DE102013200973A1 - Sensor system for monitoring of composition of e.g. nitrogen oxide in exhaust gas of combustion engine, has control device connected with terminals of first jump sensor and second jump sensor - Google Patents

Sensor system for monitoring of composition of e.g. nitrogen oxide in exhaust gas of combustion engine, has control device connected with terminals of first jump sensor and second jump sensor Download PDF

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Abstract

The system (10) has a first jump sensor (22) including a first ground terminal (28) and a first signal terminal (30). A second jump sensor (32) includes a second ground terminal (38) and a second signal terminal (40). A control device (12) includes a reference electrode terminal (14), an inner pumping electrode terminal (16), an outer pump electrode terminal (18) and a measuring terminal (20). The control device is connected with the terminals of the first jump sensor and second jump sensor. The first signal terminal of the first jump sensor is connected with the reference electrode terminal.

Description

Stand der Technik State 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.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Entsprechend wird erfindungsgemäß ein Sensorsystem vorgeschlagen, umfassend eine Ansteuervorrichtung, welche zur Erfassung von Informationen über den Betriebszustand einer ersten und einer zweiten Sprungsonde in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine eingerichtet ist. Ferner umfasst das Sensorsystem wenigstens eine erste Sprungsonde und eine zweite Sprungsonde, wobei die erste Sprungsonde mindestens einen Massenanschluss M1 und mindestens einen Signalanschluss S1 aufweist, wobei die zweite Sprungsonde gleichfalls mindestens einen Massenanschluss M2 und mindestens einen Signalanschluss S2 aufweist. Die Ansteuervorrichtung weist insbesondere einen Referenzelektrodenanschluss RE, einen inneren Pumpelektrodenanschluss IPE, einen äußeren Pumpelektrodenanschluss APE und einen Messanschluss MES auf. Die Ansteuervorrichtung ist hierbei bevorzugt mit den Anschlüssen der ersten Sprungsonde und der zweiten Sprungsonde verbunden. Accordingly, a sensor system according to the invention is proposed, comprising a drive device, which is set up to acquire information about the operating state of a first and a second jump probe in an exhaust passage of an internal combustion engine. Furthermore, the sensor system comprises at least a first jumping probe and a second jumping probe, the first jumping probe having at least one ground terminal M1 and at least one signal terminal S1, the second jumping probe also having at least one ground terminal M2 and at least one signal terminal S2. In particular, the drive device has a reference electrode terminal RE, an inner pumping electrode terminal IPE, an outer pumping electrode terminal APE and a measuring terminal MES. In this case, the drive device is preferably connected to the terminals of the first jump probe and the second snap probe.

Hierdurch wird es in vorteilhafter Weise ermöglicht, bei der Entwicklung der Hardware zur Steuerung der zum Einsatz gelangenden Lambdasonden, insbesondere in einem Entwicklungsstadium in dem noch nicht feststeht welcher Sondentyp zum Einsatz gelangen soll, bereits ein Layout für die Steuerungselektronik und die Auswerteelektronik unabhängig davon, ob eine oder zwei Sprungsonden oder eine Breitband-Lambdasonde benötigt werden, vorzusehen. Das Vorsehen eines erfindungsgemäßen Sensorsystems hat weiter den Vorteil, dass bereits bei der Entwicklung der Motorsteuerung Zeit gespart werden kann und somit der Entwicklungszyklus schneller abläuft. Weiter vorteilhaft ist es, dass gegenüber einer Layoutgestaltung der Steuerelektronik, welche eine doppelte Bestückvariante, also bei der beide Varianten der Steuerung durch eine entsprechende Bestückung durchführbar ist, vorsieht, die Kosten für eine erforderliche Handhabung der beiden Varianten in Hinblick auf die Erprobung und Kontrollprüfungen entfallen können. This makes it possible in an advantageous manner, in the development of the hardware for controlling the used lambda probes, especially in a development stage in which is not yet known which probe type is to be used, already a layout for the control electronics and the evaluation regardless of whether one or two jump probes or a broadband lambda probe are needed. The provision of a sensor system according to the invention has the further advantage that time can be saved already in the development of the motor control and thus the development cycle runs faster. It is also advantageous that compared to a layout design of the control electronics, which is a double Bestückvariante, ie in which both variants of the control by an appropriate assembly feasible, provides the cost of a required handling of the two variants in terms of testing and control checks accounts can.

Hierbei ist es weiter von Vorteil, wenn insbesondere zum Betrieb mit zwei Sprungsonden der Signalanschluss S1 der ersten Sprungsonde mit dem Referenzelektrodenanschluss RE, der Massenanschluss M1 der erste Sprungsonde und der Massenanschluss M2 der zweiten Sprungsonde mit dem inneren Pumpelektrodenanschluss IPE und der Signalanschluss S2 der zweiten Sprungsonde mit dem äußeren Pumpelektrodenanschluss APE verbunden ist. In this case, it is also advantageous if, in particular for operation with two jump probes, the signal terminal S1 of the first jumping probe with the reference electrode terminal RE, the ground terminal M1 of the first jumping probe and the ground terminal M2 of the second jumping probe with the inner pumping electrode terminal IPE and the signal terminal S2 of the second jumping probe is connected to the outer pumping electrode terminal APE.

Auf diese Weise kann mit der Ansteuervorrichtung ohne besonders aufwändige und teuere Anpassung der Hardware, durch lediglich eine Anpassung oder Veränderung der Software wahlweise eine Ansteuerung von zwei Sprungsonden oder einer Breitband-Lambdasonde durchgeführt werden. In this way can be carried out with the control device without particularly complex and expensive adaptation of the hardware, by merely adapting or changing the software either a control of two jump probes or a broadband lambda probe.

Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass die Sprungsonden eingerichtet sind, eine Gaskomponente in einem Gas, vorzugsweise in einem Abgas zu erfassen, wobei jede Sprungsonde mindestens eine Sensorelektrode und mindestens eine Referenzelektrode aufweist. Die Sensorelektrode und die Referenzelektrode sind bevorzugt über mindestens einen Festelektrolyten verbunden, wobei die Sensorelektrode mit dem Gas beaufschlagbar ist, wohingegen die Referenzelektrode in einer definierten Gasatmosphäre, beispielsweise in einem Referenzgasraum oder einem Referenzgaskanal, beispielsweise in Luft angeordnet ist. Furthermore, it can be provided that the jump probes are set up to detect a gas component in a gas, preferably in an exhaust gas, wherein each jump probe has at least one sensor electrode and at least one reference electrode. The sensor electrode and the reference electrode are preferably connected via at least one solid electrolyte, wherein the sensor electrode is acted upon with the gas, whereas the reference electrode in a defined gas atmosphere, for example in a reference gas space or a reference gas channel, for example, is arranged in air.

Hierdurch wird es in vorteilhafter Weise ermöglicht, eine Auswertung von Sprungsonden verschiedener Hersteller, durch eine gegebenenfalls erforderliche geringfügige Anpassung der Steuergeräte-Software bereitzustellen. This advantageously makes it possible to provide an evaluation of jump probes from different manufacturers by possibly requiring a slight adaptation of the control unit software.

Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Ansteuervorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Erkennung des angeschlossenen Sondentyps durchzuführen. Folglich kann im Falle eines Austauschs, beispielsweise einer Breitband-Lambdasonde durch zwei Sprungsonden, in vorteilhafter Weise eine automatische Selbsterkennung (Plug and Play; PnP-Erkennung) der unterschiedlichen Sensortypen durchgeführt und weiterhin eine automatische Anpassung oder Umstellung der Software auf den Betrieb von zwei Sprungsonden vorgenommen werden. Alternatively or additionally, it can be provided that the drive device is set up to perform a detection of the connected probe type. Consequently, in the case of an exchange, for example, a broadband lambda probe by two jump probes, advantageously an automatic self-detection (PnP detection) of the different types of sensors performed and further an automatic adjustment or conversion of the software on the operation of two jump probes be made.

Nach einer weiteren Ausführungsform des Sensorsystems kann es vorgesehen sein, dass die Ansteuervorrichtung zur Erfassung von Informationen über den Betriebszustand einer Breitband-Lambdasonde in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine eingerichtet ist, wenn alternativ zu den beiden Sprungsonden eine Breitband-Lambdasonde vorgesehen ist. According to a further embodiment of the sensor system, it can be provided that the drive device is set up to acquire information about the operating state of a broadband lambda probe in an exhaust duct of an internal combustion engine, if a broadband lambda probe is provided as an alternative to the two jump probes.

Da die Schnittstellen der Steuerungshardware zwischen der ersten und zweiten Sprungsonde oder der Breitband-Lambdasonde und der Steuerung, insbesondere einem Mikrokontroller der Steuerung unverändert bleibt, kann auf vorteilhafte Weise mit einer Standardisierung der Software, eine gemeinsame Software bereitgestelt werden, welche zum Betreiben der Steuerungshardwarein Verbindung mit wahlweise zwei Sprungsonden oder einer Breitband-Lambdasonde geeignet ist. Since the interfaces of the control hardware between the first and second hopper or the broadband lambda probe and the controller, in particular a microcontroller of the controller remains unchanged, can be provided in an advantageous manner with a standardization of the software, a common software, which for operating the control hardware connection with either two jump probes or a broadband lambda probe is suitable.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

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

Es zeigt: 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Sensorsystems. It shows: 1 a schematic representation of the sensor system according to the invention.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

Vorab sei darauf hingewiesen, dass die fortzählende Benennung mit „erste“ und „zweite“ rein deklaratorisch zu verstehen ist und nicht ausdrückt, dass die mit „erste“ und „zweite“ angeführten Gegenstände zusammengehören oder miteinander in Verbindung stehen. Dies kann im Einzelfall zwar zutreffen, wird durch die Wortwahl jedoch nicht bedingt vorrausgesetzt. It should be noted in advance that the consecutive term "first" and "second" is to be understood as purely declaratory and does not express that the items listed as "first" and "second" belong together or are related to one another. Although this may apply in individual cases, it is not conditionally assumed by the choice of words.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Sensorsystem 10, umfassend eine Ansteuervorrichtung 12, welche insbesondere einen Referenzelektrodenanschluss RE 14, einen inneren Pumpelektrodenanschluss IPE 16, einen äußeren Pumpelektrodenanschluss APE 18 und einen Messanschluss MES 20 aufweist. Das Sensorsystem 10 umfasst ferner eine erste Sprungsonde 22, welche gemäß dem dargestellten Ersatzschaltbild bekanntermaßen durch eine erste Nernstzelle 24 und einen ersten Innenwiderstand 26 dargestellt ist. Die erste Sporungsonde 22 weist weiter einen Massenanschluss M1 28 und einen Signalanschluss S1 30 auf. Der Darstellung von 1 kann insbesondere weiter entnommen werden, dass das Sensorsystem 10 eine zweite Sprungsonde 32 umfasst, welche gleichfalls als Ersatzschaltbild durch eine zweite Nernstzelle 34 und einen zweiten Innenwiderstand 36 dargestellt ist und ebenfalls einen Massenanschluss M2 38 und einen Signalanschluss S2 40 aufweist. 1 shows a sensor system according to the invention 10 comprising a drive device 12 , which in particular a reference electrode terminal RE 14 , an inner pumping electrode terminal IPE 16 , an outer pumping electrode terminal APE 18 and a measuring connection MES 20 having. The sensor system 10 further comprises a first jumping probe 22 , which according to the illustrated equivalent circuit diagram known by a first Nernstzelle 24 and a first internal resistance 26 is shown. The first spore probe 22 also has a mass connection M1 28 and a signal terminal S1 30 on. The representation of 1 can be further taken in particular that the sensor system 10 a second jump probe 32 which also serves as an equivalent circuit through a second Nernst cell 34 and a second internal resistance 36 is shown and also a ground connection M2 38 and a signal terminal S2 40 having.

Die Ansteuervorrichtung 12 ist mit den Anschlüssen der ersten Sprungsonde 22 und der zweiten Sprungsonde 32 bevorzugt derart verbunden, dass der Signalanschluss 30 der ersten Sprungsonde 22 mit dem Referenzelektrodenanschluss RE 14 der Ansteuervorrichtung 12 und der Massenanschluss 28 der ersten Sprungsonde 22 mit dem inneren Pumpelektrodenanschluss IPE 16 verbunden ist. Weiter ist es bevorzugt vorgesehen, dass der Signalanschluss 40 der zweiten Sprungsonde 32 mit dem äußeren Pumpelektrodenanschluss APE 18 der Ansteuervorrichtung 12 und der Massenanschluss 38 der zweiten Sprungsonde 32 mit dem inneren Pumpelektrodenanschluss IPE 16 verbunden ist. Folglich sind die Massenanschlüsse 28 und 38 der ersten und zweiten Sprungsonde 22 und 32 beide mit dem inneren Pumpelektrodenanschluss IPE 16 verbunden. Eine Verbindung des Messanschluss MES 20 der Ansteuervorrichtung 12 mit einer der beiden Sprungsonden 22, 32 ist nicht vorgesehen. The drive device 12 is with the connections of the first jump probe 22 and the second jump probe 32 Preferably connected such that the signal terminal 30 the first jump probe 22 with the reference electrode terminal RE 14 the drive device 12 and the mass connection 28 the first jump probe 22 with the inner pumping electrode connection IPE 16 connected is. Furthermore, it is preferably provided that the signal connection 40 the second jump probe 32 with the outer pumping electrode terminal APE 18 the drive device 12 and the mass connection 38 the second jump probe 32 with the inner pumping electrode connection IPE 16 connected is. Consequently, the mass connections 28 and 38 the first and second jump probe 22 and 32 both with the inner pumping electrode connection IPE 16 connected. A connection of the measuring connection MES 20 the drive device 12 with one of the two jump probes 22 . 32 is not scheduled.

Der Grundgedanke, der innere Aufbau und die Grundfunktion der Ansteuervorrichtung 12 entspricht im Wesentlichen der in der Schrift DE 10 2010 000 663 A1 der Anmelderin dargestellten Vorrichtung zum Betreiben einer Breitband-Lambdasonde. The basic idea, the internal structure and the basic function of the drive device 12 is essentially the same as in the text DE 10 2010 000 663 A1 Applicant's device for operating a broadband lambda probe.

Zur Beschreibung der Komponenten und Anschlüsse in Bezug auf die Funktion der ersten und/oder zweiten Schaltmatrix sei auf die genannte Schrift verwiesen. For a description of the components and connections with regard to the function of the first and / or second switching matrix, reference is made to the document mentioned.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006061565 A1 [0001] DE 102006061565 A1 [0001]
  • DE 102008001697 A1 [0002] DE 102008001697 A1 [0002]
  • DE 102010000663 A1 [0017] DE 102010000663 A1 [0017]

Claims (5)

Sensorsystem (10) umfassend eine Ansteuervorrichtung (12), welche zur Erfassung von Informationen über den Betriebszustand einer ersten und einer zweiten Sprungsonde (22, 32) in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine eingerichtet ist, weiter umfassend wenigstens eine erste und eine zweite Sprungsonde (22, 32), wobei die erste Sprungsonde (22) mindestens einen Massenanschluss M1 (28) und mindestens einen Signalanschluss S1 (30) aufweist, wobei die zweite Sprungsonde (32) mindestens einen Massenanschluss M2 (38) und mindestens einen Signalanschluss S2 (40) aufweist, wobei die Ansteuervorrichtung (12) einen Referenzelektrodenanschluss RE (14), einen inneren Pumpelektrodenanschluss IPE (16), einen äußeren Pumpelektrodenanschluss APE (18) und einen Messanschluss MES (20) aufweist, wobei die Ansteuervorrichtung (12) mit den Anschlüssen der ersten Sprungsonde (22) und der zweiten Sprungsonde (32) verbunden ist. Sensor system ( 10 ) comprising a drive device ( 12 ), which is used to acquire information about the operating state of a first and a second jump probe ( 22 . 32 ) is arranged in an exhaust passage of an internal combustion engine, further comprising at least a first and a second jump probe ( 22 . 32 ), the first jump probe ( 22 ) at least one mass connection M1 ( 28 ) and at least one signal terminal S1 ( 30 ), wherein the second jump probe ( 32 ) at least one ground connection M2 ( 38 ) and at least one signal terminal S2 ( 40 ), wherein the drive device ( 12 ) a reference electrode terminal RE ( 14 ), an inner pumping electrode terminal IPE ( 16 ), an outer pumping electrode terminal APE ( 18 ) and a measuring connection MES ( 20 ), wherein the drive device ( 12 ) with the connections of the first jump probe ( 22 ) and the second jump probe ( 32 ) connected is. Sensorsystem (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Signalanschluss S1 (30) der ersten Sprungsonde (22) mit dem Referenzelektrodenanschluss RE (14) verbunden ist, wobei der Massenanschluss M1 (28) der erste Sprungsonde (22) und der Massenanschluss M2 (38) der zweiten Sprungsonde (32) mit dem inneren Pumpelektrodenanschluss IPE (16) verbunden ist, und wobei der Signalanschluss S2 (40) der zweiten Sprungsonde (32) mit dem äußeren Pumpelektrodenanschluss APE (18) verbunden ist. Sensor system ( 10 ) according to the preceding claim, wherein the signal terminal S1 ( 30 ) of the first jumping probe ( 22 ) with the reference electrode terminal RE ( 14 ), the mass connection M1 ( 28 ) the first jump probe ( 22 ) and the ground connection M2 ( 38 ) of the second jump probe ( 32 ) with the inner pumping electrode connection IPE ( 16 ), and wherein the signal terminal S2 ( 40 ) of the second jump probe ( 32 ) with the outer pumping electrode terminal APE ( 18 ) connected is. Sensorsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Sprungsonden (22, 32) eingerichtet sind, eine Gaskomponente in einem Gas, vorzugsweise in einem Abgas zu erfassen, wobei jede Sprungsonde (22, 32) mindestens eine Sensorelektrode und mindestens eine Referenzelektrode aufweist, wobei die Sensorelektrode und die Referenzelektrode über mindestens einen Festelektrolyten verbunden sind, wobei die Sensorelektrode mit dem Gas beaufschlagbar ist, wobei die Referenzelektrode in einer definierten Gasatmosphäre angeordnet ist. Sensor system ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein the two jump probes ( 22 . 32 ) are adapted to detect a gas component in a gas, preferably in an exhaust gas, each jump probe ( 22 . 32 ) has at least one sensor electrode and at least one reference electrode, wherein the sensor electrode and the reference electrode are connected via at least one solid electrolyte, wherein the sensor electrode is acted upon with the gas, wherein the reference electrode is arranged in a defined gas atmosphere. Sensorsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ansteuervorrichtung (12) dazu eingerichtet ist, eine Erkennung des angeschlossenen Sondentyps durchzuführen. Sensor system ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the drive device ( 12 ) is adapted to perform a detection of the connected probe type. Sensorsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ansteuervorrichtung (12) weiterhin zur Erfassung von Informationen über den Betriebszustand einer Breitband-Lambdasonde in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine eingerichtet ist. Sensor system ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the drive device ( 12 ) is further adapted to detect information about the operating state of a broadband lambda probe in an exhaust passage of an internal combustion engine.
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