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Die Erfindung geht aus von einem Lambdasonden-Betriebsverfahren und von einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm sowie ein Computer-Programmprodukt.
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Mit der Luftzahl Lambda wird in der Verbrennungstechnik das Verhältnis zwischen einer tatsächlich angebotenen Luftmasse und einer für die Verbrennung theoretisch benötigten Luftmasse, der stöchiometrischen Luftmasse, bezeichnet. Entsprechend weisen fette Gasgemische, das heißt Gasgemische mit einem Kraftstoffüberschuss, eine Luftzahl Lambda < 1 auf, während magere Gasgemische, das heißt Gasgemische mit einem Luftüberschuss, eine Luftzahl Lambda > 1 aufweisen.
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Stand der Technik
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In der Offenlegungsschrift
DE 199 41 051 A1 ist eine Breitband-Lambdasonde beschrieben, die einen Messgasraum aufweist, der über eine Diffusionsbarriere mit dem zu untersuchenden Abgas verbunden ist. Im Messgasraum ist eine innere Pumpelektrode angeordnet, die mit einer äußeren, dem Abgas ausgesetzten Pumpelektrode und einem zwischen den Pumpelektroden liegenden Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten eine Pumpzelle bildet. Durch den Festelektrolyten der Pumpzelle können Sauerstoffionen transportiert werden, sodass Sauerstoff aus dem Messgasraum herausgepumpt oder in den Messgasraum hineingepumpt werden kann. Neben der Pumpzelle ist eine Messzelle vorhanden, die zwischen der inneren Pumpelektrode und einer Referenzgaselektrode liegt. Die innere Pumpelektrode und die Referenzgaselektrode sind ebenfalls von einem Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten voneinander getrennt. Die Referenzgaselektrode ist in einem Referenzgaskanal angeordnet.
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Die Messzelle entspricht einer Nernstzelle, bei der die sich im thermodynamischen Gleichgewicht zwischen der inneren Pumpelektrode und der Referenzelektrode ausbildende Potenzialdifferenz dem Logarithmus des Verhältnisses des Partialdrucks des zu untersuchenden Gases im Messgasraum und des Partialdrucks der Luft im Referenzgaskanal proportional ist. Ziel einer Messung des Abgaslambdas ist es, den Sauerstoffpartialdruck im Messgasraum derart zu beeinflussen, dass das Nernstpotenzial konstant auf einem bestimmten Wert (beispielsweise 450 mV) verharrt, der näherungsweise Lambda = 1 entspricht. Eine Schaltungsanordnung stellt zu diesem Zweck eine Pumpspannung bereit, mit der die äußere Pumpelektrode beaufschlagt wird. Die Pumpspannung führt zu einem Pumpstrom. Die Polarität und der Betrag des Pumpstroms hängen davon ab, ob und um welchen Betrag die bestimmte Nernstspannung über- oder unterschritten ist. Der sich einstellende Pumpstrom ist ein Maß für das Abgaslambda.
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In der Patentschrift
DE 102 16 724 C1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Breitband-Lambdasonde beschrieben, bei dem eine wiederholte Umpolung der Pumpspannung während eines mageren Verbrennungsmotorbetriebs vorgesehen ist. Die kurzzeitige Umpolung der Pumpspannung soll dafür sorgen, dass Sauerstoff in den Messgasraum der Lambdasonde hineingepumpt wird, der dort Kohlenwasserstoffe oxidieren soll, die während Kraftstoff-Nacheinspritzungen in den Messgasraum der Lambdasonde gelangen können. Die Lambdasonde wird ständig im Messbetrieb gehalten, sodass das Lambdasondensignal ständig einem Lambdaregler zur Verfügung gestellt werden kann. Die Aufrechterhaltung der Betriebsbereitschaft wird durch eine geeignete Wahl der Wiederholrate der Pumpspannungs-Umpolung sichergestellt, wobei sich die Dynamik der Lambdasonde nicht ändern soll.
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In der Offenlegungsschrift
DE 198 38 466 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Lambdasonde beschrieben, mit dem eine Fettdrift, welche durch eine inaktiv gewordene Pumpelektrode auftreten kann, beseitigt werden soll. Nach einer wählbaren Zeitspanne, innerhalb welcher die Lambdasonde ausschließlich mit magerem Abgas beaufschlagt wird, erfolgt eine Umpolung der Pumpspannung oder eine Erhöhung der Nernstspannung in vorgegebenen Intervallen. Dadurch wird das Abpumpen von Sauerstoff aus dem Messgasraum der Lambdasonde unterstützt, sodass die Fettdrift der Lambdasonde ausgeglichen wird.
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In der Offenlegungsschrift
DE 101 63 912 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Lambdasonde beschrieben, das auch bei Einsatz in korrosiven Gasgemischen eine hohe Standzeit und eine gute Messgenauigkeit der Lambdasonde sicherstellen soll. Erreicht wird dies dadurch, dass in Betriebspausen des Verbrennungsmotors die Lambdasonde in Betrieb gehalten wird, wobei jedoch eine Umkehrung des Pumpstroms vorgesehen ist, um Polarisationseffekte an der Pumpelektrode abzubauen. Weiterhin kann zur Schonung der Pumpelektrode der umgekehrte Pumpbetrieb mit einer geringen Pumpspannung dauerhaft aufrecht erhalten werden, wobei der ständige Regenerationsbetrieb nur unterbrochen werden muss, wenn das Lambdasondensignal benötigt wird.
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In der
DE 10 2006 061 954 A1 ist eine Lambdasonde beschrieben, die speziell zur Messung des Abgaslambdas in einem Abgaskanal eines mager betriebenen Verbrennungsmotors ausgestaltet ist. Die Lambdasonde enthält eine erste Elektrode sowie eine zweite Elektrode, die über einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten miteinander verbunden sind. Die erste, in einem Messgasraum angeordnete Elektrode ist über eine Diffusionsbarriere mit dem zu untersuchenden Abgas verbunden. Die zweite Elektrode ist in einem Referenzgaskanal angeordnet. Der Referenzgaskanal kann mit einem sauerstoffdurchlässigen porösen Füllmaterial gefüllt sein. Durch die gegebenenfalls vorgesehene Füllung des Referenzgaskanals sowie dessen geometrische Ausgestaltung soll erreicht werden, dass einerseits ein optimaler Abtransport von Sauerstoff von der zweiten Elektrode gewährleistet ist und dass andererseits ein Eindringen von Verunreinigungen in den Referenzgaskanal verhindert wird.
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Die bekannte Lambdasonde ist als Grenzstrom-Magersonde realisiert, bei welcher ein Pumpstrom durch Anlegen einer ausreichend hohen Potenzialdifferenz zwischen den beiden Elektroden auftritt, der zunächst im Bereich Lambda > 1 bis Lambda = 1 proportional zur Luftzahl Lambda ist. Durch Beaufschlagung der beiden Elektroden mit einem Potenzial, das der sich zwischen den beiden Elektroden einstellenden Nernstspannung entgegengerichtet ist, kann mit der bekannten Lambdasonde kurzzeitig auch im fetten Lambdabereich gemessen werden. Unter Berücksichtigung der sich in unterschiedlichen Betriebszuständen einstellenden Nernstspannung weist die zwischen den Grenzschichten hinter den Elektroden auftretende effektive Pumpspannung für die negativen Sauerstoffionen beim Übergang vom fetten zum mageren Verbrennungsmotorbetrieb beziehungsweise umgekehrt einen Vorzeichenwechsel auf, sodass die negativen Sauerstoffionen bei magerem Abgas von der ersten zur zweiten Elektrode und bei fettem Abgas von der zweiten zur ersten Elektrode transportiert werden.
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In der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 001 079 A1 (nicht vorveröffentlicht) ist eine Lambdasonde beschrieben, die der in der zuvor gewürdigten
DE 10 2006 061 954 A1 Grenzstrom-Magersonde entspricht; bei welcher jedoch ein gezielt herausgebildeter Sauerstoffspeicher im Referenzgaskanal vorgesehen ist. Der Sauerstoffspeicher ermöglicht eine zumindest temporäre Speicherung von Sauerstoff im Referenzgaskanal, sodass genügend Sauerstoff zur Verfügung steht, der während der Messung im fetten Abgas bei Lambda kleiner 1 vom Referenzgaskanal in den Messgasraum zurückgepumpt werden kann. Dadurch kann für eine längere Zeitdauer bei einem fetten Abgas mit einer Lambdasonde gemessen werden, die an sich speziell für einen Betrieb im mageren Abgas konstruiert ist. Angaben zum Verfahrensablauf sind jedoch nicht enthalten.
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In der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 002 735 A1 (nicht vorveröffentlicht) ist eine Weiterbildung der in der
DE 10 2008 001 079 A1 beschriebenen Lambdasonde angegeben, bei welcher ebenfalls ein gezielt herausgebildeter Sauerstoffspeicher im Referenzgaskanal vorgesehen ist. Der Referenzgaskanal weist einen Strömungspfad zum Abgaskanal eines Verbrennungsmotors auf.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Lambdasonden-Betriebsverfahren geht von einer Lambdasonde aus, die zur Messung des Abgaslambdas in einem Abgaskanal eines überwiegend mager betriebenen Verbrennungsmotors vorgesehen ist, die eine erste Elektrode enthält, welche in einem mit dem Abgaskanal verbundenen Messgasraum angeordnet ist, und die eine zweite, in einem Referenzgaskanal mit einem gezielt herausgebildeten Sauerstoffspeicher angeordnete zweite Elektrode enthält, die über einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten mit der ersten Elektrode verbunden ist. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zeichnet sich dadurch aus, dass nach dem Einleiten eines fetten Verbrennungsmotorbetriebs eine erste Zeitdauer vorgegeben wird, während der das von der Lambdasonde bereitgestellte Lambdasignal als gültig gewertet und zur Lambdaregelung des Verbrennungsmotors herangezogen wird, dass nach Ablauf der ersten Zeitdauer eine Umkehrung des zwischen den beiden Elektroden fließenden Pumpstroms bewirkt wird, derart, dass Sauerstoff vom Messgasraum in den Sauerstoffspeicher gepumpt wird, dass nach Ablauf einer zweiten Zeitdauer die Umkehrung beendet wird, und dass danach das Lambdasignal wieder als gültig gewertet und zur Lambdaregelung des fetten Verbrennungsmotorbetriebs herangezogen wird.
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Die Umkehrung des Pumpstroms kann durch eine Vorgabe des Pumpstroms oder durch eine Vorgabe der Pumpspannung bewirkt werden. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die Pumpspannung an der ersten, im Messgasraum angeordneten Pumpelektrode mit einem Betrag auftritt, bei welchem durch chemische Spaltung von beispielsweise Wasser der erforderliche Sauerstoff generiert werden kann.
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Das erfindungsgemäße Lambdasonden-Betriebsverfahren ermöglicht das Bereitstellen eines gültigen Lambdasignals während des fetten Verbrennungsmotorbetriebs, nur ausgenommen während der Pumpstrom-Umkehr, mit einer speziellen Lambdasonde, die insbesondere für den an sich hauptsächlich vorgesehenen mageren Verbrennungsmotorbetrieb, jedoch auch für einen periodisch wiederkehrenden fetten Verbrennungsmotorbetrieb geeignet ausgestaltet ist. Eine derartige Lambdasonde ist in den bereits in der Beschreibungseinleitung gewürdigten Patentanmeldungen gemäß
DE 10 2008 002 735 A1 und
DE 10 2008 001 079 A1 beschrieben, auf die jeweils ausdrücklich Bezug genommen wird.
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Bei dem periodisch wiederkehrenden fetten Verbrennungsmotorbetrieb handelt es sich um eine Betriebsphase, während der eine im Abgaskanal des Verbrennungsmotors angeordnete Abgasnachbehandlungsvorrichtung konditioniert, beispielsweise regeneriert wird. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen NOx-Speicherkatalysator handeln, der mit fetten Abgasbestandteilen (Kohlenwasserstoffe) regeneriert werden soll. Ein solcher NOx-Speicherkatalysator lagert die während des mageren Verbrennungsmotorbetriebs im Abgas vermehrt vorhandenen Stickoxide insbesondere als Stickstoffverbindungen ein. Nachdem die Speicherkapazität ausgeschöpft ist, wird ein Regenerationsvorgang durch einen fetten Verbrennungsmotorbetrieb gestartet, dessen Dauer im Bereich von beispielsweise wenigen Sekunden bis beispielsweise 30 Sekunden liegt.
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Damit die Lambdasonde auch zumindest während des temporären fetten Verbrennungsmotorbetriebs ein gültiges Lambdasignal zur Verfügung stellen kann, ist eine zeitweise Umkehr des Pumpstroms vorgesehen und zwar derart, dass nach dem Einleiten des fetten Verbrennungsmotorbetriebs eine erste Zeitdauer vorgegeben wird, während der das von der Lambdasonde bereitgestellte Lambdasignal als gültig gewertet und zur Lambdaregelung des Verbrennungsmotors herangezogen wird, dass nach Ablauf der ersten Zeitdauer eine Umkehrung des Pumpstroms vorgegeben wird, derart, dass Sauerstoff vom Messgasraum in den Sauerstoffspeicher gepumpt wird, dass nach Ablauf einer zweiten Zeitdauer die Umkehrung beendet wird, und dass danach das Lambdasignal wieder als gültig gewertet und wieder zur Lambdaregelung des fetten Verbrennungsmotorbetriebs herangezogen wird. Nach Abschluss des fetten Verbrennungsmotorbetriebs beginnt wieder der hauptsächlich vorgesehene magere Verbrennungsmotorbetrieb.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lambdasonden-Betriebsverfahrens ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass nach der zweiten Zeitdauer unmittelbar anschließend eine dritte Zeitdauer vorgesehen wird, während der das Lambdasignal noch als ungültig gewertet wird. Die dritte Zeitdauer wird vorgegeben, damit sich nach Beendigung der Umpolung des Pumpstroms wieder stabile Verhältnisse an den beteiligten Elektroden einstellen können.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Abgaslambda während des Betriebs des Verbrennungsmotors mit Kraftstoffüberschuss auf einen Wert von 0,7 bis 0,95 festgelegt wird. Dadurch können ausreichend viele Fettgas-Komponenten zur Konditionierung der Abgasreinigungsvorrichtung bereitgestellt werden.
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Andere Ausgestaltungen betreffen die Festlegung der Zeitdauern. Demnach liegen die erste Zeitdauer vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 3 Sekunden, die zweite Zeitdauer im Bereich von 1 bis 8 Sekunden und die dritte Zeitdauer im Bereich von 0,1 bis 1 Sekunden.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass während der Umkehrung des Pumpstroms die Pumpspannung zumindest der Zersetzungsspannung von Wasser entspricht. Damit kann der Sauerstoff aus dem in den Messgasraum eingedrungenen beziehungsweise dort auftretenden (Kondens-)Wasser gewonnen werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens betrifft zunächst ein speziell hergerichtetes Steuergerät, das Mittel zur Durchführung des Verfahrens enthält.
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Das Steuergerät enthält insbesondere eine Pumpsignal-Festlegung.
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Das Steuergerät enthält vorzugsweise wenigstens einen elektrischen Speicher, in welchem die Verfahrensschritte als Steuergerätprogramm abgelegt sind.
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Das erfindungsgemäße Computerprogramm sieht vor, dass alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn es auf einem Computer abläuft.
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Das erfindungsgemäße Computer-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode führt das erfindungsgemäße Verfahren aus, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 zeigt ein technisches Umfeld, in welchem eine Lambdasonde eingesetzt ist,
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2 zeigt die Lambdasonde in einem Betriebszustand bei einer Luftzahl Lambda > 1,
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3 zeigt die Lambdasonde in einem Betriebszustand bei einer Luftzahl Lambda < 1 und
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4 zeigt Signalverläufe in Abhängigkeit von der Zeit.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt einen Verbrennungsmotor 100, in dessen Abgaskanal 110 eine Lambdasonde 120 angeordnet ist, die einem Steuergerät 130 ein Lambdasignal lam zur Verfügung stellt. Das Steuergerät 130 enthält eine Motorsteuerung 140, die zumindest anhand eines Drehmoment-Sollwerts Md ein Steuersignal K festlegt, welches beispielsweise einer nicht näher gezeigten, dem Verbrennungsmotor 100 zugeordneten Kraftstoffzumessung zur Verfügung gestellt wird. Das Steuersignal K hängt weiterhin zumindest noch von einem Konditionierungssignal Kon ab, welches eine erforderliche Konditionierung, beispielsweise eine Regeneration, einer nicht näher gezeigten Abgasreinigungsvorrichtung signalisiert.
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Das Steuergerät 130 enthält weiterhin eine Pumpsignal-Festlegung 150, welche in Abhängigkeit von einem Schaltsignal S, welches die Motorsteuerung 140 bereitstellt, und in Abhängigkeit von Zeitdauern T1, T2, T3, welche ein Zeitgeber 160 bereitstellt, ein Pumpsignal IP für die Lambdasonde 120 festlegt.
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2 zeigt die Lambdasonde 120, die einem Abgasstrom 12 des Verbrennungsmotors 100 ausgesetzt ist. Ein Teil des Abgases gelangt über einen Zuluftkanal 14 und über eine Abgas-Diffusionsbarriere 16 in einen Messgasraum 18, in dem eine erste Elektrode 20 angeordnet ist. Die erste Elektrode 20 ist über einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten 22 mit einer zweiten Elektrode 24 verbunden, die in einem Referenzgaskanal 26 angeordnet ist, der an seinem ausgangsseitigen Ende 28 beispielsweise in der Umgebungsluft oder im Abgaskanal 110 mündet. Der Messgasraum 18 und der Referenzgaskanal 26 und folglich die beiden Elektroden 20, 24 sind über eine gasdichte Trennschicht 32 voneinander getrennt. Zur Beheizung der Lambdasonde 10 ist ein Heizelement 34 vorgesehen.
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Die Lambdasonde 120 enthält einen gezielt herausgebildeten Sauerstoffspeicher 40, der es ermöglicht, einen Vorrat an Sauerstoff anzulegen. Dieser Sauerstoff steht im Bedarfsfall, also beispielsweise im Fettbetrieb der Lambdasonde 120, in ausreichendem Maß für eine bestimmte Betriebsdauer rasch zur Verfügung.
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Der gezielt herausgebildete Sauerstoffspeicher 40 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Volumen im Referenzgaskanal 26 realisiert, der zum ausgangsseitigen Ende 28 hin durch einen Strömungswiderstand 42 begrenzt wird. Der Strömungswiderstand 42 kann sich bis an das ausgangsseitige Ende 28 des Referenzgaskanals 26 erstrecken. Das Volumen des Sauerstoffspeichers 40 wird den Erfordernissen angepasst. Der Strömungswiderstand 42 kann mit einer Abluft-Diffusionsbarriere 44 zumindest teilweise gefüllt werden, welche die Wirkung des Strömungswiderstands 42 weiter erhöht oder welche das Eindringen von Schmutz in den Sauerstoffspeicher 40 aus der Umgebungsluft oder dem Abgaskanal 110 verhindert.
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2 zeigt den Betrieb der Lambdasonde 120 speziell bei einem mageren Abgasstrom 12. Die beiden Elektroden 20, 24 sind an der Pumpsignal-Festlegung 140 angeschlossen, die ein solches Pumpsignal IP zur Verfügung stellt, bei dem eine Magerbetrieb-Pumpspannung UP, m auftritt, wobei das positive Potenzial an der zweiten Elektrode 24 liegt. Die Pumpspannung wird beispielsweise auf 800 mV eingestellt. Im mageren Betrieb tritt zwischen den beiden Elektroden 20, 24 eine Magerbetrieb-Nernstspannung UN, m auf, die vergleichsweise gering ist und beispielsweise bei 200 mV liegt, wobei das positive Potenzial an der zweiten Elektrode 24 auftritt. Die Magerbetrieb-Pumpspannung UP, m sowie die Magerbetrieb-Nernstspannung UN, m überlagern sich, sodass zwischen den beiden Elektroden 20, 24 für den Transport von Sauerstoffionen eine effektive Magerbetrieb-Pumpspannung UPeff, m zur Verfügung steht, die der Differenz zwischen der Magerbetrieb-Pumpspannung UP, m und der Magerbetrieb-Nernstspannung UN, m, also etwa 600 mV entspricht, wobei das positive Potenzial an der zweiten Elektrode 24 auftritt. Dadurch findet ein Magerbetrieb-Sauerstoffionen-Transport O2–m von der ersten zur zweiten Elektrode 20, 24 statt, sodass Sauerstoff vom Messgasraum 18 zum Referenzgaskanal 26 gepumt wird, der zunächst zum Füllen des Sauerstoffspeichers 40 dient und bei gefülltem Sauerstoffspeicher 40 in die Umgebungsluft oder in den Abgaskanal 110 abgegeben wird. Der Magerbetrieb-Pumpstrom IP, m ist ein Grenzstrom, der proportional zur Luftzahl Lambda ist, bezogen auf den stöchiometrischen Wert.
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3 zeigt die in 2 dargestellte Lambdasonde 120 in einem Betriebszustand bei fettem Abgasstrom 12.
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Diejenigen in 3 gezeigten Teile, die mit den in 2 gezeigten Teilen übereinstimmen, tragen jeweils dieselben Bezugszeichen.
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Bei einem Abgasstrom 12 mit Sauerstoffmangel bezogen auf ein stöchiometrisches Verhältnis tritt zwischen den Elektroden 20, 24 eine erheblich höhere Fettbetrieb-Nernstspannung UN, f auf, die beispielsweise bei 900 mV liegt, wobei das positive Potenzial weiterhin an der zweiten Elektrode 24 auftritt. Im Fettbetrieb soll die Lambdasonde 120 Sauerstoff vom Referenzgaskanal 26 zum Messgasraum 18 pumpen. Damit ein solcher Fettbetrieb-Sauerstoffstrom O2–f auftreten kann, muss die effektive Fettbetrieb-Pumpspannung UPeff, f derart gepolt sein, dass das positive Potenzial an der ersten Elektrode 20 auftritt. Um diese Potenzialverhältnisse zu erreichen, muss die an die Elektroden 20, 24 anliegende Pumpspannung auf eine Fettbetrieb-Pumpspannung UPeff, f gebracht werden. Hierbei ist eine Potenzialumkehr im Hinblick darauf, dass die Fettbetrieb-Nernstspannung UN, f auf einem vergleichsweise hohen Potenzial von beispielsweise 900 mV liegt, nicht unbedingt erforderlich. Eine Vorzeichenumkehr der effektiven Fettbetrieb-Pumpspannung UPeff, f wird bereits erreicht, wenn das Potenzial der Fettbetrieb-Pumpspannung UP, f gegenüber dem Magerbetrieb auf beispielsweise 300 mV abgesenkt wird, wobei das positive Potenzial weiterhin an der zweiten Elektrode 24 anliegt. Für die effektive Fettbetrieb-Pumpspannung UPeff, f stehen dann ebenfalls 600 mV zur Verfügung, wobei das positive Potenzial an der ersten Elektrode 20 auftritt. Der Fettbetrieb-Pumpstrom IP, f ist ebenfalls ein Grenzstrom, der proportional zur Luftzahl Lambda ist, bezogen auf den stöchiometrischen Wert. Der Fettbetrieb-Pumpstrom IP, f fließt in die entgegengesetzte Richtung im Vergleich zum Magerbetrieb-Pumpstrom IP, m. Bei der Luftzahl Lambda = 1 tritt bei der Änderung der Pumpspannung UP eine Vorzeichenumkehr des Pumpstroms IP auf.
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Das erfindungsgemäße Lambdasonden-Betriebsverfahren baut auf der beschriebenen Lambdasonde 120 auf. Bei der Abgasreinigungsvorrichtung handelt es sich um beispielsweise einen NOx-Speicherkatalysator, der von Zeit zu Zeit zur Wiederherstellung der Speicherfähigkeit regeneriert werden muss. Darüber hinaus kann gelegentlich eine Regeneration von einer Schwefelvergiftung erforderlich werden. Die Konditionierung, speziell die Regeneration der Abgasreinigungsvorrichtung soll mit einem Abgas erfolgen, welches Sauerstoffmangel aufweist, also Kohlenwasserstoffe enthält, die beispielsweise durch eine geeignete Festlegung des Steuersignals K innermotorisch bereit gestellt werden können, beispielweise mittels Kraftstoff-Nacheinspritzungen.
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Die Lambdasonde 120 misst das Abgaslambda und stellt als Messwert das Lambdasignal lam der Motorsteuerung 140 zur Verfügung, welche einen Lambdaregler zur Einhaltung des vorgegebenen Abgaslambdas enthält. Ausgegangen wird von einem Verbrennungsmotor 100, der normalerweise im mageren Betriebszustand, also mit einem Sauerstoffüberschuss im Abgas betrieben wird.
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Das erfindungsgemäße Lambdasonden-Betriebsverfahren wird anhand der in 4 gezeigten Signalverläufe näher erläutert:
Ausgangspunkt ist der magere Verbrennungsmotorbetrieb, bei welchem ein Abgaslambda von beispielsweise 1,2 vorliegen soll. Der Pumpstrom IP liegt hierbei beispielsweise bei einem Wert IP+, bei welchem Sauerstoff von der ersten zur zweiten Elektrode 20, 26, demnach aus dem Messgasraum 18 in den Sauerstoffspeicher 40 gepumpt wird, welcher im gezeigten Beispiel vollständig mit Sauerstoff gefüllt sein soll. Dargestellt ist der relative Sauerstoff-Füllstand O2rel, wobei ein vollständig gefüllter Sauerstoffspeicher dem relativen Wert = 1 entsprechen soll.
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Zum ersten Zeitpunkt t1 soll das Konditioniersignal Kon auftreten, woraufhin die Motorsteuerung 140 das Schaltsignal S bereitstellt. Die Pumpsignal-Festlegung 150 legt das Pumpsignal IP derart fest, dass ein Pumpstrom mit einem Wert IP– auftritt, der zu einem Sauerstofftransport vom Sauerstoffspeicher 40 in den Messgasraum 18 führt. Dieser Betriebszustand soll für die vom Zeitgeber 160 vorgegebene erste Zeitdauer T1 vorliegen. Während der ersten Zeitdauer T1 sinkt der Sauerstoff-Füllstand im Sauerstoffspeicher 40 bis zum Erreichen des zweiten Zeitpunkts t2 ständig ab. Während der ersten Zeitdauer T1 ist die Betriebsbereitschaft der Lambdasonde 120 vollständig sichergestellt, sodass ein gültiges Lambdasignal lam zur Verfügung steht und zur Lambdaregelung des Verbrennungsmotors 100 eingesetzt wird.
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Ab dem zweiten Zeitpunkt t2 wird während der vom Zeitgeber 160 vorgegebenen zweiten Zeitdauer T2 mittels des Pumpsignals P der Pumpstrom IP derart beeinflusst, dass ein Sauerstofftransport vom Messgasraum 18 zum Sauerstoffspeicher 40 stattfinden kann. Die Pumpsignal-Festlegung 150 sorgt dafür, dass sich ein entsprechender Pumpstrom IPK einstellt, der dem Sauerstofftransport entspricht. Hierbei soll sich eine Pumpspannung UP derart einstellen, dass im Bereich der ersten Elektrode 20 Sauerstoff durch chemische Spaltung von beispielsweise im Messgasraum 18 vorhandenem (Kondens-)Wasser generiert wird, der dann für den Sauerstofftransport zur Verfügung steht. Während der zweiten Zeitdauer T2 steht kein gültiges Lambdasignal lam zur Verfügung, sodass keine Lambdaregelung, sondern nur noch ein gesteuerter Betrieb des Verbrennungsmotors 100 möglich ist.
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Nach Ablauf der zweiten Zeitdauer T2 zum dritten Zeitpunkt t3 wird die Umkehrung des Pumpstroms IP wieder aufgehoben, sodass aufgrund des weiterhin vorliegenden fetten Verbrennungsmotorbetriebs wieder Sauerstoff vom Sauerstoffspeicher 40 zum Messgasraum 18 gepumpt wird, der aufgrund des nachgefüllten Sauerstoffspeichers 40 in ausreichender Menge zur Verfügung steht, sodass wieder ein Lambdaregelbetrieb des Verbrennungsmotors 100 vorgesehen wird.
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Zur Stabilisierung der Vorgänge insbesondere im Bereich der ersten Elektrode 20 wird vorzugsweise noch eine vom Zeitgeber 160 vorgegebene dritte Zeitdauer T3 abgewartet, die zum vierten Zeitpunkt t4 endet, ab dem das Lambdasignal lam als gültig angesehen und dem Lambdaregler zur Verfügung gestellt wird.
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Der fette Verbrennungsmotorbetrieb soll noch bis zum Zeitpunkt t5 andauern, zu welchem wieder auf den üblicherweise vorgesehenen mageren Verbrennungsmotorbetrieb umgeschaltet wird.
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Ohne das erfindungsgemäße Lambdasonden-Betriebsverfahren würde während des fetten Verbrennungsmotorbetriebs die im Sauerstoffspeicher 40 zum Zurückpumpen in den Messgasraum 18 zur Verfügung stehende Menge an Sauerstoff nicht ausreichen, sodass keine Lambdaregelung mehr möglich wäre. Der Verlauf des Sauerstoffabfalls im Sauerstoffspeicher 40, welcher in diesem Fall auftreten würde, ist in 4 ab dem zweiten Zeitpunkt t2 strichliniert eingetragen. Hierbei wird angenommen, dass bereits vor Erreichen des dritten Zeitpunkts t3 der zur Verfügung stehende Sauerstoff vollständig aufgebraucht wäre und eine Lambdamessung und folglich eine Lambdaregelung ab diesem Zeitpunkt daher nicht mehr möglich wären. Mit dem erfindungsgemäße Lambdasonden-Betriebsverfahren ist es dagegen möglich, ein gültiges Lambdasignal lam während des fetten Verbrennungsmotorbetriebs, ausgenommen während der zweiten Zeitdauer T2, bereitzustellen und die Lambdaregelung durchzuführen.
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Die erste Zeitdauer T1 kann in einem Bereich von 0,5 bis 3 Sekunden, die zweite Zeitdauer T2 im Bereich von 1 bis 8 Sekunden und die dritte Zeitdauer im Bereich von 0,1 bis 1 Sekunden liegen. Die gesamte Zeitdauer vom ersten bis zum fünften Zeitpunkt t1, t5, also die Zeitdauer des fetten Verbrennungsmotorbetriebs kann hierbei beispielsweise von wenigen Sekunden bis beispielsweise 30 Sekunden dauern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19941051 A1 [0004]
- DE 10216724 C1 [0006]
- DE 19838466 A1 [0007]
- DE 10163912 A1 [0008]
- DE 102006061954 A1 [0009, 0011]
- DE 102008001079 A1 [0011, 0012, 0015]
- DE 102008002735 A1 [0012, 0015]
