用于确定气体燃烧值的量值的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于确定气体燃烧值的量值/大小/数值的装置。此外，本发明涉及一种用于确定气体燃烧值的量值的方法。
【背景技术】
[0002]以汽油或柴油作为燃料运行的内燃机可以针对运行重新配备压缩天然气(CNG)。该气体在不同国家通常具有不同的组成成分。特别是，氮气或二氧化碳的成分降低气体燃烧值。获知气体的燃烧值对于发动机的正确调节是有利的。
[0003]因此值得期望的是，提出一种用于确定气体燃烧值的量值的装置。此外应提出一种用于确定气体燃烧值的量值的方法。
【发明内容】
[0004]用于确定气体燃烧值的量值的装置的一个实施形式在权利要求1中提出。用于确定气体燃烧值的量值的装置包括:膜，该膜构造成用于在温度阈值之上运送氧；加热单元，用于加热膜；以及第一电极，该第一电极设置在膜的第一侧上；以及第二电极，该第二电极设置在膜的与第一侧不同的第二侧上。此外，该装置包括可控的电压/电流源，用于在第一与第二电极之间产生控制电压/控制电流，该控制电压/控制电流用于控制通过膜的氧运送；并且包括分析处理单元，用于确定气体燃烧值的量值，该气体具有可燃成分。在第一电极设置在包含该气体的第一环境中并且第二电极设置在包含与该气体不同的具有氧的基准气的第二环境中的情况下，可控的电压/电流源构造成，如此产生控制电压/控制电流，从而根据控制电压/控制电流的水平通过膜运送氧的量使得该气体的可燃成分燃烧。分析处理单元构造成，根据产生的控制电压/产生的控制电流或者根据膜的温度水平或者根据膜的阻抗来确定气体燃烧值的量值。
[0005]用于确定气体燃烧值的量值的方法的实施形式在权利要求12中提出。该方法包括以下步骤:
[0006]-提供根据上述实施形式所述的用于确定气体燃烧值的装置；
[0007]-该装置如此设置，使得第一电极设置在第一环境中，而第二电极设置在第二环境中；
[0008]-在第一电极与第二电极之间如此施加具有一定水平的控制电压/控制电流，使得一定量的氧从第二环境通过膜运送到第一环境以使气体的可燃成分燃烧；
[0009]-氧在第一环境中在第一电极上燃烧；
[0010]-在燃烧过程期间通过分析处理控制电压/控制电流的水平或者通过分析处理膜的温度的水平或者通过分析处理在第一电极与第二电极之间的阻抗来确定气体的燃烧值的量值。
[0011]膜、加热单元以及第一和第二电极可以例如是氧传感器(Lambdasonde)的一部分。氧传感器通常用于测量在燃烧气体中存在的剩余的氧含量，以便由此调节燃烧空气与用于继续燃烧的燃料的比，从而既不会出现燃料过量也不会出现空气过量。氧传感器可以为此设置在具有含氧的基准气的环境与引导废气流的环境之间。
[0012]可以应用掺杂镱(YSZ)的陶瓷作为在第一电极与第二电极之间的膜。为了在氧传感器中使YSZ膜实现其氧离子传导能力或者为了使氧离子能由一个电极通过膜泵送到另一电极，可以借助于加热单元将膜加热到大约700°c。氧传感器可以包含基准通道，通过基准通道含氧的环境空气扩散到传感器的加热区域中。当氧传感器应用在车辆中时，第一电极设置在废气流中，而第二电极设置在基准通道中。
[0013]由于在废气流与含氧的环境空气之间的氧浓度差，在氧传感器中产生氧的离子扩散，从而氧离子由基准气的高浓度并因此由第二电极通过膜迀移至第一电极或废气的低氧浓度。氧原子离子化所需的电极由能导电的第一和第二电极提供。由此可以在第一与第二电极之间量取电压。根据该探测电压可以推断是否在废气流中存在大量或少量氧。
[0014]根据本发明，现在在根据权利要求1的用于确定气体燃烧值的量值的装置中将氧传感器转用为MEMS炉。气体中的微燃烧所需的氧通过基准通道扩散到第二电极，该第二电极现在作为泵阴极以相比于通常的氧传感器相反的极性运行。为了将氧由基准气泵送到燃烧值待确定的气体中，在第一电极与第二电极之间施加控制电压/控制电流。由此氧离子从第二电极通过膜运送到第一电极，该第一电极位于燃烧值待确定的气体的气流中。
[0015]氧离子或转换为分子氧的氧离子在第一电极的区域中与气体的可燃成分燃烧。燃烧过程基于第一电极和第二电极的催化作用在没有火焰产生的情况下进行，该电极例如可以构成为多孔的铂电极。
[0016]根据用于确定气体燃烧值的量值的装置或方法的第一可能的实施形式，通过分析处理单元分析处理由可控的电压/电流源产生的控制电压/控制电流，该控制电压/控制电流是用以将氧离子泵送到气体中并且与气体在其中燃烧所必需的。控制电压/控制电流由可控的电压/电流源在由分别为第一持续时间和紧接着的第二持续时间组成的相继的时间周期中仅仅在第二持续时间期间在第一电极与第二电极之间产生。在第一持续时间期间，在第一电极与第二电极之间出现的电压由电压测量单元测量。控制单元根据在第一持续时间期间测量的电压来调节控制电压/控制电流。例如控制电压/控制电流可以如此调节，使得在第一电极与第二电极之间测量的电压具有大约450mV的水平。
[0017]根据用于确定气体燃烧值的量值的装置或方法的第二和第三可能的实施形式，在应用可控电压源的情况下，由可控电压源在第一电极与第二电极之间产生大约0.3V至2V的电压，以便将氧离子从基准气泵送到待确定燃烧值的气体中并且连同该气体的可燃成分一起燃烧。放热反应导致膜的温度升高，该温度升高可以考虑为用于燃烧值的量值。
[0018]根据装置或方法的第二实施形式，加热单元可以构造为脉宽调制的加热单元。脉宽调制的加热单元可以如此构成，使得如果膜的温度对于氧离子输送而言太低，那么加热单元的脉宽调制率(PWM率)自动上升；或者如果膜的温度太高或者显著高于上面提出的温度阈值，那么脉宽调制率自动降低。膜的温度升高现在可以通过分析处理由于膜因燃烧过程的加热而下降的加热单元的PWM率。
[0019]根据装置或方法的第三实施形式，由分析处理单元在泵氧阶段中在相继的时间周期的第一持续时间期间确定在第一电极与第二电极之间的阻抗。在此利用膜的阻抗是温度有关的。
【附图说明】
[0020]将在下文中参照示出本发明的实施例的附图进一步阐明本发明。其中:
[0021]图1示出用于确定气体燃烧值的量值的装置的第一实施形式；
[0022]图2示出用于确定气体燃烧值的量值的装置的第二实施形式；
[0023]图3示出用于确定气体燃烧值的量值的装置的第三实施形式；
[0024]图4示出用于确定气体燃烧值的量值的装置的第四实施形式；
[0025]图5示出用于确定气体燃烧值的量值的装置的第五实施形式；
[0026]图6示出用于确定气体燃烧值的量值的装置的第六实施形式；
[0027]图7示出用于确定气体燃烧值的量值的装置的第七实施形式。
【具体实施方式】
[0028]图1至7示出了用于确定气体G的燃烧值的量值的装置的不同实施形式，该气体具有能燃烧的成分。在所有实施形式中，该装置具有膜10、加热单元20、第一电极30、第二电极40、可控的电压/电流源50以及分析处理单元60和用于控制可控的电压/电流源50的控制单元70。首先详细说明用于确定气体燃烧值的量值的装置的不同实施形式的共同构件。紧接着探讨装置的各个实施形式的特定特征。
[0029]在用于确定气体燃烧值的装置的实施形式I至7中，膜10可以包括例如由掺杂镱的陶瓷组成的材料。膜10可构造成使得，该膜在加热超过温度阈值时适合用于运送氧，特别是氧离子。加热单元20可以构造成用于加热膜，特别是加热膜到温度阈值，在该温度阈值，膜对于氧是可渗透的。第一和第二电极30、40能以多孔的形式由铂组成的材料构成。第一电极30可以设置在膜10的第一侧11上，该第一侧位于气体G的第一环境Ul中，该气体的燃烧值的量值待被确定。第二电极40可以设置在膜10的与第一侧不同的第二侧12上。第二电极40并因此膜10的第二侧12可以设置在第二环境U2中，该第二环境包含与气体G不同的含氧的基准气RG。
[0030]可控的电压/电流源50构造成用于在第一与第二电极30、40之间产生控制电压/控制电流，该控制电压/控制电流用于控制通过膜10的氧运送。在第一电极30设置在包含气体G的第一环境Ul中并且第二电极40设置在包含具有氧的基准气RG的第二环境U2中的情况下，可控的电压/电流源50特别是构造成产生控制电压/控制电流，从而根据控制电压/控制电流的水平通过膜10运送氧的量使得气体G的可燃成分燃烧。
[0031]控制单元70以相继的时间周期如此控制可控的电压/电流源