DE102007043728A1 - Linear lambda sensor for measuring oxygen content of exhaust gas in e.g. rail vehicle, has pump current generator having selection memory for storing set of transmission functions, and determination device for determining selection variable - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Abgassonde, insbesondere eine lineare Lambdasonde und ein Verfahren zu deren Betrieb. Solche Lambdasonden besitzen zwei Zellen, nämlich eine Pumpzelle und eine Nernst-Zelle. Die Nervst-Zelle wird einseitig von einem Messraum und an einer gegenüberliegenden Seite von einem Referenzgasraum begrenzt. Die Pumpzelle wird so geregelt, dass sich im Messraum eine vorgebbare Zusammensetzung aus Abgas und Referenzgas einstellt, welche eine vorgebbare Spannung an der Nernst-Zelle bewirkt. Der hierfür erforderliche Pumpstrom wird als Messgröße ausgewertet. Zum stabilen Betrieb der Sonde muss der Pumpstrom durch einen Pumpstromregler kontrolliert werden.The The invention relates to an exhaust gas probe, in particular a linear lambda probe and a method of operation thereof. Own such lambda probes two cells, namely a pump cell and a Nernst cell. The nerve cell becomes one-sided from a measuring room and on an opposite side from one Limited reference gas space. The pump cell is regulated so that in the measuring room a predefinable composition of exhaust gas and reference gas which causes a predeterminable voltage on the Nernst cell. The one for this required pumping current is evaluated as a measured variable. To the stable Operation of the probe requires the pumping current through a pumping current regulator to be controlled.
Im Gegensatz zu einer Sprungsonde misst die lineare Lambdasonde das Kraftstoff/Luft-Verhältnis kontinuierlich über einen weiten Lambdabereich. Damit ist es möglich, eine Brennkraftmaschine in allen drei Betriebszuständen zu betreiben, nämlich mit magerem, stöchiometrischem und fettem Gemisch.in the Unlike a jump probe, the linear lambda probe measures this Fuel / air ratio continuously over a wide lambda range. This makes it possible to have an internal combustion engine in all three operating states to operate, namely with lean, stoichiometric and a fat mixture.
Lambdasonde und Pumpstromregler bilden zusammen einen geschlossenen Regelkreis. Die Geschwindigkeit dieses Regelkreises begrenzt maßgeblich die Dynamik des Messsignals. Eine hohe Dynamik bedeutet dabei, dass die Lambdasonde schnell auf Änderungen der Abgaszusammensetzung anspricht. Durch ein schnelles Ansprechverhalten kann beispielsweise eine zylinderselektive Lambdaregelung realisiert werden. Die hierzu benötigte Reaktionszeit hängt dabei von der Drehzahl und der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine ab. Beispielsweise erfordert eine Vier-Zylindermaschine bei einer Drehzahl von 4000 Umdrehungen pro Minute eine Ansprechzeit von weniger als 7,5 ms.lambda probe and pumping current controllers together form a closed loop. The speed of this control loop limits significantly the dynamics of the measuring signal. High dynamics mean that the lambda sensor quickly changes the exhaust gas composition responds. Through a fast response For example, a cylinder-selective lambda control can be realized become. The required reaction time depends on it from the speed and the number of cylinders of the internal combustion engine. For example, a four-cylinder engine requires one speed from 4000 rpm a response time of less than 7.5 ms.
Neben der Geschwindigkeit der Lambdaregelung ist die Stabilität des Regelkreises zu beachten. Bei ungünstiger Auslegung des Pumpstromreglers beginnt der Regelkreis der Lambdasonde zu schwingen und eine Aussage über die Abgaszusammensetzung wird unmöglich. Damit ist ein begrenzender Faktor bei der Auslegung des Pumpstromreglers die Randbedingung, dass der geschlossene Regelkreis aus Lambdasonde und Pumpstromregler unter allen möglichen Betriebsbedingungen stabil sein muss. Weiterhin müssen bei der Auslegung des Pumpstromreglers produktionsbedingte Streuungen der Lambdasonde sowie die Degeneration der Sonde über die Lebensdauer berücksichtigt werden. Auch solche Einflüsse dürfen nicht zur Instabilität des Regelkreises führen.Next The speed of the lambda control is the stability of the control loop to be observed. At unfavorable Design of the pumping current controller starts the control circuit of the lambda probe to swing and make a statement about the exhaust gas composition becomes impossible. This is a limiting one Factor in the design of the pumping current controller the boundary condition, that the closed loop from lambda probe and pumping current regulator under all possible Operating conditions must be stable. Furthermore, at the design of the pumping current controller production - related variations of Lambda probe as well as the degeneration of the probe over the lifetime considered become. Also such influences allowed to not to instability of the control loop.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, die Ansprechgeschwindigkeit einer Abgassonde zu erhöhen und dabei nachteilige Auswirkungen auf die Stabilität des Regelkreises zu vermeiden.The Object of the present invention is therefore to the response speed of a Increase exhaust gas probe and thereby adverse effects on the stability of the control loop to avoid.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lambdasonde mit einer Nernst-Zelle, welche an einer ersten Seite mit einem Referenzgasraum und an einer zweiten Seite mit einem Messraum in Kontakt steht und bei welcher mittels eines Pumpstromes ein Gastransport über die Grenze des Messraumes hinweg induzierbar und der Pumpstrom über einen Pumpstromregler beeinflussbar ist, wobei der Pumpstromregler einen Auswahlspeicher aufweist, in welchem eine Mehrzahl von Übertragungsfunktionen speicherbar ist und eine Einrichtung zur Bestimmung einer Auswahlgröße vorhanden ist.The The object is achieved by a lambda probe with a Nernst cell, which at a first Side with a reference gas space and on a second side with a Measuring room is in contact and in which by means of a pumping current a gas transport over the limit of the measuring space inducible and the pumping current over a Pumping current regulator can be influenced, the pumping current controller a Selection memory, in which a plurality of transfer functions is storable and means for determining a selection size available is.
Weiterhin besteht die Lösung der Aufgabe in einem Verfahren zum Betrieb einer Abgassonde, bei welchem zunächst eine Mehrzahl von Übertragungsfunktionen zwischen einer Regelgröße und einer Stellgröße der Abgassonde in einem Auswahlspeicher abgelegt wird. Daraufhin wird eine Auswahlgröße bestimmt und eine der vorher hinterlegten Übertragungsfunktionen aus dem Auswahlspeicher in Abhängigkeit der Auswahlgröße ausgewählt.Farther is the solution the object in a method for operating an exhaust gas probe, in which first a plurality of transfer functions between a controlled variable and a manipulated variable of the exhaust gas probe is stored in a selection memory. Then a selection size is determined and one of the previously stored transfer functions from the Selection memory depending on selected from the selection size.
Um eine ausreichende Stabilität des Pumpstromreglers sicherzustellen, wird bei der Reglerauslegung nach dem Stand der Technik eine große Phasenreserve eingeplant. Dadurch ist der Regelkreis auch im ungünstigsten Fall noch stabil. Dieser ungünstigste Fall liegt dann vor, wenn die Lambdasonde eine produktionsbedingte Fertigungstoleranz aufweist, welche gerade noch innerhalb der Spezifikation liegt. Diese Lambdasonde muss auch dann noch stabil betrieben werden können, wenn diese sich durch Alterung weiter verschlechtert hat und dann unter ungünstigen Betriebsbedingungen eingesetzt wird. Zu den Betriebsbedingungen zählen insbesondere die Temperatur der Sonde, die Höhe des Referenzpumpstroms zum Füllen des Referenzgasraums und der Feuchtegehalt des Abgases.Around sufficient stability of the pumping current controller is at the controller design According to the prior art, a large phase reserve planned. As a result, the control loop is still stable even in the worst case. This most unfavorable Case occurs when the lambda probe is a production-related Manufacturing tolerance, which just within the specification lies. This lambda probe must still be operated stably can, if it has deteriorated further through aging and then under unfavorable Operating conditions is used. To the operating conditions counting in particular the temperature of the probe, the height of the reference pumping current to To fill of the reference gas space and the moisture content of the exhaust gas.
Eine solche Auslegung des Pumpstromreglers bedeutet jedoch, dass für den Großteil der produzierten und eingesetzten Sonden und die meisten Betriebsbedingungen die Phasenreserve zu groß gewählt ist. Eine große Phasenreserve des Pumpstromreglers beeinflusst aber die Ansprechgeschwindigkeit der Abgassonde negativ. Für einen Großteil der produzierten Sonden und den Großteil der Betriebsbedingungen könnte somit eine schnellere Regelgeschwindigkeit erreicht werden, indem der Pumpstromregler mit geringerer Phasenreserve ausgelegt wird.A However, such design of the pumping current regulator means that for the majority of produced and used probes and most operating conditions the phase reserve is too large. A big Phase margin of the pumping current controller, however, influences the response speed the exhaust gas probe negative. For a large part the probes produced and most of the operating conditions could thus a faster control speed can be achieved by the pumping current regulator is designed with a lower phase reserve.
Die erfindungsgemäße Regelung weißt einen veränderlichen Pumpstromregler auf. Dieser kann entweder in Software implementiert werden oder es sind mehrere, in Hardware realisierte Pumpstromregler vorhanden, unter welchen mittels eines Schalters der jeweils am Besten geeignete zum Einsatz ausgewählt wird. Als Schalter kann auch ein Mikrocontroller eingesetzt werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, den Pumpstromregler entweder während des Betriebs der Lambdasonde zu ändern oder nach dem Einbau einer Lambdasonde die am besten geignete Regelcharakteristik für diese Sonde auszuwählen.The control according to the invention has a variable pump current regulator. This can either be implemented in software or there are several implemented in hardware Pump current regulator available, under which by means of a switch of the most suitable for use is selected. As a switch, a microcontroller can be used. This makes it possible to change the pump current regulator either during operation of the lambda probe or to select the best geignete control characteristic for this probe after installing a lambda probe.
Die Anpassung des Pumpstromreglers kann dabei sowohl über die Regelparameter als auch über die Regelstruktur erfolgen. Dies bedeutet, dass die Übertragungsfunktion, welche eine Regelgröße vom Eingang des Reglers in eine Stellgröße am Ausgang des Reglers umsetzt, frei definierbar ist. Beispielsweise können PD, PI oder PID-Regler realisiert werden. Innerhalb der verschiedenen Reglertypen können die Konstanten für die Verstärkung und die Integrationszeiten frei eingestellt werden.The Adjustment of the pumping current regulator can be done both via the Control parameters as well as over the Rule structure done. This means that the transfer function, which a controlled variable from the entrance of the controller in a manipulated variable at the output of Controller, freely definable. For example, PD, PI or PID controller can be realized. Within the different Regulator types can the constants for the reinforcement and the integration times are set freely.
In Abhängigkeit einer Auswahlgröße, welche vom Steuergerät bestimmt wird, wird jeweils die am besten geeignete Übertragungsfunktion für den Betrieb der Lambdasonde ausgewählt. Bei fortlaufender Überwachung der Abgassonde kann die Übertragungsfunktion dabei im laufenden Betrieb geändert werden, wenn sich die Auswahlgröße ändert. Dadurch wird die jeweils optimale Einstellung zwischen Geschwindigkeit und Stabilität erhalten. Fallweise ist es aber auch möglich, nur erstmalig nach dem Einbau bzw. Austausch der Abgassonde eine Übertragungsfunktion zu wählen, welche dann über die Lebensdauer des Regelkreises beibehalten wird.In dependence a selection size, which from the control unit is determined, is the most appropriate transfer function for the Operation of the lambda probe selected. With continuous monitoring the exhaust probe can be the transfer function be changed during operation, when the selection size changes. Thereby is the optimal setting between speed and stability receive. In some cases, it is also possible only for the first time after the Installation or replacement of the exhaust gas probe to choose a transfer function, which then over the life of the control loop is maintained.
Als Auswahlgröße eignet sich beispielsweise die Regelgröße, also das Messsignal der Abgassonde selbst. Alternativ kann auch die Temperatur der Abgassonde und/oder der Referenzpumpstrom zum Füllen des Referenzgasraums der Abgassonde und/oder der Feuchtegehalt des Abgases als Auswahlgröße ausgewählt werden. Sofern die Lambdasonde eine elektronisch erfassbare Codierung aufweist, kann auch diese als Auswahlgröße zur Auswahl einer Übertragungsfunktion herangezogen werden.When Selection size is suitable For example, the controlled variable, ie the measuring signal of the exhaust gas probe itself. Alternatively, the temperature the exhaust gas probe and / or the reference pump flow for filling the Reference gas space of the exhaust gas probe and / or the moisture content of the exhaust gas be selected as a selection size. If the lambda probe has an electronically detectable coding, can also choose this as the selection size a transfer function be used.
Jede der genannten Auswahlgrößen kann entweder direkt zur Auswahl einer Übertragungsfunktion herangezogen werden oder aber die zeitliche Änderung der Auswahlgröße, also deren erste Ableitung. Weiterhin kann zur Auswahl einer Übertragungsfunktion der Verlauf der Auswahlgröße in Abhängigkeit eines anderen Betriebsparameters verwendet werden.each the mentioned selection sizes can either directly to the selection of a transfer function or the temporal change of the selection size, ie their first derivative. Furthermore, to select a transfer function the course of the selection variable depending on another operating parameter can be used.
Um ein möglichst schnelles Ansprechverhalten mit kürzestmöglicher Ansprechzeit der Abgassonde sicherzustellen, wird in einer Ausführungsform der Erfindung diejenige Übertragungsfunktion ausgewählt, welche von allen gespeicherten Übertragungsfunktionen das schnellstmögliche Ansprechverhalten auf weist. Erst wenn sich im Betrieb durch Auswertung der Auswahlgröße eine Instabilität des Regelkreises zeigt, wird eine andere Übertragungsfunktion gewählt, welche ein langsameres Ansprechverhalten der Abgassonde bewirkt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass in Abhängigkeit des Betriebszustandes, des Alterungszustandes und der Fertigungstoleranzen der Sonde stets das schnellstmögliche Ansprechverhalten erzielt werden kann.Around one possible fast response with the shortest possible response time of the exhaust gas probe to ensure, in one embodiment of the invention, that transfer function selected, which of all stored transfer functions the fastest possible Responsiveness to points. Only when in operation by evaluation the selection size one instability of the control loop, another transfer function is selected, which a slower response of the exhaust probe causes. To this This ensures that, depending on the operating condition, the aging state and the manufacturing tolerances of the probe always the fastest possible Responsiveness can be achieved.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele beziehen sich dabei auf lineare Lambdasonden. Die Erfindung kann aber auch für andere Abgassonden eingesetzt werden, beispielsweise NOx-Sonden.The invention will be explained in more detail below with reference to embodiments without limitation of the general inventive idea. The exemplary embodiments relate to linear lambda probes. However, the invention can also be used for other exhaust gas probes, for example NO x probes.
In einem ersten Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren erläutert, um den Pumpstromregler an wechselnde Betriebsbedingungen der Lambdasonde optimal anzupassen.In a first embodiment a method is explained around the pump current controller to changing operating conditions of the lambda probe optimally adapt.
Hierzu werden mehrere Übertragungsfunktionen ermittelt, welche aus einer Eingangsgröße ein Regelsignal für den Pumpstrom generieren. Als Eingangsgröße wird dabei die Spannungsdifferenz zwischen der Ausgangsspannung der Nernst-Zelle und einer Referenzspannung herangezogen. Eine bestimmte Übertragungsfunktion repräsentiert dabei eine Regelstruktur und die zugehörigen Regelparameter.For this become multiple transfer functions determines which of an input variable a control signal for the pumping current to generate. As input is while the voltage difference between the output voltage of the Nernst cell and a reference voltage. A specific transfer function represents a rule structure and the associated control parameters.
Jede der so erzeugten Übertragungsfunktionen ist auf einen speziellen Betriebspunkt der Lambdasonde optimal abgestimmt. Der Betriebspunkt wird dabei durch die Temperatur der Lambdasonde und den Referenzpumpstrom definiert. Je höher die Anzahl der Übertragungsfunktionen, umso besser ist die Anpassung an den spezifischen Betriebszustand der Sonde. Daher werden mindestens zwei, bevorzugt aber mehrere Übertragungsfunktionen bestimmt.each the transfer functions thus generated is optimally tuned to a specific operating point of the lambda probe. The operating point is determined by the temperature of the lambda probe and defines the reference pump current. The higher the number of transfer functions, the better the adaptation to the specific operating condition of the Probe. Therefore, at least two, but preferably several transfer functions certainly.
Die so bestimmten Übertragungsfunktionen werden in einem Steuergerät gespeichert. Dies kann entweder analytisch geschehen, so dass das Steuergerät aus einer Eingangsgröße mittels eines Mikroprozessors ein Regelsignal berechnen kann oder aber es werden Wertetabellen als Kennfelder hinterlegt, aus welchen das Steuergerät für eine gemessene Eingangsgröße die Größe des Regelsignals ablesen kann.The so be certain transfer functions in a control unit saved. This can be done either analytically, so that the control unit from an input via a microprocessor can calculate a control signal or it Value tables are stored as maps from which the control unit for one measured input quantity is the size of the control signal can read off.
Weiterhin
weist das Steuergerät
Einrichtungen auf, welche die Sondentemperatur und den Referenzpumpstrom
kontinuierlich bestimmen. Beispielsweise könne diese Werte in festen,
vorgebbaren Zeitintervallen bestimmt oder durch einen externen Trigger
ausgelesen werden. In Abhängigkeit
dieser Auswahlgröße wird
stets diejenige Übertragungsfunktion
verwendet, welche dem Betriebszustand am besten angepasst ist. Der
Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist in
Gegenüber dem Stand der Technik ergibt sich damit die Verbesserung, dass eine Reglerauslegung mit kleinerer Phasenreserve verwendet wird, welche eine kurze Reaktionszeit des Regelkreises sicherstellt. Dadurch ist beispielsweise eine zylinderselektive Lambdaregelung auch noch bei höheren Drehzahlen und bei höheren Zylinderzahlen der Brennkraftmaschine möglich. Sofern geänderte Betriebsbedingungen anliegen, bei welchen die Gefahr einer Instabilität des Pumpstromreglers besteht, wird eine andere, besser geeignete Übertragungsfunktion ausgewählt. Auch diese weist eine geringere Phasenreserve auf als nach dem Stand der Technik und kann damit auch für diesen neuen Betriebszustand eine kürzere Ansprechzeit der Sonde sicherstellen. Dieser Vorgang wiederholt sich so oft, wie sich die Betriebsbedingungen ändern.Compared to the The state of the art thus results in the improvement that a Regulator design is used with smaller phase reserve which ensures a short reaction time of the control loop. Thereby For example, a cylinder-selective lambda control is still at higher speeds and at higher Number of cylinders of the internal combustion engine possible. If changed operating conditions concerns, in which the risk of instability of the pumping current regulator a different, more suitable transfer function is selected. Also this has a lower phase reserve than after the state technology and can therefore also for this new operating condition shorter Ensure the response time of the probe. This process is repeated as often as the operating conditions change.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt die Anpassung des Pumpstromreglers bei Erreichen der Stabilitätsgrenze.One another embodiment shows the adaptation of the pump current regulator when reaching the stability limit.
Ein instabiler Regelkreis zeichnet sich durch ein periodisches Aufschaukeln der Regelgröße aus. Im Falle einer Lambda sonde bedeutet dies, dass das Messsignal, welches zur Steuerung des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses in der Einspritzanlage verwendet wird, oszilliert. Damit ist eine Regelung der Einspritzmenge mit der geforderten Genauigkeit nicht mehr möglich. Ein gegenüber dem Stand der Technik schnelleres Ansprechen der Lambdasonde bei gleichzeitiger Sicherung eines stabilen Betriebszustands lässt sich dabei wie folgt erreichen: Es werden mehrere Übertragungsfunktionen ermittelt, welche aus einer Eingangsgröße ein Regelsignal für den Pumpstrom generieren. Als Eingangsgröße wird dabei wieder die Spannungsdifferenz zwischen der Ausgangsspannung der Nernst-Zelle und einer Referenzspannung herangezogen. Eine bestimmte Übertragungsfunktion repräsentiert dabei eine Regelstruktur und die zugehörigen Regelparameter. Die Übertragungsfunktionen unterscheiden sich dabei hinsichtlich der Reaktionsgeschwindigkeit des Reglers, mit welcher der Pumpstrom einer veränderten Spannung der Nernst-Zelle folgt. Somit gibt es mindestens eine Übertragungsfunktion mit höherer Reaktionsgeschwindigkeit des Reglers und eine weitere Übertragungsfunktion, welche eine niedrigere Reaktionsgeschwindigkeit des Reglers bewirkt. Eine größere Anzahl von Übertragungsfunktionen bewirkt hierbei wiederum eine größere Genauigkeit und eine verbesserte Dynamik des Regelverhaltens. Wie bereits im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, werden die verschiedenen Übertragungsfunktionen in einem Auswahlspeicher im Steuergerät hinterlegt.One unstable control loop is characterized by a periodic rocking the controlled variable. in the If a lambda probe, this means that the measurement signal, which for controlling the fuel / air ratio in the injection system is used oscillates. This is a regulation of the injection quantity with the required accuracy no longer possible. One opposite the State of the art faster response of the lambda probe at the same time Securing a stable operating state can be achieved as follows: There are several transfer functions determines which of an input variable a control signal for the pumping current to generate. As input is again the voltage difference between the output voltage the Nernst cell and a reference voltage used. A specific transfer function represents a rule structure and the associated control parameters. The transfer functions differ in terms of the reaction rate of the regulator, with which the pumping current of a changed voltage of the Nernst cell follows. Thus, there is at least one transfer function with higher reaction speed the controller and another transfer function, which causes a lower reaction speed of the regulator. A larger number of transfer functions this in turn causes greater accuracy and improved dynamics of the control behavior. As already in the first embodiment described, the various transfer functions are in one Selection memory in the control unit deposited.
Auch nach diesem Ausführungsbeispiel ist eine Einrichtung zur Bestimmung einer Auswahlgröße vorgesehen. Als Auswahlgröße wird in diesem Fall die Regelgröße bzw. das Messsignal der Sonde selbst verwendet. Dieses wird durch eine Diagnose überwacht, die ein Oszillieren des Sondensignals erkennt. Beispielsweise kann das Sondensignal über einen Differenzierer auf einen Komparator gegeben werden. Solange das Sondensignal durch den Pumpstromregler nahezu konstant gehalten wir, ist die erste Ableitung nach der Zeit näherungsweise null. Eine Oszillation wird dadurch erkannt, dass die erste Ableitung von null verschieden wird. Dadurch erkennt das Steuergerät die Instabilität des Regelkreises. Um den Regelkreis wieder in einen stabilen Betriebszustand zu bringen, wird von der aktuell verwendeten Übertragungsfunktion auf eine andere Übertragungsfunktion umgeschaltet, welche eine langsamere Reaktionsgeschwindigkeit des Reglers und damit eine Bedämpfung der Oszillation sicherstellt.Also according to this embodiment a facility is provided for determining a selection size. As a selection size is in this case the controlled variable or the measuring signal of the probe itself is used. This is by a Diagnosis monitored which detects an oscillation of the probe signal. For example, can the probe signal over a Differentiator can be given to a comparator. As long as that Probe signal by the pumping current controller kept almost constant we are, the first derivative after the time is approximately zero. An oscillation is recognized by the fact that the first derivative is different from zero becomes. As a result, the control unit detects the instability of the control loop. In order to bring the control loop back to a stable operating state, will change from the currently used transfer function to a other transfer function switched, which a slower reaction rate of the Regulator and thus a damping ensures the oscillation.
Durch die stetige Anpassung des Pumpstromreglers an die Stabilitätsgrenze ist stets ein schnellstmögliches Ansprechen des Pumpstromreglers sichergestellt. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Stabilitätsgrenze durch eine ungünstigen Betriebszustand, hohe Fertigungstoleranzen oder Alterung der Sonde erreicht wurde.By the constant adaptation of the pumping current regulator to the stability limit is always the fastest possible Response of the pumping current controller ensured. It plays no matter if the stability limit through an unfavorable Operating state, high manufacturing tolerances or aging of the probe was achieved.
Das nächste beschriebene Ausführungsbeispiel beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, um einen Pumpstromregler an produktionsbedingte Streuungen eines Abgassensors anzupassen.The next described embodiment describes a method and apparatus for a pumping current regulator to adapt to production-related variations of an exhaust gas sensor.
Wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel werden mehrere Übertragungsfunktionen definiert, welche sich hinsichtlich der Reaktionsgeschwindigkeit des Reglers unterscheiden, mit welcher der Pumpstrom einer veränderten Spannung der Nernst-Zelle folgt. Somit gibt es mindestens eine Übertragungsfunktion mit höherer Reaktionsgeschwindigkeit des Reglers und eine weitere Übertragungsfunktion, welche eine niedrigere Reaktionsgeschwindigkeit des Reglers bewirkt. Die Vielzahl von Übertragungsfunktionen wird wieder als diskretes Kennfeld oder analytisch in einem Auswahlspeicher eines Steuergeräts hinterlegt.As in the previous embodiment become multiple transfer functions defined, which in terms of reaction rate of the regulator, with which the pumping current of a changed Voltage of the Nernst cell follows. Thus, there is at least one transfer function with higher reaction speed the controller and another transfer function, which causes a lower reaction speed of the regulator. The variety of transfer functions is again as a discrete map or analytically in a selection memory of a ECU deposited.
Nach der Herstellung der eigentlichen Abgassonde werden deren elektrische Eigenschaften, insbesondere die Phasenlage, noch beim Hersteller vermessen. Dabei kann die Phasenlage entweder über ein komplettes Frequenzband oder nur ein einzelner Wert der Phase bei einer bestimmten Abtastfrequenz vermessen werden. Im letzten Herstellungsschritt der Abgassonde erfolgt eine Codierung der Sonde. Im einfachsten Fall kann dies eine optisch wahrnehmbare Codierung sein, beispielsweise eine Farbcodierung. Diese muss der Monteur dann nach dem Einbau der Sonde in den Abgasstrang und der Kopplung mit dem Steuergerät übertragen. Bevorzugt wird jedoch eine elektrisch auslesbare Codierung angebracht, beispielsweise mittels eines elektrischen Widerstands in der Steckverbindung der Sonde. In diesem Fall wird der Wert der elektrischen Kodierung durch automatisch wirkende Auswahlmittel durch das Motorsteuergerät erfasst.After the actual exhaust gas probe has been produced, its electrical properties, in particular the phase position, are measured by the manufacturer. In this case, the phase position can be measured either over a complete frequency band or only a single value of the phase at a certain sampling frequency. In the last manufacture Lungsschritt the exhaust probe is a coding of the probe. In the simplest case, this may be an optically perceptible coding, for example a color coding. The installer then has to transfer this after installing the probe in the exhaust gas line and the coupling with the control unit. Preferably, however, an electrically readable coding is attached, for example by means of an electrical resistance in the plug connection of the probe. In this case, the value of the electrical coding is detected by automatically acting selection means by the engine control unit.
Entsprechend der Codierung wird eine Übertragungsfunktion aus dem Auswahlspeicher des Motorgerätes ausgewählt und fortan für den Betrieb der Abgassonde verwendet, bis sich deren Codierung das nächste Mal ändert, beispielsweise durch Austausch.Corresponding the coding becomes a transfer function selected from the selection memory of the power unit and henceforth for operation the exhaust probe used until their coding changes the next time, for example through exchange.
Selbstverständlich ist es möglich das hier beschriebene Verfahren zur erstmaligen Auswahl einer Übertragungsfunktion mit einem der anderen beschriebenen Verfahren zur kontinuierlichen Überwachung zu kombinieren. Beispielsweise kann nach erstmaliger Codierung des Steuergeräts anhand der Phasenlage des Sensors zusätzlich das Messsignal der Abgassonde durch eine Diagnose überwacht werden, welche ein oszillierendes Sondensignal erkennt.Of course it is it possible the method described here for the first time selection of a transfer function with one of the other methods described for continuous monitoring to combine. For example, after initial coding of the ECU Based on the phase position of the sensor in addition the measurement signal of the exhaust gas probe be monitored by a diagnosis which detects an oscillating probe signal.
Im Folgenden wird ein weiteres Verfahren zur Anpassung des Pumpstromreglers an produktionsbedingte Streuungen des Abgassensors vorgestellt.in the Following is another method for adjusting the pumping current regulator presented to production-related variations of the exhaust gas sensor.
Wie in den beiden zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispielen wird auch in diesem Fall eine Mehrzahl von Übertragungsfunktionen berechnet, welche sich in der Ansprechgeschwindigkeit des Reglers unterscheiden. Diese werden wieder in einem Auswahlspeicher der Motorsteuerung hinterlegt.As in the two last described embodiments will also in this case, a plurality of transfer functions are calculated, which differ in the response speed of the controller. These are stored again in a selection memory of the engine control.
Bei der erstmaligen Inbetriebnahme wird initial der Reglerentwurf geladen, bei welchem die Steuergröße mit geringstmöglicher Verzögerung aus dem Regelsignal erzeugt wird.at initial commissioning, the controller design is initially loaded, where the tax size with the lowest possible delay is generated from the control signal.
Um im laufenden Betrieb diejenige Übertragungsfunktion ausfindig zu machen, welche eine größtmögliche Geschwindigkeit der Regelstrecke bei gleichzeitig maximal erreichbarer Stabilität sicherstellt, wird das Ausgangssignal der Abgassonde Als Auswahlgröße in das Motorsteuergerät eingelesen und fortlaufend überwacht.Around during operation, that transfer function to find out which is the highest possible speed of Ensures controlled system with maximum achievable stability, is the output of the exhaust gas probe as a selection in the Engine control unit read in and continuously monitored.
Im nun folgenden Auswahlverfahren wird die Temperatur der Abgassonde durch das Motorsteuergerät variiert. Beispielsweise kann dies durch eine geänderte Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Gemisches erfolgen oder durch eine elektrische Heizeinrichtung am Abgassensor. Durch dieses Verfahren wird die Temperatur der Abgassonde bestimmt, bei welcher erstmalig Oszillationen einsetzen. Aus dieser Temperatur und der gewählten Übertragungsfunktion kann damit die Phasenlage der Abgassonde im Fahrzeug bestimmt werden.in the Now the following selection method is the temperature of the exhaust gas probe through the engine control unit varied. For example, this may be due to a changed composition of the Fuel / air mixture done or by an electric heater at the exhaust gas sensor. By this method, the temperature of the exhaust gas probe determines at which oscillations begin for the first time. From this Temperature and the selected transfer function can thus be determined the phase angle of the exhaust probe in the vehicle.
Abhängig von der so festgestellten Phasenlage wird wiederum die am besten geeignete Übertragungsfunktion aus dem Auswahlspeicher ausgewählt. Diese wird so lange beibehalten, bis das Motorsteuergerät einen Austausch der aktuell eingesetzten Abgassonde erkennt. Dies kann beispielsweise durch einen manuell ausgelösten Reset des Steuergeräts erkannt werden. Alternativ kann auch eine Einrichtung zu Überwachung der Abgassonde vorgesehen werden, welche ein Abziehen des Sondensteckers erkennt. Bei der erstmaligen Inbetriebnahme des Steuergerätes mit einer bisher nicht verbauten Abgassonde wird dann wiederum das Auswahlprogramm gestartet.Depending on The phase position thus determined again becomes the most suitable transfer function selected from the selection memory. This is maintained until the engine control unit a Replacement of the currently used exhaust gas probe detects. This can for example, detected by a manually triggered reset of the controller become. Alternatively, a facility can also be used to monitor the exhaust gas probe are provided, which is a removal of the probe plug recognizes. With the initial commissioning of the control unit with a previously unused exhaust probe will then turn the selection program started.
Die Verfahren zum Betrieb einer Abgassonde, welche vorstehend beschrieben wurden, eignen sich beispielsweise zum Betrieb einer Lambdasonde zur Einstellung eines vorgebbaren Kraftstoff/Luft-Verhältnisses. Der Fachmann wird diese Verfahren jedoch auch für andere Sensoren vorsehen, welche ebenfalls unter Berücksichtigung verschiedener Einsatzbedingungen und Exemplarstreuungen mit größtmöglicher Dynamik betrieben werden sollen. Ein weiteres Beispiel für solche Sensoren ist ein Stickoxid-Sensor, welcher beispielsweise in einem Kraftfahr zeug zur Gemischbildung und zur Steuerung der Regenerationszyklen eines NOx-Speicherkatalysators verwendet werden kann. Auch ist der Einsatz nicht auf Kraftfahrzeuge beschränkt, vielmehr kann der Einsatz an sämtlichen Abgassträngen von Brennkraftmaschinen erfolgen, unabhängig davon, ob diese stationär, auf Booten, Schienen- oder Straßenfahrzeugen eingesetzt werden. Auch ein Einsatz in Feuerungsanlagen, beispielsweise Heizungsanlagen, ist möglich, um auch hier die Dynamik der Regelung zu verbessern. Eine solchermaßen verbesserte Reaktionszeit der Regelung trägt damit unmittelbar zu einer Verringerung der Schadstoffemissionen bei.The methods for operating an exhaust gas probe which have been described above are suitable, for example, for operating a lambda probe for setting a predefinable air / fuel ratio. However, the person skilled in the art will also provide these methods for other sensors which should also be operated with the greatest possible dynamics, taking into account various conditions of use and specimen scattering. Another example of such sensors is a nitrogen oxide sensor, which can be used for example in a motor vehicle for mixture formation and for controlling the regeneration cycles of a NO x storage catalytic converter. Also, the use is not limited to motor vehicles, but the use can be made on all exhaust gas lines of internal combustion engines, regardless of whether they are stationary, used on boats, rail or road vehicles. A use in combustion plants, such as heating systems, is possible to improve the dynamics of the scheme here. Such an improved reaction time of the control thus contributes directly to a reduction of pollutant emissions.
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