DE102017223890A1 - Verfahren zum Betreiben von mindestens drei Sensoren zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Messgas - Google Patents

Verfahren zum Betreiben von mindestens drei Sensoren zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Messgas Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben von mindestens drei Sensoren (12, 14, 16) zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Messgas vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst Verbinden der drei Sensoren (12, 14, 16) mit einer Versorgungsspannungsquelle (18), Verbinden der drei Sensoren (12, 14, 16) mit einem Steuergerät (20) mittels einer CAN-Leitung (30), Anfordern von Informationen über die an den drei Sensoren (12, 14, 16) anliegende Versorgungsspannung von den drei Sensoren (12, 14, 16) und Bestimmen einer Einbauposition der drei Sensoren (12, 14, 16) relativ zu der Versorgungsspannungsquelle (18) basierend auf den Informationen.

Description

  • Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von 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 NOx-Sensor zum Nachweis mindestens eines Anteils der Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff, insbesondere ein Stickoxid NOx, 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 NOx 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 NOx, 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 NOx 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 NOx in einem Gasgemisch, das neben dem Stickoxid NOx auch weiterhin Sauerstoff umfasst, in einem Messgasraum bestimmen.
  • Stickoxid-Sensoren (= NOx-Sensoren), die heutzutage in der Automobiltechnik eingesetzt werden, funktionieren nach dem Grenzstromprinzip, analog zu Sauerstoff-Sensoren, wie beispielsweise Lambda Sensoren. Dabei wird mit einer elektrochemischen Zelle, der sogenannten O2-Zelle, der Sauerstoff aus einem ersten Hohlraum, der über eine Diffusionsbarriere mit dem Abgas verbunden ist, entfernt. Der dadurch resultierende Pumpstrom ist dann proportional zum Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft im Messgas- bzw. Abgasstrom. NOx-Sensoren haben eine weitere Zelle, die sogenannte NOx-Zelle, die mit dem ersten inneren Hohlraum verbunden ist, in der die Stickoxide abgepumpt werden. Dazu weisen die NOx-Sensoren eine NOx-Elektrode und eine NOx-Gegenelektrode auf, die über einen Festelektrolyten in Verbindung stehen. Die NOx Gegenelektrode (NOCE) im Sensorelement wird auch als IP2 bezeichnet. Die elektrische Verbindung zwischen der NOx Gegenelektrode und dem integrierten Schaltkreis zu Ansteuerung der NOx-Zelle wird als IP2-Leitung bezeichnet. Der dabei resultierende Pumpstrom IP2 ist dann ein Maß für die NOx-Konzentration der Umgebungsluft im Messgas- bzw. Abgasstrom. Bei dieser Anordnung ist es wichtig, dass an der Sauerstoffzelle nicht auch die Stickoxide abgepumpt werden, da sonst an der NOx-Zelle kein Signal mehr gemessen werden könnte. Dies wird durch eine Gold-Dotierung der O2-Zelle erreicht. Zusätzlich darf die O2-Zelle nur bei niedrigen Pumpspannungen betrieben werden, da sonst wieder NOx-Moleküle dissoziiert würden.
  • Im Zuge der immer strengeren Emissions- und On-Board-Diagnose-Grenzwerte ergibt sich zukünftig ein vermehrter Einsatz einer größeren Anzahl von mindestens zwei NOx-Sensoren in einem Abgasstrang. Derzeit liegt der Standard bei 1-2 NOx -Sensoren in Kraftfahrzeugen. Es ist typischerweise so umgesetzt, dass alle NOx-Sensoren am gleichen CAN-Bus betrieben werden. Es ist wichtig, dass die Sensoren auf dem CAN-Bus unterschieden werden können, damit zum Beispiel Taupunkt-Ende Botschaften an den richtigen Sensor gesendet werden, und die Sensorsignale in die richtige Berechnung einfließen. Die Sensoren brauchen also aufwärts im Abgasstrang eine andere CAN-Kennung (CAN-ID) als stromabwärts im Abgasstrang.
  • Zudem besteht Bedarf beim Einsatz von zwei Sensoren an einer automatischen Selbsterkennung der Einbaulage des Sensors. Diese erfolgt über die Belegung des 5. Pins (CAN-ID Switch) am AK2-Stecker der Sensorsteuereinheit, welcher mit dem Stecker der elektronischen Steuereinheit verbunden ist. Je nachdem, ob dieser Steckerpin offen (keine Spannung anliegend) oder auf einem definierten Potential, z.B. 0V, liegt, erkennt der Sensor, dass er stromaufwärts oder stromabwärts eingebaut ist. Entsprechend sendet jeder dieser Sensoren die Signale auf einer anderen CAN-ID. Die zugewiesene CAN-ID wird im permanenten Speicher der Sensorsteuereinheit als später abrufbare Information hinterlegt. Beim nächsten Neustart der Sensoren wird diese Information abgerufen. Ein Vorteil dieser Art der Unterscheidung zwischen stromaufwärtiger und stromabwärtiger Einbaulage dieses Sensors liegt darin, dass zwei identische Sensoren verwendet werden können, die allein durch eine Steckerkodierung im Fahrzeugkabelbaum unterschieden werden. Dies hat sowohl in der Fertigung, als auch beim Handling der Sensoren den Vorteil, dass ein und dieselbe Typteilenummer verwendet werden kann und somit weniger Unterscheidungs- und Sortieraufwand entsteht. Aber auch in Werkstätten und bei Reparatur hat dies Vorteile.
  • Trotz der Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren und Verfahren zum Betreiben derselben, beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. Die Unterscheidung zwischen stromaufwärtiger und stromabwärtiger Einbauposition zweier NOx-Sensoren im System ist ein aktuell vielfach angewandter Standard, der sich jedoch auf drei oder mehr NOx-Sensoren schwer übertragen lässt. Eine Variante zur Unterscheidung mittels der Elektronik mit anderen Bauteilen im Sensorsteuergerät, insbesondere einem sechsten Pin, ist deutlich teurer. Aktuelle Überlegungen bei der Verwendung von drei NOx -Sensoren tendieren dazu, dem dritten NOx -Sensor eine feste Kennung zuzuweisen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass dieser eine separate Typteilenummer erhält, was die Variantenvielfalt erhöht und das Handling erschwert. Es entstehen also Kosten für den extra Pin und das extra Kabel. Eine andere Möglichkeit drei Sensoren eine Einbaulage zuzuweisen, wäre dem fünften Pin drei Potentiale zuzuweisen. Dies erfordert aber weitere Bauteile auf der Schaltung und erhöht somit die Herstellungskosten.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es wird daher ein Verfahren zum Betreiben von mindestens drei Sensoren zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Messgas vorgeschlagen, welches die Nachteile bekannter Verfahren zum Betreiben dieser Sensoren zumindest weitgehend vermeidet und mit dem drei NOx-Sensoren durch Zuweisung verschiedener CAN-IDs in einem Antriebsstrang verbaut und betrieben werden können.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben von mindestens drei Sensoren zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Messgas umfasst Verbinden der drei Sensoren mit einer Versorgungsspannungsquelle, Verbinden der drei Sensoren mit einem Steuergerät mittels einer CAN-Leitung, Anfordern von Informationen über die an den drei Sensoren anliegende Versorgungsspannung von den drei Sensoren und Bestimmen einer Einbauposition der drei Sensoren relativ zu der Versorgungsspannungsquelle basierend auf den Informationen.
  • Durch die Erfindung kann die extra Schaltung auf der Sensorelektronik (SCU) und der extra Pin und das extra Kabel eingespart werden und es können drei verschiedene Einbaupositionen automatisch zugewiesen werden. Die Sensorelektronik schaltet mit einer Pulsweitemodulation-Regelung ein Heizelement auf dem Sensormessfühler. Dadurch fließt ein hoher Strom durch die Versorgungskabel des Sensors. Aufgrund des Kabelwiderstands fällt dann ein Anteil der Spannung über dem Kabel ab. Der Spannungsabfall ist am kleinsten bei der vorderen Einbaulage, da hier das Kabel aufgrund der Nähe zur Versorgungsspannungsquelle wie beispielsweise einer Batterie am kürzesten ist. Bei der hinteren Einbaulage ist der Spannungsabfall demnach am höchsten. Die Sensorelektronik verfügt bereits über eine Schaltung zum Messen der Versorgungsspannung, diese wird für Diagnosezwecke benötigt. Kern der Erfindung ist nun, dass die SCU über die CAN-Kommunikation mit den anderen NOx-Sensoren im Abgasstrang die Versorgungspannung vergleicht.
  • Bei einer Weiterbildung wird die Einbauposition der Sensoren relativ zu der Versorgungsspannungsquelle als je weiter entfernt bestimmt desto geringer die anliegende Versorgungsspannung ist, während der Strom durch den Heizer fließt. Da alle SCUs von derselben Versorgungsspannungsquelle versorgt werden, ist die SCU, die die kleinste Spannung misst, an der hintersten Einbaulage verbaut, und die SCU, die die höchste Spannung misst, an der vordersten Einbaulage.
  • Bei einer Weiterbildung umfasst das Verfahren weiterhin Durchführen mittels des Steuergeräts einer CAN-Kennungsüberprüfung bei einem Einschalten eines Sensors der drei Sensoren, ob der Sensor eine zugewiesene CAN-Kennung aufweist. Bei jedem Einschalten des Sensors wird somit durch die Software überprüft, ob dieser Sensor bereits eine zugewiesene CAN-ID hat. Damit wird eine falsche Zuweisung des Sensors verhindert.
  • Bei einer Weiterbildung wird der Sensor in Betrieb genommen, falls die CAN-Kennungsüberprüfung ergibt, dass der Sensor eine zugewiesene CAN-Kennung aufweist, wobei eine CAN-Signalüberprüfung durchgeführt wird, ob auf einer vorbestimmten CAN-Kennung Signale der anderen Sensoren gesendet werden, falls die CAN-Kennungsüberprüfung ergibt, dass der Sensor keine zugewiesene CAN-Kennung aufweist. Wenn es zutrifft, dass der Sensor eine bereits zugewiesene CAN-Kennung hat, kann der Sensor ganz normal seinen Betrieb aufnehmen und auf der bekannten CAN-ID senden.
    Wenn er noch keine feste CAN-ID hat, wird auf einer festgelegten CAN-ID empfangen. Es wird überprüft, ob auf dieser CAN-ID, schon Signale von anderen Sensoren verschickt werden.
  • Bei einer Weiterbildung versendet der Sensor einen CAN-Befehl an die anderen Sensoren zum Übertragen der Informationen über die an den anderen Sensoren anliegende Versorgungsspannung auf der vorbestimmten CAN-Kennung an das Steuergerät, falls die CAN-Signalüberprüfung ergibt, dass auf der vorbestimmten CAN-Kennung keine Signale der anderen Sensoren gesendet werden. Wenn keine Signale empfangen werden, dann sendet der Sensor eine CAN-Botschaft, um alle anderen Sensoren aufzufordern, auf dieser CAN-ID ihre Spannungswerte zu übertragen.
  • Bei einer Weiterbildung werden Informationen über die an den anderen Sensoren anliegende Versorgungsspannung auf der vorbestimmten CAN-Kennung an das Steuergerät übertragen, falls die CAN-Signalüberprüfung ergibt, dass auf der vorbestimmten CAN-Kennung Signale der anderen Sensoren gesendet werden. Somit empfängt jeder Sensor auf der vorbestimmten CAN-Kennung die Versorgungspannungen der anderen Sensoren.
  • Bei einer Weiterbildung empfangen nach dem Übertragen der Informationen über die an den anderen Sensoren anliegende Versorgungsspannung auf der vorbestimmten CAN-Kennung an das Steuergerät die Sensoren Informationen über die an den anderen Sensoren anliegende Versorgungsspannung. Damit tauschen die Sensoren untereinander Informationen über die an ihnen anliegende Versorgungsspannung aus.
  • Bei einer Weiterbildung setzt sich jeder der Sensoren eine CAN-Einbaupositionskennung, die die Einbauposition relativ zu der Versorgungsspannungsquelle angibt, basierend auf den empfangenen Informationen über die an den anderen Sensoren anliegende Versorgungsspannung. Da jeder Sensor seine eigene Versorgungsspannung kennt, kann jeder seinen Platz in der Reihenfolge der Größe der Versorgungspannungen einordnen und sich somit die zugehörige CAN-ID selber festlegen.
  • Bei einer Weiterbildung weisen die drei Sensoren jeweils ein Heizelement mit einem elektrischen Widerstand auf, wobei das Bestimmen der Einbauposition der drei Sensoren relativ zu der Versorgungsspannungsquelle basierend auf den Informationen über die an den Sensoren anliegende Versorgungsspannung den elektrischen Widerstand der Heizelemente berücksichtigt. Der Spannungsabfall über dem Versorgungskabel hängt auch von dem Strom durch das Heizelement ab. Dieser Strom hängt von dem Widerstand des Heizelements ab. Dieser ist einer Fertigungsstreuung unterworfen. Durch eine Messung des Heizerstroms kann die Auflösung des Verfahrens verbessert werden, in dem der Einfluss des Widerstands des Heizelements herausgerechnet wird.
  • Bei einer Weiterbildung weist jeder der drei Sensoren vor einem Einbau eine vorbestimmte Kennung auf, wobei die vorbestimmte Kennung mittels des Steuergeräts gelöscht wird. Eine mögliche Umsetzung ist somit, dass jeder Sensor von Auslieferung an eine vorher festgelegte ID hat. Diese kann aber durch einen Befehl des (Motor-)Steuergerätes zurückgesetzt werden. So kann zum Beispiel ein Sensor der gleichen Typenteilenummer in Autos verbaut werden, die nur einen Sensor oder mehrere Sensoren benötigen. Das Auto, das nur einen NOx-Sensor betreibt, sendet diesen Befehl nicht.
  • Es wird zudem ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
  • Weiterhin wird ein elektronisches Speichermedium vorgeschlagen, auf welchem ein Computerprogramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gespeichert ist.
  • Die Erfindung umfasst darüber hinaus ein elektronisches Steuergerät, welches das erfindungsgemäße elektronische Speichermedium mit dem besagten Computerprogramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält, umfasst.
  • Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Sensorsystem, das mindestens drei Sensoren zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Messgas, eine Versorgungsspannungsquelle und ein solches elektronisches Steuergerät umfasst. Die drei Sensoren sind mit der Versorgungsspannungsquelle verbunden, wobei die drei Sensoren mit dem Steuergerät mittels einer CAN-Leitung verbunden sind.
  • Die Erfindung kann die bisherige Umsetzung über den extra Pin ersetzen oder zusätzlich dazu eingesetzt werden.
  • Unter einer CAN-Leitung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Leitung eines CAN-Bus (CAN - Controller Area Network) zu verstehen. Der CAN-Bus ist ein serielles Bussystem und gehört zu den Feldbussen. Ein Bus ist ein System zur Datenübertragung zwischen mehreren Teilnehmern über einen gemeinsamen Übertragungsweg. In einem Bussystem werden alle Komponenten über kurze Stichleitungen an eine gemeinsame Datenleitung angeschlossen. Der Aufwand für die Verkabelung wird dadurch minimiert, und es können leicht zusätzliche Komponenten angeschlossen werden. Findet eine Datenübertragung zwischen zwei Teilnehmern statt, so müssen die übrigen Teilnehmer schweigen, da sie sich sonst gegenseitig stören würden. Bei der Datenübertragung in einem CAN-Bus werden keine Knoten adressiert, sondern der Inhalt einer Nachricht wird durch eine eindeutige Kennung, auch CAN-Identifier genannt, gekennzeichnet. Neben der Inhaltskennzeichnung legt der Identifier auch die Priorität der Nachricht fest.
  • 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.
  • 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.
  • 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. Die Erfindung ist direkt durch eine verkürzte Wartezeit bis zum Erreichen der Betriebsbereitschaft nach Start des Sensors nachweisbar. Die jeweiligen Potenziale können an den Zuleitungen gemessen werden. Die Erfindung kann gut nachgewiesen werden, wenn durch ein Vertauschen der Versorgungkabel ein Vertauschen der Kennung erfolgt.
  • Figurenliste
  • Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
  • Es zeigen:
    • 1 einen prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Sensorsystems und
    • 2 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Sensorsystems 10. Das Sensorsystem 10 umfasst mindestens drei Sensoren 12, 14, 16, eine Versorgungsspannungsquelle 18 und ein elektronisches Steuergerät 20. Die Sensoren 12, 14, 16 sind zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff, im Folgenden beispielhaft als Stickoxid NOx bezeichnet, in einem Messgas, beispielhaft einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, ausgebildet. Die drei Sensoren 12, 14, 16 werden nachfolgend auch als erster Sensor 12, zweiter Sensor 14 und dritter Sensor 16 bezeichnet, ohne diesen jedoch eine bestimmte Gewichtung oder Bedeutung beizumessen, sondern lediglich um diese begrifflich zu unterscheiden. Die Sensoren 12, 14, 16 sind beispielhaft in einem Abgasstrang 22 einer nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine, wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, angeordnet. Die drei Sensoren 12, 14, 16 sind jeweils über Leitungen 24, 26, 28 mit der Versorgungsspannungsquelle 18 verbunden. Die Versorgungsspannungsquelle 18 ist beispielsweise eine Batterie des Kraftfahrzeugs. Die drei Sensoren 12, 14, 16 sind mit dem Steuergerät 20 mittels einer CAN-Leitung 30 verbunden. Wie in 1 gezeigt sind die Sensoren 12, 14, 16 in unterschiedlichen Abständen zu den Versorgungsspannungsquelle 18 angeordnet. So ist der erste Sensor 12 in einem ersten Abstand 32 zu der Versorgungsspannungsquelle 18 angeordnet, der zweite Sensor 14 ist in einem zweiten Abstand 34 zu der Versorgungsspannungsquelle 18 angeordnet und der dritte Sensor 16 ist in einem dritten Abstand 36 zu der Versorgungsspannungsquelle 18 angeordnet. Die Abstände 32, 34, 36 werden bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel anhand der Kabellänge der Leitungen 24, 26, 28 von der Versorgungsspannungsquelle 18 zu den Sensoren 12, 14, 16 bestimmt. Der dritte Abstand 36 des dritten Sensors 16 ist der größte und der erste Abstand 32 des ersten Sensors 12 ist der kleinste. Die Abstände 32, 34, 36 definieren Einbaupositionen der Sensoren 12, 14, 16 relativ zu der Versorgungsspannungsquelle 18.
  • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der mindestens drei Sensoren 12, 14, 16. Wie nachstehend ausführlicher erläutert wird, umfasst das Verfahren grundsätzlich Verbinden der drei Sensoren 12, 14, 16 mit der Versorgungsspannungsquelle 18, Verbinden der drei Sensoren 12, 14, 16 mit dem Steuergerät 20 mittels der CAN-Leitung 30, Anfordern von Informationen über die an den drei Sensoren 12, 14, 16 anliegende Versorgungsspannung von den drei Sensoren 12, 14, 16 und Bestimmen einer Einbauposition der drei Sensoren 12, 14, 16 relativ zu der Versorgungsspannungsquelle 18 basierend auf den Informationen. Die Einbauposition der Sensoren 12, 14, 16 relativ zu der Versorgungsspannungsquelle 18 wird dabei als je weiter entfernt bestimmt desto geringer die anliegende Versorgungsspannung unter Belastung bzw. Stromfluss ist. So ist der Spannungsabfall über den Leitungen 24 umso größer, desto länger die jeweilige Leitung 24, 26, 28 ist. Entsprechend liegt bei der größten Kabellänge der größte Spannungsabfall vor, so dass am Kabelende die geringste Versorgungsspannung anliegt.
  • In Schritt S10 wird ein Sensor der drei Sensoren 12, 14, 16 eingeschaltet, wie beispielsweise der erste Sensor 12. In Schritt S12 wird beim Einschalten eines Sensors 12 der drei Sensoren 12, 14, 16 mittels des Steuergeräts 20 eine CAN-Kennungsüberprüfung durchgeführt. Dabei wird überprüft, ob der Sensor 12 eine bereits zugewiesene CAN-Kennung aufweist. Falls die CAN-Kennungsüberprüfung in Schritt S12 ergibt, dass der Sensor 12 eine bereits zugewiesene CAN-Kennung aufweist, wird zu Schritt S14 übergegangen und der Sensor 12 normal in Betrieb genommen. Falls die CAN-Kennungsüberprüfung in Schritt S12 ergibt, dass der Sensor 12 keine zugewiesene CAN-Kennung aufweist, wird zu Schritt S16 übergegangen. In Schritt S16 wird eine CAN-Signalüberprüfung durchgeführt. Dabei wird überprüft, ob auf einer vorbestimmten CAN-Kennung, wie beispielsweise CAN-ID A, Signale der anderen Sensoren 14, 16 gesendet werden. Falls die CAN-Signalüberprüfung in Schritt S16 ergibt, dass auf der vorbestimmten CAN-Kennung CAN-ID A keine Signale der anderen Sensoren 14, 16 gesendet werden, wird zu Schritt S18 übergegangen. In Schritt S18 versendet der Sensor 12 einen CAN-Befehl an die anderen Sensoren 14, 16 zum Übertragen der Informationen über die an den anderen Sensoren 14, 16 anliegende Versorgungsspannung auf der vorbestimmten CAN-Kennung CAN-ID A an das Steuergerät 20. Es wird somit von dem Sensor 12 eine CAN-Botschaft zum Reset der CAN-ID an alle Sensoren 14, 16 übertragen. Im Anschluss daran wird zu Schritt S12 zurückgekehrt.
  • Nach dem Übertragen der Informationen über die an den anderen Sensoren 12, 14, 16 anliegende Versorgungsspannung auf der vorbestimmten CAN-Kennung CAN-ID A an das Steuergerät 20 empfangen in Schritt S20 die Sensoren 12, 14, 16 Informationen über die an den anderen Sensoren 12, 14, 16 anliegende Versorgungsspannung. Zum Beispiel wird auf der CAN-ID A von dem ersten Sensor 12 ein Wert von 13,20 V gesendet, wird von dem zweiten Sensor 14 ein Wert von 12,51 V gesendet und wird von dem dritten Sensor 16 ein Wert von 12,76 V gesendet. In Schritt S22 ordnen die Sensoren 12, 14, 16 den eigenen Wert der anliegenden Versorgungsspannung in der Reihenfolge der empfangenen Werte ein. In Schritt S24 setzt sich jeder der Sensoren 12, 14, 16 eine CAN-Einbaupositionskennung, die die Einbauposition relativ zu der Versorgungsspannungsquelle 18 angibt, basierend auf den empfangenen Informationen über die an den anderen Sensoren 12, 14, 16 anliegende Versorgungsspannung. Da jeder Sensor 12, 14, 16 seine eigene Versorgungsspannung kennt, kann er seinen Platz in der Reihenfolge der Größe der Versorgungspannungen einordnen und sich somit die zugehörige CAN-ID selber festlegen. Beispielsweise setz sich der erste Sensor 12 die CAN-ID 1, die den geringsten Abstand zur Versorgungsspannungsquelle 18 angibt, der zweite Sensor 14 die CAN-ID 2, die den mittleren Abstand zur Versorgungsspannungsquelle 18 angibt, und der dritte Sensor 16 die CAN-ID 3, die den längsten Abstand zur Versorgungsspannungsquelle 18 angibt.
  • Das Verfahren kann wie folgt modifiziert werden. Die drei Sensoren 12, 14, 16 weisen jeweils ein Heizelement mit einem elektrischen Widerstand auf. Das Bestimmen der Einbauposition der drei Sensoren 12, 14, 16 relativ zu der Versorgungsspannungsquelle basierend auf den Informationen über die an den Sensoren anliegende Versorgungsspannung berücksichtigt den elektrischen Widerstand der Heizelemente. Alternativ oder zusätzlich kann jeder der drei Sensoren 12, 14, 16 vor einem Einbau eine vorbestimmte Kennung aufweisen, die dann mittels des Steuergeräts gelöscht wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 0769693 A1 [0002]

Claims (14)

  1. Verfahren zum Betreiben von mindestens drei Sensoren (12, 14, 16) zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Messgas, umfassend - Verbinden der drei Sensoren (12, 14, 16) mit einer Versorgungsspannungsquelle (18), - Verbinden der drei Sensoren (12, 14, 16) mit einem Steuergerät (20) mittels einer CAN-Leitung (30), - Anfordern von Informationen über die an den drei Sensoren (12, 14, 16) anliegende Versorgungsspannung von den drei Sensoren (12, 14, 16) und - Bestimmen einer Einbauposition der drei Sensoren (12, 14, 16) relativ zu der Versorgungsspannungsquelle (18) basierend auf den Informationen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Einbauposition der Sensoren (12, 14, 16) relativ zu der Versorgungsspannungsquelle (18) als je weiter entfernt bestimmt wird desto geringer die anliegende Versorgungsspannung unter Stromfluss ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend Durchführen mittels des Steuergeräts (20) einer CAN-Kennungsüberprüfung bei einem Einschalten eines Sensors (12) der drei Sensoren (12, 14, 16), ob der Sensor (12) eine zugewiesene CAN-Kennung aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Sensor (12) in Betrieb genommen wird, falls die CAN-Kennungsüberprüfung ergibt, dass der Sensor (12) eine zugewiesene CAN-Kennung aufweist, wobei eine CAN-Signalüberprüfung durchgeführt wird, ob auf einer vorbestimmten CAN-Kennung Signale der anderen Sensoren (14, 16) gesendet werden, falls die CAN-Kennungsüberprüfung ergibt, dass der Sensor (12) keine zugewiesene CAN-Kennung aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Sensor (12) einen CAN-Befehl an die anderen Sensoren (14, 16) zum Übertragen der Informationen über die an den anderen Sensoren (14, 16) anliegende Versorgungsspannung auf der vorbestimmten CAN-Kennung an das Steuergerät (20) versendet, falls die CAN-Signalüberprüfung ergibt, dass auf der vorbestimmten CAN-Kennung keine Signale der anderen Sensoren (14, 16) gesendet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei Informationen über die an den anderen Sensoren (14, 16) anliegende Versorgungsspannung auf der vorbestimmten CAN-Kennung an das Steuergerät (20) übertragen werden, falls die CAN-Signalüberprüfung ergibt, dass auf der vorbestimmten CAN-Kennung Signale der anderen Sensoren (14, 16) gesendet werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei nach dem Übertragen der Informationen über die an den anderen Sensoren (12, 14, 16) anliegende Versorgungsspannung auf der vorbestimmten CAN-Kennung an das Steuergerät (20) die Sensoren (12, 14, 16) Informationen über die an den anderen Sensoren (12, 14, 16) anliegende Versorgungsspannung empfangen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei sich jeder der Sensoren (12, 14, 16) eine CAN-Einbaupositionskennung, die die Einbauposition relativ zu der Versorgungsspannungsquelle (18) angibt, basierend auf den empfangenen Informationen über die an den anderen Sensoren (12, 14, 16) anliegende Versorgungsspannung setzt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die drei Sensoren (12, 14, 16) jeweils ein Heizelement mit einem elektrischen Widerstand aufweisen, wobei das Bestimmen der Einbauposition der drei Sensoren (12, 14, 16) relativ zu der Versorgungsspannungsquelle (18) basierend auf den Informationen über die an den Sensoren (12, 14, 16) anliegende Versorgungsspannung den elektrischen Widerstand der Heizelemente berücksichtigt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei jeder der drei Sensoren (12, 14, 16) vor einem Einbau eine vorbestimmte Kennung aufweist, wobei die vorbestimmte Kennung mittels des Steuergeräts (20) gelöscht wird.
  11. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
  12. Elektronisches Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach dem vorhergehenden Anspruch gespeichert ist.
  13. Elektronisches Steuergerät (20), welches ein elektronisches Speichermedium nach dem vorhergehenden Anspruch umfasst.
  14. Sensorsystem umfassend mindestens drei Sensoren (12, 14, 16) zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Messgas, eine Versorgungsspannungsquelle (18) und ein elektronisches Steuergerät (20) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die drei Sensoren (12, 14, 16) mit der Versorgungsspannungsquelle (18) verbunden sind, wobei die drei Sensoren (12, 14, 16) mit dem Steuergerät (20) mittels einer CAN-Leitung (30) verbunden sind.
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