DE102011080951A1

DE102011080951A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Gasgemischs

Info

Publication number: DE102011080951A1
Application number: DE201110080951
Authority: DE
Inventors: Michael Fey; Magnus Labbe
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-08-15
Filing date: 2011-08-15
Publication date: 2013-02-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Gasgemischs mittels einer Zweipunkt-Lambda-Sonde. Erfindungsgemäß werden die Betriebsparameter der Zweipunkt-Lambdasonde in Abhängigkeit von der zu bestimmenden Zusammensetzung vorgegeben.
Die Ausgangsspannung der Zweipunkt-Lambdasonde hängt von der Gemischzusammensetzung aber auch von deren Betriebsparametern, wie beispielhaft deren Temperatur ab. Weiterhin ist der Zusammenhang zwischen Gemischzusammensetzung und Ausgangsspannung temperaturabhängig. Bei Zweipunkt-Lambdasonden gibt es Zusammensetzungsbereiche, in denen die Steigung des Zusammenhangs von Ausgangsspannung und Gemischzusammensetzung mit steigender Temperatur zunimmt. Dies wird erfindungsgemäß ausgenutzt, indem die Betriebsparameter der Zweipunkt-Lambdasonde abhängig von der zu bestimmenden Zusammensetzung vorgewählt werden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Gasgemischs mittels einer Zweipunkt-Lambdasonde.
Die Zusammensetzung eines Gasgemischs, insbesondere im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, kann mittels einer Nernstsonde bestimmt werden. Zur Regelung einer stöchiometrischen Zusammensetzung kann eine Zweipunkt-Lambdasonde verwendet werden. Sollen auch Werte im mageren oder fetten Zusammensetzungsbereich bestimmt werden, kann eine Breitband-Lambdasonde verwendet werden. Da eine Zweipunkt-Lambdasonden kostengünstiger als Breitband-Lambdasonden ist, ist es anstrebenswert, einen erweiterten Bereich von Zusammensetzungen mittels einer Zweipunkt-Lambdasonde zu bestimmen.
Zur schnellen Erreichung der vorgesehenen Betriebstemperatur und zur Verbesserung der Meßgenauigkeit ist es vorgesehen, dass Zweipunkt-Lambdasonden mit einer elektrischen Beheizung versehen sind. Die Temperatur der Zweipunkt-Lambdasonde kann dabei auf Basis des Betriebspunkts der Brennkraftmaschine vorgesteuert oder mittels einer Temperaturmessung über den Innenwiderstand der Zweipunkt-Lambdasonde geregelt werden.
Die EP 0563613 A2 beschreibt eine Kompensation der Temperaturabhängigkeit einer Lambdasonde mittels einer zweiten Gassonde, die derart dotiert ist, dass sie zwar die selbe Temperaturabhängigkeit wie die Lambdasonde, jedoch keine Abhängigkeit des Ausgangssignals vom dem Sauerstoff-Partialdruck aufweist.
Die GB 1386429 beschreibt die Verwendung mehrerer Gas-Sensoren zur Abdeckung eines Meßbereichs von Lambda = 0,7 bis 1,4. Hierbei wird der Lambda-Sensor jedoch nur im Bereich um Lambda = 1 verwendet.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Gasgemischs mittels einer Zweipunkt-Lambdasonde in einem erweiterten Bereich von Zusammensetzungen bereitzustellen.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Betriebsparameter der Zweipunkt-Lambdasonde in Abhängigkeit von der zu bestimmenden Zusammensetzung vorgegeben werden. Die Ausgangsspannung der Zweipunkt-Lambdasonde hängt von der Gemischzusammensetzung aber auch von den Betriebsparametern der Sonde ab. Es können Betriebsparameter gewählt werden, bei denen Zweipunkt-Lambdasonden einen erweiterten Messbereich haben oder bei denen sie besonders empfindlich auf Abweichungen der Gemischzusammensetzung um den zu bestimmenden Bereich reagieren. Der Anwendungsbereich von Zweipunkt-Lambdasonden kann so erweitert werden.
In einer besonders geeigneten Ausführung wird der Wert der zu bestimmenden Zusammensetzung, aufgrund dessen die Betriebsparameter der Zweipunkt-Lambda-Sonde eingestellt werden, aus einem Sollwert einer Gemischregelung bestimmt.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird als Betriebsparameter die Temperatur der Zweipunkt-Lambda-Sonde verwendet. Bei Zweipunkt-Lambdasonden gibt es Zusammensetzungsbereiche, in denen die Steigung des Zusammenhangs von Ausgangsspannung und Gemischzusammensetzung mit steigender Temperatur zunimmt. Dies wird erfindungsgemäß ausgenutzt, indem die Temperatur der Zweipunkt-Lambdasonde abhängig von der zu bestimmenden Zusammensetzung vorgewählt wird. Weiterhin ist der Zusammenhang zwischen Gemischzusammensetzung und Ausgangsspannung temperaturabhängig.
Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Sauerstoffgehalt des Gasgemischs bestimmt wird.
Wird der Sauerstoffgehalt eines mageren oder eines fetten Gasgemischs bestimmt, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Einsatz der Zweipunkt-Lambdasonde besonders kostengünstig die Zusammensetzung des Gasgemischs bestimmt werden.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Zweipunkt-Lambdasonde mit einem Steuergerät zur Steuerung der Temperatur der Zweipunkt-Lambdasonde in Abhängigkeit von der zu bestimmenden Gemischzusammensetzung verbunden ist. Wird die Temperatur der Zweipunkt-Lambdasonde in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Gasgemischs vorgewählt, kann die Zusammensetzung in einem erweiterten Bereich von Zusammensetzungswerten bestimmt werden. Eine Breitband-Lambdasonde kann durch eine kostengünstigere Zweipunkt-Lambdasonde ersetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung sind besonders geeignet zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts im Abgas einer Brennkraftmaschine. Bei Anforderung einer mageren oder fetten Zusammensetzung des Gasgemischs wird die Temperatur der Zweipunkt-Lambdasonde angehoben und so deren Empfindlichkeit für Gemischabweichungen erhöht. Hiermit wird eine Regelung der Zusammensetzung des Gasgemischs zum Betrieb der Brennkraftmaschine mittels einer Zweipunkt-Lambdasonde in einem erweiterten Bereich von Zusammensetzungen ermöglicht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Nernst-Diagramm,
2 ein Gradienten-Diagramm.
1 zeigt in einem Nernst-Diagramm 10 einen Zusammenhang einer Ausgangsspannung einer Zweipunkt-Lambdasonde entlang einer Spannungsachse 11 in Abhängigkeit einer Zusammensetzung eines Gasgemischs, die entlang einer ersten Lambda-Achse 15 aufgetragen ist. Bei unterschiedlichen Temperaturen der Zweipunkt-Lambdasonde stellen sich unterschiedliche Nernstkurven ein. Bei einer Temperatur von 600°C zeigt eine erste Nernstkurve 12 den Zusammenhang. Bei 800°C wird eine zweite Nernstkurve 13 gemessen, bei 1000°C verläuft die Ausgangsspannung der Zweipunkt-Lambdasonde entlang einer dritten Nernstkurve 14.
2 zeigt in einem Gradienten-Diagramm 20 die Steigung der Nernstkurven 12, 13, 14 aus 1 entlang einer Gradienten-Achse 21 und einer zweiten Lambda-Achse 25. Eine erste Gradientenkurve 22 zeigt die Steigung der ersten Nernstkurve 12 für eine Temperatur von 600°C. Eine zweite Gradientenkurve 23 zeigt die Steigung der zweiten Nernstkurve 13 für eine Temperatur von 800°C und eine dritte Gradientenkurve 24 zeigt die Steigung der dritten Nernstkurve 14 für eine Temperatur von 1000°C. Der Betrag der Änderung der Ausgangsspannung nimmt mit steigender Sondentemperatur zu, so dass bei einer Bestimmung einer Zusammensetzung im mageren oder fetten Bereich eine hohe Sondentemperatur vorteilhaft ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0563613 A2 [0004]
GB 1386429 [0005]

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Gasgemischs mittels einer Zweipunkt-Lambda-Sonde, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter der Zweipunkt-Lambdasonde in Abhängigkeit von der zu bestimmenden Zusammensetzung vorgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der zu bestimmenden Zusammensetzung, aufgrund dessen die Betriebsparameter der Zweipunkt-Lambda-Sonde eingestellt werden, aus einem Sollwert einer Gemischregelung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsparameter die Temperatur der Zweipunkt-Lambda-Sonde verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt des Gasgemischs bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt eines mageren oder eines fetten Gasgemischs bestimmt wird.
Vorrichtung zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts in einem Gasgemisch mittels einer Zweipunkt-Lambda-Sonde, dadurch gekennzeichnet, dass die Zweipunkt-Lambdasonde mit einem Steuergerät zur Steuerung der Temperatur der Zweipunkt-Lambda-Sonde in Abhängigkeit von der zu bestimmenden Gemischzusammensetzung verbunden ist.
Anwendung eines Verfahrens und einer Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts im Abgas einer Brennkraftmaschine.