用于確定氣體燃燒值的量值的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于確定氣體燃燒值的量值/大小/數(shù)值的裝置。此外，本發(fā)明涉及一種用于確定氣體燃燒值的量值的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以汽油或柴油作為燃料運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)可以針對(duì)運(yùn)行重新配備壓縮天然氣(CNG)。該氣體在不同國(guó)家通常具有不同的組成成分。特別是，氮?dú)饣蚨趸嫉某煞纸档蜌怏w燃燒值。獲知?dú)怏w的燃燒值對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的正確調(diào)節(jié)是有利的。
[0003]因此值得期望的是，提出一種用于確定氣體燃燒值的量值的裝置。此外應(yīng)提出一種用于確定氣體燃燒值的量值的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]用于確定氣體燃燒值的量值的裝置的一個(gè)實(shí)施形式在權(quán)利要求1中提出。用于確定氣體燃燒值的量值的裝置包括:膜，該膜構(gòu)造成用于在溫度閾值之上運(yùn)送氧；加熱單元，用于加熱膜；以及第一電極，該第一電極設(shè)置在膜的第一側(cè)上；以及第二電極，該第二電極設(shè)置在膜的與第一側(cè)不同的第二側(cè)上。此外，該裝置包括可控的電壓/電流源，用于在第一與第二電極之間產(chǎn)生控制電壓/控制電流，該控制電壓/控制電流用于控制通過(guò)膜的氧運(yùn)送；并且包括分析處理單元，用于確定氣體燃燒值的量值，該氣體具有可燃成分。在第一電極設(shè)置在包含該氣體的第一環(huán)境中并且第二電極設(shè)置在包含與該氣體不同的具有氧的基準(zhǔn)氣的第二環(huán)境中的情況下，可控的電壓/電流源構(gòu)造成，如此產(chǎn)生控制電壓/控制電流，從而根據(jù)控制電壓/控制電流的水平通過(guò)膜運(yùn)送氧的量使得該氣體的可燃成分燃燒。分析處理單元構(gòu)造成，根據(jù)產(chǎn)生的控制電壓/產(chǎn)生的控制電流或者根據(jù)膜的溫度水平或者根據(jù)膜的阻抗來(lái)確定氣體燃燒值的量值。
[0005]用于確定氣體燃燒值的量值的方法的實(shí)施形式在權(quán)利要求12中提出。該方法包括以下步驟:
[0006]-提供根據(jù)上述實(shí)施形式所述的用于確定氣體燃燒值的裝置；
[0007]-該裝置如此設(shè)置，使得第一電極設(shè)置在第一環(huán)境中，而第二電極設(shè)置在第二環(huán)境中；
[0008]-在第一電極與第二電極之間如此施加具有一定水平的控制電壓/控制電流，使得一定量的氧從第二環(huán)境通過(guò)膜運(yùn)送到第一環(huán)境以使氣體的可燃成分燃燒；
[0009]-氧在第一環(huán)境中在第一電極上燃燒；
[0010]-在燃燒過(guò)程期間通過(guò)分析處理控制電壓/控制電流的水平或者通過(guò)分析處理膜的溫度的水平或者通過(guò)分析處理在第一電極與第二電極之間的阻抗來(lái)確定氣體的燃燒值的量值。
[0011]膜、加熱單元以及第一和第二電極可以例如是氧傳感器(Lambdasonde)的一部分。氧傳感器通常用于測(cè)量在燃燒氣體中存在的剩余的氧含量，以便由此調(diào)節(jié)燃燒空氣與用于繼續(xù)燃燒的燃料的比，從而既不會(huì)出現(xiàn)燃料過(guò)量也不會(huì)出現(xiàn)空氣過(guò)量。氧傳感器可以為此設(shè)置在具有含氧的基準(zhǔn)氣的環(huán)境與引導(dǎo)廢氣流的環(huán)境之間。
[0012]可以應(yīng)用摻雜鐿(YSZ)的陶瓷作為在第一電極與第二電極之間的膜。為了在氧傳感器中使YSZ膜實(shí)現(xiàn)其氧離子傳導(dǎo)能力或者為了使氧離子能由一個(gè)電極通過(guò)膜泵送到另一電極，可以借助于加熱單元將膜加熱到大約700°c。氧傳感器可以包含基準(zhǔn)通道，通過(guò)基準(zhǔn)通道含氧的環(huán)境空氣擴(kuò)散到傳感器的加熱區(qū)域中。當(dāng)氧傳感器應(yīng)用在車(chē)輛中時(shí)，第一電極設(shè)置在廢氣流中，而第二電極設(shè)置在基準(zhǔn)通道中。
[0013]由于在廢氣流與含氧的環(huán)境空氣之間的氧濃度差，在氧傳感器中產(chǎn)生氧的離子擴(kuò)散，從而氧離子由基準(zhǔn)氣的高濃度并因此由第二電極通過(guò)膜迀移至第一電極或廢氣的低氧濃度。氧原子離子化所需的電極由能導(dǎo)電的第一和第二電極提供。由此可以在第一與第二電極之間量取電壓。根據(jù)該探測(cè)電壓可以推斷是否在廢氣流中存在大量或少量氧。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在在根據(jù)權(quán)利要求1的用于確定氣體燃燒值的量值的裝置中將氧傳感器轉(zhuǎn)用為MEMS爐。氣體中的微燃燒所需的氧通過(guò)基準(zhǔn)通道擴(kuò)散到第二電極，該第二電極現(xiàn)在作為泵陰極以相比于通常的氧傳感器相反的極性運(yùn)行。為了將氧由基準(zhǔn)氣泵送到燃燒值待確定的氣體中，在第一電極與第二電極之間施加控制電壓/控制電流。由此氧離子從第二電極通過(guò)膜運(yùn)送到第一電極，該第一電極位于燃燒值待確定的氣體的氣流中。
[0015]氧離子或轉(zhuǎn)換為分子氧的氧離子在第一電極的區(qū)域中與氣體的可燃成分燃燒。燃燒過(guò)程基于第一電極和第二電極的催化作用在沒(méi)有火焰產(chǎn)生的情況下進(jìn)行，該電極例如可以構(gòu)成為多孔的鉑電極。
[0016]根據(jù)用于確定氣體燃燒值的量值的裝置或方法的第一可能的實(shí)施形式，通過(guò)分析處理單元分析處理由可控的電壓/電流源產(chǎn)生的控制電壓/控制電流，該控制電壓/控制電流是用以將氧離子泵送到氣體中并且與氣體在其中燃燒所必需的?？刂齐妷?控制電流由可控的電壓/電流源在由分別為第一持續(xù)時(shí)間和緊接著的第二持續(xù)時(shí)間組成的相繼的時(shí)間周期中僅僅在第二持續(xù)時(shí)間期間在第一電極與第二電極之間產(chǎn)生。在第一持續(xù)時(shí)間期間，在第一電極與第二電極之間出現(xiàn)的電壓由電壓測(cè)量單元測(cè)量。控制單元根據(jù)在第一持續(xù)時(shí)間期間測(cè)量的電壓來(lái)調(diào)節(jié)控制電壓/控制電流。例如控制電壓/控制電流可以如此調(diào)節(jié)，使得在第一電極與第二電極之間測(cè)量的電壓具有大約450mV的水平。
[0017]根據(jù)用于確定氣體燃燒值的量值的裝置或方法的第二和第三可能的實(shí)施形式，在應(yīng)用可控電壓源的情況下，由可控電壓源在第一電極與第二電極之間產(chǎn)生大約0.3V至2V的電壓，以便將氧離子從基準(zhǔn)氣泵送到待確定燃燒值的氣體中并且連同該氣體的可燃成分一起燃燒。放熱反應(yīng)導(dǎo)致膜的溫度升高，該溫度升高可以考慮為用于燃燒值的量值。
[0018]根據(jù)裝置或方法的第二實(shí)施形式，加熱單元可以構(gòu)造為脈寬調(diào)制的加熱單元。脈寬調(diào)制的加熱單元可以如此構(gòu)成，使得如果膜的溫度對(duì)于氧離子輸送而言太低，那么加熱單元的脈寬調(diào)制率(PWM率)自動(dòng)上升；或者如果膜的溫度太高或者顯著高于上面提出的溫度閾值，那么脈寬調(diào)制率自動(dòng)降低。膜的溫度升高現(xiàn)在可以通過(guò)分析處理由于膜因燃燒過(guò)程的加熱而下降的加熱單元的PWM率。
[0019]根據(jù)裝置或方法的第三實(shí)施形式，由分析處理單元在泵氧階段中在相繼的時(shí)間周期的第一持續(xù)時(shí)間期間確定在第一電極與第二電極之間的阻抗。在此利用膜的阻抗是溫度有關(guān)的。
【附圖說(shuō)明】
[0020]將在下文中參照示出本發(fā)明的實(shí)施例的附圖進(jìn)一步闡明本發(fā)明。其中:
[0021]圖1示出用于確定氣體燃燒值的量值的裝置的第一實(shí)施形式；
[0022]圖2示出用于確定氣體燃燒值的量值的裝置的第二實(shí)施形式；
[0023]圖3示出用于確定氣體燃燒值的量值的裝置的第三實(shí)施形式；
[0024]圖4示出用于確定氣體燃燒值的量值的裝置的第四實(shí)施形式；
[0025]圖5示出用于確定氣體燃燒值的量值的裝置的第五實(shí)施形式；
[0026]圖6示出用于確定氣體燃燒值的量值的裝置的第六實(shí)施形式；
[0027]圖7示出用于確定氣體燃燒值的量值的裝置的第七實(shí)施形式。
【具體實(shí)施方式】
[0028]圖1至7示出了用于確定氣體G的燃燒值的量值的裝置的不同實(shí)施形式，該氣體具有能燃燒的成分。在所有實(shí)施形式中，該裝置具有膜10、加熱單元20、第一電極30、第二電極40、可控的電壓/電流源50以及分析處理單元60和用于控制可控的電壓/電流源50的控制單元70。首先詳細(xì)說(shuō)明用于確定氣體燃燒值的量值的裝置的不同實(shí)施形式的共同構(gòu)件。緊接著探討裝置的各個(gè)實(shí)施形式的特定特征。
[0029]在用于確定氣體燃燒值的裝置的實(shí)施形式I至7中，膜10可以包括例如由摻雜鐿的陶瓷組成的材料。膜10可構(gòu)造成使得，該膜在加熱超過(guò)溫度閾值時(shí)適合用于運(yùn)送氧，特別是氧離子。加熱單元20可以構(gòu)造成用于加熱膜，特別是加熱膜到溫度閾值，在該溫度閾值，膜對(duì)于氧是可滲透的。第一和第二電極30、40能以多孔的形式由鉑組成的材料構(gòu)成。第一電極30可以設(shè)置在膜10的第一側(cè)11上，該第一側(cè)位于氣體G的第一環(huán)境Ul中，該氣體的燃燒值的量值待被確定。第二電極40可以設(shè)置在膜10的與第一側(cè)不同的第二側(cè)12上。第二電極40并因此膜10的第二側(cè)12可以設(shè)置在第二環(huán)境U2中，該第二環(huán)境包含與氣體G不同的含氧的基準(zhǔn)氣RG。
[0030]可控的電壓/電流源50構(gòu)造成用于在第一與第二電極30、40之間產(chǎn)生控制電壓/控制電流，該控制電壓/控制電流用于控制通過(guò)膜10的氧運(yùn)送。在第一電極30設(shè)置在包含氣體G的第一環(huán)境Ul中并且第二電極40設(shè)置在包含具有氧的基準(zhǔn)氣RG的第二環(huán)境U2中的情況下，可控的電壓/電流源50特別是構(gòu)造成產(chǎn)生控制電壓/控制電流，從而根據(jù)控制電壓/控制電流的水平通過(guò)膜10運(yùn)送氧的量使得氣體G的可燃成分燃燒。
[0031]控制單元70以相繼的時(shí)間周期如此控制可控的電壓/電流源