用于对内燃机的能够加热的废气探测仪进行诊断的方法和 诊断装置 【技术领域】
本发明涉及一种按权利要求 1 的前序部分所述的用于对内燃机的能够加热的废 气探测仪进行诊断的方法以及一种按权利要求 15 的前序部分所述的诊断装置。背景技术
广为人知的是， 给内燃机尤其用于机动车的内燃机配备一个或者多个废气探测 仪。 所述废气探测仪通常与内燃机的控制和 / 或调节装置相连接， 使得所述控制和 / 或调节 装置可以检测到关于从内燃机的燃烧室中流出的废气的成分的信息。作为废气探测仪， 通 常在内燃机中设置了至少一个氧传感器， 利用所述氧传感器可以检测废气中的氧浓度。这 能够推断出燃烧室中的空气 - 燃料比， 从而比如可以如此调节所述内燃机， 从而遵守废气 条例。
所述氧传感器可以划分为所谓的跃变传感器和宽带传感器。 所述宽带传感器又可 以构造为单室宽度传感器或者构造为双室宽带传感器。跃变传感器对于废气的处于 λ=1 范围内的空气系数来说具有相当高的敏感性。对于不是处于大约 λ=1 范围内的空气系数 来说， 所述跃变传感器的敏感性较低。 因此在废气中的空气系数连续上升时， 一旦该空气系 数进入到大约 λ=1 的范围中就产生由跃变传感器产生的输出信号。相反， 宽带氧传感器在 所述空气系数的围绕着数值 λ=1 的范围之外也具有较高的敏感性。
现代的内燃机通常具有一个或者两个氧传感器， 其中对于汽油机来说使用跃变传 感器和 / 或宽带传感器。柴油机主要具有宽带氧传感器。
在内燃机运行时， 所述控制和 / 或调节单元检测由所述氧传感器以及内燃机的其 它传感器所产生的传感器信号并且根据这些传感器来运行内燃机。 为了能够识别传感器中 的故障， 所述控制和 / 或调节装置在内燃机的运行过程中检查单个的传感器信号。在此通 常在以下方面检查所述信号， 即是否存在电气故障 （比如电线的短路或中断） 。为此比如可 以检查， 所述传感器信号是否处于允许的数值范围内。除此以外， 所述控制和 / 或调节装置 通常检查， 是否存在系统故障。 比如在借助于不同的传感器检测到的参量相互矛盾时， 就识 别出系统故障。如果所述控制和 / 或调节装置识别出电气故障和 / 或系统故障， 则其将出 现的故障记录在故障存储器中。
已知的比如为了在内燃机或者说装有所述内燃机的机动车上准备维修或者在进 行保养作业时实施的诊断方法比如动用保存在故障存储器中的信息。 由此在一定的范围内 可以推断氧传感器的功能能力。但是， 由于在内燃机运行时在内燃机的不同的组件之间存 在着复杂的相互影响， 所以不可能足够准确无误且可靠地对单个的氧传感器进行诊断。如 果比如识别出电气故障， 那么通常不能有把握地确定， 故障是基于氧传感器的缺陷还是所 述控制和 / 或调节装置尤其用于氧传感器的传感器信号的分析线路有缺陷。此外， 系统故 障在很多情况下无法明确地分配给特定的传感器比如特定的氧传感器。 在此存在着氧传感 尽管在实际上是内燃机的其它组件尤其内 器被错误地识别为有缺陷的氧传感器这种危险，燃机的其它传感器没有正确地工作。 因而， 如果在内燃机中出现故障， 那么在使用已知的诊 断方法时会出现费时的故障查找工作， 直到最终识别事实上有缺陷的组件。对于已知的诊 断方法来说， 在实际上不能可靠地推断出氧传感器的故障的种类。
单室及双室宽带氧传感器比如从 DE 10 2006 014 266 A1 中得到公开。此外， 从 DE 197 16 173 A1 中知道， 检测氧传感器的电极与氧传感器的加热元件之间的泄漏电流。 发明内容 本发明的任务是， 说明一种用于对内燃机的废气探测仪进行诊断的方法， 该方法 允许可靠并且精准地诊断废气探测仪并且能够就废气探测仪上的可能存在的故障的种类 作出结论。关于本发明的装置方面， 所述任务在于说明一种设置用于实施所述方法的诊断 装置。
这些任务相应地通过独立权利要求所述特征得到解决。 所述废气探测仪优选是氧 传感器尤其跃变传感器、 单室宽带传感器或者双室宽带传感器。在借助于所述按本发明的 方法来诊断废气探测仪时， 可以在很大程度上在不依赖于内燃机的其它组件的情况下来检 查废气探测仪的若干参数。尤其排除与内燃机的其它传感器之间的相互影响。在此不必访 问所述控制和 / 或调节装置的故障存储器。通过废气探测仪的温度的调节尤其通过废气探 测仪的传感器元件的温度的调节， 来将废气探测仪置于所定义的工作点上， 使得所述诊断 以较高的可靠性和可再现性来提供结果。
在内燃机停止时并且在内燃机不在运行中时执行所述方法。 在这种情况下废气探 测仪可以仍然安装在内燃机中。 但是按本发明的方法的诊断也可以在从内燃机中拆卸下来 的废气探测仪上来实施。
总之， 通过所述按本发明的方法能够快速且可靠地检查废气探测仪的故障。 此外， 可以比较详细地鉴定废气探测仪， 所述鉴定不仅可以在内燃机或者装有所述内燃机的机动 车的废气探测仪的维修或保养作业的范围内实施而且也可以在其制造过程的结束时来实 施。 也可以设想， 在事实表明刚好制造的机动车没有正确地工作时来实施所述方法， 从而可 以借助于所述按本发明的方法来更为精确地分析故障的种类。 这样的更为精确的分析也称 为 “零千米鉴定 （Null-Kilometer-Befundung） ” 。此外由客户在需要生产商保修的情况下 投诉的机动车的氧传感器可以借助于所述按本发明的方法来检查。
优选的是， 将电压加载到与所述废气探测仪的一个单元尤其泵单元 （在使用双室 传感器的情况下） 或者组合的泵及测量单元 （在使用单室传感器的情况下） 的电极相连接的 接头上， 从而作为电流来检测在废气探测仪功能正常时通过所述单元流动的泵电流。而后 可以通过对所检测到的泵电流的分析来检查， 废气探测仪是否具有功能能力或者废气探测 仪是否有故障。
在此特别优选的是， 所述电压逐步地以交换的方向如此变化， 使得所述电压先后 具有不同的电压值并且为这些电压值中的至少两个电压值检测到电流的所属的电流值。 优 选的是， 所述两个电压值相同， 在此为所述两个电压值检测所属的电流值。
在此优选的是， 通过对电流值的分析优选通过电流值彼此间的比较来检查关于所 加载的电压与所检测到的电流之间的依赖关系的滞后现象。 如果刚好检测两个用于两个相 同的在不同时刻加载的电压值的电流值， 那么作为用于所述滞后现象的尺度可以考虑所述
两个电流值之间的差。如果该差在数值方面大于预先给定的阈值， 那就可以在所述单元的 电极之一上推断出故障， 尤其染黑现象， 也就是说由于过载 / 过高的电压引起的陶瓷减少 现象。
此外优选的是， 将所述电压加载到与所述废气探测仪的微调电阻相连接的接头 上。由此一方面可以检查， 所述废气探测仪内部的微调电阻是否通过废气探测仪的连接电 缆直接与废气探测仪的相应的接头相连接， 所述电压加载到所述相应的接头上。如果电流 处于允许的范围之外， 那就可以推断出所述微调电阻的较差的接触状况或者所述接头之一 与所述微调电阻之间的连接的中断或者与所述微调电阻并联的分路 （Nebenschluss） 。 一般 来讲， 分路是指不受欢迎的有导电能力的线路， 该线路并联于受欢迎的有导电能力的主线 路延伸。如果电流处于允许的范围之内， 那就可以借助于该电流来求得所述微调电阻的数 值。
在此可以优选根据所述微调电阻的数值比如在空气上求得用于泵电流的额定值， 作为电压可以加载正的泵电压并且根据所述额定值和泵电流来检查所述废气探测仪。 在此 优选求得所述泵电流与所述额定值之间的商。如果这个商在数值方面大于预先给定的数 值， 那就比如在所述单元的扩散阻挡层中或者在其传感器陶瓷中识别出裂纹或者识别出所 述单元的电极之间的电气分路。如果这个商在数值方面小于另一个阈值， 那就优选识别出 所述扩散阻挡层的污染 （ “蚀斑 （Versottung） ” ） 。
作为其它的检查可以规定， 作为电压加载负的泵电压， 作为电流来检测反相的泵 电流， 并且检查电流是否处于预先给定的允许的范围内。太小的电流暗示着所述废气探测 仪的保护层受到污染或者所述废气探测仪的加热不够。如果电流太大， 则可能在电极之间 存在着电气的分路或者所述废气探测仪的保护层的损坏或者说缺失。
为了识别通过污染也就是明确地讲通过废气探测仪的传感器元件与壳体之间的 区域中的炭黑覆盖引起的分路， 可以在所述单元的电极优选所述泵单元的内电极与所述废 气探测仪的有导电能力的壳体件之间加载所述电压， 作为电流来检测壳体电流， 并且检查 所述壳体电流是否小于或者等于预先给定的最高值。如果该电流超过所述最高值， 那么所 述方法就确定， 炭黑或者其它尤其金属的沉积物已经沉积在所述传感器元件与壳体尤其壳 体的保护管之间。
所述废气探测仪的上面所描述的检查经常包括所检测到的电流比如根据所检测 到的电流而形成的参量与预先给定的阈值或者预先给定的允许的范围之间的比较。 因为使 用不同类型的废气探测仪， 所以必须根据所述废气探测仪的类型来预先给定所述阈值或者 说允许的范围。此外经常必须使工作参数的调节与所述废气探测仪的类型相匹配。为此可 以根据使用者的手动输入来确定所述废气探测仪的类型。但是优选的是， 检测或求得至少 一个表征所述废气探测仪的至少一个单元的单元电阻优选所述废气探测仪的测量单元的 单元电阻的测量参量并且根据所述测量参量来确定所述废气探测仪的类型。已经发现， 所 述废气探测仪的各种类型尤其在其单元电阻方面区别于彼此， 因而可以将类型分配给单元 电阻。通过自动地确定所述废气探测仪的类型这种方式， 在很大程度上避免了由使用者引 起的操作错误。
为了求得单元电阻可以规定， 作为电压将至少一种测量电压加载到所述单元上并 且作为用于每种测量电压的测量参量来检测流经所述单元的电流。 由此可以更加可靠地确定所述废气探测仪的类型， 因为不仅为一种电压而是为多种电压求得所述电阻。
在此特别优选的是， 在时间上先后将至少两种具有不同极性的测量电压加载到所 述单元上。比如由此在第一种情况下可以推导出关于单元陶瓷 （Zellenkeramik） 的欧姆电 阻的结论并且在第二种情况下可以推导出关于输送给电极的氧气输送的扩散电阻的结论。 由此可以将同一类型的废气探测仪的由老化引起的变化与不同类型的废气探测仪之间的 差别区分开来。通过这种方式， 在自动地识别所述废气探测仪的类型时至少在很大程度上 避免由于废气探测仪的老化或者磨损而引起的故障。
在本发明的一种优选的实施方式中将所述测量参量或者每个测量参量与阈值进 行比较， 并且根据这种比较来确定废气探测仪的类型。 也就是说， 为每个测量参量求得一种 比较结果并且在逻辑上将比较结果彼此联结， 用于确定废气探测仪的类型。
所述废气探测仪暴露在气体下面， 这种气体的氧气含量形成影响所述单元电阻的 另一个影响因素。所述废气探测仪安装在流行的内燃机的排气管中， 所述内燃机的排气管 通常相对于外界空气如此良好地得到密封， 从而在切断内燃机之后含氧少的废气留在所述 排气管中并且比较缓慢地与环境进行气体交换。因此会出现这样的情况， 即在执行所述方 法时所述废气探测仪暴露在含氧少的气体下面 （空气系数 λ<1） 。 为了在识别所述废气探测 仪的类型时尽可能地消除干扰性的影响， 优选的是， 在将至少一种测量电压加载到所述单 元上之前检测通过所述废气在所述单元上产生的单元电压并且根据所述单元电压来预先 给定至少一种测量电压。在此可以规定， 以所检测到的单元电压为幅度来提高所述至少一 种测量电压。 作为上面提到的任务的另一种解决方案， 提出一种具有权利要求 14 所述特征的 诊断装置。借助于这样的诊断装置可以特别容易地对所述废气探测仪进行检查。为此在发 动机停止时松开所述废气探测仪与内燃机的控制和 / 或调节装置之间的电气连接并且将 废气探测仪的接头与所述诊断装置连接起来。由此能够分开地对废气探测仪进行诊断。由 此要么明确地确定要么可靠地排除所述废气探测仪上的故障。
所述诊断装置可以设置用于执行按本发明的方法并且由此可以实现按本发明的 方法的所有优点。尤其所述诊断装置可以具有能够编程的计算机， 对该计算机进行了编程 以执行所述按本发明的方法。
附图说明 本发明的其它特征和优点从以下说明中获得， 在以下说明中借助于附图对本发明 的示范性的实施方式进行详细解释。附图示出如下 ： 图 1 是连接到双室宽带氧传感器上的诊断装置的示意图 ； 图 2 是类似于图 1 的示意图， 但是其中所述氧传感器是单室宽带氧传感器 ； 图 3 到 7 分别是作为用于对在图 1 和 2 中示出的氧传感器进行诊断的方法的实施例的 流程图的一部分 ； 并且 图 8 是图 3 到 7 的方法的步骤的详细的示意图。
具体实施方式
图 1 的示意图示出了双室宽带氧传感器 11， 该双室宽带氧传感器 11 通过插塞连接器 13 的形式的电气连接连接到诊断装置 15 上。所述氧传感器 11 属于内燃机的排气系统 （未示出） 。该氧传感器 11 比如可以沿流动方向在废气催化器之前或之后布置在所述排气 系统的排气管中。但是该氧传感器 11 也可以为了诊断的目的而暂时从内燃机中卸下。也 可以设想， 该氧传感器 11 为了首次安装在内燃机中并且为了首次功能测试而连接到所述 诊断装置 15 上。首次功能测试也可以在已经安装了氧传感器 11 的情况下来实施。
该氧传感器 11 具有泵单元 17。所述泵单元 17 包括外泵电极 19， 该外泵电极 19 与插塞连接器 13 的用 “APE” 表示的接头相连接。所述泵单元 17 的内泵电极 21 与所述插 塞连接器 13 的接头 IPN 相连接。在外泵电极 19 与内泵电极 21 之间存在着由二氧化锆构 成的固体电解质 23。在所述氧传感器 11 已经安装到排气系统中的情况下， 所述泵单元 17 的通过外泵电极 19 限定的一侧朝向内燃机的排气管的内室， 相反所述泵单元 17 的由内泵 电极限定的一侧则朝向在所述氧传感器 11 的内部存在的扩散缝隙 （未示出） 。所述泵单元 17 由此处于所述氧传感器 11 的朝向排气管的内室的一侧与所述氧传感器 11 的扩散缝隙之 间。
在所述扩散缝隙与所述氧传感器 11 的通常与外界空气相连接的基准空气通道 （未示出） 之间布置了通常称为能斯特单元 （Nernst-Zelle） 25 的测量单元。该能斯特单元 25 具有第二固体电解质 27， 在该第二固体电解质 27 的朝向扩散缝隙的一侧上布置了能斯 特电极 29， 所述能斯特电极 29 与所述插塞连接器 13 的接头 IPN 进行了电气连接。在所述 第二固体电解质 27 的朝向基准空气通道的一侧上布置了所述能斯特单元 25 的基准电极 31。所述基准电极 31 与所述插塞连接器 13 的接头 RE 进行了电气连接。此外， 所述氧传感 器 11 具有加热元件 33， 该加热元件 33 与所述插塞连接器 13 的两个接头 H+ 和 H- 相连接。 该加热元件 33 和所述两个单元 17 及 25 集成到所述氧传感器 11 的传感器单元中， 使得所 述加热元件 33 与所述单元 17、 25 尤其与其固体电解质 23、 27 进行了热耦合。
所述氧传感器 11 按照一种合适的制造工艺来构成。比如所述氧传感器 11 可以构 造为所谓的指式传感器 （Finger-Sonde） 或者在平面工艺中制造。在不依赖于所使用的制 造工艺的情况下， 所述氧传感器 11 具有壳体 35， 该壳体 35 具有有导电能力的壳体件 37， 所 述壳体件 37 比如可以由金属制成。所述有导电能力的壳体件 37 与所述诊断装置 15 相连 接。
此外， 在所述氧传感器 11 中布置了微调电阻 39， 其中所述微调电阻 39 的第一接头 与所述插塞连接器 13 的接头 APE 相连接并且所述微调电阻 39 的第二接头与所述插塞连接 器 13 的接头 RT 相连接。所述微调电阻 39 比如可以具有大约 30Ohm 到 300Ohm 的数值。该 微调电阻 39 的数值一般紧接在氧传感器的制造之后确定。 为此， 将该微调电阻 39 与调节电 子装置中的测量电阻并联连接。而后如此调节该微调电阻， 从而在所述氧传感器 11 暴露在 具有空气系数 λ=1 的气体下面时通过所述测量电阻产生预先给定的电流 （比如 2.54mA） 。 由此在所述氧传感器 11 运行时可以借助于所述微调电阻 39 至少在很大程度上对所述氧传 感器 11 的制造公差进行补偿。
所述诊断装置 15 具有第一电压源 41， 该第一电压源 41 能够由所述诊断装置 15 的 控制机构 43 来控制。所述第一电压源 41 与第一电流传感器 45 串联。所述第一电流传感 器 45 与所述控制机构 43 相连接， 使得该控制机构 43 可以检测通过所述第一电压源 41 流 动的电流 I1。所述第一电流传感器 45 的背向电压源 41 的接头与所述插塞连接器 13 的接头 APE 相连接。所述第一电压源 41 的背向第一电流传感器 45 的一侧与第一开关元件 47 和第二开关元件 49 的一个接头相连接。所述第一开关元件 47 的另一个接头与所述插塞连 接器 13 的接头 RT 相连接。所述第二开关元件 49 的另一个接头连接到所述插塞连接器 13 的接头 IPN 上。
在所述接头 APE 与 RE 之间布置了电压传感器 52， 该电压传感器 52 如此与所述控 制机构 43 相连接， 使得该控制机构 43 可以检测加载在所述接头 APE 与 RE 之间的电压 UM。
此外， 所述诊断装置 15 具有第二电压源 51， 该第二电压源 51 与第二电流传感器 53 串联。所述第二电压源 51 能够控制并且如此连接到所述控制机构 43 上， 使得该控制机 构 43 可以调节由所述第二电压源 51 在其运行时产生的电压 U2。 所述第二电流传感器 53 如 此耦合到所述控制机构 43 上， 使得该控制机构 43 可以检测通过所述第二电压源 51 流动的 电流 I2。所述第二电流传感器 53 的背向第二电压源 51 的接头与所述插塞连接器 13 的接 头 IPN 相连接。所述第二电压源 51 的背向第二电流传感器 53 的接头连接到第三开关元件 55 及第四开关元件 57 上。所述第三开关元件 55 的不是直接与所述第二电压源 51 相连接 的接头与所述氧传感器 11 的壳体件 37 相连接， 并且所述第四开关元件 57 的不是直接连接 到所述第二电压源 51 上的接头与所述插塞连接器 13 的接头 RE 相连接。每个开关元件 47、 49、 55、 57 与所述控制机构 43 相耦合， 使得所述控制机构 43 可以单个地触发各个开关元件 47、 49、 55、 57（为简明起见， 相应的连接未在图 1 中示出） 。总之， 所述开关元件 47、 49、 55、 57 形成用于将所述电压源 41、 51 以及所属的电流传感器 45、 53 与所述插塞连接器 13 的各 个接头 APE、 RT、 IPN、 RE 并且与所述壳体连接起来的开关装置。在所述诊断装置 15 的其它 实施方式中， 所述开关装置以其它的方式构成。所述开关元件可以布置在所述插塞连接器 13 的其它接头上， 比如也可以布置在信号电极与加热器电极之间， 用于检查内部的泄漏电 流。也可以设置不同数目的开关元件。除此以外， 可以设想， 取代两个电压源 41、 51 而设置 仅仅一个或者两个以上的电压源并且相应地降低或者说提高所述开关元件的数目。 所述开 关元件 47、 49、 55、 57 可以以任意的方式 （比如半导体开关或者配电继电器） 来实现。
此外， 所述诊断装置 15 具有用于借助于所述能斯特单元 25 的内电阻来调节氧传 感器 11 的温度的调节元件 59。所述调节元件 59 与所述插塞连接器 13 的两个连接到所述 氧传感器 11 的加热元件 33 上的接头 H+ 和 H- 相连接。所述调节元件 59 连接到所述控制 机构 43 上， 使得该控制机构 43 可以控制所述调节元件 59， 比如用于预先给定额定值。
在图 2 的示意图中， 所述废气探测仪构造为单室宽带氧传感器 61。所述单室宽带 氧传感器 61 不是具有泵单元 17 和能斯特单元 25 而是具有组合的泵及能斯特单元 63。因 此在这个氧传感器 61 中仅仅存在着所述第一固体电解质 23。 在所述第一固体电解质 23 的 在安装了氧传感器 61 的情况下朝向所述排气管的内室的一侧上布置了外电极 65。在所述 第一固体电解质 23 的背向所述内室的一侧上布置了内电极 67。 外电极 65 与所述插塞连接 器 13 的接头 ALE 进行了电气连接， 并且所述内电极 67 与所述插塞连接器 13 的接头 IPE 进 行了电气连接。
除了在单室宽带氧传感器 61 中仅仅存在一个单元 63 这种情况之外， 该单室宽带 氧传感器 61 具有和在图 1 中示出的双室宽带氧传感器 11 相同的原理结构。所述单室宽带 氧传感器 61 的相应的部件因此用相同的附图标记来表示并且没有再次详细解释。在图 2 中示出的简化的诊断装置 15 可以连接到所述单室宽带氧传感器 61 上。对于在图 2 中示出的诊断装置 15 来说， 不存在着在图 1 中示出的第三开关元件 55 和第四开关元件 57。也可 以结合所述单室宽带氧传感器 61 来使用在图 1 中示出的诊断装置 15。所述诊断装置 15 的 接头 RT 在这种情况下可以闲置， 并且所述组合的泵及能斯特单元 63 以其接头 ALE 连接到 所述诊断装置 15 的接头 APE 上并且以其接头 IPE 连接到所述诊断装置 15 的接头 IPN 和 RE 上。
在一种未示出的实施方式中， 所述单室宽带氧传感器 61 具有所述微调电阻 39。 这 个微调电阻 39 比如可以布置在所述接头 ALE 与在图 2 所示的氧传感器 61 中不存在的接头 RT 之间。
下面借助于在图 3 到 7 中示出的流程图， 对一种用于诊断废气探测仪尤其双室氧 传感器 11 或者单室氧传感器 61 的方法 71 进行详细解释。该方法 71 可以借助于在图 1 和 2 中示出的诊断装置在受到其控制机构 43 控制的情况下来实施。与此有别的是， 所述方法 71 也可以以其它的方式尤其用其它构造的诊断装置和 / 或其它比如动态的比如正弦状的 电压 - 时间 - 程序或者说电流 - 时间 - 程序来实施。
在使用所述诊断装置 15 时， 所述氧传感器 11 可以在电气方面与所述内燃机的控 制和 / 或调节装置分开， 并且与所述诊断装置 15 相连接。 这比如可以通过以下方式来进行， 即在执行所述方法 71 之前手动松开氧传感器 11 与控制仪之间的插塞连接器 13 并且手动 建立氧传感器 11 与诊断装置 15 之间的插塞连接。所述方法 71 比如在内燃机停止时或者 在其处于稳定的工作点中时来执行。所述氧传感器 11 在此仍然可以安装在内燃机中。但 是也可以在执行所述方法 71 之前将所述氧传感器 11 从内燃机中卸下来。因为在执行所述 方法 71 时不仅所述诊断装置 15 而且所述氧传感器 11 都不与所述内燃机的控制仪相连接， 所以可以借助于该方法 71 来分开地实施对所述氧传感器 11 的诊断。由此至少可以在很大 程度上排除与所述内燃机的控制和 / 或调节装置或者其它部件尤其内燃机的传感器和激 励器之间的相互影响。因为在完全不依赖于所述内燃机的控制和 / 或调节装置的情况下执 行所述方法。
在所述方法 71 开始 73 之后， 在传感器识别步骤 75 中确定所述氧传感器 11 的类 型。单个的用在用于机动车的内燃机中的氧传感器即使在原理结构相同时 （单室传感器或 者双室传感器） 也具有尤其单个的单元 17、 25、 63 的显著不同的几何形状。
从中产生了关于不同类型的氧传感器 11 的电气特性的巨大差别。传感器识别装 置 75 通过电气测量来确定传感器的类型， 从而可以根据所述氧传感器 11 的所确定的类型 来执行所述方法 71 的接下来的步骤。
在步骤 76 中所述控制机构 43 如此调节所述调节元件 59， 使得该调节元件 59 将所 述氧传感器的传感器元件的温度调节到预先给定的额定值。在此所述能斯特单元 25 或者 说组合的泵及能斯特单元 63 的依赖于所述传感器元件的温度的内电阻用作调节参量。所 述加热元件 33 的加热功率用作调节量， 所述调节元件 59 比如可以通过加热电压 UH 的改变 来影响所述加热元件 33 的加热功率。所述控制机构 43 从温度的预先给定的额定值以及所 述氧传感器的在步骤 75 中所识别的类型中求得用于所述内电阻的额定值， 而后所述控制 机构 43 为所述调节元件 59 预先规定该额定值。根据所述诊断装置 15 的精确的设计方案， 所述传感器元件的温度的额定值要么可以预先设定为常数， 要么可以根据所述氧传感器的 类型来预先设定所述温度的额定值。也可以规定， 所述控制机构 43 直接根据所述氧传感器11 的类型比如借助于保存在该控制机构 43 中的表格来求得所述内电阻的额定值。
随后在步骤 77 中检查， 所述微调电阻 39 是否正确地连接到所述接头 APE 和 RT 上。 为此所述控制机构 43 如此触发第一开关元件 47 和第二开关元件 49， 使得仅仅所述第一开 关元件 47 闭合。 此外， 所述控制机构如此触发所述第一电压源 41， 从而在所述电压源 41 上 并且由此也在所述接头 APE 与 RT 之间加载着预先确定的电压 URT。 随后所述控制机构 43 借 助于所述第一电流传感器 45 来检测电流 I1， 该电流 I1 在所述氧传感器 11 功能正常时相当 于流经所述微调电阻 39 的电流。
随后在分支点 79 中检查， 电流 IRT 是否处于通过最低值 IRT,min 和最高值 IRT,max 限定 的范围之内。如果不是这种情况 （N） ， 那就在步骤 81 中确定故障。所述控制机构 43 可以在 步骤 81 中确定并且 / 或者记录所述故障。如果电流小于所述最低值 IRT,min， 那就识别出所 述微调电阻 39 的较差的接触状况或者所述微调电阻 39 的接头与所述插塞连接器 13 的接 头 APE 或者 RT 之一之间的中断。如果所检测到的电流 IRT 大于最高值 IRT,max， 那就识别出与 所述微调电阻 39 并联的分路。如果所检测到的电流处于允许的范围之内 （Y） ， 那就分支到 下一个检查步骤 83。与所示出的实施方式有别的是， 可以根据预先给定的电压 URT 和所检 测到的电流 IRT 首先计算所述接头 APE 与 RT 之间的电阻并且将所计算的电阻与允许的电阻 范围进行比较。然后， 根据这种比较又可以在步骤 81 中推断出较差的接触状况或者中断或 者说分路。 随后检查正的泵电压 UP>0 与泵电流 IP 之间的关联之内的滞后现象 （参见图 4） 。 为 此在步骤 83 中由所述电压源 41 将恒定的电压 U1=UP>0 加载到接头 APE 上并且通过闭合的 第二开关元件 49 加载到所述泵单元 17 的接头 IPN 上。在使用单室传感器 61 的情况下， 将 电压 UP 加载到所述接头 ALE 和 IPE 上。
所述泵电压 UP 的数值逐步变化。在所述泵单元 17 上或者说在泵及能斯特单元 63 上首先没有加载电压或者仅仅加载了较低的电压， 而后加载较小的比如可以大约为 800mV 1 的数值 UP ， 并且借助于所述第一电流传感器 45 来测量所属的电流 IP1。随后将较高的比如 可以是 1200mV 的泵电压 Up2 加载到所述接头 APE 和 IPN 上或者说 ALE 和 IPE 上并且测量所 属的电流 IP2。在一定的时间之后又加载较小的泵电压 UP1 并且检测所属的电流 IP3。
随后分支点 85 检查， 所述两个电流值 IP1 和 IP2 是否为零。如果是这种情况 （Y） ， 那就在步骤 87 中识别出所述接头 APE 和 / 或 IPN 或者说 ALE 和 / 或 IPE 与所述单元 17 或 者说 63 之间的线路的故障。否则 （N） 在分支点 89 中检查， 所述电流 IP3 与 IP1 之间的差是 否在数值方面大于最高值 ΔIP,max。如果是这种情况 （Y） ， 那就在步骤 91 中识别出所述单元 17 或者说 63 的电极 19、 21 或者说 65、 67 中的至少一个电极的故障。如果所述电流之间的 差小于最高值 ΔIP,max（分支点 89 的分支 N） ， 那么所述滞后现象就足够小， 并且分支到步骤 93。
在使用双室宽带传感器的情况下也可以额外地在用 Ip 加载两种泵电压 UP1 和 UP2 的过程中在 IPN 与 RE 之间测量 UN1 与 UN2 之间的能斯特电压。不仅其绝对值而且其之间的 差都可以用作诊断标准。由此改进对有故障的 IPN 的敏感性并且结合所述 Ip 滞后现象检 查能够明确地区分， 所述两个泵电极中的哪一个有故障。
在所述方法 71 的接下来的在图 5 中示出的步骤中检查， 所述泵电流 IP 是否处于 允许的范围内。为此首先在步骤 93 中通过所述第一电压源 41 和开关元件 47 及 49 的相应
的触发来加载所定义的恒定的电压 URT2 并且作为电流 IRT2 来检测电流 I1。从所检测到的电 流 IRT2 中来求得用于所述泵电流的额定值 IP,soll（步骤 95） 。随后在步骤 97 中将预先给定 的恒定的正的泵电流 UP>0 加载到所述接头 APE 和 IPN 上。为此所述控制机构 43 相应地触 发所述开关元件 47、 49 以及第一电压源 41（U1=UP>0） 。借助于所述第一电流传感器 45 来 检测所产生的泵电流 IP。
随后在分支点 99 中检查， 由所检测到的泵电流 IP 和所求得的额定值 IP,soll 构成的 商是否在数值方面处于通过所述数值 Qmin 和 Qmax 限定的范围内。如果不是这种情况 （N） ， 那 就在步骤 101 中识别出泵单元 17 中的故障。如果所述商大于所述数值 Qmax， 那就在所述氧 传感器 11 的扩散阻挡层中并且 / 或者在传感器陶瓷中尤其在第一固体电解质 23 中识别出 裂纹。此外， 所述商的太大的数值暗示着与所述泵单元 17 并联的电气分路。如果所述商在 数值方面小于所述数值 Qmin， 那就在所述扩散阻挡层上识别出蚀斑 （Versottung） 也就是灰 尘沉积。如果说所述商处于允许的范围内， 那就用步骤 103 继续下去。Qmin 或者说 Qmax 的精 确的数值可以根据有待检查的氧传感器及在诊断过程中在所述氧传感器上存在的气体来 确定。对于所述氧传感器 11 的特定的类型以及特定的气体环境比如空气来说， 所述商可以 向上偏差 14% 以下， 也就是说比如 Qmax=1.14。相应地， 必要时也可以向下容忍 14% 的偏差， 也就是说比如可以选择 Qmin=0.86。 可以设想， 对于单室传感器和 / 或无微调电阻 39 的传感器来说也执行在图 5 中所 示出的步骤 93、 95、 97、 99、 101 以检查滞后现象。对于单室传感器来说， 在步骤 97 中将泵电 压 UP 加载到所述接头 ALE 和 IPE 上。 对于无微调电阻 39 的废气探测仪来说则省去步骤 93， 并且在步骤 95 中以其它方式比如作为可能依赖于氧传感器的类型的常数来确定所述泵电 流的额定值 IP,soll。
此外， 在方法 71 中除了检查沿向前方向的泵电流 IP 之外也检查反相的泵电流。 方 法 71 的相应的步骤在图 6 中示出。在步骤 103 中由所述第一电压源 41 产生负的电压 -UPn， 也就是说 U1<0。将所述负的电压加载到所述接头 APE 和 IPN 或者说 ALE 和 IPE 上。为此， 所述控制机构 43 使所述第一开关元件 47 闭合并且使所述第二开关元件 49 断开。在加载 负的泵电压 -UPn 的情况下检测泵电流 IP。
紧接在步骤 103 后面的分支点 105 检查， 所检测到的泵电流 IP 的数值是否处于通 过数值 IP,min 和 IP,max 限定的范围之内。如果不是这种情况 （N） ， 那就在步骤 107 中确定所述 氧传感器 11 中的故障。否则 （Y） 分支到步骤 109。如果所检测到的泵电流 IP 小于最低值 IP,min， 那就在步骤 107 中识别出安置在所述外泵电极 19 或者说外电极 65 上的保护层的蚀 斑、 所述氧传感器 11 的太低的温度和 / 或所述第一固体电解质 23 中的故障。如果所检测 到的泵电流 IP 在数值方面大于所述最高值 IP,max， 那就识别出所述氧传感器 11 的太高的温 度和 / 或所述外泵电极 19 与内泵电极 21 或者说外电极 65 与内电极 67 之间的电气分路或 者所述保护层的损坏或者说缺失。这样的分路比如可能通过所述电极 19 与 21 或者说 65 与 67 之间的沉积物或者所述电极 19、 21 或者说 65 和 67 相对于彼此的不足的绝缘效果所 引起。
作为另一种在图 7 中示出的检查， 对所述接头 IPN 或者说 IPE 与所述有导电能力 的壳体件 37 之间的导电能力进行检查。 为此， 在步骤 109 中将电压 Uge 加载在所述接头 IPN 或者说 IPE 与所述有导电能力的壳体件 37 之间。所述电压 Uge 优选为正， 也就是说 Uge>0。
为此所述在图 1 中示出的诊断装置的控制机构 43 使所述第三开关元件 55 闭合并且使所述 第四开关元件 57 保持断开状态。此外， 所述控制机构 43 如此触发所述第二电压源 51， 使 得其产生电压 U2=Uge。通过所述第二电压源 51 流动的电流 I2 作为壳体电流 Ige=I2 来检测。 随后在分支点 111 中检查， 所检测到的壳体电流 Ige 是否大于临界的数值 Ige,krit。如果是这 种情况 （Y） ， 则在步骤 113 中识别出所述氧传感器 11 的传感器元件与所述壳体 35 之间的分 路。这样的分路可能源于所述氧传感器 11 的炭黑覆盖， 尤其源于所述传感器元件与所述壳 体 35 的保护管的内侧面之间的炭黑沉积。如果所述壳体电流 Ige 不大于所述临界值 Ige,krit （N） ， 那就分支到步骤 115。在步骤 115 中对在前面的步骤中求得的测试结果进行分析。比 如可以显示并且 / 或者保存所述测试结果。也可以设想， 尤其如果所有的检查都单个地没 有提供故障鉴定， 那就检查多维的特征谱。 也就是说， 在终结的测试中根据相应地在哪里存 在着其它的功能值这个情况来将每个单个的所检查的功能参量 （Funktionsgröße） 的公差 范围固定下来。因此可以获得敏感的总诊断并且也考虑到各个参数之间的相互影响。随后 在步骤 117 中结束所述方法。
在所述方法 71 的所示出的实施方式中， 为单个的检查识别出故障这种情况也就 是说为执行步骤 81、 87、 91、 101、 107 或者 113 之一这种情况相应地以紧接着的检查来继续 所述方法 71。 也就是说， 所有的检查都在不依赖于相应前面的检查的结果的情况下来实施。 在此所述控制机构 43 控制着所述方法 71 的流程并且对所检测到的参量进行分析， 以便对 所述氧传感器 11、 61 进行诊断。 所述控制机构 43 由此也形成所述诊断装置 15 的分析单元。 但是在与此有别的情况下也可以规定， 一旦所述检查之一识别出故障， 就结束该 方法 71。 在这种情况下， 在执行所述步骤 81、 87、 91、 101 或者 107 之后立即分支到步骤 115。 相应地在图 3 到 7 中示出的检查的顺序可以任意变化。在其它的实施方式中， 也可以省略 这些检查中的个别检查。
下面借助于图 8 对用于识别氧传感器 11 的类型的步骤 75 进行详细解释。在步骤 75 中所述控制机构 43 首先如此触发所述调节元件 59， 从而将加热电压 UH 加载在所述氧传 感器 11 的接头 H+ 与接头 H- 之间 （步骤 121） 。对于所述氧传感器 11 的类型的识别来说不 必精确调节该氧传感器 11 的温度。所述加热电压 UH 仅仅必须足够地高， 从而对于所有应 该用来运行所述诊断装置 15 的氧传感器类型来说达到所述固体电解质 23、 27 的足够大的 温度， 对于所述温度来说所述固体电解质 23、 27 可以导送氧离子。在接下来的步骤 123 中 将氧离子输送到所述氧传感器 11 的扩散缝隙。如果所述氧传感器 11 是双室传感器， 那就 将负的电压 UD<0 加载到所述能斯特单元 25 上。为此， 所述控制机构 43 如此触发所述第二 电压源 51， 使得所述电压 U2 具有负值， 也就是说 U2 =UD<0。在一定的时间之后， 又将所述能 斯特单元 25 与电压 UD 分开。为此所述控制机构 43 可以将所述第四开关元件 57 断开。
在跟随在步骤 123 后面的步骤 125 中， 借助于所述电压传感器 52 来检测接头 APE 与接头 RE 之间的电压 UM， 也就是说主要检测所述外泵电极 19 与所述基准电极 31 之间的电 压。所述电压 UM 的大小是用于在所述氧传感器 11 的朝向外泵电极 19 的一侧上存在的气 体中的氧含量的尺度。如果在此涉及含氧少的气体， 那就产生较高的用于电压 UM 的数值， 该数值典型地高于 450mV。步骤 123 和 125 由此用于识别含氧少的气体 （油气识别） 。尤其 在所述氧传感器 11 在诊断过程中仍然安装在内燃机的排气管中时， 可能存在着含氧少的 气体。 因为在为了诊断目的而断开内燃机之后， 剩余废气经常留在排气管中， 所述剩余废气
具有较小的氧含量。因为对于现代的内燃机来说， 排气系统尤其安装有氧传感器 11 的排气 管相对于外界空气比较好地得到密封， 所以排气管中的氧含量即使在内燃机停止较长时间 之后也可能只是细微地上升。
如果所述氧传感器 11 是单室传感器 61， 那就在步骤 123 中将电压 UD 加载到接头 ALE 和 IPE 上。 为此所述控制机构 43 如此触发所述第一电压源 41， 使得其产生正电压 UD>0， 也就是说 U1 =UD>0。在步骤 125 中借助于所述接头 ALE 与 IPE 之间的电压传感器 52 来测 量电压 UM。
随后在分支点 127 中检查， 所检测到的电压 UM 在数值方面是否大于临界的数值 UM,krit。如果是这种情况 （Y） ， 则发现存在着含氧少的气体也就是油气， 并且在步骤 129 中将 校正值 ΔU 设置到与电压 UM 的数值相对应的数值。否则 （N） 在步骤 131 中将所述校正值 ΔU 设置到零。
在步骤 129 或者说 131 后面跟随着步骤 133， 在该步骤 133 中在所述接头 IPN 与接 头 RE 之间加载负电压。该电压在数值方面相当于预先确定的数值 USD1>0， 以校正值 ΔU>0 为幅度对这个数值 USD1 进行校正， 也就是说所述第二电压源 51 产生电压 U2=-USD1-ΔU<0。 同 时作为泵电流 ISD2 检测到电流 I2。随后在步骤 135 中将预先给定的正的恒定的电压 USD2>0 加载到所述接头 IPN 和 RE 上， 由此改变所述接头 IPN 和 RE 上的电压的极性。同时作为其 它的泵电流 ISD2 检测到电流 I2。 最后在步骤 137 中根据所述两种检测到的泵电流 ISD1 和 ISD2 来确定所述氧传感器 11 的类型。在结束步骤 137 之后， 以跟随在步骤 75 后面的步骤 76 继 续所述方法 71。
比如可以借助于所检测到的泵电流 ISD1 和 ISD2 来区分两种类型的氧传感器 11， 这 两种类型的氧传感器 11 在其几何形状、 尤其通往基准电极 31 的空气扩散通道的大小或者 说所述能斯特电极 29 的大小和位置方面彼此有别。也就是说， 由于不同的几何形状， 所述 这些不同类型的氧传感器 11 的能斯特单元 25 的电阻是不同的。对于相应类型的氧传感器 11 来说所述能斯特单元 25 具有较小的欧姆电阻和敞开的基准空气通道， 由此对于这种类 型的氧传感器 11 来说产生较大的用于所检测到的电流 ISD1 和 ISD2 的数值。 对于另一种类型 的氧传感器 11 来说所述能斯特单元 25 的欧姆电阻较大并且所述基准空气通道的扩散系数 较小， 对于这种类型的氧传感器来说这些所检测到的电流 ISD1 和 ISD2 较小。由此可以规定， 如果所检测到的两种电流都大于特定的预先给定的最小值， 也就是说如果适用 ISD1>X1 并且 ISD2>X2， 那就在步骤 137 中识别出所述氧传感器 11 相应的类型， 对于该类型来说所述能斯 特单元 25 和基准空气通道的电阻较小。相应地可以在步骤 137 中规定， 如果所检测到的电 流都小于特定的预先给定的最小值， 也就是说如果适用 ISD1
上面所描述的用于区分氧传感器 11 的类型的步骤 133、 135、 137 也可以以相应的 方式结合所述单室氧传感器 61 来使用。
在此看出， 上面所描述的检查是冗余的， 因为对两种所检测的电流进行检查， 用于 在两种不同类型的氧传感器之间进行区分。这能够特别可靠地区分所述氧传感器 11 的类 型。在有些情况中无法明确地识别所述氧传感器 11 的类型， 在这些情况中要么可以中断所 述方法 71， 要么要求诊断装置 15 的使用者来手动输入所述氧传感器 11 的类型。如果上面提到的两种关于电流 ISD1 和 ISD2 的条件中没有一个合适， 则在步骤 137 中确定无法明确地识 别所述氧传感器 11 的类型。由此， 在比如所述能斯特单元 25 的电阻由于所述氧传感器 11 的磨损或老化效应 （所谓的动态效应） 而已经变化时避免了所述氧传感器 11 的类型的错误 的识别。
总之， 本发明提供了一种方法或者说一种诊断装置， 利用该诊断装置可以详细地 对废气探测仪尤其氧传感器进行检查， 其中所述检查可以在与内燃机的其它组件隔绝的情 况下优选在内燃机停止时实施。 由此至少在很大程度上排除由于内燃机的不同组件之间的 相互影响所引起的歪曲性的效应。通过所述氧传感器 11 的类型的自动识别来实现所述诊 断装置 15 的简单的操作。