DE10036129A1

DE10036129A1 - Verfahren zum Messen einer Abgaszusammensetzung

Info

Publication number: DE10036129A1
Application number: DE2000136129
Authority: DE
Inventors: Michael Daetz; Frank-Michael Wittig; Sven Bruhn
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2002-02-07
Anticipated expiration: 2020-07-26
Also published as: DE10036129B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer Abgaszusammensetzung in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mittels einer Lambda-Sonde, welche eine von der Abgaszusammensetzung abhängige Sondenistspannung abgibt, wobei die Lambda-Sonde mittels einer Heizeinrichtung beheizt wird. Hierbei wird aus einem Innenwiderstand der lambda-Sonde über eine Kennlinie eine Sondentemperatur Ts bestimmt und aus dieser zusammen mit der Sondenistspannung Us eine Korrekturspannung Ks aus einem Us-Ts-Ks-Kennfeld bestimmt und zum Bestimmen eines korrigierten Sondensignals für eine Lambda-Regelung der Sondenistspannung hinzu addiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer Abgaszusammensetzung in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mittels einer Lambda-Sonde, welche eine von der Abgaszusammensetzung abhängige Sondenistspannung abgibt, wobei die Lambda-Sonde mittels einer Heizeinrichtung beheizt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei dem Einsatz von geregelten Katalysatoren in Kraftfahrzeugen ist es bekannt, einen Lambda-Wert im Abgasstrom mittels einer Lambda-Sonde zu bestimmen. Die Lambda- Sonde ist als Meßfühler in einem Abgasstrom vor dem Katalysator angeordnet und liefert je nach Abgaszusammensetzung ein entsprechendes Spannungssignal. Ein Steuergerät bestimmt hieraus ein Signal an die Einspritzanlage, beispielsweise an entsprechende Einspritzventile, wodurch die Gemischzusammensetzung so geändert wird, daß sie dem Luftverhältnis λ = 1 entspricht. Die angepaßte Gemischzusammensetzung hat eine entsprechende Abgaszusammensetzung zur Folge.

Die Sondenspannung der Lambda-Sonde ist jedoch nicht nur von einer Abgaszusammensetzung sondern auch von der Temperatur der Lambda-Sonde abhängig, In der gattungsbildenden DE 35 33 197 A1 wird dazu vorgeschlagen, ein temperaturkorrigiertes Lambdasignal durch Kompensation mit Hilfe des Sondeninnenwiderstandes zur Verfügung zu stellen, da der Innenwiderstand der Lambda-Sonde eine Temperaturabhängigkeit aufweist. Hierzu wird die Sondenspannung und der Sondeninnenwiderstand bestimmt und unter Bildung eines Korrekturwertes aus den beiden Meßsignalen ein temperaturkorrigiertes Lambdasignal erzeugt.

Die Lambda-Sonde erzeugt erst oberhalb einer Temperaturschwelle verwertbare Sondenspannungen. Dazu wird in der DE 41 06 308 A1 vorgeschlagen, die Abgassonde mittels einer Regelung zu beheizen, um Temperaturänderungen aufgrund von unterschiedlichen Abgastemperaturen bei Leerlauf bzw. Vollast ausgleichend entgegen zu wirken.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der 4 obengenannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine Erhöhung der Genauigkeit des Lambda-Meßwertes über einen breiten Sondenbetriebsbereich erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß aus einem Innenwiderstand der λ-Sonde über eine Kennlinie eine Sondentemperatur Ts bestimmt und aus dieser zusammen mit der Sondenistspannung Us eine Korrekturspannung Ks aus einem Us-Ts-Ks-Kennfeld bestimmt wird, die zum Bestimmen eines korrigierten Sondensignals für eine Lambda- Regelung der Sondenistspannung hinzu addiert wird.

Dies hat den Vorteil, daß durch eine Erhöhung der Genauigkeit des Lambda-Meßwertes über einen breiten Sondenbetriebsbereich eine Verringerung eines Schadstoffausstoßes erzielt wird. In überraschender Weise ergibt sich durch die Kombination von geregelter Sondenheizung mit Temperaturkompensation der Sondenspannung mit Hilfe des Innenwiderstandes der Sondenheizung eine erhebliche Verbesserung des Sondensignals und somit eine Verbesserung der Lambda-Regelung einer Brennkraftmaschine. Dadurch, daß die Korrekturspannung aus einem Us-Ts-Ks- Kennfeld bestimmt wird, ergibt sich ein besonders genauer Wert für die Korrekturspannung, da dies auch Einflüsse des momentanen Betriebspunktes der Lambdasonde bzgl. der Höhe des Sondenistsignals auf den Korrekturwert berücksichtigt. Ferner liefert die Kennlinie der Temperaturabhängigkeit des Innenwiderstandes Ri(T) einen genauen Wert für die Sondentemperatur, so daß neben einer feiner abgestimmte Korrekturspannung auch ein größerer Temperaturbereich mit genauer Lambdamessung erzielbar ist.

Zweckmäßigerweise wird die aus dem Innenwiderstand der λ-Sonde über die Kennlinie bestimmte Sondentemperatur Ts einem Regelkreis der Heizeinrichtung als Istwert zugeführt.

In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird die Sondenistspannung in einem vorbestimmten Temperaturbereich mit der Korrekturspannung addiert und außerhalb dieses Temperaturbereiches keine Korrektur der Sondenistspannung durchgeführt.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in

Fig. 1 ein das erfindungsgemäße Verfahren illustrierendes Blockschaltbild,

Fig. 2 eine Ts-Ri-Kennlinie zum Bestimmen der Sondentemperatur Ts aus dem Innenwiderstand Ri der Heizeinrichtung und

Fig. 3 ein Us-Ts-Ks-Kennfeld zum bestimmen der Korrekturspannung Ks aus der Sondenistspannung Us und der Sondentemperatur Ts.

Bei dem in Fig. 1 mittels eines Blockschaltbildes illustrierten Verfahrens wird zunächst aus einer λ-Sonde 10 bei 12 ein Innenwiderstand Ri an einen Block 14 übertragen. Im Block 14 wird mittels einer T-Ri-Kennlinie aus diesem Innenwiderstand Ri der λ-Sonde 10 eine Sondertemperatur Ts ermittelt und bei 16 an einen Block 18 übertragen. Bei 20 wird ferner eine Sondenistspannung Us an den Block 18 übertragen.

Im Block 18 wird mittels eines Kennfeldes aus der Sondentemperatur Ts und der Sondenistspannung Us eine Korrekturspannung Ks bestimmt. Diese Korrekturspannung Ks ist ein Spannungswert ΔU, der als Korrektur der Sondenistspannung Us dieser in Block 22 hinzuaddiert wird. Hierzu wird dem Block 22 bei 24 die Korrekturspannung Ks = ΔU und über 26 die Sondenistspannung Us zugeführt. Bei 28 gibt dann der Block 22 das temperaturkorrigierte Sondensignal aus.

Fig. 2 illustriert beispielhaft eine im Block 14 verwendete Kennlinie zum Bestimmen der Sensortemperatur Ts aus dem Innenwiderstand Ri der λ-Sonde 10. In Fig. 2 ist auf der X-Achse 30 die Sensortemperatur Ts in °C und auf der Y-Achse 32 der Innenwiderstand Ri in Ohm aufgetragen. Die Kennlinie 34 bestimmt jeweils zu einem Innenwiderstand Ri eine bestimmte Sondentemperatur Ts. Zur besseren Veranschaulichung weist die Y- Achse 32 einen logarithmischen Maßstab auf.

Fig. 3 veranschaulicht ein in Block 18 verwendetes Kennfeld. Auf der Achse 36 ist die Sondenspannung Us in Volt, auf der Achse 38 ist die Sensortemperatur T in °C und auf der Achse 40 ist die Korrekturspannung Ks = ΔU in Volt aufgetragen. Für jedes Paar eines Wertes für Sondenspannung Us und Sensortemperatur Ts ergibt sich gemäß einer Fläche 42 ein eindeutiger Wert für die Korrekturspannung Ks.

Das vorbeschriebene Verfahren zur Korrektur der Sondenspannung wird bevorzugt in Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt, welche Sprung-Lambdasonden in Verbindung mit einer Sondenheizung zur Arbeitspunktstabilisierung verwenden. Es läßt sich die Genauigkeit des Lambda-Meßwertes bei Verbrennungskraftmaschinen, die bei X = 1 betrieben werden und mit Sprung-Lambdasonden ausgerüstet sind, erhöhen. Die Steigerung der Meßgüte erfolgt über einen breiten Sondenbetriebsbereich und bewirkt so, im Verbund mit einem Regelkreis der Sondenheizung, eine Verringerung des Schadstoffausstoßes. Die Sondenheizung hat den zusätzlichen Vorteil, daß nach Inbetriebsetzen der Verbrennungskraftmaschine eine schnellere Betriebsbereitschaft in der Regelung zur Einhaltung eines vorgegebenen Lambdawertes (λ = 1) erreicht wird. Durch die Temperaturregelung mittels der Heizeinrichtung wird die Sonde in schnellstmöglicher Zeit, beispielsweise nach einem Kaltstart, in einen Betriebszustand versetzt, der verwertbare Sondenspannungen garantiert. Ebenso dient die Temperaturregelung dazu, im laufenden Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine sicherzustellen, daß der Temperatur-Betriebsbereich, in dem verwertbare Sondenspannungen vorliegen, nicht verlassen wird, beispielsweise in Schubphasen oder längeren Leerlaufphasen, in denen die Sondentemperatur auf eine Temperatur unterhalb der Grenztemperatur absinken würde.

BEZUGSZEICHENLISTE

10

λ-Sonde

12

Übertragung Ri

14

Block: Ts-Ri-Kennline

16

Übertragung Sondentemperatur Ts

18

Block: Kennfeld

20

Übertragung Sondenistspannung Us

22

Block: Addition Us + Ks

24

Übertragung Ks = DeltaU

26

Übertragung Us

28

Ausgang korrigierte Sondensignal

30

x-Achse Kennlinie Ri[Ω]

32

y-Achse Kennlinie Ts[°C]

34

Kennlinie

36

Achse Kennfeld

38

Achse Kennfeld

40

Achse Kennfeld

42

Fläche

Claims

1. Verfahren zum Messen einer Abgaszusammensetzung in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mittels einer λ-Sonde, welche eine von der Abgaszusammensetzung abhängige Sondenistspannung abgibt, wobei die λ-Sonde mittels einer Heizeinrichtung beheizt wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Innenwiderstand der A-Sonde über eine Kennlinie eine Sondentemperatur Ts bestimmt und aus dieser zusammen mit der Sondenistspannung Us eine Korrekturspannung Ks aus einem Us-Ts-Ks-Kennfeld bestimmt wird, die zum Bestimmen eines korrigierten Sondensignals für eine Lambda-Regelung der Sondenistspannung hinzu addiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Innenwiderstand der A-Sonde über die Kennlinie bestimmte Sondentemperatur Ts einem Regelkreis der Heizeinrichtung als Istwert zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenistspannung in einem vorbestimmten Temperaturbereich mit der Korrekturspannung addiert wird und außerhalb dieses Temperaturbereiches keine Korrektur der Sondenistspannung durchgeführt wird.