DE102009025257B4

DE102009025257B4 - Steuersystem und -verfahren für eine Sensorelementanordnung einer Lambdasonde

Info

Publication number: DE102009025257B4
Application number: DE102009025257A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey A. Sell; Bradley Gibson; Christopher P. Musienko
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2012-10-18
Anticipated expiration: 2029-06-18
Also published as: US8121744B2; CN101609342B; CN101609342A; DE102009025257A1; US20090319085A1

Abstract

Steuersystem für eine Sensorelementanordnung (130) einer Lambdasonde (116), wobei die Sensorelementanordnung (130) ein Erfassungselement (140) und ein einstückiges Heizelement (144) zum Beheizen des Erfassungselements (140) aufweist, und wobei das Steuersystem umfasst:
ein Heizeinrichtungs-Leistungsversorgungsmodul (204), das eingerichtet ist, ein Stromsignal (I_h,in), das einen dem Heizelement (144) gelieferten Strom angibt, auszugeben;
ein Basislinienmodul (212), das eingerichtet ist, auf Grundlage des Stromsignals (I_h,in) ein BASIS-Signal zu erzeugen, das angibt, ob die Sensorelementanordnung (130) einen Basislinienbetriebszustand erreicht hat;
ein Ratenmodul (214), das eingerichtet ist, auf Grundlage des Stromsignals (I_h,in) eine zeitliche Änderungsrate (I_h,rate) des dem Heizelement (144) gelieferten Stroms periodisch zu ermitteln, wenn die Sensorelementanordnung (130) den Basislinienbetriebszustand erreicht hat;
ein Ratenvergleichsmodul (216), das eingerichtet ist, die Änderungsrate (I_h,rate) periodisch mit einem Ratenwert zu vergleichen und dadurch zu ermitteln, ob ein übermäßiger Anstieg des dem Heizelement (144) gelieferten Stroms vorliegt, und ein SCHOCK-Signal auszugeben, das angibt, ob die Änderungsrate...

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem und ein Steuerverfahren für eine Sensorelementanordnung einer Lambdasonde, wobei die Sensorelementanordnung ein Erfassungselement und ein Heizelement zum Beheizen des Erfassungselements aufweist.
In DE 100 15 282 A1 sind ein Steuersystem und ein Steuerverfahren für eine Sensorelementanordnung einer Lambdasonde beschrieben, wobei die Sensorelementanordnung ein Erfassungselement und ein Heizelement zum Beheizen des Erfassungselements aufweist. Gemäß diesem Dokument ist das Ziel zum einen die Erfassung eines Zustandes, bei dem flüssiges Wasser in Kontakt mit der Lambdasonde gelangt, und zum anderen das Verhindern eines Thermoschocks am Sensorelement der Lambdasonde infolge einer Benetzung des Sensorelements mit Wasser. Zum Detektieren einer Benetzung des Sensorelements mit flüssigem Wasser wird mit einem Ratenmodul in regelmäßigen Zeitabstanden die Rate der Abnahme der Temperatur des Sensorelements bestimmt. Die Temperatur des Sensorelements kann dabei aus dem elektrischen Widerstand des Heizelements durch Messung des Stroms ermittelt werden. Die Änderungsrate wird mit einem Ratenwert verglichen und daraus eine mögliche Benetzung des Sensorelements mit flüssigem Wasser abgeleitet. Um Thermoschocks am Sensorelement zu verhindern, wird durch ein Temperaturanpassungsmodul eine Anpassung der Temperatur des Sensorelements vorgenommen, wobei die Temperatur selektiv je nach Abwesenheit oder Vorhandensein von flüssigem Wasser am Sensorelement auf eine hohe Aktivierungstemperatur (Betriebstemperatur) oder eine geringere Temperatur (Abhilfetemperatur) eingestellt wird.
Nun auf 1 Bezug nehmend ist ein funktionales Blockdiagramm eines Motorsystems 100 dargestellt. Das Motorsystem 100 umfasst einen Motor 102, der verwendet werden kann, um durch Verbrennen von Kraftstoff, wenn Luft vorhanden ist, Leistung zu erzeugen. Typischerweise wird über einen Einlasskrümmer 104 Luft in den Motor 102 gesaugt. Eine Drosselklappe 106 kann verwendet werden, um das Volumen von in den Einlasskrümmer 104 gesaugter Luft zu verändern. Die Luft mischt sich mit Kraftstoff, der durch einen oder mehrere Kraftstoffinjektoren 108 abgegeben werden kann, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch (A/F-Gemisch) zu bilden. Das A/F-Gemisch wird in einem oder mehreren der Zylinder des Motors 102, wie beispielsweise dem Zylinder 110, verbrannt. Die Verbrennung des A/F-Gemischs kann durch einen Zündfunken initiiert werden, der durch eine Zündkerze 112 geliefert wird. Das während der Verbrennung erzeugte Abgas kann von den Zylindern zu einem Abgassystem 114 ausgestoßen werden.
Das Abgassystem 114 kann eine oder mehrere Lambdasonden, wie beispielsweise eine Lambdasonde 116, umfassen, die verwendet werden können, um die Menge an Sauerstoff in dem Abgas zu messen. Die Lambdasonde 116 kann in ein Loch geschraubt sein, das an dem Abgassystem 114 vorgesehen ist, und kann auf diese Weise in einer Strömung des Abgases angeordnet sein. Die Lambdasonde kann eine Spannung ausgeben, die der Menge an Sauerstoff in dem Abgas entspricht. Es kann erwünscht sein, die Lambdasonde 116 über einer bestimmten Temperatur, wie beispielsweise einer Empfindlichkeitstemperatur, zu betreiben, um eine zuverlässige Ausgangsspannung sicherzustellen. Dementsprechend kann die Lambdasonde 116 eine Heizeinrichtung umfassen, die Leistung von einer Heizeinrichtungs-Leistungsversorgung 118 aufnimmt. Die Heizeinrichtung kann verwendet werden, um zusätzliche Wärme zu liefern und auf diese Weise die Lambdasonde 116 so zu beeinflussen, dass sie innerhalb eines Betriebstemperaturbereichs über der Empfindlichkeitstemperatur liegt.
Ein Motorsteuermodul (ECM) 120 kann verwendet werden, um den Betrieb des Motorsystems 100 zu regulieren. Das ECM 120 kann die Ausgangsspannung der Lambdasonde 116 zusammen mit Signalen von anderen Sensoren 122 empfangen. Die anderen Sensoren 122 können beispielsweise einen Krümmerabsolutdrucksensor (MAP-Sensor) und einen Ansauglufttemperatursensor (IAT-Sensor) umfassen. Auf der Grundlage der Ausgangsspannung der Lambdasonde 116 kann das ECM 120 das A/F-Gemisch durch Regulieren der Drosselklappe 106 und der Kraftstoffinjektoren 108 regulieren. Das ECM 120 kann das A/F-Gemisch auch auf der Grundlage der Signale regulieren, die es von den anderen Sensoren 122 empfängt.
Die Temperatur der Lambdasonde 116 kann unter der Empfindlichkeitstemperatur liegen, wenn der Motor 102 gestartet wird. Dementsprechend kann die Ausgangsspannung der Lambdasonde 116 nach dem Motorstart für eine Zeitdauer unzuverlässig sein. Während die Ausgangsspannung der Lambdasonde 116 als unzuverlässig betrachtet wird, kann das ECM 120 das A/F-Gemisch unabhängig von der Ausgangsspannung der Lambdasonde 116 regulieren.
Die Wärme, die durch das Abgas und die Heizeinrichtung bereitgestellt wird, kann verwendet werden, um die Temperatur der Lambdasonde 116 über die Empfindlichkeitstemperatur zu bringen. Für eine Zeitdauer nach dem Motorstart kann jedoch Kondenswasser, das in dem Abgassystem 114 vorhanden ist, in dem Abgas mitgenommen werden und mit der Lambdasonde 116 in Kontakt gelangen. Flüssiges Wasser, das mit der Lambdasonde 116 in Kontakt gelangt, kann einen Thermoschock für die Lambdasonde 116 bewirken. Mehrere Thermoschocks für die Lambdasonde 116 können Risse in der Lambdasonde 116 hervorrufen und zu einem vorzeitigen Ausfall führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuersystem und ein Steuerverfahren für eine Sensorelementanordnung einer Lambdasonde bereitzustellen, welche auf vereinfachte Weise eine auf das Inkontaktkommen mit flüssigem Wasser basierende Rissbildung an der Sensorelementanordnung zuverlässig verhindern.
Dies wird mit einem Steuersystem gemäß Anspruch 1 bzw. einem Steuerverfahren gemäß Anspruch 9 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Steuersystem und -verfahren zum Detektieren von flüssigem Wasser, das mit einer Lambdasonde in Kontakt gelangt sein kann, und Betreiben einer Heizeinrichtung, die in der Lambdasonde umfasst ist, mit reduzierter Leistung, um den Thermoschock für die Lambdasonde zu vermindern, bereit.
Bei einer Ausführungsform stellt die vorliegende Offenbarung ein Steuersystem für das in der Lambdasonde verwendete Heizelement bereit, das ein Ratenmodul, das eine Änderungsrate des Stroms durch das Heizelement periodisch ermittelt; und ein Temperaturanpassungsmodul umfasst, das die Änderungsrate periodisch mit einem Ratenwert vergleicht und eine Betriebstemperatur der Lambdasonde auf der Grundlage des Vergleichs der Änderungsrate mit dem Ratenwert selektiv zwischen einer normalen Temperatur und einer Abhilfetemperatur, die geringer als die normale Temperatur ist, anpasst. Bei einem Beispiel kann die Abhilfetemperatur geringer als eine Thermoschocktemperatur der Lambdasonde sein. Bei einem anderen Beispiel kann die Betriebstemperatur die Betriebstemperatur eines Erfassungselements sein und kann die Abhilfetemperatur größer als eine Empfindlichkeitstemperatur des Erfassungselements sein.
Gemäß einem Merkmal kann das Steuersystem ferner ein Leistungsversorgungsmodul umfassen, das dem Heizelement auf der Grundlage eines Leistungssteuersignals eine Leistung liefert, wobei das Temperaturanpassungsmodul das Leistungssteuersignal erzeugt, um die Betriebstemperatur anzupassen.
Gemäß einem anderen Merkmal passt das Temperaturanpassungsmodul die Betriebstemperatur in Richtung der Abhilfetemperatur an, wenn die Änderungsrate größer oder gleich dem Ratenwert ist. Das Temperaturanpassungsmodul kann die Betriebstemperatur in Richtung der Abhilfetemperatur anpassen, wenn eine Anzahl (C) von fortlaufenden Werten der Änderungsrate größer oder gleich dem Ratenwert ist, wobei C eine ganze Zahl und größer als Null ist.
Gemäß noch einem anderen Merkmal passt das Temperaturanpassungsmodul die Betriebstemperatur in Richtung der Abhilfetemperatur an, während die Änderungsrate positiv ist. Bei einem Beispiel kann das Temperaturanpassungsmodul die Betriebstemperatur in Richtung der Abhilfetemperatur anpassen, während eine Anzahl (Z) einer fortlaufenden Anzahl (W) der jüngsten Werte der Änderungsrate größer oder gleich dem Ratenwert ist, wobei Z und W ganze Zahlen und größer als Null sind. Bei einem anderen Beispiel kann das Temperaturanpassungsmodul die Betriebstemperatur in Richtung der Abhilfetemperatur anpassen, während mindestens eine Anzahl (T) einer fortlaufenden Anzahl (S) der jüngsten Werte der Änderungsrate positiv ist, wobei T und S ganze Zahlen und größer als Null sind.
Gemäß noch einem anderen Merkmal wartet das Temperaturanpassungsmodul darauf, die Änderungsrate mit dem Ratenwert zu vergleichen, bis der Strom größer oder gleich einem ersten Stromschwellenwert und kleiner oder gleich einem zweiten Stromschwellenwert ist, wobei der erste Stromschwellenwert kleiner als der zweite Stromschwellenwert ist.
Bei einer anderen Ausführungsform stellt die vorliegende Offenbarung ein Steuerverfahren für ein Heizelement bereit, das in einer Lambdasonde verwendet wird, wobei das Steuerverfahren umfasst, dass eine Änderungsrate des Stroms durch das Heizelement periodisch ermittelt wird; die Änderungsrate periodisch mit einem Ratenwert verglichen wird; und auf der Grundlage des Vergleichs der Änderungsrate mit dem Ratenwert selektiv eine Betriebstemperatur der Lambdasonde zwischen einer normalen Temperatur und einer Abhilfetemperatur, die geringer als die normale Temperatur ist, angepasst wird.
Gemäß einem Merkmal umfasst das selektive Anpassen einer Betriebstemperatur, dass selektiv eine normale Leistung und eine Abhilfeleistung an das Heizelement geliefert werden.
Gemäß einem anderen Merkmal umfasst das selektive Anpassen einer Betriebstemperatur, dass die Betriebstemperatur in Richtung der Abhilfetemperatur angepasst wird, wenn die Änderungsrate größer oder gleich dem Ratenwert ist. Bei einem Beispiel kann das selektive Anpassen einer Betriebstemperatur umfassen, dass die Betriebstemperatur in Richtung der Abhilfetemperatur angepasst wird, wenn eine Anzahl (C) von fortlaufenden Werten der Änderungsrate größer oder gleich dem Ratenwert ist, wobei C eine ganze Zahl und größer als Null ist.
Gemäß noch einem anderen Merkmal umfasst das selektive Anpassen einer Betriebstemperatur, dass die Betriebstemperatur in Richtung der Abhilfetemperatur angepasst wird, während die Änderungsrate positiv ist. Bei einem Beispiel kann das selektive Anpassen einer Betriebstemperatur umfassen, dass die Betriebstemperatur in Richtung der Abhilfetemperatur angepasst wird, während eine Anzahl (Z) einer fortlaufenden Anzahl (W) der jüngsten Werte der Änderungsrate größer oder gleich dem Ratenwert ist, wobei Z und W ganze Zahlen und größer als Null sind. Bei einem anderen Beispiel kann das selektive Anpassen einer Betriebstemperatur umfassen, dass die Betriebstemperatur in Richtung der Abhilfetemperatur angepasst wird, während mindestens eine Anzahl (T) einer fortlaufenden Anzahl (S) der jüngsten Werte der Änderungsrate positiv ist, wobei T und S ganze Zahlen und größer als Null sind.
Gemäß noch einem anderen Merkmal umfasst das Steuerverfahren ferner, dass der Strom periodisch mit einem ersten Stromschwellenwert und einem zweiten Stromschwellenwert verglichen wird, wobei der erste Stromschwellenwert kleiner als der zweite Stromschwellenwert ist; und mit dem Beginn des periodischen Vergleichens der Änderungsrate mit dem Ratenwert gewartet wird, bis der Strom größer oder gleich dem ersten Stromschwellenwert und kleiner oder gleich einem zweiten Stromschwellenwert ist, wobei der erste Stromschwellenwert kleiner als der zweite Stromschwellenwert ist.
Die vorliegende Offenbarung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen weiter verständlich, wobei:
1 ein funktionales Blockdiagramm eines Motorsystems gemäß dem Stand der Technik ist;
2 eine Teilquerschnittsansicht einer beispielhaften Lambdasonde ist;
3 ein funktionales Blockdiagramm eines Motorsystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
4 ein funktionales Blockdiagramm des in 3 gezeigten Heizeinrichtungs-Steuermoduls ist; und
5 ein Flussdiagramm ist, das beispielhafte Steuerschritte zeigt, die durch ein Heizeinrichtungs-Steuermodul gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden.
Zu Klarheitszwecken werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen verwendet, um ähnliche Elemente zu identifizieren. Wie hierin verwendet, sollte die Phrase mindestens einer von A, B, und C als ein logisches (A oder B oder C) bedeutend betrachtet werden, wobei ein nicht exklusives logisches Oder verwendet wird. Es ist zu verstehen, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, zugeordnet oder gruppiert) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einen Schaltkreis mit kombinatorischer Logik und/oder andere geeignete Bauteile, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Steuersystem und -verfahren zum Detektieren von flüssigem Wasser bereit, das mit einer Lambdasonde in Kontakt gelangt sein kann, indem ein Strom überwacht wird, der einer Heizeinrichtung geliefert wird, die in der Lambdasonde umfasst sein kann. Die vorliegende Offenbarung stellt auch ein Steuersystem und -verfahren zum Betreiben der Heizeinrichtung mit reduzierter Leistung, um einen Thermoschock für die Lambdasonde zu vermindern, während ein zuverlässiger Lambdasondenausgang aufrechterhalten wird, bereit.
Mit spezieller Bezugnahme auf 2 ist eine beispielhafte Lambdasonde 116 gezeigt. Die Lambdasonde 116 kann eine Sensorelementanordnung 130 umfassen, die in einem Gehäuse 132 durch ein oder mehrere Trägerrohre 134 getragen ist. Die Sensorelementanordnung 130 kann verschiedene herkömmliche Typen umfassen. Beispielsweise kann die Sensorelementanordnung 130 vom Schmalbandtyp oder vom Breitbandtyp sein. Schmalband-Lambdasonden, wie beispielsweise ein konischer Zirconiumoxidsensor, erzeugen auf der Grundlage der Menge an Sauerstoff in dem Abgas eine nicht lineare (d. h. binäre) Ausgangsspannung. Die durch eine Schmalband-Lambdasonde erzeugte Ausgangsspannung kann verwendet werden, um zu ermitteln, ob der Motor 102 in einem mageren oder einem fetten Zustand arbeitet. Breitband-Lambdasonden, wie beispielsweise ein planarer Zirconiumoxidsensor, erzeugen basierend auf der Menge an Sauerstoff in dem Abgas eine im Wesentlichen lineare Ausgangsspannung. Somit können Breitband-Lambdasonden verwendet werden, um den spezifischen Sauerstoffgehalt in dem Abgas zu ermitteln und zu ermitteln, ob der Motor in einem mageren oder einem fetten Zustand arbeitet. Wie hierin erläutert, ist die Sensorelementanordnung 130 eine Breitband-Lambdasonde des Typs eines planaren Zirconiumoxidsensors.
Dementsprechend kann die Sensorelementanordnung 130 ein im Wesentlichen flaches, lang gestrecktes Organ mit einem Erfassungselement 140 sein, das an einem Ende in einem Erfassungshohlraum 142 angeordnet ist, der durch das Gehäuse 132 definiert ist. Das Erfassungselement 140 kann ein einstöckiges Heizelement 144 umfassen. Das Heizelement 144 kann umfasst sein, um zusätzliche Wärme bereitzustellen, um das Erfassungselement 140 in einen Temperaturbereich über seiner Empfindlichkeitstemperatur zu erwärmen. Beispielsweise kann das Heizelement 144 verwendet werden, um das Erfassungselement 140 auf eine Temperatur über 350°C zu erwärmen. Das Heizelement 144 kann aus verschiedenen Materialien, wie beispielsweise Platin oder Wolfram, ausgebildet sein. Die Wahl des Materials kann darauf basieren, ob die Sensorelementanordnung 130 vom Schmalband- oder Breitbandtyp ist.
An einem gegenüberliegenden Ende kann eine Kontakthalteeinrichtung 146 angeordnet sein, um die Elektroden (nicht gezeigt) des Erfassungselements 140 und des Heizelements 144 mit einer Verdrahtung 148 der Lambdasonde 116 zu verbinden. Die Verdrahtung 148 kann in Abhängigkeit von der bestimmten Ausgestaltung des Erfassungselements 140 und des Heizelements 144 vier oder mehr Drähte umfassen.
Das Gehäuse 132 kann im Wesentlichen zylinderförmig sein und an einem Ende einen Presssitz einer Sensorabdeckung 160 und an einem gegenüberliegenden Ende einen Presssitz einer Schutzhülse 162 umfassen. Das Gehäuse 132 kann ferner ein Außengewinde 164 umfassen, das verwendet werden kann, um die Lambdasonde 116 an dem Abgassystem 114 zu befestigen, so dass das Erfassungselement 140 mit dem Abgas in Verbindung steht. Die Sensorabdeckung 160 kann verwendet werden, um das Erfassungselement 140 von einem direkten Aufprall durch die Abgase abzuschirmen. Die Sensorabdeckung 160 kann eine innere Abschirmung 166 und eine äußere Abschirmung 168 umfassen, die zusammenwirken, um eine innere und eine äußere Öffnung 170, 172 zu definieren, durch die das Abgas in den Hohlraum 142 eintreten kann.
Die Öffnungen 170, 172 können verschiedene Größen aufweisen. Die Öffnungen 170, 172 können angeordnet und dimensioniert sein, um eine spezielle Antwort der Sensorelementanordnung 130 auf Änderungen des Sauerstoffgehalts des Abgases zu erzeugen. Ferner können die Öffnungen 170, 172 angeordnet und dimensioniert sein, um eine thermische Antwort der Sensorelementanordnung 130 auf ein Aufprallen von flüssigem Wasser zu beeinflussen. Anders ausgedrückt können die Menge des flüssigen Wassers und der Ort, an dem es mit der Sensorelementanordnung 130 in Kontakt treten kann, von dem Ort und der Größe der Öffnungen 170, 172 abhängen und auf diese Weise die thermische Antwort der Sensorelementanordnung 130 beeinflussen.
In dem Abgassystem 114 kann aus verschiedenen Gründen Kondenswasser vorhanden sein. Beispielsweise kann Kondenswasser vorhanden sein, während die Abgastemperatur geringer als der Taupunkt des Abgases ist. Kondenswasser kann auch als Ergebnis dessen vorhanden sein, dass sich Wasser in Teilen des Abgassystems 114, wie beispielsweise in einem Katalysator (nicht gezeigt), angesammelt hat und von einem Motorbetriebszyklus zu einem weiteren nachfolgenden Motorbetriebszyklus mitgenommen wird.
Das Kondenswasser in dem Abgassystem 114 kann während des Motorbetriebs in dem Abgas mitgenommen werden. Das in dem Abgas mitgenommene flüssige Wasser kann in den Hohlraum 142 gelangen und mit der Sensorelementanordnung 130 in Kontakt treten, was zu einem Thermoschock für die Sensorelementanordnung 130 führt. Ein wiederholter Thermoschock für die Lambdasonde 116 kann Risse in der Sensorelementanordnung 130 hervorrufen und zu einem vorzeitigen Ausfall führen.
Dementsprechend stellt die vorliegende Offenbarung ein Steuersystem und -verfahren zum Detektieren von flüssigem Wasser bereit, das in dem Hohlraum 142 vorhanden sein kann. Ferner stellt die vorliegende Offenbarung ein Steuersystem und -verfahren zum Betreiben des Heizelements 144 mit reduzierter Leistung bereit, um die Thermoschockereignisse für die Sensorelementanordnung 130 zu vermindern, während der korrekte Betrieb der Lambdasonde 116 aufrechterhalten wird.
Die vorstehenden Ziele können durch Überwachen des dem Heizelement 144 gelieferten Stroms erreicht werden. Genauer gesagt kann das Vorhandensein von flüssigem Wasser an der Sensorelementanordnung 130 durch Überwachen der zeitlichen Änderungsrate des dem Heizelement 144 gelieferten Stroms detektiert werden. Flüssiges Wasser, das mit der Sensorelementanordnung 130 in Kontakt tritt, hat eine temporäre Kühlwirkung auf die Sensorelementanordnung 130, da das flüssige Wasser mit der Sensorelementanordnung 130 in Kontakt gelangt und nachfolgend verdunstet. Da sich der Widerstand von Metallen, wie beispielsweise des Platins oder Wolframs, das verwendet wird, um das Heizelement 144 auszubilden, mit abnehmender Temperatur verringert, können temporäre Anstiege des dem Heizelement gelieferten Stroms resultieren, wenn flüssiges Wasser mit der Sensorelementanordnung 130 in Kontakt gelangt.
Durch Überwachen des dem Heizelement 144 gelieferten Stroms ist es möglich, das Vorhandensein von flüssigem Wasser an der Sensorelementanordnung 130 zu detektieren und Abhilfesteuermaßnahmen zu treffen, um einen Thermoschock für die verschiedenen Komponenten der Sensorelementanordnung 130 zu verhindern. Die Abhilfesteuermaßnahmen können ein temporäres Reduzieren einer dem Heizelement 144 gelieferten Leistung (z. B. Spannung) umfassen. Die Leistung kann reduziert werden, um eine Betriebstemperatur der Sensorelementanordnung 130 zu reduzieren. Genauer gesagt kann die Leistung reduziert werden, um die Sensorelementanordnung 130 bei einer Temperatur unter einer Thermoschocktemperatur der Sensorelementanordnung 130, jedoch über einer Empfindlichkeitstemperatur des Sensorelements 140, zu betreiben. Auf diese Weise können Thermoschockereignisse verhindert werden, während ein zuverlässiger Ausgang des Erfassungselements 140 sichergestellt wird.
Mit spezieller Bezugnahme auf 3 ist ein beispielhaftes Motorsystem 200 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Das Motorsystem 200 kann einen Motor 102 umfassen, der durch ein Motorsteuermodul (ECM) 202 mit einem verbesserten O₂-Sensorsteuersystem reguliert wird.
Luft wird über einen Einlasskrümmer 104 in den Motor 102 gesaugt. Eine Drosselklappe 106 kann verwendet werden, um das Volumen der in den Einlasskrümmer 104 gesaugten Luft zu verändern. Die Luft vermischt sich mit Kraftstoff, der durch einen oder mehrere Kraftstoffinjektoren 108 abgegeben werden kann, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch (A/F-Gemisch) zu bilden. Das A/F-Gemisch wird in einem Zylinder 110 verbrannt. Während ein einzelner Zylinder 110 gezeigt ist, kann der Motor 102 zwei oder mehr Zylinder umfassen. Durch einen durch eine Zündkerze 112 gelieferten Zündfunken kann die Verbrennung des A/F-Gemischs initiiert werden. Das während der Verbrennung erzeugte Abgas kann von den Zylindern zu einem Abgassystem 114 ausgestoßen werden.
Das Abgassystem 114 kann eine Lambdasonde 116 umfassen, um die Menge an Sauerstoff in dem Abgas zu messen. Während eine einzelne Lambdasonde gezeigt ist, kann das Motorsystem 200 zwei oder mehr Lambdasonden umfassen, die sich an verschiedenen Stellen entlang des Abgassystems 114 befinden. Die Lambdasonde 116 gibt eine Spannung (V_O2) an das ECM 202 aus, die verwendet werden kann, um die Menge an Sauerstoff in dem Abgas zu ermitteln. Die Lambdasonde 116 umfasst das Heizelement 144. Das Heizelement 144 kann Leistung von einem Heizeinrichtungs-Leistungsversorgungsmodul 204 empfangen.
Das ECM 202 kann verwendet werden, um den Betrieb des Motorsystems 100 zu regulieren. Das ECM 202 kann die Ausgangsspannung der Lambdasonde 116 zusammen mit Signalen von anderen Sensoren 122 des Motors 102 empfangen. Auf der Grundlage der Ausgangsspannung der Lambdasonde 116 und der Signale, die es von den anderen Sensoren 122 empfängt, kann das ECM 202 das A/F-Gemisch durch Regulieren der Drosselklappe 106 und der Kraftstoffinjektoren 108 regulieren.
Das ECM 202 kann auch verwendet werden, um den Betrieb des Heizelements 144 zu regulieren. Genauer gesagt kann das ECM 202 ein Heizeinrichtungs-Steuermodul 210 umfassen, das mit dem Heizeinrichtungs-Leistungsversorgungsmodul 204 verbunden sein kann. Das Heizeinrichtungs-Steuermodul 210 kann ein Heizeinrichtungs-Spannungsbefehlssignal (V_h) an das Heizeinrichtungs-Leistungsversorgungsmodul 204 ausgeben. Das Heizeinrichtungs-Steuermodul 210 kann V_h verändern, um die Temperatur des Heizelements 144 zu erhöhen oder zu verringern, um den Thermoschock für die Sensorelementanordnung 130 zu vermindern.
Beispielsweise kann das Heizeinrichtungs-Steuermodul 210 V_h erzeugen, um das Heizelement 144 zu betreiben, um die Temperatur der Sensorelementanordnung 130 nach dem Starten des Motors 102 für eine Zeitdauer auf einer ersten Temperatur zu halten. Die erste Temperatur kann unter einer Thermoschocktemperatur der Lambdasonde 116 liegen. Nachfolgend kann das Heizeinrichtungs-Steuermodul 210 V_h erzeugen, um das Heizelement 144 zu betreiben, um die Temperatur der Sensorelementanordnung 130 auf einer zweiten Temperatur, die höher als die erste Temperatur ist, zu halten, nachdem eine kumulative Ansaugluftmasse in den Motor 102 gesaugt wurde. Die zweite Temperatur kann über der Thermoschocktemperatur und/oder der Empfindlichkeitstemperatur der Lambdasonde 116 liegen. Ein Steuersystem und -verfahren für die vorstehende Lambdasonden-Heizeinrichtungssteuerstrategie sind in der dem gleichen Rechtsinhaber gehörenden Non-Provisional-US-Patentanmeldung US 2009/0150057 A1 (Anmeldungs-Nr. 12/132,653) offenbart.
Ferner kann das Heizeinrichtungs-Steuermodul 210 V_h erzeugen, um das Heizelement 144 mit reduzierter Leistung zu betreiben, wenn das Heizeinrichtungs-Steuermodul 210 ermittelt, dass Kondenswasser mit der Sensorelementanordnung 130 in Kontakt gelangt ist. Auf diese Weise kann das Heizeinrichtungs-Steuermodul 210 V_h erzeugen, um eine Betriebstemperatur der Sensorelementanordnung 130 in Richtung einer Abhilfetemperatur anzupassen, die geringer als eine normale Temperatur ist. Genauer gesagt kann das Heizeinrichtungs-Steuermodul 210 V_h erzeugen, um die Betriebstemperaturen des Erfassungselements 140 und des Heizelements 144 in Richtung der Abhilfetemperatur anzupassen.
Mit spezieller Bezugnahme auf 4 kann das Heizeinrichtungs-Steuermodul 210 ein Basislinienmodul 212, ein Ratenmodul 214, ein Ratenvergleichsmodul 216 und ein Temperaturanpassungsmodul 218 umfassen. Das Basislinienmodul 212 empfängt ein Stromsignal (I_h,in) von dem Heizeinrichtungs-Leistungsversorgungsmodul 204 und ermittelt, ob die Sensorelementanordnung 130 einen Basislinienbetriebszustand erreicht hat. Das Basislinienmodul 212 kann auf eine Vielzahl von Arten ermitteln, ob die Sensorelementanordnung 130 einen Basislinienbetriebszustand erreicht hat. Beispielsweise kann das Basislinienmodul ermitteln, dass die Sensorelementanordnung 130 einen Basislinienbetriebszustand erreicht hat, wenn I_h,in zwischen vorbestimmten Grenzen eines der Soll-Betriebstemperatur der Sensorelementanordnung 130 zugehörigen Nennstromwerts liegt. Das Basislinienmodul 212 kann ein BASIS-Signal erzeugen, das angibt, ob die Sensorelementanordnung 130 einen Basislinienbetriebszustand erreicht hat. Das Basislinienmodul 212 kann das BASIS-Signal an das Temperaturanpassungsmodul 218 ausgeben.
Das Ratenmodul 214 empfängt I_h,in von dem Heizeinrichtungs-Leistungsversorgungsmodul 204 und ermittelt eine zeitliche Änderungsrate (I_h,rate) des dem Heizelement 144 gelieferten Stroms. Das Ratenmodul 214 kann I_h,rate an das Ratenvergleichsmodul 216 ausgeben.
Das Ratenvergleichsmodul 216 empfängt I_h,rate von dem Ratenmodul 214 und ermittelt, ob Kondenswasser mit der Sensorelementanordnung 130 in Kontakt gelangt sein kann und ein Schockereignis verursachen kann. Das Ratenvergleichsmodul 216 kann ermitteln, dass Kondenswasser mit der Sensorelementanordnung 130 in Kontakt gelangt ist, wenn I_h,rate zu hoch ist (z. B. über einem Schwellenwert liegt). Das Ratenvergleichsmodul 216 kann ein SCHOCK-Signal erzeugen, das angibt, ob I_h,rate als zu hoch betrachtet wird. Das Ratenvergleichsmodul 216 kann das SCHOCK-Signal an das Temperaturanpassungsmodul 218 ausgeben.
Das Temperaturanpassungsmodul 218 empfängt I_h,in und das BASIS- und das SCHOCK-Signal und ermittelt das Heizeinrichtungs-Spannungsbefehlssignal (V_h), das verwendet werden kann, um die dem Heizelement 144 gelieferte Leistung anzupassen und auf diese Weise die Temperatur des Heizelements 144 zu erhöhen oder zu verringern. Das Temperaturanpassungsmodul 218 kann V_h auf der Grundlage von I_h,in, BASIS und SCHOCK ermitteln. Das Temperaturanpassungsmodul 218 kann auch andere Signale von verschiedenen Modulen des ECM 202 empfangen. Beispielsweise kann das Temperaturanpassungsmodul 218 Signale, wie beispielsweise, jedoch ohne Einschränkung, Signale, die eine Drehzahl und eine Laufzeit des Motors 102, eine Temperatur und eine Luftmassenströmung der Ansaugluft angeben, und Steuer-Flags empfangen, die angeben, ob das Motorsystem 200 korrekt läuft. Das Temperaturanpassungsmodul 218 kann ferner V_h auf der Grundlage der anderen Signale, die es empfängt, ermitteln. Das Temperaturanpassungsmodul 218 kann V_h an das Heizeinrichtungs-Leistungsversorgungsmodul 204 ausgeben.
Wieder auf 3 Bezug nehmend kann das Heizeinrichtungs-Leistungsversorgungsmodul 204 verwendet werden, um die dem Heizelement 144 gelieferte Leistung auf der Grundlage des Heizeinrichtungs-Spannungsbefehlssignals (V_h), das es von dem ECM 202 empfängt, zu regulieren. Beispielsweise kann das Heizeinrichtungs-Leistungsversorgungsmodul 204 eine Spannung und/oder einen Strom regulieren, die bzw. der dem Heizelement 144 geliefert wird. Wie hierin erläutert und in den Figuren gezeigt, reguliert das Heizeinrichtungs-Leistungsversorgungsmodul 204 die dem Heizelement 144 gelieferte Spannung.
Dementsprechend reguliert das Heizeinrichtungs-Leistungsversorgungsmodul 204 die dem Heizelement 144 gelieferte Spannung (V_h,in) auf der Grundlage des Heizeinrichtungs-Spannungsbefehlssignals (V_h), das es von dem ECM 202 empfängt. Das Heizeinrichtungs-Leistungsversorgungsmodul 204 kann die Spannung auf eine Vielzahl von Arten regulieren. Beispielsweise kann das Heizeinrichtungs-Leistungsversorgungsmodul 204 eine Größe der Spannung (V_h,in) regulieren, die dem Heizelement 144 geliefert wird. Alternativ kann das Heizeinrichtungs-Leistungsversorgungsmodul 204 einen Arbeitszyklus der Spannung (V_h,in) verändern, die dem Heizelement 144 geliefert wird. Auf diese Weise kann das Heizeinrichtungs-Leistungsversorgungsmodul 204 verwendet werden, um die dem Heizelement 144 gelieferte Leistung auf der Grundlage von V_h zu regulieren. Das Heizeinrichtungs-Leistungsversorgungsmodul 204 kann auch ein Stromsignal für das ECM 202 bereitstellen, das den dem Heizelement 144 gelieferten Strom (I_h,in) angibt, wie zuvor erläutert.
Mit spezieller Bezugnahme auf 5 ist ein beispielhaftes Steuerverfahren 300 gezeigt. Das Steuerverfahren 300 kann als Zusatzsteuerverfahren zu anderen Verfahren einer normalen Heizeinrichtungs-Leistungssteuerung realisiert sein. Wie hierin verwendet bezieht sich eine normale Heizeinrichtungs-Leistungssteuerung auf eine Steuerung des Heizelements 144, um das Erfassungselement 140 innerhalb eines So11-Temperaturbetriebsbereichs über der Empfindlichkeitstemperatur des Erfassungselements 140 zu halten. Beispielsweise kann eine normale Heizeinrichtungs-Leistungssteuerung verwendet werden, um die Temperatur des Erfassungselements 140 auf etwa 650°C zu halten.
Das Steuerverfahren 300 kann unter Verwendung der verschiedenen Module des ECM 202, die hierin beschrieben sind, realisiert sein. Das Steuerverfahren 300 kann nach dem Start des Motors 102 mit einem periodischen Intervall ausgeführt (d. h. durchgeführt) werden. Beispielsweise kann das Steuerverfahren 300 mit einem periodischen Intervall von sechs Millisekunden oder mehr ausgeführt werden. Alternativ kann das Steuerverfahren 300 auf der Grundlage des Auftretens eines bestimmten Ereignisses (d. h. ereignisbasiert) ausgeführt werden. Beispielsweise kann das Steuerverfahren 300 ausgeführt werden, sobald ein Ausführungs-Flag, das angibt, dass das Heizelement 144 mit Energie versorgt werden sollte, durch das ECM 202 erzeugt wird. Als ein weiteres Beispiel kann das Steuerverfahren 300 ausgeführt werden, sobald eine Regelung des Motors 102 begonnen hat. Wie hierin erläutert ist das Steuerverfahren 300 als Zusatzsteuerverfahren zu einer normalen Heizeinrichtungs-Leistungssteuerung realisiert und wird es nach dem Start des Motors 102 mit einem periodischen Intervall von sechs Millisekunden ausgeführt.
Die Steuerung unter dem Steuerverfahren 300 beginnt in Schritt 302, in dem die Steuerung Steuerparameter initialisiert, die durch das Verfahren 300 verwendet werden, wie beispielsweise I_h,rate, BASIS, SCHOCK und V_h. In Schritt 302 kann die Steuerung die Werte der vorstehenden Parameter auf einen Vorgabewert setzen. Die Vorgabewerte können einer normalen Heizeinrichtungs-Leistungssteuerung entsprechen.
Die Steuerung fährt mit Schritt 304 fort, in dem die Steuerung ermittelt, ob die Eintrittsbedingungen erfüllt sind. Wenn die Eintrittsbedingungen erfüllt sind, fährt die Steuerung mit Schritt 306 fort, ansonsten endet die Steuerung in der momentanen Steuerschleife und springt die Steuerung in einer Schleife zurück, wie es gezeigt ist. Die Eintrittsbedingungen können verschiedene Betriebszustände des Motors 102 umfassen und die Entscheidung umfassen, ob ein Befehl zum Betreiben des Heizelements 144 erzeugt wurde oder nicht.
Beispielsweise können die Eintrittsbedingungen davon abhängen, ob der Motor 102 eine vorbestimmte Motordrehzahl (z. B. RPM) erreicht hat und/oder ein Steuer-Flag, das angibt, dass der Motor 102 korrekt arbeitet, erzeugt wurde. Die Eintrittsbedingungen können davon abhängen, ob eine Temperatur des Motors und/oder der Ansaugluft unter einer vorbestimmten Temperatur liegt oder nicht. Die Eintrittsbedingungen können davon abhängen, ob der Motor für eine Zeitdauer, die kürzer als ein vorbestimmter Zeitwert ist, gelaufen ist, oder eine kumulative Ansaugluftmenge, die geringer als eine vorbestimmte Masse ist, angesaugt hat.
Im Allgemeinen werden die Eintrittsbedingungen während einer Zeitdauer nach dem Start des Motors 102 erfüllt, wenn ein Risiko besteht, dass flüssiges Wasser mit der Lambdasonde 116 in Kontakt gelangt, und der Betrieb des Heizelements 144 unter normaler Heizeinrichtungsleistung begonnen hat. Anders ausgedrückt können die allgemeinen Eintrittsbedingungen erfüllt werden, wenn das Heizelement 144 oberhalb eines minimalen Arbeitszyklus unter einer normalen Heizeinrichtungs-Leistungssteuerung betrieben wird.
In Schritt 306 ermittelt die Steuerung, ob irgendein Austrittskriterium erfüllt ist. Wenn die Austrittskriterien nicht erfüllt sind, fahrt die Steuerung mit Schritt 308 fort, andernfalls fahrt die Steuerung mit Schritt 310 fort, in dem die Steuerung eine normale Heizeinrichtungs-Leistungssteuerung aufrechterhält. Die Austrittskriterien können erfüllt sein, wenn ein Grund vorliegt, der Vorrang vor dem Aufrechterhalten einer normalen Heizeinrichtungs-Leistungssteuerung hat, was ein Verhindern des Betriebs des Heizelements 144 umfassen kann. Beispielsweise können die Austrittskriterien die Entscheidung umfassen, ob ein mit der Lambdasonde 116 in Beziehung stehender Diagnosefehler erzeugt wurde.
In Schritt 308 ermittelt die Steuerung auf der Grundlage des durch das Heizeinrichtungs-Leistungsversorgungsmodul 204 erzeugten I_h,in-Signals einen Basislinienstromwert. Der Basislinienstromwert kann durch Überwachen des I_h,in-Signals und Anwenden eines oder mehrerer Filterverfahren auf den Wert von I_h,in erzeugt werden. Die Filterverfahren können ein Verzögerungsfilter erster Ordnung umfassen. Die Filterverfahren können auch ein langsames Filtern des I_h,in-Signals durch exponentiell gewichtete gleitende Mittelwerte der Werte von I_h,in umfassen. In Schritt 308 kann die Steuerung den Basislinienstromwert in dem Speicher des ECM 202 für ein Abrufen in nachfolgenden Steuerschritten speichern.
In Schritt 312 ermittelt die Steuerung auf der Grundlage eines oder mehrerer der in Schritt 308 erzeugten Basislinienstromwerte, ob ein stabiler Betrieb des Heizelements 144 erreicht wurde. In Schritt 312 kann die Steuerung ein BASIS-Signal erzeugen, das angibt, ob eine stabile Basislinie erreicht wurde. Im Allgemeinen ermittelt die Steuerung, dass eine stabile Basislinie erreicht wurde, wenn das Erfassungselement 140 für eine Zeitdauer in den Soll-Temperaturbetriebsbereich gebracht wurde. Die Steuerung kann auch ermitteln, dass eine stabile Basislinie erreicht wurde, wenn sich ein Einschaltstrom des Heizelements 144 stabilisiert hat. Wie hierin verwendet, wird ”Einschaltstrom” verwendet, um einen Strom zu bezeichnen, der während des anfänglichen Betriebs des Heizelements 144 schnell ansteigt.
Die Steuerung kann auf eine Vielzahl von Arten ermitteln, ob eine stabile Basislinie erreicht wurde. Beispielsweise kann die Steuerung ermitteln, dass die Basislinie stabil ist, wenn eine Anzahl (X) einer Anzahl (Y) von aufeinander folgenden Basislinienstromwerten, die in Schritt 308 ermittelt werden, innerhalb eines minimalen und eines maximalen Basislinienstromwerts liegt (z. B. I_base,min < Basislinienwert < I_base,max). Der minimale und der maximale Basislinienstromwert können auf einem Nennstrom des Heizelements 144 basieren, wenn es innerhalb des Soll-Temperaturbetriebsbereichs arbeitet. Der Nennstromwert kann beispielsweise zwischen 0,6 und 0,7 Ampere liegen. Der minimale und der maximale Basislinienstromwert können auf einer erwarteten Leistung des Heizelements 144 basieren, die mit dem vergangenen Betrieb des Motors 102 und den bestimmten Betriebszuständen des Motors 102, wenn die Steuerung zu Schritt 312 gelangt, in Beziehung steht. Die Werte für X, Y, I_base,min und I_base,max können über ein Testen des Motorsystems 200 bei der Entwicklung ermittelt werden und als Kalibrierungswerte, die durch das Steuerverfahren 300 verwendet werden, in dem Speicher gespeichert werden.
In Schritt 314 ermittelt die Steuerung eine zeitliche Änderungsrate (I_h,rate) des dem Heizelement 144 gelieferten Stroms auf der Grundlage von I_h,in. Die Steuerung kann den Wert von I_h,rate auf eine Vielzahl von Arten ermitteln. Die Steuerung kann I_h,rate unter Verwendung des durch das Heizeinrichtungs-Leistungsversorgungsmodul 204 erzeugten I_h,in-Signals oder unter Verwendung der in Schritt 308 ermittelten Basislinienstromwerte ermitteln. Die Zeitdauer, die verwendet wird, um I_h,rate zu ermitteln, kann die Zeitdauer zwischen aufeinander folgenden Steuerzyklen (z. B. 6 Millisekunden) sein oder kann für eine vorbestimmte Zeitdauer größer als die Zeitdauer zwischen aufeinander folgenden Steuerzyklen sein. Beispielsweise kann die zum Ermitteln von I_h,rate verwendete Zeitdauer etwa eine Sekunde umfassen. In Schritt 314 kann die Steuerung den Wert von I_h,rate in dem Speicher speichern.
In Schritt 316 ermittelt die Steuerung, ob ein übermäßiger Anstieg des Heizeinrichtungsstroms stattgefunden hat, was angibt, dass flüssiges Wasser mit der Sensorelementanordnung 130 in Kontakt gelangt sein kann. Genauer gesagt ermittelt die Steuerung auf der Grundlage eines Vergleichs eines oder mehrerer in Schritt 314 ermittelter I_h,rate-Werte mit einem Schwellenwert-Stromratenwert (I_rate,thresh), ob ein übermäßiger Anstieg des Heizeinrichtungsstroms stattgefunden hat. Wenn die Steuerung ermittelt, dass ein übermäßiger Anstieg des Stroms stattgefunden hat, fährt die Steuerung mit Schritt 318 fort, andernfalls fährt die Steuerung mit Schritt 320 fort. In Schritt 316 kann die Steuerung ein SCHOCK-Signal erzeugen, das angibt, ob die Steuerung ermittelt hat, dass ein übermäßiger Anstieg des Heizeinrichtungsstroms stattgefunden hat.
Die Steuerung kann auf eine Anzahl von Arten ermitteln, ob ein übermäßiger Anstieg des Heizeinrichtungsstroms stattgefunden hat. Beispielsweise kann die Steuerung den jüngsten in Schritt 314 ermittelten I_h,rate-Wert mit I_rate,thresh vergleichen. Wenn der jüngste Wert von I_h,rate größer als I_rate,thresh ist, kann die Steuerung ermitteln, dass ein übermäßiger Anstieg des Stroms stattgefunden hat. Alternativ kann die Steuerung eine fortlaufende Anzahl (W) der jüngsten Werte von I_h,rate mit I_rate,thresh vergleichen. Wenn eine vorbestimmte Anzahl (Z) der W jüngsten Werte von I_h,rate über I_rate,thresh liegt, kann die Steuerung ermitteln, dass ein übermäßiger Anstieg des Stroms stattgefunden hat. Die Werte für W, Z und I_rate,thresh können über ein Testen des Motorsystems 200 bei der Entwicklung ermittelt und in einem Speicher als Kalibrierungswerte, die durch das Steuerverfahren 300 verwendet werden, gespeichert werden.
In Schritt 318 betreibt die Steuerung das Heizelement 144 als Abhilfemaßnahme mit reduzierter Heizeinrichtungsleistung, um die Temperatur der Sensorelementanordnung 130 zu verringern und auf diese Weise einen Thermoschock zu verhindern. Die Steuerung kann die Leistung regulieren, um die Betriebstemperatur der Sensorelementanordnung 130 in Richtung der Abhilfetemperatur anzupassen. Die Steuerung kann ferner die Leistung regulieren, um die Betriebstemperatur der Sensorelementanordnung 130 auf der Abhilfetemperatur zu halten.
Dementsprechend kann die Steuerung in Schritt 318 V_h,in erzeugen, um das Heizelement 144 zu betreiben, um die Temperatur der Sensorelementanordnung 130 unter der Thermoschocktemperatur der Sensorelementanordnung 130, jedoch über der Empfindlichkeitstemperatur des Erfassungselements 140, zu halten. Wenn die Thermoschocktemperatur der Sensorelementanordnung 130 unter der Empfindlichkeitstemperatur des Erfassungselements 140 liegt, kann die Steuerung V_h,in erzeugen, um die Temperatur des Erfassungselements 140 auf einer Temperatur der Empfindlichkeitstemperatur oder etwas darüber zu halten. Nach Schritt 318 endet die Steuerung in der momentanen Steuerschleife, und die Steuerung springt in einer Schleife zurück und beginnt mit der nächsten Steuerschleife in Schritt 314, wie es gezeigt ist.
In Schritt 320 ermittelt die Steuerung, ob die Steuerung das Heizelement 144 momentan mit reduzierter Heizeinrichtungsleistung betreibt. Wenn die Steuerung das Heizelement 144 momentan mit reduzierter Heizeinrichtungsleistung betreibt, fährt die Steuerung mit Schritt 322 fort, andernfalls fährt die Steuerung mit Schritt 310 fort.
In Schritt 322 ermittelt die Steuerung, ob der Heizeinrichtungsstrom weiter ansteigt, was angibt, dass immer noch flüssiges Wasser an der Sensorelementanordnung 130 vorhanden sein kann. Genauer gesagt ermittelt die Steuerung auf der Grundlage eines Vergleichs eines oder mehrerer in Schritt 314 ermittelter I_h,rate-Werte, ob der Heizeinrichtungsstrom weiter ansteigt. Wenn die Steuerung ermittelt, dass der Heizeinrichtungsstrom weiter ansteigt, fährt die Steuerung mit Schritt 318 fort, in dem die Steuerung weiterhin die reduzierte Heizeinrichtungsleistung aufrechterhält, andernfalls fährt die Steuerung mit Schritt 310 fort.
Die Steuerung kann auf eine Anzahl von Arten ermitteln, ob der Heizeinrichtungsstrom weiterhin ansteigt. Wenn beispielsweise der jüngste in Schritt 314 ermittelte I_h,rate-Wert positiv ist (d. h. der momentane Wert von I_h,rate), kann die Steuerung ermitteln, dass der Heizeinrichtungsstrom weiterhin ansteigt. Alternativ kann die Steuerung eine fortlaufende Anzahl (S) der jüngsten Werte von I_h,rate auswerten. Wenn eine vorbestimmte Anzahl (T) der S jüngsten Werte I_h,rate positiv ist, kann die Steuerung ermitteln, dass der Strom weiterhin ansteigt. Die Steuerung kann ermitteln, dass der Strom nicht weiterhin ansteigt, wenn eine Anzahl (U) der jüngsten I_h,rate-Werte nicht positiv ist. Die Werte für S, T und U können über ein Testen des Motorsystems 200 bei der Entwicklung ermittelt werden und als Kalibrierungswerte, die durch das Steuerverfahren 300 verwendet werden, im Speicher gespeichert werden.
In Schritt 310 betreibt die Steuerung das Heizelement 144 unter einer normalen Heizeinrichtungs-Leistungssteuerung. Nach Schritt 310 endet die Steuerung in der momentanen Steuerschleife, und die Steuerung springt in einer Schleife zurück und beginnt mit der nächsten Steuerschleife in Schritt 306, wie es gezeigt ist.
Auf die vorstehende Weise kann das Steuerverfahren 300 verwendet werden, um das Vorhandensein von flüssigem Wasser in der Lambdasonde 116 zu detektieren und den Betrieb des Heizelements 144 zu regulieren, um einen Thermoschock für die verschiedenen Komponenten der Sensorelementanordnung 130 zu vermindern. Somit kann das Steuerverfahren 300 auch verwendet werden, um die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der Lambdasonde 116 zu verbessern.

Claims

Steuersystem für eine Sensorelementanordnung (130) einer Lambdasonde (116), wobei die Sensorelementanordnung (130) ein Erfassungselement (140) und ein einstückiges Heizelement (144) zum Beheizen des Erfassungselements (140) aufweist, und wobei das Steuersystem umfasst: ein Heizeinrichtungs-Leistungsversorgungsmodul (204), das eingerichtet ist, ein Stromsignal (I_h,in), das einen dem Heizelement (144) gelieferten Strom angibt, auszugeben; ein Basislinienmodul (212), das eingerichtet ist, auf Grundlage des Stromsignals (I_h,in) ein BASIS-Signal zu erzeugen, das angibt, ob die Sensorelementanordnung (130) einen Basislinienbetriebszustand erreicht hat; ein Ratenmodul (214), das eingerichtet ist, auf Grundlage des Stromsignals (I_h,in) eine zeitliche Änderungsrate (I_h,rate) des dem Heizelement (144) gelieferten Stroms periodisch zu ermitteln, wenn die Sensorelementanordnung (130) den Basislinienbetriebszustand erreicht hat; ein Ratenvergleichsmodul (216), das eingerichtet ist, die Änderungsrate (I_h,rate) periodisch mit einem Ratenwert zu vergleichen und dadurch zu ermitteln, ob ein übermäßiger Anstieg des dem Heizelement (144) gelieferten Stroms vorliegt, und ein SCHOCK-Signal auszugeben, das angibt, ob die Änderungsrate (I_h,rate) als zu hoch betrachtet wird; und ein Temperaturanpassungsmodul (218), das eingerichtet ist, auf Grundlage des Stromsignals (I_h,in), des BASIS-Signals und des SCHOCK-Signals ein Heizeinrichtungs-Spannungsbefehlssignal (V_h) auszugeben zum selektiven Anpassen einer Betriebstemperatur der Sensorelementanordnung (130) zwischen einer normalen Temperatur und einer Abhilfetemperatur, die geringer als die normale Temperatur ist.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Temperaturanpassungsmodul (218) die Betriebstemperatur in Richtung der Abhilfetemperatur anpasst, wenn die Änderungsrate (I_h,rate) größer oder gleich dem Ratenwert ist.
Steuersystem nach Anspruch 2, wobei das Temperaturanpassungsmodul (218) die Betriebstemperatur in Richtung der Abhilfetemperatur anpasst, wenn eine Anzahl (C) von fortlaufenden Werten der Änderungsrate (I_h,rate) größer oder gleich dem Ratenwert ist, wobei die Anzahl (C) eine ganze Zahl und größer als Null ist.
Steuersystem nach Anspruch 2, wobei das Temperaturanpassungsmodul (218) die Betriebstemperatur in Richtung der Abhilfetemperatur anpasst, während die Änderungsrate (I_h,rate) positiv ist.
Steuersystem nach Anspruch 2, wobei das Temperaturanpassungsmodul (218) die Betriebstemperatur in Richtung der Abhilfetemperatur anpasst, während eine Anzahl (Z) einer fortlaufenden Anzahl (W) der jüngsten Werte der Änderungsrate (I_h,rate) größer oder gleich dem Ratenwert ist, wobei die Anzahl (Z) und die fortlaufende Anzahl (W) ganze Zahlen und größer als Null sind.
Steuersystem nach Anspruch 2, wobei das Temperaturanpassungsmodul (218) die Betriebstemperatur in Richtung der Abhilfetemperatur anpasst, während mindestens eine Anzahl (T) einer fortlaufenden Anzahl (S) der jüngsten Werte der Änderungsrate positiv (I_h,rate) ist, wobei die Anzahl (T) und die fortlaufende Anzahl (S) ganze Zahlen und größer als Null sind.
Steuersystem nach Anspruch 2, wobei die Abhilfetemperatur geringer als eine Thermoschocktemperatur der Lambdasonde (116) ist.
Steuersystem nach Anspruch 2, wobei die Betriebstemperatur die Betriebstemperatur des Erfassungselements (140) ist und die Abhilfetemperatur größer als eine Empfindlichkeitstemperatur des Erfassungselements (140) ist.
Steuerverfahren für eine Sensorelementanordnung (130) einer Lambdasonde (116), wobei die Sensorelementanordnung (130) ein Erfassungselement (140) und ein einstückiges Heizelement (144) zum Beheizen des Erfassungselements (140) aufweist, wobei das Steuerverfahren umfasst, dass ein Stromsignal (I_h,in) ausgegeben wird, das einen dem Heizelement (144) gelieferten Strom angibt; auf Grundlage des Stromsignals (I_h,in) ein BASIS-Signal erzeugt wird, das angibt, ob die Sensorelementanordnung (130) einen Basislinienbetriebszustand erreicht hat; auf Grundlage des Stromsignals (I_h,in) eine zeitliche Änderungsrate (I_h,rate) des dem Heizelement (144) gelieferten Stroms periodisch ermittelt wird, wenn die Sensorelementanordnung (130) den Basislinienbetriebszustand erreicht hat; die Änderungsrate (I_h,rate) periodisch mit einem Ratenwert verglichen wird und dadurch ermittelt wird, ob ein übermäßiger Anstieg des dem Heizelement (144) gelieferten Stroms vorliegt, und ein SCHOCK-Signal ausgegeben wird, das angibt, ob die Änderungsrate (I_h,rate) als zu hoch betrachtet wird; und auf Grundlage des Stromsignals (I_h,in), des BASIS-Signals und des SCHOCK-Signals ein Heizeinrichtungs-Spannungsbefehlssignal (V_h) ausgegeben wird, auf dessen Grundlage eine Betriebstemperatur der Sensorelementanordnung (130) selektiv zwischen einer normalen Temperatur und einer Abhilfetemperatur, die geringer als die normale Temperatur ist, angepasst wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 9, wobei das selektive Anpassen einer Betriebstemperatur umfasst, dass dem Heizelement (144) selektiv eine normale Leistung und eine Abhilfeleistung geliefert wird, wobei die normale Leistung der normalen Temperatur entspricht, wobei die Abhilfeleistung der Abhilfetemperatur entspricht.
Steuerverfahren nach Anspruch 9, wobei das selektive Anpassen der Betriebstemperatur umfasst, dass die Betriebstemperatur in Richtung der Abhilfetemperatur angepasst wird, wenn die Änderungsrate (I_h,rate) größer oder gleich dem Ratenwert ist.
Steuerverfahren nach Anspruch 11, wobei das selektive Anpassen der Betriebstemperatur ferner umfasst, dass die Betriebstemperatur in Richtung der Abhilfetemperatur angepasst wird, wenn eine Anzahl (C) von fortlaufenden Werten der Änderungsrate (I_h,rate) größer oder gleich dem Ratenwert ist, wobei die Anzahl (C) eine ganze Zahl und größer als Null ist.
Steuerverfahren nach Anspruch 11, wobei das selektive Anpassen der Betriebstemperatur ferner umfasst, dass die Betriebstemperatur in Richtung der Abhilfetemperatur angepasst wird, während die Änderungsrate (I_h,rate) positiv ist.
Steuerverfahren nach Anspruch 11, wobei das selektive Anpassen der Betriebstemperatur ferner umfasst, dass die Betriebstemperatur in Richtung der Abhilfetemperatur angepasst wird, während eine Anzahl (Z) einer fortlaufenden Anzahl (W) der jüngsten Werte der Änderungsrate (I_h,rate) größer oder gleich dem Ratenwert ist, wobei die Anzahl (Z) und die fortlaufende Anzahl (W) ganze Zahlen und größer als Null sind.
Steuerverfahren nach Anspruch 11, wobei das selektive Anpassen der Betriebstemperatur ferner umfasst, dass die Betriebstemperatur in Richtung der Abhilfetemperatur angepasst wird, während mindestens eine Anzahl (T) einer fortlaufenden Anzahl (S) der jüngsten Werte der Änderungsrate (I_h,rate) positiv ist, wobei die Anzahl (T) und die fortlaufende Anzahl (S) ganze Zahlen und größer als Null sind.
Steuerverfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst, dass der Strom periodisch mit einem ersten Stromschwellenwert und einem zweiten Stromschwellenwert verglichen wird, wobei der erste Stromschwellenwert kleiner als der zweite Stromschwellenwert ist; und mit dem Beginnen des periodischen Vergleichens der Änderungsrate (I_h,rate) mit dem Ratenwert gewartet wird, bis der Strom größer oder gleich dem ersten Stromschwellenwert und kleiner oder gleich einem zweiten Stromschwellenwert ist.
Steuerverfahren nach Anspruch 11, wobei die Abhilfetemperatur geringer als eine Thermoschocktemperatur der Lambdasonde (116) ist.
Steuerverfahren nach Anspruch 11, wobei die Betriebstemperatur die Betriebstemperatur des Erfassungselements (140) ist und die Abhilfetemperatur größer als eine Empfindlichkeitstemperatur des Erfassungselements (140) ist.