用于分析氣體的方法、控制器和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于分析在一用于拉姆達(dá)探頭（102）的可加熱元件（106）上的氣體（108）的方法（200），其中，所述方法（200）具有一讀入的步驟（202）和一確定的步驟（204）。在所述讀入的步驟（202）中，讀入一提供到所述可加熱元件（106）上的用于維持所述可加熱元件（106）的一預(yù)先確定的溫度的熱功率的值。在所述確定的步驟（204）中，在使用所述熱功率的值的前提下確定在所述可加熱元件(106)上的所述氣體（108)的氣體組成。
【專利說(shuō)明】用于分析氣體的方法、控制器和設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于分析氣體的方法，一種相應(yīng)的控制器和一種用于分析氣體、 例如車輛的內(nèi)燃機(jī)的排氣的設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002] 為了能夠適配在一用于燃燒過(guò)程的燃料量和一可供使用的氧氣量之間的比例，需 要一關(guān)于在所述燃燒過(guò)程的排氣中的氧氣濃度的說(shuō)明。
[0003] DE 199 41 051 A1描述了一種用于確定氣體混合物中的氧氣濃度的傳感器元件 以及一種用于制造其的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在該背景下，利用本發(fā)明介紹了根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求所述的一種用于分析在一用于 拉姆達(dá)探頭的可加熱元件上的氣體的方法，一種相應(yīng)的控制器以及一種用于分期氣體的設(shè) 備。有利的設(shè)計(jì)方案從各從屬權(quán)利要求和下面的描述中給出。
[0005] 在穩(wěn)定的周圍條件下，氣體組成的變化引起了在一被加熱的物體和所述氣體之間 的熱傳遞。在所述物體的已知溫度的情況下針對(duì)所述氣體的已知組成的熱傳遞可以經(jīng)驗(yàn)地 作為參考值進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)在每個(gè)時(shí)間單元內(nèi)一實(shí)際地由所述氣體接收的熱量和所述物體的 溫度已知時(shí)，可以推斷出實(shí)際的組成。
[0006] 介紹一種用于分體在一用于拉姆達(dá)探頭的可加熱元件上的氣體的方法，其中，該 方法具有下列步驟： 讀入一提供到所述可加熱元件上的用于維持所述可加熱元件的一預(yù)先確定的溫度的 熱功率的值；并且 在使用所述熱功率的值的前提下，確定在所述可加熱元件上的所述氣體的氣體組成。
[0007] -可加熱元件可以構(gòu)造用于將電能轉(zhuǎn)化成熱能。所述可加熱元件可以具有一電導(dǎo) 體，其具有一電阻。所述可加熱元件可以具有一用于放熱的已知的面積。熱功率可以理解 為一種功率，其被傳導(dǎo)到所述可加熱元件上，用以加熱所述可加熱元件或者維持所述可加 熱元件的溫度。所述熱功率可以以電能的形式來(lái)提供。提供到所述可加熱元件上的熱功率 可以由所述可加熱元件放出到所述氣體上。所述熱功率可以與一由所述氣體在所述可加熱 元件上接收的熱功率成正比。一預(yù)先給定的溫度可以是一通過(guò)實(shí)驗(yàn)所獲知的溫度。所述氣 體的物理參量可以給定或者是已知的。例如替選于或附加于所述氣體的溫度，所述氣體的 流動(dòng)速度可以是已知的。例如可以給定一通過(guò)一節(jié)氣門(mén)的穩(wěn)定的流動(dòng)速度，其中，所述氣體 可以通過(guò)所述節(jié)氣門(mén)傳導(dǎo)。
[0008] 在所述讀入的步驟中，可以讀入一布置在一燃燒排氣中的可加熱元件的熱功率的 值。這樣，所述方法可以例如用于分析一機(jī)動(dòng)車的排氣流。替選地或附加地，可以在所述確 定的步驟中，確定所述氣體的燃燒空氣比作為所述氣體組成。一燃燒排氣可以是一內(nèi)燃機(jī) 的排氣。一燃燒空氣比可以代表一為了所述燃燒所需的氧氣的過(guò)?；虿蛔愕奶卣?。當(dāng)所述 燃燒空氣比被平衡時(shí)，所有的反應(yīng)對(duì)都可以完全地被轉(zhuǎn)化成反應(yīng)產(chǎn)物。
[0009] 所述熱功率的值可以在使用一在所述可加熱元件上下降的電壓和一通過(guò)所述可 加熱元件的電流來(lái)獲知。這能夠?qū)崿F(xiàn)所述熱功率的值的特別簡(jiǎn)單的確定。
[0010] 所述方法可以具有一提供用于所述可加熱元件的熱功率的步驟，其中，提供所述 熱功率，直到所述可加熱元件的電阻的值位于一圍繞一配屬于預(yù)先確定的溫度的額定電阻 的公差范圍內(nèi)。在此，可以是所述可加熱元件的額定電阻。當(dāng)所述電阻位于圍繞所述額定 電阻的公差范圍內(nèi)時(shí)，可以進(jìn)行所述讀入的步驟。所述熱功率可以是可變的。所述熱功率 可以利用所述額定電阻被調(diào)節(jié)成指令參量。所述電阻可以被稱為調(diào)節(jié)參量。所述電阻可以 與所述可加熱元件的溫度成正比。經(jīng)由所述電阻可以間接地調(diào)節(jié)所述溫度。
[0011] 在所述讀入的步驟中還可以讀入一在所述可加熱元件上的氣體的溫度的值。所述 氣體組成還可以在使用所述溫度的值以及在所述溫度和所述熱功率之間的關(guān)聯(lián)的前提下 來(lái)確定。所述溫度可以例如通過(guò)一溫度傳感器來(lái)測(cè)量。當(dāng)所述元件未被加熱時(shí)，所述溫度 可以在使用一與溫度相關(guān)的所述可加熱元件的電阻的前提下來(lái)檢測(cè)。然后可以交替地進(jìn)行 所述加熱和所述測(cè)量。所述關(guān)聯(lián)可以保存在一特征場(chǎng)中。所述關(guān)聯(lián)可以顯示在一公式中。 所述關(guān)聯(lián)可以在參考測(cè)量中就已經(jīng)獲知。
[0012] 在所述讀入的步驟中還可以讀入一在所述可加熱元件上的氣體的流動(dòng)速度的值。 所述氣體組成還可以在使用所述流動(dòng)速度的值以及在所述流動(dòng)速度和所述熱功率之間的 關(guān)聯(lián)的前提下來(lái)確定。所述流動(dòng)速度可以經(jīng)由一傳感器來(lái)檢測(cè)。所述關(guān)聯(lián)可以保存在一特 征場(chǎng)中。所述關(guān)聯(lián)可以顯示在一公式中。所述關(guān)聯(lián)可以在參考測(cè)量中就已經(jīng)獲知。
[0013] 所述流動(dòng)速度可以在使用通過(guò)一已知的流動(dòng)橫截面的所述氣體的質(zhì)量流的前提 下來(lái)獲知。所述流動(dòng)速度可以經(jīng)由流動(dòng)機(jī)械的關(guān)聯(lián)與所述質(zhì)量流成正比。所述流動(dòng)速度可 以經(jīng)由一傳感器來(lái)檢測(cè)。
[0014] 介紹一種用于分體在一用于拉姆達(dá)探頭的可加熱元件上的氣體的控制器，其中， 該控制器具有下列特征： 一用于讀入一提供到所述可加熱元件上的用于維持所述可加熱元件的一預(yù)先確定的 溫度的熱功率的值的裝置；以及 一用于在使用所述熱功率的值的前提下確定在所述可加熱元件上的所述氣體的氣體 組成的裝置。
[0015] 控制器可以理解為一種電的儀器，其處理傳感器信號(hào)并且與此相關(guān)地發(fā)出控制信 號(hào)和/或數(shù)據(jù)信號(hào)。所述控制器可以具有一接口，其可以硬件地或軟件地構(gòu)造。在硬件地 構(gòu)造的情況下，所述接口可以例如是所謂的系統(tǒng)ASIC的部分，其包含所述控制器的不同的 功能。但也可行的是，所述接口具有自身的、集成的電路或者至少部分地由獨(dú)立的構(gòu)件構(gòu) 成。在軟件地構(gòu)造的情況下，所述接口可以是軟件模塊，其例如在一微控制器上存在于其它 的軟件模塊旁。
[0016] 此外，介紹一種用于分析氣體的設(shè)備，其中，該設(shè)備具有下列特征： 一具有一用于布置到一排氣流中的可加熱元件的拉姆達(dá)探頭；以及 一按照這里介紹的方式的控制器。
[0017] 有利的還有，具有程序代碼的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述程序代碼可以存儲(chǔ)在機(jī)器可 讀的載體如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、硬盤(pán)存儲(chǔ)器或光學(xué)存儲(chǔ)器上，并且當(dāng)所述程序產(chǎn)品在一計(jì)算機(jī) 或一設(shè)備上實(shí)施時(shí)，用于實(shí)施按照前述的實(shí)施方式的方法。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018] 下面參照附圖舉例詳細(xì)闡釋本發(fā)明。其中： 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于分析氣體的設(shè)備的方框圖；以及 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于分析氣體的方法的流程圖。
[0019] 在下面的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述中，針對(duì)在不同的附圖中展示的并且相似作 用的元件采用相同的或者相似的附圖標(biāo)記，其中，舍棄了所述元件的重復(fù)描述。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于分析氣體的設(shè)備100的方框圖。該設(shè) 備100具有一拉姆達(dá)探頭102和一控制器104。所述拉姆達(dá)探頭104具有一用于布置在一 排氣流108中的可加熱元件106。該可加熱元件106具有一由電導(dǎo)體制成的蜿蜒部110,其 例如具有一歐姆電阻。所述電導(dǎo)體的電阻也可以替選地與歐姆定律不同。但在電阻和溫度 之間的關(guān)聯(lián)可以與溫度成線性關(guān)系，但不是必須的。所述蜿蜒部110構(gòu)造用于，當(dāng)一電流通 過(guò)所述蜿蜒部流動(dòng)時(shí)，平面式地加熱所述可加熱元件106。該可加熱元件106如此布置，使 得所述排氣流108可以在其上方流動(dòng)，用以接收所述可加熱元件106的熱，即冷卻該可加熱 元件106。
[0021] 所述控制器104具有一用于讀入的裝置112和一用于確定的裝置114。所述用于 讀入的裝置112構(gòu)造用于，讀入一提供到所述可加熱元件106上的用于維持所述可加熱元 件的一預(yù)先確定的溫度的熱功率的值。為此，所述用于讀入的裝置112與所述可加熱元件 106的一電聯(lián)接導(dǎo)線116連接。在該聯(lián)接導(dǎo)線116上，所述用于讀入的裝置112可以檢測(cè)一 在所述可加熱元件106上下降的電壓以及一通過(guò)所述可加熱元件106流動(dòng)的電流并且由此 獲知所述熱功率的值。所述檢測(cè)可以無(wú)接觸地進(jìn)行。所述用于確定的裝置114構(gòu)造用于， 在使用所述熱功率的值的前提下確定一在所述可加熱元件106上的所述氣體108的氣體組 成。所述控制器104也可以集成到所述拉姆達(dá)探頭102中。例如作為集成電路104,其在使 用半導(dǎo)體技術(shù)的制造工藝的前提下在所述拉姆達(dá)探頭102的芯片上已制成。
[0022] 根據(jù)一種實(shí)施例，將一拉姆達(dá)探頭102用于測(cè)量在一燃燒排氣108中的剩余氧氣 含量或不足量。在此，在一以寬帶探頭（Breitbandsonde)為形式的拉姆達(dá)探頭102中，使 利用一在一電化學(xué)的泵單元中的電流用于評(píng)價(jià)氣體信號(hào)。在一以跳轉(zhuǎn)探頭（Sprungsonde ) 102為形式的拉姆達(dá)探頭102中評(píng)價(jià)一電池電壓。電流或電壓分別表示出所述燃燒排氣108 的λ值的特征。在寬帶探頭102的情況下，可測(cè)量一較大的拉姆達(dá)范圍，典型地在λ=〇.8 和λ =1. 7之間或甚至更大。在跳轉(zhuǎn)探頭102的情況下，能夠以較高的準(zhǔn)確度測(cè)量在圍繞 λ =1的范圍中的測(cè)量范圍，在與拉姆達(dá)=1明顯偏差的情況下，僅評(píng)價(jià)所述排氣108是稀薄 的（λ>1)還是濃厚的（λ〈1)。
[0023] 通過(guò)這里介紹的方式，可以將來(lái)自一以探頭加熱器106為形式的可加熱元件106 的信息用于評(píng)價(jià)在一燃燒排氣108中的拉姆達(dá)。除了到此為止的探頭信號(hào)之外，可以使用 來(lái)自所述加熱器106的信息，用以測(cè)量λ。尤其是在跳轉(zhuǎn)探頭102的情況下，可以由此拓寬 所述測(cè)量范圍。
[0024] 在所述探頭102的情況下實(shí)現(xiàn)了所述傳感器元件的溫度，方式為，如此調(diào)節(jié)所述 加熱器106,使得在所述拉姆達(dá)探頭102的電解質(zhì)上設(shè)定并且保持一有目的性的電阻。
[0025] 所需的熱功率(或者說(shuō)電流和電壓，從這些參量中的兩個(gè)中分別得出第三個(gè)參量） 直接取決于待測(cè)量的氣體108的熱接收。所述熱接收又取決于所述氣體組成。所述氣體組 成，即由co 2、n2、水、co、h2、氧氣。。。組成的百分比組成代表了各應(yīng)用的特征。但在每個(gè)λ 值的情況下，所述氣體108的組成是不同的，且因此所述熱傳導(dǎo)也是不同的。因此在給定的 應(yīng)用的情況下所述熱功率是針對(duì)λ的一個(gè)尺度。
[0026] 對(duì)于所述熱功率的其它的影響參量可以是排氣質(zhì)量流和排氣溫度。這些信息可以 通過(guò)其它的傳感器或來(lái)自車輛的其它信息來(lái)提供。從一針對(duì)所述應(yīng)用所測(cè)量的特征場(chǎng)中又 可以獲知λ。所述特征場(chǎng)可以利用λ和所述熱功率來(lái)代表所述排氣質(zhì)量流和/或所述排 氣溫度的特征。
[0027] 在此情況下，所述拉姆達(dá)探頭102的構(gòu)造保持不同。但在所述評(píng)價(jià)電路104中，針 對(duì)所述加熱器系統(tǒng)106可以測(cè)量所述功率，例如通過(guò)測(cè)量電流和電壓。
[0028] 這些信息也可以在所述評(píng)價(jià)電子裝置的運(yùn)行軟件的程序代碼中使用。
[0029] 這里介紹的方式可以用作用于表示在燃燒排氣中的剩余氧氣含量的特征的氣體 傳感器102,尤其是具有作為跳轉(zhuǎn)拉姆達(dá)探頭102的功能。在寬帶探頭102的情況下，可 以例如在所述電化學(xué)的泵單元的測(cè)量范圍之外的特別小的λ值的情況下拓寬所述測(cè)量范 圍。這里介紹的方法不僅可以基于厚層技術(shù)的目前這一代的傳感器102中，也可以例如在 基于薄層離子導(dǎo)體的將來(lái)幾代中使用。
[0030] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于分析氣體的方法200的流程圖。該方 法200可以在一用于一如在圖1中所示的拉姆達(dá)探頭的可加熱元件上使用。該方法200可 以在一如在圖1中所示的控制器中上實(shí)施。所述方法200具有一用于讀入的步驟202和一 用于確定的步驟204。在所述讀入的步驟202中，讀入一提供到所述可加熱元件上的用于維 持所述可加熱元件的一預(yù)先確定的溫度的熱功率的值。在所述確定的步驟204中，在應(yīng)用 所述熱功率的值的前提下確定在所述可加熱元件上的所述氣體的氣體組成。
[0031] 所描述的并且在附圖中所示的實(shí)施例僅是示例性地選擇的。不同的實(shí)施例可以完 全地或者關(guān)于單個(gè)的特征相互組合。一個(gè)實(shí)施例也可以通過(guò)其他實(shí)施例的特征來(lái)補(bǔ)充。此 夕卜，可以重復(fù)根據(jù)本發(fā)明的方法步驟以及以不同于在所描述的順序進(jìn)行實(shí)施。
[0032] 如果一實(shí)施例包含在第一特征和第二特征之間的"和/或"關(guān)聯(lián)，則應(yīng)該理解為， 所述實(shí)施例根據(jù)一種實(shí)施方式不僅具有第一特征而且具有第二特征，并且根據(jù)另一種實(shí)施 方式要么僅具有第一特征要么僅具有第二特征。
【權(quán)利要求】
1. 用于分析在一用于拉姆達(dá)探頭（102)的可加熱兀件（106)上的氣體（108)的方法 (200)，其中，所述方法（200)具有下列步驟： 讀入（202)-提供到所述可加熱元件（106)上的用于維持所述可加熱元件（106)的一 預(yù)先確定的溫度的熱功率的值；并且 在使用所述熱功率的值的前提下，確定（204)在所述可加熱元件（106)上的所述氣體 (108)的氣體組成。
2. 按照權(quán)利要求1所述的方法（200)，其中，在所述讀入的步驟（202)中，讀入一布置 在一燃燒排氣（108)中的可加熱元件（106)的熱功率的值，和/或在所述確定的步驟（204) 中確定所述氣體（108)的燃燒空氣比。
3. 按照前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法（200)，其中，在所述讀入的步驟（202)中， 在使用一在所述可加熱元件（106)上下降的電壓和一通過(guò)所述可加熱元件（106)的電流來(lái) 獲知所述熱功率的值。
4. 按照前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法（200)，其中，具有一提供用于所述可加熱 元件（106)的熱功率的步驟，直到所述可加熱元件（106)的電阻的值位于一圍繞一配屬于 預(yù)先確定的溫度的額定電阻的值的公差范圍中，其中，當(dāng)所述電阻的值位于圍繞所述額定 電阻的值的公差范圍內(nèi)時(shí)，進(jìn)行所述讀入的步驟（202)。
5. 按照前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法（200)，其中，在所述讀入的步驟（202)中還 讀入一在所述可加熱元件（106)上的所述氣體（108)的溫度的值，其中，在所述確定的步驟 (204)中，還在使用所述溫度的值以及在所述溫度和所述熱功率之間的關(guān)聯(lián)的前提下確定 所述氣體組成。
6. 按照前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法（200)，其中，在所述讀入的步驟（202)中還 讀入一在所述可加熱元件（106)上的所述氣體（108)的流動(dòng)速度，其中，在所述確定的步驟 (204)中，還在使用所述流動(dòng)速度的值以及在所述流動(dòng)速度和所述熱功率之間的關(guān)聯(lián)的前 提下確定所述氣體組成。
7. 按照權(quán)利要求6所述的方法（200)，其中，在所述讀入的步驟（202)中在使用通過(guò)一 已知的流動(dòng)橫截面的所述氣體（108)的質(zhì)量流的前提下獲知所述流動(dòng)速度。
8. 用于分析在一用于拉姆達(dá)探頭（102)的可加熱元件（106)上的氣體（108)的控制器 (104)，其中，所述控制器（104)具有下列特征 ： 一用于讀入一提供到所述可加熱元件（106)上的用于維持所述可加熱元件（106)的一 預(yù)先確定的溫度的熱功率的值的裝置（112);以及 一用于在使用所述熱功率的值的前提下確定在所述可加熱元件（106)上的所述氣體 (108)的氣體組成的裝置（114)。
9. 用于分析氣體（108)的設(shè)備（100)，其中，該設(shè)備（100)具有下列特征： 一具有一用于布置在一排氣流（108)中的可加熱兀件（106)的拉姆達(dá)探頭（102);以及 一按照權(quán)利要求8所述的控制器（104)。
【文檔編號(hào)】F23N5/00GK104062341SQ201410099611
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月19日
【發(fā)明者】D.孔茨, K.薩納, P.諾爾特 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司