DE102009055041B4

DE102009055041B4 - Method for quickly achieving operational readiness of a heatable exhaust gas probe

Info

Publication number: DE102009055041B4
Application number: DE102009055041.0A
Authority: DE
Inventors: Cyril Verdier; Berndt Cramer; Johannes Kanters; Stefan Rodewald; Reinhard Hein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2021-12-09
Anticipated expiration: 2029-12-22
Also published as: CN102103117B; DE102009055041A1; JP5864853B2; JP2011127603A; CN102103117A

Abstract

Verfahren zum schnellen Erreichen der Betriebsbereitschaft einer beheizbaren Abgassonde, insbesondere einer keramischen Sonde, die bei einer vorgebbaren Betriebstemperatur, insbesondere bei einem vorgebbaren Sollwert des Innenwiderstands zu betreiben ist, wobei die Sonde bis etwa zum Erreichen einer maximal zulässigen thermomechanischen Belastung durch Beaufschlagung mit einer ersten Spannung U1(2) aufgeheizt wird, dann mit einer zweiten Spannung U2(3), die kleiner als die erste Spannung U1(2) ist, beaufschlagt wird und anschließend mit einer vorzugsweise rampenförmig zu erhöhenden Spannung (4) beaufschlagt wird, bis die Betriebsbereitschaft erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde bereits während der Aufheizung mit einem Hauptpumpstrom IAbeaufschlagt wird und die Sonde bereits während der Aufheizung mit einem Referenzpumpstrom beaufschlagt wird, wobei eine Diagnose erfolgt, indem ein Vorzeichenwechsel des Hauptpumpstroms IAanzeigt, dass Sauerstoffpumpzellen der Abgassonde funktionieren.Method for quickly achieving operational readiness of a heatable exhaust gas probe, in particular a ceramic probe, which is to be operated at a specifiable operating temperature, in particular at a specifiable setpoint value for the internal resistance, the probe being subjected to a first voltage until a maximum permissible thermomechanical load is reached U1 (2) is heated, then a second voltage U2 (3), which is lower than the first voltage U1 (2), is applied and then a voltage (4), which is preferably increased in a ramp-shaped manner, is applied until operational readiness is achieved is characterized in that a main pump current IA is already applied to the probe during heating and a reference pump current is applied to the probe during heating, a diagnosis being made by a change in sign of the main pump current IA indicating that oxygen pump cells of the exhaust gas probe function.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum schnellen Erreichen der Signalbereitschaft einer beheizbaren Abgassonde, insbesondere einer keramischen Sonde.The present invention relates to a method for quickly achieving signal readiness of a heatable exhaust gas probe, in particular a ceramic probe.

Stand der TechnikState of the art

Sensoren bzw. Messfühler zur Bestimmung von physikalischen Eigenschaften werden in vielfältiger Weise eingesetzt. Beispielsweise können in dem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine Temperatur-, Ruß- und Gassensoren vorgesehen sein, die in Verbindung mit einem Katalysator und einer Regelung eine wirksame Reinigung des Abgases ermöglichen.Sensors or measuring sensors for determining physical properties are used in a variety of ways. For example, temperature, soot and gas sensors can be provided in the exhaust line of an internal combustion engine, which, in conjunction with a catalytic converter and a control system, enable the exhaust gas to be cleaned effectively.

Insbesondere wird mithilfe von sogenannten Lambdasensoren oder Lambdasonden ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoffverhältnis mit Lambda=1 im Abgas eingestellt. Hierbei wird das Massenverhältnis von Luft zu Kraftstoff durch die Luftzahl beschrieben. Lambda ist der Quotient aus der Luftzahl des tatsächlich zugeführten Gemisches und der Luftzahl bei stöchiometrischem Gemisch. Bei Benzin als Kraftstoff ist zur vollständigen Verbrennung des Kraftstoffs eine Luftzahl von 14,7 erforderlich.In particular, so-called lambda sensors or lambda probes are used to set a stoichiometric air-fuel ratio with lambda = 1 in the exhaust gas. Here, the mass ratio of air to fuel is described by the air ratio. Lambda is the quotient of the air ratio of the mixture actually supplied and the air ratio for a stoichiometric mixture. When using gasoline as the fuel, an air ratio of 14.7 is required for complete combustion of the fuel.

Die als Lambdasonden üblicherweise verwendeten Sensoren beruhen auf dem Prinzip einer galvanischen Sauerstoff-Konzentrationszelle mit einem Festkörperelektrolyten. Die Keramik wird bei einer sogenannten Aktivierungstemperatur sauerstoffionenleitend. Aufgrund eines unterschiedlichen Sauerstoffanteils auf beiden Seiten der Keramik wird die sogenannte Nernstspannung erzeugt. Diese elektrische Spannung ist ein logarithmisches Maß für das Verhältnis der Sauerstoffpartialdrücke zu beiden Seiten der Keramik. Aufgrund des Zusammenhangs des Restsauerstoffgehalts im Abgas einer Brennkraftmaschine mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches ist es möglich, durch eine Messung des Sauerstoffgehalts im Abgas auf das der Brennkraftmaschine zugeführte Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu schließen.The sensors usually used as lambda sensors are based on the principle of a galvanic oxygen concentration cell with a solid electrolyte. The ceramic becomes oxygen ion conductive at a so-called activation temperature. The so-called Nernst voltage is generated due to a different proportion of oxygen on both sides of the ceramic. This electrical voltage is a logarithmic measure for the ratio of the oxygen partial pressures on both sides of the ceramic. Due to the relationship between the residual oxygen content in the exhaust gas of an internal combustion engine and the air / fuel ratio of the mixture supplied to the internal combustion engine, it is possible to infer the air / fuel ratio supplied to the internal combustion engine by measuring the oxygen content in the exhaust gas.

Bei unterschiedlichem Sauerstoffpartialdruck an den Elektroden einer Sauerstoffsonde bildet sich die Nernstspannung aus, die proportional zum Logarithmus des Partialdruckverhältnisses ist. Wird an den Elektroden eine Spannung angelegt, die größer oder kleiner als die Nernstspannung ist, so setzt ein Sauerstoffionenfluss zur einen bzw. anderen Elektrode ein. Ein Hohlraum, in dem sich eine Elektrode befindet, kann somit sauerstoffbefüllt oder von Sauerstoff befreit werden.With different oxygen partial pressures at the electrodes of an oxygen probe, the Nernst voltage develops, which is proportional to the logarithm of the partial pressure ratio. If a voltage that is greater or less than the Nernst voltage is applied to the electrodes, oxygen ion flows to one or the other electrode. A cavity in which an electrode is located can thus be filled with oxygen or freed from oxygen.

Sogenannte Breitbandlambdasonden sind nun so aufgebaut, dass ein erstes Elektrodenpaar so angeordnet ist, dass eine Elektrode dem Abgas ausgesetzt ist. Eine andere Elektrode ist in einem Hohlraum (Messgasraum) angeordnet, der mit dem Abgas über eine Diffusionsbarriere verbunden ist. Eine weitere Elektrode eines zweiten Elektrodenpaares ist ebenfalls in diesem Hohlraum angeordnet. Die zweite Elektrode des zweiten Elektrodenpaares ist in einem Referenzgasraum mit einer Verbindung zur Umgebungsluft angeordnet. Die an dem zweiten Elektrodenpaar messbare Spannung ist als Nernstspannung ein Maß für den Sauerstoffpartialdruck im Messgasraum. Ein Komparator vergleicht die Nernstspannung mit einer Sollspannung und regelt nun so lange die Spannung zwischen dem ersten Elektrodenpaar, bis die Nernstspannung aufgrund der Sauerstoffab- oder -zufuhr aus dem Hohlraum einer vorgegebenen Sollspannung entspricht. Der Pumpstrom, im folgenden Hauptpumpstrom I_A genannt, der als Stellgröße für diese Regelung erforderlich ist, ist dabei ein Maß für die Sauerstoffkonzentration im Abgas.So-called broadband lambda probes are now constructed in such a way that a first pair of electrodes is arranged in such a way that one electrode is exposed to the exhaust gas. Another electrode is arranged in a cavity (measuring gas chamber) which is connected to the exhaust gas via a diffusion barrier. Another electrode of a second pair of electrodes is also arranged in this cavity. The second electrode of the second pair of electrodes is arranged in a reference gas space with a connection to the ambient air. The voltage that can be measured at the second pair of electrodes is a Nernst voltage, a measure of the oxygen partial pressure in the measurement gas space. A comparator compares the Nernst voltage with a target voltage and regulates the voltage between the first pair of electrodes until the Nernst voltage corresponds to a predetermined target voltage due to the oxygen supply or removal from the cavity. The pump current, hereinafter referred to as the main pump current I _A called, which is required as a manipulated variable for this regulation, is a measure of the oxygen concentration in the exhaust gas.

Der Referenzgasraum kann durch einen niedrigen kontinuierlichen Referenzpumpstrom mit Sauerstoff versorgt werden. Hierdurch wird eine Konvektion erzeugt, die verhindert, dass in den Referenzgasraum aus zum Beispiel dem Motorraum Gase und „Elektrodengifte“ eintreten können, die die Nernstspannung verändern könnten. Wird der Referenzpumpstrom gering gehalten, wird die Nernstspannung nur unwesentlich hiervon beeinflusst.The reference gas space can be supplied with oxygen by a low, continuous reference pump current. This creates a convection that prevents gases and "electrode poisons" from entering the reference gas compartment, for example from the engine compartment, which could change the Nernst voltage. If the reference pump current is kept low, the Nernst voltage is only marginally affected.

Der für die Sensorfunktion erforderliche Sauerstoffionenfluss setzt eine gewisse Temperatur der Sondenkeramik voraus. Unterhalb dieser Temperatur ist der Ionenfluss ungenügend, sodass das Sensorsignal verfälscht ist. Es ist daher erforderlich, die Sonde auf eine bestimmte Temperatur, die sogenannte Solltemperatur oder Nominaltemperatur, aufzuheizen, bevor ein auswertbares Sensorsignal erhalten werden kann. Die Solltemperatur einer keramischen Sonde liegt typischerweise im Bereich zwischen 650 °C und 850 °C. Um diese Nominaltemperatur unabhängig von den Umgebungsbedingungen erreichen zu können, wird die Sonde elektrisch beheizt. Hierfür ist beispielsweise ein in den Sensor integrierter Heizer, zum Beispiel aus Platin, vorgesehen.The oxygen ion flow required for the sensor function requires a certain temperature of the probe ceramic. Below this temperature the ion flow is insufficient, so that the sensor signal is falsified. It is therefore necessary to heat the probe to a certain temperature, the so-called setpoint temperature or nominal temperature, before an evaluable sensor signal can be obtained. The target temperature of a ceramic probe is typically in the range between 650 ° C and 850 ° C. In order to be able to reach this nominal temperature independently of the ambient conditions, the probe is electrically heated. A heater, for example made of platinum, is provided for this purpose, for example, which is integrated into the sensor.

Der Innenwiderstand zwischen zwei auf dem Sauerstoffionenleiter angeordneten Elektroden ist ein Maß für die Temperatur der Sonde und kann zur Regelung des Heizers genutzt werden. Um ein möglichst frühzeitiges Ansprechen der Sonde und damit eine möglichst frühzeitige Verfügbarkeit von verwertbaren Messsignalen zu erreichen, ist ein schnelles Aufheizen des Sensors notwendig. Eine schnelle Signalverfügbarkeit ist für die Einhaltung von Abgasnormen erforderlich. Es ist bekannt, das Sensorsignal als gültig freizugeben, wenn beispielsweise der bereits erwähnte Innenwiderstand einen vorgebbaren Sollwert unterschreitet und damit anzeigt, dass eine vorgebbare Temperatur, insbesondere die Solltemperatur der Sonde, erreicht ist. In der Regel wird der Hauptpumpstrom und der Referenzpumpstrom erst eingeschaltet, wenn der Innenwiderstand unter den vorgebbaren Schwellenwert gefallen ist.The internal resistance between two electrodes arranged on the oxygen ion conductor is a measure of the temperature of the probe and can be used to regulate the heater. In order to achieve the earliest possible response of the probe and thus the earliest possible availability of usable measurement signals, the sensor must be heated up quickly. Rapid signal availability is necessary for compliance with emissions standards. It is known to release the sensor signal as valid if, for example, the internal resistance already mentioned falls below a predefinable setpoint and thus indicates that a predefinable temperature, in particular the setpoint temperature of the probe, has been reached. As a rule, the main pump current and the reference pump current are only switched on when the internal resistance has fallen below the predefinable threshold value.

Der Innenwiderstand variiert während der Sondenerwärmung über mehrere Zehnerpotenzen, typischerweise startet er im Megaohmbereich. Sein Regelsollwert liegt typischerweise im Hundertohmbereich. Um den Sollwert genau einregeln zu können, ist aus Auflösungsgründen ein enger Bereich um den Sollwert vorzusehen. Dadurch ist der Innenwiderstand zu Beginn der Erwärmung nicht messbar.The internal resistance varies over several powers of ten as the probe is heated, and typically starts in the megohm range. Its control setpoint is typically in the hundred ohm range. In order to be able to regulate the target value precisely, a narrow area must be provided around the target value for reasons of resolution. As a result, the internal resistance cannot be measured at the beginning of the heating process.

In der Phase des Aufheizens der Sonde kann bei der Verbrennung Wasserdampf entstehen, der auf kalten Oberflächen des Abgasstrangs kondensiert. Wenn nun ein Wassertropfen auf die heiße Sensoroberfläche trifft, können lokale Temperaturunterschiede zu hohen thermischen Spannungen führen, die zu einer Zerstörung der Sonde führen können. Dieses Phänomen wird als sogenannter „Thermoschock“ bezeichnet.During the heating-up phase of the probe, water vapor can be generated during combustion, which condenses on the cold surfaces of the exhaust gas system. If a drop of water hits the hot sensor surface, local temperature differences can lead to high thermal stresses, which can destroy the probe. This phenomenon is known as what is known as "thermal shock".

Um einen solchen Thermoschock auszuschließen, wird die Sonde üblicherweise in Phasen, in denen eine niedrige Abgastemperatur und somit Wasser im Abgasstrang zu erwarten ist, mit einer niedrigen Temperatur (sogenanntes „Schutzheizen“) betrieben. Der Nachteil dieser Maßnahme ist, dass die Sonde in diesen Phasen nicht betriebsbereit ist. Erst wenn der Zustand erreicht ist, dass sich kein Wasser mehr im Abgas der Brennkraftmaschine befindet, wird die Sonde auf die Nominaltemperatur geheizt.In order to exclude such a thermal shock, the probe is usually operated at a low temperature (so-called "protective heating") in phases in which a low exhaust gas temperature and thus water in the exhaust system is to be expected. The disadvantage of this measure is that the probe is not operational during these phases. Only when the state has been reached that there is no longer any water in the exhaust gas of the internal combustion engine is the probe heated to the nominal temperature.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2006 012 476 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors, bei dem der Sensor zunächst auf eine sogenannte Schockresistenztemperatur aufgeheizt wird, wobei die Schockresistenztemperatur größer als die Solltemperatur ist. Dieses Verfahren macht sich den sogenannten Leidenfrosteffekt zunutze: bei der Schockresistenztemperatur ist die Oberfläche des Sensorelements so heiß, dass spontan ein Dampffilm zwischen Wassertropfen und der Sensoroberfläche ausgebildet wird. Hierdurch wird verhindert, dass ein Wassertropfen die Oberfläche des Sensorelements berührt, der zu Schäden an der Keramik führen könnte. Anschließend wird der Sensor bei einer zweiten Temperatur betrieben, bei der der Messbetrieb erfolgt. Diese zweite Temperatur ist vorzugsweise die Solltemperatur des Sensors. Die Schockresistenztemperatur erlaubt zwar bereits den Betrieb des Sensors. Nachteilig ist jedoch, dass die Schockresistenztemperatur die Sonde einer erheblichen thermomechanischen Belastung aussetzt. Die thermomechanische Belastung der Sondenkeramik, beispielsweise Zirkoniumdioxid, steigt mit zunehmender Temperatur. Ihre mechanische Zugspannungsfestigkeit sinkt mit zunehmender Temperatur. Ein Erhitzen auf die Schockresistenztemperatur vermeidet daher möglicherweise zwar einen Thermoschock, die Sondenkeramik selbst wird jedoch erheblich belastet, sodass es aufgrund der begrenzten thermomechanischen Stabilität zu einer Zerstörung der Sonde kommen kann.The disclosure document DE 10 2006 012 476 A1 describes a method for operating a sensor in which the sensor is first heated to a so-called shock resistance temperature, the shock resistance temperature being greater than the target temperature. This process makes use of the so-called Leiden frost effect: at the shock resistance temperature, the surface of the sensor element is so hot that a vapor film is spontaneously formed between the water droplets and the sensor surface. This prevents a drop of water from touching the surface of the sensor element, which could damage the ceramic. The sensor is then operated at a second temperature at which the measuring operation takes place. This second temperature is preferably the setpoint temperature of the sensor. The shock resistance temperature already allows the sensor to be operated. However, it is disadvantageous that the shock resistance temperature exposes the probe to a considerable thermomechanical load. The thermomechanical load on the probe ceramic, for example zirconium dioxide, increases with increasing temperature. Their mechanical tensile strength decreases with increasing temperature. Heating to the shock resistance temperature therefore possibly avoids a thermal shock, but the probe ceramic itself is considerably stressed, so that the probe can be destroyed due to the limited thermomechanical stability.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erreichen der Betriebsbereitschaft einer Abgassonde bereitzustellen, das zum einen eine sehr schnelle Signalverfügbarkeit bzw. eine sehr schnelle Freigabe der Sensorsignale erlaubt und zum anderen einen schonenden Betrieb der Sonde gewährleistet und hierbei Schäden an der Sonde vermeidet.The invention is based on the object of providing a method for achieving operational readiness of an exhaust gas probe which, on the one hand, allows very rapid signal availability and very rapid release of the sensor signals and, on the other hand, ensures gentle operation of the probe and thereby avoids damage to the probe .

Weitere Verfahren zum Betreiben eines Sensors sind aus der DE 43 00 530 A1 und der DE 10 2005 006 760 A1 bekannt.Further methods for operating a sensor are from DE 43 00 530 A1 and the DE 10 2005 006 760 A1 known.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method with the features of claim 1. Preferred embodiments of this method are the subject of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum schnellen Erreichen der Betriebsbereitschaft einer Abgassonde, insbesondere einer keramischen Sonde, die bei einer vorgebbaren Betriebstemperatur, insbesondere bei einem vorgebbaren Sollwert des Innenwiderstands zu betreiben ist. Erfindungsgemäß wird hierbei die Sonde bis etwa zum Erreichen einer maximal zulässigen thermomechanischen Belastung durch Beaufschlagung mit einer ersten Spannung U₁ aufgeheizt, bevor sie mit einer zweiten Spannung U₂, die kleiner als die erste Spannung U₁ ist, beaufschlagt wird. Der Übergang von U₁ zu U₂ kann als Sprung oder als im Wesentlichen monoton fallender Spannungsverlauf durchgeführt werden. Anschließend wird die Sonde mit einer vorzugsweise rampenförmig zu erhöhenden Spannung so lange beaufschlagt, bis die Betriebsbereitschaft der Sonde erreicht ist. Die Betriebsbereitschaft bzw. Signalbereitschaft der Sonde ist erreicht, wenn das Sensorsignal, insbesondere der Hauptpumpstrom I_A nicht verfälscht bzw. auswertbar ist. Das kann auch schon vor Erreichen des Sollwerts des Innenwiderstands der Fall sein. Die Temperaturabhängigkeit der Diffusionskonstante der Diffusionsbarriere und somit des Hauptpumpstroms ist bekannt und ist mit einer Exponentialfunktion der Temperatur und damit des Innenwiderstands beschreibbar. Insofern ist unter „nicht verfälscht“ bzw. „auswertbar“ auch ein mit einer Exponentialfunktion korrigierter Hauptpumpstrom zu verstehen.The method according to the invention is used to quickly achieve operational readiness of an exhaust gas probe, in particular a ceramic probe, which is to be operated at a specifiable operating temperature, in particular at a specifiable setpoint value for the internal resistance. According to the invention here is the The probe is heated until it reaches a maximum permissible thermomechanical load by applying a first voltage U ₁ , before a second voltage U ₂ , which is less than the first voltage U _1, is applied. The transition from U ₁ to U ₂ can be carried out as a jump or as an essentially monotonically falling voltage curve. The probe is then subjected to a voltage, which is preferably increased in a ramp-shaped manner, until the probe is ready for operation. The operational readiness or signal readiness of the probe is achieved when the sensor signal, in particular the main pump current I _A is not falsified or evaluable. This can also be the case before the target value of the internal resistance is reached. The temperature dependence of the diffusion constant of the diffusion barrier and thus of the main pump current is known and can be described with an exponential function of the temperature and thus of the internal resistance. In this respect, “not falsified” or “evaluable” is also to be understood as a main pump current corrected with an exponential function.

Durch die erfindungsgemäße Ansteuerung der Heizung der Abgassonde wird ein sehr schnelles und dabei für die Sonde schonendes Erreichen der Betriebsbereitschaft ermöglicht. Es wird eine sehr schnelle Signalfreigabe der Abgassonde erreicht, sodass schnell nach der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine zuverlässig Abgaswerte erfasst und eine Regelung der Verbrennung im Hinblick auf eine Verminderung von Schadstoffen im Abgas und auf eine Optimierung der Verbrennung vorgenommen werden kann.The activation of the heater of the exhaust gas probe according to the invention enables operational readiness to be reached very quickly and, at the same time, in a way that is gentle on the probe. A very fast signal release of the exhaust gas probe is achieved, so that exhaust gas values can be reliably recorded quickly after the internal combustion engine has been started up and the combustion can be regulated with a view to reducing pollutants in the exhaust gas and optimizing the combustion.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Beaufschlagung mit einer ersten Spannung U₁ für eine vorgebbare Zeitspanne. Die Zeitspanne wird vorzugsweise so gewählt, dass die maximal zulässige thermomechanische Belastung genutzt wird, um ein maximal mögliches schnelles Aufheizen zu erreichen, ohne dass die thermomechanische Belastung für die Sondenkeramik zu groß wird. Die maximal zulässige thermomechanische Belastung beschreibt hierbei diejenige thermomechanische Belastung, die nicht zu Schäden an der Sondenkeramik führt. Die im Sinne der Erfindung vorgebbare und insbesondere maximale Zeitspanne für die Beaufschlagung mit der Spannung U₁ wird vorzugsweise experimentell und/oder durch Simulation bestimmt. Die vorgebbare Zeitspanne hängt hierbei unter anderem von der jeweiligen Sondenkeramik ab, da unterschiedliche Keramiken verschiedene thermomechanische Belastbarkeiten zeigen.In a preferred embodiment of the method according to the invention, a first voltage U _{1 is applied} for a predeterminable period of time. The period of time is preferably selected so that the maximum permissible thermomechanical load is used in order to achieve the maximum possible rapid heating without the thermomechanical load becoming too great for the probe ceramic. The maximum permissible thermomechanical load describes the thermomechanical load that does not lead to damage to the probe ceramic. The predeterminable and in particular maximum time span for the application of the voltage U ₁ in the sense of the invention is preferably determined experimentally and / or by simulation. The predeterminable period of time depends, among other things, on the respective probe ceramic, since different ceramics show different thermomechanical load capacities.

Während der Beaufschlagung mit der ersten Spannung U₁ bzw. mit einem ersten Spannungsplateau steigt die Temperatur der Sonde rasch an. Sobald die maximal zulässige thermomechanische Spannung in der Sonde erreicht ist, das heißt also, solange die in der Sondenkeramik durch die hohen Temperaturen auftretenden Spannungen noch nicht zu Schäden am Sondenkörper führen, wird auf ein zweites niedrigeres Spannungsplateau (U₂) umgeschaltet. Der Übergang von U₁ zu U₂ kann in einer oder mehreren Stufen oder im Wesentlichen monoton fallend durchgeführt werden. Während dieser Phase (U₂) bauen sich die im Sondenkörper entstandenen thermomechanischen Spannungen ab. Anschließend wird die Spannung wieder erhöht, bis die für den Betrieb der Sonde erforderliche Temperatur, also insbesondere die Solltemperatur bzw. ein mit dieser korrespondierender Sollwert des Innenwiderstands erreicht ist. Die Erhöhung der Spannung nach dem zweiten Spannungsplateau U₂ erfolgt vorzugsweise rampenförmig. In anderen Ausführungsformen kann in dieser Phase die Spannung auch kontinuierlich erhöht werden.During the application of the first voltage U ₁ or a first voltage plateau, the temperature of the probe rises rapidly. As soon as the maximum permissible thermomechanical stress is reached in the probe, i.e. as long as the stresses occurring in the probe ceramics due to the high temperatures do not lead to damage to the probe body, a _{switch is made to a second, lower stress level (U 2} ). The transition from U ₁ to U ₂ can be carried out in one or more stages or in a substantially monotonically decreasing manner. During this phase (U ₂ ), the thermomechanical stresses that have arisen in the probe body are reduced. The voltage is then increased again until the temperature required for operating the probe, that is to say in particular the setpoint temperature or a setpoint value of the internal resistance that corresponds to this, is reached. The increase in the voltage after the second voltage plateau U ₂ is preferably carried out in a ramp-shaped manner. In other embodiments, the voltage can also be increased continuously in this phase.

Die genannten Spannungen können sowohl Gleichspannungen als auch die Effektivwerte eines pulsweitenmodulierten Heizers sein.The voltages mentioned can be both direct voltages and the effective values of a pulse-width modulated heater.

Nach Erreichen der Betriebsbereitschaft wird vorzugsweise auf einen Regelbetrieb zur Einregelung des Sollwerts des Innenwiderstands umgestellt.Once operational readiness has been achieved, a switch is preferably made to regular operation for regulating the setpoint value of the internal resistance.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Sonde bereits während der Aufheizung mit dem Hauptpumpstrom I_A beaufschlagt. Der Hauptpumpstrom I_A der Sonde ist das eigentliche Maß für die Sauerstoffkonzentration im Abgas bei einer Breitbandlambdasonde. Durch die Beaufschlagung der Sonde mit dem Hauptpumpstrom während der Aufheizung wird der Transport von Sauerstoffionen durch die Pumpelektroden in beide Richtungen durchgeführt, bevor sich der Pumpstrom derart einschwingt, dass das Sensorsignal freigegeben werden kann. Auf diese Weise wird sehr schnell eine Signalverfügbarkeit erreicht, ohne dass auf das Erreichen eines vorgebbaren Sollwerts des Innenwiderstands bzw. auf das Unterschreiten einer vorgebbaren Innenwiderstandsschwelle gewartet werden müsste.According to the method according to the invention, the probe is already connected to the main pump current while it is being heated I _A applied. The main pumping stream I _A the probe is the actual measure for the oxygen concentration in the exhaust gas with a broadband lambda probe. By applying the main pump current to the probe during heating, the oxygen ions are transported through the pump electrodes in both directions before the pump current settles in such a way that the sensor signal can be released. In this way, signal availability is achieved very quickly without having to wait for a predefinable setpoint value for the internal resistance to be reached or for the internal resistance to fall below a predefinable threshold.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Referenzpumpstrom bereits während der Aufheizung angeschaltet, sodass im Ergebnis die Sonde sehr schnell betriebsbereit ist und das Signal sehr schnell für eine Regelung der Brennkraftmaschine verwertet werden kann. Das frühe Einschalten des Referenzpumpstroms führt dazu, dass der Pumpstrom im mageren und im stöchiometrischen Abgas einen Vorzeichenwechsel durchläuft. Dieser wird erfindungsgemäß als Diagnosemöglichkeit genutzt werden, indem er anzeigt, dass die Sauerstoffpumpzellen funktionieren. Diese Diagnosemöglichkeit besteht bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nicht, da hier der Pumpstrom im Wesentlichen nur bei stöchiometrischem Abgas betrieben wird, wobei der Hauptpumpstrom nahe bei Null liegt.According to the method according to the invention, the reference pump current is already switched on during the heating process, so that the result is that the probe is ready for operation very quickly and the signal can be used very quickly for regulating the internal combustion engine. The early activation of the reference pump current leads to the pump current changing in sign in the lean and stoichiometric exhaust gas. According to the invention, this will be used as a diagnostic option by indicating that the Oxygen pump cells work. This diagnostic option does not exist in the methods known from the prior art, since here the pump current is essentially only operated with stoichiometric exhaust gas, the main pump current being close to zero.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Freigabe des Sondensignals in Abhängigkeit von dem Verlauf des Hauptpumpstroms I_A und/oder der Nernstspannung U_N und/oder der Pumpspannung U_P der Sonde, vorzugsweise in zeitlicher Abhängigkeit des Auftretens wenigstens eines charakteristischen Punktes im zeitlichen Verlauf des Hauptpumpstroms I_A , und/oder der Nernstspannung U_N und/oder der Pumpspannung U_P . Die charakteristischen Punkte beziehen sich hierbei insbesondere auf ein Minimum und/oder ein Maximum und/oder einen vorgebbaren Sollwert für eine Flankensteilheit des jeweiligen Verlaufs. Das Sondensignal kann vorzugsweise freigegeben werden, wenn eine vorgebbare Zeitspanne Δt nach Erreichen einer dieser charakteristischen Punkte abgelaufen ist. Der Hauptpumpstrom I_A , die Nernstspannung U_N und die Pumpspannung U_P weisen jeweils einen charakteristischen Verlauf während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf, sodass durch eine zeitliche Kopplung mit dem Erreichen beispielsweise eines Minimums und/oder eines Maximums und/oder eines vorgebbaren Sollwerts für die Flankensteilheit des Verlaufs die Betriebsbereitschaft erkannt und das Sondensignal freigegeben werden kann. Hierbei wird ausgenutzt, dass sich die Pumpspannung U_P in vorhersehbarer Weise in einem bestimmten zeitlichen Abstand zu einem der charakteristischen Punkte des Verlaufs des Hauptpumpstroms I_A und/oder der Nernstspannung U_N und/oder der Pumpspannung U_P einschwingt und damit ein verfälschungsfreies bzw. auswertbares Signal der Sonde ermöglicht.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the probe signal is released as a function of the course of the main pump current I _A and / or the Nernst voltage U _N and / or the pump voltage U _P of the probe, preferably as a function of time of the occurrence of at least one characteristic point in the time course of the main pump flow I _A , and / or the Nernst voltage U _N and / or the pump voltage U _P . The characteristic points relate in particular to a minimum and / or a maximum and / or a predefinable setpoint value for an edge steepness of the respective profile. The probe signal can preferably be released when a predeterminable period of time Δt has elapsed after one of these characteristic points has been reached. The main pumping stream I _A , the Nernst tension U _N and the pump voltage U _P each have a characteristic curve during the implementation of the method according to the invention, so that the operational readiness can be recognized and the probe signal enabled by a temporal coupling with the achievement of, for example, a minimum and / or a maximum and / or a predefinable setpoint for the slope of the curve. This takes advantage of the fact that the pump voltage U _P in a predictable manner at a certain time interval to one of the characteristic points of the course of the main pump flow I _A and / or the Nernst voltage U _N and / or the pump voltage U _P oscillates and thus enables a falsification-free or evaluable signal from the probe.

Mit Vorteil kann die Sonde vorgeheizt werden, bevor die Sonde mit der ersten Spannung U₁ beaufschlagt wird. Hierfür wird die Sonde vor der Beaufschlagung mit der ersten Spannung U₁ mit einer dritten Spannung U₃ beaufschlagt, die kleiner als die zweite Spannung U₂ ist. Eine Vorheizphase hat den Vorteil, dass hierdurch die thermomechanische Belastung für den Sondenkörper weiter reduziert werden kann, da die Differenz zur Solltemperatur geringer ist.The probe can advantageously be preheated before the first voltage U _{1 is} applied to the probe. For this purpose, a third voltage U ₃ , which is lower than the second voltage U _2, is applied to the probe before the first voltage U ₁ is applied. A preheating phase has the advantage that this allows the thermomechanical load on the probe body to be further reduced, since the difference to the setpoint temperature is smaller.

Die Erfindung erfasst weiterhin ein Computerprogramm, das alle Schritte des beschriebenen erfindungsgemäßen 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 erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Computer oder einem Steuergerät ausgeführt wird. Bei dem Steuergerät kann es sich beispielsweise um das Steuergerät einer Brennkraftmaschine handeln oder aber beispielsweise um eine andere elektronische Einheit innerhalb der Ansteuerung der Sonde, das bzw. die die Steuerung und Regelung der Sondenheizung durchführt. Die Realisierung der Erfindung als Computerprogramm bzw. als Computerprogrammprodukt hat den Vorteil, dass das erfindungsgemäße Programm auch in bereits bestehende Kraftfahrzeuge implementiert werden kann, ohne dass weitere Systemkomponenten erforderlich wären.The invention also includes a computer program that executes all the steps of the described method according to the invention when it runs on a computing device or a control device. Finally, the invention comprises a computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for carrying out the method according to the invention when the program is executed on a computer or a control device. The control device can be, for example, the control device of an internal combustion engine or, for example, another electronic unit within the control of the probe, which controls and regulates the probe heating. The implementation of the invention as a computer program or as a computer program product has the advantage that the program according to the invention can also be implemented in existing motor vehicles without the need for further system components.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Hierbei können die verschiedenen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments in conjunction with the drawings. The various features can be implemented individually or in combination with one another.

FigurenlisteFigure list

In den Zeichnungen zeigen:

1 Darstellung des zeitlichen Verlaufs der angelegten Spannung bei der Durchführung einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 Darstellung des zeitlichen Verlaufs des Hauptpumpstroms sowie der Nernstspannung und der Pumpspannung an den beiden Elektrodenpaaren einer Breitbandlambdasonde während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
3 Ausschnitt aus dem zeitlichen Verlauf des Hauptpumpstroms während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In the drawings show:

1 Representation of the time course of the applied voltage when carrying out a preferred embodiment of the method according to the invention;
2 Representation of the time course of the main pump current as well as the Nernst voltage and the pump voltage at the two pairs of electrodes of a broadband lambda probe while the method according to the invention is being carried out and
3 Excerpt from the time course of the main pump flow while the method according to the invention is being carried out.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

1 illustriert das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines zeitlichen Ablaufs der Spannung U_H,eff, mit der eine Sonde beaufschlagt wird. Nach einem eventuellen Vorheizen der Sonde in der Phase 1 bei einer niedrigen Spannung U₃, beispielsweise bei <6 Volt, wird das eigentliche Aufheizen der Sonde zum Zeitpunkt t=0 gestartet. Die Sonde wird mit einem ersten Spannungsplateau U₁ in der Phase 2 beaufschlagt. Hierbei steigt die Temperatur der Sonde rasch an. Mit der Spannung U₁ wird die Sonde solange erwärmt, bis eine maximal zulässige thermomechanische Spannung der Sonde erreicht ist. Die maximale Zeit t_max für die Beaufschlagung der Sonde mit der ersten Spannung U₁ wird vorzugsweise experimentell oder durch Simulation ermittelt. Hierbei beschreibt t_max die Zeitdauer, bei deren Überschreiten es zu Schädigungen an dem Sondenkörper kommen kann. Die Zeitdauer für die Beaufschlagung mit der Spannung U₁, also t_Plateau1 wird daher kleiner als t_max gewählt. Anschließend wird auf ein niedrigeres zweites Spannungsplateau U₂ in der Phase 3 umgeschaltet. Die Phase 3 kann beispielsweise zwischen 1 bis 5 Sekunden, vorzugsweise 1,5 Sekunden gehalten werden. Durch die Verringerung der Spannung wird die eingebrachte Heizleistung reduziert. In dieser Zeit bauen sich im Sondenkörper die thermomechanischen Spannungen ab. Anschließend wird in einer Phase 4 die Spannung rampenförmig erhöht, bis die Betriebsbereitschaft der Sonde erreicht ist. Die rampenförmige Erhöhung der Spannung kann beispielsweise mit 0,2 V/s bis 1 V/s vorgenommen werden, vorzugsweise 0,3 V/s. Sobald ein Schwellenwert des Innenwiderstands, der vorzugsweise nahe des Sollwerts des Innenwiderstands gewählt ist, erreicht bzw. unterschritten ist (Zeitpunkt 5), wird vorzugsweise auf einen Regelbetrieb der Sondentemperatur umgeschaltet, bei der der Innenwiderstands-Sollwert eingeregelt wird. 1 illustrates the method according to the invention on the basis of a time sequence of the voltage U _{H, eff} with which a probe is applied. After any preheating of the probe in the phase 1 at a low voltage U ₃ , for example <6 volts, the actual heating of the probe is started at time t = 0. The probe is in phase with a first voltage plateau U ₁ 2 applied. This increases the temperature of the probe increases rapidly. The probe is heated with the voltage U ₁ until a maximum permissible thermomechanical stress of the probe is reached. The maximum time t _max for the application of the first voltage U _{1 to} the probe is preferably determined experimentally or by simulation. Here, t _{max describes} the period of time which, if exceeded, can result in damage to the probe body. The time period for the application of the voltage U ₁ , that is to say t _Plateau1 , is therefore selected to be less than t _max . This is followed by a lower, second voltage plateau U ₂ in the phase 3 switched. The phase 3 can for example be held between 1 to 5 seconds, preferably 1.5 seconds. By reducing the voltage, the heating power introduced is reduced. During this time, the thermomechanical stresses in the probe body are reduced. Then in a phase 4th the voltage ramps up until the probe is ready for operation. The voltage can be ramped up, for example, at 0.2 V / s to 1 V / s, preferably 0.3 V / s. As soon as a threshold value of the internal resistance, which is preferably selected close to the setpoint value of the internal resistance, is reached or undershot (point in time 5 ), it is preferable to switch to a control mode of the probe temperature, in which the internal resistance setpoint is adjusted.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Abgassonde erlaubt ein sehr schnelles und schonendes Aufheizen der Abgassonde und eine sehr schnelle Verfügbarkeit des Sondensignals. Das erste Spannungsplateau (Phase 2), das zweite Spannungsplateau (Phase 3) und die Spannungsrampe (Phase 4) werden hierfür am Heizer ereignis- und zeitgesteuert eingeprägt. Vorzugsweise wird der Hauptpumpstrom I_A bereits zum Start der Beheizung eingeschaltet und der Pumpreferenzstrom eingeprägt, sodass ein Sondensignal sehr schnell generiert werden kann.This method according to the invention for operating an exhaust gas probe allows very rapid and gentle heating of the exhaust gas probe and very rapid availability of the probe signal. The first tension plateau (phase 2 ), the second stress plateau (phase 3 ) and the voltage ramp (phase 4th ) are event- and time-controlled impressed on the heater for this purpose. Preferably the main pump flow I _A already switched on at the start of heating and the pump reference current impressed so that a probe signal can be generated very quickly.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich zur Freigabe des Sensorsignals bei verschiedenen Gaszusammensetzungen und bei verschiedenen Sauerstoffkonzentrationen einsetzen. Das Verfahren ermöglicht die Freigabe des Sensorsignals zum frühestmöglichen Zeitpunkt, ohne beispielsweise auf die Messbarkeit eines Innenwiderstandsignals als Maß für die Temperatur der Sonde warten zu müssen.The method according to the invention can be used to release the sensor signal with different gas compositions and with different oxygen concentrations. The method enables the sensor signal to be released at the earliest possible point in time without having to wait, for example, for an internal resistance signal to be measured as a measure of the temperature of the probe.

2 zeigt einen typischen Verlauf des Hauptpumpstroms I_A , der Nernstspannung U_N des zweiten Elektrodenpaares der Sonde und der Pumpspannung U_P des ersten Elektrodenpaares der Sonde beim Sondenbetrieb in befeuchtetem Stickstoff (stellvertretend für stöchiometrische Bedingungen) gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Ein Referenzpumpstrom zwischen 1 bis 100 µA, beispielsweise 20 µA, wird über einen hochohmigen Widerstand R_Ref mittels einer Spannungsquelle U_Pref, bei beispielsweise einer Batteriespannung mit beispielsweise 5 V, eingeprägt. 2 shows a typical course of the main pump flow I _A , the Nernst tension U _N of the second pair of electrodes of the probe and the pump voltage U _P of the first pair of electrodes of the probe when the probe is operated in humidified nitrogen (representative of stoichiometric conditions) according to the method according to the invention. A reference pump current between 1 and 100 μA, for example 20 μA, is _{impressed via a high-resistance R Ref} by means of a voltage source U _Pref , for example with a battery voltage of 5 V, for example.

Bei dem kalten Sondenkörper ist der Innenwiderstand zwischen den Elektroden des zweiten Elektrodenpaares deutlich höher als R_Ref und nahezu die komplette Spannung U_Pref liegt am zweiten Elektrodenpaar an. Der Komparator versucht die Regeldifferenz auszuregeln und verringert die Pumpspannung U_P des ersten Elektrodenpaares bis auf dessen negativen Minimalwert. Dadurch wird Sauerstoff in den Messgasraum gepumpt. Der Hauptpumpstrom I_A wird dabei negativ. Da sich der Sondenkörper immer weiter erwärmt, wird der Innenwiderstand des zweiten Elektrodenpaares immer niederohmiger, bis dieser Innenwiderstand deutlich unter R_Ref liegt und die sich ausbildende Nernstspannung U_N dominiert. Dies signalisiert dem Komparator, dass sich zuviel Sauerstoff im Messgasraum befindet. Folglich kehrt sich die Pumpspannung U_P ins Positive um. Das Gleiche gilt für die Richtung des Hauptpumpstroms I_A , die sich ebenfalls in den positiven Bereich umkehrt. Nach kurzer Zeit ist die Regellage der Nernstspannung U_N erreicht, sodass das Sondenelement im stationären Gleichgewicht ist und die Signalverfügbarkeit gegeben ist.When the probe body is cold, the internal resistance between the electrodes of the second pair of electrodes is significantly higher than R _Ref and almost the entire voltage U _Pref is applied to the second pair of electrodes. The comparator tries to correct the system deviation and reduces the pump voltage U _P of the first pair of electrodes down to its negative minimum value. As a result, oxygen is pumped into the sample gas space. The main pumping stream I _A becomes negative. Since the probe body continues to heat up, the internal resistance of the second _{pair of electrodes becomes lower and lower until this internal resistance is well below R Ref} and the Nernst voltage that develops U _N dominates. This signals to the comparator that there is too much oxygen in the measuring gas space. As a result, the pump voltage is reversed U _P into positive. The same is true for the direction of the main pumping current I _A which also reverses into positive territory. After a short time, the normal position is the Nernst voltage U _N reached so that the probe element is in steady equilibrium and the signal availability is given.

Das frühe Einschalten des Referenzpumpstroms führt dazu, dass der Pumpstrom im mageren und im stöchiometrischen Abgas einen Vorzeichenwechsel durchläuft. Dieser kann als Diagnosemöglichkeit genutzt werden. Der Vorzeichenwechsel zeigt an, dass die Sauerstoffpumpzellen ordnungsgemäß funktionieren.The early activation of the reference pump current leads to the pump current changing in sign in the lean and stoichiometric exhaust gas. This can be used as a diagnostic option. The change in sign indicates that the oxygen pump cells are functioning properly.

Die folgende Tabelle 1 fasst die verschiedenen Zeitpunkte für das Erreichen von Minima und Maxima sowie von Sollwerten der Flankensteilheit in den Verläufen der Nernstspannung U_N , der Pumpspannung U_P und des Hauptpumpstroms I_A zusammen. Tabelle 1 Signal Zeitpunkt, bei dem das Minimum erreicht ist Zeitpunkt, bei dem ein Grenzwert der Flankensteilheit erreicht ist Zeitpunkt, bei dem das Maximum erreicht ist I_A t_1,0 t_2,0 t_3,0 U_P t_1,1 t_2,1 t_3,1 U_N t_1,2 t_2,2 - The following table 1 summarizes the different times for reaching minima and maxima as well as target values of the edge steepness in the Nernst voltage curves U _N , the pump voltage U _P and the main pump flow I _A together. Table 1 signal Time at which the minimum is reached Point in time at which a limit value for the edge steepness is reached Time at which the maximum is reached I _A t _1.0 t _2.0 t _3.0 U _P t _1.1 t _2.1 t _3.1 U _N t _1.2 t _2.2 -

Der erste Index bezieht sich jeweils auf den charakteristischen Punkt des jeweiligen Verlaufs. Hierbei steht 1 für Minimum, 2 für Flankensteilheit und 3 für Maximum. Der zweite Index bezieht sich jeweils auf das untersuchte Signal, hierbei steht 0 für I_A , 1 für U_P und 2 für U_N .The first index relates to the characteristic point of the respective course. 1 stands for minimum, 2 for slope and 3 for maximum. The second index relates to the signal under investigation, where 0 stands for I _A , 1 for U _P and 2 for U _N .

In zeitlicher Abhängigkeit von dem Erreichen der verschiedenen Minima und Maxima sowie dem Erreichen der vorgebbaren Flankensteilheit wird die Dauer des ersten Spannungsplateaus U₁ gewählt. Vorzugsweise wird nach einer vorgebbaren Zeitdifferenz nach dem Erreichen eines dieser Ereignisse, also eines Minimums, eines Maximums oder eines Sollwerts der Flankensteilheit auf das zweite Spannungsplateau U₂ gewechselt. _{The duration of the first voltage plateau U 1 is} selected as a function of time on the attainment of the various minima and maxima as well as the attainment of the predeterminable edge steepness. _{A change is preferably made to the second voltage plateau U 2} after a predefinable time difference after one of these events has been reached, that is to say a minimum, a maximum or a setpoint value for the edge steepness.

Die folgende Tabelle 2 fasst die Zeitdifferenz Δt_1,i (i = 0, 1, 2) nach dem Erreichen eines der Ereignisse (0, 1, 2) aus Tabelle 1 zusammen. Nach der dargestellten Zeitdifferenz Δt_1,i wird also auf das zweite Spannungsplateau gewechselt. Tabelle 2 minimal typischerweise maximal Δt_1,0 0,1s 0,2s 1,0s Δt_1,1 0,1s 0,2s 1,0s Δt_1,2 0,1s 0,2s 1,0s The following table 2 summarizes the time difference Δt _{1, i} (i = 0, 1, 2) after one of the events (0, 1, 2) from table 1 has been reached. After the illustrated time difference Δt _{1, i} , a change is made to the second voltage plateau. Table 2 minimal typically maximum Δt _1.0 0.1s 0.2s 1.0s Δt _1.1 0.1s 0.2s 1.0s Δt _1.2 0.1s 0.2s 1.0s

3 zeigt nochmals einen Ausschnitt des zeitlichen Verlaufs des Hauptpumpstroms I_A . Weiterhin ist die an die Heizung angelegte Spannung U_H dargestellt. Die Darstellung gilt für Lambda = 1,0. Bei Beaufschlagung der Sonde mit der ersten Spannung U₁ sinkt der Hauptpumpstrom I_A in den negativen Bereich. Mit zunehmender Erwärmung des Sondenkörpers kehrt sich die Richtung des Hauptpumpstroms I_A in der oben beschriebenen Weise in den positiven Bereich um. Abhängig von dem Minimum t_1,0 des Hauptpumpstroms I_A wird nach einer vorgebbaren Zeitdifferenz Δt_1,0 auf die niedrigere Spannung U₂ umgestellt. 3 shows again a section of the time course of the main pump current I _A . Also is the voltage applied to the heater U _H shown. The representation applies to lambda = 1.0. When the first voltage U ₁ is applied to the probe, the main pump current decreases I _A in the negative area. As the probe body heats up, the direction of the main pump current is reversed I _A into the positive range in the manner described above. Depending on the minimum t _1.0 of the main pump flow I _A is switched to the lower voltage U ₂ after a predefinable time difference Δt _1.0 .

Der Hauptpumpstrom I_A sinkt nach Erreichen seines Maximums jedoch nicht auf Nullniveau ab. Vielmehr ist eine Schulter 31 zu beobachten. Diese Schulter 31 kann durch geeignete Wahl der Zeitdifferenz Δt_1,i (i = 0, 1, 2) unterdrückt werden. Der optimierte Verlauf des Hauptpumpstroms I_A durch Unterdrückung der Schulter 31 ist hier durch eine gestrichelte Linienführung dargestellt. Spätestens wenn der Verlauf des Hauptpumpstroms I_A in ein vorgebbares Toleranzband 32 eintaucht, kann das Sondensignal freigegeben werden. In besonders bevorzugter Weise kann die Freigabe zeitlich an eines der genannten Ereignisse (Minimum, Maximum und/oder Flankensteilheit) zeitlich gekoppelt werden. So kann die Freigabe 33 beispielsweise nach einer Zeitdifferenz Δt_2,i (i = 0, 1, 2) erfolgen. Das in 3 gezeigte Beispiel zeigt die Freigabe 33 mit dem Ablauf einer Zeitspanne Δt_2,0, also einer vorgebbaren Zeitspanne nach dem Erreichen eines Sollwerts für die Flankensteilheit des zeitlichen Verlaufs des Hauptpumpstroms I_A .The main pumping stream I _A however, does not drop to zero after reaching its maximum. Rather, is a shoulder 31 to observe. That shoulder 31 can be suppressed by a suitable choice of the time difference Δt _{1, i} (i = 0, 1, 2). The optimized course of the main pump flow I _A by suppressing the shoulder 31 is shown here by a dashed line. At the latest when the course of the main pump flow I _A in a predeterminable tolerance band 32 immersed, the probe signal can be released. In a particularly preferred manner, the release can be temporally linked to one of the named events (minimum, maximum and / or edge steepness). So can the release 33 for example after a time difference Δt _{2, i} (i = 0, 1, 2). This in 3 The example shown shows the release 33 with the expiry of a time period Δt _2.0 , that is to say a predeterminable time period after a setpoint value for the edge steepness of the time profile of the main pump current has been reached I _A .

Dieses Verfahren lässt sich ebenfalls zur Freigabe des Sensorsignals bei anderen Gaszusammensetzungen und den damit verbundenen anderen Sauerstoffkonzentrationen einsetzen. Die Freigabe des Signals kann vor dem Zeitpunkt, zu dem der vorgesehene Sollwert des Innenwiderstands erreicht ist und in den Regelbetrieb 34 gewechselt wird, erfolgen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Freigabe des Sondensignals zum frühstmöglichen Zeitpunkt, ohne dass beispielsweise auf die Messbarkeit eines Innenwiderstandsignals gewartet werden müsste. Weiterhin erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine Erprobung des ersten Elektrodenpaares in beide Pumprichtungen, sodass sich die Pumpfähigkeit anhand des Verlaufs insbesondere der Pumpspannung U_P verfolgen lässt und ein möglicherweise fehlerhaftes Verhalten der Sonde erkannt und gegebenenfalls signalisiert werden kann.This method can also be used to release the sensor signal in the case of other gas compositions and the associated other oxygen concentrations. The signal can be released before the point in time at which the intended setpoint value of the internal resistance is reached and can be switched to normal operation 34 is changed. The method according to the invention enables the probe signal to be released at the earliest possible point in time without having to wait, for example, for an internal resistance signal to be measurable. Furthermore, the method according to the invention allows the first pair of electrodes to be tested in both pumping directions, so that the pumping ability can be determined on the basis of the curve, in particular of the pumping voltage U _P can be tracked and a possibly incorrect behavior of the probe can be recognized and, if necessary, signaled.

Claims

Method for quickly achieving operational readiness of a heatable exhaust gas probe, in particular a ceramic probe, which is to be operated at a specifiable operating temperature, in particular at a specifiable setpoint value for the internal resistance, the probe being subjected to a first voltage until a maximum permissible thermomechanical load is reached U ₁ (2) is heated, then a second voltage U ₂ (3), which is lower than the first voltage U ₁ (2), is applied and then a voltage (4), which is preferably increased in a ramp-shaped manner, is applied until operational readiness is achieved, characterized in that the probe is already _{subjected to a main pump current I A} during heating and a reference pump current is applied to the probe during heating, with a diagnosis being made by a change in sign of the main pump current I _A indicating that Oxygen pump cells of the Exhaust probe work.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the first voltage U ₁ (2) is applied for a predefinable period of time, the period of time preferably being determined experimentally and / or by simulations.

Procedure according to Claim 1 or Claim 2 , characterized in that after the operational readiness has been reached, adjustment to the setpoint value of the internal resistance takes place.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the probe is detected on the basis of the internal resistance of the probe.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the probe signal is released as a function of the course of the main pump _{current I A} and / or the Nernst voltage U _N and / or the pump voltage U _{P of} the probe, in particular after a definable period of time has elapsed after a characteristic point, in particular a minimum and / or a maximum and / or an assignable setpoint value for an edge steepness, the course of the main pump _{current I A} and / or the Nernst voltage U _N and / or the pump voltage U _P.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the probe is preheated before being applied with the first voltage U ₁ (2) by applying a third voltage U ₃ (1), the third voltage U ₂ (1) being less than the second voltage is U ₂ (3).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the transition from the first voltage U ₁ (2) to the second voltage U ₂ (3) is carried out in one or more stages or with a substantially monotonically decreasing rate.

Computer program that carries out all the steps of a method according to one of the Claims 1 until 7th executes when it runs on a computing device or a control unit.

Computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for performing the method according to one of the Claims 1 until 7th when the program is run on a computer or control device.