專利名稱:用于調(diào)整傳感器元件的溫度的方法
用于調(diào)整傳感器元件的溫度的方法
背景技術(shù):
在現(xiàn)有技術(shù)中,公知了許多用于檢測測量氣體室中的氣體的至少一個特性的傳感器元件。在此,原則上可以涉及氣體的任意特性,例如涉及氣體的物理特性和/或化學特性。尤其是,以下參照用于檢測氣體中的至少一個氣體成分的比例(Anteil)、即例如分壓和/或百分比的傳感器元件來描述本發(fā)明。氣體成分尤其是可以是氧。然而,可替換地或附加地,其他氣體成分也可以被證實,例如氮氧化物、碳氫化合物或者其他氣體成分。然而,本發(fā)明并不限于對氣體成分的證實,而是原則上可替換地或附加地也可以證實氣體的其他特性。為了證實氣體成分,尤其是采用如下傳感器元件:這些傳感器元件基于至少一個固體電解質(zhì)(即離子傳導固體(ionenleitender Festkoerper))的使用,例如基于氧離子傳導固體的使用。這樣的固體電解質(zhì)例如可以基于二氧化鋯來制作,例如基于釔穩(wěn)定的二氧化鋯和/或鈧摻雜的二氧化鋯來制作。這樣的傳感器元件例如在汽車領(lǐng)域中被采用,以便證實帶有至少一個發(fā)動機的內(nèi)燃機的排氣中的氣體成分。這樣的傳感器元件的例子在羅伯特 博世有限公司(Robert Bosch GmbH)的“Sensoren im Kraftfahrzeug (汽車中的傳感器)”(2007年出版,第154-159頁)中予以描述。在那里示出的傳感器元件原則上也可以按照根據(jù)本發(fā)明所述的一種方法來運行和/或可以在根據(jù)本發(fā)明的傳感器設(shè)備的范圍中被米用。拉姆達探針(Lambdasonde)通?;趲в兄辽僖粋€固體電解質(zhì)的至少一個電流(galvanisch)氧濃度電池的使用??商鎿Q地或附加地也可以采用所謂的泵浦單元(Pumpzell)0拉姆達探針可以具有單室的結(jié)構(gòu)或也具有多室的結(jié)構(gòu),其中同樣可以示例性地參閱所述的現(xiàn)有技術(shù)。一般,這樣的傳感器元件具有至少一個加熱設(shè)備。這樣,固體電解質(zhì)通常在為大約350°C的活化 溫度下對于氧離子而言變成傳導的。常用拉姆達探針的標稱溫度一般明顯更高,例如在650°C _850°C左右。為了與環(huán)境條件、例如排氣的溫度無關(guān)地達到標稱溫度,傳感器元件一般被主動地電加熱。出于該原因,所述類型的大多數(shù)傳感器元件擁有至少一個電加熱元件,所述電加熱元件以下通常也被稱作加熱設(shè)備并且所述電加熱元件一般由至少一個控制設(shè)備來激勵(ansteuern)。例如,公知的基于二氧化錯的拉姆達探針具有集成的鉬加熱器,該集成的鉬加熱器一般被設(shè)計為使得該集成的鉬加熱器在正常工作條件下具有更大的加熱功率儲備。這意味著,對于傳感器元件的運行所需的加熱器電壓(Heizerspannung)或加熱功率一般明顯低于可供使用的供給電壓或供給功率。例如,在上述類型的通常的傳感器元件中,已經(jīng)利用小于8V的加熱器電壓實現(xiàn)了為780°C的工作溫度。在許多情況下,傳感器元件在此不是利用直流電壓而是利用時鐘控制的(getaktet)有效電壓來運行,該有效電壓通過較高直流電壓(電池電壓)的脈寬調(diào)制來產(chǎn)生。與此相應地,概念“加熱器電壓”以下不僅可以被理解為給加熱設(shè)備所加載(beaufschlagen)的實際電壓,而且可替換地被理解為有效的電壓。上述類型的傳感器兀件的輸出信號一般在功能上與傳感器兀件的溫度極其有關(guān)。為了改善信號精度因而要追求的是,將傳感器元件的溫度與排氣溫度的改變?nèi)ヱ詈喜⑶冶3值帽M可能恒定。通常,例如通過具有排氣溫度和排氣質(zhì)量流量(Abgasmassenstrom)的輸入量的與工作點有關(guān)的特性曲線族來對突變探針(Sprungsonde)的加熱器電壓進行溫度控制。提高的溫度精度通過傳感器元件的溫度調(diào)節(jié)來得到。作為調(diào)節(jié)量例如可以使用傳感器元件的內(nèi)阻民、例如傳感器元件的至少一個單元的內(nèi)阻Ri,因為一般在傳感器元件的內(nèi)阻與溫度之前存在明確的關(guān)系。例如,在市面上可得到的突變探針中,220Ω的內(nèi)阻對應于780°C的傳感器元件溫度。相對應的溫度調(diào)節(jié)設(shè)備也可以用于寬帶探針中。盡管通過現(xiàn)有調(diào)節(jié)改善了信號精度,但是一如既往地存在針對更精確的溫度調(diào)整的需求和改善潛力,以便進一步改善傳感器元件的信號精度。尤其是,傳感器元件的工作溫度要可以與排氣溫度無關(guān)地被調(diào)整,以便進一步提高信號精度并且由此又能夠?qū)崿F(xiàn)更低的排放和更穩(wěn)健的診斷。同時,要利用高加熱功率儲備實現(xiàn)激勵,而不存在在基本上附加的車載電網(wǎng)電壓范圍中進行加熱時由于過熱而引起損壞傳感器元件的危險。此外,排氣探針的傳感器元件要可在盡可能恒定的溫度下運行并且同時被保護免受過熱影響。
發(fā)明內(nèi)容
為了改善公知的傳感器元件和用于使這些傳感器元件運行的方法以及為了至少部分實現(xiàn)上述目標,與此相應地建議一種用于調(diào)整借助加熱設(shè)備可加熱的用于檢測測量氣體室中的氣體的至少一個特性的傳感器元件的溫度的方法以及一種用于檢測測量氣體室中的氣體的至少一個特性的傳感器設(shè)備。如上面所描述的那樣,對至少一個特性的檢測尤其是可以是確定氣體中的氣體成分的比例。氣體成分尤其是可以是氣體成分中的一個或多個、即氧、氮、氮氧化物、碳氫化合物或其他成分。氣體例如可以是排氣,尤其是內(nèi)燃機的排氣,并且測量氣體室尤其是可以是排氣系統(tǒng)(Abgastrakt),例如是汽車中的排氣系統(tǒng)。然而,其他使用領(lǐng)域原則上也是可能的。本方法用于調(diào)整借助加熱設(shè)備可加熱的傳感器元件的溫度。溫度的調(diào)整在此可以被理解為調(diào)整到固定預給定的或者可變地預給定的溫度上,其中也可以預給定溫度變化曲線。如下面還更詳細地說明的那樣,對溫度的控制和/或調(diào)節(jié)可以被納入調(diào)整之下。加熱設(shè)備尤其是可以包括電阻性加熱設(shè)備,即例如至少一個加熱電阻,所述電阻性加熱設(shè)備例如通過加載有加熱器電壓和/或加熱器電流而可以是可電阻性地加熱的。所建議的方法包括以下所描述的方法步驟,這些方法步驟優(yōu)選地但是非必需地可以以所示的順序來執(zhí)行。單個方法步驟或者多個方法步驟也可以在時間上并行地、在時間上重疊地或者單個地或多個重復地被執(zhí)行,或在較長的時間段上被執(zhí)行。此外,該方法還可以包括未舉出的方法步驟。在第一方法步驟中,檢測傳感器元件的至少一個調(diào)節(jié)量的至少一個實際值。調(diào)節(jié)量在此原則上可以被理解為傳感器元件的任意測量量,該測量量對于溫度調(diào)節(jié)而言是關(guān)系重大的,尤其是直接或間接與溫度關(guān)聯(lián)的電測量量和/或熱學測量量,即能夠?qū)崿F(xiàn)推斷出傳感器元件的當前溫度或傳感器元件的范圍的測量量。調(diào)節(jié)量的例子在下面還更詳細地被闡述。不是實際測量量,而是也可以使用由測量量導出的量,例如內(nèi)插的、外插的、經(jīng)濾波的、經(jīng)放大的、經(jīng)數(shù)字化的或其他值。至少一個調(diào)節(jié)量的實際值在此被理解為當前的值,即調(diào)節(jié)量的測量值或由測量值導出的值,其曾在眼前的時刻或在如下時刻被檢測到:該時刻優(yōu)選地過去不大于數(shù)秒、例如不大于10秒、尤其是不大于5秒、優(yōu)選地不大于I秒或甚至不大于100毫秒。
在另一方法步驟中,確定至少一個調(diào)節(jié)量的至少一個期望值。期望值在此被理解為調(diào)節(jié)量的如下值:所述調(diào)節(jié)量精確地或在預給定一個或多個公差閾值的情況下要被調(diào)節(jié)到所述值上。期望值的確定尤其是可以通過如下方式來進行:該期望值由與傳感器元件分開的設(shè)備提供,例如在該設(shè)備中固定地預給定該期望值,或如下面還更詳細地闡述的那樣在考慮至少一個控制量的情況下被確定,其中所述控制量表征了傳感器元件的環(huán)境對傳感器元件的溫度的影響。為了確定期望值,與此相應地例如可以設(shè)置至少一個數(shù)據(jù)處理設(shè)備和/或至少一個電子表和/或其他類型的確定至少一個期望值并且為該方法提供所述至少一個期望值的設(shè)備。在另一方法步驟中,加熱設(shè)備的至少一個操縱變量(Stellgroesse)借助期望值和實際值的至少一個比較來產(chǎn)生。操縱變量在此被理解為如下量、優(yōu)選地電信號和/或數(shù)字信息,借助所述量可以直接或間接地激勵加熱設(shè)備。該操縱變量因此例如可以如下面還更詳細地說明的那樣包括例如加熱功率、加熱器電壓(其中可以使用當前的加熱器電壓或也可以使用有效加熱器電壓)、加熱器電流或類似的借助其可以給加熱設(shè)備進行直接加載的量。然而,可替換地或附加地,至少一個操縱變量可選地也可以被構(gòu)建為使得在所述操縱變量用于對加熱設(shè)備進行加載之前必須對所述操縱變量首先進一步處理,其中例如可以采用至少一個執(zhí)行環(huán)節(jié)(Stellglied)(例如至少一個加熱電壓發(fā)生器和/或至少一個放大器)。在另一方法步驟中,執(zhí)行至少一個控制步驟(Kontrollschritt)。在該控制步驟中,檢查至少一個用于借助所建議的方法來調(diào)整溫度的參數(shù)并且根據(jù)檢查來影響至少一個操縱變量。在用于調(diào)整溫度的參數(shù)下,在此原則上可以是上述的和/或其他在根據(jù)本發(fā)明的方法中所使用的量中的一個或多個。尤其是,至少一個參數(shù)可以是在調(diào)節(jié)中和/或在可選地疊加的并且下面還更詳細地闡述的控制中所使用的參數(shù),必要時也可以是操縱變量本身。用于調(diào)整溫度的參數(shù)的例子下面還更詳細地被舉出。檢查尤其是可以如下面還更詳細地說明的那樣被理解為對至少一個參數(shù)是否符合至少一個預給定的條件的詢問。例如,如下面還更詳細地說明的那樣,可以預給定一個或多個閾值條件。根據(jù)檢查影響至少一個操縱變量在此可以被理解為直接或間接影響操縱變量,例如通過有針對性地改變操縱變量或?qū)Σ倏v變量產(chǎn)生影響的連接在上游的量來直接或間接影響操縱變量。影響可以包括改變,例如借助一個或多個校正函數(shù)、校正特性曲線、校正因數(shù)、借助對預給定的數(shù)值的扣除和/或相加、借助通過缺省值(尤其是O或最大值或最小值)替換、或者也(甚至根據(jù)至少一個參數(shù)的檢查的結(jié)果)不改變至少一個操縱變量來進行改變。不是單個條件,而是也可以預給定多個條件,所述多個條件例如也可以與不同類型的影響耦合。這樣,例如可以執(zhí)行多個檢查,其中每個檢查或每組檢查都導致對至少一個操縱變量的不同影響。在執(zhí)行所述的方法步驟之后,加熱設(shè)備尤其是可以被加載有至少一個操縱變量和/或至少一個由操縱變量導出的另外的操縱變量,例如在中間連接一個或多個執(zhí)行環(huán)節(jié)的情況下進行加載。操縱變量的校正優(yōu)選地在對加熱設(shè)備進行加載之前進行。特別優(yōu)選的是,該方法被執(zhí)行為使得此外還檢測至少一個控制量??刂屏吭诖吮焕斫鉃槿我饬?,所述任意量表征了傳感器元件的環(huán)境對傳感器元件的溫度的影響。尤其是,控制量可以包括如下參數(shù)中的至少一個:在測量氣體室中的傳感器元件的環(huán)境溫度、尤其是氣體溫度、例如排氣溫度;包含、生成或使用氣體的設(shè)備的工作參數(shù)、尤其是內(nèi)燃機的工作范圍、優(yōu)選地發(fā)動機工作點;表征、尤其是量化在傳感器元件的環(huán)境中出現(xiàn)的氣體流的參數(shù)、例如氣體(例如排氣)的體積流量和/或質(zhì)量流量;表征并且尤其是量化在傳感器元件的環(huán)境中出現(xiàn)的溫度(尤其的排氣溫度、催化劑溫度和/或管壁溫度)的參數(shù);發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機負載狀態(tài)。至少一個控制量已經(jīng)在汽車中的目前的排氣系統(tǒng)中一般被檢測,因為例如排氣溫度對于催化劑的運行而言是重要的,因為發(fā)動機工作點由發(fā)動機控制裝置本來就被檢測并且因為排氣流量(質(zhì)量流量和/或體積流量)例如在排氣再循環(huán)的情況下是重要的。就此而言,例如本來就檢測的參數(shù)或這樣的參數(shù)的組合可以被用作針對所建議的方法的控制量。然而,可替換地或附加地也可采用其他參數(shù)。如上面所示出的那樣,所建議的方法包括對加熱設(shè)備的調(diào)節(jié)??蛇x地,該調(diào)節(jié)可以與對加熱設(shè)備的至少控制疊加。在調(diào)節(jié)時基于期望值與實際值的比較產(chǎn)生至少一個操縱變量,優(yōu)選自動地產(chǎn)生,其中可以形成具有閉合的作用范圍(Wirkungskreis)的反饋,而在控制時僅僅進行對控制指令變量(Fuehrungsgroesse)的預給定,所述控制指令變量接著在控制裝置中被轉(zhuǎn)變成相對應的控制操縱變量,而不使用閉合的作用范圍。在控制裝置中產(chǎn)生的至少一個控制操縱變量在此可以例如相加地、相乘地、相減性地或以其他方式疊加在調(diào)節(jié)時所產(chǎn)生的操縱變量。這樣的疊加在現(xiàn)有技術(shù)中基本上是公知的。例如,在疊加之前,對在調(diào)節(jié)時和在控制時所產(chǎn)生的操縱變量的不同放大可以跟隨。然而,其他類型的疊加也是可能的。疊加可以在可選的執(zhí)行環(huán)節(jié)之前或之后進行,例如在加熱電壓發(fā)生器之前或之后進行??商鎿Q地或附加地,不同的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)、例如分別獨立的加熱電壓發(fā)生器也可以被用于控制和用于調(diào)節(jié),所述不同的執(zhí)行環(huán)節(jié)生成分別彼此獨立的加熱電壓,所述加熱電壓緊接著在給至少一個加熱設(shè)備進行加載之前可以被疊加。加熱設(shè)備的控制裝置尤其是可以在考慮至少一個控制量的情況下進行,例如在考慮上述的控制量中的一個或多個的情況下進行,所述控制量表征傳感器元件的環(huán)境對傳感器元件的溫度的影響。在此,為了調(diào)節(jié)和控制可以分別使用相同的控制量或也可以使用不同的控制量。上面所描述的期望值的確定尤其是可以在考慮至少一個控制量的情況下進行。這意味著,調(diào)節(jié)可以被適配到至少一個控制量上,所述控制量表征傳感器元件的環(huán)境對傳感器元件的溫度的影響??商鎿Q地或附加地,也可以在考慮至少一個控制量的情況下通過如下方式進行控制:控制指令變量根據(jù)至少一個控制量來選擇。這樣,例如可以考慮在測量氣體室中的氣體的溫度和/或在測量氣體室中的氣體的流動。例如,如果排氣溫度是高的,則一般較低的加熱功率足以例如將傳感器元件的溫度調(diào)整到相對應的期望值上。至少一個調(diào)節(jié)量尤其是可以包括如下調(diào)節(jié)量中的一個或多個:傳感器元件的至少一個內(nèi)阻、尤其是傳感器元件的至少一個電化學單元(即由至少兩個電極和至少一個將至少兩個電極連接的固體電解質(zhì)構(gòu)成的組合)的內(nèi)阻;傳感器元件的溫度,該溫度例如可以借助分離的溫度傳感器是可檢測的;在傳感器元件的至少兩個電極之間(尤其是在傳感器元件的能斯脫單元(Nernstzelle)的至少兩個電極之間)的電壓;在傳感器元件的至少兩個電極之間(尤其是在傳感器元件的泵浦單元的至少兩個電極之間)的電流、例如在固定預給定的泵浦電壓的情況下的電流;導電結(jié)構(gòu)(尤其是傳感器元件的導電結(jié)構(gòu))的電阻、例如金屬結(jié)構(gòu)的電阻、例如引線和/或金屬曲折部(Maeander)的電阻。其他調(diào)節(jié)量或所述的和/或其他調(diào)節(jié)量的組合也是可設(shè)想的。特別優(yōu)選地,將至少一個內(nèi)阻或至少一個表征傳感器元件的內(nèi)阻的量用作調(diào)節(jié)量。例如,內(nèi)阻可以通過如下方式來測量:傳感器元件的至少一個電化學單元被短時加載有電壓脈沖和/或電流脈沖,并且測量相應其他的量、例如電流或電壓。內(nèi)阻測量可以與傳感器元件的其他的用于檢測氣體的至少一個特性的測量在時間上疊加地被執(zhí)行,或間歇地例如通過短時中斷特性的實際測量而被執(zhí)行。這樣,例如可以短時采用傳感器元件的實際被用作能斯脫單元的單元來測量溫度。如上面所說明的那樣,操縱變量尤其是可以是影響加熱設(shè)備的加熱功率并且由此影響進入傳感器元件的熱能的輸入的操縱變量。尤其是,該操縱變量可以包括如下操縱變量中的一個或多個:附在(anliegend)加熱設(shè)備上的加熱器電壓、附在加熱設(shè)備上的加熱功率、附在加熱設(shè)備上的加熱電流、附在加熱設(shè)備上的加熱功率的脈寬調(diào)制的參數(shù)。所述的和/或其他操縱變量的組合也是可設(shè)想的。在此,所述的操縱變量可以直接被使用,或如上面所提及的那樣使用由這些操縱變量可導出的或生成這些操縱變量的量。如上面所說明的那樣,在控制步驟中檢查至少一個用于調(diào)整溫度的參數(shù)。至少一個參數(shù)尤其是可以包括如下參數(shù)中的一個或多個:調(diào)節(jié)量的實際值、調(diào)節(jié)量的期望值、操縱變量、表征了傳感器元件的環(huán)境對傳感器元件的溫度的影響的控制量。就控制量的可能的擴展方案而言,在此可以參閱上面的描述??商鎿Q地或附加地,可以使用其他參數(shù)和/或所述的和/或另外的參數(shù)的組合。在控制步驟中,在此所述的和/或另外的參數(shù)可以作為單個值被檢查,例如在控制步驟中與至少一個閾值進行單個值比較。然而,可替換地或附加地,針對所述的參數(shù)的單個、多個或所有可以檢查參數(shù)的時間變化曲線,例如其方式是分析所述的參數(shù)的超過預給定的時段的隨時間變化的波動、變化曲線的歷史、所述的參數(shù)的超過預給定的時段的平均值、所述的參數(shù)的經(jīng)濾波的變化曲線或其他由所述的參數(shù)的時間變化曲線和/或其他參數(shù)導出的輔助參數(shù)或函數(shù)。下面還更詳細地闡述例子。在控制步驟中檢查參數(shù)可以如上面所描述的那樣以不同的方式被構(gòu)建,所述方式也是可任意彼此組合的。尤其是,參數(shù)的檢查可以包括對參數(shù)(其如上面所說明的那樣要被理解為單個值、多個值、導出的值、時間變化曲線或類似的值)是否達到、低于或超過至少一個固定或動態(tài)預給定的閾值并且可選地必要時此該情況如此多久的詢問。例如,至少一個條件可以內(nèi)容是使得參數(shù)應低于預給定的閾值或應不超過預給定的閾值。也可以預給定參數(shù)應超過或不應低于預給定的閾值的條件。閾值可以固定地被預給定或也可以可變地、即動態(tài)地、例如被適配到一個或多個外部控制量和/或其他外部參數(shù)地被預給定??商鎿Q地或附加地,檢查也可以包括對參數(shù)的超過測量時段的隨時間變化的波動是否低于、達到或超過預給定的最大波動并且可選地必要時該情況如此多久的詢問。相對應地,此處關(guān)于波動也可以設(shè)置一定的條件,又可替換地或附加地,控制步驟可以包括以參數(shù)的時間變化曲線與至少一個期望變化曲線的比較為形式的檢查。這樣的比較例如可以通過比較曲線、函數(shù)、單個值、多個值或以類似方式來進行。例如,可以考慮偏差、誤差平方(Fehlerquadrate)、相關(guān)函數(shù)或類似比較,以便量化變化曲線與期望變化曲線的一致性和/或偏差。所述的檢查彼此間和/或與其他檢查的組合也是可能的。下面還更詳細地說明例子。本方法的其他優(yōu)選擴展方案涉及在控制步驟中影響操縱變量的方式。這樣,該影響尤其是可以包括如下所描述的影響中的一個或多個。例如,影響可以包括參數(shù)中的單個值或多個值的屏棄和/或由此得到的對操縱變量的影響。尤其是,可以屏棄參數(shù)的波動極大的時間測量值,例如屏棄參數(shù)的在預給定的公差范圍(例如圍繞時間平均值的預給定的公差范圍)之外的測量值??商鎿Q地或附加地,可以對實際值和由此得到的對操縱變量的影響進行濾波。濾波例如可以借助低通濾波器和/或借助帶通濾波器來進行。又可替換地或附加地,影響也可以包括對實際值的至少一個求平均值和由此得到的對操縱變量的影響。這樣,例如實際值可以超過一定的時段被平均,其中例如可以形成幾何平均和/或算術(shù)平均。又可替換地或附加地,操縱變量也可以通過固定或動態(tài)預給定的最小值或最大值來替換。例如,可以針對至少一個操縱變量預給定固定的下邊界和/或固定的上邊界。當控制與調(diào)節(jié)疊加時,動態(tài)的預給定例如可以作為圍繞控制操縱變量的偏差來進行。這樣,例如圍繞控制操縱值可以預給定公差范圍,操縱變量要在該公差范圍之內(nèi)。下面還更詳細地描述例子。又可替換地或附加地,操縱變量也可以被設(shè)置到缺省值上,例如被設(shè)置到O或與最大可能的值相比減小的值上。這也可以通過關(guān)斷給加熱設(shè)備加載加熱能量來進行。又可替換地或附加地,操縱變量可以被減小預給定的數(shù)值或預給定的校正因數(shù)??商鎿Q地或附加地,操縱變量也可以借助至少一個校正函數(shù)被轉(zhuǎn)換成經(jīng)改變的操縱變量。至少一個校正函數(shù)原則上可以包括任意校正,例如借助一個或多個校正值、校正函數(shù)、校正域(Korrektur-Feldern)的校正或本領(lǐng)域技術(shù)人員基本上已知的類似校正。又可替換地或附加地,影響也可以包括改變溫度調(diào)整的至少一個調(diào)節(jié)回路,尤其是關(guān)斷調(diào)節(jié)回路的積分部分。又可替換地或附加地,影響也可以包括完全或部分關(guān)斷調(diào)節(jié),例如其方式是完全切換到對加熱設(shè)備的控制上,例如切換到上面所描述的方式的控制上。在本發(fā)明的另一方面中,建議了一種用于檢測測量氣體室中的氣體的至少一個特性、尤其是用于確定氣體成分的比例的傳感器設(shè)備。該傳感器設(shè)備包括至少一個傳感器元件,用于檢測特性。該傳感器設(shè)備此外還包括至少一個加熱設(shè)備,用于加熱傳感器元件的至少一部分。例如,至少一個加熱設(shè)備可以是傳感器元件的整個或部分組成部分。然而,可替換地或附加地,至少一個加熱設(shè)備也可以以其他方式完全或部分地被容納在傳感器設(shè)備中,例如作為外部部件被容納。在第一種情況下,加熱設(shè)備例如可以被集成到陶瓷傳感器元件中,例如陶瓷傳感器元件的層結(jié)構(gòu)中,如這例如在平面探針的情況下一般情況如此。在第二種情況下,加熱設(shè)備例如可以被構(gòu)建為棒式加熱器,如這例如在指式探針(Fingersonde)的情況下一般情況如此。例如,傳感器元件可以是具有上面所述類型的至少一個固體電解質(zhì)的傳感器元件,尤其是具有陶瓷固體電解質(zhì)的傳感器元件。傳感器元件尤其是可以包括一個或多個單元、即兩個電極,所述單元通過固體電解質(zhì)彼此形成連接。傳感器元件可以一件式地或也可以多件式地被構(gòu)建。在傳感器元件的可能的擴展方案方面例如可以參閱上面所描述的現(xiàn)有技術(shù)。原則上,所有類型的傳感器元件根據(jù)本發(fā)明是可采用的,尤其是陶瓷傳感器元件是可采用的。傳感器設(shè)備此外還包括至少一個激勵設(shè)備。激勵設(shè)備被設(shè)立以便執(zhí)行根據(jù)上述權(quán)利要求中的一個或多個所述的方法。激勵設(shè)備可以集中地或也可以分散地被構(gòu)建,并且可以完全或部分軟件實施和/或硬件實施。激勵設(shè)備也可以完全或部分例如被實施到中央的發(fā)動機控制裝置中。激勵設(shè)備例如可以包括用于激勵和/或分析傳感器元件或傳感器元件的信號的傳感器激勵設(shè)備。為了實施所述的方法,激勵設(shè)備此外還可以包括例如至少一個調(diào)節(jié)設(shè)備,在所述調(diào)節(jié)設(shè)備中例如可以包含至少一個調(diào)節(jié)器。為了疊加可選的控制,激勵設(shè)備此外還可以包括至少一個控制設(shè)備。調(diào)節(jié)設(shè)備和控制設(shè)備可以一起形成加熱元件激勵設(shè)備。所建議的方法和所建議的傳感器設(shè)備相對于公知的方法和傳感器設(shè)備具有許多優(yōu)點。這樣,尤其是可以實現(xiàn)具有高加熱功率儲備的特性的傳感器元件,所述加熱功率儲備會導致在原則上允許的車載電網(wǎng)電壓范圍中進行加熱時由于過熱引起的對傳感器元件的損壞。然而,該傳感器元件和傳感器設(shè)備可以與發(fā)動機工作點無關(guān)地在恒定溫度下運行,并且同時被設(shè)立為使得傳感器元件可以被保護防止過熱。本方法原則上可以被應用于所有主動(aktiv)加熱的并且調(diào)節(jié)溫度的或控制溫度的排氣傳感器上。為了將傳感器元件溫度保持得盡可能恒定,尤其是可以將溫度控制和溫度調(diào)節(jié)相組合,如上面所描述的那樣。例如,控制可以借助特性曲線族來運行,例如其中如上面所描述的那樣檢測一個或多個控制量,所述控制量表征了傳感器元件的環(huán)境對傳感器元件的溫度的影響。這樣的控制尤其是可以被構(gòu)建為特性曲線族預控制,所述特性曲線族預控制可以疊加有所述的調(diào)節(jié)。與對由于優(yōu)選地與工作點有關(guān)的控制引起的發(fā)動機工作點(例如在突然負載變更時)的改變快速做出反應組合地,控制與調(diào)節(jié)的這樣的疊加提供了調(diào)節(jié)的高精度的優(yōu)點。由此,避免了高調(diào)節(jié)器行程(Reglerhub),并且調(diào)節(jié)例如可以僅被用于校正控制操縱變量,所述控制操縱變量通過控制來產(chǎn)生。以下,控制操縱變量也被稱作預控制值。本方法通??梢员挥糜诟倪M的溫度穩(wěn)定化。對于溫度調(diào)節(jié)、尤其是突變探針而言,尤其是可以通過在傳感器元件的測量電極與參考電極之間的短時電流脈沖來測量能斯脫單元的內(nèi)阻。該方法在現(xiàn)有技術(shù)中基本上是公知的并且然而在現(xiàn)有技術(shù)中一般用于診斷目的。在上面所建議的方法的范圍中,這樣所檢測到的內(nèi)阻可以作為傳感器元件的至少一個調(diào)節(jié)量的實際值或作為該值的實際值的部分來使用。所確定的內(nèi)阻接著可以被用于調(diào)節(jié)溫度。然而,在常規(guī)調(diào)節(jié)方法中在調(diào)節(jié)量的檢測不準確或有誤差時出現(xiàn)的缺點(可能超過或低于最佳工作溫度或者在極大超過工作溫度時甚至會出現(xiàn)對傳感器元件的損害)可以通過所建議的控制步驟來避免。例如,當在傳感器元件的信號回路中持久地或臨時(例如以接觸問題的形式)出現(xiàn)提高的過渡電阻時,常規(guī)的溫度調(diào)節(jié)傾向于將所測量的高電阻調(diào)準(einregeln)到較小的目標電阻上并且在此提高加熱器電壓。由此,傳感器元件過熱地運行,并且集成在傳感器元件中的加熱設(shè)備可能燒穿。這樣,當常規(guī)傳感器元件較長時間地以IlV的加熱器電壓運行時,例如所述常規(guī)傳感器元件會被加熱到〉1150°C的溫度上,這導致加熱器的燒穿。加熱設(shè)備(尤其是集成在傳感器元件中的加熱設(shè)備)的加熱功率儲備越大,則傳感器元件的損害性過熱的危險越大。為了避免過熱,在根據(jù)本發(fā)明的方法中,設(shè)置了對溫度的調(diào)節(jié),該調(diào)節(jié)可選地可以通過一個或多個控制量來修改或輔助,所述控制量例如可以由發(fā)動機控制系統(tǒng)來提供。在所建議的方法中,尤其是如上面所描述的那樣在控制疊加時可以使用基于特性曲線族的預控制,所建議的調(diào)節(jié)可以被疊加有所述預控制,或所建議的調(diào)節(jié)可以以其他方式與所述預控制相組合。預控制尤其是可以基于所測量的或所模型化的控制量,所述控制量也被稱作為特性量,例如基于排氣系統(tǒng)的所測量的或所模型化的特性量,所述特性量良好地反映了傳感器元件的與發(fā)動機工作點有關(guān)的加熱性能和冷卻性能。由于固定的傳感器元件溫度一般對應于傳感器元件的固定的內(nèi)阻,所以疊加的調(diào)節(jié)例如可以被實現(xiàn)為PID調(diào)節(jié)器,該PID調(diào)節(jié)器可以將所測量的內(nèi)阻Ri例如與期望值進行比較。以這種方式,可以確定操縱變量,所述操縱變量例如相對于預控制的期望電壓可以輸出加熱器電壓校正或以其他方式設(shè)計的對加熱功率的校正。傳感器元件由于有誤差的內(nèi)阻調(diào)節(jié)引起的過熱通過根據(jù)本發(fā)明的對應措施至少在很大程度上被避免。內(nèi)阻調(diào)節(jié)的誤差可能性(其在沒有對應措施的情況下會導致傳感器元件的過熱或加熱設(shè)備的燒穿)的例子是:
(I)由于不準確的電阻測量值的檢測引起的有誤差的內(nèi)阻調(diào)節(jié)。不準確的電阻測量值例如可能由于在控制設(shè)備中的電布線中的公差、由于時間離散的和/或非連續(xù)的內(nèi)阻測量和/或由于在傳感器元件信號極大動態(tài)改變期間對內(nèi)阻的測量而出現(xiàn)。(2)由于內(nèi)阻測量值的有錯誤的解釋引起的有誤差的內(nèi)阻調(diào)節(jié)。當例如在傳感器兀件 目號回路中的插頭和/或成束電纜(Kabelbaum)中由于腐蝕和/或老化出現(xiàn)過大的持久的或臨時的過渡電阻時,例如可發(fā)生對內(nèi)阻測量值的錯誤解釋。(3)由于在加熱器回路中(例如在加熱元件激勵設(shè)備中)(例如由于接觸不良引起的)臨時提聞的過渡電阻引起的有誤差的內(nèi)阻調(diào)節(jié)。尤其是對實際值的 在時間上相鄰的波動極大的測量值的識別和屏棄可以提供對誤差可能性(I)的補救。識別和/或屏棄這樣的異常測值尤其是可以允許只有在穩(wěn)定的測量情況下、例如只有在溫度的拉姆達的情況下而不是在不穩(wěn)定的測量情況下、例如在可導致測量誤差的拉姆達跳變的情況下測量傳感器元件內(nèi)阻。對測量值的濾波、尤其是通過低通進行濾波、在時間上求平均或平滑的平均值可以是對誤差可能性(I)的另一補救。尤其是限制加熱器功率、例如加熱器電壓和/或加熱器電流和/或相對應地影響脈寬調(diào)制可以提供對誤差可能性(2)和/或(3)的補救。該矯正尤其是又可以基于排氣系統(tǒng)的作為控制量的所測量的和/或所模型化的特性量。通過所述一個或多個附加控制量尤其是可以實現(xiàn)與工作點有關(guān)地預給定用于操縱變量、例如加熱器加載、尤其是加熱器電壓的上邊界和/或通道(即限定的上邊界和下邊界),并且由此可靠地防止探針過熱。上面所描述的控制步驟和上面所描述的影響的可能擴展方案尤其是可以是:
(a)當所描述的參數(shù)中的一個或多個超過或低于一個或多個極限值時,關(guān)斷傳感器元件加熱(加熱器電壓0V)。例如,當傳感器元件內(nèi)阻達到或低于臨界閾值和/或排氣溫度和/或表征傳感器元件的環(huán)境對傳感器元件的溫度的影響的其他控制量達到或超過臨界閾值時,可以設(shè)置傳感器元件加熱的關(guān)斷。(b)當至少一個參數(shù)達到或超過或低于極限值時,例如當操縱變量和/或控制量超過或低于或達到極限值時,將至少一個操縱變量減小到安全的值、例如缺省值(Default-Wert)0例如,可以設(shè)置為限制對加熱設(shè)備至少加載加熱能量,例如限制加熱器電壓,使得不能超過臨界值。同樣,可替換地或附加地可以設(shè)置的是,當排氣溫度達到和/或超過臨界閾值時,減小給加熱設(shè)備加載加熱能量,例如減小加熱器電壓。(C)當至少一個參數(shù)、例如至少一個控制量和/或至少一個操縱變量在一定時間內(nèi)超過或低于極限值時,將操縱變量、例如控制加熱設(shè)備的加熱功率的量絕對限制到安全值。由此,尤其是可以考慮的是,控制量和/或操縱變量的確定的值一般短時地可能是不臨界的,但是當其存在較長時間時可能變得臨界。這曾在上面予以描述,因為也可以分析時間變化曲線。尤其是,在其之后激活限制的時間有利地可以與至少一個參數(shù)(例如至少一個控制量和/或至少一個操縱變量)的當前的值有關(guān)地被選擇。由此,可以考慮的是,相比于更小的值,至少一個參數(shù)的更高的值已在更短的時間之后可導致探針的過熱,或反之亦然。另一有利的實施方案設(shè)置,即使在至少一個參數(shù)、例如至少一個控制量和/或至少一個操縱變量短時又回落到不臨界的范圍中時,也還可以在一定的時間內(nèi)維持該限制。由此,通過合適地執(zhí)行控制步驟或檢查而可考慮傳感器元件溫度對至少一個參數(shù)的改變的被延遲的反應。例如,可以設(shè)置的是,當加熱器電壓或其他方式的給加熱設(shè)備加載有加熱能量超過臨界值一定的時間時,限制所述加熱器電壓或其他方式的給加熱設(shè)備加載有加熱能量。在其之后激活限制的時間可以與加熱功率或加熱電壓或參數(shù)的當前值有關(guān)。即使在加熱器電壓或加熱功率短時又降落在臨界值之下時,也還可以在一定時間內(nèi)維持該限制,以便考慮在減小加熱器電壓之后對傳感器元件的延遲冷卻。(d)在調(diào)節(jié)時所生成的操縱變量相對于可選地疊加的控制的控制操縱變量的相對限制,例如通過加熱器電壓相對于預控制加熱器電壓的相對限制進行。這可以被執(zhí)行為使得由疊加的控制和調(diào)節(jié)的組合得到的至少一個操縱變量、例如至少一個加熱器電壓不離開圍繞預控制值的通道。(e)例如當至少一個所檢查的參數(shù)、例如至少一個控制量和/或操縱變量超過或低于極限值時,關(guān)斷調(diào)節(jié)、例如加熱調(diào)節(jié)并且切換到純控制、例如切換到純預控制。例如,當傳感器元件內(nèi)阻難以置信地高時,設(shè)置加熱調(diào)節(jié)的關(guān)斷和切換到純預控制,以便防止加熱調(diào)節(jié)將加熱器電壓提高到不允許高的值。(f)當至少一個參數(shù)達到、超過或低于極限值時,關(guān)斷調(diào)節(jié)的可選的積分部分。例如,當傳感器元件內(nèi)阻難以置信地小時,可以設(shè)置關(guān)斷積分部分,以便防止:盡管傳感器元件已經(jīng)具有過高的溫度,可能錯誤訓練的積分部分還導致加熱器電壓的提高。上述的實施方案(a) - (f)也可以任意成對地或成組地彼此被組合和/或與本發(fā)明的其他擴展方案相組合。上面描述的、在所建議的方法中所使用的量、尤其是調(diào)節(jié)量或其實際值、至少一個參數(shù)和至少一個控制量可以以不同的方式被檢測和/或被提供。在這種情況下,例如可以涉及所測量的實際量,然而所述量例如也可以經(jīng)受后處理,例如以濾波或類似方法形式的信號處理。這些量的時間變化曲線也可以可選地被記錄和/或被使用。又可替換地或附加地,所述的量、尤其是實際值和/或至少一個可選的控制量也可以是所模型化的量,所述所模型化的量例如可以借助一個或多個模擬方法來確定。以這種方式,例如加熱器電壓、加熱功率、傳感器元件內(nèi)阻、溫度(例如排氣溫度和/或管壁溫度和/或其他溫度)、發(fā)動機工作點(例如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、空氣量或表征發(fā)動機工作點的類似量)、排氣質(zhì)量流量和/或排氣體積流量、時間變化曲線或類似的量可以進入所建議的用于調(diào)整溫度的方法中。所建議的方法和所建議的設(shè)備通常尤其是可以被用在任意類型的調(diào)節(jié)溫度的排氣傳感器中、尤其是突變探針、寬帶探針或其他可加熱的排氣傳感器、尤其是具有高加熱功率儲備的特性的傳感器元件中,該加熱功率儲備可導致在原則上允許的車載電網(wǎng)范圍中進行加熱時由于過熱而引起的傳感器元件的損壞。然而,本發(fā)明也可以被用于遵守在損害邊界之下的溫度通道,例如被用在NOx傳感器中,該NOx傳感器在低工作溫度下具有最大功能精度(Funktionsgenauigkeit)0本發(fā)明尤其是但不僅僅可被用在汽車領(lǐng)域中,其中在車輛段、排氣組分或使用市場方面絕對不存在絲毫限制。
本發(fā)明的可選擴展方案的其他細節(jié)和特性由以下對優(yōu)選實施例的描述得到。其中:
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器設(shè)備的實施例;
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器設(shè)備的其他可能的細節(jié)的示意 圖3示出了老化引起的內(nèi)阻特性曲線偏移的例子,該內(nèi)阻特性曲線偏移可以借助所建議的方法來補償;以及
圖4示出了借助所建議的方法對加熱器電壓的可能限制的實施例。
具體實施例方式在圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的用于檢測測量氣體室112中的氣體的至少一個特性的傳感器設(shè)備110的不意性擴展方案的第一實施例。圖2不出了另一實施例。這兩個實施例以下基本上一起來描述。傳感器設(shè)備110分別包括激勵設(shè)備114和至少一個與激勵設(shè)備114通過一個或多個接口 116連接的傳感器元件118。然而,激勵設(shè)備114也可以完全或部分地被集成到傳感器元件118本身中。激勵設(shè)備114在圖1和圖2中的圖示中被構(gòu)造為個體(Einheit)。然而,該激勵設(shè)備114也可以分散地被構(gòu)建并且例如可以完全或部分也被實施到發(fā)動機控制裝置中。激勵設(shè)備114包括傳感器激勵設(shè)備120,該傳感器激勵設(shè)備120被設(shè)立以便激勵用于檢測至少一個特性的傳感器元件118和/或檢測相對應的信號。此外,激勵設(shè)備114包括加熱器激勵設(shè)備122,該加熱器激勵設(shè)備122被設(shè)立以便激勵傳感器元件的至少一個加熱設(shè)備124,例如加載有加熱能量,加熱能量例如為加熱器電壓和/或加熱器電流的形式,所述加熱器電壓和/或加熱器電流可以連續(xù)地或者也可以脈動地被構(gòu)建。圖1示出了傳感器激勵設(shè)備120和傳感器元件118的擴展方案的可能的細節(jié),而在圖2中示出了加熱器激勵設(shè)備122的可選的細節(jié)。以下可以參照也可組合的這兩幅圖。傳感器元件118在所示的實施例中示例性地被構(gòu)建為簡單的突變探針,該突變探針帶有分配給測量氣體室122的外電極126和布置在參考氣體室128中的參考電極130,所述外電極126和參考電極130通過固體電解質(zhì)132、例如釔穩(wěn)定的二氧化鋯彼此連接并且形成單元134。然而,傳感器元件118的其他結(jié)構(gòu)也是可能的。在圖1中所示的示例性實施例中,傳感器激勵設(shè)備120包括測量設(shè)備136,以便檢測單元134上的能斯脫電壓UN。此外,傳感器激勵設(shè)備120示例性地并且可選地還包括內(nèi)阻測量設(shè)備138,該內(nèi)阻測量設(shè)備138可以與測量設(shè)備136并聯(lián)并且該內(nèi)阻測量設(shè)備138例如可以包括泵浦電流源和/或泵浦電壓源140以及與其例如串聯(lián)的泵浦電流測量設(shè)備142。此外,可以設(shè)置開關(guān)144,使得借助內(nèi)阻測量設(shè)備138可以短時將泵浦電壓脈沖和/或泵浦電流脈沖發(fā)出到單元134上,以便通過對泵浦電流Ip的相對應的電流測量來確定單元134的內(nèi)阻,該內(nèi)阻又可以是傳感器元件118的溫度的度量并且由此例如直接地或者間接地可以被用作調(diào)節(jié)量的實際值(在圖1中和在圖2中用“A”標明)。對于加熱器激勵設(shè)備122的可能的擴展方案,以下示例性地參閱圖2。由此可識別的是,在所示的實施例中,加熱器激勵設(shè)備122尤其是可以多件式地被構(gòu)建并且例如可以包括至少一個調(diào)節(jié)設(shè)備146和可選地包括至少一個控制設(shè)備148。此外,加熱器激勵設(shè)備122可以包括至少一個執(zhí)行環(huán)節(jié)150。所述執(zhí)行環(huán)節(jié)150例如可以被設(shè)立以便根據(jù)由調(diào)節(jié)設(shè)備146準備好的操縱變量B和/或由可選的控制設(shè)備148提供的控制操縱變量C (該控制操縱變量C也可以被稱作預控制量)通過一個或多個加熱器線路152向加熱設(shè)備124提供電能量。在此,在圖2中僅僅示出了一個執(zhí)行環(huán)節(jié)150。然而也可以設(shè)置多個執(zhí)行環(huán)節(jié)。這樣,例如調(diào)節(jié)設(shè)備146和控制設(shè)備148可以擁有自己的分開的執(zhí)行環(huán)節(jié)150,這些執(zhí)行環(huán)節(jié)150的輸出信號緊接著可以被組合。調(diào)節(jié)設(shè)備146、執(zhí)行環(huán)節(jié)150、傳感器元件118和傳感器激勵設(shè)備120可以一起形成調(diào)節(jié)回路154。調(diào)節(jié)設(shè)備146可以包括比較裝置156,在該比較裝置156中將調(diào)節(jié)量的實際值A(chǔ)與調(diào)節(jié)量的期望值D進行比較,以便由此確定操縱變量B。應指出的是,調(diào)節(jié)設(shè)備146此外還可以包括其他元件??刂圃O(shè)備148尤其是可以包括控制執(zhí)行環(huán)節(jié)158,借助所述控制執(zhí)行環(huán)節(jié)158根據(jù)指令變量E來形成控制操縱變量C。操縱變量B和控制操縱變量C可以彼此疊加,這可以順序地或也可以并行地進行。這在圖2中極其簡化地被示出。例如,這些信號可以相加。可替換地,如上面所描述的那樣,不同的執(zhí)行環(huán)節(jié)150也可以被用于調(diào)節(jié)設(shè)備146和控制設(shè)備148。為了預給定期望值D和/或指令變量E,加熱器激勵設(shè)備122此外還可以包括在圖2中勾畫的控制器160。該控制器160可以被加載有至少一個控制量,所述控制量在圖1和圖2中用F標明并且所述控制量表征了傳感器元件118的環(huán)境對傳感器元件118的溫度的影響。就控制量F的可能的擴展方案而言,可以參閱上面的描述。此處,尤其是可以順便暗示傳感器元件118的環(huán)境的溫度、例如氣體溫度和/或管壁溫度和/或表征氣體的流量的參數(shù)??刂破?60可選地在考慮至少一個控制量的情況下可以預給定指令變量E并且由此影響借助控制設(shè)備148進行的預控制??商鎿Q地或附加地,也可以由控制器160預給定實際值E。指令變量E和/或期望值D的選擇例如可以在使用相對應的選擇算法的情況下進行,例如通過特性曲線族、選擇函數(shù)等等來進行??刂破?60例如可以包括至少一個數(shù)據(jù)處理設(shè)備和/或至少一個存儲元件,借助所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備和/或存儲元件可以實現(xiàn)選擇算法。此外,加熱器激勵設(shè)備可以包括一個或多個控制元件162,所述控制元件162在圖2中示例性地被勾畫。所述控制元件162可以被布置在不同部位上,并且但是也可以完全或部分地與控制器160聯(lián)合??刂圃?62被設(shè)立用于執(zhí)行上面所述的至少一個控制步驟,在所述控制步驟中,至少一個被用于調(diào)整溫度的參數(shù)(在所示的實施例中為參數(shù)A、B)以及可選地由執(zhí)行環(huán)節(jié)150提供的加熱器功率(例如加熱器電流、加熱器電壓或類似參數(shù))可以被檢查并且必要時被影響。就其他細節(jié)而言,可以參閱上面的描述。借助上面所描述的方法和例如借助在圖1和圖2中所描述的傳感器設(shè)備110中的一個或多個,例如可以抵制在圖3中所描述的效應。這樣,在圖3中,作為陶瓷固體電解質(zhì)132的溫度T的函數(shù)繪制了針對通常的傳感器元件118的能斯脫單元(例如根據(jù)圖1的傳感器元件118的單元134)的內(nèi)阻R”在此,曲線164示出了新傳感器元件,而曲線166示出了老化的傳感器元件的性能。新傳感器元件的所期望的工作點在圖2中用168標明。這樣,傳感器元件的溫度在理想情況下應例如被調(diào)整到780V,這在新傳感器元件的情況下對應于為220 Ω的內(nèi)阻。而,如果內(nèi)阻R1被用作調(diào)節(jié)量,則老化的傳感器元件的曲線166示出了:在老化的傳感器元件中,220Ω的內(nèi)阻對應于為820°C的溫度、即偏差40°C。該偏差在傳感器精度方面敏感地使人感覺到。然而,為了實現(xiàn)為820°C的溫度,需要顯著更高的加熱功率。例如在圖2中所描述的調(diào)節(jié)因此例如在比較裝置156的輸出上和/或在執(zhí)行環(huán)節(jié)150的輸出上會提供與新傳感器元件相比更高的值。通過ー個或多個控制元件162可以識別這樣的偏差,并且必要時通過在控制步驟中的校正和通過操縱變量的相對應的影響來采取對應措施。在圖4中示例性地描述了在同時實施上面所描述的方法的情況下和在考慮排氣溫度Ttj作為控制量的情況下疊加控制和調(diào)節(jié)的不同可能性。在這種情況下,在垂直軸上繪制了表征加熱設(shè)備124的加熱功率并且此處用ル標明的量。在這種情況下例如可以涉及加熱器電壓,其中但是也可以繪制表征加熱功率的其他量。首先,進行預控制,例如借助控制設(shè)備148來進行。在圖4中所繪制的特性曲線示出了,在測量氣體室112中的氣體的何種溫度下必須由激勵設(shè)備114提供何種加熱功率UH,以便將傳感器元件保持在恒定溫度、例如根據(jù)圖3的780°C上。在較低的排氣溫度下,需要比在高排氣溫度情況下相對應更高的加熱功率。曲線170又示出了新傳感器元件的特性曲線,而曲線172示出了老化的傳感器元件的特性曲線。這樣的特性曲線170、172例如可以被寄存在控制器160中,使得例如圖2中的值D和E可以相對應地被選擇。在至少ー個控制步驟中的至少ー個操縱變量(例如借助圖2中的控制元件162)的影響可以以圖4中所示的不同方式來進行。例如,絕對上限(DeCkelUng)174可以根據(jù)加熱功率的固定預給定的極限值來實現(xiàn)。然而,可替換地或附加地,例如也可以預給定動態(tài)極限值,例如為下極限值176和/或上極限值178的形式的動態(tài)極限值,所述動態(tài)極限值例如可以圍繞特性曲線170、172來布置。例如,在達到極限值174、176、178時可以采取缺省值和/或加熱功率可以被關(guān)斷和/或可以采取上面所描述的影響措施中的ー個或多個另外的影響措施。曲線180最后示出了如下錯誤情況:在所述錯誤情況下,加熱功率在大約670°C之下的排氣溫度的范圍中會遠遠超過絕對上限174。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)整借助加熱設(shè)備(124)可加熱的傳感器元件(118)的溫度的方法,所述傳感器元件(118)用于檢測測量氣體室(112)中的氣體的至少一個特性、尤其是用于檢測氣體中的至少一個氣體成分的比例,其中所述方法包括對所述加熱設(shè)備(124)的至少調(diào)節(jié),其中調(diào)節(jié)包括下列方法步驟: a)檢測所述傳感器元件(I18)的至少一個調(diào)節(jié)量的至少一個實際值, b)確定所述至少一個調(diào)節(jié)量的期望值, c)借助期望值與實際值的比較來產(chǎn)生加熱設(shè)備(124)的至少一個操縱變量, d)執(zhí)行至少一個控制步驟,其中在所述控制步驟中檢查至少一個用于調(diào)整溫度的參數(shù),并且其中所述至少一個操縱變量根據(jù)所述檢查而被影響。
2.根據(jù)上一權(quán)利要求所述的方法,其中,此外還檢測至少一個控制量,其中所述控制量表征所述傳感器元件(118)的環(huán)境對所述傳感器元件(118)的溫度的影響,尤其是控制量選自:所述傳感器元件(118)的環(huán)境溫度;包含、生成或使用氣體的設(shè)備的工作參數(shù)、尤其是內(nèi)燃機的工作范圍、優(yōu)選地發(fā)動機工作點;表征在所述傳感器元件(118)的環(huán)境中出現(xiàn)的氣體流量的參數(shù);表征并且尤其是量化在傳感器元件的環(huán)境中出現(xiàn)的溫度的參數(shù)、尤其是排氣溫度、催化劑溫度和/或管壁溫度;發(fā)動機轉(zhuǎn)速;發(fā)動機負載狀態(tài)。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法,其中,該方法此外還包括對加熱設(shè)備(124)的控制,其中調(diào)節(jié)至少部分地疊加控制。
4.根據(jù)上述兩個權(quán)利要求所述的方法,其中,對加熱設(shè)備(124)的控制在考慮所述控制量的情況下進行。
5.根據(jù)上述三個權(quán)利要求之一所述的方法,其中,所述期望值的確定并且優(yōu)選地還有控制也在考慮所述控制量的情況下進行。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一 所述的方法,其中,所述至少一個調(diào)節(jié)量選自如下組:所述傳感器元件(118)的至少一個內(nèi)阻、尤其是所述傳感器元件(118)的至少一個電化學單元(134)的內(nèi)阻;所述傳感器元件(118)的溫度;在所述傳感器元件(118)的至少兩個電極(126,130)之間的電壓、尤其是在所述傳感器元件(118)的能斯脫單元(134)的兩個電極(126,130)之間的電壓;在所述傳感器元件(118)的至少兩個電極(126,130)之間的電流、尤其是在所述傳感器元件(118)的泵浦單元(134)的至少兩個電極(126,130)之間的電流;導電結(jié)構(gòu)的電阻、尤其是所述傳感器元件(118)的導電結(jié)構(gòu)的電阻。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法,其中,所述操縱變量選自如下組:附在加熱設(shè)備(124)上的加熱電壓、附在加熱設(shè)備(124)上的加熱功率、附在加熱設(shè)備(124)上的加熱電流、附在加熱設(shè)備(124)上的加熱功率的脈寬調(diào)制的參數(shù)。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法,其中,在所述控制步驟中所檢查的參數(shù)選自:所述調(diào)節(jié)量的實際值;所述調(diào)節(jié)量的期望值;所述操縱變量;控制量,其中所述控制量表征所述傳感器元件(118)的環(huán)境對所述傳感器元件(118)的溫度的影響。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法,其中,在所述控制步驟中對參數(shù)的檢查包括如下檢查中的一個或多個: -詢問:參數(shù)是否達到、低于或超過至少一個固定或動態(tài)預給定的閾值,并且可選地必要時情況如此多久; -詢問:參數(shù)的超過測量時段的隨時間變化的波動是否低于、達到或超過預給定的最大波動,并且可選地必要時情況如此多久; -將所述參數(shù)的時間變化曲線與至少一個期望變化曲線進行比較。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法,其中,在所述控制步驟中對所述操縱變量的影響包括如下影響中的一個或多個: -屏棄參數(shù)的單個或多個值和由此得到的對所述操縱變量的影響,尤其是屏棄參數(shù)的在時間上相鄰的波動極大的測量值; -對所述實際值進行濾波和由此得到的對所述操縱變量的影響; -對所述實際值求平均值和由此得到的對所述操縱變量的影響; -通過固定或動態(tài)預給定的最小值或最大值限制所述操縱變量; -將所述操縱變量設(shè)置到缺省值上; -將所述操縱變量降低預給定的數(shù)值或校正因數(shù); -利用至少一個校正函數(shù)將所述操縱變量轉(zhuǎn)換成被改變的操縱變量; -改變至少一個用于調(diào)整溫度的調(diào)節(jié)回路(154),尤其是關(guān)斷調(diào)節(jié)回路的積分部分; —關(guān)斷調(diào)節(jié)。
11.一種用于檢測測量氣體室(112)中的氣體的至少一個特性、尤其是用于確定氣體成分的比例的傳感器設(shè)備(110),其中,所述傳感器設(shè)備(110)包括至少一個用于檢測特性的傳感器元件(118),其中所述傳感器設(shè)備(110)包括至少一個用于加熱所述傳感器元件(118)的至少一部分的加熱設(shè)備(124),其中所述傳感器設(shè)備(110)此外還包括至少一個激勵設(shè)備(114),其中所述激勵設(shè)備(114)被設(shè)立以便執(zhí)行根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法。
全文摘要
建議了一種用于調(diào)整借助加熱設(shè)備(124)可加熱的傳感器元件(118)的溫度的方法,所述傳感器元件(118)用于檢測測量氣體室(112)中的氣體的至少一個特性。所述方法包括對所述加熱設(shè)備(124)的至少調(diào)節(jié),其中調(diào)節(jié)包括下列方法步驟a)檢測所述傳感器元件(118)的至少一個調(diào)節(jié)量的至少一個實際值,b)確定所述至少一個調(diào)節(jié)量的期望值,c)借助期望值與實際值的比較來產(chǎn)生加熱設(shè)備(124)的至少一個操縱變量,d)執(zhí)行至少一個控制步驟,其中在所述控制步驟中檢查至少一個用于調(diào)整溫度的參數(shù),并且其中所述至少一個操縱變量根據(jù)所述檢查而被影響。
文檔編號F01N11/00GK103140819SQ201180048510
公開日2013年6月5日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月6日
發(fā)明者J.施奈德, M.費伊, I.布拉克, M.里曼, R.哈曼 申請人:羅伯特·博世有限公司