DE102006060636A1 - Method for balancing sensor element for probe to determine concentration of gas component in gas mixture, involves arranging pump cell with two pump electrodes on ion-conducting solid electrolyte - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Kalibrieren eines Sensorelements nach der Gattung des Anspruchs 1.The The invention is based on a method for calibrating a sensor element according to the preamble of claim 1.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt, welche zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind.object The present invention also relates to a computer program and a Computer program product suitable for carrying out the method are.
Elektrochemische Gassensoren in Form von Lambda-Sonden werden in großer Zahl in Abgassystemen von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um für die Motorsteuerung Signale über die Abgaszusammensetzung bereitstellen zu können. Auf diese Weise kann der Motor so betrieben werden, dass die Abgase eine optimale Zusammensetzung für die Nachbehandlung mit im Abgassystem heute üblicherweise vorhandenen Katalysatoren aufweisen.electrochemical Gas sensors in the form of lambda probes are in large numbers used in exhaust systems of internal combustion engines in motor vehicles, around for the engine control signals over the Be able to provide exhaust composition. This way you can The engine can be operated so that the exhaust gases have an optimal composition for the Aftertreatment with catalysts usually present in the exhaust system today exhibit.
In
Zwischen
die innere Pumpelektrode
Das
Kernelement einer derartigen Breitband-Lambdasonde ist der auch
als Hohlraum bezeichnete Messraum
Wegen
drucktechnisch bedingter Streuungen besitzt jeder derartige Sensor
einen individuellen Proportionalitätsfaktor. Um dennoch für alle Sonden die
gleiche Kennlinie, d. h. den gleichen Messstrom bei einer bestimmten
Abgaszusammensetzung zu erhalten, ist ein Abgleichwiderstand
Der Proportionalitätsfaktor einer unabgeglichenen Sonde wird mithilfe des sogenannten „Schubabgleichs" im Fahrzeug bestimmt. Hierbei wird der Verbrennungsmotor mit Luft bespült und der somit bei einer bekannten Gaskonzentration ermittelte Proportionalitätsfaktor bestimmt und gespeichert. Hierdurch kann eine Kompensation von Alterungseffekten erzielt werden, da der Abgleich beliebig oft erneuert werden kann.Of the proportionality an unbalanced probe is determined using so-called "thrust balance" in the vehicle. Here, the internal combustion engine is rinsed with air and thus at a known gas concentration proportionality factor determined and saved. This can compensate for aging effects be achieved, since the adjustment can be renewed as often as desired.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass für den Abgleich des Sensorelements kein Abgleichwiderstand erforderlich ist. Hierdurch entfällt der zusätzlich hohe verfahrenstechnische Aufwand, außerdem entstehen keine zusätzlichen Kosten für die Bereitstellung und Montage des Abgleichwiderstands und der zugehörigen Anschlussleitung.The inventive method with the characteristics of the independent Claim 1 has the opposite the advantage of that for the adjustment of the sensor element no trim resistor required is. This is eliminated the additional high procedural effort, also arise no additional costs for the provision and installation of the balancing resistor and the associated connecting cable.
Grundidee
der Erfindung ist es, den Abgleichvorgang bei Vorliegen eines Lambda
= 1 – Gases
im Abgas durchzuführen,
wobei der Pumpstrom so geregelt wird, dass sich zwischen der inneren Pumpelektrode
und einer weiteren, einem Gasgemisch von Lambda = 1 ausgesetzten
Elektrode eine definierte Nernstspannung einstellt. Der benötigte Pumpstrom
um eine definierte Nernstspannung, das heißt definierte Gaskonzentration
im Hohlraum
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen, Ausgestaltungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.By those in the dependent Claims listed measures are advantageous developments, refinements and improvements of the independent Claim specified method possible.
Um die auf diese Weise gebildete Nernstzelle nahe am Sprungbereich und damit sensibel genug auf kleine Änderungen der Sauerstoffkonzentration im Hohlraum einzustellen, ist vorteilhafterweise vorgesehen, die Nernstspannung durch Einstellen des Pumpstroms auf Werte zwischen 10 und 400 mV, insbesondere 100 mV oder auf Werte zwischen –10 und –400 mV, insbesondere –300 mV einzuregeln. Durch die Einstellung der Nernstspannung auf diese Werte ist die Sonde bei dieser stationären Messung weit genug vom Plateau des Nernstspannungsverlaufs in Abhängigkeit vom Pumpstrom entfernt, sodass der Pumpstrom sehr genau eingestellt werden kann.To the Nernstzel formed in this way It is advantageous to set the Nernst voltage by setting the pump current to values between 10 and 400 mV, in particular 100 mV or to values between -10 and -400 mV, in particular close to the jump region and thus sensitive enough to small changes in the oxygen concentration in the cavity -300 mV. By setting the Nernst voltage to these values, the probe is far enough away from the plateau of the Nernst voltage curve as a function of the pump current for this stationary measurement, so that the pump current can be set very precisely.
Zweckmäßigerweise ist die an dem Festelektrolyten angeordnete, einem Gasgemisch von Lambda = 1 ausgesetzte Elektrode die Abgaselektrode selbst. Bei einer anderen Ausgestaltung bildet diese Elektrode die Referenzelektrode, die in einem Referenzgas von Lambda = 1 angeordnet ist.Conveniently, is the arranged on the solid electrolyte, a gas mixture of lambda = 1 exposed electrode the exhaust electrode itself. In another Embodiment, this electrode forms the reference electrode, the is arranged in a reference gas of lambda = 1.
Um die Nernstspannung möglichst präzise erfassen zu können, sieht eine Ausgestaltung des Verfahrens vor, zur Korrektur der sich einstellenden Nernstspannung den Spannungsabfall am Innenwiderstand der Pumpzelle und die Zersetzungsspannung des Wassers zu berücksichtigen.Around the Nernst voltage as possible capture precisely to be able to provides an embodiment of the method, for the correction of himself Nernst voltage setting the voltage drop across the internal resistance the pump cell and the decomposition voltage of the water to be considered.
Die Zersetzungsspannung des Wassers ist an sich bekannt und beträgt 1,2 V. Der Innenwiderstand der Pumpzelle kann durch Anlegen zweier unterschiedlicher konstanter Pumpspannungen zwischen der äußeren Pumpelektrode und der inneren Pumpelektrode und der Erfassung der sich hierbei einstellenden Ströme gemäß dem ohmschen Gesetz bestimmt werden.The Decomposition voltage of the water is known per se and is 1.2 V. The internal resistance of the pump cell can by applying two different constant pumping voltages between the outer pumping electrode and the inner pumping electrode and the detection of this adjusting streams according to the ohmic Law to be determined.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, den Innenwiderstand der Pumpzelle durch folgende Schritte zu bestimmen:
- – Einstellen eines konstanten Pumpstroms,
- – Öffnen des Stromkreises und
- – Erfassen des Spannungsverlaufs an der Pumpzelle zwischen äußerer und innerer Pumpelektrode mit sehr hoher Abtastrate.
- Setting a constant pumping current,
- - opening the circuit and
- - Detecting the voltage curve at the pumping cell between the outer and inner pumping electrode with a very high sampling rate.
Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass die hierdurch entstehende Entladung der Doppelschicht sich in einem relativ langsamen exponentiellen Abfall vollzieht, während der ohmsche Spannungsabfall unmittelbar mit dem Anhalten des Pumpstroms verschwindet. Die Höhe dieses anfänglichen rechteckigen Spannungssprungs nach dem Öffnen des Stromkreises wird bestimmt und ausgewertet.the lies the consideration on the basis that the resulting discharge of the double layer itself in a relatively slow exponential decay, while the ohmic voltage drop immediately with the stopping of the pumping current disappears. The height this initial one rectangular voltage jump after opening the circuit is determined and evaluated.
Bei einer wiederum anderen Ausgestaltung des Verfahrens, welches im Grunde eine instationäre Messung ist, wird der Pumpstrom pulsartig angelegt und die sich zwischen der äußeren Pumpelektrode und der inneren Pumpelektrode aufbauende Nernstspannung jeweils zu einem definierten Zeitpunkt nach dem Öffnen des Stromkreises gemessen und hieraus auf den Diffusionswiderstand geschlossen.at another turn of the method, which in the Basically a transient measurement is, the pump current is applied in a pulsed manner and the between the outer pumping electrode and Nernst voltage building up the inner pumping electrode in each case to one defined time after opening of the circuit measured and from this to the diffusion resistance closed.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, die Zeitkonstante beim Abklingen der Nernstspannung zwischen äußerer Pumpelektrode und der inneren Pumpelektrode nach dem Ausschalten des Pumpstroms zu bestimmen und hieraus auf den Diffusionswiderstand zu schließen.at a further embodiment of the method is provided, the Time constant on decay of the Nernst voltage between outer pumping electrode and the inner pumping electrode after turning off the pumping current to determine and from this to conclude the diffusion resistance.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention is illustrated in the drawings and in the following Description closer explained.
Es zeigen:It demonstrate:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Ein
aus dem Stand der Technik bekannter, in
Da
nun derartige Sonden aufgrund herstellungstechnisch bedingter Streuungen
jeweils einen individuellen Proportionalitätsfaktor aufweisen, muss für diese
Sonden ein Abgleich vorgesehen sein, um für unterschiedliche Sonden jeweils
die gleiche Kennlinie, d. h. den gleichen Messstrom bei einer bestimmten
Abgaszusammensetzung zu erhalten. Ein solcher Abgleich kann beispielsweise
auf an sich bekannte Weise durch den in
Das
nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren macht einen derartigen
Abgleichwiderstand und die damit verbundenen Nachteile überflüssig. Grundidee
der Erfindung ist es, den Proportionalitätsfaktor eines unabgeglichenen
Gassensors dadurch zu bestimmen, dass im Hohlraum
Der Abgleich erfolgt durch folgende Schritte:
- a) Mithilfe des nicht abgeglichenen Gassensors oder mittels einer anderen Sonde, beispielsweise einer Hinter-Kat-Sonde, wird das Abgas auf ein festes Lambda, vorzugsweise Lambda = 1 eingeregelt bzw. der Moment detektiert, in dem dies der Fall ist;
- b) vom Abgas wird von der äußeren Pumpelektrode
150 zur inneren Pumpelektrode140 Sauerstoff in den Hohlraum130 gepumpt, der aus der Zersetzung von Wasser stammt; - c) im Hohlraum reichert sich dieser Sauerstoff an;
- d) bei genügend
hoher Sauerstoffkonzentration entsteht zwischen der inneren Pumpelektrode
140 im Hohlraum130 und der abgasseitigen äußeren Pumpelektrode150 eine Nernstspannung UNernst, die gemessen wird; - e) wie groß der
für eine
vorgebbare definierte Nernstspannung UNernst benötigte Pumpstrom
Ipump ist, hängt davon ab, wie viel Sauerstoff
durch die Diffusionsbarriere
120 aus dem Hohlraum130 ins Abgas diffundiert. Anhand des Betrages dieses Pumpstroms Ipump, der ebenfalls gemessen wird, kann der Proportionalitätsfaktor und damit der Diffusionswiderstand der Diffusionsbarriere ermittelt werden.
- a) With the aid of the unbalanced gas sensor or by means of another probe, for example a rear-cat probe, the exhaust gas is adjusted to a fixed lambda, preferably lambda = 1 or detects the moment in which it is the case;
- b) from the exhaust gas is from the outer pumping electrode
150 to the inner pumping electrode140 Oxygen in the cavity130 pumped, which comes from the decomposition of water; - c) this oxygen accumulates in the cavity;
- d) at sufficiently high oxygen concentration arises between the inner pumping electrode
140 in the cavity130 and the exhaust-side outer pumping electrode150 a Nernst voltage U Nernst , which is measured; - e) How large is the pumping current I pump required for a predefinable defined Nernst voltage U Nernst depends on how much oxygen through the diffusion barrier
120 from the cavity130 diffused into the exhaust. On the basis of the amount of pumping current I pump , which is also measured, the proportionality factor and thus the diffusion resistance of the diffusion barrier can be determined.
Bevorzugt
wird die Nernstspannung UNernst auf Werte
zwischen 10 mV und 400 mV eingeregelt. In diesem Falle ist die so
gebildete Nernstzelle nahe am Sprungbereich und sensibel genug für kleine Änderungen
der Sauerstoffkonzentration im Hohlraum
Dieses Abgleich-Verfahren hat gegenüber dem Schub-Abgleich den Vorteil, dass es im gewöhnlichen Fahrbetrieb durchgeführt werden kann. Allerdings muss der Zustand des Verbrennungsmotors für eine vorgebbare Zeit im Millisekundenbereich konstant einstellbar sein, damit der Pumpvorgang ablaufen kann. Dies ist vorzugsweise im Leerlauf des Motors möglich.This Matching procedure has compared to Thrust adjustment has the advantage that it is carried out in normal driving can. However, the condition of the internal combustion engine must be for a specifiable Time must be constantly adjustable in the millisecond range, so that the Pumping can proceed. This is preferably at idle Motors possible.
Neben
dem erwähnten
Bereich zwischen 10 und 410 mV kann die Nernstspannung auch zwischen –10 und –400 mV
eingeregelt werden, insbesondere auf –300 mV eingeregelt werden.
Hierbei wird Sauerstoff aus dem Hohlraum
Auch in diesem Falle ist die Sonde genügend weit vom Plateau entfernt und erlaubt eine sehr präzise Einstellung des Pumpstroms.Also in this case the probe is far enough away from the plateau and allows a very precise Adjustment of pumping current.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, zur Korrektur der Nernstspannung den Spannungsabfall am Innenwiderstand der Pumpzelle und die Zersetzungsspannung des Wassers zu berücksichtigen.In one embodiment of the method is provided to correct the Nernst voltage the voltage drop across the internal resistance of the pump cell and the decomposition voltage of the water to be into account.
Die Zersetzungsspannung des Wassers ist näherungsweise gleich der Spannung, die nötig ist, um einen Pumpstrom bis zu 0,1 mA zu erzeugen.The Decomposition voltage of the water is approximately equal to the voltage, the necessary is to generate a pump current up to 0.1 mA.
Der
Innenwiderstand kann auf zwei Weisen bestimmt werden. Zum einen
kann er durch Anlegen von zwei verschieden großen konstanten Pumpspannungen
zwischen der äußeren Pumpelektrode
Bei einer anderen, sogenannten Current-Interrupt-Methode ist vorgesehen, nach Einstellung eines konstanten Pumpstroms den Stromkreis zu öffnen und den Span nungsverlauf an der Pumpzelle mit einer sehr hohen Abtastrate zu messen. Die nach Öffnung des Stromkreises sich einstellende Entladung der Doppelschicht vollzieht sich in einem relativ langsamen exponentiellen Abfall, während der ohmsche Spannungsabfall unmittelbar nach Abfall des Pumpstroms verschwindet. Die Höhe des anfänglich rechteckigen Spannungssprungs nach dem Öffnen des Stromkreises wird bestimmt und hieraus auf den Innenwiderstand geschlossen.at another, so-called current interrupt method is provided, after setting a constant pump current to open the circuit and the voltage curve at the pumping cell with a very high sampling rate to eat. The after opening the circuit undergoes discharge of the double layer in a relatively slow exponential decay, while the ohmic voltage drop immediately after drop of the pump current disappears. The height the initially rectangular Voltage jump after opening the Circuit is determined and closed on the internal resistance.
Neben
der vorerwähnten
stationären
Messung, bei der ein konstanter Pumpstrom eingeregelt wird, ist
auch eine instationäre
Messung möglich,
bei der der Pumpstrom pulsartig angelegt wird. Die Nernstspannung
zwischen der äußeren Pumpelektrode
Eine
wiederum andere Ausgestaltung des Verfahrens sieht die Messung der
Abklingzeit vor. Hierbei wird die Zeitkonstante beim Abklingen der Nernstspannung
UNernst zwischen der äußeren Pumpelektrode
Bei
einem Gassensor mit einer Referenzelektrode, die in einem Referenzgasraum
angeordnet ist (nicht dargestellt) kann auch so verfahren werden, dass
im Abgas ein konstanter Wert von Lambda = 1 eingestellt wird. Nachdem
dieser Wert eingestellt wird, wird ein großer, vorzugsweise 3 bis 5 mA
betragender Sauerstoffstrom (= Pumpstrom der Nominalkennlinie an
Luft) in den Hohlraum
Das vorstehend beschriebene Verfahren kann beispielsweise als Computerprogramm auf einem Rechengerät, insbesondere einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine implementiert werden und dort ablaufen. Der Programmcode kann auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein, den das Steuergerät lesen kann.The The method described above can be used, for example, as a computer program on a computing device, in particular a control unit of a Internal combustion engine can be implemented and run there. The program code may be stored on a machine-readable medium that the controller reads can.
Claims (11)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE200610060636 DE102006060636A1 (en) | 2006-12-21 | 2006-12-21 | Method for balancing sensor element for probe to determine concentration of gas component in gas mixture, involves arranging pump cell with two pump electrodes on ion-conducting solid electrolyte |
Applications Claiming Priority (1)
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DE200610060636 DE102006060636A1 (en) | 2006-12-21 | 2006-12-21 | Method for balancing sensor element for probe to determine concentration of gas component in gas mixture, involves arranging pump cell with two pump electrodes on ion-conducting solid electrolyte |
Publications (1)
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DE102006060636A1 true DE102006060636A1 (en) | 2008-06-26 |
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ID=39431549
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DE200610060636 Withdrawn DE102006060636A1 (en) | 2006-12-21 | 2006-12-21 | Method for balancing sensor element for probe to determine concentration of gas component in gas mixture, involves arranging pump cell with two pump electrodes on ion-conducting solid electrolyte |
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DE (1) | DE102006060636A1 (en) |
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CN103119430A (en) * | 2010-09-15 | 2013-05-22 | 罗伯特·博世有限公司 | Sensor element containing a reference electrode and a reference channel |
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-
2006
- 2006-12-21 DE DE200610060636 patent/DE102006060636A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |
Effective date: 20131224 |