DE102012221552A1 - Method for operating exhaust gas sensor for determining composition of exhaust gas of internal combustion engine, involves activating different functions of exhaust gas sensor depending on operating state of exhaust gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Abgassensors zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Abgases.The invention relates to a method for operating an exhaust gas sensor for determining the composition of an exhaust gas.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Betrieb eines Abgassensors zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Abgases, wobei der Abgassensor mit einer Steuerelektronik verbunden ist und wobei die Steuerelektronik den Abgassensor zur Durchführung verschiedener Funktionen ansteuert.The invention further relates to a device for operating an exhaust gas sensor for determining the composition of an exhaust gas, wherein the exhaust gas sensor is connected to an electronic control system and wherein the control electronics controls the exhaust gas sensor for performing various functions.
Gesetzliche Regelungen schreiben die Überwachung der Zusammensetzung des Abgases von Brennkraftmaschinen auf Einhaltung von Grenzwerten vor. Dabei werden Abgassensoren eingesetzt, welche die Zusammensetzung des Abgases oder die Konzentration von Bestandteilen des Abgases bestimmen. Auf Basis der Abgaszusammensetzung wird beispielsweise das der Brennkraftmaschine zugeführte Luft-Kraftstoff-Verhältnis derart geregelt, dass mittels geregelter Dreiwege-Katalysatoren unerwünschte Stoffe, wie Stickoxide und Kohlenmonoxid, in als unkritisch anzusehende Stoffe, wie Wasserdampf, Kohlendioxid und Stickstoff, umgewandelt werden. Legal regulations prescribe the monitoring of the composition of the exhaust gas of internal combustion engines for compliance with limit values. In this case, exhaust gas sensors are used, which determine the composition of the exhaust gas or the concentration of constituents of the exhaust gas. On the basis of the exhaust gas composition, for example, the internal combustion engine supplied air-fuel ratio is controlled so that by means of controlled three-way catalysts undesirable substances such as nitrogen oxides and carbon monoxide, are converted into non-critical to see substances such as water vapor, carbon dioxide and nitrogen.
Zur Bestimmung der Abgaszusammensetzung sind verschiedene Abgassensoren bekannt. Häufig eingesetzt werden beispielsweise Lambdasonden in verschiedenen Bauformen, welche den Sauerstoff-Partialdruck des Abgases bestimmen. Ihre Funktion beruht auf einer galvanischen Sauerstoffkonzentrationszelle mit einem Festkörperelektrolyten. Dieser wird ab einer Temperatur oberhalb 350°C, genannt Aktivierungstemperatur, für Sauerstoffionen leitend. Die Arbeitstemperatur der Abgassonde, auch Nominaltemperatur genannt, liegt typisch zwischen 650°C und 850°C. Ab dieser Temperatur kann die Lambdaregelung aktiviert werden und zur Verminderung des Ausstoßes an unerwünschten Bestandteilen im Abgas der Brennkraftmaschine beitragen. Im Sinne einer Verminderung der Abgasemissionen muss daher die Lambdasonde möglichst schnell die Nominaltemperatur erreichen. Lambdasonden besitzen zu diesem Zweck ein elektrisches Heizelement, das von einem Steuergerät angesteuert wird. Die Nominaltemperatur kann nicht sofort eingestellt werden, da die Lambdasonde thermisch träge ist und die zulässige oder verfügbare Heizleistung begrenzt ist. In verschiedenen Betriebssituationen, beispielsweise wenn vor Taupunktende noch Wasser in dem Abgassystem vorhanden ist, darf die Nominaltemperatur nicht unmittelbar eingestellt, da ansonsten die Lambdasonde beschädigt werden kann.Various exhaust gas sensors are known for determining the exhaust gas composition. Frequently used, for example, lambda probes in various designs, which determine the oxygen partial pressure of the exhaust gas. Their function is based on a galvanic oxygen concentration cell with a solid electrolyte. This is from a temperature above 350 ° C, called activation temperature, for oxygen ions conductive. The working temperature of the exhaust gas probe, also called the nominal temperature, is typically between 650 ° C and 850 ° C. From this temperature, the lambda control can be activated and contribute to reducing the emission of undesirable components in the exhaust gas of the internal combustion engine. In order to reduce the exhaust emissions, therefore, the lambda probe must reach the nominal temperature as quickly as possible. Lambda probes have for this purpose an electric heating element, which is controlled by a control unit. The nominal temperature can not be set immediately, as the lambda probe is thermally inert and the permissible or available heating capacity is limited. In various operating situations, for example if water is still present in the exhaust system before the dew point, the nominal temperature must not be set directly, since otherwise the lambda probe may be damaged.
Sobald die Lambdasonde betriebsbereit ist, kann das Sondensignal uneingeschränkt für Regel- und Diagnosezwecke verwendet werden. In der Regel werden die Lambdaregelung und die Diagnose der Lambdasonde und anderer Komponenten, die von dem Signal der Lambdasonde abhängen, erst dann aktiviert, wenn die Lambdasonde voll betriebsbereit ist, wenn also die Nominaltemperatur erreicht ist. Once the lambda probe is ready for use, the probe signal can be fully used for control and diagnostic purposes. In general, the lambda control and the diagnosis of the lambda probe and other components, which depend on the signal of the lambda probe, only activated when the lambda probe is fully operational, so when the nominal temperature is reached.
Nachteilig hierbei ist, dass vor dem Erreichen der Nominaltemperatur keine Bestimmung der Abgaszusammensetzung und auch keine Diagnosefunktionen möglich sind. Dies gilt auch für andere Abgassensoren, die erst ab einer bestimmten Betriebstemperatur oder nach Erreichen eines sonstigen Betriebszustands voll funktionsfähig sind. The disadvantage here is that before reaching the nominal temperature no determination of the exhaust gas composition and no diagnostic functions are possible. This also applies to other exhaust gas sensors, which are fully functional only after a certain operating temperature or after reaching another operating state.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur schnelleren Erreichung der Betriebsbereitschaft eines Abgassensors bereitzustellen. It is an object of the invention to provide a method for faster achievement of the operational readiness of an exhaust gas sensor.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.It is a further object of the invention to provide a device for carrying out the method.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass unterschiedliche Funktionen des Abgassensors in Abhängigkeit von zumindest einem Betriebszustand des Abgassensors ab dann aktiviert werden, wenn der Betriebszustand die jeweilige Funktion ermöglicht. The object of the invention relating to the method is achieved by activating different functions of the exhaust gas sensor as a function of at least one operating state of the exhaust gas sensor from when the operating state permits the respective function.
Verschiedene Funktionen des Abgassensors, beispielsweise verschiedene Diagnosefunktionen, können durchgeführt werden, bevor der endgültige Betriebszustand des Abgassensors erreicht wird. Das Verfahren ermöglicht es, diese Funktionen, beispielsweise während einer Aufheizphase des Abgassensors, zeitlich vorzuziehen. Dadurch können einzelne Funktionen schon vor dem Erreichen der vollen Betriebsbereitschaft des Abgassensors durchgeführt werden. Various functions of the exhaust gas sensor, such as various diagnostic functions, may be performed before the final operating condition of the exhaust gas sensor is achieved. The method makes it possible to temporally prefer these functions, for example during a heating phase of the exhaust gas sensor. As a result, individual functions can be carried out even before reaching the full operational readiness of the exhaust gas sensor.
Das Verfahren ermöglicht es beispielsweise, bis zum Erreichen der vollen Betriebsbereitschaft des Abgassensors die Emissionen und den Kraftstoffverbrauch einer Brennkraftmaschine zu reduzieren. Darüber hinaus können Fehler des Abgassensors oder von Komponenten, die von dem Signal des Abgassensors abhängen, bei gleicher Zuverlässigkeit früher erkannt werden. For example, the method makes it possible to reduce the emissions and the fuel consumption of an internal combustion engine until the exhaust gas sensor is fully operational. In addition, errors of the exhaust gas sensor or components that depend on the signal of the exhaust gas sensor can be detected earlier with the same reliability.
Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass als Betriebszustand die Temperatur des Abgassensors oder eine von der Temperatur des Abgassensors abhängige Kenngröße verwendet wird. So können während der Aufheizphase des Abgassensors verschiedene Funktionen dann aktiviert werden, wenn der Abgassensor eine für die jeweilige Funktion ausreichend hohe Temperatur erreicht hat. According to a particularly preferred embodiment variant of the invention, it can be provided that the operating state used is the temperature of the exhaust-gas sensor or a parameter dependent on the temperature of the exhaust-gas sensor becomes. Thus, during the heating phase of the exhaust gas sensor various functions can be activated when the exhaust gas sensor has reached a sufficiently high temperature for the respective function.
Es kann vorgesehen sein, dass für jeweilige Funktionen Schwellwerte des Betriebszustandes des Abgassensors vorgegeben werden, ab denen die jeweiligen Funktionen aktiviert werden. So kann eine Funktion beispielsweise ab einer durch einen Schwellwert vorgegebenen Temperatur des Abgassensors freigegeben werden. Die Schwellwerte sind dabei vorteilhaft so vorzugeben, dass die einzelnen Funktionen möglichst früh aktiviert werden. It can be provided that threshold values of the operating state of the exhaust-gas sensor are predetermined for respective functions, from which threshold the respective functions are activated. Thus, a function can be released, for example, from a predetermined by a threshold temperature of the exhaust gas sensor. The threshold values are advantageous in such a way that the individual functions are activated as early as possible.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass eine Funktion des Abgassensors nach ihrer Aktivierung in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Abgassensors mit unterschiedlichen Betriebsparametern durchgeführt wird. Die Betriebsparameter der Funktion können so an die vorliegenden Betriebsbedingungen, beispielsweise an die vorliegende Temperatur, der Abgassonde angepasst werden. According to an advantageous embodiment of the invention, it may be provided that a function of the exhaust gas sensor is carried out after its activation in dependence on the operating state of the exhaust gas sensor with different operating parameters. The operating parameters of the function can be adapted to the present operating conditions, for example, to the present temperature, the exhaust gas probe.
Besonders vorteilhaft kann das Verfahren eingesetzt werden, wenn als Abgassensor eine Lambdasonde verwendet wird. Verschiedene Funktionen der Lambdasonde können beispielsweise während der Aufheizphase der Lambdasonde individuell aktiviert werden, sobald die Lambdasonde dies auf Grund der vorliegenden Sondentemperatur zulässt. The method can be used particularly advantageously if a lambda probe is used as the exhaust gas sensor. Different functions of the lambda probe can be activated individually during the heating phase of the lambda probe, for example, as soon as the lambda probe permits this on the basis of the present probe temperature.
Dabei kann es vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Lambdasonde die Funktionen Lambdaregelung, elektrische Sondendiagnosen, Diagnosen der Sondenheizung und/oder Plausibilisierung des Sondensignals aktiviert werden. Als Betriebszustand kann dabei vorteilhaft die Temperatur der Lambdasonde oder eine mit der Temperatur der Lambdasonde verbundene Kenngröße verwendet werden. Die Funktion Lambdaregelung kann beispielsweise bereits bei relativ niedrigen Temperaturen der Lambdasonde aktiviert werden. Bei höheren Temperaturen können dann beispielsweise die elektrische Sondendiagnose und die Diagnose der Sondenheizung freigegeben werden, während die Plausibilisierung des Sondensignals nach Erreichen der Nominaltemperatur bei voller Betriebsbereitschaft der Lambdasonde aktiviert wird. Wann welche Funktion aktiviert wird hängt davon ab, ab welcher Temperatur die Funktion mit ausreichender Genauigkeit durchgeführt werden kann. It can be provided that, depending on the operating state of the lambda probe, the functions lambda control, electrical probe diagnoses, diagnostics of the probe heater and / or plausibility of the probe signal are activated. The operating state can advantageously be the temperature of the lambda probe or a parameter associated with the temperature of the lambda probe. The lambda control function can be activated, for example, even at relatively low temperatures of the lambda probe. At higher temperatures, for example, the electrical probe diagnosis and the diagnosis of the probe heater can be enabled, while the plausibility of the probe signal is activated after reaching the nominal temperature at full operational readiness of the lambda probe. When which function is activated depends on the temperature at which the function can be performed with sufficient accuracy.
Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass nach Aktivierung der Funktion Lambdaregelung die Betriebsparameter P-Anteil der Lambdaregelung, I-Anteil der Lambdaregelung, Dynamik der Lambdasonde und/oder Stellbereich der Lambdaregelung in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Lambdasonde vorgegeben werden. Auch hier ist der Betriebszustand vorteilhaft durch die Temperatur der Lambdasonde oder durch eine von der Temperatur abhängige Kenngröße beschrieben. Die Betriebsparameter können so an den jeweiligen Betriebszustand der Lambdasonde angepasst werden, um eine möglichst genaue Bestimmung von Lambda des Abgases zu erhalten. It can preferably be provided that, after activation of the lambda control function, the operating parameters P component of the lambda control, I component of the lambda control, dynamics of the lambda probe and / or adjusting range of the lambda control are predefined as a function of the operating state of the lambda probe. Again, the operating state is advantageously described by the temperature of the lambda probe or by a temperature-dependent characteristic. The operating parameters can be adapted to the respective operating state of the lambda probe in order to obtain the most accurate determination of lambda of the exhaust gas.
Neben der gemessenen Temperatur des Abgassensors können andere Kenngrößen zur Beschreibung des Betriebszustands des Abgassensors verwendet werden, in deren Abhängigkeit die jeweiligen Funktionen aktiviert werden. So kann es vorgesehen sein, dass zur Bestimmung des Betriebszustands des Abgassensors ein Sondeninnenwiderstand oder eine gemessene oder modellierte Sondenspannung oder eine Abgastemperatur oder eine modellierte Temperatur des Abgassensors verwendet werden. In addition to the measured temperature of the exhaust gas sensor other parameters can be used to describe the operating state of the exhaust gas sensor, depending on the respective functions are activated. Thus, it can be provided that a probe internal resistance or a measured or modeled probe voltage or an exhaust gas temperature or a modeled temperature of the exhaust gas sensor are used to determine the operating state of the exhaust gas sensor.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Steuerelektronik Mittel zur Erfassung zumindest eines Betriebszustands des Abgassensors enthält, dass die Steuerelektronik Schwellwerte des Betriebszustands für verschiedene Funktionen des Abgassensors enthält und dass die verschiedenen Funktionen bei Erreichen des jeweiligen Schwellwerts durch die Steuerelektronik aktivierbar sind. Die Vorrichtung ermöglicht es so, verschiedene von dem Abgassensor durchführbare Funktionen, beispielsweise die Bestimmung der Abgaszusammensetzung oder die Durchführung verschiedener Diagnosefunktionen, bei Erreichen eines geeigneten Betriebszustands des Abgassensors zu aktivieren. Als Betriebszustand kann beispielsweise die Temperatur des Abgassensors verwendet werden. Funktionen, welche bereits bei niedrigen Temperaturen des Abgassensors durchgeführt werden können, können so zum Beispiel während einer Aufheizphase des Abgassensors entsprechen früher und vor dem Erreichen der vollen Betriebsbereitschaft des Abgassensors aktiviert werden. The object of the invention relating to the device is achieved in that the control electronics contains means for detecting at least one operating state of the exhaust gas sensor, that the control electronics contains threshold values of the operating state for various functions of the exhaust gas sensor and that the various functions can be activated by the control electronics when the respective threshold value is reached are. The device thus makes it possible to activate various functions that can be carried out by the exhaust gas sensor, for example the determination of the exhaust gas composition or the performance of various diagnostic functions, upon reaching a suitable operating state of the exhaust gas sensor. As the operating state, for example, the temperature of the exhaust gas sensor can be used. Functions that can already be performed at low temperatures of the exhaust gas sensor, so for example during a heating phase of the exhaust gas sensor can be activated earlier and before reaching the full operational readiness of the exhaust gas sensor.
Eine besonders geeignete Ausführung der Vorrichtung sieht vor, dass der Abgassensor als Lambdasonde ausgebildet ist.A particularly suitable embodiment of the device provides that the exhaust gas sensor is designed as a lambda probe.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the figure. It shows:
Während des Aufheizens durchläuft die Temperatur
Vor dem Erreichen des ersten Schwellwerts
Nach Erreichen des ersten Schwellwerts
Erreicht die Temperatur 11 der Lambdasonde den zweiten Schwellwert
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Ab dem vierten Schwellwert
Ab dem fünften Schwellwert
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Legal Events
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R084 | Declaration of willingness to licence |