerstoff-Konzentration in dem Abgas über einen großen Lambda-Bereich bestimmt werden und hieraus auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum der Verbrennungskraftmaschine geschlossen werden. Die Breitbandlambdasonde kann daher nicht nur im stöchiometrischen Punkt bei Lambda = 1, sondern sowohl in dem mageren Gemisch als auch in dem fetten Gemisch den Lambda-Wert für die Sauerstoff-Konzentration in dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine bestimmen. Zur Regelung werden Breitbandlambdasonden üblicherweise mit einer festen Pumpspannung beaufschlagt, was als „Grenzstromprinzip“ bezeichnet wird.
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Hinsichtlich ihres Aufbaus unterscheiden sich Breitbandlambdasonden nach dem Grenzstromprinzip mit einer Zelle, welche auch als „Pumpzelle“ bezeichnet wird, von Breitbandlambdasonden mit zwei Zellen, welche üblicherweise die Bezeichnungen „Pumpzelle“ und „Referenzzelle“ tragen. Die Breitbandlambdasonde mit einer Zelle verfügt hierbei über zwei auf einem Festkörperelektrolyten angeordnete Elektroden, wobei eine Elektrode (äußere Pumpelektrode) über einen Referenz- bzw. Abluftkanal in ein Referenzgas reicht und die andere Elektrode (innere Pumpelektrode) über eine Diffusionsbarriere in das Messgas bzw. Abgas reicht. Gemäß dem Grenzstromprinzip liegt hierbei eine feste Pumpspannung an der Pumpzelle an, welcher die beiden Elektroden umfasst. Demgegenüber werden zur Bestimmung des Lambda-Wertes in Breitbandlambdasonden nach dem Grenzstrom-Prinzip mit zwei Zellen eine erste Elektrode, welche hinter einer Diffusionsbarriere im Abgas angeordnet ist und daher auch als „innere Pumpelektrode“ IPN bezeichnet wird, und eine zweite Elektrode, welche üblicherweise als „Referenzelektrode“ RE bezeichnet wird, da sie in einem Referenzluftkanal angeordnet ist, eingesetzt.
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Üblicherweise werden die Lambdasonden mit einer entsprechenden Steuereinheit in Gestalt einer integrierten Schaltung (IC) verbunden. So lässt sich mittels einer solchen Steuereinheit eine Breitbandlambdasonde mit Hilfe eines einzelnen ASICs (ASIC = Application Specific Integrated Circuit) betreiben und überwachen. Dieser ASIC dient insbesondere zur Bereitstellung eines geregelten Pumpstroms (Ip) und dessen Erfassung, zur Erfassung des Sensorinnenwiderstandes (Ri) zur Temperaturüberwachung des Sensors sowie zur Überwachung und ggf. den Schutz sämtlicher Sensorleitungen.
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Trotz der durch die genannten Steuereinheiten bewirkten Vorteile, weisen diese noch verbesserungsbedarf auf. So kann mit bekannten integrierten Auswertebausteinen („Lambda-ASICs“) pro ASIC exakt eine Breitbandlambdasonde oder eine Kombination aus Breitbandlambdasonde und einer Sprungsonde betrieben werden. Im letzteren Fall wird für die Sprungsonde ein extra Interface im ASIC vorgehalten.
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Offenbarung der Erfindung
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Es werden daher eine Steuereinheit und ein Sensorsystem vorgeschlagen, die die Nachteile der bekannten Steuereinheiten zumindest weitgehend vermeiden. Insbesondere ermöglicht die vorgeschlagene Steuereinheit den Betrieb einer Kombination aus einzelliger Breitbandlambdasonde und Sprungsonde, ohne dass die Anzahl der Interfaces bzw. Anschlüsse des ASIC verändert werden muss.
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Eine erfindungsgemäße Steuereinheit zum Betrieb einer einzelligen Breitbandlambdasonde und einer Sprungsonde, insbesondere in einem Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, weist zum elektrischen Kontaktieren der einzelligen Breitbandlambdasonde und der Sprungsonde 3 oder 4 Anschlüsse auf. Ein erster Anschluss der Anschlüsse ist derart ausgebildet, dass die einzellige Breitbandlambdasonde und die Sprungsonde gemeinsam an dem ersten Anschluss elektrisch kontaktierbar sind. Mittels der erfindungsgemäßen Steuereinheit lässt sich eine einzellige Breitbandlambdasonde und eine Sprungsonde mit Hilfe eines einzelnen ASICs (ASIC = Application Specific Integrated Circuit) betreiben und überwachen. Dieser ASIC dient insbesondere zur Bereitstellung eines geregelten Pumpstroms (Ip) und dessen Erfassung, zur Erfassung des Sensorinnenwiderstandes (Ri) zur Temperaturüberwachung der Sonden sowie zur Überwachung und ggf. den Schutz sämtlicher Sensorleitungen.
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Bei einer Weiterbildung umfasst die Steuereinheit weiterhin eine erste elektrische Stromquelle zum Herstellen einer Betriebsbereitschaft der einzelligen Breitbandlambdasonde, insbesondere zum Herstellen der Referenz der einzelligen Breitbandlambdasonde, und eine zweite elektrische Stromquelle zum Herstellen einer Betriebsbereitschaft der Sprungsonde, wobei sich die erste elektrische Stromquelle von der zweiten elektrischen Stromquelle unterscheidet, wobei ein zweiter Anschluss der Anschlüsse mit der ersten elektrischen Stromquelle elektrisch kontaktiert ist und ein dritter Anschluss der Anschlüsse mit der zweiten elektrischen Stromquelle elektrisch kontaktiert ist. Dadurch lassen sich die einzellige Breitbandlambdasonde und die Sprungsonde getrennt voneinander mit elektrischem Strom versorgen und ansteuern. So ist die erste elektrische Stromquelle ausgebildet, einen technisch positiven elektrischen Strom von dem zweiten Anschluss zu dem ersten Anschluss über die einzellige Breitbandlambdasonde fließen lassen. Die erste elektrische Stromquelle kann aber auch einen technisch negativen elektrischen Strom von dem ersten Anschluss zu dem zweiten Anschluss senken. Die zweite elektrische Stromquelle ist ausgebildet, einen technisch positiven elektrischen Strom von dem dritten Anschluss zu dem ersten Anschluss über die Sprungsonde fließen zu lassen.
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Bei einer Weiterbildung weist die einzellige Breitbandlambdasonde eine Pumpzelle mit einer äußeren Pumpelektrode und einer inneren Pumpelektrode auf, wobei der erste Anschluss zum elektrischen Kontaktieren der Sprungsonde und der inneren Pumpelektrode ausgebildet ist. Dadurch lassen sich die beiden Sonden besonders einfach elektrisch kontaktieren und zuverlässig ansteuern.
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Bei einer Weiterbildung ist der zweite Anschluss der Anschlüsse zum elektrischen Kontaktieren der äußeren Pumpelektrode ausgebildet. Dadurch lassen sich die beiden Sonden besonders einfach elektrisch kontaktieren und zuverlässig ansteuern.
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Bei einer Weiterbildung weist die Sprungsonde zum elektrischen Kontaktieren einen Pluspol und einen Pluspol auf, wobei der erste Anschluss zum elektrischen Kontaktieren des Minuspols der Sprungsonde ausgebildet ist. Dadurch lassen sich die beiden Sonden besonders einfach elektrisch kontaktieren und zuverlässig ansteuern.
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Bei einer Weiterbildung ist der dritte Anschluss der Anschlüsse zum elektrischen Kontaktieren des Pluspols der Sprungsonde ausgebildet.
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Bei einer Weiterbildung weist die Steuereinheit vier Anschlüsse auf, wobei ein vierter Anschluss der Anschlüsse zum elektrischen Kontaktieren der einzelligen Breitbandlambdasonde ausgebildet ist. Dadurch lassen sich die beiden Sonden besonders einfach elektrisch kontaktieren und zuverlässig ansteuern.
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Ein erfindungsgemäßes Sensorsystem, insbesondere zum Betrieb in einem Abgasnachbehandlungssystem, umfasst eine einzellige Breitbandlambdasonde, eine Sprungsonde und eine erfindungsgemäße Steuereinheit. Dabei ist der erste Anschluss der Anschlüsse mit der einzelligen Breitbandlambdasonde und der Sprungsonde gemeinsam elektrisch kontaktiert.
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Bei einer Weiterbildung umfasst die Steuereinheit weiterhin eine erste elektrische Stromquelle zum Herstellen einer Betriebsbereitschaft der einzelligen Breitbandlambdasonde, insbesondere zum Herstellen der Referenz der einzelligen Breitbandlambdasonde, und eine zweite elektrische Stromquelle zum Herstellen einer Betriebsbereitschaft der Sprungsonde, wobei sich die erste elektrische Stromquelle von der zweiten elektrischen Stromquelle unterscheidet, wobei ein zweiter Anschluss der Anschlüsse mit der ersten elektrischen Stromquelle elektrisch kontaktiert ist und ein dritter Anschluss der Anschlüsse mit der zweiten elektrischen Stromquelle elektrisch kontaktiert ist.
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Bei einer Weiterbildung weist die einzellige Breitbandlambdasonde eine Pumpzelle mit einer äußeren Pumpelektrode und einer inneren Pumpelektrode auf, wobei der erste Anschluss mit der Sprungsonde und der inneren Pumpelektrode elektrisch kontaktiert ist.
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Bei einer Weiterbildung ist der zweite Anschluss der Anschlüsse mit der äußeren Pumpelektrode elektrisch kontaktiert.
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Bei einer Weiterbildung weist die Sprungsonde zum elektrischen Kontaktieren einen Pluspol und einen Minuspol auf, wobei der erste Anschluss mit dem Minuspol der Sprungsonde elektrisch kontaktiert ist.
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Bei einer Weiterbildung ist der dritte Anschluss der Anschlüsse mit dem Pluspol der Sprungsonde elektrisch kontaktiert.
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Bei einer Weiterbildung weist die Steuereinheit vier Anschlüsse auf, wobei ein vierter Anschluss der Anschlüsse mit der einzelligen Breitbandlambdasonde elektrisch kontaktiert ist.
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Unter einer Steuereinheit ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich jede Steuerung zu verstehen, die geeignet ist, eine einzellige Breitbandlambdasonde und eine Sprungsonde zu steuern. eine solche Steuereinheit kann als integrierte Schaltung (IC) ausgebildet sein.
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Unter einer einzelligen Breitbandlambdasonde ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Breitbandlambdasonde mit lediglich einer einzigen elektrochemischen Zelle in Form einer Pumpzelle zu verstehen, die zwei durch einen Festelektrolyten voneinander getrennte Elektroden aufweist. Die Breitbandlambdasonde mit einer Zelle verfügt somit über zwei auf einem Festelektrolyten angeordnete Elektroden, wobei eine Elektrode (äußere Pumpelektrode) über einen Referenz- bzw. Abluftkanal in ein Referenzgas reicht und die andere Elektrode (innere Pumpelektrode) über eine Diffusionsbarriere in das Messgas bzw. Abgas reicht. Die einzellige Breitbandlambdasonde arbeitet nach dem Grenzstromprinzip. Gemäß dem Grenzstromprinzip liegt hierbei eine feste Pumpspannung an der Pumpzelle an, welcher die beiden Elektroden umfasst.
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Unter einer Sprungsonde ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine nach dem Nernst-Prinzip arbeitende Lambdasonde zu verstehen. Sprungsonden werden auch als Zweipunkt-Lambdasonden bezeichnet. Die Zweipunkt-Lambdasonden vergleichen den Restsauerstoffanteil in dem Abgas mit dem Sauerstoffanteil einer Referenzgas-Atmosphäre, welche sich in dem Inneren der Sensorvorrichtung als Umluft befinden kann, und zeigen an, ob in dem Abgas ein so genanntes „fettes Gemisch“ mit einem Lambda-Wert von Lambda < 1 oder ein so bezeichnetes „mageres Gemisch“ mit einem Lambda-Wert von Lambda > 1 vorliegt. Hierbei bezeichnet Lambda das Verhältnis zwischen dem aktuellen Luft/Kraftstoff- Verhältnis und dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Aufgrund des Aufbaus der Zweipunkt-Lambdasonde tritt in der Kennlinie der Zweipunkt-Lambdasonde jedoch ein Sprung in der Sondenspannung bei Lambda = 1 auf, so dass die Zweipunkt-Lambdasonde lediglich eine Regelung der Zusammensetzung des Gemisches auf einen Lambda-Wert von Lambda = 1 ermöglicht. Aus diesem Grund werden solchen Lambdasonden auch als Sprungsonden bezeichnet.
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Unter einem Festelektrolyten ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Körper oder Gegenstand mit elektrolytischen Eigenschaften, also mit Ionen leitenden Eigenschaften, zu verstehen. Insbesondere kann es sich um einen keramischen Festelektrolyten handeln. Dies umfasst auch das Rohmaterial eines Festelektrolyten und daher die Ausbildung als so genannter Grünling oder Braunling, der erst nach einem Sintern zu einem Festelektrolyten wird. Insbesondere kann der Festelektrolyt als Festelektrolytschicht oder aus mehreren Festelektrolytschichten ausgebildet sei. Unter einer Schicht ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine einheitliche Masse in flächenhafter Ausdehnung einer gewissen Höhe zu verstehen, die über, unter oder zwischen anderen Elementen liegt.
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Unter einer Elektrode ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung allgemein ein Element zu verstehen, welches in der Lage ist, den Festelektrolyten derart zu kontaktieren, dass durch den Festelektrolyten und die Elektrode ein Strom aufrechterhalten werden kann. Dementsprechend kann die Elektrode ein Element umfassen, an welchem die Ionen in den Festelektrolyten eingebaut und/oder aus dem Festelektrolyten ausgebaut werden können. Typischerweise umfassen die Elektroden eine Edelmetallelektrode, welche beispielsweise als Metall-Keramik-Elektrode auf dem Festelektrolyten aufgebracht sein kann oder auf andere Weise mit dem Festelektrolyten in Verbindung stehen kann. Typische Elektrodenmaterialien sind Platin-Cermet-Elektroden. Auch andere Edelmetalle, wie beispielsweise Gold oder Palladium, sind jedoch grundsätzlich einsetzbar.
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Unter einem Heizelement ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element zu verstehen, das zum Erwärmen des Festelektrolyten und der Elektroden auf mindestens ihre Funktionstemperatur und vorzugsweise auf ihre Betriebstemperatur dient. Die Funktionstemperatur ist diejenige Temperatur, ab der der Festelektrolyt für Ionen leitend wird und die ungefähr 350 °C beträgt. Davon ist die Betriebstemperatur zu unterscheiden, die diejenige Temperatur ist, bei der das Sensorelement üblicherweise betrieben wird und die höher ist als die Funktionstemperatur. Die Betriebstemperatur kann beispielsweise von 700 °C bis 950 °C sein. Das Heizelement kann einen Heizbereich und mindestens eine Zuleitungsbahn umfassen. Unter einem Heizbereich ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Bereich des Heizelements zu verstehen, der in dem Schichtaufbau entlang einer zu der Oberfläche des Sensorelements senkrechten Richtung mit einer Elektrode überlappt. Üblicherweise erwärmt sich der Heizbereich während des Betriebs stärker als die Zuleitungsbahn, so dass diese unterscheidbar sind. Die unterschiedliche Erwärmung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Heizbereich einen höheren elektrischen Widerstand aufweist als die Zuleitungsbahn. Der Heizbereich und/oder die Zuleitung sind beispielsweise als elektrische Widerstandsbahn ausgebildet und erwärmen sich durch Anlegen einer elektrischen Spannung. Das Heizelement kann beispielsweise aus einem Platin-Cermet hergestellt sein.
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Die Ausdrücke „erste“, „zweite“, „dritte“ und „vierte“ werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung lediglich zur Unterscheidung der entsprechenden Bauteile verwendet und sollen keine bestimmte Reihenfolge oder Gewichtung angeben.
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Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist, die Steuereinheit so auszubilden, dass sich eine einzellige Breitbandlambdasonde und Sprungsonde einen Anschluss gemeinsam teilen. Dadurch kann die Anzahl der Anschlüsse im Vergleich zu herkömmlichen Steuereinheiten unverändert bleiben.
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Die erfindungsgemäße Steuereinheit bzw. das Sensorsystem bieten folgende Vorteile. Kosten für eine Mikrocontroller-Ressource und diskrete Bauteile werden eingespart. Die Temperaturmessung der Sprungsonde ist schneller und liefert dadurch ein genaueres Nutzsignal als bei einem diskret aufgebautem Auswertemodul. Die Auswertung von Sprungsonden unterschiedlicher Hersteller ist über eine entsprechende Software-Konfiguration möglich. Mit der Steuereinheit wird die gängige Lambdasonden-Bestückung in Gasoline-Systemen bestehend aus einer einzelligen Breitbandlambdasonde vor dem Katalysator und einer Sprungsonde nach dem Katalysator abgedeckt. Die Steuereinheit ist jedoch ebenso in Dieselsystemen einsetzbar. Es müssen weniger Bauteile bestückt und geprüft werden. Die Entwicklungskosten sind geringer, da die Entwicklung und Absicherung nur eines ASICs erforderlich ist.
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Figurenliste
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Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
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Es zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild einer Steuereinheit zum Betrieb einer einzelligen Breitbandlambdasonde und einer Sprungsonde und
- 2 ein Blockschaltbild eines Sensorsystems.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuereinheit 10 zum Betrieb einer einzelligen Breitbandlambdasonde 12 und einer Sprungsonde 14 (2). Die Steuereinheit basiert in ihrer Funktion auf einem Auswertebaustein für eine zweizellige Breitbandlambdasonde, der von der Anmelderin unter der Bezeichnung CJ135 vertrieben wird. Die Steuereinheit 10 ist daher mit der einzelligen Breitbandlambdasonde 12 und der Sprungsonde 14 signal- bzw. datentechnisch verbunden, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Zusätzlich besteht eine Signalverbindung mit einem externen Mikrocontroller 16.
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Die Steuereinheit 10 umfasst einen Analog/Digital-Wandler 18, einen Filter 20 sowie ein SPI-Schieberegister (SPI = Serial Peripheral Interface) 22. Mittels des Analog/Digital-Wandlers 18 werden die von der einzelligen Breitbandlambdasonde 12 und der Sprungsonde 14 gelieferten analogen Messdaten für die digitale Weiterverarbeitung digitalisiert. Mittels des Filters 20, bevorzugt ein Tiefpassfilter, wird das Signalrauschen der von der einzelligen Breitbandlambdasonde und der Sprungsonde gelieferten Messsignale verringert. Die so gefilterten digitalen Daten werden an den Mikrocontroller 16 übertragen.
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Die Steuereinheit 10 umfasst weiterhin eine Schaltmatrix 24, welche mittels eines Steuermoduls 26 betrieben wird und von einem Stromgenerator 28 gespeist wird. Mittels der Schaltmatrix 24 lassen sich die Eingänge der Steuereinheit 10 sowie die Art der Auswertung der Messsignale flexibel anpassen bzw. verändern. Ein nicht näher gezeigter Lambda-Regler befindet sich in diesem Fall im Mikrocontroller 16 und der Pumpstromregler ist in der Steuereinheit 10 implementiert.
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2 zeigt ein Blockschaltbild eines Sensorsystems 30. Das Sensorsystem umfasst die Steuereinheit 10, die einzellige Breitbandlambdasonde 12 und die Sprungsonde 14. Die Steuereinheit 10 weist zum elektrischen Kontaktieren der einzelligen Breitbandlambdasonde 12 und der Sprungsonde 14 drei oder vier Anschlüsse auf. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Steuereinheit 10 vier Anschlüsse IPE, APE, RE, MES auf. Ein erster Anschluss IPE der Anschlüsse IPE, APE, RE, MES ist derart ausgebildet, dass die einzellige Breitbandlambdasonde 12 und die Sprungsonde 14 gemeinsam an dem ersten Anschluss IPE elektrisch kontaktierbar ist, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird.
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Die einzellige Breitbandlambdasonde 12 weist eine Pumpzelle 32 mit einer äußeren Pumpelektrode 34 und einer inneren Pumpelektrode 36 auf, die von einem als elektrischer Widerstand dargestellten Festelektrolyten 38 voneinander getrennt sind. Die Sprungsonde 14 weist zum elektrischen Kontaktieren einen Pluspol 40 und einen Minuspol 42 auf, die über einen als elektrischer Widerstand dargestellten Festelektrolyten 44 in Verbindung stehen.
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Der erste Anschluss IPE ist zum elektrischen Kontaktieren der Sprungsonde 14 und der inneren Pumpelektrode 36 ausgebildet. Weiterhin ist der erste Anschluss IPE zum elektrischen Kontaktieren des Minuspols 42 der Sprungsonde 14 ausgebildet So ist der erste Anschluss IPE über eine erste Anschlussleitung 46 sowohl mit der inneren Pumpelektrode 36 als auch mit dem Minuspol 42 elektrisch kontaktiert. Der erste Anschluss IPE ist weiterhin mit einem nicht näher gezeigten Regler der Steuereinheit 10 verbunden, der eine virtuelle elektrische Masse auf eine konstante elektrische Spannung regelt. Der zweite Anschluss APE ist zum elektrischen Kontaktieren der äußeren Pumpelektrode 34 ausgebildet. So ist der zweite Anschluss APE mit der äußeren Pumpelektrode 34 über eine zweite Anschlussleitung 48 elektrisch kontaktiert. Der dritte Anschluss RE ist zum elektrischen Kontaktieren des Pluspols 40 der Sprungsonde 14 ausgebildet. So ist der dritte Anschluss RE mit dem Pluspol 40 über eine dritte Anschlussleitung 50 elektrisch kontaktiert. Der optionale vierte Anschluss MES ist zum elektrischen Kontaktieren der einzelligen Breitbandlambdasonde 12 ausgebildet. So ist der vierte Anschluss MES mit der einzelligen Breitbandlambdasonde 12 über eine vierte Anschlussleitung 52 elektrisch kontaktiert. Genauer ist die vierte Anschlussleitung 52 mit einem optionalen Messwiderstand 54 der einzelligen Breitbandlambdasonde 12 verbunden.
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Die Steuereinheit 10 umfasst weiterhin eine erste elektrische Stromquelle 56 zum Herstellen einer Betriebsbereitschaft der einzelligen Breitbandlambdasonde 12 und eine zweite elektrische Stromquelle 58 zum Herstellen einer Betriebsbereitschaft der Sprungsonde 14. Die erste elektrische Stromquelle 56 ist insbesondere zum Herstellen der Referenz der einzelligen Breitbandlambdasonde 12 ausgebildet und liefert den Grenzstrom für den Betrieb der einzelligen Breitbandlambdasonde 12. Die zweite elektrische Stromquelle 58 dient insbesondere zum Aufpumpen der Sauerstoffreferenz für die Sprungsonde 14. Die erste elektrische Stromquelle 56 unterscheidet sich von der zweiten elektrischen Stromquelle 58. Die erste elektrische Stromquelle 56 ist mit dem zweiten Anschluss APE elektrisch kontaktiert. Die zweite elektrische Stromquelle 58 ist mit dem dritten Anschluss RE elektrisch kontaktiert. Die erste elektrische Stromquelle 56 ist ausgebildet, einen technisch positiven elektrischen Strom von dem zweiten Anschluss APE zu dem ersten Anschluss IPE über die einzellige Breitbandlambdasonde 12 fließen lassen. Die erste elektrische Stromquelle 56 kann aber auch einen technisch negativen elektrischen Strom von dem ersten Anschluss IPE zu dem zweiten Anschluss APE senken, beispielsweise bei fettem Abgas. Die zweite elektrische Stromquelle 58 ist ausgebildet, einen technisch positiven elektrischen Strom von dem dritten Anschluss RE zu dem ersten Anschluss IPE über die Sprungsonde 14 fließen zu lassen.
