DE102012212596A1 - Method for operating exhaust gas probe in exhaust passage of internal combustion engine of passenger car, involves generating temperature independent output signal of exhaust gas probe, and calculating Nernst voltage of measuring cell - Google Patents

Method for operating exhaust gas probe in exhaust passage of internal combustion engine of passenger car, involves generating temperature independent output signal of exhaust gas probe, and calculating Nernst voltage of measuring cell Download PDF

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Abstract

The method involves generating temperature independent output signal of an exhaust gas probe (15,17), and calculating Nernst voltage of the measuring cell using the measured probe voltage and the probe internal resistance. The resulting Nernst voltage is converted into the Nernst voltage at the nominal temperature. The Nernst voltage at the nominal temperature is directly determined if the deviation of the temperature of the measuring cell to the nominal temperature is low. An independent claim is included for a device for operating an exhaust gas probe in an exhaust passage of an internal combustion engine.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgassonde im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, wobei die Abgassonde wenigstens ein Heizelement zum Erreichen einer Nominaltemperatur einer Messzelle in der Abgassonde aufweist, und wobei die Heizleistung zur Stabilisierung der Temperatur der Messzelle geregelt wird, und wobei eine Sondenspannung mittels einer elektrischen Beschaltung der Messzelle bestimmt wird.The invention relates to a method for operating an exhaust gas probe in the exhaust passage of an internal combustion engine, wherein the exhaust gas probe has at least one heating element for reaching a nominal temperature of a measuring cell in the exhaust gas probe, and wherein the heating power for stabilizing the temperature of the measuring cell is controlled, and wherein a probe voltage by means of a electrical wiring of the measuring cell is determined.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention further relates to a device for carrying out the method.

Zur Reduktion der Emissionen in PKW mit Ottomotoren werden üblicherweise 3-Wege-Katalysatoren als Abgasreinigungsanlagen verwendet, die nur dann ausreichend Abgase konvertieren, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis λ mit hoher Präzision eingeregelt wird. Zu diesem Zweck wird das Luft-Kraftstoffverhältnis λ mittels einer der Abgasreinigungsanlage vorgelagerten Abgassonde gemessen. Das Speichervermögen einer derartigen Abgasreinigungsanlage für Sauerstoff wird dazu ausgenutzt, in Magerphasen Sauerstoff aufzunehmen und in Fettphasen wieder abzugeben. Hierdurch wird erreicht, dass oxidierbare Schadgaskomponenten des Abgases konvertiert werden können. Eine der Abgasreinigungsanlage nachgeschaltete Abgassonde dient dabei der Überwachung der Sauerstoff-Speicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage. Die Sauerstoff-Speicherfähigkeit muss im Rahmen der On-Board-Diagnose (OBD) überwacht werden, da sie ein Maß für die Konvertierungsfähigkeit der Abgasreinigungsanlage darstellt. Zur Bestimmung der Sauerstoff-Speicherfähigkeit wird entweder die Abgasreinigungsanlage zunächst in einer Magerphase mit Sauerstoff belegt und anschließend in einer Fettphase mit einem im Abgas bekannten Lambdawert unter Berücksichtigung der durchtretenden Abgasmenge entleert oder die Abgasreinigungsanlage zunächst in einer Fettphase von Sauerstoff entleert und anschließend in einer Magerphase mit einem im Abgas bekannten Lambdawert unter Berücksichtigung der durchtretenden Abgasmenge aufgefüllt. Die Magerphase wird beendet, wenn die der Abgasreinigungsanlage nachgeschaltete Abgassonde den Sauerstoff detektiert, der nicht mehr von der Abgasreinigungsanlage gespeichert werden kann. Ebenso wird eine Fettphase beendet, wenn die Abgassonde den Durchtritt von fettem Abgas detektiert. Die Sauerstoff-Speicherfähigkeit der Abgasreinigungsanlage entspricht der während der Fettphase zur Entleerung zugeführten Menge an Reduktionsmittel bzw. der während der Magerphase zur Auffüllung zugeführten Menge an Sauerstoff. Die genauen Mengen werden aus dem Signal der vorgelagerten Abgassonde und dem aus anderen Sensorsignalen ermittelten Abgasmassenstrom berechnet.To reduce emissions in cars with gasoline engines usually 3-way catalysts are used as exhaust gas purification systems, which convert sufficient exhaust gases only if the air-fuel ratio λ is adjusted with high precision. For this purpose, the air-fuel ratio λ is measured by means of an exhaust gas probe upstream of the exhaust gas purification system. The storage capacity of such an exhaust gas purification system for oxygen is utilized to take up oxygen in lean phases and to release it again in the fat phase. This ensures that oxidizable noxious gas components of the exhaust gas can be converted. One of the exhaust gas purification downstream exhaust probe serves to monitor the oxygen storage capacity of the emission control system. Oxygen storage capacity must be monitored as part of on-board diagnostics (OBD) as it provides a measure of the convertibility of the emission control system. To determine the oxygen storage capacity either the exhaust gas purification system is initially occupied in a lean phase with oxygen and then emptied in a fat phase with a lambda value known in the exhaust gas taking into account the exhaust gas passing through or emptied the exhaust gas purification system initially in a fatty phase of oxygen and then in a lean phase with a known lambda value in the exhaust gas, taking into account the exhaust gas passing through filled. The lean phase is terminated when the exhaust gas probe connected downstream of the exhaust gas purification system detects the oxygen that can no longer be stored by the exhaust gas purification system. Likewise, a rich phase is terminated when the exhaust gas probe detects the passage of rich exhaust gas. The oxygen storage capability of the emission control system corresponds to the amount of reducing agent supplied during the rich phase for emptying or the amount of oxygen supplied during the lean phase for replenishment. The exact quantities are calculated from the signal of the upstream exhaust gas probe and the exhaust gas mass flow determined from other sensor signals.

Als Abgassonden werden in heutigen Motorsteuerungssystemen Lambdasonden eingesetzt. Man unterscheidet hierbei zwischen einer stetigen Sonde oder auch Breitband-Lambdasonde und einer Zweipunkt-Lambdasonde oder Sprungsonde. Eine Lambdasonde beruht auf einer galvanischen Sauerstoffkonzentrationszelle mit einem Festkörperelektrolyt. Der Festkörperelektrolyt wird typischerweise bei einer Aktivierungstemperatur von ca. 350° C für Sauerstoff-Ionen leitend. Die Nominaltemperatur der Sonde liegt in der Regel deutlich höher, typischerweise zwischen 650° C und 850° C. Die Temperatur, bei der die Lambdasonde betriebsbereit wird und die Anforderungen in einem Motorsteuerungssystem erfüllt, liegt zwischen der Aktivierungstemperatur und der Nominaltemperatur der Sonde. Eine Breitband-Lambdasonde nach dem Stand der Technik und deren Aufbau ist beispielsweise in der DE 10 2008 042 268 A1 beschrieben. As exhaust gas sensors lambda sensors are used in today's engine control systems. A distinction is made here between a steady-state or broadband lambda probe and a two-point lambda probe or a jump probe. A lambda probe is based on a galvanic oxygen concentration cell with a solid electrolyte. The solid state electrolyte typically becomes conductive to oxygen ions at an activation temperature of about 350 ° C. The probe's nominal temperature is typically much higher, typically between 650 ° C and 850 ° C. The temperature at which the lambda probe becomes operational and meets the requirements of an engine management system is between the activation temperature and the probe's nominal temperature. A broadband lambda probe according to the prior art and its structure is for example in the DE 10 2008 042 268 A1 described.

Sobald die Sonde betriebsbereit ist, kann das Sondensignal für Regel- und Diagnosezwecke verwendet werden. Insbesondere kann erst mit einer betriebsbereiten Sonde die Lambdareglung aktiviert werden. Da eine aktive Lambdaregelung zur Verringerung der Schadstoff-Emission führt, muss die Betriebsbereitschaft der Lambdasonde schnellst möglich nach dem Motorstart erreicht werden.Once the probe is ready, the probe signal can be used for control and diagnostic purposes. In particular, the lambda regulation can only be activated with an operational probe. Since an active lambda control leads to a reduction of the pollutant emission, the operational readiness of the lambda probe must be reached as soon as possible after the engine start.

Aus diesem Grund wird die Sonde in der Regel aktiv elektrisch beheizt. Die Lambdasonde besitzt zu diesem Zweck ein elektrisches Heizelement, das von einem Steuergerät angesteuert wird. Üblich ist ein Sensorelement aus Zirkondioxid mit einem integrierten Platin-Heizelement.For this reason, the probe is usually electrically heated electrically. The lambda probe has for this purpose an electric heating element, which is controlled by a control unit. A sensor element made of zirconium dioxide with an integrated platinum heating element is customary.

Die Sondenheizung wird üblicherweise derart angesteuert, dass sich die Nominal-Keramiktemperatur möglichst konstant und unabhängig von den Betriebsbedingungen einstellt. Die Stabilisierung der Keramiktemperatur ist entscheidend für die Genauigkeit des Sondensignals, d.h. der Sondenspannung oder des Lambdasignals, und die Qualität der Lambdaregelung, die wiederum einen direkten Einfluss auf Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen hat. The probe heater is usually controlled in such a way that the nominal ceramic temperature is as constant as possible and independent of the operating conditions. The stabilization of the ceramic temperature is critical to the accuracy of the probe signal, i. the sensor voltage or the lambda signal, and the quality of the lambda control, which in turn has a direct impact on fuel consumption and pollutant emissions.

In der Praxis lassen sich allerdings Abweichungen der tatsächlichen Keramiktemperatur von der Nominaltemperatur oft nicht vermeiden, beispielsweise beim Hochheizen der Sonde, bei dynamischem Fahrbetrieb mit hohen Abgasmassenstrom- und Abgastemperaturgradienten oder bei gezielten Anhebungen oder Absenkungen der Keramiktemperatur. Solche Abweichungen von der Nominaltemperatur verfälschen das Sondensignal und können zu erhöhtem Kraftstoffverbrauch und erhöhten Emissionen führen.In practice, however, deviations of the actual ceramic temperature from the nominal temperature can often not be avoided, for example when heating the probe, in dynamic driving with high Abgasmassenstrom- and exhaust gas temperature gradient or targeted increases or decreases in the ceramic temperature. Such deviations from the nominal temperature distort the probe signal and can lead to increased fuel consumption and increased emissions.

Die Verfälschung des Sondensignals kommt durch zwei wesentliche Effekte zustande: Zum einen ist die Nernst-Spannung einer unbeschalteten Sonde temperaturabhängig. Zum anderen führt die üblicherweise zur Erkennung der Sondenbetriebsbereitschaft und für Diagnosezwecke verwendeten elektrischen Beschaltung der Sonde zu einer Abhängigkeit der gemessenen Sondenspannung vom temperaturabhängigen Innenwiderstand der Sonde. Aus der gemessenen Sondenspannung abgeleitete Größen, wie z.B. der Lambdawert, sind daher ebenfalls temperaturabhängig. The falsification of the probe signal is due to two major effects: First, the Nernst voltage of a blank probe is temperature dependent. On the other hand, the electrical wiring of the probe, which is usually used to detect the probe operational readiness and for diagnostic purposes, leads to a dependence of the measured probe voltage on the temperature-dependent internal resistance of the probe. Quantities derived from the measured probe voltage, such as the lambda value, are therefore also temperature-dependent.

Es besteht daher die Aufgabe, ein Verfahren bereit zu stellen, mit dem ein von der Keramiktemperatur unabhängiges Sondensignal zur Verfügung gestellt werden kann.It is therefore an object to provide a method by which a probe signal independent of the ceramic temperature can be made available.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.It is a further object of the invention to provide a corresponding device for carrying out the method.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein temperaturunabhängiges Ausgangssignal der Abgassonde generiert wird, in dem anhand der gemessenen Sondenspannung und eines Sonden-Innenwiderstandes der Messzelle in einem ersten Schritt eine Nernst-Spannung der Messzelle berechnet wird, die sich ohne eine elektrische Beschaltung einstellen würde, und in einem zweiten Schritt die aus dem ersten Schritt resultierende Nernst-Spannung in die Nernst-Spannung bei der Nominaltemperatur umgerechnet wird, wobei, falls die Abweichung der Temperatur der Messzelle zur Nominaltemperatur gering ist, direkt die Nernst-Spannung bei der Nominaltemperatur bestimmt wird. Dieses temperaturunabhängige Ausgangssignal der Abgassonde steht auch in Betriebsphasen unverfälscht zur Verfügung, in denen die tatsächliche Keramiktemperatur der Messzelle von der Nominaltemperatur abweicht. Abweichungen der Keramiktemperatur von der Nominaltemperatur bei dynamischen Fahrbetrieb oder bei ungenauer Regelung bzw. Vorsteuerung der Sondenheizung beeinflussen das erfindungsgemäße Ausgangssignal der Sonde nicht. Üblicherweise wird dabei die Heizleistung zur Stabilisierung der Temperatur der Messzelle geregelt. Eine Regelung ist aber nicht zwingend erforderlich. Es ist durchaus auch nur eine Vorsteuerung der Sondenheizung denkbar. Das Verfahren wäre sogar mit Abgassonden ohne elektrischen Heizer anwendbar, wenn die Abgassonde nur über das heiße Abgas aufgeheizt würde.The object relating to the method is achieved in that a temperature-independent output signal of the exhaust gas probe is generated in which a Nernst voltage of the measuring cell is calculated in a first step on the basis of the measured probe voltage and a probe internal resistance of the measuring cell, which is without electrical wiring and, in a second step, the Nernst voltage resulting from the first step is converted to the Nernst voltage at the nominal temperature, where if the deviation of the temperature of the measuring cell from the nominal temperature is low, directly the Nernst voltage at the nominal temperature is determined. This temperature-independent output signal of the exhaust gas probe is also available unadulterated in operating phases in which the actual ceramic temperature of the measuring cell deviates from the nominal temperature. Deviations of the ceramic temperature from the nominal temperature during dynamic driving operation or in the case of inaccurate regulation or precontrol of the probe heating do not influence the output signal of the probe according to the invention. Usually, the heating power is controlled to stabilize the temperature of the measuring cell. A regulation is not mandatory. It is also conceivable only a pilot control of the probe heater. The method would be applicable even with exhaust probes without electric heater, if the exhaust gas probe would be heated only by the hot exhaust gas.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die Sondenspannung am Ausgang der elektrischen Beschaltung in Form eines Analog-Digital-Konverters (ADC) bestimmt wird. Dabei wird die Ausgangsspannung einer Parallelschaltung von zwei Spannungsquellen, der Spannungsquelle, welche eine Gegenspannung erzeugt und in einer Steuereinheit integriert ist, und der Spannungsquelle der Messzelle der Abgassonde, gemessen. Mit Hilfe das ADCs können die Signale der Abgassonde zur Weiterverarbeitung in entsprechende digitale Signale umgewandelt werden. It can be provided that the probe voltage at the output of the electrical circuit in the form of an analog-to-digital converter (ADC) is determined. In this case, the output voltage of a parallel circuit of two voltage sources, the voltage source, which generates a counter voltage and is integrated in a control unit, and the voltage source of the measuring cell of the exhaust gas probe, measured. With the help of the ADC, the signals of the exhaust gas probe can be converted into corresponding digital signals for further processing.

Ein vergleichsweise geringer Applikationsaufwand ergibt sich, wenn die Umrechnung der aus dem ersten Schritt resultierenden Nernst-Spannung in die Nernst-Spannung bei der Nominaltemperatur anhand einer Berechnungsformel oder mittels einer oder mehrerer Kennlinien durchgeführt wird. Mittels der Kennlinien können auch vergleichsweise komplexe funktionale Zusammenhänge, ggf. bei verschiedenen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, dargestellt und bei der Berechnung berücksichtigt werden. A comparatively low application effort results if the conversion of the Nernst voltage resulting from the first step into the Nernst voltage at the nominal temperature is carried out by means of a calculation formula or by means of one or more characteristic curves. By means of the characteristic curves also comparatively complex functional relationships, possibly under different operating conditions of the internal combustion engine, can be represented and taken into account in the calculation.

Eine bevorzugte Verfahrensvariante sieht dabei vor, dass das gemäß den vorangegangenen Ansprüchen korrigierte Ausgangssignal der Abgassonde zur Lambda-Bestimmung und/ oder zur Lambda-Regelung verwendet wird. Damit kann eine genauere Lambdaregelung ermöglicht werden. Einschaltbedingungen der Lambdaregelung können damit weniger restriktiv ausgelegt werden. Die Lambdaregelung kann daher häufiger aktiviert werden, was den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoff-Emission reduzieren hilft. Gezielte Anhebungen oder Absenkungen der Keramiktemperatur, die zum Beispiel für Diagnosezwecke verwendet werden, beeinflussen das Ausgangssignal der Sonde nicht. Auch dadurch können Qualität und die Aktivierungshäufigkeit der Lambdaregelung verbessert bzw. erhöht werden.A preferred variant of the method provides that the output signal of the exhaust gas probe corrected according to the preceding claims is used for lambda determination and / or lambda control. This allows a more accurate lambda control. Switch-on conditions of the lambda control can thus be designed to be less restrictive. The lambda control can therefore be activated more frequently, which helps to reduce fuel consumption and pollutant emissions. Targeted increases or decreases in the ceramic temperature used, for example, for diagnostic purposes do not affect the output of the probe. As a result, the quality and the activation frequency of the lambda control can also be improved or increased.

Dabei kann das korrigierte Ausgangssignal der Abgassonde insbesondere beim Hochheizen der Abgassonde vor dem Erreichen der Nominaltemperatur verwendet werden, womit eine frühere Aktivierung der Lambdaregelung ermöglicht wird.In this case, the corrected output signal of the exhaust gas probe can be used in particular when the exhaust gas probe is being heated up before the nominal temperature is reached, thus enabling an earlier activation of the lambda control.

In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird als Abgassonde eine Breitband-Lambdasonde oder eine Zweipunkt-Lambdasonde verwendet, welche entsprechende Heizelemente aufweisen. Bei diesen Abgassonden ist es besonders wichtig, dass diese für eine optimale Funktion sehr schnell auf ihre optimale Betriebstemperatur hochgeheizt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass jede der im Abgaskanal der Brennkraftmaschine verbauten Lambdasonden mit dem vorgestellten Verfahren und seinen Varianten betrieben wird. Grundsätzlich lässt sich das Verfahren auch auf andere Abgassonden (z.B. NOx-Sensoren) oder Gassensoren mit temperaturabhängigem Ausgangssignal anwenden. Derartige Gassensoren können auch an anderer Stelle, z.B. im Zuluftkanal, verbaut sein. Insbesondere bei Abgassonden mit einer TSP-Schutzschicht (Thermal Shock Protection) kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine erhebliche Reduzierung der Kaltemission eines Verbrennungsmotors erzielt werden.In a preferred variant of the method, a broadband lambda probe or a two-point lambda probe having corresponding heating elements is used as the exhaust gas probe. With these exhaust gas probes, it is particularly important that they are heated very quickly to their optimum operating temperature for optimum function. It can be provided that each of the lambda probes installed in the exhaust passage of the internal combustion engine is operated with the presented method and its variants. In principle, the method can also be applied to other exhaust gas probes (eg NO x sensors) or gas sensors with temperature-dependent output signal. Such gas sensors can also be installed elsewhere, eg in the supply air duct. Especially with exhaust gas probes with a TSP protective layer (Thermal Shock Protection) can be achieved with the inventive method, a significant reduction in the cold emission of an internal combustion engine.

Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Steuereinheit oder eine übergeordnete Motorsteuerung Berechnungseinheiten zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens mit seinen Varianten aufweist mit denen ein temperaturunabhängiges Ausgangssignal der Abgassonde generiert werden kann. Die Steuereinheit mit ihren Komponenten kann dabei integraler Bestandteil der übergeordneten Motorsteuerung sein. Die Funktionalität des Verfahrens kann dabei zumindest teilweise softwarebasiert in dieser implementiert sein.The object relating to the device is achieved in that the control unit or a higher-level engine control unit has calculation units for carrying out the method described above with its variants, with which a temperature-independent output signal of the exhaust gas probe can be generated. The control unit with its components can be an integral part of the higher-level engine control. The functionality of the method can be implemented in this case at least partially software-based.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante weist die Steuereinheit oder die übergeordnete Motorsteuerung einen oder mehrere Kennlinienspeicher auf, mit denen sich eine Nernst-Spannung bei der Nominaltemperatur aus einer Nernstspannung der Messzelle bestimmen lässt, die sich ohne eine elektrische Beschaltung einstellen würde. Damit lassen sich Werte auch bei komplexeren Zusammenhängen ohne größeren Applikationsaufwand umrechnen. Zudem können, abhängig vom Betriebszustand der Abgassonde und/ oder der Brennkraftmaschine unterschiedliche Kennlinien abgespeichert sein, die dann zur Berechnung herangezogen werden können. In a preferred embodiment variant, the control unit or the higher-level engine control system has one or more characteristics stores with which a Nernst voltage at the nominal temperature can be determined from a Nernst voltage of the measuring cell which would be set without electrical wiring. This allows values to be converted even in more complex contexts without any major application effort. In addition, depending on the operating state of the exhaust gas probe and / or the internal combustion engine different characteristics can be stored, which can then be used for calculation.

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 in schematischer Darstellung das technische Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann, 1 a schematic representation of the technical environment in which the method according to the invention can be used,

2 ein Verlaufsdiagramm für einen Sonden-Innenwiderstand in Abhängigkeit von einer Keramiktemperatur, 2 a progression diagram for a probe internal resistance as a function of a ceramic temperature,

3 ein Verlaufsdiagramm für eine Sondenspannung in Abhängigkeit des Sonden-Innenwiderstandes und 3 a course diagram for a probe voltage as a function of the probe internal resistance and

4 ein Verlaufsdiagramm für die Sondenspannung in Abhängigkeit der Keramiktemperatur. 4 a progression diagram for the probe voltage as a function of the ceramic temperature.

1 zeigt schematisch an einem Beispiel eines Otto-Motors das technische Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Signalaufbereitung einer Abgassonde 15, 17 eingesetzt werden kann. Einer Brennkraftmaschine 10 wird Luft über eine Luftzuführung 11 zugeführt und deren Masse mit einem Luftmassenmesser 12 bestimmt. Der Luftmassenmesser 12 kann als Heißfilm-Luftmassenmesser ausgeführt sein. Das Abgas der Brennkraftmaschine 10 wird über einen Abgaskanal 18 abgeführt, wobei in Strömungsrichtung des Abgases hinter der Brennkraftmaschine 10 eine Abgasreinigungsanlage 16 vorgesehen ist. Die Abgasreinigungsanlage 16 umfasst üblicherweise mindestens einen Katalysator. 1 schematically shows an example of a gasoline engine, the technical environment in which the inventive method for signal conditioning of an exhaust gas probe 15 . 17 can be used. An internal combustion engine 10 is air via an air supply 11 supplied and their mass with an air mass meter 12 certainly. The air mass meter 12 can be designed as a hot-film air mass meter. The exhaust gas of the internal combustion engine 10 is via an exhaust duct 18 discharged, wherein in the flow direction of the exhaust gas behind the internal combustion engine 10 an emission control system 16 is provided. The emission control system 16 usually includes at least one catalyst.

Zur Steuerung der Brennkraftmaschine 10 ist eine Motorsteuerung 14 vorgesehen, die zum einen der Brennkraftmaschine 10 über eine Kraftstoffdosierung 13 Kraftstoff zuführt und der zum anderen die Signale des Luftmassenmessers 12 und der in dem Abgaskanal 18 angeordneten Abgassonde 15 sowie einer weiteren in der Abgasableitung 18 angeordneten Abgassonde 17 zugeführt werden. Die Abgassonde 15 bestimmt im gezeigten Beispiel einen Lambda-Istwert eines der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs. Sie kann als Breitband-Lambdasonde oder stetige Lambda-Sonde ausgeführt sein. Die Abgassonde 17 bestimmt die Abgaszusammensetzung nach der Abgasreinigungsanlage 16. Die Abgassonde 17 kann als Sprungsonde oder Zweipunkt-Lambdasonde ausgebildet sein. For controlling the internal combustion engine 10 is a motor control 14 provided, on the one hand, the internal combustion engine 10 via a fuel metering 13 Fuel feeds and the other the signals of the air mass meter 12 and in the exhaust duct 18 arranged exhaust gas probe 15 and another in the exhaust gas discharge 18 arranged exhaust gas probe 17 be supplied. The exhaust gas probe 15 determines in the example shown a lambda actual value of the internal combustion engine 10 supplied fuel-air mixture. It can be designed as a broadband lambda probe or continuous lambda probe. The exhaust gas probe 17 determines the exhaust gas composition after the emission control system 16 , The exhaust gas probe 17 can be designed as a jump probe or two-point lambda probe.

Die Abgassonden 15 weist als Hauptkomponente eine Messzelle mit einem integrierten Heizelement auf, die ein vom Sauerstoffgehalt im Abgaskanal 18 abhängiges Ausgangssignal liefert, welches als Eingangssignal einer Lambdaregelung dient. Die Messzelle kann dabei als Nernst-Zelle ausgeführt sein. Die Lambdaregelung ist üblicherweise Bestandteil der Motorsteuerung 14. Entsprechend kann an Stelle der Abgassonde 15 oder zusätzlich zu dieser die Abgassonde 17 mit ihrem Heizelement sowie ihrer Messzelle an die Motorsteuerung 14 angeschlossen sein. The exhaust probes 15 has as its main component a measuring cell with an integrated heating element, one of the oxygen content in the exhaust duct 18 dependent output signal, which serves as an input signal of a lambda control. The measuring cell can be designed as a Nernst cell. The lambda control is usually part of the engine control 14 , Accordingly, instead of the exhaust gas probe 15 or in addition to this, the exhaust gas probe 17 with its heating element and its measuring cell to the motor control 14 be connected.

Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel der als Zweipunkt-Lambdasonde ausgeführte Abgassonde 17 erläutert. Dieses lässt sich sinngemäß auch auf andere Abgassonden mit temperaturabhängigem Ausgangssignal anwenden. The method according to the invention is described below using the example of the exhaust gas probe designed as a two-point lambda probe 17 explained. This can be analogously applied to other exhaust probes with temperature-dependent output signal.

Üblicherweise befindet sich im Steuergerät bzw. in der Motorsteuerung 14 eine Spannungsquelle, die parallel zur Abgassonde 17 geschaltet ist. Diese Spannungsquelle erzeugt eine konstante Gegenspannung und hat einen im Vergleich zu einer kalten Abgassonde 17 geringen Innenwiderstand. Da die Abgassonde 17 selbst ebenfalls eine Spannungsquelle darstellt, handelt es sich um eine Parallelschaltung zweier Spannungsquellen. Die Ausgangsspannung dieser Parallelschaltung wird mit Hilfe eines Analog-Digital-Konverters (ADC) gemessen und ist eine Überlagerung der Nernst-Spannung 33 (siehe 3 und 4) der Abgassonde und der Gegenspannung, wobei die Spannung der Spannungsquelle mit dem kleineren Innenwiderstand überwiegt. Bei kalter Sonde besitzt diese einen hohen Innenwiderstand, so dass die Gegenspannung dominiert. Bei einer heißen Sonde ist der Innenwiderstand dagegen sehr klein, so dass die Nernst-Spannung der Sonde dominiert.Usually located in the control unit or in the engine control 14 a voltage source parallel to the exhaust probe 17 is switched. This voltage source generates a constant back voltage and has one compared to a cold exhaust probe 17 low internal resistance. Because the exhaust gas probe 17 itself also represents a voltage source, it is a parallel connection of two voltage sources. The output voltage of this parallel circuit is measured using an analog-to-digital converter (ADC) and is a superposition of the Nernst voltage 33 (please refer 3 and 4 ) of the exhaust gas probe and the counter voltage, wherein the voltage of the voltage source predominates with the smaller internal resistance. With cold probe this has a high internal resistance, so that the counter-tension dominates. For a hot probe, the internal resistance is against very small, so that the Nernst voltage of the probe dominates.

2 zeigt in einem Verlaufsdiagramm 20 die Abhängigkeit eines Sonden-Innenwiderstandes 21 Ri von einer Keramiktemperatur 22. Dargestellt ist zum einen eine erste Kennlinie 23 für eine neue Sonde und zum anderen eine zweite Kennlinie 24 für eine gealterte Sonde. Im Verlaufsdiagramm 20 zusätzlich eingezeichnet ist beispielhaft ein Arbeitspunkt 25 für einen nominellen Sonden-Innenwiderstand 21 von 220 Ω, was bei einer neuen Sonde einer Keramiktemperatur 22 von etwa 780° C entspricht. Bei einer gealterten Sonde würde dieser Sonden-Innenwiderstand 21 einer Keramiktemperatur 22 von etwa 820° C entsprechen. Im Folgenden wird der Einfachheit halber von einem eindeutigen Zusammenhang zwischen Sonden-Innenwiderstand 21 und Keramiktemperatur 22 ausgegangen. 2 shows in a history diagram 20 the dependence of a probe internal resistance 21 R i from a ceramic temperature 22 , Shown is on the one hand, a first characteristic 23 for a new probe and on the other a second characteristic 24 for an aged probe. In the history diagram 20 In addition, an operating point is shown as an example 25 for a nominal probe internal resistance 21 of 220 Ω, which is a new probe of a ceramic temperature 22 of about 780 ° C corresponds. For an aged probe, this probe internal resistance would 21 a ceramic temperature 22 of about 820 ° C. In the following, for the sake of simplicity, there is a clear relationship between probe internal resistance 21 and ceramic temperature 22 went out.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der in 3 und 4 gezeigten Verlaufsdiagramme 30 beschrieben. Dargestellt ist in 3 eine Sondenspannung 31 in Abhängigkeit des Sonden-Innenwiderstandes 21 und in 4 in Abhängigkeit der Keramiktemperatur 22, wobei jeweils ein Kurvenverlauf für eine ADC-Spannung 32 und der Nernst-Spannung 33 bei einem fetten Gemisch (obere Kurven mit einer Nernst-Spannung 33 größer 0,8 V) und einem mageren Gemisch (untere Kurven mit einer Nernst-Spannung 33 kleiner 0,2 V) dargestellt sind. The inventive method is based on the in 3 and 4 shown history diagrams 30 described. Is shown in 3 a probe voltage 31 depending on the probe internal resistance 21 and in 4 depending on the ceramic temperature 22 , where in each case a curve for an ADC voltage 32 and the Nernst tension 33 with a rich mixture (upper curves with a Nernst tension 33 greater than 0.8 V) and a lean mixture (lower curves with a Nernst voltage 33 less than 0.2 V) are shown.

In einem ersten Schritt 34 werden die Sondenspannung am ADC (ADC-Spannung 32) und der Sonden-Innenwiderstand 21 gemessen. Da der Gegenwiderstand durch die elektrische Beschaltung der Sonde vorgegeben und damit bekannt ist, lässt sich die Nernst-Spannung 33, die sich ohne elektrische Beschaltung einstellen würde, berechnen. In einem zweiten Schritt 35 wird ausgehend von der so ermittelten Nernst-Spannung 33 die Nernst-Spannung 33, die sich beim Nominal-Innenwiderstand und damit bei der Nominaltemperatur einstellen würde, ermittelt. Der Nominal-Innenwiderstand entspricht im gezeigten Beispiel einem Wert von 220 Ω, was einer Nominal-Keramiktemperatur von 780° C bei einer neuen Sonde entspricht (siehe Arbeitspunkt 25 in 2). Dies kann z.B. anhand einer Berechnungsformel oder mit Hilfe einer oder mehrerer im Steuergerät bzw. in der Motorsteuerung 14 hinterlegten Kennlinien geschehen.In a first step 34 The probe voltage at the ADC (ADC voltage 32 ) and the probe internal resistance 21 measured. Since the resistance is predetermined by the electrical wiring of the probe and thus known, the Nernst voltage can be 33 , which would set without electrical wiring, calculate. In a second step 35 is based on the Nernst voltage thus determined 33 the Nernst tension 33 , which would be at the nominal internal resistance and thus at the nominal temperature, determined. The nominal internal resistance corresponds in the example shown to a value of 220 Ω, which corresponds to a nominal ceramic temperature of 780 ° C for a new probe (see operating point 25 in 2 ). This can, for example, based on a calculation formula or with the help of one or more in the control unit or in the engine control 14 stored characteristic curves happen.

In der Nähe der Nominaltemperatur kann gegebenenfalls auf den ersten Schritt verzichtet werden, wenn die elektrische Beschaltung dort wie üblich nur einen geringen Einfluss hat. If necessary, the first step can be dispensed with in the vicinity of the nominal temperature if the electrical wiring there has only a small influence as usual.

Die Nernst-Spannung 33 beim Nominal-Innenwiderstand bzw. bei der Nominal-Keramiktemperatur kann generell für nachfolgende Funktionalitäten, zum Beispiel die Lambdaberechnung und die Lambdaregelung, oder nur bei Abweichungen des tatsächlichen Werts vom Nominalwert verwendet werden.The Nernst tension 33 The nominal internal resistance or the nominal ceramic temperature can generally be used for subsequent functionalities, for example the lambda calculation and the lambda control, or only for deviations of the actual value from the nominal value.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (8)

Verfahren zum Betreiben einer Abgassonde (17) im Abgaskanal (18) einer Brennkraftmaschine (10), wobei die Abgassonde (17) wenigstens ein Heizelement zum Erreichen einer Nominaltemperatur einer Messzelle in der Abgassonde (17) aufweist, und wobei die Heizleistung zur Stabilisierung der Temperatur der Messzelle geregelt wird, und wobei eine Sondenspannung (31) mittels einer elektrischen Beschaltung der Messzelle bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein temperaturunabhängiges Ausgangssignal der Abgassonde (17) generiert wird, in dem anhand der gemessenen Sondenspannung (31) und eines Sonden-Innenwiderstandes (21) der Messzelle in einem ersten Schritt (34) eine Nernst-Spannung (33) der Messzelle berechnet wird, die sich ohne eine elektrische Beschaltung einstellen würde, und in einem zweiten Schritt (35) die aus dem ersten Schritt (34) resultierende Nernst-Spannung (33) in die Nernst-Spannung (33) bei der Nominaltemperatur umgerechnet wird, wobei, falls die Abweichung der Temperatur der Messzelle zur Nominaltemperatur gering ist, direkt die Nernst-Spannung bei der Nominaltemperatur (33) bestimmt wird.Method for operating an exhaust gas probe ( 17 ) in the exhaust duct ( 18 ) an internal combustion engine ( 10 ), wherein the exhaust gas probe ( 17 ) at least one heating element for reaching a nominal temperature of a measuring cell in the exhaust gas probe ( 17 ), and wherein the heating power is controlled to stabilize the temperature of the measuring cell, and wherein a probe voltage ( 31 ) is determined by means of an electrical wiring of the measuring cell, characterized in that a temperature-independent output signal of the exhaust gas probe ( 17 ) is generated, in which based on the measured probe voltage ( 31 ) and a probe internal resistance ( 21 ) of the measuring cell in a first step ( 34 ) a Nernst voltage ( 33 ) of the measuring cell, which would set without electrical wiring, and in a second step ( 35 ) from the first step ( 34 ) Nernst voltage ( 33 ) into the Nernst voltage ( 33 ) is converted at the nominal temperature, wherein, if the deviation of the temperature of the measuring cell to the nominal temperature is low, directly the Nernst voltage at the nominal temperature ( 33 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sondenspannung (31) am Ausgang der elektrischen Beschaltung in Form eines Analog-Digital-Konverters bestimmt wird. Method according to claim 1, characterized in that the probe voltage ( 31 ) is determined at the output of the electrical wiring in the form of an analog-to-digital converter. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrechnung der aus dem ersten Schritt (34) resultierenden Nernst-Spannung (33) in die Nernst-Spannung (33) bei der Nominaltemperatur anhand einer Berechnungsformel oder mittels einer oder mehrerer Kennlinien durchgeführt wird. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the conversion from the first step ( 34 ) Nernst voltage ( 33 ) into the Nernst voltage ( 33 ) is carried out at the nominal temperature by means of a calculation formula or by means of one or more characteristic curves. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das gemäß den vorangegangenen Ansprüchen korrigierte Ausgangssignal der Abgassonde (17) zur Lambda-Bestimmung und/ oder zur Lambda-Regelung verwendet wird. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the corrected according to the preceding claims output of the exhaust gas probe ( 17 ) is used for lambda determination and / or lambda control. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das korrigierte Ausgangssignal der Abgassonde (17) beim Hochheizen der Abgassonde (17) vor dem Erreichen der Nominaltemperatur verwendet wird. Method according to Claim 4, characterized in that the corrected output signal of the exhaust gas probe ( 17 ) when heating the exhaust gas probe ( 17 ) is used before reaching the nominal temperature. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Abgassonde (17) eine Breitband-Lambdasonde, eine Zweipunkt-Lambdasonde oder eine andere Abgassonde oder ein Gassensor mit temperaturabhängigem Ausgangssignal verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that as exhaust gas probe ( 17 ) a broadband lambda probe, a two-point lambda probe or another exhaust gas probe or a gas sensor with temperature-dependent output signal is used. Vorrichtung zum Betreiben einer Abgassonde (17) im Abgaskanal (18) einer Brennkraftmaschine (10), wobei die Abgassonde (17) wenigstens ein Heizelement zum Erreichen einer Nominaltemperatur einer Messzelle in der Abgassonde (17) aufweist, und wobei die Heizleistung zur Stabilisierung der Temperatur der Messzelle regelbar ist, und wobei eine Sondenspannung (31) mittels einer elektrischen Beschaltung der Messzelle bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit oder eine übergeordnete Motorsteuerung (14) Berechnungseinheiten zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 aufweist mit denen ein temperaturunabhängiges Ausgangssignal der Abgassonde (17) generiert werden kann.Device for operating an exhaust gas probe ( 17 ) in the exhaust duct ( 18 ) an internal combustion engine ( 10 ), wherein the exhaust gas probe ( 17 ) at least one heating element for reaching a nominal temperature of a measuring cell in the exhaust gas probe ( 17 ), and wherein the heating power for stabilizing the temperature of the measuring cell is controllable, and wherein a probe voltage ( 31 ) can be determined by means of an electrical wiring of the measuring cell, characterized in that the control unit or a higher-level engine control ( 14 ) Comprises calculating units for carrying out the method according to claims 1 to 6 with which a temperature-independent output signal of the exhaust gas probe ( 17 ) can be generated. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit oder die übergeordnete Motorsteuerung (14) einen oder mehrere Kennlinienspeicher aufweist, mit denen sich eine Nernst-Spannung (33) bei der Nominaltemperatur aus einer Nernstspannung (33) der Messzelle bestimmen lässt, die sich ohne eine elektrische Beschaltung einstellen würde.Apparatus according to claim 7, characterized in that the control unit or the higher-level engine control ( 14 ) has one or more characteristic memory, with which a Nernst voltage ( 33 ) at the nominal temperature of a Nernst voltage ( 33 ) can determine the measuring cell, which would set without an electrical wiring.
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