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Title:
METHOD, DEVICE, SYSTEM, COMPUTER PROGRAM, AND COMPUTER PROGRAM PRODUCT FOR DIAGNOSING A MIXED POTENTIAL SENSOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/102709
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for diagnosing a mixed potential sensor (5) for a motor vehicle (3), comprising an actuating of the mixed potential sensor (5) by means of electric current and thereby changing the mixed potential between a gas-sensitive first electrode and a referencing second electrode of the mixed-potential sensor (5), which are designed to generate a measurement signal, as a function of a gas to be measured, that as a mixed potential is representative for a gas concentration of the gas. The method further comprises detecting a course (V_MP) of the changed mixed potential and detecting a functional state of the mixed potential sensor (5) dependent on the detected course (V_MP).

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Inventors:
REITMEIER TORSTEN (DE)
KOLBECK SABRINA (DE)
REITMEIER WILLIBALD (DE)
Application Number:
PCT/EP2016/080765
Publication Date:
June 22, 2017
Filing Date:
December 13, 2016
Export Citation:
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Assignee:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (DE)
International Classes:
G01N27/419; G01N27/407
Foreign References:
DE102012213601A12014-02-06
DE102010028543A12011-11-10
US20050284772A12005-12-29
Other References:
NORIO MIURA ET AL: "A review of mixed-potential type zirconia-based gas sensors", IONICS, vol. 20, no. 7, 28 May 2014 (2014-05-28), DE, pages 901 - 925, XP055229444, ISSN: 0947-7047, DOI: 10.1007/s11581-014-1140-1
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Claims:
Patentansprüche

Verfahren zur Diagnose eines Mischpotentialsensors (5) für ein Kraftfahrzeug (3) , umfassend

- Bereitstellen des Mischpotentialsensors (5) mit einer gassensitiven ersten Elektrode und einer referenzie- renden zweiten Elektrode, die dazu ausgebildet sind, in Abhängigkeit eines zu messenden Gases ein Messsig¬ nal zu generieren, das als Mischpotential zwischen der ersten und zweiten Elektrode repräsentativ ist für eine Gaskonzentration des zu messenden Gases,

- Ansteuern des Mischpotentialsensors (5) mittels elek¬ trischen Stroms und dadurch Ändern des Mischpotentials zwischen der ersten und zweiten Elektrode,

- Ermitteln eines Verlaufs (V_MP) des geänderten Mischpotentials, und

- Ermitteln eines Funktionszustands des Mischpotential¬ sensors (5) in Abhängigkeit des ermittelten Verlaufs (V_MP) .

Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ermitteln des Funktionszustands des Mischpotentialsensors (5) in Ab¬ hängigkeit des Verlaufs (V_MP) des Mischpotentials um- fasst :

Abgleichen des ermittelten Verlaufs (V_MP) des Mischpotentials mit vorgegebenen Referenzwerten, die repräsentativ für einen vorgegebenen Funktionszustand des Mischpotentialsensors (5) sind.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Ansteuern des Mischpotentialsensors (5) mittels elektrischen

Stroms umfasst:

Ansteuern mittels einer isolierten Stromquelle (11), die dazu ausgebildet ist, einen zeitlich vorgegeben Stromverlauf (V_ST) zum Ansteuern den Mischpotentialsensor (5) bereitzustellen. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Ermitteln des Funktionszustands des Mischpotentialsensors (5) umfasst:

Ermitteln einer Elektroden- und/oder Materialfunktionalität des Mischpotentialsensors (5) .

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Ermitteln des Funktionszustands des Mischpotentialsensors (5) umfasst:

Ermitteln eines Elektroden-Gas-Übergangs des Mischpoten tialsensors (5) .

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Ermitteln des Funktionszustands des Mischpotentialsensors (5) umfasst:

Ermitteln einer Aktivität einer Dreiphasengrenzschicht des Mischpotentialsensors (5) .

Vorrichtung (1) zur Diagnose eines Mischpotentialsensors (5) für ein Kraftfahrzeug (3) , wobei

- der Mischpotentialsensor (5) eine gassensitive erste Elektrode und eine referenzierende zweite Elektrode aufweist, die dazu ausgebildet sind, in Abhängigkeit eines zu messenden Gases ein Messsignal zu generieren, das als Mischpotential repräsentativ ist für eine Gas¬ konzentration des zu messenden Gases, und

- die Vorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.

System zur Diagnose eines Mischpotentialsensors (5) für ein Kraftfahrzeug (3) , umfassend

- eine Vorrichtung (1) nach Anspruch 7 zur Diagnose eines Mischpotentialsensors (5) für ein Kraftfahrzeug (3) ,

- den Mischpotentialsensor (5) , der dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines zu messenden Gases ein Messsignal zu generieren, das als Mischpotential re- präsentativ ist für eine Gaskonzentration des zu messenden Gases, und

- eine isolierte Stromquelle (11), die zum elektrischen Ansteuern des Mischpotentialsensors (5) ausgebildet ist .

9. Computerprogramm zur Diagnose eines Mischpotentialsensors (5) für ein Kraftfahrzeug (3) , wobei das Computer¬ programm dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bei seiner Ausführung auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung (9) durchzuführen.

10. Computerprogrammprodukt, umfassend ausführbaren Pro¬ grammcode, wobei der Programmcode bei Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung (9) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführt.

Description:
Beschreibung

Verfahren, Vorrichtung, System, Computerprogramm und Computerprogrammprodukt zur Diagnose eines Mischpotentialsensors

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung, ein System, ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zur Diagnose eines Mischpotentialsensors für ein Kraftfahr ¬ zeug .

Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen in Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind, machen es erforderlich, die Schadstoffemissionen bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten. Hierdurch ist es insbesondere für den Einsatz von Abgasnachbehandlungssystemen, wie Katalysatoren, erforderlich, die Schadstoffkomponenten im Abgastrakt sehr genau zu bestimmen. Zur Messung und Bestimmung von Schadstoffkomponenten, wie beispielsweise Stickoxiden (NO x ) und Kohlenwasserstoffen (HC) , in Abgasen von Kraftfahrzeugen werden langzeitstabile Sensoren benötigt, die hohen Temperaturen und Strömungsge ¬ schwindigkeiten standhalten und Schadstoffkomponenten im ppm- Bereich nachweisen können. Zu diesem Zweck werden unter anderem Lambdasonden oder Mischpotentialsensoren eingesetzt.

Mischpotentialsensoren sind durch einen einfachen Aufbau und eine relativ hohe Empfindlichkeit zur Messung von Schadstoff- komponenten gekennzeichnet. Sie weisen in der Regel eine gas ¬ sensitive erste Messelektrode und eine zweite Referenzelekt ¬ rode auf, zwischen denen ein Mischpotential als Spannungssig ¬ nal in Abhängigkeit des zu messenden Gases bestimmt wird. Es ist eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ein

Verfahren, eine Vorrichtung und ein System zur Diagnose eines Mischpotentialsensors zu schaffen, die dazu geeignet sind, einen Funktionszustand des Mischpotentialsensors zu ermit ¬ teln .

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patent- ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Diagnose eines Mischpotentialsensors für ein Kraftfahr- zeug ein Bereitstellen des Mischpotentialsensors mit einer gassensitiven ersten Elektrode und einer referenzierenden zweiten Elektrode, die dazu ausgebildet sind, in Abhängigkeit eines zu messenden Gases ein Messsignal zu generieren, das als Mischpotential zwischen der ersten und zweiten Elektrode repräsentativ ist für eine Gaskonzentration des zu messenden Gases. Das Verfahren umfasst weiter ein Ansteuern des Mischpotentialsensors mittels elektrischen Stroms und dadurch Än ¬ dern des Mischpotentials zwischen der ersten und zweiten Elektrode. Das Verfahren umfasst weiter ein Ermitteln eines Verlaufs des geänderten Mischpotentials und ein Ermitteln ei ¬ nes Funktionszustands des Mischpotentialsensors in Abhängig ¬ keit des ermittelten Verlaufs des Mischpotentials.

Mittels des beschriebenen Verfahrens ist eine Diagnosemög- lichkeit des Funktionszustands des Mischpotentialsensors rea ¬ lisierbar, die Auskunft über die Funktionstüchtigkeit des Mischpotentialsensors und die Zuverlässigkeit der Messsignale geben kann. Ist der Mischpotentialsensor zum Beispiel in einem Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs angeordnet, ermöglicht das beschriebene Verfahren, einen Ausstoß von Schadstoffemis ¬ sion während eines Betriebs des Kraftfahrzeugs zuverlässig zu kontrollieren und gegebenenfalls nutzbringend anzupassen.

Das Funktionsprinzip von Mischpotentialsensoren beruht im We- sentlichen auf Ionendiffusion von Sauerstoff. Die Schadstoff ¬ komponenten binden den zur Verfügung stehenden Sauerstoff und die daraus resultierende Spannungsdifferenz zwischen der ers- ten und zweiten Elektrode wird als Mischpotential detektiert. Das Ansteuern des Mischpotentialsensors mittels elektrischen Stroms ermöglicht es, in dem Mischpotentialsensor einen geringfügigen Sauerstoffüberschuss zu erreichen und diesen ge- zielt zur Elektrode hin zu pumpen beziehungsweise für die De- tektion durch die Elektrode bereitzustellen. Der bereitgestellte Sauerstoffüberschuss repräsentiert somit eine kon ¬ trollierte Störung des Mischpotentials, die zum Ermitteln des Funktionszustands des Mischpotentialsensors ausgewertet wer- den kann. Somit ist es mittels vorgegebenen Änderns des

Mischpotentials zwischen den beiden Elektroden auf einfache Weise möglich, den Funktionszustand des Mischpotentialsensors zu untersuchen und eine Zuverlässigkeit der Messsignale des Mischpotentialsensors zu überprüfen.

Aufgrund des Ansteuerns des Mischpotentialsensors mittels elektrischen Stroms wird ein Pumpstrom eingeleitet, welcher zu einer kontrollierten Störung des Mischpotentials zwischen den beiden Elektroden führt. Es wird ein Sauerstoffüberschuss zwischen den Elektroden erzielt, welcher einen Sauerstoffio- nentransport und eine definierte Änderung des Mischpotentials begründet. Wird nun der Verlauf des Mischpotentials ermittelt bis die gezielt eingeführte Störung wieder abgeklungen ist, kann der Funktionszustand des Mischpotentialsensors, bei- spielsweise im Vergleich zu einem vorgegebenen und kalibrierten Verlauf des Mischpotentials, der auf einem Datenspeicher hinterlegt ist, kontrolliert werden.

Beispielsweise wird im Rahmen des beschriebenen Verfahrens ermittelt, dass die Funktionalität des Mischpotentialsensors beeinträchtigt ist und Gaskonzentrationen und Schadstoffemis ¬ sionen nicht mehr zuverlässig bestimmt werden können. Auf ¬ grund der Kenntnis des eingeschränkten Funktionszustands kann eine entsprechende Wartung des Mischpotentialsensors erfol- gen, um zeitnah wieder ein zuverlässiges Ermitteln von Schadstoffemissionen oder anderer Gaskonzentrationen zu ermögli- chen und somit einen Betrieb des Kraftfahrzeugs möglicherwei ¬ se vorteilhaft zu beeinflussen.

Der ermittelte Funktionszustand des Mischpotentialsensors er- möglicht zum Beispiel Rückschlüsse auf ein Alter und eine Aktivität einer oder beider Elektroden, die unter Umständen aufgrund von äußeren Einflüssen beeinträchtigt ist. Eine sol ¬ che Beeinträchtigung der Aktivität des Mischpotentialsensors kann sich zum Beispiel in driftenden Messsignalen wiederspie- geln, die zu einem abweichenden Verlauf des Mischpotentials führen, welcher beispielsweise nicht einem kalibrierten oder funktionstüchtigen Zustand entspricht. Dabei repräsentiert das Mischpotential das Potential, das zwischen einer gassen ¬ sitiven und einer referenzierenden Elektrode des Mischpoten- tialsensors anliegt.

Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Ermit ¬ teln des Funktionszustandes des Mischpotentialsensors in Ab ¬ hängigkeit des ermittelten Verlaufs des gezielt veränderten Mischpotentials ein Abgleichen des ermittelten Verlaufs des Mischpotentials mit vorgegebenen Referenzwerten, die reprä ¬ sentativ für einen vorgegebenen Funktionszustand des Mischpotentialsensors sind. Der Funktionszustand des Mischpotentialsensors kann dadurch überprüft werden, dass der ermittelte Verlauf des kontrol ¬ liert geänderten Mischpotentials mit einem vorgegebenen Verlauf verglichen wird, welcher beispielsweise in einem Datenspeicher hinterlegt ist. Der ermittelte Verlauf des Mischpo- tentials kann beispielsweise hinsichtlich seiner Form, Stei ¬ gung und/oder seiner maximalen und minimalen Ausschläge mit einem vorgegebenen Verlauf und/oder vorgegebenen Referenzwerten verglichen werden und Auskunft über einen aktuellen Funktionszustand des Mischpotentialsensors geben.

Ein solcher Funktionszustand des Mischpotentialsensors kann zum Beispiel für verschiedene Betriebspunkte, die unter- schiedliche Drehmomente, Temperaturen oder Einspritzverhalten von Injektoren umfassen können, überprüft und mit historischen Daten abgeglichen werden. Beispielsweise wird mittels des beschriebenen Verfahrens eine Übereinstimmung des ermit- telten Verlaufs des Mischpotentials mit einen vorgegebenen Verlauf oder mit vorgegebenen Eckdaten ermittelt und innerhalb von vorgegebenen Toleranzbereichen der Mischpotentialsensor als zuverlässig und funktionstüchtig beurteilt. Auf diese Weise kann auch ermittelt werden, ob die gassensi ¬ tive Elektrode des Mischpotentialsensors vergiftet ist, indem beispielsweise maximale Ausschläge des ermittelten Verlaufs des Mischpotentials mit zuvor kalibrierten und nicht vergif ¬ teten Messsignalen des Mischpotentialsensors und/oder Verläu- fen des Mischpotentials verglichen werden. Mit dem Begriff „vergiftet" ist in diesem Zusammenhang eine reversible oder irreversible Vergiftung verschiedener Stoffe bezeichnet, die sich an oder in einer oder beiden Elektroden ablagern und deren Aktivität nachteilig beeinflussen.

Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Ansteu ¬ ern des Mischpotentialsensors mittels elektrischen Stroms ein Ansteuern mittels einer isolierten Stromquelle, die dazu aus ¬ gebildet ist, einen zeitlich vorgegebenen Stromverlauf zum Ansteuern des Mischpotentialsensors bereitzustellen.

Eine solche zusätzliche Stromquelle zum vorgegebenen Ansteu ¬ ern des Mischpotentialsensors mit elektrischem Strom ist vor ¬ teilhaft von einem Auswerte- und/oder Heizkreislauf des

Mischpotentialsensors isoliert, sodass Quereinflüsse und ein sogenanntes Querpumpen verhindert oder zumindest reduziert werden. Auf diese Weise kann ein kontrollierter Sauerstoff- überschuss erzielt und eine absichtliche Änderung des Misch ¬ potentials eingeleitet werden.

Gegebenenfalls weist der Mischpotentialsensor mehr als zwei Elektroden auf, sodass beispielsweise eine referenzierende Elektrode und mehrere gassensitive Elektroden Teil des Misch ¬ potentialsensors sind, wobei die gassensitiven Elektroden zum Beispiel für unterschiedliche Gase oder Gasgemische sensitiv sind. In einem solchen Fall ist die Stromquelle nutzbringend mit den Elektroden schaltbar verbunden, sodass ein gewünschter Pumpstrom zwischen einer der Messelektroden und der Referenzelektrode eingeleitet werden kann. Auf diese Weise können die Elektroden einzeln angesteuert und hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Messsignale überprüft werden.

Das vorgegebene Ansteuern mittels der Stromquelle umfasst zum Beispiel unterschiedliche Stromhöhen, Amplituden und Zeiten und ermöglicht unter anderem ein Ermitteln einer Ansprechzeit und einer Aktivität der einzelnen Elektroden beziehungsweise des jeweiligen Elektrodenpaares. Die Stromquelle kann Wech ¬ selstrom oder Gleichstrom als Pumpstrom für den Mischpotentialsensor bereitstellen. Außerdem kann die Frequenz des ansteuernden elektrischen Stroms variabel sein und auch die Pulsform des bereitgestellten Stromverlaufs kann variieren. Beispielsweise weist der ansteuernde Stromverlauf eine kon ¬ stanten Verlauf oder aber eine Sinus-, Rechteck-, Dreieckoder anderweitig gepulste Form auf. Außerdem kann die Polarität der Stromquelle bidirektional einstellbar sein, sodass unter Verwendung verschiedener Stromverläufe und durch Ändern der Polarität des Stromverlaufs Rückschlüsse sowohl über die Aktivität des kompletten Mischpotentialsensors als auch über dessen Teilbereiche, wie Elektroden, Gasübergang, Oxidations- und Elektrodenmaterialzustand, Aktivität der Dreiphasengrenz ¬ schicht sowie Alterung des Ionenleiters möglich sind und Aus- kunft über den Funktionszustand des Mischpotentialsensors liefern .

Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Ermit ¬ teln des Funktionszustandes des Mischpotentialsensors ein Er- mittein einer Elektroden- und/oder Materialfunktionalität des Mischpotentialsensors . Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Ermit ¬ teln des Funktionszustandes des Mischpotentialsensors ein Er ¬ mitteln eines Elektroden-Gasübergangs des Mischpotentialsen ¬ sors .

Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Ermit ¬ teln des Funktionszustands des Mischpotentialsensors ein Er ¬ mitteln einer Aktivität einer Dreiphasengrenzschicht des Mischpotentialsensors .

Der Elektroden-Gasübergang und die Aktivität der Dreiphasengrenzschicht sind zwei Parameter, die die Funktionalität des Mischpotentialsensors entscheidend beeinflussen können. Dabei bezeichnet der Elektroden-Gasübergang im Wesentlichen die Grenzfläche zwischen der jeweiligen Elektrodenoberfläche und dem umgebenden Gas. Um ein zuverlässiges Ermitteln von Gaskonzentrationen mittels des Mischpotentialsensors zu ermögli ¬ chen, darf das zu detektierende Gas nicht am Erreichen der Elektrodenoberfläche gehindert werden. Dies wäre beispiels- weise der Fall, falls der Mischpotentialsensor eine Silizium- Vergiftung aufweist und die Elektrodenoberfläche mit Silizi ¬ umdioxid benetzt ist, was eine Detektion des zu messenden Ga ¬ ses blockieren würde. Mittels des beschriebenen Verfahrens ist ein Ermitteln einer solchen Beeinträchtigung des Mischpo- tentialsensors möglich.

Die Dreiphasengrenzschicht bezeichnet einen Bereich des

Mischpotentialsensors, in dem das zu messende Gas, die Elekt ¬ rode und ein Zirkonoxid-Gitter zusammenwirken und den Funkti- onszustand des Mischpotentialsensors mitbestimmen. Die Akti ¬ vität der Dreiphasengrenzschicht entscheidet dabei über die Kinetik von Sauerstoffeinlagerungen, die sich als Sauerstoffmoleküle in das Zirkonoxid-Gitter des Mischpotentialsensors einlagern und aus diesem herausgelöst werden. Sie wirkt sich wesentlich auf Eigenschaften, wie Signalhöhe der Messsignale und Ansprechzeit, des Mischpotentialsensors aus. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Diagnose eines Mischpotentialsensors für ein Kraftfahr ¬ zeug dazu ausgebildet, eines der zuvor beschriebenen Verfahren durchzuführen, wobei der Mischpotentialsensor eine gas- sensitive erste Elektrode und eine referenzierende zweite Elektrode aufweist, die dazu ausgebildet sind, in Abhängig ¬ keit eines zu messenden Gases ein Messsignal zu generieren, das als Mischpotential repräsentativ ist für eine Gaskonzent ¬ ration des zu messenden Gases.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein System zur Diagnose eines Mischpotentialsensors für ein Kraftfahr ¬ zeug eine Vorrichtung, wie zuvor beschrieben, zur Diagnose des Mischpotentialsensors und den Mischpotentialsensor, der dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines zu messenden Ga ¬ ses ein Messsignal zu generieren, das als Mischpotential re ¬ präsentativ ist für eine Gaskonzentration des zu messenden Gases. Außerdem umfasst das System eine isolierte Stromquel ¬ le, die zum elektrischen Ansteuern des Mischpotentialsensors ausgebildet ist.

Eine solche Vorrichtung und ein solches System korrespondie ¬ ren zu dem zuvor beschriebenen Verfahren, sodass sämtliche Merkmale und Eigenschaften des Verfahrens auch für die Vor- richtung und das System offenbart sind und umgekehrt.

Gemäß einem weiteren Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Computerprogramm zur Diagnose eines Mischpotential ¬ sensors für ein Kraftfahrzeug, das dazu ausgebildet ist, ei- nes der zuvor beschriebenen Verfahren bei seiner Ausführung auf eine Datenverarbeitungsvorrichtung durchzuführen.

Gemäß einem weiteren Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Computerprogrammprodukt, das einen ausführbaren Programmcode umfasst, wobei der Programmcode bei Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung eines der zuvor beschriebenen Verfahren zur Diagnose des Mischpotentialsensors ausführt. Das Computerprogrammprodukt umfasst insbesondere ein von der Datenverarbeitungsvorrichtung lesbares Medium, auf dem der Programmcode gespeichert ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs mit einer Vorrichtung zur Diagnose eines Mischpotenti ¬ alsensors,

Figur 2 einen zeitlichen Strom- und Spannungsverlauf zur

Diagnose eines Mischpotentialsensors,

Figur 3 ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Diagnose eines Mischpotentialsensors für ein Kraftfahrzeug.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Systems zur Diag ¬ nose eines Mischpotentialsensors 5, welcher in einem Abgas ¬ trakt 7 eines Kraftfahrzeugs 3 angeordnet ist. Eine Vorrich ¬ tung 1 ist dazu ausgebildet, mittels einer isolierten Strom ¬ quelle 11 den Mischpotentialsensor 5 gezielt anzusteuern und dadurch ein Ermitteln eines Funktionszustands des Mischpotentialsensors 5 zu ermöglichen. Auf diese Weise kann der Misch ¬ potentialsensor 5 hinsichtlich einer Aktivität und eines Alters überprüft werden und es kann eine den Messsignale des Mischpotentialsensors 5 eine gewisse Zuverlässigkeit zugeord ¬ net werden.

Der Mischpotentialsensor 5 umfasst zum Beispiel eine oder mehrere gassensitive Elektroden und eine referenzierende Elektrode, die dazu ausgebildet sind, in Abhängigkeit eines zu messenden Gases ein Messsignal zu generieren, das als Mischpotential zwischen einer gassensitiven Elektrode und der referenzierenden Elektrode repräsentativ ist für eine Gaskonzentration des zu messenden Gases. Das Mischpotential zwi ¬ schen den beiden Elektroden kann mittels Ansteuerns mit elektrischem Strom geändert werden und dadurch ein Ermitteln ei- nes Funktionszustands des Mischpotentialsensors 5 in Abhän ¬ gigkeit des geänderten Mischpotentials ermöglichen.

Das Funktionsprinzip des Mischpotentialsensors 5 beruht im Wesentlichen auf Ionendiffusion von Sauerstoff. Die Schad- stoffkomponenten binden den zur Verfügung stehenden Sauerstoff und die daraus resultierende Spannungsdifferenz zwi ¬ schen der ersten und zweiten beziehungsweise der gassensiti ¬ ven und referenzierenden Elektrode wird als Mischpotential detektiert. Das Ansteuern des Mischpotentialsensors mittels elektrischen Stroms ermöglicht es, in dem Mischpotentialsensor einen geringfügigen Sauerstoffüberschuss zu erreichen und diesen gezielt zur Elektroden hin zu pumpen beziehungsweise für die Detektion durch die Elektroden bereitzustellen. Der bereitgestellte Sauerstoffüberschuss repräsentiert somit eine kontrollierte Störung des Mischpotentials, die zum Ermitteln des Funktionszustands des Mischpotentialsensors 5 ausgewertet werden kann.

Bei einem Ermitteln des Funktionszustands des Mischpotential- sensors 5 wird der Mischpotentialsensor 5 zum Beispiel mit einem vorgegebenen Stromverlauf V_ST angesteuert und dadurch eine Änderung des Mischpotentials kontrolliert eingeführt. Der vorgegebene Stromverlauf V_ST repräsentiert einen Pump ¬ strom, welcher aufgrund eines induzierten Sauerstoffüber- Schusses zu einer definierten Änderung des Mischpotentials zwischen den Elektroden führt. Wird nun der Verlauf V_MP des Mischpotentials ermittelt bis die gezielt eingeführte Störung wieder abgeklungen ist, kann der Funktionszustand des Mischpotentialsensors 5 ermittelt werden, indem beispielsweise so ermittelte Verlauf V_MP mit einem vorgegebenen und kalibrierten Verlauf des Mischpotentials verglichen wird. Somit ist mittels des beschriebenen Systems und eines korres ¬ pondieren Verfahrens, das beispielsweise gemäß dem in Figur 3 dargestellten Ablaufdiagramm durchgeführt wird, eine aktive Diagnosemöglichkeit des Funktionszustands des Mischpotential- sensors 5 gegeben, die Auskunft über die Funktionstüchtigkeit des Mischpotentialsensors 5 und die Zuverlässigkeit der Mess ¬ signale liefern kann. Gemäß dem illustrierten Ausführungsbeispiel ist es auf diese Weise möglich einen Beitrag dafür zu leisten, dass ein Ausstoß von Schadstoffemission während ei- nes Betriebs des Kraftfahrzeugs 3 zuverlässig kontrollierbar ist und gegebenenfalls nutzbringend angepasst werden kann.

Zu diesem Zweck umfasst die Vorrichtung 1 beispielsweise eine Datenverarbeitungsvorrichtung 9, auf der ein Computerprogramm ausgeführt wird, um den Mischpotentialsensor 5 mittels elektrischen Stroms anzusteuern und das Mischpotential zwischen den Elektroden des Mischpotentialsensors 5 zu beeinflussen.

Figur 2 zeigt einen beispielhaft einen anzusteuernden Strom- verlauf V_ST sowie einen daraus resultierenden Verlauf V_MP des Mischpotentials, welcher zur Diagnose des Mischpotential ¬ sensors 5 ausgewertet werden kann und ein Ermitteln des Funktionszustandes des Mischpotentialsensors 5 ermöglicht. Der Mischpotentialsensor 5 wird dabei im Spannungsbetrieb, dem sogenannten EMF-Betrieb, betrieben. Der dargestellte Stromverlauf V_ST, der durch die isolierte Stromquelle 11 bereit ¬ gestellt wird, weist in Abhängigkeit der Zeit t eine recht ¬ eckige Form auf und führt zu einem exponentiell sättigenden Anstieg des Verlaufs V_MP des Mischpotentials. In anderen Ausgestaltungen des Verfahrens zur Diagnose des Mischpotenti ¬ alsensors 5 kann der ansteuernde Stromverlauf V_ST eine Si ¬ nus-, Dreieck oder anderweitig geformte Pulsform aufweisen. Die Stromquelle ist vorzugsweise von einem Auswerte- und/oder Heizungskreis isoliert, um Quereinflüsse beim Pumpen des Mischpotentialsensors 5 zu vermeiden. Aus der Reaktion der Messsignale des Mischpotentialsensors 5 und des daraus resultierenden Verlaufs V_MP kann eine Anstiegs- und Abfallszeit, eine Symmetrie, ein Maximal- und Mi ¬ nimalwert ermittelt werden, welche mit Referenzwerten vergli- chen werden können und somit Auskunft über den Funktionszu ¬ stand des Mischpotentialsensors 5 ermöglichen. Auf diese Wei ¬ se kann eine Alterung der Elektroden und des Mischpotential ¬ sensors 5 überprüft werden und eine Aktivität des kompletten Mischpotentialsensors 5 kontrolliert werden, um in einem Be- trieb des Kraftfahrzeugs 3 den Messsignalen des Mischpotenti ¬ alsensors 5 eine gewisse Vertrauenswürdigkeit zumessen zu können .

Beispielsweise wird im Rahmen eines solchen Verfahrens ermit- telt, dass die Funktionalität des Mischpotentialsensors 5 be ¬ einträchtigt ist und Gaskonzentrationen und Schadstoffemissi ¬ onen nicht mehr zuverlässig bestimmt werden können. Aufgrund der Kenntnis des eingeschränkten Funktionszustands kann eine entsprechende Wartung des Mischpotentialsensors 5 erfolgen, um zeitnah wieder ein zuverlässiges Ermitteln von Schadstoffemissionen oder anderer Gaskonzentrationen zu ermöglichen und somit einen Betrieb des Kraftfahrzeugs 3 möglicherweise vor ¬ teilhaft zu beeinflussen. Auf diese Weise kann auch ermittelt werden, ob die gassensi ¬ tive Elektrode oder Elektroden des Mischpotentialsensors 5 vergiftet sind, indem beispielsweise maximale Ausschläge des ermittelten Verlaufs V_MP des Mischpotentials mit zuvor ka ¬ librierten und Messsignalen des nicht vergifteten Mischpoten- tialsensors 5 verglichen werden. Mit dem Begriff „vergiftet" ist in diesem Zusammenhang eine reversible oder irreversible Ablagerung verschiedener Stoffe bezeichnet, die sich an den Elektroden ablagern und deren Aktivität nachteilig beeinflus ¬ sen. Zum Beispiel weist der Mischpotentialsensor 5 in einem funktionstüchtigen Betriebszustand bei einem Ansteuern mittels elektrischen Stroms mit einem Wert von 100 nA einen Verlauf des Mischpotentials mit einer Amplitude von 60 mV auf. Wird im Rahmen einer Diagnose des Mischpotentialsensors 5 dann lediglich eine Amplitude von 10 mV des Verlauf V_MP er ¬ mittelt, kann dies ein Anzeichen für eine verringerte Aktivi ¬ tät einer oder mehrerer Elektroden sein und gegebenenfalls auf ein Vergiftung des Mischpotentialsensors 5 hinweisen.

Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Diagnose des Mischpotentialsensors 5, bei dem in einem Schritt Sl beispielsweise der Mischpotentialsensor 5 mittels elektri- sehen Stroms vorgegeben angesteuert wird, beispielsweise ge ¬ mäß dem in Figur 2 dargestellten Verlauf V_ST, und dadurch das Mischpotential zwischen der ersten und zweiten Elektrode gezielt verändert wird. In einem weiteren Schritt S3 wird der Verlauf V_MP, bei ¬ spielsweise gemäß dem in Figur 2 dargestellten Verlauf, ermittelt, indem die mittels des Stromverlauf V_ST gezielt ein ¬ gebrachte Störung überwacht wird. In einem weiteren Schritt S5 wird dann der Funktionszustand des Mischpotentialsensors 5 in Abhängigkeit des ermittelten Verlaufs V_MP bestimmt und somit der Funktionszustand des Mischpotentials 5, beispielsweise hinsichtlich Alterung, Ak ¬ tivität und Elektroden- und Gasübergang, ermittelt. Ein sol- ches Ermitteln umfasst zum Beispiel ein Abgleichen des ermit ¬ telten Verlaufs V_MP mit vorgegebenen hinterlegten Werten. In diesem Schritt oder in einem weiteren Schritt S7 des Verfahrens kann der ermittelte Verlauf V_MP auch hinsichtlich einer Elektroden- und/oder Materialfunktionalität, eines Oxidati- ons- und Elektrodenmaterial-Zustands und/oder einer Aktivität der Dreiphasengrenzschicht des Mischpotentialsensors 5 über ¬ prüft werden.