DE102008044313A1

DE102008044313A1 - Method for measuring the total pressure with a gas probe

Info

Publication number: DE102008044313A1
Application number: DE200810044313
Authority: DE
Inventors: Lothar Diehl; Thomas Moser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2010-06-10
Also published as: ITMI20092092A1; IT1396631B1; FR2939197B1; FR2939197A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Messung des Gesamtdrucks unter Verwendung einer Gassonde (10), insbesondere einer Breitband-Lambdasonde, bereitgestellt, bei dem die Gassonde (10) wenigstens ein Heizelement (17) umfasst. Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass die Solltemperatur des Heizelements (17) während des Betriebs der Gassonde (10) moduliert wird und dass aus der Temperaturabhängigkeit des resultierenden Pumpstroms auf den Gesamtdruck geschlossen wird.A method is provided for measuring the total pressure using a gas probe (10), in particular a broadband lambda probe, in which the gas probe (10) comprises at least one heating element (17). In the method, it is provided that the setpoint temperature of the heating element (17) is modulated during the operation of the gas probe (10) and that it is concluded from the temperature dependence of the resulting pumping current on the total pressure.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Gesamtdrucks unter Verwendung einer Gassonde, insbesondere einer Breitband-Lambdasonde. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung der Temperatur einer Gassonde. Weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt, die zur Durchführung der Verfahren geeignet sind.The The present invention relates to a method of measuring the total pressure using a gas probe, in particular a broadband lambda probe. Furthermore, the invention relates to a method for measuring the temperature a gas probe. Other items The present invention is a computer program and a computer program product. to carry out the methods are suitable.

Stand der TechnikState of the art

Elektrochemische Gassensoren in Form von Lambdasonden werden in großer Zahl in Abgassystemen von Verbrennungsmotoren und Kraftfahrzeugen eingesetzt, um für die Motorsteuerung Signale über die Abgaszusammensetzung bereitstellen zu können. Auf diese Weise kann der Motor so betrieben werden, dass die Abgase eine optimale Zusammensetzung für die Nachbehandlung mit im Abgassystem heute üblicherweise vorhandenen Katalysatoren aufweisen.electrochemical Gas sensors in the form of lambda probes are in large numbers used in exhaust systems of internal combustion engines and motor vehicles, around for the engine control signals over be able to provide the exhaust gas composition. This way you can The engine can be operated so that the exhaust gases have an optimal composition for the Aftertreatment with catalysts usually present in the exhaust system today exhibit.

Im Stand der Technik sind unterschiedliche Lambdasonden bekannt, die zur Bestimmung der Luftzahl (Lambda) als Maß für das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff im Abgas verwendet werden. Hierbei findet ein Vergleich des Restsauerstoffgehalts im Abgas mit dem Luftsauerstoffgehalt statt. Neben sogenannten Sprungsonden, die im Bereich von Lambda = 1, also bei einem stöchiometrischen Verhältnis von Luft zu Kraftstoff, arbeiten, kommen für Dieselmotoren und Ottomotoren, die auch außerhalb des Lambda = 1-Bereichs betrieben werden, sogenannte Breitband-Lambdasonden zum Einsatz. Diese bestehen im Wesentlichen aus einer Kombination einer herkömmlichen, als galvanische Zelle wirkenden Konzentrationssonde (Nernst-Sonde) sowie einer Grenzstrom- oder Pumpzelle. Die Sonde weist einen Messgasraum auf, der über eine Diffusionsbarriere mit dem Abgas in Verbindung steht. Daneben wird die Gaszusammensetzung im Messgas über einen Pumpstrom beeinflusst, der durch Anlegen einer Spannung an die Pumpzelle den Transport von Sauerstoff polaritätsabhängig in den Messgasraum hinein oder aus diesem heraus bewirkt. Der Pumpstrom wird dabei so eingestellt, dass der durch den elektrischen Strom der Pumpzelle hervorgerufene Sauerstoffstrom den Sauerstoffstrom durch den Diffusionskanal genau ausgleicht, so dass das Gas im Messgasraum auf Lambda = 1 eingestellt wird. Bei Luftüberschuss im Abgas, im sogenannten Magerbereich, wird Sauerstoff abgepumpt, wohingegen bei geringem Restsauerstoffgehalt im Abgas, im sogenannten fetten Bereich, durch Umkehrung der Pumpspannung Sauerstoff zugeführt wird. Die Messung der Konzentration im Messgasraum erfolgt anhand der Bestimmung der Nernstspannung zwischen einer Nernstelektrode im Messgasraum und einer sauerstoffbespülten Referenzelektrode. Um eine derartige Sonde auf Betriebstemperatur zu bringen, ist in der Regel wenigstens ein Heizelement vorgesehen, das in dem das Sensorelement bildenden Festelektrolyten eingebettet ist.in the State of the art, different lambda probes are known, the for determining the air ratio (lambda) as a measure of the ratio of air to fuel be used in the exhaust. Here is a comparison of the residual oxygen content in the exhaust gas with the oxygen content instead. In addition to so-called jump probes, in the range of lambda = 1, ie at a stoichiometric ratio of Air to fuel, work, come for diesel engines and gasoline engines, the outside too of the lambda = 1 range are operated, so-called broadband lambda probes for use. These consist essentially of a combination a conventional, Concentrating probe acting as galvanic cell (Nernst probe) as well as a limiting current or Pumping cell. The probe has a measuring gas space, which has a Diffusion barrier with the exhaust gas is in communication. Next to it will be influences the gas composition in the measuring gas via a pumping current, the transport by applying a voltage to the pump cell of oxygen polarity dependent in causes the sample gas chamber into or out of this. The pumping current is adjusted so that by the electric current of Pump cell caused oxygen flow through the oxygen flow precisely balances the diffusion channel so that the gas in the sample gas space is set to lambda = 1. With excess air in the exhaust gas, in the so-called Lean area, oxygen is pumped out, whereas at low Residual oxygen content in the exhaust gas, in the so-called rich range, through Inversion of the pumping voltage is supplied to oxygen. The measurement of concentration in the sample gas chamber is determined by determining the Nernst voltage between a Nernst electrode in the sample gas space and an oxygen-purged reference electrode. To bring such a probe to operating temperature, is in usually provided at least one heating element, in which the Embedded sensor element forming solid electrolyte.

Mit einer Gassonde soll der Molenbruch einer bestimmten Gaskomponente bestimmt werden. Bei einer Lambdasonde ist dies der Molenbruch des Sauerstoffs. Diese Information kann genutzt werden, um den Motor geeignet zu betreiben. Da die Diffusion einer Gaskomponente durch die Diffusionsbarriere durch den Partialdruck der jeweiligen Gaskomponente im gesamten Gas bestimmt wird, kann die Sonde nur den Partialdruck der jeweiligen Gaskomponente erfassen bzw. messen. Erst bei bekanntem Gesamtdruck p_g, der die Summe aller Partialdrücke der verschiedenen Gaskomponenten wiedergibt, kann aus dem Partialdruck p_i auf den Molenbruch X_i umgerechnet werden. Es gilt die Formel X_i = p_i/p_g. Für die Ermittlung des Molenbruchs X_i ist daher eine Ermittlung des Gesamtdrucks p_g erforderlich.With a gas probe, the mole fraction of a specific gas component should be determined. For a lambda probe, this is the mole fraction of oxygen. This information can be used to operate the engine properly. Since the diffusion of a gas component through the diffusion barrier is determined by the partial pressure of the respective gas component in the entire gas, the probe can only measure or measure the partial pressure of the respective gas component. Only at a known total pressure p _g , which represents the sum of all partial pressures of the various gas components, can be converted from the partial pressure p _i to the mole fraction X _i . The formula X _i = p _i / p _g applies. For the determination of the mole fraction X _i , therefore, a determination of the total pressure p _{g is} required.

Üblicherweise wird bisher der Gesamtdruck über einen externen Drucksensor oder über ein Abgasdruckmodell aus dem Massenfluss ermittelt. Der Einsatz eines externen Drucksensors hat den entscheidenden Nachteil, dass hierfür zusätzliche Sensoren mit entsprechendem apparativen und schaltungstechnischen Aufwand erforderlich sind, die nicht unerhebliche Kosten verursachen. Der Einsatz eines theoretischen Abgasdruckmodells, aus dem unter Verwendung des Massenflusses der Gesamtdruck ermittelbar ist, ist mit verhältnismäßig großen Fehlern belastet, die bei verschiedenen Anwendungen gegebenenfalls nicht akzeptabel sind. Beispielsweise ist es Voraussetzung für eine akzeptable Verwendung eines Abgasdruckmodells, dass die verwendete Gas sonde, insbesondere eine Breitband-Lambdasonde, nur eine geringe statische Druckabhängigkeit des Ausgangssignals aufweist, damit sich der Fehler im Abgasdruckmodell nicht zu sehr im Ausgangssignal als Fehler bemerkbar macht.Usually so far the total pressure is over an external pressure sensor or over an exhaust pressure model determined from the mass flow. The use An external pressure sensor has the major disadvantage that therefor additional Sensors with appropriate apparatus and circuitry Costs are required, which cause significant costs. The use of a theoretical exhaust pressure model, from the Use of the mass flow of the total pressure can be determined is with relatively large errors loaded, which may not work in different applications are acceptable. For example, it is a prerequisite for an acceptable Using an exhaust pressure model that the gas probe used, in particular a broadband lambda probe, only a small static pressure dependence of the output signal, so that the error in the exhaust pressure model not too much in the output signal as an error noticeable.

Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Messung des Gesamtdrucks bereitzustellen, das auf bekannte Sensorgeometrien zurückgreift und keine weiteren wesentlichen Kosten verursacht. Insbesondere soll auf bereits bestehende Gassonden zurückgegriffen werden können.The The invention therefore has as its object, a method for measuring provide the total pressure, which relies on known sensor geometries and caused no further significant costs. Especially should be able to fall back on existing gas probes.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, wie es im Anspruch 1 beschrieben ist. Bevorzugte Ausführungsformen dieses Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.These The object is achieved by a method as described in claim 1 is. Preferred embodiments These methods are presented in the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Messung des Gesamtdrucks unter Verwendung einer Gassonde, insbesondere einer Breitband-Lambdasonde, wie sie üblicherweise zur Bestimmung des Restsauerstoffgehalts im Abgas eines Verbrennungsmotors eingesetzt werden kann. Die Gassonde umfasst wenigstens eine Pumpzelle, wenigstens einen Messgasraum mit wenigstens einer Diffusionsbarriere und wenigstens ein Heizelement, vorzugsweise ein geregeltes Heizelement. Erfindungsgemäß wird die Solltemperatur des Heizelements während des Betriebs der Gassonde moduliert betrieben. Aus der Temperaturabhängigkeit des bei Modulation der Solltemperatur des Heizelements resultierenden Pumpstroms wird auf den Gesamtdruck, insbesondere auf den Gesamtdruck in der Gassonde, geschlossen. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass für eine herkömmliche Gassonde ohne Veränderung des Aufbaus der Gassonde ein Betriebsmodus bereitgestellt wird, der die Bestimmung des Gesamtdrucks zulässt. Aus dem ermittelten Gesamtdruck p_g kann unter Verwendung des gemessenen Wertes für den Partialdruck p_i der Gaskomponente, beispielsweise des Sauerstoffpartialdrucks, der Molenbruch X_i von Sauerstoff ermittelt werden gemäß der Formel Xi = pi/pg. The method according to the invention is used to measure the total pressure using a gas probe, in particular a broadband lambda probe, as can usually be used to determine the residual oxygen content in the exhaust gas of an internal combustion engine. The gas probe comprises at least one pumping cell, at least one measuring gas chamber with at least one diffusion barrier and at least one heating element, preferably a controlled heating element. According to the invention, the setpoint temperature of the heating element is operated modulated during the operation of the gas probe. From the temperature dependence of the resulting upon modulation of the setpoint temperature of the heating pumping current is on the total pressure, in particular the total pressure in the gas probe, closed. This method has the advantage that, for a conventional gas probe, without changing the structure of the gas probe, an operating mode is provided which permits the determination of the total pressure. From the determined total pressure p _g can be determined using the measured value for the partial pressure p _{i of} the gas component, for example, the oxygen partial pressure, the mole fraction X _i of oxygen according to the formula X i = p i / p G ,

Unter Berücksichtigung dieser Information kann eine Korrektur bei der Auswertung des Ausgangssignals der Gassonde vorgenommen werden. Mit besonderem Vorteil wird daher der gemessene Gesamtdruck bei der Auswertung des Signals der Lambda-Sonde zur Ermittlung einer das Messgas kennzeichnenden Größe, insbesondere der Luftkennzahl, berücksichtigt.Under consideration This information can be a correction in the evaluation of the output signal the gas probe are made. With particular advantage is therefore the measured total pressure in the evaluation of the signal of the lambda probe for determination a parameter characterizing the sample gas, in particular the air code, considered.

Grundlage der Erfindung ist, dass die bei der Modulation der Solltemperatur des Heizelements erzeugte relative Signalamplitude des resultierenden Pumpstroms ein Maß für den Gesamtdruck darstellt, da durch eine Gesamtdruckerhöhung die mittlere freie Weglänge der Diffusionsprozesse von Werten größer als der mittlere Porenradius, das heißt also im Bereich einer Knudsendiffusion mit kleiner Temperaturabhängigkeit, zu Werten kleiner als der mittlere Porenradius, das heißt im Bereich einer Gasphasendiffusion mit großer Temperaturabhängigkeit, gebracht wird. Die mittlere freie Weglänge ist bei bekannter Gasart nicht konzentrationsabhängig. Zudem verändern sich die mittleren Porenradien nicht mit dem O₂-Partialdruck im Abgas. Daher kann in allen Punkten einer Kennlinie aus der relativen Änderung des Grenzstroms auf den Gesamtdruck geschlossen werden. Gemäß physikalischer Abhängigkeiten erhält man für eine Temperaturänderung ΔT eine Änderung des Pumpstroms ΔI_p nur bei einem bestimmten Druck p.The basis of the invention is that the relative signal amplitude of the resulting pumping current generated in the modulation of the setpoint temperature of the heating element represents a measure of the total pressure, since by an overall pressure increase, the mean free path of the diffusion processes of values greater than the average pore radius, that is in the range a Knudsendiffusion with small temperature dependence, to values less than the average pore radius, that is in the range of gas phase diffusion with high temperature dependence, brought. The mean free path length is not concentration dependent for known gas. In addition, the average pore radii do not change with the O ₂ partial pressure in the exhaust gas. Therefore, in all points of a curve, it can be concluded from the relative change in the limiting current to the total pressure. In accordance with physical dependencies, a change in the pumping current ΔI _p is obtained for a temperature change ΔT only at a certain pressure p.

In den Bereichen der Knudsendiffusion bei kleinem Gesamtdruck ist die Temperaturabhängigkeit klein, bei größerem Gesamtdruck ist die Temperaturabhängigkeit größer. Diese Abhängigkeit lässt sich aus Darstellungen der Funktion Ip = f(p_g, T) herleiten.In the areas of Knudsendiffusion at low total pressure, the temperature dependence is small, at higher total pressure, the temperature dependence is greater. This dependence can be derived from representations of the function Ip = f (p _g , T).

Erfindungsgemäß wird daher die Variation des Ausgangssignals unter Berücksichtigung der erfolgten Modulation der Solltemperatur ausgewertet und in Bezug zum Gesamtdruck gesetzt. Vorzugsweise wird die Variation des Ausgangssignals synchron zur Sollvorgabe für die Temperatur des Heizelements ausgewertet.Therefore, according to the invention the variation of the output signal taking into account the occurred Modulation of the setpoint temperature evaluated and in relation to the total pressure set. Preferably, the variation of the output signal becomes synchronous to the target for evaluated the temperature of the heating element.

Mit besonderem Vorteil erfolgt die Modulation der Solltemperatur über den Innenwiderstand des Heizelements, beispielsweise durch Änderung der Sollvorgabe für die Innenwiderstandsregelung.With Particularly advantageous is the modulation of the setpoint temperature over the Internal resistance of the heating element, for example by changing the target for the internal resistance control.

Vorzugsweise erfolgt die Modulation über eine periodische Veränderung der Solltemperatur um einen vorgebbaren Wert herum, insbesondere um einen üblichen bzw. einen normalen Wert. In besonders bevorzugter Weise erfolgt die Modulation über eine sinusförmige Veränderung der Solltemperatur.Preferably the modulation takes place via a periodic change the target temperature around a predetermined value around, in particular a usual or a normal value. In a particularly preferred manner the modulation over one sinusoidal change the set temperature.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verfahren und die Modulation der Solltemperatur des Heizelements bei statischem Abgas, vorzugsweise im Schubbetrieb, durchgeführt. Durch die Bestimmung des Gesamtdrucks während des Schubbetriebs kann die Genauigkeit des Schubabgleichs erheblich verbessert werden. Hierdurch wird es möglich, auch Breitband-Lambdasonden mit verhältnismäßig hoher statischer Druckabhängigkeit zu verwenden, da der resultierende Fehler durch die Berücksichtigung des gemessenen Gesamtdrucks kompensiert werden kann. Eine hohe statische Druckabhängigkeit ist insbesondere beim Einsatz von kleinen Porenradien in der Diffusionsbarriere zu beobachten.In a preferred embodiment the method according to the invention becomes the process and the modulation of the setpoint temperature of the heating element in the case of static exhaust gas, preferably in overrun operation. By the determination of the total pressure during the pushing operation, the Accuracy of the thrust balance can be significantly improved. hereby will it be possible also broadband lambda probes with relatively high static pressure dependence to use because of the resulting error by consideration the measured total pressure can be compensated. A high static pressure dependence is especially when using small pore radii in the diffusion barrier to observe.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung des Gesamtdrucks bei einem Betrieb der Gassonde mit dynamischem Abgas, insbesondere im Normalbetrieb, erfolgt mit Vorteil eine geeignete Mittelung der erfassten Temperaturabhängigkeiten des resultierenden Pumpstroms, um eine Störung der Messergebnisse durch Gesamtdruckpulse der Einfüllzylinder zu eliminieren.at the implementation the method according to the invention for measuring the total pressure during operation of the gas probe with dynamic exhaust gas, especially in normal operation, takes place with advantage an appropriate averaging of the detected temperature dependencies of the resulting pump current to disturb the measurement results Total pressure pulses of the filling cylinder to eliminate.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Diffusionsbarriere der Gassonde derart ausgelegt, dass der Übergang des Diffusionsverhaltens der Komponenten des Messgases zwischen Knudsen- und Gasphasendiffusion im Betriebsbereich der Sonde, insbesondere bei cirka 1 bar, erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass die Steigungsänderung und damit die Druckempfindlichkeit der messbaren Temperaturabhängigkeit des resultierenden Pumpstroms am größten ist. Eine Diffusionsbarriere mit einem mittleren Porendurchmesser von ca. 0,6 μm bewirkt ungefähr gleiche Anteile an Knudsen- und Gasphasendiffusion und ist deshalb günstig im Übergangsbereich positioniert und erfindungsgemäß bevorzugt.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the diffusion barrier of the gas probe is designed such that the transition of the diffusion behavior of the components of the measuring gas between Knudsen and gas phase diffusion in the operating range of the probe, in particular at about 1 bar occurs. This has the advantage that the slope change and thus the pressure sensitivity of the measurable temperature dependent keits of the resulting pumping current is greatest. A diffusion barrier with an average pore diameter of about 0.6 microns causes approximately equal proportions of Knudsen and gas phase diffusion and is therefore conveniently positioned in the transition region and preferred according to the invention.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Messung der Temperatur einer Gassonde, insbesondere einer Breitband-Lambdasonde, wobei während des Betriebs der Gassonde der Druck moduliert wird und aus der Druckabhängigkeit des resultierenden Pumpstroms auf die Sondentemperatur geschlossen wird. Dieses Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass gemäß den obigen Ausführungen bei einer Modulation des Gesamtdrucks aus der erzeugten relativen Signalamplitude des resultierenden Pumpstroms die Temperatur der Sonde bestimmt werden kann. Dieses Verfahren wird vorzugsweise bei kleinen Drücken durchgeführt, da bei kleinen Drücken eine Druckmodulation zu einer verhältnismäßig größeren Änderung des Pumpstroms führt. Bezüglich weiterer Einzelheiten zur Durchführung dieses Verfahrens wird auf die obigen Ausführungen Bezug genommen.The The invention further comprises a method for measuring the temperature a gas probe, in particular a broadband lambda probe, wherein during the Operation of the gas probe the pressure is modulated and from the pressure dependence the resulting pumping current is closed to the probe temperature becomes. This method is based on the finding that according to the above Versions at a modulation of the total pressure from the generated relative signal amplitude the resulting pumping current, the temperature of the probe can be determined can. This process is preferably carried out at low pressures since at small pressures a pressure modulation leads to a relatively larger change in the pumping current. Regarding further Details of implementation This method is referred to the above statements.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das alle Schritte des beschriebenen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Schließlich umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Computer oder einem Steuergerät ausgeführt wird.The The invention further comprises a computer program comprising all the steps performs the described method when it is on a computing device or a control unit expires. After all the invention comprises a computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for carrying out the described procedure when the program is on a computer or a control unit is performed.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen und den Unteransprüchen. Hierbei können die verschiedenen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of the drawings in conjunction with the embodiments and the dependent claims. Here you can the different features individually or in combination be realized with each other.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

In den Zeichnungen zeigen:In show the drawings:

1 eine schematische Darstellung einer Breitband-Lambdasonde aus dem Stand der Technik; 1 a schematic representation of a broadband lambda probe of the prior art;

2 Diagramme zum zeitlichen Verlauf des Innenwiderstands und des Pumpstroms in einer Nernstzelle gemäß dem Stand der Technik; 2 Diagrams for the time course of the internal resistance and the pumping current in a Nernst cell according to the prior art;

3 Diagramme zum zeitlichen Verlauf des Innenwiderstands und des Pumpstroms in einer Nernstzelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens im Schubbetrieb und 3 Diagrams for the time course of the internal resistance and the pumping current in a Nernst cell according to a preferred embodiment of the method according to the invention in overrun mode and

4 Diagramme zum zeitlichen Verlauf des Innenwiderstands und des Pumpstroms in einer Nernstzelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens im Lambda = 1-Betrieb. 4 Diagrams for the time course of the internal resistance and the pumping current in a Nernst cell according to a preferred embodiment of the method according to the invention in Lambda = 1 operation.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Bei der in der 1 gezeigten Breitband-Lambdasonde 10 gemäß dem Stand der Technik gelangt Abgas 12 durch eine kleine Öffnung 13 einer Pumpzelle 14 und eine Diffusionsbarriere 11 in den eigentlichen Messgasraum 15 einer Nernstzelle 20. An die Nernstzelle 20 schließt sich ein Referenzgasraum 16 an, in dem ein Sauerstoff-Referenzgas enthalten ist. In dem Messgasraum 15 wird stets ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Eine in einem Steuergerät 21 oder dergleichen angeordnete Auswerte- und Regelschaltung 22 regelt eine an der Pumpzelle 14 anliegende Pumpspannung so, dass die Zusammensetzung des Gases im Messgasraum 15 konstant bei Lambda = 1 liegt. Bei magerem Abgas 12 pumpt die Pumpzelle 14 Sauerstoff vom Messgasraum 15 nach außen. Bei fettem Abgas 12 muss hingegen der Sauerstoff aus dem Abgas 12 der Umgebung in den Messgasraum 15 gepumpt werden und damit die Richtung des elektrischen Pumpstroms umgekehrt werden. Der Pumpstrom ist dabei proportional zur Sauerstoffkonzentration bzw. dem Sauerstoffbedarf. So ist der Pumpstrom ein Maß für Lambda im Abgas. Ein integrierter Heizer 17 sorgt für eine Betriebstemperatur von beispielsweise mindestens 600°C, vorzugsweise ca. 750°C.When in the 1 shown broadband lambda probe 10 According to the prior art exhaust gas passes 12 through a small opening 13 a pump cell 14 and a diffusion barrier 11 into the actual sample gas chamber 15 a Nernst cell 20 , To the Nernst cell 20 closes a reference gas space 16 in which an oxygen reference gas is contained. In the sample gas chamber 15 a stoichiometric air-fuel ratio is always set. One in a control unit 21 or the like arranged evaluation and control circuit 22 regulates one at the pump cell 14 applied pumping voltage so that the composition of the gas in the sample gas space 15 constant at lambda = 1. For lean exhaust 12 pumps the pump cell 14 Oxygen from the sample gas chamber 15 outward. With rich exhaust 12 on the other hand, the oxygen must be removed from the exhaust gas 12 the environment into the measuring gas chamber 15 be pumped and thus reversed the direction of the electric pumping current. The pumping current is proportional to the oxygen concentration or the oxygen demand. Thus, the pumping current is a measure of lambda in the exhaust gas. An integrated heater 17 ensures an operating temperature of, for example, at least 600 ° C, preferably about 750 ° C.

Die Einstellung des Pumpstroms erfolgt über die Auswerte- und Regelschaltung 22, welche die Nernstspannung mit einer intern erzeugten Referenzspannung von 450 mV vergleicht. Sobald eine Abweichung Δ vorliegt, kann diese Abweichung in der Schaltung 22 verstärkt und als der Pumpstrom I_Pump in die Pumpzelle 14 eingespeist werden. Dadurch wird Sauerstoff in bzw. aus dem Messgasraum 15 gepumpt und die Nernstspannung stabilisiert sich auf 450 mV. Der Pumpsstrom oder die über einen Widerstand (R₁) 23 abfallende Ausgangsspannung U_Sonde wird als Ausgangssignal der Sonde 10 ausgewertet.The adjustment of the pumping current takes place via the evaluation and control circuit 22 which compares the Nernst voltage with an internally generated reference voltage of 450 mV. As soon as there is a deviation Δ, this deviation can occur in the circuit 22 amplified and as the _pumping current I _pump into the pumping cell 14 be fed. As a result, oxygen in or out of the sample gas space 15 pumped and the Nernst voltage stabilizes at 450 mV. The pump current or via a resistor (R ₁ ) 23 decreasing output voltage U _Probe is the output signal of the probe 10 evaluated.

2 zeigt die zeitlichen Verläufe des Innenwiderstandes und des resultierenden Pumpstroms in einer Lambdasonde, insbesondere einer Nernstzelle, gemäß dem Stand der Technik. Hierbei ist in Diagramm A der Sollwert des Innenwiderstandes Ri der Nernstzelle im Zeitverlauf dargestellt. Der Sollwert ist hier auf 300 Ohm eingestellt. In Diagramm B ist der resultierende Pumpstrom I als Ausgangssignal der Lambda-Sonde im Zeitverlauf dargestellt, wobei ein linearer gleichbleibender Pumpstrom zu beobachten ist. Diagramm C zeigt den gemessenen Innenwiderstand Ri der Nernstzelle, der sich ebenfalls gleichbleibend auf 300 Ohm einstellt. Es ergibt sich hierbei ein stationärer Diffusionsstrom und damit ein konstanter Sauerstoff-Pumpstrom. 2 shows the time courses of the internal resistance and the resulting pumping current in a lambda probe, in particular a Nernst cell, according to the prior art. In this case, in diagram A, the nominal value of the internal resistance Ri of the Nernst cell is shown over time. The setpoint is set here to 300 ohms. In Diagram B, the resulting pumping current I is shown as an output signal of the lambda probe over time, with a linear constant pumping current is observed. Diagram C shows the measured internal resistance Ri of the Nernst cell, which likewise adjusts itself to 300 ohms. This results in a stationary diffusion flow and thus a constant oxygen pumping current.

In 3 sind Diagramme A, B und C gezeigt, die den Zeitverlauf des Innenwiderstands Ri und des resultierenden Pumpstroms I bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Schubbetrieb zeigen. Diagramm A gibt den Sollwert des Innenwiderstandes Ri der Nernstzelle wieder, der periodisch im Zeitverlauf moduliert wird. Insbesondere wird der Sollwert des Innenwiderstandes sinusförmig oberhalb von 300 Ohm moduliert. Der resultierende Pumpstrom I, der in Diagramm B dargestellt ist, variiert phasengleich durch ein entsprechend vergrößertes bzw. verkleinertes Ausgangssignal der Lambda-Sonde. Der tatsächlich eingestellte Innenwiderstand Ri der Nernstzelle bei Variation des Sollwertes Ri ist im Diagramm C dargestellt. Die Variation des gemessenen Innenwiderstandes entspricht der Modulation des Sollwertes um 300 Ohm.In 3 diagrams A, B and C are shown, which show the time course of the internal resistance Ri and the resulting pumping current I when carrying out the method according to the invention in the overrun mode. Diagram A shows the setpoint of the internal resistance Ri of the Nernst cell, which is periodically modulated over time. In particular, the nominal value of the internal resistance is modulated sinusoidally above 300 ohms. The resulting pumping current I, which is shown in diagram B, varies in phase by a correspondingly enlarged or reduced output signal of the lambda probe. The actually set internal resistance Ri of the Nernst cell with variation of the setpoint value Ri is shown in diagram C. The variation of the measured internal resistance corresponds to the modulation of the setpoint by 300 ohms.

Erfindungsgemäß erfolgt die Sollwerteinstellung des Innenwiderstands der Nernstzelle über eine Modulation der Solltemperatur des Heizelements 17. Dies hat den Vorteil, dass zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits vorhandene Sensorgeometrie ohne Weiteres eingesetzt werden können. Es ist lediglich erforderlich, die Steuerung der Gassonde entsprechend anzupassen bzw. einzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich daher mit Vorteil in einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, beispielsweise in Form eines Programmcodes oder einer geeigneten elektronischen Schaltung, realisieren.According to the invention, the setpoint adjustment of the internal resistance of the Nernst cell takes place via a modulation of the setpoint temperature of the heating element 17 , This has the advantage that already existing sensor geometry can readily be used to carry out the method according to the invention. It is only necessary to adjust or adjust the control of the gas probe accordingly. The method according to the invention can therefore be implemented advantageously in a control unit of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, for example in the form of a program code or a suitable electronic circuit.

Die Solltemperatur des Heizelements 17 wird vorzugsweise um einen vorgebbaren Wert herum, insbesondere um den normalen Wert periodisch verändert, indem die Sollvorgabe für die Innenwiderstandsregelung entsprechend geändert wird. Die resultierende Variation des Ausgangssignals der Gassonde, insbesondere des Pumpstroms, wie er in Diagramm B gezeigt ist, wird synchron zur Sollvorgabe, gemäß Diagramm A ausgewertet. Dies wird über den Ausgangstrom normiert. Die relative Amplitude der Variation des resultierenden Pumpstroms in Abhängigkeit vom Innenwider stand der Nernstzelle bzw. von der Temperatur hängt direkt mit dem statischen Druck zusammen, so dass aus der relativen temperaturabhängigen Variation ein Wert für den Gesamtdruck abgeleitet werden kann.The setpoint temperature of the heating element 17 is preferably changed by a predetermined value around, in particular by the normal value periodically by the target value for the internal resistance control is changed accordingly. The resulting variation of the output signal of the gas probe, in particular the pumping current, as shown in diagram B, is evaluated in synchronism with the target specification, according to diagram A. This is normalized via the output current. The relative amplitude of the variation of the resulting pumping current as a function of the internal resistance of the Nernst cell or of the temperature is directly related to the static pressure, so that a value for the total pressure can be derived from the relative temperature-dependent variation.

4 zeigt die zeitlichen Verläufe des Innenwiderstandes und des resultierenden Pumpstroms bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dynamischem Abgas, insbesondere im Normalbetrieb, beispielsweise beim Lambda = 1-Betrieb. Diagramm A zeigt den sinusförmig modulierten Sollwert des Innenwiderstandes Ri der Nernstzelle oberhalb von 300 Ohm. In Diagramm B ist der zeitliche Verlauf des resultierenden Pumpstroms I der Gassonde dargestellt, der sinusförmig in gegenläufiger Phase variiert. Diagramm C zeigt den tatsächlichen, insbesondere den gemessenen Innenwiderstand Ri der Nernstzelle, der um 300 Ohm sinusförmig im Zeitverlauf variiert. Die Solltemperatur des Heizelements und damit der Innenwiderstand Ri der Nernstzelle wird um einen vorgebbaren Wert herum, insbesondere um einen üblichen Wert durch Änderung der Sollvorgabe für die Innenwiderstandsregelung gemäß Diagramm A periodisch verändert. Aufgrund dieser periodischen Veränderung stellt sich der Innenwiderstand der Nernstzelle entsprechend ein, wie im Diagramm C dargestellt. Die Variation des Ausgangsstroms der Sonde wird synchron zur Sollvorgabe ausgewertet. Dies wird über den Ausgangsstrom normiert. Dabei werden nur Zustände ausgewertet, in denen die nicht synchrone Änderung des Ausgangssignals eine bestimmte Grenze nicht überschreitet. Die relative Amplitude der Variation des Ausgangssignals gemäß Diagramm B, das heißt der Diffusionsstroms bzw. Pumpstroms in Abhängigkeit von der Temperatur, hängt direkt mit dem statischen Druck zusammen, der aus dieser relativen Amplitude bestimmt werden kann. 4 shows the time courses of the internal resistance and the resulting pumping current when carrying out the method according to the invention with dynamic exhaust gas, in particular in normal operation, for example, when lambda = 1 operation. Diagram A shows the sinusoidally modulated nominal value of the internal resistance Ri of the Nernst cell above 300 ohms. Diagram B shows the time profile of the resulting pumping current I of the gas probe, which varies sinusoidally in the opposite phase. Diagram C shows the actual, in particular the measured, internal resistance Ri of the Nernst cell, which varies sinusoidally over time by 300 ohms. The setpoint temperature of the heating element and thus the internal resistance Ri of the Nernst cell is changed periodically by a predeterminable value, in particular by a customary value by changing the setpoint for the internal resistance control according to diagram A. Due to this periodic change, the internal resistance of the Nernst cell adjusts accordingly, as shown in diagram C. The variation of the output current of the probe is evaluated synchronously to the target specification. This is normalized via the output current. Only states are evaluated in which the non-synchronous change of the output signal does not exceed a certain limit. The relative amplitude of the variation of the output signal according to diagram B, that is, the diffusion current or pumping current as a function of the temperature, is directly related to the static pressure, which can be determined from this relative amplitude.

Das vorstehend beschriebene Verfahren kann beispielsweise als Computerprogramm auf einem Rechengerät, insbesondere einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine, implementiert sein und dort ablaufen. Der Programmcode kann beispielsweise auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein, den ein Steuergerät lesen kann.The The method described above can be used, for example, as a computer program on a computing device, in particular a control unit of a Internal combustion engine, be implemented and run there. The program code may for example be stored on a machine-readable carrier, a control unit can read.

Claims

Method for measuring the total pressure using a gas probe ( 10 ), in particular a broadband lambda probe, wherein the gas probe ( 10 ) at least one heating element ( 17 ), characterized in that the setpoint temperature of the heating element ( 17 ) during operation of the gas probe ( 10 ) is modulated and is closed from the temperature dependence of the resulting pumping current on the total pressure.

A method according to claim 1, characterized in that the measured total pressure in the evaluation of the signal of the gas probe ( 10 ), in particular the broadband lambda probe, for determining a variable characterizing a measuring gas, in particular the air flow index, is taken into account.

Method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the modulation of the Setpoint temperature via the internal resistance of the heating element ( 17 ) he follows.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the modulation of the setpoint temperature over a periodic change the set temperature is done by a predetermined value.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the modulation of the setpoint temperature over a sinusoidal change the set temperature takes place.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the method in static exhaust gas, in particular in overrun, performed becomes.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized the method is carried out with dynamic exhaust gas, in particular during normal operation.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the diffusion barrier of the gas probe ( 10 ) is designed such that the transition of the diffusion behavior of the components of a measuring gas between Knudsendiffusion and gas phase diffusion in the operating range of the gas probe ( 10 ), in particular at about 1 bar.

Method for measuring the temperature of a gas probe ( 10 ), in particular a broadband lambda probe, characterized in that the pressure during the operation of the gas probe ( 10 ) is modulated and is closed from the pressure dependence of the resulting pumping current on the probe temperature.

Method according to claim 9, characterized in that that the process is carried out at low pressures.

Computer program that shows all the steps of a procedure according to one of the claims 1 to 10 executes, if it's on a computing device or a controller expires.

Computer program product with program code based on a machine readable carrier is stored to carry A method according to any one of claims 1 to 10 when the program running on a computer or controller.