DE102010000663A1 - Device for controlling and evaluating exhaust gas sensor used in combustion engine, has reference current source which is connected with corresponding electrode terminals and measuring terminal at respective switching frequencies - Google Patents

Device for controlling and evaluating exhaust gas sensor used in combustion engine, has reference current source which is connected with corresponding electrode terminals and measuring terminal at respective switching frequencies Download PDF

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Abstract

The device has a reference electrode terminal (RH) (30), innerpumping electrode terminal (IPE) (31), outerpumping electrode terminal (APE) (32) and measuring terminal (MES) (33) which are connected. A primary switching matrix (11) is provided in which the ground resistor (Rgnd) (64) is connected to pumping Rome source (SQ) (20), and connected to RH. The reference current source (SQr) (21) is connected with SQ, IPE, RH, APE and MES at respective switching frequency. An independent claim is included for method for controlling and evaluating exhaust gas sensor in combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betrieb einer Breitband-Lambdasonde im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine und zur Erfassung von Informationen über den Betriebszustand der Breitband-Lambdasonde, wobei die Breitband-Lambdasonde als Anschlüsse einen Referenzelektrodenanschluß RE, einen inneren Pumpelektrodenanschluß IPE, einen äußeren Pumpelektrodenanschluß APE und einen Meßanschluß MES aufweist, wobei die Vorrichtung mit den Anschlüssen der Breitband-Lambdasonde sowie einem Erdungswiderstand RGND und einem Kalibrierwiderstand Rcal verbunden ist, wobei die Vorrichtung eine erste Schaltmatrix zur gegenseitigen Verbindung einer Pumpstromquelle SQ und einer Referenzstromquelle SQr mit den Anschlüssen der Breitband-Lambdasonde, dem Erdungswiderstand RGND dem Kalibrierwiderstand Rcal und einer Referenzspannungsquelle VM aufweist, wobei die Vorrichtung eine zweite Schaltmatrix zur gegenseitigen Verbindung der Anschlüsse der Breitband-Lambdasonde, des Erdungswiderstands RGND und des Kalibrierwiderstands Rcal sowie der Pumpstromquelle SQ und der Referenzstromquelle SQr mit einem digitalen Mess-System DMS aufweist.The invention relates to a device for operating a broadband lambda probe in the exhaust passage of an internal combustion engine and for detecting information about the operating state of the broadband lambda probe, wherein the broadband lambda probe as terminals a reference electrode terminal RE, an inner pumping electrode terminal IPE, an outer pumping electrode terminal APE and a Measuring device MES, wherein the device is connected to the terminals of the broadband lambda probe and a ground resistor R GND and a calibration resistor R cal , wherein the device comprises a first switching matrix for interconnecting a pumping current source SQ and a reference current source SQr with the terminals of the broadband lambda probe , the ground resistor R GND has the calibration resistor R cal and a reference voltage source VM, the device having a second switching matrix for interconnecting the terminals of the broadband lambda probe, the ground resistor nds R GND and the calibration resistor R cal and the pump current source SQ and the reference current source SQr with a digital measuring system DMS has.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer Breitband-Lambdasonde im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine und zur Erfassung von Informationen über den Betriebszustand der Breitband-Lambdasonde, wobei die Breitband-Lambdasonde als Anschlüsse einen Referenzelektrodenanschluß RE, einen inneren Pumpelektrodenanschluß IPE, einen äußeren Pumpelektrodenanschluß APE und einen Meßanschluß MES aufweist, wobei die Breitband-Lambdasonde mittels einer Pumpstromquelle SQ und einer Referenzstromquelle SQr mit elektrischem Strom beaufschlagt werden kann und wobei mit einem digitalen Mess-System DMS ein Spannungsabfall über einem Erdungswiderstand RGND bestimmt wird.The invention further relates to a method for operating a broadband lambda probe in the exhaust passage of an internal combustion engine and for detecting information about the operating state of the broadband lambda probe, wherein the broadband lambda probe as terminals a reference electrode terminal RE, an inner pumping electrode terminal IPE, an outer pumping electrode terminal APE and having a measuring terminal MES, wherein the broadband lambda probe can be acted upon by means of a pumping current source SQ and a reference current source SQR with electric current and wherein a digital measuring system DMS a voltage drop across a grounding resistor R GND is determined.

Stand der TechnikState of the art

Gesetzliche Regelungen schreiben die Überwachung der Zusammensetzung des Abgases von Brennkraftmaschinen auf Einhaltung von Grenzwerten vor. Dazu werden im Abgas mittels geregelter Dreiwege-Katalysatoren unerwünschte Stoffe wie Stickoxide und Kohlenmonoxid in als unkritisch anzusehende Stoffe wie Wasserdampf, Kohlendioxid und Stickstoff umgewandelt. Diese Umwandlung setzt voraus, dass das der Brennkaftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisch in einem bestimmten Zusammensetzungsbereich um eine stöchiometrische Zusammensetzung liegt. Diese wird mit dem Parameter Lambda = 1 bezeichnet. Die Zusammensetzung des Luft-Kraftstoff-Gemischs wird mit im Abgaskanal der Brennkraftmaschinen vorgesehenen Abgassensoren, beispielsweise in Form von Breitband-Lambda-Sonden überwacht, die den Sauerstoff-Partialdruck bestimmen. Die korrekte Funktion der Abgassensoren und insbesondere auch deren Alterungsbeständigkeit hängen stark von deren elektronischer Beschaltung ab. Die Funktionsblöcke einer solchen Beschaltung sind beispielhaft in der Schrift DE 10 2006 061 565 A1 beschrieben.Legal regulations prescribe the monitoring of the composition of the exhaust gas of internal combustion engines for compliance with limit values. For this purpose, unwanted substances such as nitrogen oxides and carbon monoxide are converted in the exhaust gas by means of controlled three-way catalysts in uncritical to see substances such as water vapor, carbon dioxide and nitrogen. This conversion requires that the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine be within a certain compositional range by a stoichiometric composition. This is designated by the parameter lambda = 1. The composition of the air-fuel mixture is monitored with provided in the exhaust passage of the internal combustion engine exhaust gas sensors, for example in the form of broadband lambda probes that determine the partial pressure of oxygen. The correct function of the exhaust gas sensors and in particular their aging resistance depend strongly on their electronic wiring. The functional blocks of such a circuit are exemplary in the Scriptures DE 10 2006 061 565 A1 described.

In der Schrift DE 10 2008 001 697 A1 der Anmelderin wird eine verbesserte Beschaltung beschrieben, die es erlaubt, zusätzlich zu dem Betrieb des Abgassensors Informationen über den Betriebszustand der dort als Abgassensor verwendeten Breitband-Lambdasonde zu erfassen, zu speichern und über eine Digitalschnittstelle an eine übergeordnete Motorsteuerung weiterzugeben. Diese Anordnung ermöglicht eine Diagnose der Kabelverbindungen zwischen der Beschaltung und der Breitband-Lambdasonde auf Kurzschluß und Unterbrechung sowie auf Einhaltung der an den Anschlüssen zulässigen Spannungen. Die Betriebsbereitschaft der Abgassonde kann detektiert werden und deren Elektrodenpolarisation und die Alterung können kontinuierlich überwacht werden.In Scripture DE 10 2008 001 697 A1 The Applicant describes an improved circuit that allows, in addition to the operation of the exhaust gas sensor, to acquire information about the operating state of the wideband lambda probe used there as the exhaust gas sensor, to store it and to pass it on to a higher-level engine control via a digital interface. This arrangement allows a diagnosis of the cable connections between the wiring and the broadband lambda probe for short-circuiting and interruption as well as compliance with the voltages allowed at the connections. The operational readiness of the exhaust gas probe can be detected and its electrode polarization and the aging can be continuously monitored.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gegenüber der in der Schrift DE 10 2008 001 697 A1 beschriebenen weiter verbesserte Anordnung bereitzustellen.It is an object of the present invention, a comparison with that in the document DE 10 2008 001 697 A1 to provide described further improved arrangement.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die erste Schaltmatrix folgende Schalt-Verbindungen vorsieht: – Z_Off : keine Schaltverbindung – Z_G0 : RGND mit SQ – Z_GE : RGND mit SQ und RE mit SQ – Z_Gi : RGND mit SQ und IPE mit SQ – Z_Ga : RGND mit SQ und APE mit SQ – Z_Gi_ai : RGND mit SQ, IPE mit SQ und APE mit SQr – Z_Gi_ei : RGND mit SQ, IPE mit SQ und RE mit SQr – Z_K : RGND mit MES und APE mit SQ – Z_Ria : APE mit SQr und IPE mit VM – Z_Rie : RE mit SQr und APE mit VM – Z_0 : IPE mit VM – Z_Cal : Rcal mit SQr – Z_1 : RGND mit IPE und APE mit SQ – Z_2 : RGND mit APE und IPE mit SQ. The object of the invention relating to the device is achieved in that the first switching matrix provides the following switching connections: - Z_Off : no connection - Z_G0 : R GND with SQ - Z_GE : R GND with SQ and RE with SQ - Z_Gi : R GND with SQ and IPE with SQ - Z_Ga : R GND with SQ and APE with SQ - Z_Gi_ai : R GND with SQ, IPE with SQ and APE with SQr - Z_Gi_ei : R GND with SQ, IPE with SQ and RE with SQr - Z_K : R GND with MES and APE with SQ - Z_Ria : APE with SQr and IPE with VM - Z_Rie : RE with SQr and APE with VM - Z_0 : IPE with VM - Z_Cal : R cal with SQr - Z_1 : R GND with IPE and APE with SQ - Z_2 : R GND with APE and IPE with SQ.

Die Ausbildung der Schaltmatrix ermöglicht eine Diagnose von Kabelverbindungen zwischen der Elektronik zur Steuerung und Auswertung der Signale der Breitband-Lambdasonde auf Unterbrechung und Kurzschluss. Weiterhin können die Anschlüsse der Breitband-Lambdasonde, des Erdungswiderstands RGND und des Kalibrierwiderstands Rcal so mit der Elektronik verbunden werden, dass die zu einem dauerhaft stabilen Betrieb der Breitband-Lambdasonde erforderlichen Einstellungen und Messungen durchführbar sind. Die Pumpstromquelle ist so ausgelegt, dass sie eine Spannung bis zu 7 V bereitstellen kann und so in allen Betriebsfällen einen ausreichenden Strom durch die Breitband-Lambdasonde und den Erdungswiderstand RGND treiben kann.The design of the switching matrix enables a diagnosis of cable connections between the electronics for controlling and evaluating the signals of the broadband lambda probe for interruption and short circuit. Furthermore, the broadband lambda sensor, grounding resistor R GND and calibration resistor R cal connections can be connected to the electronics so that the adjustments and measurements required for long-term stable operation of the broadband lambda probe are feasible. The pumping power source is designed to provide a voltage of up to 7V and so can drive sufficient current through the broadband lambda probe and ground resistance R GND in all operating conditions.

Ist zu einer Fehlerstrom-Messung die erste Schaltmatrix in einer Schaltfolge Z_G0, Z_Ge, Z_Gi und Z_Ga verbunden, und ist über die zweite Schaltmatrix der Erdungswiderstand RGND mit dem digitalen Mess-System DMS verbunden, kann in der Schaltstellung Z_G0, in der die Anschlüsse zur Breitband-Lambdasonde abgetrennt sind, der Spannungsabfall durch den Strom aus der Pumpstromquelle SQ am Erdungswiderstand RGND bestimmt werden. In den weiteren Schaltstellungen ist nacheinander jeweils ein Anschluß der Breitband-Lambdasonde dazugeschaltet, so dass aus der dann auftretenden Änderung des Spannungsabfalls ein gegebenenfalls vorliegender Nebenschluß oder eine Einkopplung von der Beheizung der Breitband-Lambdasonde bestimmt werden können. Die so bestimmten Werte können auch zu einer Diagnose einer Unterbrechung oder eines Kurzschlusses einer Zuleitung verwendet werden.If the first switching matrix in a switching sequence Z_G0, Z_Ge, Z_Gi and Z_Ga is connected to a fault current measurement, and the earth resistance R GND is connected to the digital measuring system DMS via the second switching matrix, then in the switching position Z_G0, in which the connections are separated to the broadband lambda probe, the voltage drop is determined by the current from the pumping current source SQ at the grounding resistor R GND . In the other switching positions one terminal of the broadband lambda probe is successively connected in succession, so that from the then occurring change in the voltage drop, an optionally present shunt or a coupling of the heating of the broadband lambda probe can be determined. The values thus determined may also be used to diagnose an interruption or a short circuit of a supply line.

Ist zu einer Durchgangsmessung RE-IPE die erste Schaltmatrix in einer Schaltfolge Z_Gi, Z_Gi_ei und Z_Gi_ai verbunden und ist über die zweite Schaltmatrix RGND mit dem digitalen Mess-System DMS verbunden, kann in der ersten Schaltstellung eine Bestimmung des Fehlerstroms am Anschluß IPE erfolgen. In der zweiten Schaltstellung ist zusätzlich zur Pumpstromquelle SQ die Referenzstromquelle SQr an den Anschluß IPE geschaltet. Hierdurch kann eine Unterbrechung an den Anschlüssen RE und IPE von einer noch nicht betriebswarmen Sonde unterschieden werden. In der dritten Schaltstellung ist die Referenzstromquelle SQr an den Anschluß APE geschaltet, so dass insgesamt auch eine Überprüfung der Sondenheizfunktion bei halber Sonden-Betriebstemperatur und eine Unterscheidung einer Unterbrechung zum Anschluß RE von einer Unterbrechung zum Anschluß IPE möglich ist.If the first switching matrix in a switching sequence Z_Gi, Z_Gi_ei and Z_Gi_ai is connected to a continuity measurement RE-IPE and is connected to the digital measuring system DMS via the second switching matrix R GND , a determination of the fault current at the IPE connection can take place in the first switching position. In the second switching position, in addition to the pumping current source SQ, the reference current source SQr is connected to the terminal IPE. As a result, an interruption at the terminals RE and IPE can be distinguished from a not yet operationally warm probe. In the third switching position, the reference current source SQr is connected to the terminal APE, so that a total of a review of the probe heater at half probe operating temperature and a distinction of interruption to the terminal RE from an interruption to the terminal IPE is possible.

Ist zu einer Durchgangsmessung APE-IPE die erste Schaltmatrix in einer Schaltfolge Z_Gi, Z_Gi_ei und Z_Gi_ai verbunden und ist über die zweite Schaltmatrix RGND mit dem digitalen Mess-System DMS verbunden, ist nach der Fehlerstrommessung in der Schaltstellung Z_Gi_ai die Referenzstromquelle mit dem Anschluß APE verbunden, so dass eine Unterbrechung an den Anschlüssen APE und IPE von einer noch nicht betriebswarmen Sonde unterschieden werden kann. Weiterhin kann eine Überprüfung der Sondenheizfunktion bei halber Sonden-Betriebstemperatur erfolgen.If the first switching matrix in a switching sequence Z_Gi, Z_Gi_ei and Z_Gi_ai is connected to a passage measurement APE-IPE and is connected to the digital measuring system DMS via the second switching matrix R GND , the reference current source with the terminal APE is after the fault current measurement in the switching position Z_Gi_ai connected, so that an interruption at the terminals APE and IPE can be distinguished from a not yet operationally warm probe. Furthermore, it is possible to check the probe heating function at half the probe operating temperature.

Ist zu einer Kalibrierung einer Umladekorrektur der Breitband-Lambdasonde die erste Schaltmatrix in einer Schaltfolge Z_1 und Z_2 verbunden und ist über die zweite Schaltmatrix RGND mit dem digitalen Mess-System DMS verbunden, kann ein Umladestrom von Entstörkapazitäten an den Anschlüssen der Breitband-Lambdasonde bestimmt werden und bei der Bestimmung der aus den Sondensignalen abgeleitenen Meßwerte berücksichtigt werden.If the first switching matrix in a switching sequence Z_1 and Z_2 is connected to a calibration of a recharging correction of the broadband lambda probe and is connected to the digital measuring system DMS via the second switching matrix R GND, a recharging current of suppressing capacitances at the terminals of the broadband lambda probe can be determined and be taken into account in the determination of the derived from the probe signals measured values.

Ist zu einer Messung eines Pumpzelleninnenwiderstands der Breitband-Lambdasonde die erste Schaltmatrix in einer Schaltfolge Z_Ria, Z_0, Z_Rie und Z_Cal verbunden und ist über die zweite Schaltmatrix RE, IPE sowie APE und in der letzten Schaltstellung Rcal mit dem digitalen Mess-System DMS verbunden, kann zusätzlich zum Innenwiderstand der Referenzzelle der Breitband-Lambdasonde in einer Pulspause der Pumpstromquelle SQ der Innenwiderstand der Pumpzelle bestimmt werden.If the first switching matrix in a switching sequence Z_Ria, Z_0, Z_Rie and Z_Cal is connected to a measurement of a pump cell internal resistance of the broadband lambda probe and is connected to the digital measuring system DMS via the second switching matrix RE, IPE and APE and in the last switching position R cal , can in addition to the internal resistance of the reference cell of the broadband lambda probe in a pulse pause of the pump current source SQ, the internal resistance of the pump cell can be determined.

Ist die erste Schaltmatrix in die Schalt-Verbindung Z_Off geschaltet, sind über die zweite Schaltmatrix in einer Schaltstellung Z_MUXON die Anschlüsse RE, APE und IPE mit einer Spannung 3,3 V verbunden und ist der Eingang des digitalen Mess-System DMS überbrückt und mit Spannung 3,3 V verbunden, sind die Sondenanschlüsse miteinander und mit einem vorgegebenenen Potential verbunden, so dass ohne Schaden für die Breitband-Lambdasonde ein definierter Betriebszustand zur Inbetriebnahme der Vorrichtung eingenommen wird. Diese Schaltstellung kann auch nach einem Fehlerfall eingenommen werden.If the first switching matrix is connected in the switching connection Z_Off, the connections RE, APE and IPE are connected via the second switching matrix in a switching position Z_MUXON with a voltage of 3.3 V and the input of the digital measuring system DMS is bridged and energized 3.3 V connected, the probe terminals are connected to each other and to a predetermined potential, so that a defined operating state for starting the device is taken without damage to the broadband lambda probe. This switch position can be taken even after an error.

Ist die erste Schaltmatrix in die Schalt-Verbindung Z_Off geschaltet, sind über die zweite Schaltmatrix in einer Schaltstellung Z_MK1 die Anschlüsse RE und IPE oder in einer Schaltstellung Z_MK2 die Anschlüsse APE und IPE mit Spannung 3,3 V verbunden und ist der Eingang des digitalen Mess-System DMS überbrückt und mit Spannung 3,3 V verbunden, sind die jeweiligen Sondenanschlüsse miteinander und mit einem vorgegebenenen Potential verbunden, so dass ohne Schaden für die Breitband-Lambdasonde ein definierter Betriebszustand der Vorrichtung eingenommen wird.If the first switching matrix is connected in the switching connection Z_Off, the connections REE and IPE are connected via the second switching matrix in a switching position Z_MK1 or the connections APE and IPE in a switching position Z_MK2 with voltage 3.3 V and is the input of the digital measuring System DMS bridged and connected to voltage 3.3 V, the respective probe terminals are connected to each other and to a predetermined potential, so that a defined operating state of the device is taken without damage to the broadband lambda probe.

In der Schaltstellung Z_IDLE sind die Anschlüsse RE, IPE und APE jeweils über zwei in Reihe geschaltete Schalter verbunden, so dass die Reihenschaltung der geschlossenen Schalter mit ihrem jeweiligen Widerstand im Bereich von 1 kOhm bis 4 kOhm möglicherweise durch Restströme abgeschalteter Anschlüsse der Vorrichtung auftretende Spannungen an den Anschlüssen der Breitband-Lambdasonde dahingehend begrenzt, das die Spannungen unterhalb von Werten liegen, die zu einer Schädigung der Breitband-Lambdasonde durch Polarisation, so genanntes Blackening, führen können.In the switching position Z_IDLE, the terminals RE, IPE and APE are each connected via two switches connected in series, so that the series connection of the closed switches with their respective resistance in the range of 1 kOhm to 4 kOhm possibly occurring by residual currents of disconnected terminals of the device voltages the broadband lambda probe terminals are limited in that the voltages are below values that can lead to damage of the broadband lambda probe by polarization, so-called blackening.

Ist in der Steuereinheit ein Programmablauf Switch-ON vorgesehen, in dem nacheinander die Schalterstellung Z_MUXON, die Fehlerstrom-Messung, die Messung des Pumpzelleninnenwiderstands, eine Kalibriermessung des digitalen Mess-System DMS und eine Kalibriermessung eines Sondenabgleichwiderstands vorgesehen sind, können zur Inbetriebnahme beim Einschalten oder nach einem Fehlerfall eine Überprüfung auf Nebenschlüsse und Kurzschlüsse, eine Innenwiderstandsmessung zur Einschätzung der Temperatur der Abgassonde, eine Kalibriermessung des digitalen Mess-Systems DMS und eine Kalibriermessung des Sondenabgleichwiderstands durchgeführt werden.If a program sequence Switch-ON is provided in the control unit, in which the switch position Z_MUXON, the residual current measurement, the measurement of the pump cell internal resistance, a calibration measurement of the digital measuring system DMS and a calibration measurement of a probe balancing resistor are provided in succession, can be used for commissioning at power up or after a fault, check for shunts and short circuits, an internal resistance measurement to estimate the temperature of the exhaust gas probe, a calibration measurement of the digital DMS measurement system and a calibration measurement of the probe balance resistor.

Ist in der Steuereinheit ein Programmablauf Warmlauf vorgesehen, in dem nacheinander die Schaltstellung Z_G0, die Fehlerstrom-Messung, die Durchgangsmessung RE-IPE, die Durchgangsmessung APE-IPE sowie die Schaltstellungen Z_0, Z_Rie und Z_Ria vorgesehen sind und dass in Zeiträumen ohne Messung die Breitband-Lambdasonde in den Schaltstellungen Z_MK1, Z_MK2 oder zumindest zwischen zweien der Anschlüsse RE, IPE und APE über Schalter verbunden ist, können bei niedriger Temperatur der Breitband-Lambdasonde, wenn der Pumpstrom noch nicht eingestellt werden kann, vorbereitende Messungen zur Inbetriebnahme durchgeführt werden. In den Zeiträumen ohne Messung können die Anschlüsse der Breitband-Lambdasonde in den Schaltstellungen Z_MK1 und Z_MK2 in vorgebbarer Auswahl mit Versorgungsspannung 3,3 V verbunden werden um unerwünschte Polarisationseffekte zu vermeiden. In diesem Modus kann die Breitband-Lambdasonde ab etwa 300°C als Zweipunktsonde betrieben werden.If a program sequence warm-up is provided in the control unit, in which the switching position Z_G0, the residual current measurement, the continuity measurement RE-IPE, the passage measurement APE-IPE and the switching positions Z_0, Z_Rie and Z_Ria are provided in succession and that in periods without measurement the broadband Lambda probe in the switching positions Z_MK1, Z_MK2 or at least between two of the terminals RE, IPE and APE is connected via switches, at low temperature of the broadband lambda probe, if the pumping current can not be set, preparatory measurements for commissioning can be performed. In the periods without measurement, the connections of the broadband lambda probe in the switch positions Z_MK1 and Z_MK2 can be connected in a predefinable selection with a supply voltage of 3.3 V in order to avoid unwanted polarization effects. In this mode, the broadband lambda probe can be operated from about 300 ° C as a two-point probe.

Ist in der Steuereinheit ein Programmablauf Normal vorgesehen, in dem die Breitband-Lambdasonde mit der Pumpstromquelle SQ verbunden ist und nacheinander die Schaltstellungen Z_1 und Z_2, die Kalibriermessung des digitalen Mess-System DMS, die Schaltstellung Z_Cal vorgesehen sind, kann bei ausreichender Temperatur der Breitband-Lambdasonde der Pumpstrom eingestellt werden. Bei Überschreitung einer vorwählbaren Blackening-Schwelle wird die Ausgangsspannung der Pumpstromquelle auf einen zulässigen Wert begrenzt. In Impulspausen der Pumpstromquelle SQ sind nacheinander die Schaltstellungen Z_G0, Z_0 und Z_Rie oder Z_Ria vorgesehen. Die für die Pumpstromregelung erforderlichen Meßwerte werden vom digitalen Mess-System DMS bestimmt, indem über die zweite Schaltmatrix an RGND in den Schaltstellungen Z_1 und Z_2 die Werte für die dort anliegende Spannung Ugi (Spannung an IPE) und Uga (Spannung an APE) bestimmt werden.If a program sequence Normal is provided in the control unit in which the broadband lambda probe is connected to the pumping current source SQ and the switching positions Z_1 and Z_2, the calibration measurement of the digital measuring system DMS, the switching position Z_Cal are provided in succession, the broadband can be provided at a sufficient temperature Lambda probe the pumping current can be adjusted. If a preselectable blackening threshold is exceeded, the output voltage of the pumping current source is limited to a permissible value. In pulse intervals of the pumping current source SQ, the switching positions Z_G0, Z_0 and Z_Rie or Z_Ria are provided one after the other. The measured values required for the pumping current control are determined by the digital measuring system DMS by determining the values for the voltage Ugi (voltage at IPE) and Uga (voltage at APE) applied thereto via the second switching matrix at R GND in the switching positions Z_1 and Z_2 become.

Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass zu einer Kalibrierung einer Umladekorrektur der Spannungsabfall über dem Erdungswiderstand RGND über einen vorbestimmten Zeitraum nach Beginn eines positiven und eines negativen Strompulses der Pumpstromquelle SQ integrierend bestimmt wird und dass aus der Differenz der Spannungsabfälle eine Umladekorrekturkennlinie bestimmt wird, dass die Spannungsdifferenz zwischen IPE und APE in einer Pulspause bestimmt und mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird und dass bei Überschreiten des Grenzwerts die Führungsgröße des Pumpstromreglers auf einen vorgegebenen Wert gesetzt wird, dass ein Tastverhältnis des Strompulses der Pumpstromquelle SQ vorgegeben werden kann und das die Amplitude des Strompulses der Pumpstromquelle SQ und die Amplitude des Strompulses der Referenzstromquelle SQr vorgegeben werden können. Insbesondere bei großen Kapazitätswerten von an den Anschlüssen der Lambdasonde verwendeten Entstörkondensatoren vermindert die beschriebene Bestimmung der Umladekorrekturkennlinie Meßfehler, die bei Verwendung einer fest vorgegebenen Umladekorrekturkennlinie entstehen können. Die für die Umladekorrektur benötigten Meßwerte werden durch zeitliche Integration der Spannung an RIND für beispielhaft 70 μs nach einer Schaltflanke des Pumpstroms bestimmt. Hierbei ist über die zweite Schaltmatrix RGND in den Schaltstellungen Z_1 und Z_2 mit den Anschüssen IPE und APE verbunden.The object of the invention relating to the method is achieved by integrally determining the voltage drop across the ground resistance R GND over a predetermined period of time after the start of a positive and a negative current pulse of the pumping current source SQ and of calibrating a recharging correction Umladekorrekturkennlinie it is determined that the voltage difference between IPE and APE is determined in a pulse pause and compared to a predetermined limit and that when the limit is exceeded, the reference variable of Pumping current regulator is set to a predetermined value that a duty cycle of the current pulse of the pumping current source SQ can be specified and that the amplitude of the current pulse of the pumping current source SQ and the amplitude of the current pulse of the reference current source SQr can be specified. Particularly in the case of large capacitance values of suppression capacitors used at the terminals of the lambda probe, the described determination of the transhipment correction characteristic reduces measurement errors which can occur when a predefined reloading correction characteristic is used. The measured values required for the charge-reversal correction are determined by temporally integrating the voltage across RIND for, for example, 70 μs after a switching edge of the pumping current. In this case, the second switching matrix R GND in the switching positions Z_1 and Z_2 is connected to the connections IPE and APE.

Das Tastverhältnis des Strompulses der Pumpstromquelle wird bei Verwendung einer Breitband-Lambdasonde durch einen Digitalregler geführt und von der unbelasteten Nernstspannung eingestellt. Eine Vorgabe des Tastverhältnises für einen gesteuerten Betrieb mit einem eingeprägten Pumpstrom-Mittelwert ist bei Verwendung zweizelliger Sonden in Dieselanwendungen für ein Fettpumpen beim Magerdauerbetrieb erforderlich. Bei Verwendung einzelliger Sonden ist eine Phase mit eingeprägtem Pumpstrom-Mittelwert bei einer Referenzgasgeneration an der Außenpumpelektrode APE erforderlich. Die Funktion kann auch zur Bestimmung von Sprungantworten und damit zur Charakterisierung der Regelstrecke des Pumpstrom-Regelkeises verwendet werden.The duty cycle of the current pulse of the pumping current source is guided by a digital controller when using a broadband lambda probe and adjusted by the unloaded Nernst voltage. Presetting the duty cycle for controlled operation with an impressed pumping current average is required when using two-cell probes in diesel applications for lean-pump lean-burn operation. When using unicellular probes, a phase with impressed pump current average is required for a reference gas generation at the outer pumping electrode APE. The function can also be used to determine step responses and thus to characterize the controlled system of the pump current control kink.

Die Vorgebbarkeit der Amplitude des Strompulses der Pumpstromquelle SQ und der Amplitude des Strompulses der Referenzstromquelle ermöglicht es, unterschiedliche Typen von Lambdasonden zu verwenden. Weiterhin können Toleranzen der Stromreferenz und der Stromquellen durch gegenseitigen Vergleich des Spannungsabfalls an RGND ausgeglichen werden. Hiermit kann ein definierter Störabstand der Anschlüsse der Lamdasonde zur Substratdiode und zum Aussteuerbereich der Stromquellen eingestellt werden. In Betriebsfällen wie der Einzelzylindererkennung beim Regeln auf Lambda = 1 kann die Amplitude der Strompulse des Pumpstroms verringert werden um damit eine erhöhte Auflösung des Lambdasignals zu erreichen. Weiterhin kann durch eine Anpassung der Amplitude der Strompulse der Referenzstromquelle bei der Bestimmung des Innenwiderstands während der Aufheizung der Lambdasonde die Spannung an RGND dem Aussteuerbereich des digitalen Mess-Systems DMS angepasst werden.The predictability of the amplitude of the current pulse of the pumping current source SQ and the amplitude of the current pulse of the reference current source makes it possible to use different types of lambda probes. Furthermore, tolerances of the current reference and the current sources can be compensated by mutual comparison of the voltage drop across R GND . This allows a defined signal-to-noise ratio of the connections of the lambda probe to the substrate diode and to the control range of the current sources to be set. In operating cases such as the individual cylinder detection when regulating to lambda = 1, the amplitude of the current pulses of the pump current can be reduced in order to achieve an increased resolution of the lambda signal. Furthermore, by adjusting the amplitude of the current pulses of the reference current source during the determination of the internal resistance during the heating of the lambda probe, the voltage at R GND can be adapted to the modulation range of the digital measuring system DMS.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in FIGS. Show it:

1 eine Steuereinheit mit einer angeschlossenen Breitband-Lambdasonde und einer ersten Schaltmatrix, 1 a control unit with a connected broadband lambda probe and a first switching matrix,

2 eine Steuereinheit mit einer angeschlossenen Breitband-Lambdasonde und einer zweiten Schaltmatrix, 2 a control unit with a connected broadband lambda probe and a second switching matrix,

3 mögliche Schaltstellungen der ersten Schaltmatrix, 3 possible switching positions of the first switching matrix,

4 mögliche Schaltstellungen der zweiten Schaltmatrix. 4 possible switching positions of the second switching matrix.

1 zeigt eine Steuereinheit 10 mit einer angeschlossenen Breitband-Lambdasonde 60 und einer ersten Schaltmatrix 11. Die dargestellten Komponenten und Anschlüsse sind dabei auf die für die Erklärung der Funktion der ersten Schaltmatrix 11 notwendigen Komponenten und Anschlüsse reduziert. Der Grundgedanke, der Aufbau und die Grundfunktion der Steuereinheit 10 entspricht im Wesentlichen der in der Schrift DE 10 2008 001 697 A1 der Anmelderin dargestellten Auswerte- und Steuereinheit für eine Breitband-Lambdasonde. Dabei ist die Steuereinheit 10 in Form eines ASIC ausgeführt. 1 shows a control unit 10 with a connected broadband lambda probe 60 and a first switching matrix 11 , The illustrated components and connections are to those for the explanation of the function of the first switching matrix 11 necessary components and connections reduced. The basic idea, the structure and the basic function of the control unit 10 is essentially the same as in the script DE 10 2008 001 697 A1 the Applicant presented evaluation and control unit for a broadband lambda probe. Here is the control unit 10 executed in the form of an ASIC.

Die Steuereinheit 10 enthält eine Pumpstromquelle SQ 20 und eine Referenzstromquelle SQr 21 zum Betrieb der Breitband-Lambdasonde 60. Weiterhin sind ein Spannungsstabilisator 22 und eine Referenzspannungsquelle Uref 23 vorgesehen.The control unit 10 contains a pumping current source SQ 20 and a reference current source SQr 21 to operate the broadband lambda probe 60 , Furthermore, a voltage stabilizer 22 and a reference voltage source U ref 23 intended.

Die Spannungsversorgung erfolgt über einen Anschluss UB 81 (Batteriespannung), Ucc3 82 (3 V Spannungsversorgung) und Ucc5 83 (5 V Spannungsversorgung), ein Anschluss VS 80 ist über einen nicht dargestellten Kondensator auf Masse gelegt.The power is supplied via a connection UB 81 (Battery voltage ), U cc3 82 ( 3V power supply) and U cc5 83 (5 V power supply), one connection VS 80 is connected via a capacitor, not shown, to ground.

Die Steuereinheit 10 ist über den Anschluss RE 30, den Anschluss IPE 31, den Anschluss APE 32 und den Anschluss MES 33 mit den zugehörigen Anschlüssen der Breitband-Lambdasonde 60 verbunden. Dabei ist RE der Anschluss der Referenz-Elektrode, IPE der Anschluss der inneren Pumpelektrode und APE der Anschluss der äußeren Pumpelektrode der Breitband-Lambdasonde 60. Weiterhin ist die Steuereinheit 10 über eine Anschluss RG 34 mit einem Widerstand RGND 64 und über einen Anschluss CAL 35 mit einem Kalibrierwiderstand RCAL 65 verbunden. Der Widerstand RGND 64 und der Kalibrierwiderstand RCAL 65 sind mit Masse verbunden. The control unit 10 is via the RE connection 30 , the connection IPE 31 , the connection APE 32 and the connection MES 33 with the associated connections of the broadband lambda probe 60 connected. In this case, RE is the connection of the reference electrode, IPE the connection of the inner pumping electrode and APE the connection of the outer pumping electrode of the broadband lambda probe 60 , Furthermore, the control unit 10 via a connection RG 34 with a resistor R GND 64 and via a connection CAL 35 with a calibration resistor R CAL 65 connected. The resistor R GND 64 and the calibration resistor R CAL 65 are connected to ground.

Die Breitband-Lambdasonde 60 ist in bekannter Form aus einer Nernst-Zelle 61 und einer Pumpzelle 62 aufgebaut. In dem dargestellten Ersatzschaltbild sind der Innenwiderstand Rire 61.1 der Nernstzelle 61 und der Innenwiderstand Riape 62.1 der Pumpzelle 62 gezeigt. Ein Widerstand Rcode 63 ist in einem nicht dargestellten Sondenstecker der Breitband-Lambdasonde 60 vorgesehen. Die Breitband-Lambdasonde 60 ist über eine äußere Beschaltung mit der Steuereinheit 10 verbunden. Dabei sind parallel zur Nernstzelle 60 ein Kondensator C1 70, parallel zur Pumpzelle 62 ein Kondensator C2 71 und parallel zum Widerstand Rcode 63 ein Kondensator C3 72 und ein Widerstand Rmes 76 vorgesehen. Weiterhin sind der Anschluss IPE 31 über einen Kondensator C4 73, der Anschluss APE 32 über einen Kondensator C5 74 und der Anschluss MES 33 über einen Kondensator C6 75 mit Erde verbunden.The broadband lambda probe 60 is in known form from a Nernst cell 61 and a pump cell 62 built up. In the equivalent circuit shown, the internal resistance Rire 61.1 the Nernst cell 61 and the internal resistance R iape 62.1 the pump cell 62 shown. A resistor R code 63 is in a probe connector, not shown, the broadband lambda probe 60 intended. The broadband lambda probe 60 is via an external wiring with the control unit 10 connected. Here are parallel to the Nernst cell 60 a capacitor C1 70 , parallel to the pump cell 62 a capacitor C2 71 and parallel to the resistor R code 63 a capacitor C3 72 and a resistance R mes 76 intended. Furthermore, the connection IPE 31 via a capacitor C4 73 , the connection APE 32 via a capacitor C5 74 and the connection MES 33 via a capacitor C6 75 connected to earth.

Die Anschlüsse 30, 31, 32, 33, 34, 35 der Steuereinheit 10, die Pumpstromquelle SQ 20, die Referenzstromquelle SQr 21, der Anschluss Ucc3 82 und die Referenzspannungsquelle Uref 23 sind über Signalleitungen der ersten Schaltmatrix 11 verbunden. Dabei können die Signalleitungen über die Schalter IsqRG 40, IsqA 41, Isql 42, Isqre 43, IsqrA 44, IsqrC 45, SPM 50, SPA 51, SPI 52, SPE 53, SGM 54, SGA 55, SGI 56, SGE 57, SVM 58, angesteuert von einer nicht dargestellte Steuerung, geschaltet werden.The connections 30 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 the control unit 10 , the pumping power source SQ 20 , the reference current source SQr 21 , the connection U cc3 82 and the reference voltage source U ref 23 are via signal lines of the first switching matrix 11 connected. In this case, the signal lines via the switches I sqRG 40 , I sqa 41 , I sql 42 , I sqre 43 , I sqrA 44 , I sqrC 45 , S PM 50 , S PA 51 , PI 52 , PE 53 , S GM 54 , S GA 55 , S GI 56 , S GE 57 , S VM 58 , controlled by a controller, not shown, are switched.

Durch geeignete Stellung der Schalter IsqRG 40, IsqA 41, Isql 42, Isqre 43, IsqrA 44, IsqrC 45, SPM 50, SPA 51, SPI 52, SPE 53, SGM 54, SGA 55, SGI 56, SGE 57, SVM 58 kann die Breitband-Lambdasonde 60 mit verschiedenen Signalen der Pumpstromquelle SQ 20, der Referenzstromquelle SQr 21 und der Referenzspannungsquelle Uref 23 beaufschlagt werden. Aus den sich dabei an den Anschlüssen RE 30, IPE 31, APE 32, MES 33, RG 34 und CAL 35 einstellenden Spannungen und Spannungsverläufen können Informationen über den Betriebszustand der Breitband-Lambdasonde 60 abgeleitet werden.By appropriate position of the switch I sqRG 40 , I sqa 41 , I sql 42 , I sqre 43 , I sqrA 44 , I sqrC 45 , S PM 50 , S PA 51 , PI 52 , PE 53 , S GM 54 , S GA 55 , S GI 56 , S GE 57 , S VM 58 can the broadband lambda probe 60 with various signals of the pumping current source SQ 20 , the reference current source SQr 21 and the reference voltage source U ref 23 be charged. From the itself at the connections RE 30 , IPE 31 , APE 32 , MES 33 , RG 34 and CAL 35 adjusting voltages and voltage curves can provide information about the operating condition of the broadband lambda probe 60 be derived.

2 zeigt die Steuereinheit 10 mit der angeschlossenen Breitband-Lambdasonde 60 und einer zweiten Schaltmatrix 12, die zusätzlich zu der in 1 dargestellten Schaltmatrix 11 in der Steuereinheit 10 enthalten ist. Bereits in 1 eingeführte Komponenten sind gleich bezeichnet. 2 shows the control unit 10 with the connected broadband lambda probe 60 and a second switching matrix 12 , in addition to the in 1 illustrated switching matrix 11 in the control unit 10 is included. Already in 1 introduced components are labeled the same.

Die Signalleitungen der zweiten Schaltmatrix 12 sind durch Schalter SP0 110, SP1 111, SP2 112, SP3 113, SP4 114, SP5 115, SP6 116, SP7 117, SP8 118, SM0 120, SM1 121, SM2 122, SM3 123, SFR0 130, SFR1 131 und SFR2 132 geschaltet. Neben den bereits in 1 eingeführten Anschlüssen RE 30, IPE 31, APE 32, MES 33, RG 34 und CAL 35 werden für die Darstellung der Funktion der zweiten Schaltmatrix 12 die Anschlüsse MUM 100, MUP 101, UMP 102, UMM 103 und GNDS 104 benötigt, welche mit einer äußeren Beschaltung beschaltet sind. Die äußere Beschattung enthält einen Kondensator C7 140 zwischen den Anschlüssen UMP 102 und UMM 103, jeweils einen Kondensator C8 141 und C9 142, welche die Anschlüsse UMP 102 und UMM 103 mit Masse 145 verbinden, einen Widerstand R1 143 zwischen den Anschlüssen UMP 102 und MUP 101 und einen Widerstand R2 144 zwischen den Anschlüssen UMM 103 und MUM 100. Der Anschluss GNDS 104 ist direkt mit Masse 145 verbunden.The signal lines of the second switching matrix 12 are by switch S P0 110 , S P1 111 , S P2 112 , S P3 113 , S P4 114 , S P5 115 , S P6 116 , P7 S 117 , P8 S 118 , S M0 120 , S M1 121 , S M2 122 , S M3 123 , S FR0 130 , S FR1 131 and S FR2 132 connected. In addition to the already in 1 inserted connections RE 30 , IPE 31 , APE 32 , MES 33 , RG 34 and CAL 35 are used for the representation of the function of the second switching matrix 12 the connections MUM 100 , MUP 101 , UMP 102 , UMM 103 and GNDS 104 needed, which are connected to an external circuit. The outer shading includes a capacitor C7 140 between the terminals UMP 102 and UMM 103 , in each case a capacitor C8 141 and C9 142 which the connections UMP 102 and UMM 103 with mass 145 connect, a resistor R1 143 between the terminals UMP 102 and MUP 101 and a resistor R2 144 between the terminals UMM 103 and MUM 100 , The connection GNDS 104 is right with mass 145 connected.

Die Steuereinheit 10 enthält weiterhin einen Differenzverstärker 151 mit einem nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler 152.The control unit 10 also contains a differential amplifier 151 with a downstream analog-to-digital converter 152 ,

Die Schalter SP0 110, SP1 111, SP2 112, SP3 113, SP4 114, SP5 115, SP6 116, SP7 117, SP8 118, SM0 120, SM1 121, SM2 122, SM3 123, SFR0 130, SFR1 131 und SFR2 132 der zweiten Schaltmatrix 12 können wie die Schalter der ersten Schaltmatrix 11 von der nicht dargestellten Steuerung geschaltet werden. Dadurch können bei den verschiedenen Schalterstellungen der ersten Schaltmatrix 11 durch die zweite Schaltmatrix 12 Verbindungen zwischen den Anschlüssen RE 30, IPE 31, APE 32, MES 33, RG 34 und CAL 35 zu dem Differenzverstärker 151 hergestellt werden. Die zweite Schaltmatrix 12 ermöglicht weiterhin Verbindungen zu den Anschlüssen der Spannungsversorgung und zu der äußeren Beschaltung.The switches S P0 110 , S P1 111 , S P2 112 , S P3 113 , S P4 114 , S P5 115 , S P6 116 , P7 S 117 , P8 S 118 , S M0 120 , S M1 121 , S M2 122 , S M3 123 , S FR0 130 , S FR1 131 and S FR2 132 the second switching matrix 12 like the switches of the first switching matrix 11 be switched by the controller, not shown. As a result, in the various switch positions of the first switching matrix 11 through the second switching matrix 12 Connections between the terminals RE 30 , IPE 31 , APE 32 , MES 33 , RG 34 and CAL 35 to the differential amplifier 151 getting produced. The second switching matrix 12 also allows connections to the power supply connections and to the external circuitry.

Die Steuereinheit 10 ermöglicht somit folgendes Vorgehen: Durch die erste Schaltmatrix 11 wird die Breitband-Lambdasonde 60 mit Signalen der Pumpstromquelle SQ 20, der Referenzstromquelle SQr 21 und/oder der Referenzspannungsquelle Uref 23 in einer vorgebbaren Reihenfolge beaufschlagt, welche gewünschte Messungen über den Betriebszustand der Breitband-Lambdasonde 60 ermöglicht. Zur Bestimmung des Betriebszustands der Breitband-Lambdasonde 60 werden die sich dabei einstellenden Spannungen und Spannungsverläufe an den jeweiligen Anschlüssen RE 30, IPE 31, APE 32, MES 33, RG 34 und CAL 35 durch die zweite Schaltmatrix 12 ebenfalls in einer vorgebbaren Reihenfolge an den Differenzverstärker 151 geleitet, dort verstärkt und anschließend durch den nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler 152 digitalisiert. Die digitalisierten Messsignale können dann über eine nicht dargestellte Digitalschnittstelle der Steuerung oder einem übergeordneten μ-Controller zur Auswertung zugeführt werden.The control unit 10 thus allows the following procedure: Through the first switching matrix 11 becomes the broadband lambda probe 60 with signals of the pumping current source SQ 20 , the reference current source SQr 21 and / or the reference voltage source U ref 23 applied in a predetermined order, which desired measurements on the operating status of the broadband lambda probe 60 allows. To determine the operating condition of the broadband lambda probe 60 the voltages and voltage curves occurring at the respective connections RE 30 , IPE 31 , APE 32 , MES 33 , RG 34 and CAL 35 through the second switching matrix 12 also in a predefinable order to the differential amplifier 151 passed, amplified there and then through the downstream analog-to-digital converter 152 digitized. The digitized measurement signals can then be supplied via a digital interface, not shown, of the controller or a higher-order μ-controller for evaluation.

Die Messung der zusätzlichen Informationen über den Betriebszustand der Breitband-Lambdasonde 60 erfolgt dabei abhängig von der Messaufgabe in Impulspausen, in denen die Pumpzelle 62 der Breitband-Lambdasonde 60 nicht zur Messung des Sauerstoffgehalts in dem Abgas der Brennkraftmaschine von der Pumpstromquelle SQ 20 angesteuert ist, oder während des Stromimpulses der Pumpstromquelle SQ 20.The measurement of additional information about the operating status of the broadband lambda probe 60 takes place depending on the measurement task in pulse intervals, in which the pumping cell 62 the broadband lambda probe 60 not for measuring the oxygen content in the exhaust gas of the internal combustion engine from the pumping power source SQ 20 is driven, or during the current pulse of the pumping current source SQ 20 ,

Vorteilhaft gegenüber der in der Schrift DE 10 2008 001 697 der Anmelderin dargestellten Ausführungsform ist die Spannungsversorgung der Pumpstromquelle SQ 20 und der Referenzstromquelle SQr 21 über den Spannungsstabilisator 22 direkt mit der Batteriespannung über den Anschluss UB 81. Dies ermöglicht einen Konstantstrombereich der Pumpstromquelle SQ 20 und der Referenzstromquelle SQr 21 in einem erweiterten Spannungsbereich, welcher in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen 0 V und 7 V liegt. Dadurch ist es möglich, auf den in der Schrift DE 10 2008 001 697 gezeigten Strompfad GND zu Masse zu verzichten, was zwei weitere Funktionen ermöglicht. Zum einen kann die Lambda-Kennlinien-Kalibrierung im Sondenwarmlauf durchgeführt werden, zum anderen kann eine Kalibrierung der Umladekorrektur erfolgen. Die erhöhte Versorgungsspannung ermöglicht weiterhin einen durch EMV-Anforderungen vorgegebenen höheren Störabstand.Advantageous compared to the one in the Scriptures DE 10 2008 001 697 Applicant's embodiment is the voltage supply of the pumping current source SQ 20 and the reference current source SQr 21 over the voltage stabilizer 22 directly with the battery voltage via the connection UB 81 , This allows a constant current range of the pumping current source SQ 20 and the reference current source SQr 21 in an extended voltage range, which lies between 0 V and 7 V in the exemplary embodiment shown. This makes it possible on the in the Scriptures DE 10 2008 001 697 shown current path GND to ground, which allows two more functions. On the one hand, the lambda characteristic calibration can be carried out in the probe warm-up, on the other hand a calibration of the charge-over correction can take place. The increased supply voltage furthermore allows a higher signal-to-noise ratio prescribed by EMC requirements.

3 zeigt mögliche Schaltstellungen der ersten Schaltmatrix 11, zusammengefasst in einer ersten Tabelle 160. Dabei sind in der ersten Spalte die Bezeichnungen für die jeweilige Schaltstellung genannt, in der ersten Zeile sind die Namen der einzelnen, in 1 eingeführten Schalter IsqRG 40, IsqA 41, Isql 42, Isqre 43, IsqrA 44, IsqrC 45, SPM 50, SPA 51, SPI 52, SPE 53, SGM 54, SGA 55, SGI 56, SGE 57, SVM 58 aufgeführt. Die Schalterstellungen der Schalter SPM 50 und SGM 54, SPA 51 und SGA 55 sowie SPE 53 und SGE 57 sind für die gezeigten Schaltstellungen jeweils gleich und daher jeweils in einer Spalte zusammengefasst. Eine einem Schalter IsqRG 40, IsqA 41, Isql 42, Isqre 43, IsqrA 44, IsqrC 45, SPM 50, SPA 51, SPI 52, SPE 53, SGM 54, SGA 55, SGI 56, SGE 57, SVM 58 zugeordnete null bedeutet, dass der Schalter geöffnet ist, eine eins kennzeichnet einen geschlossenen Schalter. 3 shows possible switching positions of the first switching matrix 11 , summarized in a first table 160 , In this case, the names for the respective switching position are called in the first column, in the first line are the names of the individual, in 1 introduced switch I sqRG 40 , I sqa 41 , I sql 42 , I sqre 43 , I sqrA 44 , I sqrC 45 , S PM 50 , S PA 51 , PI 52 , PE 53 , S GM 54 , S GA 55 , S GI 56 , S GE 57 , S VM 58 listed. The switch positions of the switches S PM 50 and S GM 54 , S PA 51 and S GA 55 as well as S PE 53 and S GE 57 are the same for the switching positions shown and therefore each summarized in a column. A switch I sqRG 40 , I sqa 41 , I sql 42 , I sqre 43 , I sqrA 44 , I sqrC 45 , S PM 50 , S PA 51 , PI 52 , PE 53 , S GM 54 , S GA 55 , S GI 56 , S GE 57 , S VM 58 mapped zero means that the switch is open, a one indicates a closed switch.

4 zeigt mögliche Schaltstellungen der zweiten Schaltmatrix 12, zusammengefasst in einer zweiten Tabelle 170. Auch hier sind in der ersten Spalte Bezeichnungen für die jeweiligen Schaltstellungen und in der ersten Zeile die Namen der jeweiligen in 2 eingeführten Schalter SP0 110, SP1 111, SP2 112, SP3 113, SP4 114, SP5 115, SP6 116, SP7 117, SP8 118, SM0 120, SM1 121, SM2 122, SM3 123, SFR0 130, SFR1 131 und SFR2 132 genannt, wobei eine zugeordnete null einen geöffneten Schalter und eine eins einen geschlossenen Schalter kennzeichnet. 4 shows possible switching positions of the second switching matrix 12 , summarized in a second table 170 , Again, in the first column, names for the respective switch positions and in the first row, the names of the respective in 2 introduced switch S P0 110 , S P1 111 , S P2 112 , S P3 113 , S P4 114 , S P5 115 , S P6 116 , P7 S 117 , P8 S 118 , S M0 120 , S M1 121 , S M2 122 , S M3 123 , S FR0 130 , S FR1 131 and S FR2 132 with an associated zero indicating an open switch and a one indicating a closed switch.

Zur Erfassung von Informationen über den Betriebszustand der Breitband-Lambdasonde 60 werden aufeinander folgende Schaltstellungen der ersten Schaltmatrix 11 und der zweiten Schaltmatrix 12 geschaltet, wobei die über die zweite Schaltmatrix 12 zu dem Differenzverstärker 151 geleiteten Signal ausgewertet werden. Der Ablauf wird im Folgenden zur Bestimmung von verschiedenen Informationen über den Betriebszustand der Breitband-Lambdasonde 60 gezeigt. Dabei beziehen sich die in 3 und 4 beschriebenen Schaltstellungen auf die in 1 dargestellte erste Schaltmatrix 11 und die in 2 dargestellte zweite Schaltmatrix 12.To acquire information about the operating status of the broadband lambda probe 60 become successive switching positions of the first switching matrix 11 and the second switching matrix 12 switched, the over the second switching matrix 12 to the differential amplifier 151 conducted signal to be evaluated. The procedure below is used to determine various information about the operating state of the broadband lambda probe 60 shown. Here are the in 3 and 4 described switching positions on the in 1 shown first switching matrix 11 and the in 2 illustrated second switching matrix 12 ,

Zur Durchführung einer Fehlerstrom-Messung wird zunächst in einer in 3 gezeigten Schaltstellung Z_G0 der Pumpstrom ISQ der Pumpstromquelle SQ 20 zu dem Widerstand RGND 64 geleitet. Dabei ist die zweite Schaltmatrix 12 so geschaltet, dass der Spannungsabfall UG0 über den Widerstand RGND 64 (UG0 = ISQ × RGND) dem Differenzverstärker 151 zugeführt ist. Der Spannungsabfall UG0 wird gemessen, digitalisiert und gespeichert. In einer nächsten Schaltstellung Z_Ge wird der Stromausgang der Pumpstromquelle SQ 20 zusätzlich mit dem Anschluss RE 30 und somit der Nernstzelle 61 der Breitband-Lambdasonde 60 verbunden und der Spannungsabfall UG0_e über RGND 64 gemessen. Entsprechend wird in nachfolgenden Schaltstellungen Z_Ga und Z_Gi der Stromausgang der Pumpstromquelle SQ 20 parallel zu dem Widerstand RGND 64 mit den Anschlüssen APE 32 und IPE 31 verbunden und jeweils der Spannungsabfall UG0_a und UG0_i über RGND 64 bestimmt, digitalisiert und gespeichert. Die Spannungswerte UG0, UG0_e, UG0_a und UG0_i werden über eine nicht dargestellte digitale Schnittstelle zu einem μ-Controller übertragen. Dort werden aus UG0_e, UG0_a und UG0_i nach einer Messwertaufbereitung (Verstärker- und Offsetkorrektur) die Ströme über RGND 64 berechnet und die Differenz zu dem aus UG0 berechneten Strom gebildet. Die so erhaltenen Stromdifferenzen beschreiben den jeweiligen Fehlerstrom, der an die jeweiligen Anschlüsse RE 30, IPE 31 und APE 32 abgeflossen ist. Im Rahmen der Messauflösung und von ASIC-Reststromtoleranzen kann damit die Diagnose von hochohmigen Nebenschlüssen und von statischen Heizereinkopplungen erfolgen. Weiterhin kann eine Abgrenzung von Kurzschluss und Kabelabfall getroffen werden. Daraufhin können angemessene Systemreaktionen aktiviert werden.To carry out a residual current measurement is first in an in 3 shown switching position Z_G0 the pumping current I SQ the pumping current source SQ 20 to the resistor R GND 64 directed. Here is the second switching matrix 12 switched so that the voltage drop U G0 via the resistor R GND 64 (U G0 = I SQ × R GND ) to the differential amplifier 151 is supplied. The voltage drop U G0 is measured, digitized and stored. In a next switching position Z_Ge the current output of the pump current source SQ 20 additionally with the connection RE 30 and thus the Nernst cell 61 the broadband lambda probe 60 and the voltage drop U G0_e via R GND 64 measured. Accordingly, in subsequent switching positions Z_Ga and Z_Gi the current output of the pump current source SQ 20 parallel to the resistor R GND 64 with the connections APE 32 and IPE 31 and in each case the voltage drop U G0_a and U G0_i via R GND 64 determined, digitized and stored. The voltage values U G0 , U G0_e , U G0_a and U G0_i are transmitted via a digital interface, not shown, to a μ-controller. There, from U G0_e , U G0_a and U G0_i, after a measurement value processing (amplifier and offset correction), the currents are converted via R GND 64 calculated and the difference to the current calculated from U G0 . The current differences obtained in this way describe the respective fault current which is applied to the respective connections RE 30 , IPE 31 and APE 32 has flowed off. As part of the measurement resolution and ASIC residual current tolerances can thus be done the diagnosis of high-impedance shunts and static Heizereinkopplungen. Furthermore, a distinction between short circuit and cable waste can be made. As a result, appropriate system reactions can be activated.

Eine Durchgangsmessung RE-IPE erfolgt über eine Abfolge der Schaltstellungen Z_Gi und Z_Gi_ei. In einer ersten Messung wird eine Fehlerstrommessung an IPE durchgeführt. Während der Schaltstellung Z_Gi ist die Pumpstromquelle SQ 20 dazu zunächst mit dem Anschluss IPE 31 und über den Anschluss RG 34 mit dem Widerstand RGND 64 verbunden. Der sich einstellende Spannungsabfall Ug0i = ISQ × RGND über den Widerstand RGND 64 wird gemessen, digitalisiert und gespeichert. In der nachfolgenden Schaltstellung Z_Gi_ei ist zusätzlich der Referenzstrom ISQR der Referenzstromquelle SQr 21 auf IPE geschaltet. Der Spannungsabfall über RGND 64 berechnet sich zu Ug0i_ei = (ISQ + ISQR) × RGND und wird ebenfalls gemessen, digitalisiert und gespeichert. Ug0i und Ug0i_ei werden über die nicht dargestellte digitale Schnittstelle zu dem ebenfalls nicht dargestellten μ-Controller übertragen. Dort wird nach einer Messwertaufbereitung (Verstärker- und Offsetkorrektur) die Stromdifferenz dIiso = (Ug0i_ei – Ug0i)/RGND berechnet. Dieser Wert kann im Rahmen der Messauflösung und ASIC-Reststromtoleranzen zur Unterscheidung Kabelabfall RE oder IPE und nicht betriebswarme Breitband-Lambdasonde 60, zur Überprüfung der Sondenheizfunktion bei halber Sonden-Betriebstemperatur und, zusammen mit der unten beschriebenen Durchgangsmessung APE-IPE, zur Unterscheidung Kabelabfall RE von Kabelabfall IPE verwendet werden.A continuity measurement RE-IPE takes place via a sequence of switching positions Z_Gi and Z_Gi_ei. In a first measurement, a fault current measurement is performed on IPE. During the switching position Z_Gi, the pumping current source is SQ 20 first with the connection IPE 31 and over the connection RG 34 with the resistor R GND 64 connected. The resulting voltage drop U g0i = I SQ × R GND via the resistor R GND 64 is measured, digitized and stored. In the subsequent switching position Z_Gi_ei, in addition, the reference current I SQR of the reference current source SQr 21 switched to IPE. The voltage drop across R GND 64 is calculated to U g0i_ei = (I SQ + I SQR ) × R GND and is also measured, digitized and stored. U g0i and U g0i_ei are transmitted via the digital interface, not shown, to the μ-controller, also not shown. There the current difference dI iso = (U g0i_ei - U g0i ) / R GND is calculated after a measured value processing (amplifier and offset correction). This value can be used within the measurement resolution and ASIC residual current tolerances to distinguish cable drop RE or IPE and non-operating broadband lambda probe 60 , for checking the probe heater function at half probe operating temperature and, in conjunction with the APE-IPE continuity measurement described below, for distinguishing cable waste RE from cable waste IPE.

Eine Durchgangsmessung APE-IPE erfolgt analog zur Durchgangsmessung RE-IPE in einer Abfolge der Schaltstellungen Z_Gi und Z_Gi_ai. Während der Schaltstellung Z_Gi wird Ug0i wie oben beschrieben bestimmt. In einer nachfolgenden Fehlerstrommessung wird entsprechend der Schaltstellung Z_Gi_ai der Referenzstrom ISQR der Referenzstromquelle SQr 21 auf APE geschaltet, so dass sich über RGND 64 der Spannungsabfall Ug0i_ai = (ISQ + ISQR) × RGND einstellt. Nach der beschriebenen Digitalisierung und der Messwertaufbereitung wird aus Ug0i und Ug0i_ai in dem μ-Controller die Stromdifferenz dIiso = (Ug0i_ai – Ug0i)/RGND berechnet. Die Stromdifferenz dIiso kann zur Unterscheidung Kabelabfall APE oder IPE und nicht betriebswarme Breitband-Lambdasonde 60 oder zur Überprüfung der Sondenheizfunktion bei halber Sonden-Betriebstemperatur verwendet werden.A passage measurement APE-IPE is carried out analogously to the passage measurement RE-IPE in a sequence of switching positions Z_Gi and Z_Gi_ai. During the shift position Z_Gi, U g0i is determined as described above. In a subsequent fault current measurement, according to the switching position Z_Gi_ai, the reference current I SQR of the reference current source SQr 21 switched to APE, so over R GND 64 the voltage drop U g0i_ai = (I SQ + I SQR ) × R GND . After the digitization described and the measured value processing, the current difference dI iso = (U g0i_ai -U g0i ) / R GND is calculated from U g0i and U g0i_ai in the μ controller. The current difference dI iso can be used to distinguish cable drop APE or IPE and non-warm broadband lambda probe 60 or to use the probe heater function at half probe operating temperature.

Zur Dämpfung von Hochfrequenzstörungen und Hochspannungseinträgen sind zwischen den Signalleitungen der Breitband-Lambdasonde 60 und Erde die Kondensatoren C4 73, C5 74 und C6 75 vorgesehen. Diese müssen beim Pulsbetrieb der Breitband-Lambdasonde 60 ständig umgeladen werden. Der Umladestrom fließt zum Teil über die Pumpzelle 62 der Breitband-Lambdasonde 60, erhöht beziehungsweise verringert den Pumpstrom und muss bei der Kennlinienkalibrierung berücksichtigt werden. Die Schaltstellungen Z_1 und Z_2 bewirken durch einen periodischen Wechsel zwischen den Schaltstellungen Z_1 und Z_2, dass am inneren Pumpelektrodenanschluss IPE und am äußeren Pumpelektrodenanschluss APE der Breitband-Lambdasonde 60 ein impulsförmiger Pumpstrom ISQ anliegt. Die Schaltstellungen Z_1 und Z_2 ermöglichen dabei eine flankengetriggerte Messung des Spannungsabfalls UGND über dem Widerstand RGND 64 zur Kalibrierung der Umladekorrektur. Im Timing-Modus Puls-Gegenpuls wird in beiden Stromrichtungen jeweils der Spannungsabfall an dem Widerstand RGND 64, getriggert von der Einschaltflanke, für einen vorgegebenen Zeitraum integrierend gemessen und in einen Digitalwert gewandelt. Der Umladevorgang der Kondensatoren C4 73, C5 74 und C6 75 bildet sich auf den Stromfluss über den Widerstand RGND 64 ab. Die über dem Widerstand RGND 64 abfallenden Spannungen Ugua für die Schaltstellung Z_1 und Ugui für die Schaltstellung Z_2 enthalten daher die Umladeinformationen. Der Umladestrom ist der wichtigste Anteil zur Kalibrierung der Umladekorrektur und errechnet sich zu dIum = Fum × (Ugui – Ugua)/RGNDs mit Fum = Tsd/Tp. Dabei ist Tsd die Dauer der Messwertwandlung (Integrationszeit), Tp die Dauer der Taktperiode des Pulsbetriebs und RGNDs der Sollwert des Widerstands RGND 64. Die Kalibrierung der Umladekorrekturkennlinie erfolgt auf Basis der gemessenen, digitalisierten und gespeicherten Spannungen über RGND in dem nicht dargestellten μ-Controller.To attenuate radio frequency noise and high voltage inputs are between the signal lines of the broadband lambda probe 60 and earth the capacitors C4 73 , C5 74 and C6 75 intended. These must be used during pulse operation of the broadband lambda probe 60 be constantly reloaded. The Umladestrom flows partly over the pumping cell 62 the broadband lambda probe 60 , increases or decreases the pumping current and must be taken into account in the characteristic calibration. The switching positions Z_1 and Z_2 bring about a periodic change between the switching positions Z_1 and Z_2, that at the inner pumping electrode connection IPE and at the outer pumping electrode connection APE of the broadband lambda probe 60 a pulse-shaped pumping current I SQ is present. The switching positions Z_1 and Z_2 thereby enable an edge-triggered measurement of the voltage drop U GND across the resistor R GND 64 for calibrating the transhipment correction. In the pulse-counter pulse timing mode, the voltage drop at the resistor R GND is in both current directions 64 , triggered by the switch-on edge, measured integratingly for a given period of time and converted into a digital value. The transhipment process of the capacitors C4 73 , C5 74 and C6 75 forms on the flow of current through the resistor R GND 64 from. The above the resistor R GND 64 decreasing voltages U gua for the switching position Z_1 and U gui for the switching position Z_2 therefore contain the transhipment information. The recharge current is the most important component for calibration of the Umladekorrektur and calculated as dI to F = m x (U gui - U gua) / R GNDs with Fum = T sd / T p. In this case, T sd is the duration of the measured value conversion (integration time), T p is the duration of the clock period of the pulse operation, and R GNDs is the nominal value of the resistor R GND 64 , The calibration of the charge-over correction characteristic is performed on the basis of the measured, digitized and stored voltages via R GND in the μ-controller, not shown.

Bei Kurzschlüssen und Unterbrechungen der Leitungen zwischen der Breitband-Lambdasonde 60 und der Steuereinheit 10 wird die Breitband-Lambdasonde 60 durch die dargestellten elektronischen Schalter von der Betriebselektronik getrennt. Über die Breitband-Lambdasonde 60 fließen dann noch die Restströme der abgeschalteten Anschlüsse der als ASIC ausgeführten Steuereinheit 10. Diese Restströme können bei bestimmten Abgaszuständen zur Polarisation der Elektroden der Breitband-Lambdasonde 60 führen, die bei der Überschreitung einer Spannungsgrenze (Blackeningspannung) zur Schädigung der Elektroden führen können. Um die Reststrom-Anforderungen an den ASIC in machbaren Grenzen zu halten, wird entsprechend der Schaltstellung Z_IDLE die Polarisation während der Abschaltung durch eine Widerstandsklammerung der Elektroden der Breitband-Lambdasonde 60 sichergestellt. Die Anschlüsse APE 32 und IPE 31 sind über die geschlossenen Schalter SP0 110 und SP1 111, die Anschlüsse RE 30 und IPE 31 über die Schalter SP1 111 und SP2 112 verbunden. Die in dem ASIC in Form eines Multiplexers ausgeführten Schalter der zweiten Schaltmatrix 12 zeigen einen Innenwiderstand von 1000 bis 4000 Ohm, entsprechend sind die Anschlüsse APE 32 und IPE 31 sowie RE 30 und IPE 31 jeweils über einen Widerstand von 2000 bis 8000 Ohm verbunden. Damit kann statt dem für Breitband-Lambdasonden 60 geforderten Reststrom von 2 μA ein Reststrom von 20 μA zugelassen werden.In the event of short circuits and interruptions of the lines between the broadband lambda probe 60 and the control unit 10 becomes the broadband lambda probe 60 separated from the operating electronics by the illustrated electronic switch. About the broadband lambda probe 60 then still flow the residual currents of the disconnected terminals of the executed as an ASIC control unit 10 , These residual currents can, in the case of certain exhaust gas states, lead to the polarization of the electrodes of the broadband lambda probe 60 which can lead to damage to the electrodes when exceeding a voltage limit (blackening voltage). In order to keep the residual current requirements to the ASIC within feasible limits, the polarization during shutdown by a resistance clamping of the. According to the switching position Z_IDLE Electrodes of the broadband lambda probe 60 ensured. The connections APE 32 and IPE 31 are over the closed switch S P0 110 and S P1 111 , the connections RE 30 and IPE 31 via the switches S P1 111 and S P2 112 connected. The switches of the second switching matrix implemented in the ASIC in the form of a multiplexer 12 show an internal resistance of 1000 to 4000 ohms, accordingly, the terminals APE 32 and IPE 31 as well as RE 30 and IPE 31 each connected via a resistor of 2000 to 8000 ohms. This can be done instead of for broadband lambda probes 60 required residual current of 2 μA a residual current of 20 μA be allowed.

Zur Messung des Innenwiderstandes Riape 62.1 der Pumpzelle 62 wird während einer Schalterstellung Z_Ria die Referenzstromquelle SQr 21 in der Pulspause auf den Anschluss APE 32 geschaltet und über eine entsprechende Beschaltung der zweiten Schaltmatrix 12 der Spannungsabfall URia zwischen dem Anschluss APE 32 und dem Anschluss IPE 31 gemessen. In einer weiteren Messung wird in der Schalterstellung Z_0 der Spannungsabfall Up0 der unbestromten Pumpzelle 62 zwischen dem Anschluss APE 32 und dem Anschluss IPE 31 bestimmt. In einer dritten Schalterstellung Z_Cal wird der Strom ISQR der Referenzstromquelle 21 über den Kalibrierwiderstand RCAL 65 geleitet und der Spannungsabfall Ucal über dem Kalibrierwiderstand RCAL 65 bestimmt. Über RCAL = RCAL·ISQR wird der Referenzpumpstrom ISQR kalibriert. Der Innenwiderstand Riape 62.1 der Pumpzelle 62 ergibt sich aus Riape = Rcalsoll·(URia – Up0)/Ucal. Aus Riape lässt sich auch bei niedrigen Temperaturen der Breitband-Lambdasonde 60 eine Information über die Temperatur der Breitband-Lambdasonde 60 gewinnen.For measuring the internal resistance R iape 62.1 the pump cell 62 During a switch position Z_Ria, the reference current source SQr 21 in the pulse break on the connection APE 32 switched and via a corresponding wiring of the second switching matrix 12 the voltage drop U Ria between the terminal APE 32 and the port IPE 31 measured. In a further measurement, in the switch position Z_0, the voltage drop U p0 of the no-current pump cell 62 between the APE port 32 and the port IPE 31 certainly. In a third switch position Z_Cal, the current I SQR of the reference current source 21 via the calibration resistor R CAL 65 and the voltage drop U cal across the calibration resistor R CAL 65 certainly. The reference pump current I SQR is calibrated via R CAL = R CAL * I SQR . The internal resistance R iape 62.1 the pump cell 62 results from R iape = R calsoll * (U Ria - U p0 ) / U cal . From R iape , the broadband lambda probe can be used even at low temperatures 60 an information about the temperature of the broadband lambda probe 60 win.

Durch eine Abfolge von verschiedenen Schaltstellungen der ersten Schaltmatrix 11 und der zweiten Schaltmatrix 12 können verschiedene Betriebsmodi der Steuereinheit 10 vorgegeben werden, welche im Folgenden an Hand von drei Ausführungsbeispielen erläutert werden.By a sequence of different switching positions of the first switching matrix 11 and the second switching matrix 12 can different operating modes of the control unit 10 are given, which are explained below with reference to three exemplary embodiments.

In einem Betriebsmodus IDLE ist eine in 4 gezeigte Schaltstellung Z_IDLE gewählt. Der Modus IDLE wird nach dem Einschalten oder im Fehlerfall eingestellt. Die Pumpstromquelle SQ 20 und die Referenzstromquelle SQr 21 sind abgetrennt, es erfolgt keine Messung, die Stromschalter der ersten Schaltmatrix 11 und der zweiten Schaltmatrix 12 sind offen. Die Anschlüsse APE und IPE sind über die geschlossenen Schalter SP0 110 und SP1 111, die Anschlüsse RE und IPE über die Schalter SP1 111 und SP2 112 wie oben beschrieben verbunden.In an operating mode IDLE is an in 4 shown switching position Z_IDLE selected. The IDLE mode is set after switching on or in the event of an error. The pumping current source SQ 20 and the reference current source SQr 21 are disconnected, there is no measurement, the power switch of the first switching matrix 11 and the second switching matrix 12 are open. The connections APE and IPE are via the closed switches S P0 110 and S P1 111 , the connections RE and IPE via the switches S P1 111 and S P2 112 connected as described above.

Ein Betriebsmodus Switch-On ist nach dem Einschalten oder nach einem Fehlerfall zur Inbetriebnahme der Steuereinheit 10 und der Breitband-Lambdasonde 60 vorgesehen. In einer Schaltstellung Z_MUXON wird die Breitband-Lambdasonde 60 zunächst über die Tiefpasswiderstände des Messfilters auf Ucc3 gezogen. Im Anschluss folgen vorbereitende Messungen zur Inbetriebnahme:

  • – Fehlstrommessung zur Erkennung von Nebenschlüssen und Kurzschlüssen zu den Leitungen zu der Breitband-Lambdasonde 60
  • – Innenwiderstandsmessung zur Einschätzung der Sondentemperatur
  • – Kalibriermessung der Spannungserfassung (Offset und Verstärkung)
  • – Kalibriermessung des Sondenabgleichwiderstandes
A switch-on mode of operation is after start-up or after a failure to commission the control unit 10 and the broadband lambda probe 60 intended. In a switching position Z_MUXON the broadband lambda probe is used 60 initially pulled over the low-pass resistors of the measuring filter on Ucc3. Followed by preparatory measurements for commissioning:
  • - Mismatch measurement to detect shunts and shorts to the lines to the broadband lambda probe 60
  • - Internal resistance measurement to estimate the probe temperature
  • - Calibration measurement of voltage detection (offset and gain)
  • - Calibration measurement of the probe balance resistor

Ein Betriebsmodus Warmlauf ist vorgesehen, wenn die Temperatur der Breitband-Lambdasonde 60 so niedrig ist, dass der Pumpstrom noch nicht eingestellt werden kann oder wenn nach Fehlermeldungen Kurzschlüsse von Kabelunterbrechungen unterschieden werden sollen. Im Betriebsmodus Warmlauf ist folgender Ablauf vorgesehen:

  • – Messung von Ug0 (Spannungsabfall über RGND) (Schaltstellung Z_G0)
  • – Fehlerstrommessung (Schaltstellungen Z_G0, Z_Ge, Z_Ga, Z_Gi)
  • – Durchgangsmessung (Schaltstellungen Z_Gi, Z_Gi_ei, Z_Gi_ai)
  • – Messung Un0 (Schaltstellung Z_0)
  • – Messung Up0 (Schaltstellung Z_0)
  • – Rie-Messung (Schaltstellung Z_Rie)
  • – Ria-Messung (Schaltstellung Z_Ria)
A warm-up mode is provided when the temperature of the broadband lambda probe 60 is so low that the pump current can not be adjusted yet or if, after error messages, short circuits of cable breaks should be distinguished. In the warm-up operating mode, the following sequence is provided:
  • - Measurement of U g0 (voltage drop across R GND ) (switch position Z_G0)
  • - fault current measurement (switching positions Z_G0, Z_Ge, Z_Ga, Z_Gi)
  • - continuity measurement (switching positions Z_Gi, Z_Gi_ei, Z_Gi_ai)
  • - Measurement Un0 (switching position Z_0)
  • - Measurement Up0 (switch position Z_0)
  • - Rie measurement (switch position Z_Rie)
  • - Ria measurement (switch position Z_Ria)

In den Zeiträumen ohne Messung können die Anschlüsse der Breitband-Lambdasonde 60, wie bereits oben beschrieben, mit Hilfe der Schalter der zweiten Schaltmatrix 12 zur Verhinderung von Polarisation verbunden werden (Schaltstellung Z_IDLE, Z_MK1, Z_MK2). In dem Betriebsmodus Warmlauf kann die Breitband-Lambdasonde 60 ab 300°C als Zweipunktsonde betrieben werden.In the periods without measurement, the connections of the broadband lambda probe 60 as already described above, by means of the switches of the second switching matrix 12 be connected to prevent polarization (switch position Z_IDLE, Z_MK1, Z_MK2). In the warm-up operating mode, the broadband lambda probe 60 starting at 300 ° C as a two-point probe.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006061565 A1 [0003] DE 102006061565 A1 [0003]
  • DE 102008001697 A1 [0004, 0005, 0027] DE 102008001697 A1 [0004, 0005, 0027]
  • DE 102008001697 [0040, 0040] DE 102008001697 [0040, 0040]

Claims (7)

Vorrichtung zum Betrieb einer Breitband-Lambdasonde (60) im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine und zur Erfassung von Informationen über den Betriebszustand der Breitband-Lambdasonde, wobei die Breitband-Lambdasonde (60) als Anschlüsse einen Referenzelektrodenanschluß RE (30), einen inneren Pumpelektrodenanschluß IPE (31), einen äußeren Pumpelektrodenanschluß APE (32) und einen Meßanschluß MES (33) aufweist, wobei die Vorrichtung mit den Anschlüssen der Breitband-Lambdasonde (60) sowie einem Erdungswiderstand RGND (64) und einem Kalibrierwiderstand Rcal (65) verbunden ist, wobei die Vorrichtung eine erste Schaltmatrix (11) zur gegenseitigen Verbindung einer Pumpstromquelle SQ (20) und einer Referenzstromquelle SQr (21) mit den Anschlüssen der Breitband-Lambdasonde, dem Erdungswiderstand RGND (64), dem Kalibierwiderstand Rcal (65) und einer Referenzspannungsquelle VM (23) aufweist, wobei die Vorrichtung eine zweite Schaltmatrix (12) zur gegenseitigen Verbindung der Anschlüsse der Breitband-Lambdasonde (60), des Erdungswiderstands RGND (64) und des Kalibrierwiderstands Rcal (65) sowie der Pumpstromquelle SQ (20) und der Referenzstromquelle SQr (21) mit einem digitalen Mess-System DMS aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltmatrix (11) folgende Schalt-Verbindungen vorsieht: – Z_Off : keine Schaltverbindung – Z_G0 : RGND mit SQ – Z_GE : RGND mit SQ und RE mit SQ – Z_Gi : RGND mit SQ und IPE mit SQ – Z_Ga : RGND mit SQ und APE mit SQ – Z_Gi_ai : RGND mit SQ, IPE mit SQ und APE mit SQr – Z_Gi_ei : RGND mit SQ, IPE mit SQ und RE mit SQr – Z_K : RGND mit MES und APE mit SQ – Z_Ria : APE mit SQr und IPE mit VM – Z_Rie : RE mit SQr und APE mit VM – Z_0 : IPE mit VM – Z_Cal : Rcal mit SQr – Z_1 : RGND mit IPE und APE mit SQ – Z_2 : RGND mit APE und IPE mit SQ.
Device for operating a broadband lambda probe ( 60 ) in the exhaust passage of an internal combustion engine and for detecting information about the operating state of the broadband lambda probe, wherein the broadband lambda probe ( 60 ) as terminals a reference electrode terminal RE ( 30 ), an inner pumping electrode terminal IPE ( 31 ), an outer pumping electrode terminal APE ( 32 ) and a measuring terminal MES ( 33 ), wherein the device is connected to the terminals of the broadband lambda probe ( 60 ) and a ground resistance R GND ( 64 ) and a calibration resistor R cal ( 65 ), the device having a first switching matrix ( 11 ) for interconnecting a pumping current source SQ ( 20 ) and a reference current source SQr ( 21 ) with the connections of the broadband lambda probe, the ground resistance R GND ( 64 ), the calibration resistor R cal ( 65 ) and a reference voltage source VM ( 23 ), the device having a second switching matrix ( 12 ) for interconnecting the broadband lambda probe ( 60 ), the ground resistance R GND ( 64 ) and the calibration resistor R cal ( 65 ) as well as the pumping current source SQ ( 20 ) and the reference current source SQr ( 21 ) with a digital measuring system DMS, characterized in that the first switching matrix ( 11 ) provides the following switching connections: - Z_Off : no connection - Z_G0 : R GND with SQ - Z_GE : R GND with SQ and RE with SQ - Z_Gi : R GND with SQ and IPE with SQ - Z_Ga : R GND with SQ and APE with SQ - Z_Gi_ai : R GND with SQ, IPE with SQ and APE with SQr - Z_Gi_ei : R GND with SQ, IPE with SQ and RE with SQr - Z_K : R GND with MES and APE with SQ - Z_Ria : APE with SQr and IPE with VM - Z_Rie : RE with SQr and APE with VM - Z_0 : IPE with VM - Z_Cal : R cal with SQr - Z_1 : R GND with IPE and APE with SQ - Z_2 : R GND with APE and IPE with SQ.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – zu einer Fehlerstrom-Messung die erste Schaltmatrix (11) in einer Schaltfolge Z_G0, Z_Ge, Z_Gi und Z_Ga verbunden ist und dass über die zweite Schaltmatix (12) RGND (64) mit dem digitalen Mess-System DMS verbunden ist, – zu einer Durchgangsmessung RE-IPE die erste Schaltmatrix (11) in einer Schaltfolge Z_Gi, Z_Gi_ei und Z_Gi_ai verbunden ist und dass über die zweite Schaltmatrix (12) RGND (64) mit dem digitalen Mess-System DMS verbunden ist, – zu einer Durchgangsmessung APE-IPE die erste Schaltmatrix (11) in einer Schaltfolge Z_Gi, Z_Gi_ei und Z_Gi_ai verbunden ist und dass über die zweite Schaltmatrix (12) RGND (64) mit dem digitalen Messsystem DMS verbunden ist, – zu einer Kalibrierung einer Umladekorrektur der Breitband-Lambdasonde (60) die erste Schaltmatrix (11) in einer Schaltfolge Z_1 und Z_2 verbunden ist und dass über die zweite Schaltmatrix (12) RGND (64) mit dem digitalen Mess-System DMS verbunden ist, – zu einer Messung eines Pumpzelleninnenwiderstands der die erste Schaltmatrix (11) in einer Schaltfolge Z_Ria, Z_0, Z_Rie und Z_Cal verbunden ist und dass über die zweite Schaltmatrix (12) die Anschlüsse RE (30), IPE (31) sowie APE (32) und in der letzten Schaltstellung Rcal mit dem digitalen Mess-System DMS verbunden ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that - for a fault current measurement, the first switching matrix ( 11 ) is connected in a switching sequence Z_G0, Z_Ge, Z_Gi and Z_Ga and that via the second switching matrix ( 12 ) R GND ( 64 ) is connected to the digital measuring system DMS, - for a passage measurement RE-IPE the first switching matrix ( 11 ) is connected in a switching sequence Z_Gi, Z_Gi_ei and Z_Gi_ai and that via the second switching matrix ( 12 ) R GND ( 64 ) is connected to the digital measuring system DMS, for a passage measurement APE-IPE the first switching matrix ( 11 ) is connected in a switching sequence Z_Gi, Z_Gi_ei and Z_Gi_ai and that via the second switching matrix ( 12 ) R GND ( 64 ) is connected to the digital measuring system DMS, - to a calibration of a Umladekorrektur the broadband lambda probe ( 60 ) the first switching matrix ( 11 ) is connected in a switching sequence Z_1 and Z_2 and that via the second switching matrix ( 12 ) R GND ( 64 ) is connected to the digital measuring system DMS, - for a measurement of a pump cell internal resistance of the first switching matrix ( 11 ) is connected in a switching sequence Z_Ria, Z_0, Z_Rie and Z_Cal and that via the second switching matrix ( 12 ) the connections RE ( 30 ), IPE ( 31 ) as well as APE ( 32 ) and in the last switching position R cal is connected to the digital measuring system DMS. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltmatrix (11) in die Schalt-Verbindung Z_Off geschaltet ist, dass die zweite Schaltmatrix (12) folgende Verbindungen vorsieht: – Z_MUXON: RE (30), APE (32) und IPE (31) mit Spannung 3,3 V, Eingang von DMS überbrückt und mit Spannung 3,3 V verbunden – Z_MK1: RE (30) und IPE (31) mit Spannung 3,3 V, Eingang von DMS überbrückt und mit Spannung 3,3 V verbunden – Z_MK2: APE (32) und IPE (31) mit Spannung 3,3 V, Eingang von DMS überbrückt und mit Spannung 3,3 V verbunden – Z_IDLE: RE (30), IPE (31) und APE (32) jeweils über zwei in Reihe geschaltete Schalter verbunden.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the first switching matrix ( 11 ) is connected in the switching connection Z_Off that the second switching matrix ( 12 ) provides for the following compounds: - Z_MUXON: RE ( 30 ), APE ( 32 ) and IPE ( 31 ) with voltage 3.3 V, input bypassed by strain gauges and connected to voltage 3.3 V - Z_MK1: RE ( 30 ) and IPE ( 31 ) with voltage 3.3V, input bridged by strain gauge and connected to voltage 3.3V - Z_MK2: APE ( 32 ) and IPE ( 31 ) with voltage 3.3 V, input bypassed by strain gauges and connected to voltage 3.3 V - Z_IDLE: RE ( 30 ), IPE ( 31 ) and APE ( 32 ) each connected via two switches connected in series. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit (10) ein Programmablauf Switch-ON vorgesehen ist, in dem nacheinander die Schalterstellung Z_MUXON, die Fehlerstrom-Messung, die Messung des Pumpzelleninnenwiderstands, eine Kalibriermessung des digitalen Mess-System DMS und eine Kalibriermessung eines Sondenabgleichwiderstands vorgesehen sind.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the control unit ( 10 ) a program sequence Switch-ON is provided, in which the switch position Z_MUXON, the residual current measurement, the measurement of the pump cell internal resistance, a calibration measurement of the digital measuring system DMS and a calibration measurement of a probe balancing resistor are provided in succession. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit (10) ein Programmablauf Warmlauf vorgesehen ist, in dem nacheinander die Schaltstellung Z_G0, die Fehlerstrom-Messung, die Durchgangsmessung RE-IPE, die Durchgangsmessung APE-IPE sowie die Schaltstellungen Z_0, Z_Rie und Z_Ria vorgesehen sind und dass in Zeiträumen ohne Messung die Breitband-Lambdasonde (60) in den Schaltstellungen Z_MK1, Z_MK2 oder zumindest zwischen zweien der Anschlüsse RE (30), IPE (31) und APE (32) über Schalter verbunden ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the control unit ( 10 ) a program sequence warm-up is provided, in which successively the switching position Z_G0, the residual current measurement, the passage measurement RE-IPE, the passage measurement APE-IPE and the switch positions Z_0, Z_Rie and Z_Ria are provided and that in periods without measurement, the broadband lambda probe ( 60 ) in the switching positions Z_MK1, Z_MK2 or at least between two of the connections RE ( 30 ), IPE ( 31 ) and APE ( 32 ) is connected via switches. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit (10) ein Programmablauf Normal vorgesehen ist, in dem die Breitband-Lambdasonde (60) mit der Pumpstromquelle SQ (20) verbunden ist und nacheinander die Schaltstellungen Z_1 und Z_2, die Kalibriermessung des digitalen Mess-System DMS, die Schaltstellung Z_Cal vorgesehen sind. In Impulspausen der Pumpstromquelle SQ (20) sind nacheinander die Schaltstellungen Z_G0, Z_0 und Z_Rie oder Z_Ria vorgesehen.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the control unit ( 10 ) a routine Normal is provided, in which the broadband lambda probe ( 60 ) with the pumping current source SQ ( 20 ) and successively the switching positions Z_1 and Z_2, the calibration of the digital measuring system DMS, the switching position Z_Cal are provided. In pulse intervals of the pumping current source SQ ( 20 ) are sequentially the switching positions Z_G0, Z_0 and Z_Rie or Z_Ria provided. Verfahren zum Betrieb einer Breitband-Lambdasonde (60) im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine und zur Erfassung von Informationen über den Betriebszustand der Breitband-Lambdasonde (60), wobei die Breitband-Lambdasonde (60) als Anschlüsse einen Referenzelektrodenanschluß RE (30), einen inneren Pumpelektrodenanschluß IPE (31), einen äußeren Pumpelektrodenanschluß APE (32) und einen Meßanschluß MES (33) aufweist, wobei die Breitband-Lambdasonde (60) mittels einer Pumpstromquelle SQ (20) und einer Referenzstromquelle SQr (21) mit elektrischem Strom beaufschlagt werden kann und wobei mit einem digitalen Mess-System DMS ein Spannungsabfall über einem Erdungswiderstand RGND (64) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zu einer Kalibrierung einer Umladekorrektur der Spannungsabfall über dem Erdungswiderstand RGND (64) über einen vorbestimmten Zeitraum nach Beginn eines positiven und eines negativen Strompulses der Pumpstromquelle SQ (20) integrierend bestimmt wird und dass aus der Differenz der Spannungsabfälle eine Umladekorrekturkennlinie bestimmt wird, dass die Spannungsdifferenz zwischen IPE (31) und APE (32) in einer Pulspause bestimmt und mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird und dass bei Überschreiten des Grenzwerts die Führungsgröße des Pumpstromreglers auf einen vorgegebenen Wert gesetzt wird, dass ein Tastverhältnis des Strompulses der Pumpstromquelle SQ (20) vorgegeben werden kann und das die Amplitude des Strompulses der Pumpstromquelle SQ (20) und die Amplitude des Strompulses der Referenzstromquelle SQr (21) vorgegeben werden können.Method for operating a broadband lambda probe ( 60 ) in the exhaust passage of an internal combustion engine and for detecting information about the operating state of the broadband lambda probe ( 60 ), wherein the broadband lambda probe ( 60 ) as terminals a reference electrode terminal RE ( 30 ), an inner pumping electrode terminal IPE ( 31 ), an outer pumping electrode terminal APE ( 32 ) and a measuring terminal MES ( 33 ), wherein the broadband lambda probe ( 60 ) by means of a pumping current source SQ ( 20 ) and a reference current source SQr ( 21 ) can be supplied with electrical current and wherein with a digital measuring system DMS a voltage drop across a grounding resistor R GND ( 64 ), characterized in that, for a calibration of a charge-reversal correction, the voltage drop across the ground resistance R GND ( 64 ) over a predetermined period of time after the beginning of a positive and a negative current pulse of the pumping current source SQ ( 20 ) is determined integrating and that from the difference of the voltage drops a charge-over correction characteristic is determined that the voltage difference between IPE ( 31 ) and APE ( 32 ) is determined in a pulse pause and compared with a predetermined limit value and that when the limit value is exceeded, the reference variable of the pumping current regulator is set to a predetermined value such that a pulse duty factor of the current pulse of the pumping current source SQ ( 20 ) and that the amplitude of the current pulse of the pump current source SQ ( 20 ) and the amplitude of the current pulse of the reference current source SQr ( 21 ) can be specified.
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