DE102006061565A1

DE102006061565A1 - Circuit arrangement for controlling air-fuel mixture of internal combustion engine, has measuring resistor detecting limiting current, and pump voltage adjusting unit adjusting pump voltage depending on supply voltage

Info

Publication number: DE102006061565A1
Application number: DE200610061565
Authority: DE
Inventors: Walter Scharf; Thomas Wahl; Stefan Nufer; Martin Lenfers; Markus Schmits; Juergen Nitzsche; Jochen Domscheit; Holger Reinshagen; Henrico Runge; Helge Schichlein; Christoph Bommas; Andreas Thomae; Alexander Hetznecker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-07-03

Abstract

The arrangement has an adapter (200) connected between a probe device (100) and an evaluation device (300), and a voltage divider unit (201) and voltage divider resistors (201a, 201b) providing a basic pump voltage (408) to make a basic function of the probe device. A measuring resistor (202) detects a limiting current over a measuring potential drop. A pump voltage adjusting unit (203) adjusts the pump voltage depending on a supply voltage (412). The probe device is exposed to an exhaust gas stream of an internal combustion engine for detecting oxygen content of the exhaust gas stream. An independent claim is also included for a method for controlling an air-fuel mixture of an internal combustion engine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Messung einer Luft-Kraftstoffzusammensetzung eines Betriebsgemisches von Brennkraftmaschinen mit Hilfe einer Abgassonde. Zu diesem Zweck muss die Luft-Kraftstoffzusammensetzung des Betriebsgemisches auf ein bestimmtes Luftverhältnis (im Folgenden als ein Parameter λ bezeichnet) geregelt werden. Zu diesem Zweck muss die Abgassonde einen Sauerstoffpartialdruck in dem Abgas messen, wobei ein dem Sauerstoffpartialdruck proportionales Ausgangssignal erzeugt wird. Die Funktionsfähigkeit, Alterungsbeständigkeit und weitere Eigenschaft einer derartigen Abgasmesssonde hängen sehr stark von einer äußeren Beschaltung ab, so dass einer Auswerteeinrichtung bzw. einer Auswerteschaltung für eine derartige Abgasmesssonde eine große Bedeutung zukommt. Eine Ausführungsform ist die sogenannte Sprungsonde, deren Messprinzip auf der Messung einer elektrochemischen Potenzialdifferenz zwischen einer dem Referenzgas ausgesetzten Referenzelektrode und einer dem zu messenden Gasgemisch ausgesetzten Messelektrode beruht. Alternativ oder zusätzlich zu Sprungsonden kommen auch so genannte Pumpzellen zum Einsatz, bei denen eine elektrische Pumpspannung an zwei über den Festelektrolyten verbundenen Elektroden angelegt wird. Wobei der Pumpstrom durch die Pumpzelle gemessen wird. Eine Kombination aus Sprung- und Grenzstromsonde wird als Zweizeller bezeichnet.The The present invention relates generally to the measurement of an air-fuel composition of a Operating mixture of internal combustion engines with the aid of an exhaust gas probe. For this purpose, the air-fuel composition of the operating mixture to a certain air ratio (hereinafter referred to as Parameter λ designates) are regulated. To this end For example, the exhaust gas probe must measure an oxygen partial pressure in the exhaust gas generates an oxygen partial pressure proportional to the output signal becomes. The functionality, aging resistance and further property of such exhaust gas probe hang very much from an external wiring, so that an evaluation device or an evaluation circuit for Such an exhaust gas measuring probe is of great importance. One embodiment is the so-called jump probe whose Measuring principle on the measurement of an electrochemical potential difference between a reference electrode exposed to the reference electrode and a Based on measured gas mixture exposed measuring electrode. alternative or in addition to jump probes also come so-called Pump cells are used in which an electrical pumping voltage to two electrodes connected over the solid electrolyte is created. Wherein the pumping current is measured by the pumping cell becomes. A combination of jump and limit current probe is called Two-celled called.

Spezifisch betrifft die vorliegende Erfindung eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Luft-Kraftstoffgemisches einer Brennkraftmaschine, wobei die Schaltungsanordnung eine Sondeneinrichtung, die dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine ausgesetzt ist, zur Erfassung eines Sauergehalts des Abgasstroms und zur Ausgabe eines von dem Sauerstoffgehalt abhängigen Sondensignals aufweist. Ferner ist eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung des Sondensignals und zur Bereitstellung eines Steuersignals für die Brennkraftmaschine zur Verstellung des Luft-Kraftstoffgemisches entsprechend dem gemessenen Sauerstoffgehalt in dem Abgas vorhanden. Eine derartige Auswerteeinrichtung weist im Wesentlichen eine Spannungsversorgungseinheit zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung (Pump- und Heizspannung), eine Grenzstromerfassungseinheit zur Erfassung eines von der Sondeneinrichtung bereitgestellten Sondenstroms und eine Verstärkereinheit zur Verarbeitung des Sondenstroms und zur Ausgabe des Steuersignals aus der Auswerteeinrichtung auf.Specific The present invention relates to a circuit arrangement for Control of an air-fuel mixture of an internal combustion engine, wherein the circuit arrangement has a probe device which is the exhaust gas flow the internal combustion engine is exposed, for detecting an acid content the exhaust stream and to issue a dependent on the oxygen content Probe signal has. Furthermore, an evaluation device for Evaluation of the probe signal and to provide a control signal for the internal combustion engine for adjusting the air-fuel mixture corresponding to the measured oxygen content in the exhaust gas. Such an evaluation device essentially has a voltage supply unit for Provision of a supply voltage (pump and heating voltage), a limit current detection unit for detecting one of the probe device provided probe current and an amplifier unit for processing the probe current and for outputting the control signal from the evaluation on.

Im Fall von Zellen, die mindestens eine Sprungsonde enthalten, wird häufig eine Referenz-Pumpstromerzeugungseinheit zur Bereitstellung eines Referenzpumpstroms für die Sondeneinrichtung bereitgestellt. Für eine Sprungsonde muss im Übrigen eine Vorrichtung zum Messen der Nernstspannung bereitgestellt werden.in the Case of cells containing at least one jumping probe is often a reference pumping power generation unit for deployment a reference pumping current for the probe device provided. By the way, a device must be used for a jumping probe be provided for measuring the Nernst voltage.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

In herkömmlicher Weise wird eine Luft-Kraftstoffzusammensetzung des Betriebsgemisches bei Brennkraftmaschinen mit Hilfe einer Sondeneinrichtung gemessen, die den Sauerstoffpartialdruck aus dem Abgas der Brennkraftmaschine erfasst. Im Falle von Sprungsonden weist das Ausgangssignal bei einer sogenannten Luftzahl λ = 1 der Sondeneinrichtung einen Sprung auf, derart, dass dieser Parameter zur Regelung der Luft-Kraftstoffzusammensetzung dieses Betriebsgemisches (stöchiometrische Mischung von Sauerstoff und Kraftstoff) herangezogen werden kann.In Conventionally, an air-fuel composition the operating mixture in internal combustion engines by means of a probe device measured, the oxygen partial pressure from the exhaust gas of the internal combustion engine detected. In the case of jump probes, the output signal indicates a so-called air ratio λ = 1 of the probe device a jump, such that this parameter is used to control the Air-fuel composition of this operating mixture (stoichiometric Mixture of oxygen and fuel) can be used.

Neben den Sprungsonden, die zur Regelung des λ = 1 eingesetzt werden, werden sogenannte Breitbandsonden eingesetzt. Mindestens zwei unterschiedliche Funktionsprinzipien für Breitbandsondeneinrichtungen sind bekannt. Zum Einen finden die oben genannten Zweizeller-Sondeneinrichtungen Verwendung, die aus einer Diffusionsbarriere und einem inneren Hohlraum bestehen, der über eine Nernst-Zelle gegenüber Luft und mit einer Pumpzelle gegenüber dem Abgas verbunden ist. Hierbei wird über die Pumpzelle so viel Sauerstoff aus dem Abgas in den Innenraum zutitriert oder abgepumpt, bis eine sogenannte Nernstspannung auf einen Sollwert von beispielsweise 450 mV geregelt ist und der Innenraum somit einen Lambdawert von λ = 1 aufweist. Dann ist der Sondenstrom proportional zur zeitlich zu- bzw. abgeführten Sauerstoffmenge. Derartige Grenzstromsonden erlauben im Allgemeinen das Regeln einer Verbrennung eines Kraftstoff-Sauerstoffgemisch abseits von λ = 1.Next the jump probes used to control the λ = 1 be, so-called broadband probes are used. At least two different functional principles for broadband probe devices are known. On the one hand, the abovementioned two-cell probe devices are used, which consist of a diffusion barrier and an inner cavity, the over a Nernst cell opposite air and connected to a pumping cell opposite to the exhaust gas. This is how much oxygen from the pumping cell the exhaust gas in the interior titrated or pumped until a so-called Nernst voltage to a setpoint of, for example, 450 mV regulated is and the interior thus a lambda value of λ = 1 having. Then the probe current is proportional to the time or discharged oxygen. Such limit current probes generally allow the regulation of combustion of a fuel-oxygen mixture away from λ = 1.

Die Bereitstellung einer derartigen Spannung für die Sondeneinrichtung, d. h. einer Pumpspannung, und die Auswertung des Messstroms erfolgt üblicherweise in Auswerteeinrichtungen. Eine bekannte Auswerteeinrichtung ist die integrierte Schaltung (IC) für eine Lambdasondenschnittstelle mit der Bezeichnung CJ125, die in der Literaturstelle " http://www.semiconductors.bosch.de/pdf/CJ125_Product_Info.pdf " angegeben ist. Die integrierte Schaltung CJ125 dient einer kontinuierlichen Lambdawert-Regelung, wobei ebenfalls eine Temperaturregelung des Sensors über eine Innenwiderstandsmessung des Elektrolyten (Ri-Messung) durchführbar ist. Eine prinzipielle Schaltungsanordnung dieser herkömmlichen Auswerteeinrichtung ist in 13 dargestellt. Die Sondeneinrichtung LSU ist als ein sogenannter Zweizeller aufgebaut, d. h. die Sondeneinrichtung weist eine Nernst-Zelle und eine Pump-Zelle auf. Ein Mittenanschluss der Sondeneinrichtung LSU ist mit der virtuellen Masse VM der Auswerteschaltung verbunden. Die Nernstspannung (Klemme UN) wird geregelt zum Wert der Referenzspannung (Klemmen US und UP) von 450 mV. Ferner stellt die Auswerteschaltung eine Pumpspannung über den Ausgang IP bereit. Der Sondenstrom wird über einen Messwiderstand bzw. einen Shunt erfasst, der zwischen die Anschlüsse IP und IA der Auswerteeinrichtung geschaltet ist. An dem Ausgang UA steht ein dem Sauerstoffpartialdruck proportionales Ausgangssignal zur Weiterverarbeitung bereit. Dieses Ausgangssignal wird zunächst einem Analog-Digital-Converter ADC zugeführt. Zur Kalibrierung der Ausgangsspannung UA dient eine mit "box 12" bezeichnete Einheit, die einen Pumpreferenzstrom liefert. Der Pumpreferenzstrom wird in einer Pumpstromsteuereinheit (box 2a) zur Einstellung der Pumpspannung über eine Abtast- und Halteschaltung S&H2 eingestellt.The provision of such a voltage for the probe device, ie a pumping voltage, and the evaluation of the measuring current usually takes place in evaluation devices. One known evaluation device is the integrated circuit (IC) for a lambda sensor interface with the designation CJ125, which is described in the reference " http://www.semiconductors.bosch.de/pdf/CJ125_Product_Info.pdf The integrated circuit CJ125 is used for a continuous lambda value control, whereby a temperature control of the sensor can also be carried out by an internal resistance measurement of the electrolyte (Ri measurement) 13 shown. The probe device LSU is constructed as a so-called two-cell, ie the probe device has a Nernst cell and a pump cell. A center connection of the probe device LSU is connected to the virtual ground VM of the evaluation circuit. The Nernst tension (Terminal UN) is regulated to the value of the reference voltage (terminals US and UP) of 450 mV. Furthermore, the evaluation circuit provides a pumping voltage via the output IP. The probe current is detected via a measuring resistor or a shunt, which is connected between the terminals IP and IA of the evaluation device. At the output UA is a the oxygen partial pressure proportional output signal ready for further processing. This output signal is first fed to an analog-to-digital converter ADC. To calibrate the output voltage UA is a designated "box 12" unit that provides a pump reference current. The pump reference current is set in a pump current control unit (box 2a) for adjusting the pump voltage via a sample and hold circuit S & H2.

Ferner weist die herkömmliche, als ein Zweizeller aufgebaute Sondeneinrichtung einen Heizwiderstand RH auf, der mit einer pulsweitenmodulierten Welle mit der Amplitude gleich der Batteriespannung Vbatt versorgt wird.Further shows the conventional, constructed as a two-cell probe device a heating resistor RH, which with a pulse width modulated wave is supplied with the amplitude equal to the battery voltage Vbatt.

Es ist jedoch zum Anderen zweckmäßig, auch Sondeneinrichtungen zu verwenden, die nach dem Einzeller-Prinzip arbeiten. Hierbei kann auf die Bereitstellung einer Nernstzelle zusätzlich zu der Pumpzelle verzichtet werden. Statt auf einen konstanten Lambdawert im Hohlraum zu regeln, pumpen diese Einzeller-Sondeneinrichtungen lediglich mit einer konstanten Pumpspannung einen eindiffundierenden Sauerstoff aus der Kammer. Spannungsabweichungen der Pumpspannung innerhalb eines bestimmten Bereichs weisen im stationären Fall keine Auswirkungen auf den Stromfluss auf, der einen durch die Diffusionsgeschwindigkeit begrenzten Strom, d. h. einen Grenzstrom darstellt. Es resultiert eine Kennlinie, die durch eine Sauerstoffkonzentration bestimmt wird. Eine derartige Sonde wird auch als eine proportionale Lambdasonde (LSP; "Lambdasonde proportional") bezeichnet.It However, on the other hand is useful, even probe devices to use, which work on the single cell principle. Here can on providing a Nernst cell in addition to the pump cell can be dispensed with. Instead of a constant lambda value in the cavity, these single-cell probe devices pump only with a constant pumping voltage an diffusing Oxygen from the chamber. Voltage deviations of the pump voltage within a certain area exhibit in the stationary If there is no effect on the flow of current, one through the diffusion rate limited current, i. H. a limiting current represents. The result is a characteristic that is due to an oxygen concentration is determined. Such a probe is also called a proportional Lambda probe (LSP, "Lambda probe proportional").

Für alle Breitbandsonden ist die Wahl der Pumpspannung von zentraler Wichtigkeit. Das Funktionsprinzip eines Zweizellers basiert darauf, dass die Pumpspannung als Stellgröße fungiert, auf diese Weise steht für jeden Betriebspunkt eine optimale Pumpspannung, die stark von den Umgebungsbedingungen abhängig ist. zur Verfügung steht. So wird bei hohen Sauerstoffkonzentrationen eine hohe Pumpspannung zur Verfügung gestellt, um den hohen Grenzstrom treiben zu können. Nahe λ = 1 wird die Pumpspannung den niedrigen Grenzströmen angepasst. Hierdurch wird automatisch vermieden, dass die zuvor angelegt hohe Pumpspannung zu einer Zersetzung von Wasser im Messgas und damit zu einer Signalverfälschung (Querempfindlichkeit) führt.For All broadband probes are the choice of pumping voltage from central Importance. The principle of operation of a two-celled is based on that the pumping voltage acts as a manipulated variable, In this way, an optimal pumping voltage is available for each operating point. which strongly depends on the environmental conditions. to Available. This is how it works at high oxygen concentrations a high pumping voltage provided to the high To be able to drive the limiting current. Near λ = 1, the Pump voltage adapted to the low limit currents. hereby It automatically avoids the previously applied high pumping voltage to a decomposition of water in the sample gas and thus to a signal corruption (Cross-sensitivity) leads.

Die AWS gemäss der Erfindung verwendet den Nernstspannungsregler (box 2a) vom Zweizeller als Pumpspannungsregler für den Einzeller. Dafür werden die Klemmen IP und UN verbunden. Die Pumpreferenzspannung wird nach wie vor an die Klemme UP angelegt. Die Referenzspannung wird Werte zwischen 0,5 V und 1 V nehmen. Der Regler wird diese Spannung an der Ausbauelektrode (Klemme UN) regeln.The AWS according to the invention uses the Nernstspannungsregler (box 2a) of the two-cell as a pump voltage regulator for the Protozoa. For this the terminals IP and UN are connected. The pump reference voltage is still applied to the terminal UP. The reference voltage will take values between 0.5V and 1V. Of the Regulator will regulate this voltage at the removal electrode (terminal UN).

Wie ferner in der DE 29 46 448 A1 offenbart, kann eine Pumpspannung zur Verbesserung der dynamischen Eigenschaften des Ausgangssignals variiert werden.As further in the DE 29 46 448 A1 discloses a pump voltage for improving the dynamic characteristics of the output signal can be varied.

VORTEILE DER ERFINDUNGADVANTAGES OF THE INVENTION

Während Sondeneinrichtungen nach dem Zweizeller-Prinzip den Vorteil aufweisen, dass die Pumpspannung kontinuierlich von der Betriebselektronik nachgeführt werden kann, wobei eine Anpassung an jeweilige Umgebungsbedingungen vorgenommen werden kann, muss die Einzeller-Sondeneinrichtung hingegen zunächst für sämtliche Betriebsparameter mit einer Pumpspannung auskommen, oder die Auswerteeinrichtung muss eine Pumpspannungsnachführung aufweisen.While Probe devices according to the two-cell principle have the advantage that the pumping voltage continuously from the operating electronics can be tracked, with an adaptation to each Environmental conditions may be required, the single cell probe device however, first for all operating parameters with a pumping voltage, or the evaluation has have a pump voltage tracking.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problematik besteht daher darin, eine Sondeneinrichtung nach dem Einzeller-Prinzip zusammenwirkend mit einer vorhandenen Auswerteeinrichtung CJ125 zu betreiben. Zu diesem Zweck wird eine Schaltungsanordnung benötigt, die die in dem Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Ferner ist ein Verfahren mit den im Patentanspruch 5 angegebenen Schritten erforderlich. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The The problem underlying the present invention is therefore therein, a probe device cooperating according to the single-cell principle to be operated with an existing evaluation device CJ125. To For this purpose, a circuit arrangement is needed which having the features specified in the claim 1. Further, a Procedure with the steps specified in claim 5 required. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, eine zwischen die Sondeneinrichtung und die Auswerteeinrichtung geschaltete Anpassungseinrichtung bereitzustellen, die eine Spannungsteilereinheit zur Bereitstellung einer Grundpumpspannung, welche die Grundfunktion der Sondeneinrichtung ermöglicht, einen Messwiderstand zur Erfassung des Sondenstroms über einen Messspannungsabfall und eine Pumpspannungseinstelleinheit zur Einstellung der Pumpspannung in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung und dem von einer Referenzspannung, die als Signalmasse verwendet wird, aufweist.One essential idea of the invention is an intervening the probe device and the evaluation device connected fitting device to provide a voltage divider unit for providing a base pump voltage, which is the basic function of the probe device allows a measuring resistor to detect the probe current via a measurement voltage drop and a pump voltage setting unit for adjusting the pump voltage as a function of the Supply voltage and that of a reference voltage, as Signal ground is used has.

Hierbei ist zweckmäßig, dass die Auswerteeinrichtung, wie sie auch für Sondeneinrichtungen nach dem Zweizeller-Prinzip eingesetzt wird, unverändert für die Einzeller-Sondeneinrichtung eingesetzt werden kann.in this connection it is expedient that the evaluation device, as well as for probe devices according to the two-cell principle is used, unchanged for the single cell probe device can be used.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, dass die Sondeneinrichtung einen wesentlich einfacheren Aufbau verglichen mit dem Zweizeller-Prinzip aufweist.One further advantage of the circuit arrangement according to the invention is that the probe device a much easier Structure compared with the two-cell principle has.

Eine Kernidee besteht darin, eine Spannungsteilereinheit vorzusehen, welche die Pumpspannung für eine Einzeller-Sondeneinrichtung auf einen geeigneten Wert in Zusammenwirkung mit Ausgangssignalen der Auswerteeinrichtung einstellt.A Core idea is to provide a voltage divider unit, which is the pumping voltage for a single cell probe device to an appropriate value in conjunction with output signals adjusts the evaluation.

Gemäß einem Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Luft-Kraftstoffgemisches einer Brennkraftmaschine im Wesentlichen auf:

a) eine Sondeneinrichtung, die dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine ausgesetzt ist, zur Erfassung eines Sauerstoffgehalts des Abgasstroms und zur Ausgabe eines von dem Sauerstoffgehalt abhängigen Sondensignals; und
b) eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung des Sondensignals und zur Bereitstellung eines Steuersignals für die Brennkraftmaschine zur Verstellung des Luft-Kraftstoffgemisches, wobei die Auswerteeinrichtung eine Spannungsversorgungseinheit zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung, eine Grenzstromerfassungseinheit des Sondenstroms und zur Ausgabe des Steuersignals aus der Auswerteeinrichtung aufweist.

According to a main aspect of the present invention, the circuit arrangement according to the invention for controlling an air-fuel mixture of an internal combustion engine essentially comprises:

a) a probe device, which is exposed to the exhaust gas flow of the internal combustion engine, for detecting an oxygen content of the exhaust gas flow and for outputting a dependent oxygen content of the probe signal; and
b) an evaluation device for evaluating the probe signal and for providing a control signal for the internal combustion engine for adjusting the air-fuel mixture, wherein the evaluation device has a voltage supply unit for providing a supply voltage, a limiting current detection unit of the probe current and for outputting the control signal from the evaluation device.

Die Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Luft-Kraftstoffgemisches einer Brennkraftmaschine ist ferner gekennzeichnet durch eine zwischen die Sondeneinrichtung und die Auswerteeinrichtung geschaltete Übertragungseinrichtung, die eine Spannungsteilereinheit zur Bereitstellung einer Grundpumpspannung, welche die Grundfunktion der Sondeneinrichtung ermöglicht, einen Messwiderstand zur Erfassung des Sondenstroms über einen Messspannungsabfall und eine Pumpspannungseinstelleinheit zur Einstellung der Pumpspannung in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung.The Circuit arrangement for controlling an air-fuel mixture an internal combustion engine is further characterized by an intermediate the probe device and the evaluation device switched transmission device, a voltage divider unit for providing a base pump voltage, which allows the basic function of the probe device, a measuring resistor for detecting the probe current via a measurement voltage drop and a pump voltage setting unit for adjusting the pump voltage as a function of the Supply voltage.

Ferner weist das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines Luft-Kraftstoffgemisches einer Brennkraftmaschine im Wesentlichen die folgenden Schritte auf:

a) Erfassen des Sauerstoffgehalts des Abgasstroms und Ausgeben eines von dem Sauerstoffgehalt abhängigen Sondensignals mittels einer Sondeneinrichtung, die dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine ausgesetzt ist;
b) Auswerten des Sondensignals und Bereitstellen eines Steuersignals für die Brennkraftmaschine zur Einstellung des Luft-Kraftstoffgemisches mittels einer Auswerteeinrichtung;
c) Bereitstellen einer Versorgungsspannung durch eine in der Auswerteeinrichtung angeordnete Spannungsversorgungseinheit;
d) Erfassen eines von der Sondeneinrichtung bereitgestellten Grenzstroms mittels einer in der Auswerteeinrichtung angeordneten Grenzstromerfassungseinheit;
e) Verarbeiten des Sondensignals und Ausgeben des Steuersignals aus der Auswerteeinrichtung mittels einer in der Auswerteeinrichtung angeordneten Verstärkereinheit;
f) Bereitstellen einer Grundpumpspannung, welche die Grundfunktion der Sondeneinrichtung ermöglicht, mittels einer Spannungsteilereinheit, die in einer zwischen die Sondeneinrichtung und die Auswerteeinrichtung geschalteten Anpassungseinrichtung angeordnet ist;
g) Erfassen des Grenzstroms über einen Messspannungsabfall mittels eines in der Anpassungseinrichtung angeordneten Messwiderstands; und
h) Einstellen der Pumpspannung in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung und von der Referenzspannung.

Furthermore, the method according to the invention for controlling an air-fuel mixture of an internal combustion engine essentially has the following steps:

a) detecting the oxygen content of the exhaust stream and outputting an oxygen content-dependent probe signal by means of a probe device which is exposed to the exhaust gas flow of the internal combustion engine;
b) evaluating the probe signal and providing a control signal for the internal combustion engine for adjusting the air-fuel mixture by means of an evaluation device;
c) providing a supply voltage by a voltage supply unit arranged in the evaluation device;
d) detecting a limit current provided by the probe device by means of a limiting current detection unit arranged in the evaluation device;
e) processing the probe signal and outputting the control signal from the evaluation device by means of an amplifier unit arranged in the evaluation device;
f) providing a base pumping voltage, which enables the basic function of the probe device, by means of a voltage divider unit, which is arranged in an adapter connected between the probe device and the evaluation device;
g) detecting the limiting current via a measuring voltage drop by means of a measuring resistor arranged in the adjusting device; and
h) adjusting the pumping voltage as a function of the supply voltage and of the reference voltage.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.In the dependent claims are advantageous developments and improvements of the subject matter of the invention.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist eine Pumpspannungssteuereinheit mit einer Abtasthalteeinheit zum Abtasten und Halten eines aktuellen Spannungswertes der Pumpspannung bereitgestellt. Auf diese Weise ist es möglich, die Pumpspannung in Abhängigkeit von einem Pumpreferenzstrom auf einen vorbestimmten Wert zu steuern.According to one preferred embodiment of the present invention is a pump voltage control unit with a sample and hold unit for sampling and holding a current one Voltage value of the pump voltage provided. In this way it is possible to adjust the pumping voltage in dependence from a pump reference current to a predetermined value.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung bildet die Pumpspannungseinstelleinheit zusammen mit der Pumpspannungssteuereinheit und der Abtasthalteeinheit eine Schaltungsunteranordnung aus, um die Pumpspannung in vorteilhafter Weise auf einen konstanten Wert zu stabilisieren.According to a further preferred embodiment of the present invention forms the pump voltage setting unit together with the pump voltage control unit and the sample-and-hold unit has a circuit subassembly to the pumping voltage in an advantageous manner to a constant value to stabilize.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die Sondeneinrichtung, die dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine ausgesetzt ist, zur Erfassung eines Sauerstoffgehalts des Abgasstroms eine einzige Messzelle auf. In vorteilhafter Weise wird die Auslegung der Sondeneinrichtung als eine Einzellereinrichtung in der schaltungstechnischen Auslegung wesentlich einfacher als bisher verwendete Zweizeller-Sondeneinrichtungen.According to one further preferred embodiment of the present invention has the probe device, the exhaust gas flow of the internal combustion engine is exposed, for detecting an oxygen content of the exhaust gas stream a single measuring cell. Advantageously, the design the probe device as a Einzellereinrichtung in the circuitry Design much easier than previously used two-cell probe devices.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das Sondensignal als ein Grenzstrom der Sondeneinrichtung bereitgestellt. Vorzugsweise ist die Größe des Sondenstroms durch die Diffusionsgeschwindigkeit des Sauerstoffs begrenzt und somit in vorteilhafter Weise nur abhängig von der Konzentration des Sauerstoffs in dem zu messenden Gas, d. h. dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine.According to yet another preferred development of the present invention, the probe signal is provided as a limiting current of the probe device. Preferably, the size of the probe current is limited by the diffusion rate of the oxygen and thus advantageously only dependent on the concentration of the sow erstoffs in the gas to be measured, ie the exhaust stream of the internal combustion engine.

In zweckmäßiger Weise wird ein auf diese Weise erhaltener Grenzstrom von der Auswerteeinrichtung mittels eines Spannungsabfalls über den Messwiderstand der Anpassungseinrichtung gemessen.In Expediently, an obtained in this way Limit current from the evaluation via a voltage drop via measured the measuring resistance of the adapter.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die Pumpspannung mittels der Pumpspannungseinstelleinheit auf einen konstanten Spannungswert eingestellt.According to a further preferred embodiment of the present invention the pump voltage is raised by means of the pump voltage setting unit set a constant voltage value.

ZEICHNUNGENDRAWINGS

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 explained in more detail.

In den Zeichnungen zeigen:In show the drawings:

1 schematisch eine Kennlinie einer Sondeneinrichtung nach dem Zweizeller-Prinzip oder einer LSP mit Luftreferenzkanal, wobei ein Sondenstrom als Funktion des Sauerstoffüberschusses bzw. Unterschusses des Abgasstroms der Brennkraftmaschine angegeben ist; 1 schematically a characteristic of a probe device according to the two-cell principle or a LSP with air reference channel, wherein a probe current is indicated as a function of the oxygen excess or deficiency of the exhaust gas flow of the internal combustion engine;

2 und 3 schematische Graphen, welche entsprechend 1 angegebenen Kennlinien für eine Sondeneinrichtung nach dem Einzeller-Prinzip gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulichen; 2 and 3 schematic graphs corresponding to 1 illustrated characteristic curves for a probe device according to the single-cell principle according to a preferred embodiment of the present invention;

4 die in 2 aufgetragene Kennlinie, wobei eine modifizierte Sondenkennlinie zusätzlich zu der ursprünglichen Sondenkennlinie angegeben ist; 4 in the 2 plotted characteristic, wherein a modified probe characteristic is given in addition to the original probe characteristic;

5 die in 2 gezeigte Kennlinie mit zusätzlicher Angabe einer modifizierten Sondenkennlinie mit Wasserzersetzung; 5 in the 2 characteristic curve shown with additional indication of a modified probe characteristic with water decomposition;

6 den Verlauf einer Pumpspannung als Funktion des Lambdawertes in Form einer Spannungsrampe; 6 the course of a pump voltage as a function of the lambda value in the form of a voltage ramp;

7 einen entsprechend 6 gezeigten Funktionsverlauf, wobei statt einer Spannungsrampe Spannungssprünge in der Pumpspannung bereitgestellt sind; 7 one accordingly 6 shown function profile, wherein instead of a voltage ramp voltage jumps are provided in the pump voltage;

8 eine Variante des in 7 gezeigten Pumpspannungsverlaufs, wobei nurmehr ein Spannungssprung in der Nähe des Luftwertes (Luftspannungsmessung) vorhanden ist; 8th a variant of in 7 shown only with a voltage jump in the vicinity of the air value (air tension measurement);

9 einen Graphen, der einen weiteren Pumpspannungsverlauf mit einer Spannungsrampe veranschaulicht; 9 a graph illustrating a further pump voltage waveform with a voltage ramp;

10 einen weiteren Pumpspannungsverlauf mit zwei Spannungsrampen; 10 a further pump voltage curve with two voltage ramps;

11 ein prinzipielles Blockbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Sondeneinrichtung nach dem Einzeller-Prinzip mittels einer herkömmlichen Auswerteeinrichtung; 11 a schematic block diagram of the circuit arrangement according to the invention for operating a probe device according to the single cell principle by means of a conventional evaluation device;

12 eine detaillierte Schaltungsanordnung, wobei einzelne Schaltungskomponenten der Auswerteeinrichtung detailliert veranschaulicht sind; und 12 a detailed circuit arrangement, wherein individual circuit components of the evaluation device are illustrated in detail; and

13 eine herkömmliche Sondeneinrichtung mit einer an dieser angeschlossenen herkömmlichen Auswerteeinrichtung. 13 a conventional probe device with a connected to this conventional evaluation.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.In the same reference numerals designate the same or functionally identical Components or steps.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

Im Folgenden werden anhand der 1 bis 5 Funktionsprinzipien von Sondeneinrichtungen zur Messung eines Sauerstoffgehalts im Abgasstrom von Brennkraftmaschinen erläutert werden.The following are based on the 1 to 5 Functional principles of probe devices for measuring an oxygen content in the exhaust stream of internal combustion engines will be explained.

1 zeigt ein Diagramm, in welchem ein Sondenstrom 402 als Funktion eines Sauerstoffgehalts 401 des Abgasstroms der Brennkraftmaschine dargestellt ist. Die Sondenkennlinie 403 weist im Nullpunkt einen Knick auf, derart, dass ein flacherer Verlauf im Bereich 405 eines Sauerstoffüberschusses gegeben ist, während ein steilerer Verlauf im Bereich 404 eines Sauerstoffunterschusses gegeben ist. Prinzipiell wird zur Messung der Luft-Kraftstoffzusammensetzung des Betriebsgemisches bei Brennkraftmaschinen eine Abgassonde eingebracht, wobei auf ein bestimmtes Luftverhältnis λ zu regeln ist. 1 shows a diagram in which a probe current 402 as a function of an oxygen content 401 the exhaust stream of the internal combustion engine is shown. The probe characteristic 403 has a kink at the zero point, such that a flatter course in the area 405 an oxygen excess is given, while a steeper course in the range 404 an oxygen deficiency is given. In principle, an exhaust gas probe is introduced for measuring the air-fuel composition of the operating mixture in internal combustion engines, wherein it is to regulate to a certain air ratio λ.

Hierbei wird ein Sauerstoffpartialdruck gemessen, auf welchen die Sondeneinrichtung anspricht. Die Sondeneinrichtung erzeugt ein dem Sauerstoffpartialdruck proportionales Ausgangssignal. Hierzu wird an die Elektroden einer derartigen Sondeneinrichtung eine Pumpspannung 408 (siehe untenstehend detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die 6 bis 10) angelegt, wodurch ein Sondenstrom aufgrund eines Sauerstoffionenflusses durch den Festkörperionenleiter der Sondeneinrichtung erzeugt wird. Die Größe dieses Sondenstroms wird lediglich durch die Diffusionsgeschwindigkeit des Sauerstoffs durch den Sauerstoffionenleiter begrenzt und ist damit abhängig von der Konzentration des Sauerstoffs in dem zu messenden Gas (dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine).In this case, an oxygen partial pressure is measured, to which the probe device responds. The probe device generates an output signal proportional to the oxygen partial pressure. For this purpose, a pump voltage is applied to the electrodes of such a probe device 408 (See below detailed description with reference to the 6 to 10 ), whereby a probe current due to an oxygen ion flux is generated by the solid-state ion conductor of the probe device. The size of this probe current is only due to the rate of diffusion of oxygen through the oxygen ion ter and thus is dependent on the concentration of oxygen in the gas to be measured (the exhaust stream of the internal combustion engine).

Es sei darauf hingewiesen, dass Spannungsabweichungen der Pumpspannung innerhalb eines bestimmten, begrenzten Bereichs im stationären Fall aus diesem Grund keine Auswirkung auf den Fluss des Sondenstroms aufweisen, da dieser den durch die Diffusionsgeschwindigkeit des Sauerstoffs durch den Sauerstoffionenleiter begrenzten Wert, d. h. den Grenzwert, beibehält.It it should be noted that voltage deviations of the pump voltage within a specific, limited area in the stationary Case for this reason, no effect on the flow of the probe current have, as this by the diffusion rate of the Oxygen limited by the oxygen ion conductor, d. H. the limit value, maintains.

Die Pumpspannung kann zur Verbesserung der dynamischen Eigenschaften des Ausgangssignals variiert werden.The Pump voltage can improve the dynamic characteristics of the output signal can be varied.

Die in 1 gezeigte Sondenkennlinie betrifft eine Sondeneinrichtung nach dem Zweizeller-Prinzip. Eine derartige Sondeneinrichtung besteht, wie oben unter Bezugnahme auf 13 beschrieben, aus einer Diffusionsbarriere und einem inneren Hohlraum, der über eine Nernstzelle gegenüber Luft und mit einer Pumpzelle gegenüber dem Abgas verbunden ist. Über die Pumpzelle wird so viel Sauerstoff aus dem Abgas bzw. dem Hohlraum in bzw. aus dem inneren Hohlraum gepumpt, bis die Nernstspannung auf einen Sollwert von 450 mV eingeregelt ist und der Innenraum somit einen Lambdawert von λ = 1 aufweist. Dann ist der Sondenstrom proportional zur zeitlich zu- bzw. abgeführten Sauerstoffmenge, wodurch sich der in 1 gezeigte Verlauf 403 der Sondenkennlinie ergibt.In the 1 shown probe characteristic relates to a probe device according to the two-cell principle. Such a probe device consists, as described above with reference to FIG 13 described, of a diffusion barrier and an inner cavity, which is connected via a Nernstzelle to air and with a pumping cell opposite the exhaust gas. As much oxygen from the exhaust gas or the cavity is pumped into and out of the inner cavity via the pumping cell until the Nernst voltage is adjusted to a desired value of 450 mV and the interior space thus has a lambda value of λ = 1. Then the probe current is proportional to the amount of oxygen supplied or removed in time, which causes the in 1 shown course 403 the probe characteristic.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 2 eine Sondenkennlinie 403 einer Sondeneinrichtung erläutert, die nach dem Einzeller-Prinzip gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung arbeitet. Eine derartige Sondeneinrichtung wird bevorzugt in Zusammenwirkung mit der herkömmlichen Auswerteeinrichtung, die in 13 obenstehend veranschaulicht ist, betrieben.The following is with reference to 2 a probe characteristic 403 a probe device which operates on the single cell principle according to an embodiment of the present invention. Such a probe device is preferably used in conjunction with the conventional evaluation device, which in 13 as illustrated above.

Die Sondeneinrichtungen, die auf dem Einzeller-Prinzip beruhen, weisen im Gegensatz zu denjenigen Sondeneinrichtungen, die auf dem Zweizeller-Prinzip beruhen, keine Nernstzelle auf. Die Sondeneinrichtungen nach dem Einzeller-Prinzip regeln nicht mehr auf einen konstanten Lambdawert im Hohlraum, sondern pumpen lediglich mit einer konstanten Pumpspannung einen eindiffundierenden Sauerstoff aus der Kammer. Es ergibt sich eine wie in 2 gezeigte Kennlinie, die durch die Sauerstoffkonzentration und nicht durch den stöchiometrischen Sauerstoffbedarf bestimmt wird. Die Kennlinie weist im Bereich des Sauerstoffüberschusses 405 einen linearen Anteil auf. Aus diesem Grund wird die zugehörige Sonde als eine lineare Lambdasonde (LSP – Lambdasonde proportional) bezeichnet.The probe devices based on the single-cell principle have no Nernst cell in contrast to those probe devices which are based on the two-cell principle. The probe devices according to the single-cell principle no longer regulate to a constant lambda value in the cavity, but merely pump diffusing oxygen out of the chamber with a constant pumping voltage. It results in a like in 2 shown characteristic, which is determined by the oxygen concentration and not by the stoichiometric oxygen demand. The characteristic points in the range of the oxygen surplus 405 a linear proportion. For this reason, the associated probe is referred to as a linear lambda probe (LSP lambda probe proportional).

Eine statische Genauigkeit der Erfassung des Grenzstroms ist stark von den Umgebungsbedingungen abhängig. So muss in jedem Betriebspunkt eine ausreichende Pumpspannung bereitgestellt werden, um den gegebenen Messstrom über den elektrischen Widerstand der Pumpzelle treiben zu können. Dabei muss auch die sich aufbauende Nernstspannung zwischen der Ein- und der Ausbau-Elektrode kompensiert werden.A static accuracy of detection of the limiting current is strong of depending on the ambient conditions. So must in each operating point one sufficient pumping voltage can be provided to the given Measuring current via the electrical resistance of the pumping cell to be able to drive. It also has the building up Nernst tension be compensated between the input and the removal electrode.

Andererseits darf die zur Verfügung gestellt Pumpspannung nicht zu groß sein, da sonst um den λ = 1 Punkt, bei dem nur ein geringer Anteil der zur Verfügung gestellten Spannung über der Pumpzelle abfällt, Wasser zersetzt werden, kann. Diese Querempfindlichkeit auf Wasser führt zu einer Verfälschung des Messsignals.on the other hand the pumping voltage provided may not be too large, otherwise around the λ = 1 point, in which only a small proportion the voltage provided over the Pump cell drops, water can be decomposed. These Cross-sensitivity to water leads to a falsification of the measuring signal.

Ist die vorhandene Pumpspannung relativ klein, z. B. auf einem Wert von ca. 600 mV, so wird diese bei Messgasen unterhalb von λ = 1 durch die in der Gegenrichtung wirkende Nernstspannung aufgehoben und es ergibt sich eine effektive Pumpspannung in die Gegenrichtung. Durch die geänderte Pumprichtung wird nur Sauerstoff aus dem Referenzgasraum für den Hohlraum bereitgestellt. Dieser Zustand hält so lange an, bis der aus dem Referenzraum eingepumpte Sauerstoff eine Eindiffusion von Fettgas aus dem Messgas über die Diffusionsbarriere kompensiert. Auf diese Weise resultiert, wie unter Bezugnahme auf 3 veranschaulicht, eine Kennlinie in einem Bereich eines Luft-Kraftstoffgemisches proportional zum Sauerstoffunterschuss 404. Dieser Effekt kann für die Messung von Messgasen unterhalb von λ = 1 mit LSP-Sonden genutzt werden. 3 zeigt die Sondenkennlinie 403 für die LSP-Sonde mit Referenzluftkanal.Is the existing pump voltage relatively small, z. B. at a value of about 600 mV, it is canceled at measuring gases below λ = 1 by acting in the opposite direction Nernst and there is an effective pumping voltage in the opposite direction. The changed pumping direction provides only oxygen from the reference gas space for the cavity. This state persists until the oxygen pumped from the reference space compensates for the diffusion of fat gas from the sample gas via the diffusion barrier. In this way results, as with reference to 3 illustrates a characteristic in a range of an air-fuel mixture proportional to the oxygen deficiency 404 , This effect can be used to measure sample gases below λ = 1 with LSP probes. 3 shows the probe characteristic 403 for the LSP probe with reference air channel.

Während ein Vorteil einer Sondeneinrichtung nach dem Zweizeller-Prinzip darin besteht, dass die Pumpspannung aufgrund des Funktionsprinzips kontinuierlich von der Betriebselektronik nachgeführt wird und den jeweiligen Bedingungen angepasst wird, muss die LSP-Sonde zunächst für sämtliche Betriebspunkte mit einer Pumpspannung 408 auskommen und eine Auswerteeinrichtung 300 (untenstehend unter Bezugnahme auf die 11–13 beschrieben) muss eine Pumpspannungsnachführung aufweisen. Die Pumpspannung 408 ergibt sich hier nicht beim Zweizeller direkt aus einer Regelung, sondern sie wird lediglich anhand eines z. B. auf der Sondenstrommessung basierenden Algorithmus erhöht oder erniedrigt.While an advantage of a probe device according to the two-cell principle is that the pump voltage is tracked continuously by the operating electronics due to the principle of operation and is adapted to the respective conditions, the LSP probe must first for all operating points with a pumping voltage 408 get along and an evaluation 300 (See below with reference to 11 - 13 described) must have a pump voltage tracking. The pumping voltage 408 does not arise here in the two-cell directly from a scheme, but it is only based on a z. B. based on the probe current measurement algorithm increased or decreased.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Pumpspannung 408 ausreichend hoch gewählt werden muss, um einen eindiffundierenden Sauerstoff über die Pumpzelle aus dem Hohlraum pumpen zu können. Dabei wirkt die Nernstspannung der angelegten Pumpspannung in unzweckmäßiger Weise entgegen. Außerdem wird die Pumpspannung durch Elektrodeneffekte, wie beispielsweise einen Spannungsabfall über den Elektroden reduziert, wie in der folgenden Gleichung (1) dargestellt. Up(eff) = Up – Un – Ue (1) It should be noted that the pumping voltage 408 must be sufficiently high in order to pump a diffusing oxygen through the pumping cell from the cavity can. In this case, the Nernst voltage of the applied pumping voltage is inappropriately entge In addition, the pumping voltage is reduced by electrode effects, such as a voltage drop across the electrodes, as shown in the following equation (1). Up (eff) = Up - Un - Ue (1)

Eine verbleibende effektive Pumpspannung, die in Gleichung 1 mit Up(eff) bezeichnet ist, muss dementsprechend ausreichend sein, um einen Strom über den Ohmschen Widerstand zu pumpen, wie anhand von Gleichung (2) beschrieben. Ip(max) < (Up – Un – Ue)/Ri (2) Accordingly, a residual effective pumping voltage, labeled Up (eff) in Equation 1, must be sufficient to pump a current across the ohmic resistor as described by Equation (2). Ip (max) <(Up - Un - Ue) / Ri (2)

Übertrifft die Eindiffusion von Sauerstoff in den Hohlraum einen maximal möglichen, gemäß Gleichung (2) angegebenen Messstrom, so erfährt die Kennlinie eine negative Krümmung. Insbesondere ein Spannungsabfall über den Elektroden ist stark von einer Alterung der Elektroden abhängig, so dass eine derartige negative Krümmung einem starken Alterungsverhalten unterworfen ist, wie unter Bezugnahme auf 4 veranschaulicht. Hier ist eine gealterte Kennlinie als eine modifizierte Sondenkennlinie 406 dargestellt. Eine in einem Neuzustand der Sonde bereitgestellte Sondenkennlinie ergibt sich durch den Sondenkennlinien-Verlauf 403. Aus einer ungenügenden Pumpspannung erfolgt somit eine derartige negative Krümmung der Kennlinie.Exceeds the diffusion of oxygen into the cavity a maximum possible, according to equation (2) indicated measuring current, the characteristic undergoes a negative curvature. In particular, a voltage drop across the electrodes is strongly dependent on aging of the electrodes, so that such a negative curvature is subject to strong aging behavior, as described with reference to FIG 4 illustrated. Here is an aged characteristic as a modified probe characteristic 406 shown. A probe characteristic provided in a new state of the probe results from the probe characteristic curve 403 , From an insufficient pumping voltage thus takes such a negative curvature of the characteristic.

Nahe einem Lambdawert λ = 1 nehmen die Sauerstoffkonzentration und damit der Messstrom durch die Sonde ab. Hierdurch nehmen sowohl der ohmsche Spannungsabfall, der gegeben ist durch das Produkt von Innenwiderstand und Sondenstrom, aber auch der Spannungsabfall über die Elektroden sowie auch die Nernstgegenspannung ab. Damit steht effektiv eine höhere Spannung zur Verfügung. Falls eine derartige Pumpspannung 408 jedoch zu groß ist, so reicht diese aus, um die Zersetzungsspannung von Wasser (H₂O) zu Wasserstoff (H₂) bereitzustellen. In der Folge kann an der Kathode Wasser zersetzt werden gemäß der folgenden Beziehung (Gleichung 3). H₂O + 2e → H₂ + O^2– (3) Near a lambda value λ = 1, the oxygen concentration and thus the measuring current through the probe decrease. As a result, both the ohmic voltage drop, which is given by the product of internal resistance and probe current, but also the voltage drop across the electrodes as well as the Nernstgegenspannung decrease. This is effectively a higher voltage available. If such a pumping voltage 408 but too large, it is sufficient to provide the decomposition voltage of water (H ₂ O) to hydrogen (H ₂ ). As a result, water can be decomposed at the cathode according to the following relationship (Equation 3). H ₂ O + 2e → H ₂ + O ^2- (3)

Ein hieraus resultierender Sondenstromfluss führt zu einer Erhöhung des Messstroms. Da ein derartiger Effekt von der effektiven Pumpspannung abhängt, ist dieser bei einem niedrigen Sondenstrom in der Nähe von dem Lambdawert λ = 1 am stärksten ausgeprägt und führt dadurch zu einer Verfälschung der Kennlinie, wie in 5 veranschaulicht. Weiterhin ist dieser Effekt von dem Zustand bzw. der Alterung der Elektroden sowie der Wasserkonzentration im Abgasstrom abhängig. Aus diesem Grund kann ein derartiger Effekt rechnerisch nicht kompensiert werden, so dass ein Fehler entsteht. 5 zeigt die in 2 gezeigte nicht-modifizierte Sondenkennlinie 403 als eine Kennlinie mit einer niedrigen Pumpspannung, wobei eine Wasserzersetzung, die obenstehend erwähnt ist, nicht auftritt. Demgegenüber zeigt 5 in der modifizierten Sondenkennlinie 406 einen Verlauf, der bei einer hohen Pumpspannung mit einer Wasserzersetzung entsteht.A resulting probe current flow leads to an increase of the measuring current. Since such an effect depends on the effective pumping voltage, it is most pronounced at a low probe current in the vicinity of the lambda value λ = 1 and thereby leads to a distortion of the characteristic, as in FIG 5 illustrated. Furthermore, this effect is dependent on the state or the aging of the electrodes and the water concentration in the exhaust gas flow. For this reason, such an effect can not be computationally compensated, so that an error arises. 5 shows the in 2 shown non-modified probe characteristic 403 as a characteristic with a low pumping voltage, wherein water decomposition mentioned above does not occur. In contrast, shows 5 in the modified probe characteristic 406 a course that arises at a high pumping voltage with a water decomposition.

Aus diesem Grund ist es erforderlich, eine Einstellung der Pumpspannung vorzusehen und die Pumpspannung entsprechend den Umgebungsbedingungen exakt nachzuführen.Out For this reason, it is necessary to adjust the pumping voltage provide and the pumping voltage according to the ambient conditions track exactly.

Unter Bezugnahme auf die 6 bis 10 wird eine Variation der Pumpspannung 408 erläutert werden.With reference to the 6 to 10 becomes a variation of the pumping voltage 408 be explained.

In 6 ist ein Graph gezeigt, bei dem die Pumpspannung 408 als Funktion des Lambdawertes 407 aufgetragen ist. Der Achsenschnittpunkt entspricht hierbei, wie auch in den folgenden 7 bis 10, einem Lambdawert λ = 1, wobei der Luft- bzw. Sauerstoffanteil nach rechts aufgetragen ist. 6 zeigt eine lineare Pumpspannungskennlinie 409, die bei einem Spannungswert von 0,65 V beginnt und bis hin zu einem Spannungswert von 0,95 V läuft. Eine Basispumpspannung wird in vorteilhafter Weise auf einen Spannungswert von 0,3 V bis 0,7 V eingestellt, vorzugsweise auf einen Spannungswert von 0,65 V, wie in 6 durch U Basis angezeigt. Bei der Basispumpspannung von 0,65 V ergibt sich ein Lambdawert von λ = 1. Darauf wird eine variable Spannung U2 zwischen 0 V für λ = 1 und 0,3 V für λ = Luft aufgeprägt.In 6 is shown a graph in which the pumping voltage 408 as a function of the lambda value 407 is applied. The intercept point corresponds here as well as in the following 7 to 10 , a lambda value λ = 1, wherein the air or oxygen content is plotted to the right. 6 shows a linear pump voltage characteristic 409 , which starts at a voltage of 0.65V and runs to a voltage of 0.95V. A base pumping voltage is advantageously set to a voltage value of 0.3 V to 0.7 V, preferably to a voltage value of 0.65 V, as in FIG 6 indicated by U base. At the base pumping voltage of 0.65 V results in a lambda value of λ = 1. Then a variable voltage U2 between 0 V for λ = 1 and 0.3 V for λ = air impressed.

7 zeigt eine weitere Pumpspannungskennlinie 409, die statt dem linearen Verlauf der 6 einen stufenförmigen Verlauf aufweist. Hierbei muss durch die Auswerteeinrichtung 300 (untenstehend unter Bezugnahme auf die 11–13 beschrieben) den Lambdawert erfassen. Liegt dieser in einem Bereich λ < 1,1 bis 1,7, in bevorzugter Weise bei 1,3, wird die Pumpspannung 408 auf einen Wert zwischen 0,3 V und 0,6 V, vorzugsweise auf 0,5 V eingestellt, wie in der ersten Stufe in 7 bei dem Bezugszeichen (a) dargestellt. Bei einer Erfassung eines Lambdawertes von λ > 5 durch die Steuereinrichtung bis λ = 10, vorzugsweise λ = 8, wird die Pumpspannung 408 auf einen Wert zwischen 0,7 V und 1,1 V, vorzugsweise auf 0,9 V eingestellt, wie in 7 in dem Bereich (c) veranschaulicht. Ein Standardbetrieb ist durch einen Zwischenbereich zwischen λ = 1,3 und λ = 8 gegeben (in 7 durch einen Bereich (b) veranschaulicht), wobei hier die Betriebsspannung auf einen Wert zwischen 0,6 V und 0,7 V, vorzugsweise auf einen Wert von 0,65 V eingestellt ist. 7 shows a further pump voltage characteristic 409 instead of the linear course of the 6 has a stepped course. This must be done by the evaluation 300 (See below with reference to 11 - 13 described) capture the lambda value. If this is in a range λ <1.1 to 1.7, preferably at 1.3, the pump voltage 408 to a value between 0.3 V and 0.6 V, preferably set to 0.5 V, as in the first stage in 7 at the reference (a) shown. When detecting a lambda value of λ> 5 by the controller to λ = 10, preferably λ = 8, the pump voltage 408 to a value between 0.7 V and 1.1 V, preferably set to 0.9 V, as in 7 in the area (c). A standard operation is given by an intermediate range between λ = 1.3 and λ = 8 (in 7 represented by a region (b)), in which case the operating voltage is set to a value between 0.6 V and 0.7 V, preferably to a value of 0.65 V.

8 zeigt den in 7 dargestellten Pumpspannungsverlauf mit einer modifizierten Pumpspannungskennlinie 409. Es ist hier die Pumpspannungsumschaltung in der Nähe von λ = 1,3 lediglich weggelassen. 8th shows the in 7 illustrated pump voltage waveform with a modified Pump voltage characteristic 409 , Here, the pump voltage switching in the vicinity of λ = 1.3 is merely omitted.

9 veranschaulicht eine Kombination der Pumpspannungskennlinien, die obenstehend in den 6 und 7 gegeben sind. Hierbei ist ein linearer Verlauf mit einem proportionalen Anstieg kombiniert. Hierbei ist 9 eine Modifikation der Pumpspannungskennlinie 409 der 8, wobei statt einer sprunghaften Pumpspannungsänderung bei einem Lambdawert λ = 8 eine Rampe mit einem linearen Verlauf gegeben ist. Die Rampe beginnt vorzugsweise für einen Lambdawert von λ > 5–10, vorzugsweise bei λ = 8. In 10 ist eine Kombination der Pumpspannungskennlinien der 6 und 7 veranschaulicht. Hierbei ergeben sich zwei Pumpspannungsänderungen, wobei die Pumpspannungskennlinie 409 zwei lineare Rampen aufweist, eine von dem Lambdawert λ = 1 bis zu dem Lambdawert λ = 1,3, und eine für Lambdawerte λ > 8. Auf diese Weise entstehen Rampen für die Randbereiche, während in dem mittleren Bereich (b) ein statischer Pumpspannungswert zwischen 0,6 V und 0,7 V, vorzugsweise 0,65 V aufrecht erhalten wird. 9 FIG. 4 illustrates a combination of the pump voltage characteristics shown in FIGS 6 and 7 given are. Here, a linear course is combined with a proportional increase. Here is 9 a modification of the pump voltage characteristic 409 of the 8th , wherein instead of a sudden pumping voltage change at a lambda value λ = 8 a ramp is given with a linear course. The ramp preferably starts for a lambda value of λ> 5-10, preferably at λ = 8 10 is a combination of the pump voltage characteristics of the 6 and 7 illustrated. This results in two pump voltage changes, the pump voltage characteristic 409 has two linear ramps, one from the lambda value λ = 1 to the lambda value λ = 1.3, and one for lambda values λ> 8. In this way, ramps for the edge regions, while in the central region (b), a static pump voltage value between 0.6 V and 0.7 V, preferably 0.65 V is maintained.

11 zeigt ein schematisches Blockbild einer Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Luft-Kraftstoffgemisches einer Brennkraftmaschine mit einer Sondeneinrichtung 100, einer Auswerteeinrichtung 300 und einer Anpassungseinrichtung 200, die zwischen die Sondeneinrichtung 100 und die Auswerteeinrichtung 300 geschaltet ist, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 11 shows a schematic block diagram of a circuit arrangement for controlling an air-fuel mixture of an internal combustion engine with a probe device 100 , an evaluation device 300 and an adapter 200 between the probe device 100 and the evaluation device 300 is switched, according to a preferred embodiment of the present invention.

Es sei darauf hingewiesen, dass in dem prinzipiellen Blockbild der 11 lediglich die wesentlichen Funktionskomponenten der Schaltungsanordnung gezeigt sind. Erfindungsgemäß wird die Sondeneinrichtung 100, die nach dem Einzeller-Prinzip arbeitet, mit einer bekannten Auswerteeinrichtung 300 angesteuert. Die bekannt Auswerteeinrichtung 300 ist obenstehend unter Bezugnahme auf 13 erläutert und in 12 unter dem Bezugszeichen 300 detailliert dargestellt.It should be noted that in the basic block diagram of the 11 only the essential functional components of the circuit arrangement are shown. According to the invention, the probe device 100 , which works on the single cell principle, with a known evaluation 300 driven. The known evaluation device 300 is above with reference to 13 explained and in 12 under the reference number 300 shown in detail.

Die Auswerteeinrichtung 300 weist eine Spannungsversorgung 301 zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung 412, VCCS auf. Die Versorgungsspannung 412 ist an die Anpassungseinrichtung 200 angelegt und liefert zusammen mit den in der Anpassungseinrichtung 200 angeordneten Schaltungskomponenten die Pumpspannung 408, die an der Sondeneinrichtung 100 angelegt ist. Durch die Sondeneinrichtung 100 fließt ein Sondenstrom 402, der mittels eines in der Anpassungseinrichtung 200 angeordneten Messwiderstands 202 erfasst wird.The evaluation device 300 has a power supply 301 to provide a supply voltage 412 , VCCS on. The supply voltage 412 is to the adjustment device 200 created and delivered together with the in the fitting device 200 arranged circuit components, the pump voltage 408 attached to the probe device 100 is created. Through the probe device 100 a probe current flows 402 , which means one in the fitting device 200 arranged measuring resistance 202 is detected.

Ferner weist die Anpassungseinrichtung 300 eine Pumpspannungssteuereinheit 304 auf, die in Form eines PI-Reglers ausgebildet ist, der eine Pumpstromsteuerung in Zusammenwirkung mit einer Referenzpumpstrom-Erzeugungseinheit 306 bereitstellt. Die in der Auswerteeinrichtung 300 angeordnete Referenzpumpstrom-Erzeugungseinheit 306 liefert einen Referenzpumpstrom 413, der mit dem tatsächlichen Sondenstrom 402 verglichen werden kann. Über die Anschlusseinheiten UP, UN der Auswerteeinrichtung 300 wird eine derartige Steuerung bewirkt, wobei eine Pumpspannungseinstelleinheit 203, die als ein Widerstand ausgebildet ist, und über die eine Einstellspannung 416 angelegt ist, einer Einstellung der Pumpspannung 408. Wie in 11 veranschaulicht, liegt die von der Auswerteeinrichtung 300 bereitgestellte Versorgungsspannung 412 bei einer Spannungsteilereinheit 201 an, die zwischen dem Spannungsversorgungsanschluss VCCS der Anpassungseinrichtung 200 und einer virtuellen Masse VM der Auswerteeinrichtung 300 geschaltet ist. Die Spannungsteilereinheit 201 besteht aus zwei in Reihe geschalteten Spannungsteilerwiderständen, d. h. einem ersten Spannungsteilerwiderstand 201a, der parallel zwischen den Versorgungsspannungsanschluss VCCS der Auswerteeinrichtung 300 und den Eingangsanschluss UP der Auswerteeinrichtung 300 geschaltet ist, und einem zweiten Spannungsteilerwiderstand 201b, der parallel zwischen den Eingangsanschluss UP der Auswerteeinrichtung 300 und die virtuelle Masse VM der Auswerteeinrichtung 300 geschaltet ist.Furthermore, the adjustment device 300 a pump voltage control unit 304 formed in the form of a PI controller, the pumping current control in cooperation with a reference pumping current generating unit 306 provides. The in the evaluation device 300 arranged reference pumping current generating unit 306 supplies a reference pump current 413 that with the actual probe current 402 can be compared. Via the connection units UP, UN of the evaluation device 300 such control is effected, wherein a pump voltage setting unit 203 , which is formed as a resistor, and on the one adjustment voltage 416 is applied, a setting of the pump voltage 408 , As in 11 illustrates, lies of the evaluation 300 provided supply voltage 412 at a voltage divider unit 201 connected between the voltage supply terminal VCCS of the matching device 200 and a virtual mass VM of the evaluation 300 is switched. The voltage divider unit 201 consists of two series-connected voltage divider resistors, ie a first voltage divider resistor 201 which is connected in parallel between the supply voltage connection VCCS of the evaluation device 300 and the input terminal UP of the evaluation device 300 is connected, and a second voltage divider resistor 201b , the parallel between the input terminal UP of the evaluation 300 and the virtual mass VM of the evaluation 300 is switched.

Die Pumpspannungssteuereinheit 304 weist ferner eine Abtast-Halteeinheit 305 auf, mit welcher ein aktueller Spannungswert der Pumpspannung abgetastet und gehalten werden kann. Ferner ist ein Kalibrierwiderstand 204 in der Anpassungseinrichtung 200 bereitgestellt, der zwischen einen Kalibrieranschluss RS der Auswerteeinrichtung 300 und die virtuelle Masse VM geschaltet ist. Über dem ersten Spannungsteilerwiderstand 201a der Spannungsteilereinheit 201 fällt eine erste Teilspannung 414 ab, während über dem zweiten Spannungsteilerwiderstand 201b der Spannungsteilereinheit 201 eine zweite Teilspannung 415 abfällt. Ein Zusammenwirken der ersten und zweiten Teilspannungen 414, 415 zusammen mit der Einstellspannung 416, die durch den Referenzpumpstrom 413 beeinflusst ist, ergibt sich eine variable Einstellmöglichkeit für die Pumpspannung 408, derart, dass die im Stand der Technik bekannte Auswerteeinrichtung 300 unverändert zur Ansteuerung der Sondeneinrichtung 100, die auf dem Einzeller-Prinzip beruht, und zur Auswertung der von der Sondeneinrichtung 100 ausgegebenen Sondensignale 402 herangezogen werden kann.The pump voltage control unit 304 further comprises a sample-and-hold unit 305 on, with which a current voltage value of the pump voltage can be sampled and held. Furthermore, a calibration resistor 204 in the accommodation facility 200 provided between a calibration RS of the evaluation 300 and the virtual ground VM is switched. Above the first voltage divider resistor 201 the voltage divider unit 201 falls a first partial voltage 414 while above the second voltage divider resistor 201b the voltage divider unit 201 a second partial voltage 415 drops. An interaction of the first and second partial voltages 414 . 415 together with the adjustment voltage 416 passing through the reference pump current 413 is influenced, there is a variable adjustment for the pump voltage 408 such that the evaluation device known in the prior art 300 unchanged for controlling the probe device 100 , which is based on the single cell principle, and for the evaluation of the probe device 100 output probe signals 402 can be used.

Zur Auswertung der Sondensignale, insbesondere des von der Sondeneinrichtung 100 gelieferten Sondenstroms 402, der letztlich vom Sauerstoffgehalt des Abgasstroms abhängt, dient der Messwiderstand 202, der parallel zu den Eingangsklemmen IP und IA der Auswerteeinrichtung 300 geschaltet ist. Der über dem Messwiderstand 202 fließende Sondenstrom 402 führt zu einem Messspannungsabfall 411, der durch eine Differenzverstärkereinrichtung gemessen wird, die in der unter dem Bezugszeichen 302 dargestellten Grenzstromerfassungseinheit der Auswerteeinrichtung 300 enthalten ist. Ferner weist die Auswerteeinrichtung 300 eine der Grenzstromerfassungseinheit 302 nachgeschaltete Verstärkereinheit 303 auf, mit welcher das Sondensignal 101 bzw. der Sondenstrom 402 verarbeitet werden und die dazu dient, ein entsprechendes Steuersignal 410 aus der Auswerteeinrichtung 300 auszugeben.For evaluation of the probe signals, in particular of the probe device 100 supplied probe current 402 that is ultimately oxygen content of the exhaust gas flow depends, serves the measuring resistor 202 parallel to the input terminals IP and IA of the evaluation device 300 is switched. The above the measuring resistor 202 flowing probe current 402 leads to a measuring voltage drop 411 , which is measured by a differential amplifier device, which in the reference numeral 302 shown limit current detection unit of the evaluation 300 is included. Furthermore, the evaluation device 300 one of the limit current detection unit 302 downstream amplifier unit 303 on, with which the probe signal 101 or the probe current 402 are processed and which serves a corresponding control signal 410 from the evaluation device 300 issue.

Es sei darauf hingewiesen, dass die durch die ersten und zweiten Spannungsteilerwiderstände 201a bzw. 201b ausgebildete Spannungsteilereinheit 201 eine Grundpumpspannung 408' bereitstellt, welche die Grundfunktion der Sondeneinrichtung ermöglicht. Dadurch, dass der Eingangsanschluss UP der Auswerteeinrichtung 300 mit dem Verbindungsanschluss der ersten und zweiten Spannungsteilerwiderstände 201a, 201b verbunden ist, ergibt sich jedoch eine Einstellmöglichkeit, in Zusammenwirkung mit der Pumpspannungseinstelleinheit 203, einer Pumpspannung 408, wie obenstehend unter Bezugnahme auf die 6 bis 10 beispielhaft erläutert.It should be noted that the first and second voltage divider resistors 201 respectively. 201b trained voltage divider unit 201 a base pumping voltage 408 ' which enables the basic function of the probe device. Characterized in that the input terminal UP of the evaluation device 300 to the connection terminal of the first and second voltage dividing resistors 201 . 201b However, there is an adjustment possibility, in cooperation with the pump voltage setting unit 203 , a pumping voltage 408 as described above with reference to FIGS 6 to 10 exemplified.

Durch die vorliegende Erfindung wird somit der wirtschaftliche Vorteil ermöglicht, dass eine vorhandene, vielfach eingesetzte Auswerteeinrichtung CJ125 zur Auswertung von Sondensignalen aus Zweizeller-Sondeneinrichtungen unverändert in Zusammenwirkung mit einer Sondeneinrichtung nach dem Einzeller-Prinzip eingesetzt werden kann. Dies wird durch die zwischen die Sondeneinrichtung 100 nach dem Einzeller-Prinzip und die Auswerteeinrichtung 300 geschaltete Anpassungseinrichtung 200 bewirkt. Hierbei wird die Grundfunktion der Sondeneinrichtung 100 durch die Bereitstellung einer Grundpumpspannung 408' durch die Spannungsteilereinheit 201a, 201b ermöglicht.The present invention thus enables the economic advantage that an existing, widely used evaluation device CJ125 for evaluating probe signals from two-cell probe devices can be used unchanged in cooperation with a probe device according to the single-cell principle. This is done by the between the probe device 100 according to the single cell principle and the evaluation device 300 switched fitting device 200 causes. This is the basic function of the probe device 100 by providing a base pumping voltage 408 ' through the voltage divider unit 201 . 201b allows.

Der Grenzstrom 417 bzw. der Messstrom 402 können über den in der Anpassungseinrichtung 200 bereitgestellten Messwiderstand 202 erfasst werden. Zusammen mit einer Pumpspannungseinstelleinheit 203 wird die Pumpspannung 408 für die Sondeneinrichtung 100 in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung 412, VCCS und dem von der Referenzpumpstrom-Erzeugungseinheit 306 der Auswerteeinrichtung 300 bereitgestellten Referenzpumpstrom 413 eingestellt.The limiting current 417 or the measuring current 402 can about that in the adjustment device 200 provided measuring resistor 202 be recorded. Together with a pump voltage setting unit 203 becomes the pumping voltage 408 for the probe device 100 depending on the supply voltage 412 , VCCS and the reference pump current generation unit 306 the evaluation device 300 provided reference pump current 413 set.

12 zeigt die zwischen die Sondeneinrichtung 100 und die Auswerteeinrichtung 300 geschaltete Anpassungseinrichtung 200. Zusätzlich ist die Auswerteeinrichtung 300 detaillierter dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass eine derartige Auswerteeinrichtung 300 im Stand der Technik zur Ansteuerung von Sondeneinrichtungen, die auf dem Zweizeller-Prinzip beruhen, und zur Auswertung entsprechender Sondensignale aus Zweizeller-Sondeneinrichtungen herangezogen wird. Eine detaillierte Information über die Funktionsweise einer derartigen Auswerteeinrichtung ist in der Literarturstelle " http://www.semiconductors.bosch.de/pdf/CJ125_Product_Info.pdf " beschrieben. Hier wird auf die einzelnen Funktionsblöcke dieser Auswerteeinrichtung 300 nicht detailliert eingegangen, da sie zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anpassungseinrichtung 200, die zwischen eine Einzeller-Sondeneinrichtung 100 und eine herkömmliche Auswerteeinrichtung 300 schaltbar ist, nicht wesentlich sind. 12 shows the between the probe device 100 and the evaluation device 300 switched fitting device 200 , In addition, the evaluation device 300 shown in more detail. It should be noted that such an evaluation device 300 in the prior art for the control of probe devices, which are based on the two-cell principle, and is used to evaluate corresponding probe signals from two-cell probe devices. A detailed information about the functioning of such an evaluation device is in the Literarturstelle " http://www.semiconductors.bosch.de/pdf/CJ125_Product_Info.pdf Here is the individual function blocks of this evaluation device 300 not discussed in detail since they represent the adaptation device according to the invention 200 between a single cell probe device 100 and a conventional evaluation device 300 switchable, are not essential.

Die übrigen, in 12 angegebenen Schaltungskomponenten entsprechen jenen unter Bezugnahme auf 11 und 13 beschriebenen.The rest, in 12 specified circuit components correspond to those with reference to 11 and 13 described.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Even though the present invention above based on preferred embodiments is described, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways.

Auch ist die Erfindung nicht auf die genannten Anwendungsmöglichkeiten beschränkt.Also the invention is not limited to the aforementioned applications limited.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2946448 A1 [0011]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- http://www.semiconductors.bosch.de/pdf/CJ125_Product_Info.pdf [0006]
- http://www.semiconductors.bosch.de/pdf/CJ125_Product_Info.pdf [0075]

Claims

Circuit arrangement for controlling an air-fuel mixture of an internal combustion engine, comprising: a) a probe device ( 100 ), which is exposed to the exhaust gas flow of the internal combustion engine, for detecting an oxygen content ( 401 ) of the exhaust stream and for outputting one of the oxygen content ( 401 ) dependent probe signal ( 101 . 402 ); b) an evaluation device ( 300 ) for evaluating the probe signal ( 101 . 402 ) and to provide a control signal ( 410 ) for the internal combustion engine for adjusting the air-fuel mixture, wherein the evaluation device ( 300 ): b1) a power supply unit ( 301 ) for providing a supply voltage ( 412 , VCCS); b2) a limit current detection unit ( 302 ) for detecting one of the probe device ( 100 ) provided limit current ( 417 ); b3) a reference pumping current generating unit ( 306 ) for providing a reference pumping stream ( 413 ) for the probe device ( 100 ); and b4) an amplifier unit ( 303 ) for processing the probe signal ( 101 ) and for the output of the control signal ( 410 ) from the evaluation device ( 300 ), characterized in that the circuit arrangement further comprises: c) one between the probe device ( 100 ) and the evaluation device ( 300 ) matching device ( 200 ), comprising: c1) a voltage divider unit ( 201 . 201 . 201b ) for providing a base pumping voltage ( 408 ' ), which illustrates the basic function of the probe device ( 100 ); c2) a measuring resistor ( 202 ) for detecting the limiting current ( 417 ) via a measuring voltage drop ( 411 ); and c3) a pump voltage setting unit ( 203 ) for adjusting the pump voltage ( 408 ) depending on the supply voltage ( 412 , VCCS).

Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that a pump voltage control unit ( 304 ) with a sample holding unit ( 305 ) for sampling and holding a current voltage value of the pump voltage ( 408 ).

Circuit arrangement according to Claim 2, characterized in that the pump voltage setting unit ( 203 ) together with the pump voltage control unit ( 304 ) and the sample holding unit ( 305 ) a circuit subassembly for stabilizing the pump voltage ( 408 ) to a constant voltage value.

Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that the probe device ( 100 ), which is exposed to the exhaust gas flow of the internal combustion engine, for detecting an oxygen content ( 401 ) of the exhaust gas flow has a single measuring cell.

Method for controlling an air-fuel mixture of an internal combustion engine, comprising the following steps: a) detecting an oxygen content ( 401 ) of the exhaust stream and outputting one of the oxygen content ( 401 ) dependent probe signal ( 101 . 402 ) by means of a probe device ( 100 ) exposed to the exhaust gas flow of the internal combustion engine; b) evaluating the probe signal ( 101 . 402 ) and providing a control signal ( 410 ) for the internal combustion engine for adjusting the air-fuel mixture by means of an evaluation device ( 300 ); c) providing a supply voltage ( 412 , VCCS) by a in the evaluation device ( 300 ) arranged power supply unit ( 301 ); d) detecting one of the probe device ( 100 ) provided limit current ( 417 ) by means of a in the evaluation device ( 300 ) arranged limit current detection unit ( 302 ); and e) processing the probe signal ( 101 ) and output the control signal ( 410 ) from the evaluation device ( 300 ) by means of a in the evaluation device ( 300 ) arranged amplifier unit ( 303 ); characterized in that the method further comprises the steps of: f) providing a base pumping voltage ( 408 ' ), which illustrates the basic function of the probe device ( 100 ), by means of a voltage divider unit ( 201 . 201b ) located in between the probe device ( 100 ) and the evaluation device ( 300 ) adjustment device ( 200 ) is arranged; g) detecting the limiting current ( 402 ) via a measuring voltage drop ( 411 ) by means of a fitting device ( 200 ) arranged measuring resistor ( 202 ); and h) adjusting the pumping voltage ( 408 ) depending on the supply voltage ( 412 , VCCS) by means of a in the fitting device ( 200 ) arranged pump voltage setting unit ( 203 ).

Method according to Claim 5, characterized in that the probe signal ( 101 ) as a limiting current ( 417 ) of the probe device ( 100 ).

Method according to claim 6, characterized in that the limiting current ( 417 ) from the evaluation device ( 300 ) by means of a voltage drop ( 412 ) above the measuring resistor ( 202 ) of the adjustment device ( 200 ) is measured.

Method according to claim 5, characterized in that the pumping voltage ( 408 ) by means of the pump voltage setting unit ( 203 ) on a kon constant voltage value is set.