内燃機関の加熱可能な排気センサを診断する方法及び診断装置
本発明は、内燃機関の加熱可能な排気センサ（１１）を診断する方法（７１）であって、電圧源（４１、５１）を用いて、事前に定められた、時間的に変化する又は不変の電圧（Ｕ１、Ｕ２）が生成され、電圧（Ｕ１、Ｕ２）が、排気センサ（１１）の端子（ＡＰＥ、ＲＴ、ＩＰＮ、ＲＥ、ＡＬＥ、ＩＰＥ、３７）に印加され、電圧（Ｕ１、Ｕ２）が印加された際に電圧源を通って流れる電流（ｌ１、ｌ２）が検出され、電流（ｌ１、ｌ２）が排気センサ（１１）の診断のために評価され、又は、電圧源（４１、５１）を用いて、事前に定められた、時間的に変化する又は不変の電流（ｌ１、ｌ２）が生成され、電流（ｌ１、ｌ２）が、排気センサ（１１）の端子（ＡＰＥ、ＲＴ、ＩＰＮ、ＲＥ、ＡＬＥ、ＩＰＥ、３７）に印加され、電流（ｌ１、ｌ２）が印加される際に印加される電圧（Ｕ１、Ｕ２）が検出され、電圧（Ｕ１、Ｕ２）が排気センサ（１１）の診断のために評価される、上記方法（７１）に関する。排気センサの確実で的確な診断を可能とし（７１）、排気センサの起こり得るエラーの形態を明言することを可能とする（７１）、排気センサ（１１）を診断する方法（７１）を提示するために、本方法（７１）が、内燃機関の開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子とは独立して実施され、排気センサ（１１）の作動温度が、開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子とは別体の調整素子（５９）によって所定の温度値に調整されることが提案される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の、内燃機関の加熱可能な排気センサを診断する方法、及び、請求項１５の上位概念に記載の診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特に車両のための内燃機関が、１つ又は複数の排気センサを具備することが一般的に知られている。排気センサは通常、内燃機関の開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子と接続されており、従って、当該開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子は、内燃機関の燃焼室から発生する排気に関する情報を集めることができる。排気センサとして、内燃機関内には通常、少なくとも１つのラムダセンサが設けられており、当該ラムダセンサによって、排気中の酸素濃度が検出されうる。これにより、燃焼室内の空燃比の推測が可能となり、従って、内燃機関は、例えば排気規制が遵守されるように、調整することができる。
【０００３】
ラムダセンサは、所謂スプリングセンサ（Ｓｐｒｕｎｇｓｏｎｄｅ）と、広帯域センサと、に分けられる。広帯域センサはさらに、単セル型広帯域センサ（Ｅｉｎｚｅｌｌｅｎ−Ｂｒｅｉｔｂａｎｄｓｏｎｄｅ）として、又は、二セル型広帯域センサ（Ｚｗｅｉｚｅｌｌｅｎ−Ｂｒｅｉｔｂａｎｄｓｏｎｄｅ）として構成されうる。スプリングセンサは、λ＝１の範囲内にある排気の空気過剰率については、かなり高い感度を有する。ほぼλ＝１の範囲内にない空気過剰率については、スプリングセンサの感度は比較的低い。従って、排気中の空気過剰率が継続的に上昇する場合には、空気過剰率がほぼλ＝１の範囲内に入ると直ぐに、スプリングセンサにより生成された出力信号の上昇が起こる。これに対して、広帯域センサは、空気過剰率の値λ＝１の範囲の外でも、比較的高い感度を有する。
【０００４】
近代的な内燃機関は、通常では１つ又は２つのラムダセンサを有し、オット内燃機関のためには、スプリングセンサ及び／又は広帯域センサが利用される。ディーゼル内燃機関は、圧倒的に広帯域ラムダセンサを有する。
【０００５】
内燃機関の稼働中に、開ループ制御及び／又は閉ループ制御ユニットは、ラムダセンサ、例えば内燃機関のラムダセンサ及び更なる別のセンサにより生成されたセンサ信号を集め、当該センサ信号に従って内燃機関を駆動する。センサのエラーを検出できるために、開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子は、内燃機関の稼働中に個々のセンサ信号を検査する。この場合、通常では、電気的エラー（例えば、短絡、又は、導線の切断）が存在するかという程度まで信号が検査される。このために、例えば、センサ信号が許容可能な値の範囲内にあるかどうかが検査される。更に、開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子は通常、システムエラーが存在するかどうか検査する。システムエラーは、例えば、様々なセンサによって集められた値が互いに矛盾する場合に検出される。開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子は、電気的エラー及び／又はシステムエラーを検出すると、エラーの発生をエラーメモリに記憶させる。
【０００６】
例えば修理の準備のために、又は、内燃機関、若しくは内燃機関が組み込まれた車両のメンテナンスの際に実行される公知の診断方法は、例えばエラーメモリに格納された情報を参照する。これにより、ある程度の、ラムダセンサの機能性についての帰納的推理が行われうる。しかしながら、内燃機関の稼働中に、内燃機関の様々な構成要素間の複雑な相互作用が発生するため、個々のラムダセンサの、十分に確実で信頼できる診断が可能ではない。例えば、電気的エラーが検出されると、通常では、エラーがラムダセンサの故障によるものなのか、又は、開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子、特に、ラムダセンサのセンサ信号のための評価回路が故障しているのかについて確実に確認しえない。更に、システムエラーは、多くの場合に、例えば特定のラムダセンサのような特定のセンサに対応付けられていない可能性がある。実際には内燃機関の他の構成要素、特に内燃機関の他のセンサが正確に機能していないにもかかわらず、ラムダセンサが故障していると誤って検出される危険性が生じる。従って、内燃機関に故障が発生すると、公知の診断方法を利用した場合には、実際に故障している構成要素が最終的に確認されるまで、エラー探索が長時間行われることになる。ラムダセンサのエラーの形態の確実な帰納的推理は、公知の診断方法では事実上不可能である。
【０００７】
単セル型広帯域ラムダセンサ、及び、二セル型広帯域ラムダセンサは、例えば、独国特許出願公開第１０２００６０１４２６６号明細書で公知である。更に、独国特許出願公開第１９７１６１７３号明細書には、ラムダセンサの電極と、ラムダセンサの発熱素子と、の間の漏電を検出ことが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の根底には、排気センサの確実で的確な診断を可能とし、排気センサの起こり得るエラーの形態を明言することを可能とする、内燃機関の排気センサを診断する方法を提示するという課題がある。その装置という観点において、本課題は、本方法を実施するように構成された診断装置を提示することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの課題のそれぞれは、従属請求項に記載の特徴によって解決される。排気センサは、好適にラムダセンサ、特に、スプリングセンサ、単セル型広帯域センサ、又は、二セル型広帯域センサである。本発明にかかる方法により排気センサを診断する際に、排気センサの様々なパラメータが、内燃機関の他の構成要素とはほぼ完全に独立して検査されうる。特に、内燃機関の他のセンサとの相互作用が排除される。開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子のエラーメモリへのアクセスは必要ではない。排気センサの温度、特に、排気センサのセンサ素子の温度の調整によって、排気センサは、定められた動作点に置かれ、従って、有効性及び再現可能性の高い診断結果が伝達される。
【００１０】
本方法は、好適に、内燃機関が停止し稼動中でない場合に実施される。ここでは、排気センサは、内燃機関に組み込まれた状態であり得る。しかしながら、本発明にかかる方法に従った診断は、内燃機関から取り出された排気センサでも実施されうる。
【００１１】
全体として、本発明にかかる方法によって、排気センサのエラーの迅速で確かな検査が可能となる。更に、修理又はメンテナンスの枠組みにおいてのみならず、排気センサ、内燃機関、又は、内燃機関が組み込まれる車両の製造プロセスの末端でも実施することが可能な、排気センサの比較的詳細な調査（Ｂｅｆｕｎｄｕｎｇ）が行われる。今正に製造された車両が正確に機能しないことが判明した場合に、本方法を実施することも構想可能であり、従って、本発明にかかる方法によって、エラーの形態をより正確に分析することが可能である。このようなより正確な分析は、「ゼロキロメータ所見」（“Ｎｕｌｌ−Ｋｉｌｏｍｅｔｅｒ−Ｂｅｆｕｎｄｕｎｇ”）とも呼ばれる。更に、顧客から製造元の保証が求められている車両のラムダセンサが、本発明にかかる方法によって検査されうる。
【００１２】
排気センサのセル、特にポンプセル（二セル型センサの場合）、又は、統合型ポンプ及び測定セル（ｋｏｍｂｉｎｉｅｒｔｅ Ｐｕｍｐ‐ ｕｎｄ Ｍｅｓｓｚｅｌｌｅ）（単セル型センサの場合）の電極と接続された端子に電圧が印加され、従って、電流として、損傷のない排気センサのセルにより流れるポンプ電流が検出されることは好ましい。検出されたポンプ電流の評価によって、排気センサが機能しうるのか、又は、排気センサがエラーを有するのかを検査することができる。
【００１３】
その際、電圧が相前後して異なる電圧値を有し、これら電圧値の少なくとも２つのために、電流の対応する電流値が検出されるように、電圧が段階ごとに交互に変更されことは好ましい。対応する電圧値がそのために検出される２つの電圧値は同じであることは好ましい。
【００１４】
その際、電流値の評価により、好適に電流値を互いに比較することにより、印加された電圧と検出された電流との間の依存性に関するヒステリシスが検証されることは好ましい。様々な時点に印加される２つの同じ電圧値について、正に２つの電流値が検出される場合に、ヒステリシスの尺度として上記２つの電流値の間の差分が援用されうる。この差分の値が所定の閾値よりも大きい場合には、欠陥、特に、黒色化（Ｓｃｈｗａｒｚｆａｅｒｂｕｎｇ）、即ち、セルの電極のうちの１つにおける、過負荷による／高電圧が高過ぎることによるセラミックの縮小（Ｋｅｒａｍｉｋｒｅｄｕｚｉｅｒｕｎｇ）が推測される。
【００１５】
さらに、電圧が、排気センサのトリマー電位差計に接続された端子に印加されることは好ましい。これにより、一方では、排気センサ内のトリマー電位差計が、例えば排気センサの接続ケーブルを介して、電圧が印加される排気センサの端子と正しく接続されているかどうか検査することができる。電流が許容範囲の外にある場合には、トリマー電位差計の接触不良、又は、端子のうちの１つとトリマー電位差計との間の接続の切断、又は、トリマー電位差計と並列の分路が推測される。一般的に、分路は、所望の導電性の主経路と並列して走る、望まれない伝導路として解される。電流が許容範囲内にある場合には、当該電流を用いてトリマー電位差計の値を求めることができる。
【００１６】
その際に、好適にトリマー電位差計の値に従って、ポンプ電流のための目標値が、例えば空気中で（ａｎ Ｌｕｆｔ）定められ、電圧として正のポンプ電圧が印加され、排気センサが、目標値及びポンプ電圧に従って検査されうる。ここでは、好適に、ポンプ電流と目標値との間の商が求められる。商の値が所定の閾値よりも大きい場合には、例えば、拡散隔壁における亀裂、若しくは、セルのセラミックセンサにおける亀裂、又は、セルの電極間の電気的な分路（ｅｌｅｋｔｒｉｓｃｈｅｒ Ｎｅｂｅｎｓｃｈｌｕｓｓ）が検出される。商の値が更なる別の閾値よりも小さい場合には、好適に、拡散隔壁の汚染（「煤汚れ」（Ｖｅｒｓｏｔｔｕｎｇ））が検出される。
【００１７】
更なる別の検査として、電圧として負のポンプ電圧が印加され、電流として、正負反転されたポンブ電流が検出され、当該電流が所定の許容範囲内に存在するのか検査されることが構想されうる。電流が小さすぎる場合には、排気センサの保護層の汚染、又は、排気センサの不十分な加熱を示唆している。電流が大きすぎる場合には、場合によっては、電極間の電気的な分路、又は、センサの保護層の損傷又の欠陥が存在する。
【００１８】
センサ素子と排気センサのハウジングとの間の領域における汚れ、明らかな煤汚れ（Ｖｅｒｒｕｓｓｕｎｇ）による分路を検出するために、セルの電極、好適にはポンプセルの内部電極と、排気センサの導電性のハウジングと、の間に電圧が印加され、電流として、ハウジング電流が検出され、ハウジング電流が所定の最大値より小さく、又は所定の最大値と等しいかどうか検査されうる。上記電流が最大値を超える場合には、本方法によって、センサ素子と、ハウジング、特にハウジングの保護ダクトと、の間に煤等、特に金属堆積物が堆積していることが確認される。
【００１９】
上述の排気センサの検査は、多くの場合に、検出された電流又は当該検出された電流に従って形成される値と、所定の閾値又は所定の許容範囲と、の比較を含む。様々な種類の排気センサが利用されるため、閾値又は許容範囲が、排気センサの種類に従って事前に定められる必要がある。さらに、多くの場合に、排気センサの種類に対して、作動温度の調整を適合させる必要がある。このために、排気センサの種類が、利用者の手動入力に従って定められうる。しかしながら、排気センサの少なくとも１つのセルのセル抵抗、好適に、排気センサの測定セルのセル抵抗を特徴付ける少なくとも１つの測定値が検出され又は定められ、当該測定値に従って、排気センサの種類が定められることは好ましい。排気センサの個々の種類が、特にそのセル抵抗において区別され、従って、セル抵抗に対する種類の対応付けが可能である。排気センサの種類を自動的に定めることにより、利用者による操作エラーがほぼ完全に防止される。
【００２０】
セル抵抗を定めるために、電圧として少なくとも１つの測定電圧がセルに印加され、各測定電圧のための測定値として、電流がセルにより検出される。これにより、抵抗が１つの電圧についてのみならず、複数の電圧について定められるため、排気センサの種類をより確実に定めることができる。
【００２１】
その際に、時間的に連続して、異なる極性の２つの測定電圧がセルに印加されることは特に好ましい。例えば、これにより第１の場合に、セルセラミックのオーム抵抗についての明言、及び、第２の場合に、電極への酸素運搬の拡散抵抗についての明言が導き出される。これにより、同種の排気センサの老朽化による変更が、様々な種類の排気センサ間での区別と区別されうる。このようにして、排気センサの老朽化又は消耗による、排気センサの種類の自動検出時のエラーが、少なくともほぼ完全に防止される。
【００２２】
本発明の好適な実施形態において、上記又は各測定値が閾値と比較され、当該比較に従って、排気センサの種類が定められる。即ち、各測定値について、当該比較の結果が定められ、排気センサの種類を定めるために比較結果が互いに論理結合される。
【００２３】
セル抵抗に対する更なる別の影響要因は、排気センサが晒される排気の酸素含有量によって形成される。排気センサが組み込まれる通常の内燃機関の排気管は、通常では、酸素が乏しい排気が内燃機関の停止後に排気管内に留まり周囲環境との排気交換が比較的ゆっくりと行われるように、周囲空気に対して良好に密閉される。従って、本発明の実施の際に、酸素が乏しい排気中に（空気過剰率λ＜０）排気センサが晒されるということが起こり得る。排気センサの種類の検出時に妨害する影響を、可能な限りほぼ完全に消去するために、セルに対して少なくとも１つの測定電圧を印加する前に、セルにおける排気により生成されるセル電圧を検出し、少なくとも１つの測定電圧が、上記セル電圧に従って事前に設定されることは好ましい。その際に、少なくとも１つの測定電圧が、検出されたセル電圧の分だけ上げられることが構想されうる。
【００２４】
先に挙げた課題の更なる別の解決策として、請求項１４の特徴を備えた診断装置が提案される。このような診断装置によって、排気センサを特に簡単に検査することができる。このために、エンジンが停止している際に、排気センサと、内燃機関の開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子と、の間の電気的な接続が解消され、排気センサの端子と診断装置とが接続される。これにより、排気センサの独立した診断が可能となる。これにより、排気センサのエラーを明確に確認し、又は確実に推測することができる。
【００２５】
診断装置は、本発明にかかる方法を実施するように構成され、従って、本発明にかかる方法の全ての効果が実現されうる。特に、診断装置は、本発明にかかる方法を実施するためにプログラムされたプログラム可能なコンピュータを有することができる。
【００２６】
本発明の更なる別の特徴及び効果は、本発明の例示的な実施形態が図面を用いて詳細に解説される以下の記載から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】二室型（Ｚｗｅｉｋａｍｍｅｒ）広帯域ラムダセンサに接続された診断装置の概略図を示す。
【図２】ラムダセンサが単室型（Ｅｉｎｋａｍｍｅｒ）広帯域ラムダセンサである図１に類似した図を示す。
【図３】図１及び図２に示されるラムダセンサを診断する方法の実施例としてフローチャートの一部を示す。
【図４】図１及び図２に示されるラムダセンサを診断する方法の実施例としてフローチャートの一部を示す。
【図５】図１及び図２に示されるラムダセンサを診断する方法の実施例としてフローチャートの一部を示す。
【図６】図１及び図２に示されるラムダセンサを診断する方法の実施例としてフローチャートの一部を示す。
【図７】図１及び図２に示されるラムダセンサを診断する方法の実施例としてフローチャートの一部を示す。
【図８】図３〜図７の方法のステップの詳細図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１の概略図は、プラグインコネクタ１３の形態における電気的接続を介して診断装置１５に接続されている、二セル型広帯域ラムダセンサ１１を示す。ラムダセンサ１１は、内燃機関（図示せず）の排気システムに属する。ラムダセンサ１１は、例えば流れ方向において、排気システムの排気管内の排気触媒の前又は後ろに配置されうる。しかしながら、ラムダセンサ１１はまた、診断の目的で、一時的に内燃機関から取り出すこともできる。ラムダセンサ１１が内燃機関内への最初のはめ込みのために設けられ、最初の機能テストのために診断装置１５に接続されるということも構想されうる。最初の機能テストは、既に組み込まれたラムダセンサ１１でも実施することができる。
【００２９】
ラムダセンサ１１は、ポンプセル１７を有する。ポンプセル１７は、プラグインコネクタ１３の「ＡＰＥ」と呼ばれる端子と接続された外部ポンプ電極１９を含む。ポンプセル１７の内部ポンプ電極２１は、プラグインコネクタ１３の端子ＩＰＮと接続される。外部ポンプ電極１９と内部ポンプ電極２１との間には、二酸化ジルコニウムから形成された第１の固体電解質２３が存在する。排気システム内に組み込まれたラムダセンサ１１の場合、ポンプセル１７の、外部ポンプ電極１９により画定される側は、内燃機関の排気管の内部空間の方を向いているのに対して、ポンプセル１７の、内部ポンプ電極により画定される側は、ラムダセンサ１１の内部に存在する拡散ギャップ（図示せず）の方を向いている。従って、ポンプセル１７は、ラムダセンサ１１の、排気管の内部空間の方を向いた側と、ラムダセンサ１１の拡散ギャップと、の間に存在する。
【００３０】
拡散ギャップと、通常では周囲空気と繋がった、ラムダセンサ１１の基準エアチャネル（図示せず）と、の間には通常、ネルンストセル２５と呼ばれる測定セルが配置される。ネルンストセル２５は、第２の固体電解質２７を有し、当該固体電解質２７の、拡散ギャップの方に向いた側にネルンスト電極２９が配置され、当該ネルンスト電極２９は、プラグインコネクタ１３の端子ＩＰＮと接続される。第２の固体電解質２７の、基準エアチャネルの方を向いた側には、ネルンストセル２５の基準電極３１が配置される。基準電極３１は、プラグインコネクタ１３の端子ＲＥと電気的に接続される。さらに、ラムダセンサ１１は、プラグインコネクタ１３の２つの端子Ｈ＋及びＨ−と接続された発熱素子３３を有する。発熱素子３３と、２つのセル１７及び２５と、は、ラムダセンサ１１のセンサ素子内に組み込まれており、従って、発熱素子３３はセル１７、２５と、特にそれらの固体電解質２３、２７と熱結合している。
【００３１】
ラムダセンサ１１は、適切な製造技術に従って構成される。例えば、ラムダセンサ１１は、所謂フィンガーセンサ（Ｆｉｎｇｅｒ−Ｓｏｎｄｅ）として構成され、又は、プレナ技術で製造されうる。利用される製造技術に依存せずに、ラムダセンサ１１は、導電性のハウジング構成要素３７を有するハウジング３５を有し、導電性のハウジング構成要素３７は、例えば金属から形成されうる。導電性のハウジング構成要素３７は、診断装置１５と接続される。
【００３２】
更に、ラムダセンサ１１内にはトリマー電位差計３９が配置され、当該トリマー電位差計３９の第１の端子は、プラグインコネクタ１３の端子ＡＰＥと接続され、トリマー電位差計３９の第２の端子は、プラグインコネクタ１３の端子ＲＴと接続される。トリマー電位差計３９は、例えば、約３０オーム〜３００オームの値を有しうる。トリマー電位差計３９の値は、通常では、ラムダセンサの製造直後に固定される。このために、トリマー電位差計３９は、制御電子回路において測定抵抗と並列に接続される。その後、トリマー電位差計は、ラムダセンサ１１が空気過剰率λ＝１のガスに晒された場合に、所定の電流（例えば、２.５４ｍＡ）が測定抵抗により生成されるように調整される。従って、ラムダセンサ１１の稼動時に、トリマー電位差計３９を用いて、ラムダセンサ１１の製造ばらつきを、少なくともほぼ完全に補正することができる。
【００３３】
診断装置１５は、診断装置１５の制御素子４３により制御可能な第１の電圧源４１を有する。第１の電圧源４１は、第１の電流センサ４５と直列に接続される。第１の電流センサ４５は、制御素子４３と接続され、従って、制御素子４３は、第１の電圧源４１により流れる電流ｌ１を検出することができる。第１の電流センサ４５の、電圧源４１の方を向かない端子は、プラグインコネクタ１３の端子ＡＰＥと接続される。第１の電圧源４１の、第１の電流センサ４５の方を向かない側は、第１の切替素子４７及び第２の切替素子４９の端子と接続される。第１の切替素子４７の更なる別の端子は、プラグインコネクタ１３の端子ＲＴと接続される。第２の切替素子４９の更なる別の端子は、プラグインコネクタ１３の端子ＩＰＮと接続される。
【００３４】
端子ＡＰＥとＲＥとの間には電圧センサ５２が配置され、当該電圧センサ５２は、端子ＡＰＥとＲＥとの間に印加される電圧ＵＭを制御素子４３が検出できるように、当該制御素子４３と接続される。
【００３５】
さらに、診断装置１５は、第２の電流センサ５３と直列に接続された第２の電圧源５１を有する。第２の電圧源５１は制御可能であり、制御素子４３が第２の電圧源５１の動作時に生成される電圧Ｕ２を調整できるように、当該制御素子４３に接続される。第２の電流センサ５３は、第２の電圧源５１を通って流れる電流ｌ２を制御素子４３が検出できるように、当該制御素子４３に繋がれる。第２の電流センサ５３の、第２の電圧源５１の方を向かない端子は、プラグインコネクタ１３の端子ＩＰＮと接続される。第２の電圧源５１の、第２の電流センサ５３の方を向かない端子は、第３の切替素子５５及び第４の切替素子５７と接続される。第２の電圧源５１と直接的には接続されていない、第３の切替素子５５の端子は、ラムダセンサ１１のハウジング構成要素３７と接続され、第２の電圧源５１と直接的には接続されていない、第４の切替素子５７の端子は、プラグインコネクタ１３の端子ＲＥと接続されている。各切替素子４７、４９、５５、５７は制御素子４３と繋がれているため、制御素子４３は、個々の切替素子４７、４９、５５、５７を個別に制御することができる（対応する接続は、分かり易さを優先して図１には示されない）。全体として、切替素子４７、４９、５５、５７は、電圧源４１、５１及び対応する電流センサ４５、５３をプラグインコネクタ１３の個々の端子ＡＰＥ、ＲＴ、ＩＰＮ、ＲＥと接続するため、及び、電圧源４１、５１及び対応する電流センサ４５、５３をハウジングと接続するための切替構成を形成する。診断装置１５の他の実施形態において、切替構成は他の形態で構成される。切替素子は、プラグインコネクタ１３の他の端子と接触して、例えば、内部の漏電を検査するために信号電極とヒーター電極との間にも配置されうる。異なる数の切替素子も設けることができる。さらに、２つの電圧源４１、５１の代わりに、１つ、又は、２つ以上の電圧源を設け、対応して切替素子の数を増やし又は減らすことが構想されうる。切替素子４７、４９、５５、５７は、任意の形態（例えば、半導体回路又は切替リレー）で実現されうる。
【００３６】
さらに、診断装置１５は、ネルンストセル２５の内部抵抗を用いてラムダセンサ１１の温度を調整するための調整素子５９を有する。この調整素子５９は、プラグインコネクタ１３の２つの端子Ｈ＋及びＨ−と接続され、当該２つの端子は、ラムダセンサ１１の発熱素子３３と接続される。調整素子５９は制御素子４３に接続されるので、当該制御素子４３は、調整素子５９を、例えば目標値を設定するために制御することができる。
【００３７】
図２では、排気センサが、単セル型広帯域ラムダセンサ６１として構成される。この単セル型広帯域ラムダセンサ６１は、ポンプセル１７及びネルンストセル２５の代わりに、結合型ポンプ及びネルンストセル（ｋｏｍｂｉｎｉｅｒｔｅ Ｐｕｍｐ‐ ｕｎｄ Ｎｅｒｎｓｔ‐Ｚｅｌｌｅ）６３を有する。従って、このセンサ６１内には、第１の固体電解質２３のみが存在する。組み込まれたセンサ６１において、第１の固体電解質２３の、排気管の内部空間の方を向いた側には、外部電極６５が配置される。固体電解質２３の、上記内部空間の方を向かない側には、内部電極６７が配置される。外部電極６５は、プラグインコネクタ１３の端子ＡＬＥと電気的に接続され、内部電極６７は、プラグインコネクタ１３の端子ＩＰＥと電気的に接続される。
【００３８】
単セル型広帯域ラムダセンサ６１ではセル６３のみが存在するということを除いて、当該広帯域ラムダセンサ６１は、図１に示す二セル型広帯域ラムダセンサ１１と基本的に同じ構造を有する。従って、単セル型広帯域ラムダセンサ６１の対応する構成要素には同じ符号が付され、再び詳細には解説されない。単セル型広帯域ラムダセンサ６１には、図２に示す簡素化された診断装置１５が接続される。図２に示す診断装置１５では、図１で示した第３の切替素子５５及び第４の切替素子５７が存在しない。図１に示す診断装置１５を、単セル型広帯域ラムダセンサ６１と接続して利用することも可能である。この場合に、診断装置１５の端子ＲＴは付いていなくてもよく、結合型ポンプ及びネルンストセル６３は、自身の端子ＡＬＥによって診断装置１５の端子ＡＰＥに接続し、及び、自身の端子ＩＰＥによって診断装置１５の端子ＩＰＮ及びＲＥに接続する。
【００３９】
図示されない実施形態において、単セル型広帯域ラムダセンサ６１は、トリマー電位差計３９を有する。このトリマー電位差計３９は、例えば、端子ＡＬＥと、図２で示すラムダセンサ６１には存在しない端子ＲＴと、の間に配置されうる。
【００４０】
以下では、図３〜図７に示されるフローチャートを用いて、排気センサ、特に、二セル型ラムダセンサ１１又は単セル型ラムダセンサ６１を診断する方法７１が詳細に解説される。本方法７１は、図１及び図２に示された、制御素子４３により制御される診断装置を用いて実施することができる。これとは異なって、本方法７１は他の形態でも、特に、他の構成の診断装置によって、及び／又は、他の、例えば正弦曲線状の（ｓｉｎｕｓｆｏｅｒｍｉｇ）、動的な電圧−時間プログラム又は電圧−時間プログラムによって実施されうる。
【００４１】
診断装置１５を利用する際には、ラムダセンサ１１は、内燃機関の開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子と電気的に分離され、診断装置１５と電気的に接続される必要がある。このことは例えば、本方法７１の実施前に、ラムダセンサ１１と制御装置との間のプラグインコネクタ１３を手動ではずし、ラムダセンサ１１と診断装置１５との間の差込式接続を手動で形成することにより行われる。本方法７１は例えば、内燃機関が停止している際に、又は、内燃機関が安定的な作動点にある際に実施される。その際、ラムダセンサ１１は、内燃機関内に組み込まれた状態であり得る。しかしながら、本方法７１の実施前に、ラムダセンサ１１を内燃機関から取り出すことも可能である。本方法７１を実施する際には、診断装置１５もラムダセンサ１１も、内燃機関の制御装置と接続されていないため、本方法７１によって、ラムダセンサ１１の単独の診断を実施することができる。これにより、内燃機関の開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子との、又は、他の構成要素、特に、内燃機関のセンサ及びアクチュエータとの相互作用が、少なくともほぼ完全に解消されうる。なぜならば、本方法は、内燃機関の開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子からは完全に独立して実施されるからである。
【００４２】
本方法７１の開始７３後に、センサ検出ステップ７５において、ラムダセンサ１１の種類が定められる。車両のための内燃機関内で利用される個々のラムダセンサが原則的な同じ構造（単セル型センサ又は二セル型センサ）をしている場合でも、特に個々のセル１７、２５、６３は、著しく異なるジオメトリを有している。このことから、様々な種類のラムダセンサ１１の電気的特性に関して著しい相違が生じる。センサ検出７５は、電気測定によってセンサの種類を定め、従って、本方法７１の後続のステップが、この定められたラムダセンサ１１の種類に従って実施されうる。
【００４３】
ステップ７６では、制御素子４３は、調整素子５９がラムダセンサのセンサ素子の温度を所定の閾値に対して調整するように、当該調整素子５９を調整する。その際に調整変数として、ネルンストセル２５又は結合型ポンプ及びネルンストセル６３の内部抵抗であって、センサ素子の温度に依存する上記内部抵抗が役立つ。作動変数として、発熱素子３３の熱出力が役立ち、当該熱出力は、例えばヒーター電圧ＵＨの変更によって調整素子５９に影響を与えうる。制御素子４３は、温度の所定の目標値と、ステップ７５で識別されたラムダセンサの種類と、から、後に自身が調整素子５９に対して設定する内部抵抗のための目標値を定める。診断装置１５の精密な設計に従って、センサ素子の温度の目標値が定数として定められ、又は、温度の目標値がラムダセンサの種類に従って定められうる。制御素子４３が、ラムダセンサ１１の種類に直接的に従って、例えば、制御素子４３内に格納されたテーブルを用いて、内部抵抗の目標値を定めるということも構想されうる。
【００４４】
引き続いてステップ７７において、トリマー電位差計３９が端子ＡＰＥ及びＲＴに正しく接続されているかどうかが検査される。このために、制御素子４３は、第１の切替素子４７及び第２の切替素子４９を、第１の切替素子４７のみが接続されるように制御する。更に、制御素子は第１の電圧源４１を、当該電圧源４１に、従って端子ＡＰＥとＲＴとの間に、事前に決定された電圧ＵＲＴが印加されるように制御する。引き続いて、制御素子４３は、ラムダセンサ１１に損傷がない場合のトリマー電圧差計３９による電流に相当する電流ｌ１を、第１の電流センサ４５によって検出する。
【００４５】
引き続いて分岐７９において、電流１ＲＴが、最小値ｌＲＴ，ｍｉｎ及び最大値ｌＲＴ，ｍａｘにより限定される範囲内にあるかどうか検査される。電流１ＲＴが最小値ｌＲＴ，ｍｉｎ及び最大値ｌＲＴ，ｍａｘにより限定される範囲内に存在しない場合には（Ｎ）、ステップ８１でエラーが確認される。ステップ８１において、制御素子４３はエラーを確認し又は記録しうる。上記電流が最小値ｌＲＴ，ｍａｘよりも小さい場合には、トリマー電位差計３９の接触不良、又は、トリマー電位差計３９の端子と、プラグインコネクタ１３の端子ＡＰＥ又はＲＴと、の間の切断が検出される。検出された電流ｌＲＴが、最大値ｌＲＴ，ｍａｘよりも大きい場合には、トリマー電位差計３９と並列な分路が検出される。検出された電流が許容範囲内に存在する場合には（Ｙ）、次の検査ステップ８３に進む。示される実施形態とは異なって、最初に、所定電圧ＵＲＴ及び検出された電流ｌＲＴに従って、端子ＡＲＥとＲＴとの間の抵抗が計算され、計算された抵抗が、許容される抵抗範囲と比較されてもよい。当該比較に従って、ステップ８１において再び、接触不良、又は、切断、又は、分路が推測されうる。
【００４６】
引き続いて、正のポンプ電圧ＵＰ＞０とポンプ電流ｌＰとの間の関連においてヒステリシスが検証される（図４参照）。このために、ステップ８３において、電圧源４１によって、一定電圧Ｕ１＝ＵＰ＞０が端子ＡＰＥに対して印加され、閉鎖された第２の切替素子４９を介して、ポンプセル１７の端子ＩＰＮに印加される。単セル型センサ６１の場合には、電圧ＵＰが、端子ＡＬＥ及びＩＰＥに印加される。
【００４７】
ポンプ電圧ＵＰの値は段階的に変更される。最初に、ポンプセル１７、又は、ポンプ及びネルンストセル６３に対して電圧が全く印加されず、又は低い電圧が印加され、その後、比較的小さな、例えば８００ｍＶでありうる値ＵＰ１が印加され、対応する電流ＩＰ１が第１の電流センサ４５によって測定される。引き続いて、より高い、例えば１２００ｍＶでありうるポンプ電圧ＵＰ２が、端子ＡＰＥ及びＩＰＮ、又はＡＬＥ及びＩＰＥに印加され、対応する電流ＩＰ２が測定される。一定時間の後に、再び、より小さなポンプ電圧ＵＰ１が印加され、対応する電流ＩＰ３が測定される。
【００４８】
引き続いて分岐８５で、２つの電流値ｌＰ１及びｌＰ２がゼロであるかどうか検査される。２つの電流値ＩＰ１及びＩＰ２がゼロである場合（Ｙ）には、ステップ８７において、端子ＡＰＥ及び／又はＩＰＮとセル１７との間、又は、端子ＡＬＥ及び／又はＩＰＥとセル６３との間の導線の破損が検出される。２つの電流値ｌＰ１及びｌＰ２がゼロではない場合（Ｎ）には、分岐８９で、電流ＩＰ３とＩＰ１との間の差分値が最大値ΔｌＰ，ｍａｘよりも大きいかどうか検査される。電流ｌＰ３とｌＰ１との間の差分値が最大値ΔｌＰ，ｍａｘよりも大きい場合（Ｙ）には、ステップ９１において、セル１７の電極１９、２１の少なくとも１つにおける、又は、セル６３の電極６５、６７の少なくとも１つにおける破損が検出される。電流間の差分が、最大値ΔｌＰ，ｍａｘよりも小さい場合には（分岐８９の分岐線Ｎ）、ヒステリシスは十分に小さく、ステップ９３に進む。
【００４９】
追加的に、二セル型広帯域ラムダセンサの場合には、２つのポンプ電圧ＵＰ１とＵＰ２及びＩｐが測定される一方で、ＩＰＮとＲＥとの間の、ＵＮ１とＵＮ２との間のネルンスト電圧も測定される。ネルンスト電圧の絶対値、及び、当該絶対値間の差分が、診断基準として利用されうる。これにより、破損したＩＰＮに対する感度が改善され、Ｉｐ−ヒステリシス調査の結果と組み合わせることにより、２つのポンプ電極のうちのどれが破損しているのかを明確に区別することが可能となる。
【００５０】
図５に示される本方法７１の以下のステップにおいて、ポンプ電流１Ｐが許容範囲内にあるかどうか検査される。このために、最初にステップ９３において、第１の電圧源４１、並びに、切替素子４７及び４９の対応する制御により、定められた一定電圧ＵＲＴ２が印加され、電流１１が電流１ＲＴ２として検出される。検出された電流ｌＲＴ２から、ポンプ電流のための目標値ｌＰ，ｓｏｌｌが定められる（ステップ９５）。引き続いてステップ９７で、事前に定められた、正の、一定のポンプ電圧ＵＰ＞０が、端子ＡＰＥ及びＩＰＮに印加される。このために、制御素子４３は、切替素子４７、４９及び第１の電圧源４１を、対応して制御する（Ｕ１＝ＵＰ＞０）。得られたポンプ電流１Ｐは、第１の電流センサ４５によって検出される。
【００５１】
引き続いて分岐９９において、検出されたポンプ電流ｌＰと、定められた目標値ｌＰ，ｓｏｌｌとの商の値が、値Ｑｍｉｎ及びＱｍａｘにより限定される範囲内にあるかどうか検査される。定められた目標値ｌＰ，ｓｏｌｌとの商の値が値Ｑｍｉｎ及びＱｍａｘにより限定される範囲内にない場合（Ｎ）には、ステップ１０１において、ポンプセル１７内のエラーが検出される。上記商が値Ｑｍａｘよりも大きい場合には、ラムダセンサ１１の拡散隔壁、及び／又は、セラミックセンサ、特に第１の固体電解質２３における亀裂が検出される。さらに、商の値が大き過ぎる場合には、ポンプセル１７に並列の電気的な分路が示唆される。商の値が値Ｑｍｉｎよりも小さい場合には、煤汚れ、即ち、拡散隔壁における堆積物が検出される。商が許容範囲内にある場合にはステップ１０３に進む。Ｑｍｉｎ又はＱｍａｘの厳密な値は、検査されるラムダセンサと、診断の間当該センサにおいて存在するガスと、に従って設定されうる。特定の種類のラムダセンサ１１、及び、特定のガス環境、例えば空気について、商は、１４％まで上方向に異なっていてもよく、即ち、例えばＱｍａｘ＝１．１４であってもよい。これに対応して、場合によっては、１４％分の下方向偏差を許容することが可能であり、即ち、例えば、Ｑｍｉｎ＝０．８６が選択されうる。
【００５２】
図５に示されるヒステリシスを検査するためのステップ９３、９５、９７、９９、１０１は、単セル型センサ、及び／又は、トリマー電位差計３９の無いセンサにおいても実施されうる。単セル型センサの場合には、ステップ９７において、ポンプ電圧ＵＰが端子ＡＬＥ及びＩＰＥに印加される。トリマー電位差計３９の無い排気センサの場合にはステップ９３が行われず、ステップ９５において、ポンプ電流の目標値ｌＰ，ｓｏｌｌが、他の形態で、例えば、場合によってはラムダセンサの種類に依存しうる定数として固定される。
【００５３】
さらに、本方法７１では、順方向におけるポンプ電流ｌＰの他に、極性が反転されたポンプ電流も検査される。本発明７１の対応するステップが図６に示される。ステップ１０３において、負の電圧−ＵＰｎが第１の電圧源４１により生成され、即ちＵ１＜０である。負の電圧が、端子ＡＰＥ及びＩＰＮ、又は、ＡＬＥ及びＩＰＥに印加される。このために、制御素子４３は、第１の切替素子４７を閉鎖し、第２の切替素子４９を開放する。負のポンプ電圧−ＵＰｎが印加された際に、ポンプ電流ＩＰが検出される。
【００５４】
ステップ１０３に続くステップ１０５では、検出されたポンプ電流ｌＰの値が、値ｌＰ，ｍｉｎ及びｌＰ，ｍａｘにより限定される範囲内にあるかどうか検査される。検出されたポンプ電流ｌＰの値が値ｌＰ，ｍｉｎ及びｌＰ，ｍａｘにより限定される範囲内にない場合（Ｎ）には、ステップ１０７において、ラムダセンサ１１内のエラーが確認される。検出されたポンプ電流ｌＰの値が値ｌＰ，ｍｉｎ及びｌＰ，ｍａｘにより限定される範囲内にある場合（Ｙ）には、ステップ１０９に進む。検出されたポンプ電圧ｌＰが最小値ｌｐ，ｍｉｎよりも小さい場合には、ステップ１０７において、外部電極１９又は外部電極６５上に取り付けられた保護層の煤汚れ、ラムダセンサ１１の温度が低すぎること、及び／又は、第１の固体電解質２３における破損が検出される。検出されたポンプ電流ＩＰの値が最大値ｌＰ，ｍａｘよりも大きい場合には、ラムダセンサ１１の温度が高すぎること、及び／又は、外部ポンプ電極１９と内部ポンプ電極２１との間、又は、外部電極６５と内部電極６７との間の電気的な分路、又は、保護層の損傷若しくは欠陥が検出される。このような分路は、例えば、電極１９と２１間若しくは電極６５と６７間の堆積物により、又は、電極１９と２１若しくは電極６５と６７の互いの不十分な絶縁により引き起こされうる。
【００５５】
図７に示される更なる別の検査として、端子ＩＰＮ又はＩＰＥと、導電性のハウジング構成要素３７と、の間の導電性が検査される。このために、ステップ１０９において、端子ＩＰＮ又はＩＰＥと、導電性のハウジング構成要素３７と、の間に、電圧Ｕｇｅが印加される。電圧Ｕｇｅは好適に正であり、Ｕｇｅ＞０である。このために、図１に示す診断装置の制御素子４３は、第３の切替素子５５を閉鎖し、第４の切替素子５７を開放する。さらに、制御素子４３は、第２の電圧源５１が電圧Ｕ２＝Ｕｇｅを生成するように、当該第２の電圧源５１を制御する。第２の電圧源５１によって流れる電流ｌ２は、ハウジング電流ｌｇｅ＝ｌ２として検出される。引き続いて分岐１１１において、検出されたハウジング電流ｌｇｅが臨界値ｌｇｅ，ｋｒｉｔよりも大きいかどうか検査される。検出されたハウジング電流ｌｇｅが臨界値ｌｇｅ，ｋｒｉｔよりも大きい場合（Ｙ）には、ステップ１１３において、ラムダセンサ１１のセンサ素子と、ハウジング３５と、の間の分路が検出される。このような分路は、特にセンサ素子とハウジング３５の保護ダクトの内側との間の堆積物による、ラムダセンサ１１の煤汚れに起因しうる。ハウジング電流ｌｇｅが、臨界値ｌｇｅ，ｋｒｉｔよりも大きくない場合（Ｎ）には、ステップ１１５に進む。ステップ１１５では、以前のステップにおいて定められたテスト結果が評価される。例えば、当該テスト結果は、表示され及び／又は格納されうる。特に全ての検査が個別にエラー所見を伝達しなかった場合には、多次元の特徴スペクトル（Ｍｅｒｋｍａｌｓｓｐｅｋｔｒｕｍ）が検査されることも構想されうる。即ち、最後のテストにおいて、各個別に調査される機能変数の許容範囲が、他の機能値がそれぞれ存在するところで固定される。従って、より感度の良い全体診断が達成され、個々のパラメータ間の相互作用も考慮されうる。引き続いて、本方法がステップ１１７で終了する。
【００５６】
本方法７１の示される実施形態において、個別の検査がエラーを検出する場合、即ち、ステップ８１、８７、９１、１０１、１０７又は１１３のうちの１つが実施される場合について、本方法７１の後に、それぞれ後続の検査が続けられる。即ち、全ての検査が、各先行する検査の結果に依存せずに実施される。その際、制御素子４３は、本方法７１の経過を制御し、ラムダセンサ１１、６１の診断のために、検出された値を評価する。従って、制御素子４３は、診断装置１５の評価ユニットも形成する。
【００５７】
しかしながら、これとは異なり、検査のうちの１つがエラーを検出し次第本方法７１が終了することも構想されうる。この場合には、ステップ８１、８７、９１、１０１又は１０７の実施後に、直ぐにステップ１１５に進む。図３〜図７のそれぞれで示される検査の順序は、任意に変更可能である。他の実施形態ではまた、上記検査の幾つかが行われなくてもよい。
【００５８】
以下では、図８を用いて、ラムダセンサ１１の種類を検出するためのステップ７５がより詳細に解説される。ステップ７５で、制御素子４３は最初に、ラムダセンサ１１の端子Ｈ＋とＨ−との間にヒーター電圧ＵＨが印加されるように、調整素子５９を制御する（ステップ１２１）。ラムダセンサ１１の温度の厳密な調整は、ラムダセンサ１１の種類の検出のためには必要ではない。診断装置１５がそれらにより稼動されるべき全センサ種のために、固体電解質２３、２７が酸素イオンを案内できるために十分に高い当該固体電解質２３、２７の温度を実現するのに十分なだけ、ヒーター電圧ＵＨは高ければよい。後続のステップ１２３において、酸素イオンが、ラムダセンサ１１の拡散ギャップへと運ばれる。ラムダセンサ１１が二セル型センサである場合には、負の電圧ＵＤ＜０が、ネルンストセル２５に印加される。このために、制御素子４３は、電圧Ｕ２が負の値を有するように、即ち、Ｕ２＝ＵＤ＜０であるように、第２の電圧源５１を制御する。一定の時間後、ネルンストセル２５は、再び電圧ＵＤから分離される。このために、制御素子４３は、第４の切替素子５７を開放することができる。
【００５９】
ステップ１２３に続くステップ１２５では、電圧センサ５２を用いて、端子ＡＰＥと端子ＲＥとの間の電圧ＵＭ、即ち基本的には外部電極１９と基準電極３１との間の電圧が検出される。電圧ＵＭの高さは、ラムダセンサ１１の、外部ポンプ電極１９の方を向いた側において存在するガス中の酸素含有量のための尺度である。ここで、酸素が乏しいガスの場合には、典型的に４５０ｍＶを上回る、電圧ＵＭについての比較的高い値が得られる。従って、ステップ１２３及び１２５は、酸素が乏しいガスの検出（オイルガス検出）に役立つ。酸素が乏しいガスは、特に、診断中にラムダセンサ１１が内燃機関の排気管内に組み込まれたままである場合に存在しうる。なぜならば、診断のために内燃機関が停止した後に、比較的小さな酸素含有量を有する残留排気が排気管内に留まっていることが多いからである。近代的な内燃機関では、排気システム、特にラムダセンサ１１がその中に組み込まれる排気管が、周囲空気に対して比較的良好に密閉されるため、内燃機関が比較的長い停止した後でも、排気管内の酸素含有量が、せいぜいのところ、ほんの少しだけ上昇する。
【００６０】
ラムダセンサ１１がシングル型センサ６１である場合には、ステップ１２３において、電圧ＵＤが端子ＡＬＥ及びＩＰＥに印加される。そのために、制御素子４３は、第１の電圧源４１を、当該電圧源４１が正の電圧ＵＤ＞０を生成するように、即ち、Ｕ１＝ＵＤ＞０であるように、制御する。ステップ１２５では、電圧ＵＭが、端子ＡＬＥとＩＰＥとの間の電圧センサ５２によって測定される。
【００６１】
引き続いて分岐１２７では、検出された電圧ＵＭの値が、臨界値ＵＭ,ｋｒｉｔよりも小さいかどうか検査される。検出された電圧ＵＭの値が臨界値ＵＭ,ｋｒｉｔよりも小さい場合（Ｙ）には、酸素が乏しいガス、即ち、オイルガスが存在することが検出され、ステップ１２９において、補正値ΔＵが、電圧ＵＭの値に対応する値に設定される。検出された電圧ＵＭの値が臨界値ＵＭ,ｋｒｉｔよりも小さくない場合（Ｎ）には、ステップ１３１において、補正値ΔＵがゼロに設定される。
【００６２】
ステップ１２９又は１３１の後にステップ１３３が続き、このステップ１３３では、端子ＩＰＮと端子ＲＥとの間に負の電圧が印加される。この電圧の値は、補正値ΔＵ＞０の分だけ補正された所定値ＵＳＤ１＞０に相当し、即ち、第２の電圧源５１は、電圧Ｕ２＝−ＵＳＤ１−ΔＵ＜０を生成する。同時に、電流ｌ２は、ポンプ電流ｌＳＤ２として検出される。引き続いてステップ１３５で、端子ＩＰＮ及びＲＥに対して、事前に設定された正の一定電圧ＵＳＤ２＞０が印加され、これにより、端子ＩＰＮ及びＲＥへの電圧の極性が反転される。同時に、電流ｌ２が、更なる別のポンプ電流ｌＳＤ２として検出される。最後に、ステップ１３７において、ラムダセンサ１１の種類が、検出された２つのポンプ電流ｌＳＤ１及びｌＳＤ２に従って定められる。ステップ１３７の終了後に、本方法７１は、ステップ７５の後のステップ７６へと続く。
【００６３】
例えば、検出されたポンプ電流ｌＳＤ１及びｌＳＤ２を用いて、２種類のラムダセンサ１１を区別することができ、当該２種類のラムダセンサ１１は、それらのジオメトリの点で、特に基準電極３１へのエア・拡散チャネル（Ｌｕｆｔ‐Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｓｋａｎａｌ）の大きさ、又は、ネルンスト電極２９の大きさ及び位置の点で区別される。異なるジオメトリに基づいて、即ち、これらの異なる種類のラムダセンサ１１のネルンストセル２５の抵抗が異なっている。従って、ネルンストセル２５が小さなオーム抵抗と、開放された基準エアチャネルと、を有しているような種類のラムダセンサ１１の場合には、検出された電流ｌＳＤ１及びｌＳＤ２についての比較的大きな値が得られる。ネルンストセル２５のオーム抵抗が比較的大きく、基準エアチャネルの拡散係数が比較的小さいような種類のラムダセンサ１１の場合には、上記検出された電流ｌＳＤ１及びｌＳＤ２が比較的小さい。従って、ステップ１３７において、検出された電流が両方とも事前に定められた特定の最小値よりも大きく、即ち、ｌＳＤ１＞Ｘ１及びｌＳＤ２＞Ｘ２である場合に、ネルンストセル２５及び基準エアチャネルの抵抗が小さいような種類のラムダセンサ１１が検出されることが構想されうる。これに対応して、ステップ１３７において、上記検出された電流が、事前に定められた最小値よりも小さく、即ち、ｌＳＤ１＜Ｙ１及びｌＳＤ２＜Ｙ２である場合に、ネルンストセル２５及び基準エアチャネルの抵抗が高いような種類のラムダセンサ１１が検出されることが構想されうる。検出された電流を他に、逆方向に（ｇｅｇｅｎｌａｅｕｆｉｇ）組み合わせることによっても、センサ種を特徴付けることができる。
【００６４】
ラムダセンサ１１の種類を区別するための上記のステップ１３３、１３５、１３７は、対応する形態で、単セル型ラムダセンサ６１と接続しても適用されうる。
【００６５】
上記の検査は、２つの異なる種類のラムダセンサを区別するために２つの検出された電流が検査されるという限りにおいて冗長的である（ｒｅｄｕｎｄａｎｔ）ことが分かる。これにより、ラムダセンサ１１の種類の、特に確実な区別が可能となる。ラムダセンサ１１の種類が一義的に識別できない場合には、本方法７１は中断され、又は、診断装置１５の利用者は、ラムダセンサ１１の種類を手動で入力することが求められることもある。ステップ１３７では、電流ｌＳＤ１及びｌＳＤ２に関する上記の２つの条件のいずれも該当しない場合には、ラムダセンサ１１の種類が一義的に識別できないことが確認される。これにより、例えば、ネルンストセル２５の抵抗が、ラムダセンサ１１の消耗又は老朽化による影響（所謂動的な影響）のために変更された場合に、ラムダセンサ１１の種類の誤った識別が防止される。
【００６６】
全体として、本発明は、排気センサ、特にラムダセンサの詳細な検査が可能な方法および診断装置を提供し、当該検査は、内燃機関の他の構成要素とは独立して、特に、内燃機関が停止している際に実施されうる。これにより、内燃機関の様々な構成要素間の相互作用による、検査を誤らせる影響が、少なくともほぼ完全に排除される。ラムダセンサ１１の種類の自動的な検出によって、診断装置１５の簡単な利用が実現される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の、内燃機関の加熱可能な排気センサを診断する方法、及び、請求項１５の上位概念に記載の診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特に車両のための内燃機関が、１つ又は複数の排気センサを具備することが一般的に知られている。排気センサは通常、内燃機関の開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子と接続されており、従って、当該開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子は、内燃機関の燃焼室から発生する排気に関する情報を集めることができる。排気センサとして、内燃機関内には通常、少なくとも１つのラムダセンサが設けられており、当該ラムダセンサによって、排気中の酸素濃度が検出されうる。これにより、燃焼室内の空燃比の推測が可能となり、従って、内燃機関は、例えば排気規制が遵守されるように、調整することができる。
【０００３】
ラムダセンサは、所謂スプリングセンサ（Ｓｐｒｕｎｇｓｏｎｄｅ）と、広帯域センサと、に分けられる。広帯域センサはさらに、単セル型広帯域センサ（Ｅｉｎｚｅｌｌｅｎ−Ｂｒｅｉｔｂａｎｄｓｏｎｄｅ）として、又は、二セル型広帯域センサ（Ｚｗｅｉｚｅｌｌｅｎ−Ｂｒｅｉｔｂａｎｄｓｏｎｄｅ）として構成されうる。スプリングセンサは、λ＝１の範囲内にある排気の空気過剰率については、かなり高い感度を有する。ほぼλ＝１の範囲内にない空気過剰率については、スプリングセンサの感度は比較的低い。従って、排気中の空気過剰率が継続的に上昇する場合には、空気過剰率がほぼλ＝１の範囲内に入ると直ぐに、スプリングセンサにより生成された出力信号の上昇が起こる。これに対して、広帯域センサは、空気過剰率の値λ＝１の範囲の外でも、比較的高い感度を有する。
【０００４】
近代的な内燃機関は、通常では１つ又は２つのラムダセンサを有し、オット内燃機関のためには、スプリングセンサ及び／又は広帯域センサが利用される。ディーゼル内燃機関は、圧倒的に広帯域ラムダセンサを有する。
【０００５】
内燃機関の稼働中に、開ループ制御及び／又は閉ループ制御ユニットは、ラムダセンサ、例えば内燃機関のラムダセンサ及び更なる別のセンサにより生成されたセンサ信号を集め、当該センサ信号に従って内燃機関を駆動する。センサのエラーを検出できるために、開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子は、内燃機関の稼働中に個々のセンサ信号を検査する。この場合、通常では、電気的エラー（例えば、短絡、又は、導線の切断）が存在するかという程度まで信号が検査される。このために、例えば、センサ信号が許容可能な値の範囲内にあるかどうかが検査される。更に、開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子は通常、システムエラーが存在するかどうか検査する。システムエラーは、例えば、様々なセンサによって集められた値が互いに矛盾する場合に検出される。開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子は、電気的エラー及び／又はシステムエラーを検出すると、エラーの発生をエラーメモリに記憶させる。
【０００６】
例えば修理の準備のために、又は、内燃機関、若しくは内燃機関が組み込まれた車両のメンテナンスの際に実行される公知の診断方法は、例えばエラーメモリに格納された情報を参照する。これにより、ある程度の、ラムダセンサの機能性についての帰納的推理が行われうる。しかしながら、内燃機関の稼働中に、内燃機関の様々な構成要素間の複雑な相互作用が発生するため、個々のラムダセンサの、十分に確実で信頼できる診断が可能ではない。例えば、電気的エラーが検出されると、通常では、エラーがラムダセンサの故障によるものなのか、又は、開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子、特に、ラムダセンサのセンサ信号のための評価回路が故障しているのかについて確実に確認しえない。更に、システムエラーは、多くの場合に、例えば特定のラムダセンサのような特定のセンサに対応付けられていない可能性がある。実際には内燃機関の他の構成要素、特に内燃機関の他のセンサが正確に機能していないにもかかわらず、ラムダセンサが故障していると誤って検出される危険性が生じる。従って、内燃機関に故障が発生すると、公知の診断方法を利用した場合には、実際に故障している構成要素が最終的に確認されるまで、エラー探索が長時間行われることになる。ラムダセンサのエラーの形態の確実な帰納的推理は、公知の診断方法では事実上不可能である。
【０００７】
単セル型広帯域ラムダセンサ、及び、二セル型広帯域ラムダセンサは、例えば、独国特許出願公開第１０２００６０１４２６６号明細書で公知である。更に、独国特許出願公開第１９７１６１７３号明細書には、ラムダセンサの電極と、ラムダセンサの発熱素子と、の間の漏電を検出ことが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の根底には、排気センサの確実で的確な診断を可能とし、排気センサの起こり得るエラーの形態を明言することを可能とする、内燃機関の排気センサを診断する方法を提示するという課題がある。その装置という観点において、本課題は、本方法を実施するように構成された診断装置を提示することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの課題のそれぞれは、従属請求項に記載の特徴によって解決される。排気センサは、好適にラムダセンサ、特に、スプリングセンサ、単セル型広帯域センサ、又は、二セル型広帯域センサである。本発明にかかる方法により排気センサを診断する際に、排気センサの様々なパラメータが、内燃機関の他の構成要素とはほぼ完全に独立して検査されうる。特に、内燃機関の他のセンサとの相互作用が排除される。開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子のエラーメモリへのアクセスは必要ではない。排気センサの温度、特に、排気センサのセンサ素子の温度の調整によって、排気センサは、定められた動作点に置かれ、従って、有効性及び再現可能性の高い診断結果が伝達される。
【００１０】
本方法は、好適に、内燃機関が停止し稼動中でない場合に実施される。ここでは、排気センサは、内燃機関に組み込まれた状態であり得る。しかしながら、本発明にかかる方法に従った診断は、内燃機関から取り出された排気センサでも実施されうる。
【００１１】
全体として、本発明にかかる方法によって、排気センサのエラーの迅速で確かな検査が可能となる。更に、修理又はメンテナンスの枠組みにおいてのみならず、排気センサ、内燃機関、又は、内燃機関が組み込まれる車両の製造プロセスの末端でも実施することが可能な、排気センサの比較的詳細な調査（Ｂｅｆｕｎｄｕｎｇ）が行われる。今正に製造された車両が正確に機能しないことが判明した場合に、本方法を実施することも構想可能であり、従って、本発明にかかる方法によって、エラーの形態をより正確に分析することが可能である。このようなより正確な分析は、「ゼロキロメータ所見」（“Ｎｕｌｌ−Ｋｉｌｏｍｅｔｅｒ−Ｂｅｆｕｎｄｕｎｇ”）とも呼ばれる。更に、顧客から製造元の保証が求められている車両のラムダセンサが、本発明にかかる方法によって検査されうる。
【００１２】
排気センサのセル、特にポンプセル（二セル型センサの場合）、又は、統合型ポンプ及び測定セル（ｋｏｍｂｉｎｉｅｒｔｅ Ｐｕｍｐ‐ ｕｎｄ Ｍｅｓｓｚｅｌｌｅ）（単セル型センサの場合）の電極と接続された端子に電圧が印加され、従って、電流として、損傷のない排気センサのセルにより流れるポンプ電流が検出されることは好ましい。検出されたポンプ電流の評価によって、排気センサが機能しうるのか、又は、排気センサがエラーを有するのかを検査することができる。
【００１３】
その際、電圧が相前後して異なる電圧値を有し、これら電圧値の少なくとも２つのために、電流の対応する電流値が検出されるように、電圧が段階ごとに交互に変更されことは好ましい。対応する電圧値がそのために検出される２つの電圧値は同じであることは好ましい。
【００１４】
その際、電流値の評価により、好適に電流値を互いに比較することにより、印加された電圧と検出された電流との間の依存性に関するヒステリシスが検証されることは好ましい。様々な時点に印加される２つの同じ電圧値について、正に２つの電流値が検出される場合に、ヒステリシスの尺度として上記２つの電流値の間の差分が援用されうる。この差分の値が所定の閾値よりも大きい場合には、欠陥、特に、黒色化（Ｓｃｈｗａｒｚｆａｅｒｂｕｎｇ）、即ち、セルの電極のうちの１つにおける、過負荷による／高電圧が高過ぎることによるセラミックの縮小（Ｋｅｒａｍｉｋｒｅｄｕｚｉｅｒｕｎｇ）が推測される。
【００１５】
さらに、電圧が、排気センサのトリマー電位差計に接続された端子に印加されることは好ましい。これにより、一方では、排気センサ内のトリマー電位差計が、例えば排気センサの接続ケーブルを介して、電圧が印加される排気センサの端子と正しく接続されているかどうか検査することができる。電流が許容範囲の外にある場合には、トリマー電位差計の接触不良、又は、端子のうちの１つとトリマー電位差計との間の接続の切断、又は、トリマー電位差計と並列の分路が推測される。一般的に、分路は、所望の導電性の主経路と並列して走る、望まれない伝導路として解される。電流が許容範囲内にある場合には、当該電流を用いてトリマー電位差計の値を求めることができる。
【００１６】
その際に、好適にトリマー電位差計の値に従って、ポンプ電流のための目標値が、例えば空気中で（ａｎ Ｌｕｆｔ）定められ、電圧として正のポンプ電圧が印加され、排気センサが、目標値及びポンプ電圧に従って検査されうる。ここでは、好適に、ポンプ電流と目標値との間の商が求められる。商の値が所定の閾値よりも大きい場合には、例えば、拡散隔壁における亀裂、若しくは、セルのセラミックセンサにおける亀裂、又は、セルの電極間の電気的な分路（ｅｌｅｋｔｒｉｓｃｈｅｒ Ｎｅｂｅｎｓｃｈｌｕｓｓ）が検出される。商の値が更なる別の閾値よりも小さい場合には、好適に、拡散隔壁の汚染（「煤汚れ」（Ｖｅｒｓｏｔｔｕｎｇ））が検出される。
【００１７】
更なる別の検査として、電圧として負のポンプ電圧が印加され、電流として、正負反転されたポンブ電流が検出され、当該電流が所定の許容範囲内に存在するのか検査されることが構想されうる。電流が小さすぎる場合には、排気センサの保護層の汚染、又は、排気センサの不十分な加熱を示唆している。電流が大きすぎる場合には、場合によっては、電極間の電気的な分路、又は、センサの保護層の損傷又の欠陥が存在する。
【００１８】
センサ素子と排気センサのハウジングとの間の領域における汚れ、明らかな煤汚れ（Ｖｅｒｒｕｓｓｕｎｇ）による分路を検出するために、セルの電極、好適にはポンプセルの内部電極と、排気センサの導電性のハウジングと、の間に電圧が印加され、電流として、ハウジング電流が検出され、ハウジング電流が所定の最大値より小さく、又は所定の最大値と等しいかどうか検査されうる。上記電流が最大値を超える場合には、本方法によって、センサ素子と、ハウジング、特にハウジングの保護ダクトと、の間に煤等、特に金属堆積物が堆積していることが確認される。
【００１９】
上述の排気センサの検査は、多くの場合に、検出された電流又は当該検出された電流に従って形成される値と、所定の閾値又は所定の許容範囲と、の比較を含む。様々な種類の排気センサが利用されるため、閾値又は許容範囲が、排気センサの種類に従って事前に定められる必要がある。さらに、多くの場合に、排気センサの種類に対して、作動温度の調整を適合させる必要がある。このために、排気センサの種類が、利用者の手動入力に従って定められうる。しかしながら、排気センサの少なくとも１つのセルのセル抵抗、好適に、排気センサの測定セルのセル抵抗を特徴付ける少なくとも１つの測定値が検出され又は定められ、当該測定値に従って、排気センサの種類が定められることは好ましい。排気センサの個々の種類が、特にそのセル抵抗において区別され、従って、セル抵抗に対する種類の対応付けが可能である。排気センサの種類を自動的に定めることにより、利用者による操作エラーがほぼ完全に防止される。
【００２０】
セル抵抗を定めるために、電圧として少なくとも１つの測定電圧がセルに印加され、各測定電圧のための測定値として、電流がセルにより検出される。これにより、抵抗が１つの電圧についてのみならず、複数の電圧について定められるため、排気センサの種類をより確実に定めることができる。
【００２１】
その際に、時間的に連続して、異なる極性の２つの測定電圧がセルに印加されることは特に好ましい。例えば、これにより第１の場合に、セルセラミックのオーム抵抗についての明言、及び、第２の場合に、電極への酸素運搬の拡散抵抗についての明言が導き出される。これにより、同種の排気センサの老朽化による変更が、様々な種類の排気センサ間での区別と区別されうる。このようにして、排気センサの老朽化又は消耗による、排気センサの種類の自動検出時のエラーが、少なくともほぼ完全に防止される。
【００２２】
本発明の好適な実施形態において、上記又は各測定値が閾値と比較され、当該比較に従って、排気センサの種類が定められる。即ち、各測定値について、当該比較の結果が定められ、排気センサの種類を定めるために比較結果が互いに論理結合される。
【００２３】
セル抵抗に対する更なる別の影響要因は、排気センサが晒される排気の酸素含有量によって形成される。排気センサが組み込まれる通常の内燃機関の排気管は、通常では、酸素が乏しい排気が内燃機関の停止後に排気管内に留まり周囲環境との排気交換が比較的ゆっくりと行われるように、周囲空気に対して良好に密閉される。従って、本発明の実施の際に、酸素が乏しい排気中に（空気過剰率λ＜０）排気センサが晒されるということが起こり得る。排気センサの種類の検出時に妨害する影響を、可能な限りほぼ完全に消去するために、セルに対して少なくとも１つの測定電圧を印加する前に、セルにおける排気により生成されるセル電圧を検出し、少なくとも１つの測定電圧が、上記セル電圧に従って事前に設定されることは好ましい。その際に、少なくとも１つの測定電圧が、検出されたセル電圧の分だけ上げられることが構想されうる。
【００２４】
先に挙げた課題の更なる別の解決策として、請求項１４の特徴を備えた診断装置が提案される。このような診断装置によって、排気センサを特に簡単に検査することができる。このために、エンジンが停止している際に、排気センサと、内燃機関の開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子と、の間の電気的な接続が解消され、排気センサの端子と診断装置とが接続される。これにより、排気センサの独立した診断が可能となる。これにより、排気センサのエラーを明確に確認し、又は確実に推測することができる。
【００２５】
診断装置は、本発明にかかる方法を実施するように構成され、従って、本発明にかかる方法の全ての効果が実現されうる。特に、診断装置は、本発明にかかる方法を実施するためにプログラムされたプログラム可能なコンピュータを有することができる。
【００２６】
本発明の更なる別の特徴及び効果は、本発明の例示的な実施形態が図面を用いて詳細に解説される以下の記載から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】二室型（Ｚｗｅｉｋａｍｍｅｒ）広帯域ラムダセンサに接続された診断装置の概略図を示す。
【図２】ラムダセンサが単室型（Ｅｉｎｋａｍｍｅｒ）広帯域ラムダセンサである図１に類似した図を示す。
【図３】図１及び図２に示されるラムダセンサを診断する方法の実施例としてフローチャートの一部を示す。
【図４】図１及び図２に示されるラムダセンサを診断する方法の実施例としてフローチャートの一部を示す。
【図５】図１及び図２に示されるラムダセンサを診断する方法の実施例としてフローチャートの一部を示す。
【図６】図１及び図２に示されるラムダセンサを診断する方法の実施例としてフローチャートの一部を示す。
【図７】図１及び図２に示されるラムダセンサを診断する方法の実施例としてフローチャートの一部を示す。
【図８】図３〜図７の方法のステップの詳細図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１の概略図は、プラグインコネクタ１３の形態における電気的接続を介して診断装置１５に接続されている、二セル型広帯域ラムダセンサ１１を示す。ラムダセンサ１１は、内燃機関（図示せず）の排気システムに属する。ラムダセンサ１１は、例えば流れ方向において、排気システムの排気管内の排気触媒の前又は後ろに配置されうる。しかしながら、ラムダセンサ１１はまた、診断の目的で、一時的に内燃機関から取り出すこともできる。ラムダセンサ１１が内燃機関内への最初のはめ込みのために設けられ、最初の機能テストのために診断装置１５に接続されるということも構想されうる。最初の機能テストは、既に組み込まれたラムダセンサ１１でも実施することができる。
【００２９】
ラムダセンサ１１は、ポンプセル１７を有する。ポンプセル１７は、プラグインコネクタ１３の「ＡＰＥ」と呼ばれる端子と接続された外部ポンプ電極１９を含む。ポンプセル１７の内部ポンプ電極２１は、プラグインコネクタ１３の端子ＩＰＮと接続される。外部ポンプ電極１９と内部ポンプ電極２１との間には、二酸化ジルコニウムから形成された第１の固体電解質２３が存在する。排気システム内に組み込まれたラムダセンサ１１の場合、ポンプセル１７の、外部ポンプ電極１９により画定される側は、内燃機関の排気管の内部空間の方を向いているのに対して、ポンプセル１７の、内部ポンプ電極により画定される側は、ラムダセンサ１１の内部に存在する拡散ギャップ（図示せず）の方を向いている。従って、ポンプセル１７は、ラムダセンサ１１の、排気管の内部空間の方を向いた側と、ラムダセンサ１１の拡散ギャップと、の間に存在する。
【００３０】
拡散ギャップと、通常では周囲空気と繋がった、ラムダセンサ１１の基準エアチャネル（図示せず）と、の間には通常、ネルンストセル２５と呼ばれる測定セルが配置される。ネルンストセル２５は、第２の固体電解質２７を有し、当該固体電解質２７の、拡散ギャップの方に向いた側にネルンスト電極２９が配置され、当該ネルンスト電極２９は、プラグインコネクタ１３の端子ＩＰＮと接続される。第２の固体電解質２７の、基準エアチャネルの方を向いた側には、ネルンストセル２５の基準電極３１が配置される。基準電極３１は、プラグインコネクタ１３の端子ＲＥと電気的に接続される。さらに、ラムダセンサ１１は、プラグインコネクタ１３の２つの端子Ｈ＋及びＨ−と接続された発熱素子３３を有する。発熱素子３３と、２つのセル１７及び２５と、は、ラムダセンサ１１のセンサ素子内に組み込まれており、従って、発熱素子３３はセル１７、２５と、特にそれらの固体電解質２３、２７と熱結合している。
【００３１】
ラムダセンサ１１は、適切な製造技術に従って構成される。例えば、ラムダセンサ１１は、所謂フィンガーセンサ（Ｆｉｎｇｅｒ−Ｓｏｎｄｅ）として構成され、又は、プレナ技術で製造されうる。利用される製造技術に依存せずに、ラムダセンサ１１は、導電性のハウジング構成要素３７を有するハウジング３５を有し、導電性のハウジング構成要素３７は、例えば金属から形成されうる。導電性のハウジング構成要素３７は、診断装置１５と接続される。
【００３２】
更に、ラムダセンサ１１内にはトリマー電位差計３９が配置され、当該トリマー電位差計３９の第１の端子は、プラグインコネクタ１３の端子ＡＰＥと接続され、トリマー電位差計３９の第２の端子は、プラグインコネクタ１３の端子ＲＴと接続される。トリマー電位差計３９は、例えば、約３０オーム〜３００オームの値を有しうる。トリマー電位差計３９の値は、通常では、ラムダセンサの製造直後に固定される。このために、トリマー電位差計３９は、制御電子回路において測定抵抗と並列に接続される。その後、トリマー電位差計は、ラムダセンサ１１が空気過剰率λ＝１のガスに晒された場合に、所定の電流（例えば、２.５４ｍＡ）が測定抵抗により生成されるように調整される。従って、ラムダセンサ１１の稼動時に、トリマー電位差計３９を用いて、ラムダセンサ１１の製造ばらつきを、少なくともほぼ完全に補正することができる。
【００３３】
診断装置１５は、診断装置１５の制御素子４３により制御可能な第１の電圧源４１を有する。第１の電圧源４１は、第１の電流センサ４５と直列に接続される。第１の電流センサ４５は、制御素子４３と接続され、従って、制御素子４３は、第１の電圧源４１により流れる電流ｌ１を検出することができる。第１の電流センサ４５の、電圧源４１の方を向かない端子は、プラグインコネクタ１３の端子ＡＰＥと接続される。第１の電圧源４１の、第１の電流センサ４５の方を向かない側は、第１の切替素子４７及び第２の切替素子４９の端子と接続される。第１の切替素子４７の更なる別の端子は、プラグインコネクタ１３の端子ＲＴと接続される。第２の切替素子４９の更なる別の端子は、プラグインコネクタ１３の端子ＩＰＮと接続される。
【００３４】
端子ＡＰＥとＲＥとの間には電圧センサ５２が配置され、当該電圧センサ５２は、端子ＡＰＥとＲＥとの間に印加される電圧ＵＭを制御素子４３が検出できるように、当該制御素子４３と接続される。
【００３５】
さらに、診断装置１５は、第２の電流センサ５３と直列に接続された第２の電圧源５１を有する。第２の電圧源５１は制御可能であり、制御素子４３が第２の電圧源５１の動作時に生成される電圧Ｕ２を調整できるように、当該制御素子４３に接続される。第２の電流センサ５３は、第２の電圧源５１を通って流れる電流ｌ２を制御素子４３が検出できるように、当該制御素子４３に繋がれる。第２の電流センサ５３の、第２の電圧源５１の方を向かない端子は、プラグインコネクタ１３の端子ＩＰＮと接続される。第２の電圧源５１の、第２の電流センサ５３の方を向かない端子は、第３の切替素子５５及び第４の切替素子５７と接続される。第２の電圧源５１と直接的には接続されていない、第３の切替素子５５の端子は、ラムダセンサ１１のハウジング構成要素３７と接続され、第２の電圧源５１と直接的には接続されていない、第４の切替素子５７の端子は、プラグインコネクタ１３の端子ＲＥと接続されている。各切替素子４７、４９、５５、５７は制御素子４３と繋がれているため、制御素子４３は、個々の切替素子４７、４９、５５、５７を個別に制御することができる（対応する接続は、分かり易さを優先して図１には示されない）。全体として、切替素子４７、４９、５５、５７は、電圧源４１、５１及び対応する電流センサ４５、５３をプラグインコネクタ１３の個々の端子ＡＰＥ、ＲＴ、ＩＰＮ、ＲＥと接続するため、及び、電圧源４１、５１及び対応する電流センサ４５、５３をハウジングと接続するための切替構成を形成する。診断装置１５の他の実施形態において、切替構成は他の形態で構成される。切替素子は、プラグインコネクタ１３の他の端子と接触して、例えば、内部の漏電を検査するために信号電極とヒーター電極との間にも配置されうる。異なる数の切替素子も設けることができる。さらに、２つの電圧源４１、５１の代わりに、１つ、又は、２つ以上の電圧源を設け、対応して切替素子の数を増やし又は減らすことが構想されうる。切替素子４７、４９、５５、５７は、任意の形態（例えば、半導体回路又は切替リレー）で実現されうる。
【００３６】
さらに、診断装置１５は、ネルンストセル２５の内部抵抗を用いてラムダセンサ１１の温度を調整するための調整素子５９を有する。この調整素子５９は、プラグインコネクタ１３の２つの端子Ｈ＋及びＨ−と接続され、当該２つの端子は、ラムダセンサ１１の発熱素子３３と接続される。調整素子５９は制御素子４３に接続されるので、当該制御素子４３は、調整素子５９を、例えば目標値を設定するために制御することができる。
【００３７】
図２では、排気センサが、単セル型広帯域ラムダセンサ６１として構成される。この単セル型広帯域ラムダセンサ６１は、ポンプセル１７及びネルンストセル２５の代わりに、結合型ポンプ及びネルンストセル（ｋｏｍｂｉｎｉｅｒｔｅ Ｐｕｍｐ‐ ｕｎｄ Ｎｅｒｎｓｔ‐Ｚｅｌｌｅ）６３を有する。従って、このセンサ６１内には、第１の固体電解質２３のみが存在する。組み込まれたセンサ６１において、第１の固体電解質２３の、排気管の内部空間の方を向いた側には、外部電極６５が配置される。固体電解質２３の、上記内部空間の方を向かない側には、内部電極６７が配置される。外部電極６５は、プラグインコネクタ１３の端子ＡＬＥと電気的に接続され、内部電極６７は、プラグインコネクタ１３の端子ＩＰＥと電気的に接続される。
【００３８】
単セル型広帯域ラムダセンサ６１ではセル６３のみが存在するということを除いて、当該広帯域ラムダセンサ６１は、図１に示す二セル型広帯域ラムダセンサ１１と基本的に同じ構造を有する。従って、単セル型広帯域ラムダセンサ６１の対応する構成要素には同じ符号が付され、再び詳細には解説されない。単セル型広帯域ラムダセンサ６１には、図２に示す簡素化された診断装置１５が接続される。図２に示す診断装置１５では、図１で示した第３の切替素子５５及び第４の切替素子５７が存在しない。図１に示す診断装置１５を、単セル型広帯域ラムダセンサ６１と接続して利用することも可能である。この場合に、診断装置１５の端子ＲＴは付いていなくてもよく、結合型ポンプ及びネルンストセル６３は、自身の端子ＡＬＥによって診断装置１５の端子ＡＰＥに接続し、及び、自身の端子ＩＰＥによって診断装置１５の端子ＩＰＮ及びＲＥに接続する。
【００３９】
図示されない実施形態において、単セル型広帯域ラムダセンサ６１は、トリマー電位差計３９を有する。このトリマー電位差計３９は、例えば、端子ＡＬＥと、図２で示すラムダセンサ６１には存在しない端子ＲＴと、の間に配置されうる。
【００４０】
以下では、図３〜図７に示されるフローチャートを用いて、排気センサ、特に、二セル型ラムダセンサ１１又は単セル型ラムダセンサ６１を診断する方法７１が詳細に解説される。本方法７１は、図１及び図２に示された、制御素子４３により制御される診断装置を用いて実施することができる。これとは異なって、本方法７１は他の形態でも、特に、他の構成の診断装置によって、及び／又は、他の、例えば正弦曲線状の（ｓｉｎｕｓｆｏｅｒｍｉｇ）、動的な電圧−時間プログラム又は電圧−時間プログラムによって実施されうる。
【００４１】
診断装置１５を利用する際には、ラムダセンサ１１は、内燃機関の開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子と電気的に分離され、診断装置１５と電気的に接続される必要がある。このことは例えば、本方法７１の実施前に、ラムダセンサ１１と制御装置との間のプラグインコネクタ１３を手動ではずし、ラムダセンサ１１と診断装置１５との間の差込式接続を手動で形成することにより行われる。本方法７１は例えば、内燃機関が停止している際に、又は、内燃機関が安定的な作動点にある際に実施される。その際、ラムダセンサ１１は、内燃機関内に組み込まれた状態であり得る。しかしながら、本方法７１の実施前に、ラムダセンサ１１を内燃機関から取り出すことも可能である。本方法７１を実施する際には、診断装置１５もラムダセンサ１１も、内燃機関の制御装置と接続されていないため、本方法７１によって、ラムダセンサ１１の単独の診断を実施することができる。これにより、内燃機関の開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子との、又は、他の構成要素、特に、内燃機関のセンサ及びアクチュエータとの相互作用が、少なくともほぼ完全に解消されうる。なぜならば、本方法は、内燃機関の開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子からは完全に独立して実施されるからである。
【００４２】
本方法７１の開始７３後に、センサ検出ステップ７５において、ラムダセンサ１１の種類が定められる。車両のための内燃機関内で利用される個々のラムダセンサが原則的な同じ構造（単セル型センサ又は二セル型センサ）をしている場合でも、特に個々のセル１７、２５、６３は、著しく異なるジオメトリを有している。このことから、様々な種類のラムダセンサ１１の電気的特性に関して著しい相違が生じる。センサ検出７５は、電気測定によってセンサの種類を定め、従って、本方法７１の後続のステップが、この定められたラムダセンサ１１の種類に従って実施されうる。
【００４３】
ステップ７６では、制御素子４３は、調整素子５９がラムダセンサのセンサ素子の温度を所定の閾値に対して調整するように、当該調整素子５９を調整する。その際に調整変数として、ネルンストセル２５又は結合型ポンプ及びネルンストセル６３の内部抵抗であって、センサ素子の温度に依存する上記内部抵抗が役立つ。作動変数として、発熱素子３３の熱出力が役立ち、当該熱出力は、例えばヒーター電圧ＵＨの変更によって調整素子５９に影響を与えうる。制御素子４３は、温度の所定の目標値と、ステップ７５で識別されたラムダセンサの種類と、から、後に自身が調整素子５９に対して設定する内部抵抗のための目標値を定める。診断装置１５の精密な設計に従って、センサ素子の温度の目標値が定数として定められ、又は、温度の目標値がラムダセンサの種類に従って定められうる。制御素子４３が、ラムダセンサ１１の種類に直接的に従って、例えば、制御素子４３内に格納されたテーブルを用いて、内部抵抗の目標値を定めるということも構想されうる。
【００４４】
引き続いてステップ７７において、トリマー電位差計３９が端子ＡＰＥ及びＲＴに正しく接続されているかどうかが検査される。このために、制御素子４３は、第１の切替素子４７及び第２の切替素子４９を、第１の切替素子４７のみが接続されるように制御する。更に、制御素子は第１の電圧源４１を、当該電圧源４１に、従って端子ＡＰＥとＲＴとの間に、事前に決定された電圧ＵＲＴが印加されるように制御する。引き続いて、制御素子４３は、ラムダセンサ１１に損傷がない場合のトリマー電圧差計３９による電流に相当する電流ｌ１を、第１の電流センサ４５によって検出する。
【００４５】
引き続いて分岐７９において、電流１ＲＴが、最小値ｌＲＴ，ｍｉｎ及び最大値ｌＲＴ，ｍａｘにより限定される範囲内にあるかどうか検査される。電流１ＲＴが最小値ｌＲＴ，ｍｉｎ及び最大値ｌＲＴ，ｍａｘにより限定される範囲内に存在しない場合には（Ｎ）、ステップ８１でエラーが確認される。ステップ８１において、制御素子４３はエラーを確認し又は記録しうる。上記電流が最小値ｌＲＴ，ｍａｘよりも小さい場合には、トリマー電位差計３９の接触不良、又は、トリマー電位差計３９の端子と、プラグインコネクタ１３の端子ＡＰＥ又はＲＴと、の間の切断が検出される。検出された電流ｌＲＴが、最大値ｌＲＴ，ｍａｘよりも大きい場合には、トリマー電位差計３９と並列な分路が検出される。検出された電流が許容範囲内に存在する場合には（Ｙ）、次の検査ステップ８３に進む。示される実施形態とは異なって、最初に、所定電圧ＵＲＴ及び検出された電流ｌＲＴに従って、端子ＡＲＥとＲＴとの間の抵抗が計算され、計算された抵抗が、許容される抵抗範囲と比較されてもよい。当該比較に従って、ステップ８１において再び、接触不良、又は、切断、又は、分路が推測されうる。
【００４６】
引き続いて、正のポンプ電圧ＵＰ＞０とポンプ電流ｌＰとの間の関連においてヒステリシスが検証される（図４参照）。このために、ステップ８３において、電圧源４１によって、一定電圧Ｕ１＝ＵＰ＞０が端子ＡＰＥに対して印加され、閉鎖された第２の切替素子４９を介して、ポンプセル１７の端子ＩＰＮに印加される。単セル型センサ６１の場合には、電圧ＵＰが、端子ＡＬＥ及びＩＰＥに印加される。
【００４７】
ポンプ電圧ＵＰの値は段階的に変更される。最初に、ポンプセル１７、又は、ポンプ及びネルンストセル６３に対して電圧が全く印加されず、又は低い電圧が印加され、その後、比較的小さな、例えば８００ｍＶでありうる値ＵＰ１が印加され、対応する電流ＩＰ１が第１の電流センサ４５によって測定される。引き続いて、より高い、例えば１２００ｍＶでありうるポンプ電圧ＵＰ２が、端子ＡＰＥ及びＩＰＮ、又はＡＬＥ及びＩＰＥに印加され、対応する電流ＩＰ２が測定される。一定時間の後に、再び、より小さなポンプ電圧ＵＰ１が印加され、対応する電流ＩＰ３が測定される。
【００４８】
引き続いて分岐８５で、２つの電流値ｌＰ１及びｌＰ２がゼロであるかどうか検査される。２つの電流値ＩＰ１及びＩＰ２がゼロである場合（Ｙ）には、ステップ８７において、端子ＡＰＥ及び／又はＩＰＮとセル１７との間、又は、端子ＡＬＥ及び／又はＩＰＥとセル６３との間の導線の破損が検出される。２つの電流値ｌＰ１及びｌＰ２がゼロではない場合（Ｎ）には、分岐８９で、電流ＩＰ３とＩＰ１との間の差分値が最大値ΔｌＰ，ｍａｘよりも大きいかどうか検査される。電流ｌＰ３とｌＰ１との間の差分値が最大値ΔｌＰ，ｍａｘよりも大きい場合（Ｙ）には、ステップ９１において、セル１７の電極１９、２１の少なくとも１つにおける、又は、セル６３の電極６５、６７の少なくとも１つにおける破損が検出される。電流間の差分が、最大値ΔｌＰ，ｍａｘよりも小さい場合には（分岐８９の分岐線Ｎ）、ヒステリシスは十分に小さく、ステップ９３に進む。
【００４９】
追加的に、二セル型広帯域ラムダセンサの場合には、２つのポンプ電圧ＵＰ１とＵＰ２及びＩｐが測定される一方で、ＩＰＮとＲＥとの間の、ＵＮ１とＵＮ２との間のネルンスト電圧も測定される。ネルンスト電圧の絶対値、及び、当該絶対値間の差分が、診断基準として利用されうる。これにより、破損したＩＰＮに対する感度が改善され、Ｉｐ−ヒステリシス調査の結果と組み合わせることにより、２つのポンプ電極のうちのどれが破損しているのかを明確に区別することが可能となる。
【００５０】
図５に示される本方法７１の以下のステップにおいて、ポンプ電流１Ｐが許容範囲内にあるかどうか検査される。このために、最初にステップ９３において、第１の電圧源４１、並びに、切替素子４７及び４９の対応する制御により、定められた一定電圧ＵＲＴ２が印加され、電流１１が電流１ＲＴ２として検出される。検出された電流ｌＲＴ２から、ポンプ電流のための目標値ｌＰ，ｓｏｌｌが定められる（ステップ９５）。引き続いてステップ９７で、事前に定められた、正の、一定のポンプ電圧ＵＰ＞０が、端子ＡＰＥ及びＩＰＮに印加される。このために、制御素子４３は、切替素子４７、４９及び第１の電圧源４１を、対応して制御する（Ｕ１＝ＵＰ＞０）。得られたポンプ電流１Ｐは、第１の電流センサ４５によって検出される。
【００５１】
引き続いて分岐９９において、検出されたポンプ電流ｌＰと、定められた目標値ｌＰ，ｓｏｌｌとの商の値が、値Ｑｍｉｎ及びＱｍａｘにより限定される範囲内にあるかどうか検査される。定められた目標値ｌＰ，ｓｏｌｌとの商の値が値Ｑｍｉｎ及びＱｍａｘにより限定される範囲内にない場合（Ｎ）には、ステップ１０１において、ポンプセル１７内のエラーが検出される。上記商が値Ｑｍａｘよりも大きい場合には、ラムダセンサ１１の拡散隔壁、及び／又は、セラミックセンサ、特に第１の固体電解質２３における亀裂が検出される。さらに、商の値が大き過ぎる場合には、ポンプセル１７に並列の電気的な分路が示唆される。商の値が値Ｑｍｉｎよりも小さい場合には、煤汚れ、即ち、拡散隔壁における堆積物が検出される。商が許容範囲内にある場合にはステップ１０３に進む。Ｑｍｉｎ又はＱｍａｘの厳密な値は、検査されるラムダセンサと、診断の間当該センサにおいて存在するガスと、に従って設定されうる。特定の種類のラムダセンサ１１、及び、特定のガス環境、例えば空気について、商は、１４％まで上方向に異なっていてもよく、即ち、例えばＱｍａｘ＝１．１４であってもよい。これに対応して、場合によっては、１４％分の下方向偏差を許容することが可能であり、即ち、例えば、Ｑｍｉｎ＝０．８６が選択されうる。
【００５２】
図５に示されるヒステリシスを検査するためのステップ９３、９５、９７、９９、１０１は、単セル型センサ、及び／又は、トリマー電位差計３９の無いセンサにおいても実施されうる。単セル型センサの場合には、ステップ９７において、ポンプ電圧ＵＰが端子ＡＬＥ及びＩＰＥに印加される。トリマー電位差計３９の無い排気センサの場合にはステップ９３が行われず、ステップ９５において、ポンプ電流の目標値ｌＰ，ｓｏｌｌが、他の形態で、例えば、場合によってはラムダセンサの種類に依存しうる定数として固定される。
【００５３】
さらに、本方法７１では、順方向におけるポンプ電流ｌＰの他に、極性が反転されたポンプ電流も検査される。本発明７１の対応するステップが図６に示される。ステップ１０３において、負の電圧−ＵＰｎが第１の電圧源４１により生成され、即ちＵ１＜０である。負の電圧が、端子ＡＰＥ及びＩＰＮ、又は、ＡＬＥ及びＩＰＥに印加される。このために、制御素子４３は、第１の切替素子４７を閉鎖し、第２の切替素子４９を開放する。負のポンプ電圧−ＵＰｎが印加された際に、ポンプ電流ＩＰが検出される。
【００５４】
ステップ１０３に続くステップ１０５では、検出されたポンプ電流ｌＰの値が、値ｌＰ，ｍｉｎ及びｌＰ，ｍａｘにより限定される範囲内にあるかどうか検査される。検出されたポンプ電流ｌＰの値が値ｌＰ，ｍｉｎ及びｌＰ，ｍａｘにより限定される範囲内にない場合（Ｎ）には、ステップ１０７において、ラムダセンサ１１内のエラーが確認される。検出されたポンプ電流ｌＰの値が値ｌＰ，ｍｉｎ及びｌＰ，ｍａｘにより限定される範囲内にある場合（Ｙ）には、ステップ１０９に進む。検出されたポンプ電圧ｌＰが最小値ｌｐ，ｍｉｎよりも小さい場合には、ステップ１０７において、外部電極１９又は外部電極６５上に取り付けられた保護層の煤汚れ、ラムダセンサ１１の温度が低すぎること、及び／又は、第１の固体電解質２３における破損が検出される。検出されたポンプ電流ＩＰの値が最大値ｌＰ，ｍａｘよりも大きい場合には、ラムダセンサ１１の温度が高すぎること、及び／又は、外部ポンプ電極１９と内部ポンプ電極２１との間、又は、外部電極６５と内部電極６７との間の電気的な分路、又は、保護層の損傷若しくは欠陥が検出される。このような分路は、例えば、電極１９と２１間若しくは電極６５と６７間の堆積物により、又は、電極１９と２１若しくは電極６５と６７の互いの不十分な絶縁により引き起こされうる。
【００５５】
図７に示される更なる別の検査として、端子ＩＰＮ又はＩＰＥと、導電性のハウジング構成要素３７と、の間の導電性が検査される。このために、ステップ１０９において、端子ＩＰＮ又はＩＰＥと、導電性のハウジング構成要素３７と、の間に、電圧Ｕｇｅが印加される。電圧Ｕｇｅは好適に正であり、Ｕｇｅ＞０である。このために、図１に示す診断装置の制御素子４３は、第３の切替素子５５を閉鎖し、第４の切替素子５７を開放する。さらに、制御素子４３は、第２の電圧源５１が電圧Ｕ２＝Ｕｇｅを生成するように、当該第２の電圧源５１を制御する。第２の電圧源５１によって流れる電流ｌ２は、ハウジング電流ｌｇｅ＝ｌ２として検出される。引き続いて分岐１１１において、検出されたハウジング電流ｌｇｅが臨界値ｌｇｅ，ｋｒｉｔよりも大きいかどうか検査される。検出されたハウジング電流ｌｇｅが臨界値ｌｇｅ，ｋｒｉｔよりも大きい場合（Ｙ）には、ステップ１１３において、ラムダセンサ１１のセンサ素子と、ハウジング３５と、の間の分路が検出される。このような分路は、特にセンサ素子とハウジング３５の保護ダクトの内側との間の堆積物による、ラムダセンサ１１の煤汚れに起因しうる。ハウジング電流ｌｇｅが、臨界値ｌｇｅ，ｋｒｉｔよりも大きくない場合（Ｎ）には、ステップ１１５に進む。ステップ１１５では、以前のステップにおいて定められたテスト結果が評価される。例えば、当該テスト結果は、表示され及び／又は格納されうる。特に全ての検査が個別にエラー所見を伝達しなかった場合には、多次元の特徴スペクトル（Ｍｅｒｋｍａｌｓｓｐｅｋｔｒｕｍ）が検査されることも構想されうる。即ち、最後のテストにおいて、各個別に調査される機能変数の許容範囲が、他の機能値がそれぞれ存在するところで固定される。従って、より感度の良い全体診断が達成され、個々のパラメータ間の相互作用も考慮されうる。引き続いて、本方法がステップ１１７で終了する。
【００５６】
本方法７１の示される実施形態において、個別の検査がエラーを検出する場合、即ち、ステップ８１、８７、９１、１０１、１０７又は１１３のうちの１つが実施される場合について、本方法７１の後に、それぞれ後続の検査が続けられる。即ち、全ての検査が、各先行する検査の結果に依存せずに実施される。その際、制御素子４３は、本方法７１の経過を制御し、ラムダセンサ１１、６１の診断のために、検出された値を評価する。従って、制御素子４３は、診断装置１５の評価ユニットも形成する。
【００５７】
しかしながら、これとは異なり、検査のうちの１つがエラーを検出し次第本方法７１が終了することも構想されうる。この場合には、ステップ８１、８７、９１、１０１又は１０７の実施後に、直ぐにステップ１１５に進む。図３〜図７のそれぞれで示される検査の順序は、任意に変更可能である。他の実施形態ではまた、上記検査の幾つかが行われなくてもよい。
【００５８】
以下では、図８を用いて、ラムダセンサ１１の種類を検出するためのステップ７５がより詳細に解説される。ステップ７５で、制御素子４３は最初に、ラムダセンサ１１の端子Ｈ＋とＨ−との間にヒーター電圧ＵＨが印加されるように、調整素子５９を制御する（ステップ１２１）。ラムダセンサ１１の温度の厳密な調整は、ラムダセンサ１１の種類の検出のためには必要ではない。診断装置１５がそれらにより稼動されるべき全センサ種のために、固体電解質２３、２７が酸素イオンを案内できるために十分に高い当該固体電解質２３、２７の温度を実現するのに十分なだけ、ヒーター電圧ＵＨは高ければよい。後続のステップ１２３において、酸素イオンが、ラムダセンサ１１の拡散ギャップへと運ばれる。ラムダセンサ１１が二セル型センサである場合には、負の電圧ＵＤ＜０が、ネルンストセル２５に印加される。このために、制御素子４３は、電圧Ｕ２が負の値を有するように、即ち、Ｕ２＝ＵＤ＜０であるように、第２の電圧源５１を制御する。一定の時間後、ネルンストセル２５は、再び電圧ＵＤから分離される。このために、制御素子４３は、第４の切替素子５７を開放することができる。
【００５９】
ステップ１２３に続くステップ１２５では、電圧センサ５２を用いて、端子ＡＰＥと端子ＲＥとの間の電圧ＵＭ、即ち基本的には外部電極１９と基準電極３１との間の電圧が検出される。電圧ＵＭの高さは、ラムダセンサ１１の、外部ポンプ電極１９の方を向いた側において存在するガス中の酸素含有量のための尺度である。ここで、酸素が乏しいガスの場合には、典型的に４５０ｍＶを上回る、電圧ＵＭについての比較的高い値が得られる。従って、ステップ１２３及び１２５は、酸素が乏しいガスの検出（オイルガス検出）に役立つ。酸素が乏しいガスは、特に、診断中にラムダセンサ１１が内燃機関の排気管内に組み込まれたままである場合に存在しうる。なぜならば、診断のために内燃機関が停止した後に、比較的小さな酸素含有量を有する残留排気が排気管内に留まっていることが多いからである。近代的な内燃機関では、排気システム、特にラムダセンサ１１がその中に組み込まれる排気管が、周囲空気に対して比較的良好に密閉されるため、内燃機関が比較的長い停止した後でも、排気管内の酸素含有量が、せいぜいのところ、ほんの少しだけ上昇する。
【００６０】
ラムダセンサ１１がシングル型センサ６１である場合には、ステップ１２３において、電圧ＵＤが端子ＡＬＥ及びＩＰＥに印加される。そのために、制御素子４３は、第１の電圧源４１を、当該電圧源４１が正の電圧ＵＤ＞０を生成するように、即ち、Ｕ１＝ＵＤ＞０であるように、制御する。ステップ１２５では、電圧ＵＭが、端子ＡＬＥとＩＰＥとの間の電圧センサ５２によって測定される。
【００６１】
引き続いて分岐１２７では、検出された電圧ＵＭの値が、臨界値ＵＭ,ｋｒｉｔよりも小さいかどうか検査される。検出された電圧ＵＭの値が臨界値ＵＭ,ｋｒｉｔよりも小さい場合（Ｙ）には、酸素が乏しいガス、即ち、オイルガスが存在することが検出され、ステップ１２９において、補正値ΔＵが、電圧ＵＭの値に対応する値に設定される。検出された電圧ＵＭの値が臨界値ＵＭ,ｋｒｉｔよりも小さくない場合（Ｎ）には、ステップ１３１において、補正値ΔＵがゼロに設定される。
【００６２】
ステップ１２９又は１３１の後にステップ１３３が続き、このステップ１３３では、端子ＩＰＮと端子ＲＥとの間に負の電圧が印加される。この電圧の値は、補正値ΔＵ＞０の分だけ補正された所定値ＵＳＤ１＞０に相当し、即ち、第２の電圧源５１は、電圧Ｕ２＝−ＵＳＤ１−ΔＵ＜０を生成する。同時に、電流ｌ２は、ポンプ電流ｌＳＤ２として検出される。引き続いてステップ１３５で、端子ＩＰＮ及びＲＥに対して、事前に設定された正の一定電圧ＵＳＤ２＞０が印加され、これにより、端子ＩＰＮ及びＲＥへの電圧の極性が反転される。同時に、電流ｌ２が、更なる別のポンプ電流ｌＳＤ２として検出される。最後に、ステップ１３７において、ラムダセンサ１１の種類が、検出された２つのポンプ電流ｌＳＤ１及びｌＳＤ２に従って定められる。ステップ１３７の終了後に、本方法７１は、ステップ７５の後のステップ７６へと続く。
【００６３】
例えば、検出されたポンプ電流ｌＳＤ１及びｌＳＤ２を用いて、２種類のラムダセンサ１１を区別することができ、当該２種類のラムダセンサ１１は、それらのジオメトリの点で、特に基準電極３１へのエア・拡散チャネル（Ｌｕｆｔ‐Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｓｋａｎａｌ）の大きさ、又は、ネルンスト電極２９の大きさ及び位置の点で区別される。異なるジオメトリに基づいて、即ち、これらの異なる種類のラムダセンサ１１のネルンストセル２５の抵抗が異なっている。従って、ネルンストセル２５が小さなオーム抵抗と、開放された基準エアチャネルと、を有しているような種類のラムダセンサ１１の場合には、検出された電流ｌＳＤ１及びｌＳＤ２についての比較的大きな値が得られる。ネルンストセル２５のオーム抵抗が比較的大きく、基準エアチャネルの拡散係数が比較的小さいような種類のラムダセンサ１１の場合には、上記検出された電流ｌＳＤ１及びｌＳＤ２が比較的小さい。従って、ステップ１３７において、検出された電流が両方とも事前に定められた特定の最小値よりも大きく、即ち、ｌＳＤ１＞Ｘ１及びｌＳＤ２＞Ｘ２である場合に、ネルンストセル２５及び基準エアチャネルの抵抗が小さいような種類のラムダセンサ１１が検出されることが構想されうる。これに対応して、ステップ１３７において、上記検出された電流が、事前に定められた最小値よりも小さく、即ち、ｌＳＤ１＜Ｙ１及びｌＳＤ２＜Ｙ２である場合に、ネルンストセル２５及び基準エアチャネルの抵抗が高いような種類のラムダセンサ１１が検出されることが構想されうる。検出された電流を他に、逆方向に（ｇｅｇｅｎｌａｅｕｆｉｇ）組み合わせることによっても、センサ種を特徴付けることができる。
【００６４】
ラムダセンサ１１の種類を区別するための上記のステップ１３３、１３５、１３７は、対応する形態で、単セル型ラムダセンサ６１と接続しても適用されうる。
【００６５】
上記の検査は、２つの異なる種類のラムダセンサを区別するために２つの検出された電流が検査されるという限りにおいて冗長的である（ｒｅｄｕｎｄａｎｔ）ことが分かる。これにより、ラムダセンサ１１の種類の、特に確実な区別が可能となる。ラムダセンサ１１の種類が一義的に識別できない場合には、本方法７１は中断され、又は、診断装置１５の利用者は、ラムダセンサ１１の種類を手動で入力することが求められることもある。ステップ１３７では、電流ｌＳＤ１及びｌＳＤ２に関する上記の２つの条件のいずれも該当しない場合には、ラムダセンサ１１の種類が一義的に識別できないことが確認される。これにより、例えば、ネルンストセル２５の抵抗が、ラムダセンサ１１の消耗又は老朽化による影響（所謂動的な影響）のために変更された場合に、ラムダセンサ１１の種類の誤った識別が防止される。
【００６６】
全体として、本発明は、排気センサ、特にラムダセンサの詳細な検査が可能な方法および診断装置を提供し、当該検査は、内燃機関の他の構成要素とは独立して、特に、内燃機関が停止している際に実施されうる。これにより、内燃機関の様々な構成要素間の相互作用による、検査を誤らせる影響が、少なくともほぼ完全に排除される。ラムダセンサ１１の種類の自動的な検出によって、診断装置１５の簡単な利用が実現される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学センサ、特に内燃機関の加熱可能な排気センサ（１１）を診断する方法（７１）であって、電圧源（４１、５１）を用いて、事前に定められた、時間的に変化する又は不変の電圧（Ｕ１、Ｕ２）が生成され、前記電圧（Ｕ１、Ｕ２）が、前記排気センサ（１１）の端子／電極（ＡＰＥ、ＲＴ、ＩＰＮ、ＲＥ、ＡＬＥ、ＩＰＥ、３７）に印加され、前記電圧（Ｕ１、Ｕ２）が印加された際に前記電圧源を通って流れる電流（ｌ１、ｌ２）が検出され、前記電流（ｌ１、ｌ２）が前記排気センサ（１１）の診断のために評価され、又は、電圧源（４１、５１）を用いて、事前に定められた、時間的に変化する又は不変の電流（ｌ１、ｌ２）が生成され、前記電流（ｌ１、ｌ２）が、前記排気センサ（１１）の前記端子／電極（ＡＰＥ、ＲＴ、ＩＰＮ、ＲＥ、ＡＬＥ、ＩＰＥ、３７）を通して流され、電流（ｌ１、ｌ２）が供給される際に前記電圧源（４１、５１）に印加される電圧（Ｕ１、Ｕ２）が検出され、前記電圧（Ｕ１、Ｕ２）が前記排気センサ（１１）の診断のために評価される、前記方法（７１）において、
前記方法（７１）は、前記内燃機関の開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子とは独立して実施され、前記排気センサ（１１）の作動温度が、前記開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子とは別体の調整素子（５９）によって所定の温度値に調整されることを特徴とする方法（７１）。
【請求項２】
前記電圧（Ｕ１、Ｕ２）が、前記排気センサ（１１）のセル（１７、２５、６３）の電極（１９、２１、２９、３１、６５、６７）と接続された端子（ＡＰＥ、ＲＴ、ＩＰＮ、ＲＥ、ＡＬＥ、ＩＰＥ）に印加され、電流（ｌ１）として、ポンプ電流（ｌｐ）が検出されることを特徴とする、請求項１に記載の方法（７１）。
【請求項３】
前記電圧（Ｕ１）が、相前後して異なる電圧値（Ｕｐ１、Ｕｐ２）を有し、及び、前記電圧値（Ｕｐ１、Ｕｐ２）の少なくとも２つのために、前記電流（ｌ１）の対応する電流値（ｌｐ１、ｌｐ２）が検出されるように、前記電圧（Ｕ１）が段階的に及び／又は交互に変更されることを特徴とする、請求項２に記載の方法（７１）。
【請求項４】
前記電流値（ｌｐ１、ｌｐ２）の評価により、特に前記電流値（ｌｐ１、ｌｐ２）を互いに比較することにより、印加された前記電圧（Ｕ１）と検出された前記電流（ｌ１）との間の依存性に関するヒステリシスが検査されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ＲＥとＩＰＮ（ＵＮ１、ＵＮ２）との間のネルンスト電圧値ＵＮの評価により、特に前記ネルンスト電圧値（ＵＮ１、ＵＮ２）を互いに比較することにより、印加された前記電圧（Ｕ１）と検出された前記ネルンスト電圧（Ｕ１）との間の依存性に関するヒステリシスが検査されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記電圧（Ｕ１）が、前記排気センサ（１１）のトリマー電位差計（３９）と接続された前記端子（ＡＲＥ、ＲＴ）に印加されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法（７１）。
【請求項７】
特に前記トリマー電位差計の値に従って、前記ポンプ電流（ＩＰ）のための目標値（ｌＰ,ｓｏｌｌ）が定められ、電圧（Ｕ１）として正のポンプ電圧（ＵＰ）が印加され、前記排気センサ（１１）が、前記目標値（ｌＰ,ｓｏｌｌ）及び前記ポンプ電圧（ＵＰ）に従って検査されることを特徴とする、請求項６に記載の方法（７１）。
【請求項８】
電圧（Ｕ１）として負のポンプ電圧（−ＵＰＮ）が印加され、電流（ｌ１）として、正負反転されたポンブ電流（ｌＰ）が検出され、前記正負反転されたポンブ電流（ＩＰ）が所定の許容範囲（ｌＰ,ｍｉｎ、ｌＰ,ｍａｘ）内に存在するかどうかが検査されることを特徴とする、請求項７に記載の方法（７１）。
【請求項９】
前記セルの電極と接続された、特にポンプセル（１７、６３）の内部電極（２１、６７）と接続された、前記排気センサ（１１）の端子（ＩＰＮ、ＩＰＥ）と、前記排気センサ（１１）の導電性のハウジング構成要素（３７）と、の間に電圧（Ｕ２）が印加され、電流（ｌ２）としてハウジング電流（ｌｇｅ）が検出され、前記ハウジング電流（ｌｇｅ）が所定の最大値（ｌｇｅ,ｍａｘ）より小さく、又は所定の最大値（ｌｇｅ,ｍａｘ）と等しいかどうか検査されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法（７１）。
【請求項１０】
前記排気センサ（１１）の少なくとも１つの前記セル（２５、６３）のセル抵抗、特に前記排気センサ（１１）のネルンストセル（２５）の前記セル抵抗を特徴付ける少なくとも１つの測定値（ｌＳＤ１、ｌＳＤ２）が検出され又は定められ、前記測定値（ｌＳＤ１、ｌＳＤ２）に従って、前記排気センサ（１１）の種類が定められることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
電圧として少なくとも１つの測定電圧（−ＵＳＤ２、ＵＳＤ２）が前記セル（２５）に印加され、各測定電圧のための測定値として、前記電流（ｌＳＤ１、ｌＳＤ２）が前記セル（２５）によって検出されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
極性が異なる少なくとも２つの測定電圧（−ＵＳＤ２、ＵＳＤ２）が連続して前記セル（２５）に印加されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法（７１）。
【請求項１３】
又は、各測定値（ｌＳＤ２、ｌＳＤ２）が閾値（Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２）と比較され、当該比較に従って、前記排気センサ（１１）の種類が定められることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の方法（７１）。
【請求項１４】
前記セル（２５）への前記測定電圧（−ＵＳＤ１、ＵＳＤ２）の印加の前に、前記セル（２５）により生成されるセル電圧（ＵＭ）が検出され、少なくとも１つの前記測定電圧（−ＵＳＤ１、−ΔＵ）が、前記セル電圧（ＵＭ）に従って事前に定められること特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の方法（７１）。
【請求項１５】
内燃機関の加熱可能な排気センサ（１１）を検査するための診断装置（１５）であって、前記診断装置（１５）は、
前記排気センサ（１１）の端子（ＡＰＥ、ＲＴ、ＩＰＮ、ＲＥ、ＡＬＥ、ＩＰＥ、３７）に対して、事前に定められた、時間的に変化する又は不変の電圧（Ｕ１、Ｕ２）を印加するように構成された少なくとも１つの電圧源（４１、５１）と、
前記電圧（Ｕ１、Ｕ２）が印加された際に前記電圧源（４１、５１）を通って流れる電流（ｌ１、ｌ２）を検出するように構成された少なくとも１つの電圧センサ（４５、５３）と、
前記排気センサ（１１）の診断のために前記電流（ｌ１、ｌ２）を評価する評価ユニット（４３）と、
を備え、又は、
前記診断装置（１５）は、
事前に定められた、時間的に変化する又は不変の電流（ｌ１、ｌ２）を生成するように構成され、及び、前記排気センサ（１１）の端子を通して前記電流（ｌ１、ｌ２）を流すように構成された少なくとも１つの電圧源と、
電流（ｌ１、ｌ２）が供給される際に前記電圧源に印加される電圧を検出するよう構成された電圧センサと、
電気化学センサの診断のために電圧を評価するように構成された評価ユニットと、
を備える、前記診断装置（１５）において、
前記診断装置（１５）は、前記内燃機関の開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子から独立して前記排気センサ（１１）を検査しうるように、前記開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子とは分けられており、前記診断装置（１５）は、前記排気センサ（１１）の作動温度を所定値に調整するための調整素子（５９）を有することを特徴とする、診断装置（１５）。
【請求項１６】
前記診断装置（１５）は、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法（７１）を実施するように構成され特にプログラムされることを特徴とする、請求項１５に記載の診断装置（１５）。
【請求項１７】
前記電圧が事前に定められる代わりに電流が事前に定められ、前記電流が評価される代わりに、対応する電圧が評価されることを特徴とする、請求項１５〜１６のいずれか１項に記載の診断装置（１５）。
【請求項１】
電気化学センサ、特に内燃機関の加熱可能な排気センサ（１１）を診断する方法（７１）であって、電圧源（４１、５１）を用いて、事前に定められた、時間的に変化する又は不変の電圧（Ｕ１、Ｕ２）が生成され、前記電圧（Ｕ１、Ｕ２）が、前記排気センサ（１１）の端子／電極（ＡＰＥ、ＲＴ、ＩＰＮ、ＲＥ、ＡＬＥ、ＩＰＥ、３７）に印加され、前記電圧（Ｕ１、Ｕ２）が印加された際に前記電圧源を通って流れる電流（ｌ１、ｌ２）が検出され、前記電流（ｌ１、ｌ２）が前記排気センサ（１１）の診断のために評価され、又は、電圧源（４１、５１）を用いて、事前に定められた、時間的に変化する又は不変の電流（ｌ１、ｌ２）が生成され、前記電流（ｌ１、ｌ２）が、前記排気センサ（１１）の前記端子／電極（ＡＰＥ、ＲＴ、ＩＰＮ、ＲＥ、ＡＬＥ、ＩＰＥ、３７）を通して流され、電流（ｌ１、ｌ２）が供給される際に前記電圧源（４１、５１）に印加される電圧（Ｕ１、Ｕ２）が検出され、前記電圧（Ｕ１、Ｕ２）が前記排気センサ（１１）の診断のために評価される、前記方法（７１）において、
前記方法（７１）は、前記内燃機関の開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子とは独立して実施され、前記排気センサ（１１）の作動温度が、前記開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子とは別体の調整素子（５９）によって所定の温度値に調整されることを特徴とする方法（７１）。
【請求項２】
前記電圧（Ｕ１、Ｕ２）が、前記排気センサ（１１）のセル（１７、２５、６３）の電極（１９、２１、２９、３１、６５、６７）と接続された端子（ＡＰＥ、ＲＴ、ＩＰＮ、ＲＥ、ＡＬＥ、ＩＰＥ）に印加され、電流（ｌ１）として、ポンプ電流（ｌｐ）が検出されることを特徴とする、請求項１に記載の方法（７１）。
【請求項３】
前記電圧（Ｕ１）が、相前後して異なる電圧値（Ｕｐ１、Ｕｐ２）を有し、及び、前記電圧値（Ｕｐ１、Ｕｐ２）の少なくとも２つのために、前記電流（ｌ１）の対応する電流値（ｌｐ１、ｌｐ２）が検出されるように、前記電圧（Ｕ１）が段階的に及び／又は交互に変更されることを特徴とする、請求項２に記載の方法（７１）。
【請求項４】
前記電流値（ｌｐ１、ｌｐ２）の評価により、特に前記電流値（ｌｐ１、ｌｐ２）を互いに比較することにより、印加された前記電圧（Ｕ１）と検出された前記電流（ｌ１）との間の依存性に関するヒステリシスが検査されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ＲＥとＩＰＮ（ＵＮ１、ＵＮ２）との間のネルンスト電圧値ＵＮの評価により、特に前記ネルンスト電圧値（ＵＮ１、ＵＮ２）を互いに比較することにより、印加された前記電圧（Ｕ１）と検出された前記ネルンスト電圧（Ｕ１）との間の依存性に関するヒステリシスが検査されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記電圧（Ｕ１）が、前記排気センサ（１１）のトリマー電位差計（３９）と接続された前記端子（ＡＲＥ、ＲＴ）に印加されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法（７１）。
【請求項７】
特に前記トリマー電位差計の値に従って、前記ポンプ電流（ＩＰ）のための目標値（ｌＰ,ｓｏｌｌ）が定められ、電圧（Ｕ１）として正のポンプ電圧（ＵＰ）が印加され、前記排気センサ（１１）が、前記目標値（ｌＰ,ｓｏｌｌ）及び前記ポンプ電圧（ＵＰ）に従って検査されることを特徴とする、請求項６に記載の方法（７１）。
【請求項８】
電圧（Ｕ１）として負のポンプ電圧（−ＵＰＮ）が印加され、電流（ｌ１）として、正負反転されたポンブ電流（ｌＰ）が検出され、前記正負反転されたポンブ電流（ＩＰ）が所定の許容範囲（ｌＰ,ｍｉｎ、ｌＰ,ｍａｘ）内に存在するかどうかが検査されることを特徴とする、請求項７に記載の方法（７１）。
【請求項９】
前記セルの電極と接続された、特にポンプセル（１７、６３）の内部電極（２１、６７）と接続された、前記排気センサ（１１）の端子（ＩＰＮ、ＩＰＥ）と、前記排気センサ（１１）の導電性のハウジング構成要素（３７）と、の間に電圧（Ｕ２）が印加され、電流（ｌ２）としてハウジング電流（ｌｇｅ）が検出され、前記ハウジング電流（ｌｇｅ）が所定の最大値（ｌｇｅ,ｍａｘ）より小さく、又は所定の最大値（ｌｇｅ,ｍａｘ）と等しいかどうか検査されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法（７１）。
【請求項１０】
前記排気センサ（１１）の少なくとも１つの前記セル（２５、６３）のセル抵抗、特に前記排気センサ（１１）のネルンストセル（２５）の前記セル抵抗を特徴付ける少なくとも１つの測定値（ｌＳＤ１、ｌＳＤ２）が検出され又は定められ、前記測定値（ｌＳＤ１、ｌＳＤ２）に従って、前記排気センサ（１１）の種類が定められることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
電圧として少なくとも１つの測定電圧（−ＵＳＤ２、ＵＳＤ２）が前記セル（２５）に印加され、各測定電圧のための測定値として、前記電流（ｌＳＤ１、ｌＳＤ２）が前記セル（２５）によって検出されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
極性が異なる少なくとも２つの測定電圧（−ＵＳＤ２、ＵＳＤ２）が連続して前記セル（２５）に印加されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法（７１）。
【請求項１３】
又は、各測定値（ｌＳＤ２、ｌＳＤ２）が閾値（Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２）と比較され、当該比較に従って、前記排気センサ（１１）の種類が定められることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の方法（７１）。
【請求項１４】
前記セル（２５）への前記測定電圧（−ＵＳＤ１、ＵＳＤ２）の印加の前に、前記セル（２５）により生成されるセル電圧（ＵＭ）が検出され、少なくとも１つの前記測定電圧（−ＵＳＤ１、−ΔＵ）が、前記セル電圧（ＵＭ）に従って事前に定められること特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の方法（７１）。
【請求項１５】
内燃機関の加熱可能な排気センサ（１１）を検査するための診断装置（１５）であって、前記診断装置（１５）は、
前記排気センサ（１１）の端子（ＡＰＥ、ＲＴ、ＩＰＮ、ＲＥ、ＡＬＥ、ＩＰＥ、３７）に対して、事前に定められた、時間的に変化する又は不変の電圧（Ｕ１、Ｕ２）を印加するように構成された少なくとも１つの電圧源（４１、５１）と、
前記電圧（Ｕ１、Ｕ２）が印加された際に前記電圧源（４１、５１）を通って流れる電流（ｌ１、ｌ２）を検出するように構成された少なくとも１つの電圧センサ（４５、５３）と、
前記排気センサ（１１）の診断のために前記電流（ｌ１、ｌ２）を評価する評価ユニット（４３）と、
を備え、又は、
前記診断装置（１５）は、
事前に定められた、時間的に変化する又は不変の電流（ｌ１、ｌ２）を生成するように構成され、及び、前記排気センサ（１１）の端子を通して前記電流（ｌ１、ｌ２）を流すように構成された少なくとも１つの電圧源と、
電流（ｌ１、ｌ２）が供給される際に前記電圧源に印加される電圧を検出するよう構成された電圧センサと、
電気化学センサの診断のために電圧を評価するように構成された評価ユニットと、
を備える、前記診断装置（１５）において、
前記診断装置（１５）は、前記内燃機関の開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子から独立して前記排気センサ（１１）を検査しうるように、前記開ループ制御及び／又は閉ループ制御素子とは分けられており、前記診断装置（１５）は、前記排気センサ（１１）の作動温度を所定値に調整するための調整素子（５９）を有することを特徴とする、診断装置（１５）。
【請求項１６】
前記診断装置（１５）は、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法（７１）を実施するように構成され特にプログラムされることを特徴とする、請求項１５に記載の診断装置（１５）。
【請求項１７】
前記電圧が事前に定められる代わりに電流が事前に定められ、前記電流が評価される代わりに、対応する電圧が評価されることを特徴とする、請求項１５〜１６のいずれか１項に記載の診断装置（１５）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２０１２−５３１６０３（Ｐ２０１２−５３１６０３Ａ）
【公表日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１８０８１（Ｐ２０１２−５１８０８１）
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５９２５１
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０００８５３
【国際公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【出願人】（５０１１２５２３１）ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (329)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５９２５１
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０００８５３
【国際公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【出願人】（５０１１２５２３１）ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (329)
【Ｆターム（参考）】
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