专利名称：氧传感器和用于运行氧传感器的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定内燃机的废气中的氧气含量的氧传感器，该氧传感器具有集成在传感器単元中的传感器元件、具有集成在所述传感器単元中的加热元件并且具有用于将所述传感器単元与插头壳体连接起来的多缕线缆，所述插头壳体用于将所述氧传感器连接到控制设备上。此外，本发明涉及一种用于运行用于确定内燃机的废气中的 氧气含量的氧传感器的方法，其中所述氧气含量通过传感器元件来測量，其中该传感器元件通过加热元件来加热并且其中将该传感器元件的測量信号传输给控制设备。
背景技术：
氧传感器在内燃机的排气系中用于测量废气的氧气含量，用于控制所述内燃机的燃料-空气-混合物的制备。在这方面已知氧传感器的不同的实施方式，比如构造为跃变传感器(Sprungsonde)或者构造为宽带氧传感器的实施方式。按实施方式，氧传感器具有不同数目的与所属的控制器之间的连接，所述控制器通常集成在ー个中央的发动机控制系统中。因此已知宽带氧传感器，所述宽带氧传感器通过五根导线与所述控制器相连接。在此设置了三个用于真正的由能斯托单元(Nernstzelle)和泵单元(Pumpzelle)组成的传感器元件的接头以及两个用于集成在所述氧传感器中的加热元件的接头，利用所述加热元件在需要时将所述氧传感器加热到工作温度。所述接头首先通过多缕线缆与分配给所述氧传感器的插头壳体相连接，在所述插头壳体中设有构造为能够调节的电阻的形式的电气的调节元件，该电气的调节元件用于对所述传感器元件进行调节。与所述控制器之间的连接而后通过ー根插进所述插头壳体中的五缕线缆来进行。为了节省成本，有利的是，将所述氧传感器与控制器之间的连接线的数目保持在尽可能小的程度上。因此在文献DE 10 2006 014 266 Al中说明了一种双单元-宽带氧传感器，该双单元-宽带氧传感器用于确定气体混合物中尤其内燃机的废气中的气体成分的浓度，该双单元-宽带氧传感器具有设有外泵电极和内泵电极的泵单元，此外该双単元-宽带氧传感器具有设有奈斯特电极和基准电极的能斯托单元并且该双単元-宽带氧传感器具有设有第一加热器接头和第二加热器接头的加热器，所述加热器用于对该双単元-宽带氧传感器进行加热。在此規定，所述双单元-宽带氧传感器的第一加热器接头或者第二加热器接头与所述泵单元或者能斯托单元的接头之ー相连接并且设置了用于所述加热器的节拍式运行以及信号分析的控制设备。在相同的文献中说明了一种相应的用于单个单兀_览带氧传感器的接头。在文献DE 10 2006 014 266 Al中说明的装置能够将所述氧传感器与控制器之间的必要的导线的数目減少一根，这里是将五根导线減少到四根导线。但是为进ー步降低成本，值得追求的是，进ー步減少所需要的导线的数目。
发明内容
因此，本发明的任务是，提供ー种氧传感器，该氧传感器可以用減少了的数目的导线与所属的控制设备相连接。此外，本发明的任务是，提供一种用于运行这样的氧传感器的方法。本发明的与所述氧传感器有关的任务通过以下方式得到解決，即所述氧传感器具有分析単元，该分析単元用于控制并且分析所述传感器元件、用于控制所述加热元件、用于使所述传感器元件的測量信号数字化并且用于将所述数字的測量信号通过双线总线传输给所述控制设备。通过所述測量信号的直接在氧传感器中在分析単元中的数字化、所述测量信号的从所述氧传感器到所述控制设备的数字传输以及由所述分析单元对所述加热元件进行的控制，可以用仅仅两根导线在所述氧传感器与所述控制设备之间建立连接。由此可以将所需要的用于比如宽带氧传感器的导线数目从今天通常五根导线減少到ニ根，这明显地降低了成本。通过氧传感器来确定氧气含量的精度可以通过直接在所述传感器元件旁对测量信号进行的电子分析来得改进。在此可靠地避免測量信号的如在以已知的模拟的方 式将测量信号从氧传感器传输给控制设备的过程中可能出现的传输差错。为了防止所述分析単元的电子装置经受太高的温度，在此可以規定，所述分析单元相距地通过多缕线缆连接到所述传感器単元上。在此可以根据本发明的一种特别优选的设计变型方案来规定，所述分析単元集成在所述插头壳体中。因此与已知的氧传感器相比不产生附加的用于所述分析単元的壳装的费用，对于所述已知的氧传感器来说所述插头壳体连同集成在其中的电气的调节元件一起同样通过多缕线缆连接到所述传感器単元上。所述控制设备通过所述双线总线的插塞连接来连接到所述插头壳体中。所述分析単元的功能可以通过以下方式来实现，即所述分析単元包括用于运行所述加热元件的加热控制器、用于控制所述传感器元件并且用于接收所述传感器元件的測量信号并使其数字化的分析电路以及用于对所述加热控制器和分析电路进行控制并且用于将数字的測量信号通过所述双线总线传输给所述控制设备的控制部分。通过由所述分析单元对所述加热元件的控制来明显地减轻所述控制设备中的软件的负荷。所述测量信号的数字传输将所述氧传感器与控制设备之间的所需要的连接导线的数目減少到两根。如果规定，所述分析単元包括用于对传感器元件进行调节的电子的调节电路，并且/或者在所述分析単元中保存了用于使所述传感器元件的測量信号线性化的数据，并且/或者所述分析単元包括用于将所述传感器元件的測量信号放大的测量信号处理装置，并且/或者在所述分析単元中设置了用于中间保存所述数字的測量信号的数字存储器，那就可以放弃以往所使用的昂贵的电气的调节元件。所述电子的调节电路比如可以构造为EPROM (可擦可编程只读存储器)的形式。直接在所述传感器元件旁对测量信号进行放大和线性化处理，这提高了測量精度并且降低了所述控制设备中的计算开销。通过所述数字的測量信号的中间保存，可以在需要时比如根据在所述控制设备中运行的程序将所述測量数据发送给所述控制设备。本发明的与所述方法有关的任务通过以下方式得到解决，即所述传感器元件的测量信号由包含在所述氧传感器中的分析单元来接收、数字化并且通过双线总线传输给所述控制设备，并且所述加热元件通过包含在所述分析単元中的加热控制器来控制。因此可以仅仅通过两根导线来将所述氧传感器连接到所述控制设备上，这在相对于以往已知的模拟的信号传输提高传输可靠性的同时相当于明显減少了所需要的导线数目。
优选可以规定，在加热阶段中通过所述加热控制器来向所述加热元件供给电流并且在相对于所述加热阶段在时间上错开的通信阶段中将所述数字的測量信号从所述分析单元传输给所述控制设备。在加热阶段中对所述加热元件的控制在此可以在加热阶段的整个持续时间里连续地或者在时间上受限制地或者以脉动的方式进行，用于实现温度调节。
如果规定，通过所述双线总线来将数字的控制信号从所述控制设备传输给所述分析单元，则比如可以将用于实施所述传感器元件的灵敏度调节的数据或者关于所述加热阶段的持续时间或者关于所述加热元件的温度值的信息从所述控制设备传输给所述分析单元并且在那里在对所述加热元件和传感器元件的控制方面以及在对所述传感器元件的测量信号的分析方面加以考虑。
下面借助于在附图中示出的实施例对本发明进行详细解释。附图示出如下
图I是氧传感器连同以模拟的方式连接的控制设备；并且
图2是氧传感器连同通过双线总线连接的控制设备。
具体实施例方式图I示出了相应于现有技术的构造为宽带氧传感器的氧传感器I连同以模拟的方式连接的控制设备10。所述氧传感器I由传感器単元30和用多缕线缆40连接的插头壳体20构成。该插头壳体20用于将所述氧传感器I通过第二多缕线缆41连接到所述控制设备10上。所述传感器元件30由加热元件31和传感器元件32构成。所述控制设备10包括与所述加热元件31相连接的供电单元11和与所述传感器元件32相连接的电子电路12。在所述插头壳体20中包含电气的调节元件21。比如内燃机的废气中的氧气浓度的测量以已知的方式用所述传感器元件32来进行。在所述构造为宽带氧传感器的氧传感器I的所示出的实施方式中，所述传感器元件32由未示出的能斯托单元和具有相应的包含在所述多缕线缆40中的馈电线的泵单元构成。所述加热元件31用于将所述传感器元件32加热到所需要的工作温度。所述加热元件31的连接通过两根引向所述插头壳体20并且同样在所述多缕线缆40中引导的导线来进行。所述电气的调节元件21是陶瓷的承载基底上的用激光调节的电阻并且用于单独地调节所述传感器元件32。所述氧传感器I通过所述插头壳体20和第二多缕线缆41连接到所述控制设备10上。在此导线从所述加热元件31引向所述供电单元11。该供电单元11向所述加热元件31供给所需要的电能。来自所述传感器元件32的导线引向所述电子电路12。所述电子电路12对所述传感器元件32进行控制并且对所述传感器元件32的測量信号进行分析。为了将所述氧传感器I与所述控制设备10连接起来，在所示出的实施例中需要具有五根导线的第二多缕线缆41，这导致用于所述第二多缕线缆41的较高的成本。在此以模拟的方式在较长的距离范围内通过所述第二多缕线缆41将所述传感器元件32的未经处理的測量信号传输给所述控制设备10，这会由于接触电阻并且由于外部耦合输入到所述导线上的干扰而导致传输差错。图2示出了相应于本发明的氧传感器I连同通过双线总线42连接的控制设备10。在此相同的结构单元根据图I用相同的附图标记来表示。所述构造为宽带氧传感器的氧传感器I又由具有加热元件31及传感器元件32的传感器単元30以及插头壳体20构成，其中所述传感器単元30和插头壳体20通过所述多缕线缆40相连接。按本发明，在所述插头壳体20中集成了分析単元50。该分析単元50由控制部分51、加热控制器52以及分析电路53构成。 所述分析単元50通过所述加热控制器52向所述加热元件31供给电能。所述分析电路53对所述传感器元件32进行控制并且接收所述传感器元件32的測量信号。所述传感器元件32的測量信号在所述分析电路53中得到放大、线性化和数字化。经过数字化的測量信号而后从所述控制部分51经由所述插头壳体20的插塞连接和所述双线总线42传输给所述控制设备10。氧传感器I和控制设备10由此仅仅通过ー根双缕线缆彼此相连接，这相对于在图I中示出的五缕连接明显地节省了成本。所述氧传感器I的运行可以在不同的阶段中进行。在加热阶段中，所述加热元件31由所述分析単元50的加热控制器52供给电流。所述控制可以在加热阶段的整个持续时间里连续地或者在时间上受限制地或者以脉动方式进行，用于实现温度调节。在通信阶段中，将传感器数据以数字的方式从所述分析电路53经由所述控制部分51传输给所述控制设备10。也可选可以将数据从所述控制设备10传输给所述分析単元50，比如灵敏度调节或者关于所述加热阶段的持续时间的信息或者用于所述加热元件31的温度值。有利的是，所述传感器元件32的測量信号的放大可以在所述处于附近的插头壳体20中的分析単元50中就已进行。另ー个优点通过以下方式来获得，也就是将所述测量信号中间保存在所述分析电路53或者控制部分51中或者使所述特性曲线线性化。在此可以取消在图I中示出的昂贵的电气的调节元件21。所述传感器元件32的调节通过比如所述分析単元50的EPROM中的电子的调节进行。
权利要求
1.氧传感器(I)，用于确定内燃机的废气中的氧气含量，该氧传感器(I)具有集成在传感器单元(30)中的传感器元件(32)、具有集成在所述传感器単元(30)中的加热元件(31)并且具有用于将所述传感器単元(30)与插头壳体(20)连接起来的多缕线缆(40)，所述插头壳体(20)用于将所述氧传感器(I)连接到控制设备(10)上，其特征在于，所述氧传感器(I)包括分析単元(50)，该分析単元(50)用于控制并且分析所述传感器元件(32)、用于控制所述加热元件(31)、用于使所述传感器元件(32)的測量信号数字化并且用于将所述数字的測量信号通过双线总线(42 )传输给所述控制设备(10 )。
2.按权利要求I所述的氧传感器(I)，其特征在于，所述分析単元(50)相距地通过多缕线缆连接到所述传感器単元(30)上。
3.按权利要求I或2所述的氧传感器(I)，其特征在于，所述分析単元(50)集成在所述插头壳体(20)中。
4.按权利要求I到3中任一项所述的氧传感器(1)，其特征在于，所述分析単元(50)具有用于运行所述加热元件(31)的加热控制器(52)、用于控制所述传感器元件(32)并且用于接收所述传感器元件(32)的測量信号并使其数字化的分析电路(53)以及用于对所述加热控制器(52)和分析电路(53)进行控制并且用于将数字的測量信号通过所述双线总线(42)传输给所述控制设备(10)的控制部分(51)。
5.按权利要求I到4中任一项所述的氧传感器(1)，其特征在于，所述分析単元(50)包括用于对所述传感器元件(32 )进行调节的电子的调节电路，并且/或者在所述分析単元(50)中保存了用于使所述传感器元件(32)的測量信号线性化的数据，并且/或者所述分析単元(50)包括用于将所述传感器元件(32)的測量信号放大的測量信号处理装置，并且/或者在所述分析単元(50)中设置了用于中间保存所述数字的測量信号的数字存储器。
6.用于运行用于确定内燃机的废气中的氧气含量的氧传感器(I)的方法，其中所述氧气含量通过传感器元件(32 )来测量，其中所述传感器元件(32 )通过加热元件(31)来加热，并且其中将所述传感器元件(32)的測量信号传输给控制设备(10)，其特征在于，所述传感器元件(32)的測量信号由包含在所述氧传感器(I)中的分析単元(50)来接收、数字化并且通过双线总线(42)传输给所述控制设备(10)，并且所述加热元件(31)通过包含在所述分析单元(50)中的加热控制器(52)来控制。
7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，在加热阶段中通过所述加热控制器(52)来向所述加热元件(31)供给电流，并且在相对于所述加热阶段在时间上错开的通信阶段中将所述数字的測量信号从所述分析単元(50)传输给所述控制设备(10)。
8.按权利要求6或7所述的方法，其特征在于，通过所述双线总线(42)来将数字的控制信号从所述控制设备(10 )传输给所述分析単元(50 )。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定内燃机的废气中的氧气含量的氧传感器，该氧传感器具有集成在传感器单元中的传感器元件、具有集成在所述传感器单元中的加热元件并且具有用于将所述传感器单元与插头壳体连接起来的多缕线缆，所述插头壳体用于将所述氧传感器连接到控制设备上。在此规定，所述氧传感器包括分析单元，该分析单元用于控制并且分析所述传感器元件、用于控制所述加热元件、用于使所述传感器元件的测量信号数字化并且用于将所述数字的测量信号通过双线总线传输给所述控制设备。此外，本发明涉及一种用于运行这样的氧传感器的方法。所述氧传感器和所述用于运行该氧传感器的方法能够以低廉的成本将该氧传感器连接到所属的控制设备上。
文档编号G01N27/406GK102645478SQ201210039260
公开日2012年8月22日 申请日期2012年2月21日 优先权日2011年2月22日
发明者C.奥尔, H.希赫莱茵, L.迪尔, M.罗森兰 申请人:罗伯特·博世有限公司