DE102013217013A1 - Method and device for correcting a characteristic curve of a two-point lambda probe - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur einer Spannungs-Lambda-Kennlinie einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgassonde, welche als Zweipunkt-Lambdasonde ausgeführt ist und in Strömungsrichtung des Abgases hinter einem Katalysator im Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei die Brennkraftmaschine sowohl mit Benzin als auch mit Erdgas (CNG) betrieben werden kann. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung, insbesondere eine Steuer- und Auswerteeinheit, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Korrektur der Spannungs-Lambda-Kennlinie während des Betriebs mit Erdgas in Abhängigkeit von der Katalysator-Temperatur durchgeführt wird. Optional kann ein vom Alter des Katalysators abhängiger Korrekturterm berücksichtigt werden. Damit kann eine stabilere Hinterkat-Lambdaregelung realisiert werden, was insbesondere während des Betriebs mit Erdgas den Schadstoffausstoß der Brennkraftmaschine reduziert. Zudem wird eine zuverlässigere Diagnose der Abgassonde in dieser Betriebsphase ermöglicht.The invention relates to a method for correcting a voltage-lambda characteristic of an exhaust gas duct arranged in an exhaust duct of an internal combustion engine, which is designed as a two-point lambda probe and is arranged in the flow direction of the exhaust gas behind a catalyst in the exhaust passage of the internal combustion engine, wherein the internal combustion engine with both gasoline as well as with natural gas (CNG) can be operated. The invention further relates to a device, in particular a control and evaluation unit, for carrying out the method according to the invention. According to the invention, it is provided that the correction of the voltage-lambda characteristic during operation with natural gas is carried out as a function of the catalyst temperature. Optionally, a correction term dependent on the age of the catalyst can be taken into account. Thus, a more stable Hinterkat lambda control can be realized, which reduces the pollutant emissions of the engine, especially during operation with natural gas. In addition, a more reliable diagnosis of the exhaust gas probe is made possible in this phase of operation.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur einer Spannungs-Lambda-Kennlinie einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgassonde, welche als Zweipunkt-Lambdasonde ausgeführt ist und in Strömungsrichtung des Abgases hinter einem Katalysator im Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei die Brennkraftmaschine sowohl mit Benzin als auch mit Erdgas betrieben werden kann. The invention relates to a method for correcting a voltage-lambda characteristic of an exhaust gas duct arranged in an exhaust duct of an internal combustion engine, which is designed as a two-point lambda probe and is arranged in the flow direction of the exhaust gas behind a catalyst in the exhaust passage of the internal combustion engine, wherein the internal combustion engine with both gasoline as well as with natural gas can be operated.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung, insbesondere eine Steuer- und Auswerteeinheit, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention further relates to a device, in particular a control and evaluation unit, for carrying out the method according to the invention.

Im Abgassystem von Brennkraftmaschinen werden zur Optimierung des Schadstoffausstoßes und der Abgasnachbehandlung Lambdasonden eingesetzt. Die Lambdasonden bestimmen den Sauerstoffgehalt des Abgases, was zur Regelung des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs und somit des Abgaslambdas vor einem Katalysator verwendet wird. Dabei wird über einen Lambda-Regelkreis die Luft- und Kraftstoffzuführung der Brennkraftmaschine derart geregelt, dass eine für die Abgasnachbehandlung durch in dem Abgaskanal der Brennkraftmaschine vorgesehene Katalysatoren optimale Zusammensetzung des Abgases erreicht wird. Bei Ottomotoren wird in der Regel auf ein Lambda von 1, also ein stöchiometrisches Verhältnis von Luft zu Kraftstoff, geregelt. Die Schadstoffemission der Brennkraftmaschine kann so minimiert werden.In the exhaust system of internal combustion engines lambda probes are used to optimize the emission of pollutants and exhaust aftertreatment. The lambda probes determine the oxygen content of the exhaust gas, which is used to control the internal combustion engine supplied air-fuel mixture and thus the Abgaslambda before a catalyst. In this case, the air and fuel supply of the internal combustion engine is controlled via a lambda control loop such that an exhaust gas aftertreatment by provided in the exhaust passage of the internal combustion engine catalysts optimal composition of the exhaust gas is achieved. In gasoline engines is usually on a lambda of 1, ie a stoichiometric ratio of air to fuel regulated. The pollutant emission of the internal combustion engine can be minimized.

Es sind unterschiedliche Formen von Lambdasonden im Einsatz. Bei einer Zweipunkt-Lambdasonde, auch als Sprungsonde oder Nernst-Sonde bezeichnet, weist die Spannungs-Lambda-Kennlinie bei Lambda = 1 einen sprungartigen Verlauf auf. Sie erlaubt daher im Wesentlichen die Unterscheidung zwischen fettem Abgas (λ < 1) bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit Kraftstoffüberschuss und magerem Abgas (λ > 1) bei Betrieb mit Luftüberschuss und ermöglicht eine Regelung des Abgases auf ein Lambda von 1. There are different forms of lambda probes in use. In a two-point lambda probe, also referred to as a jump probe or Nernst probe, the voltage lambda curve at Lambda = 1 has a sudden course. It therefore essentially allows the distinction between rich exhaust gas (λ <1) when operating the internal combustion engine with excess fuel and lean exhaust gas (λ> 1) when operating with excess air and allows control of the exhaust gas to a lambda of 1.

Eine Breitband-Lambdasonde, auch als stetige oder lineare Lambdasonde bezeichnet, ermöglicht die Messung des Lambdawertes in dem Abgas in einem weiten Bereich um Lambda = 1. Damit kann beispielhaft eine Brennkraftmaschine auch auf einen mageren Betrieb mit Luftüberschuss geregelt werden. Eine Breitband-Lambdasonde nach dem Stand der Technik und deren Aufbau ist beispielsweise in der DE 10 2008 042 268 A1 beschrieben. A broadband lambda probe, also referred to as a continuous or linear lambda probe, makes it possible to measure the lambda value in the exhaust gas over a wide range around lambda = 1. Thus, by way of example, an internal combustion engine can also be controlled for lean operation with excess air. A broadband lambda probe according to the prior art and its structure is for example in the DE 10 2008 042 268 A1 described.

Fahrzeuge mit Bi-Fuel-Motoren können sowohl mit Benzin als auch mit Erdgas (Compressed Natural Gas – CNG) betrieben werden. Das System wechselt dabei nach Fahreranforderung durch einen Schalter oder durch Systembedingungen den verwendeten Kraftstoff. In beiden Betriebsarten müssen aber die aktuellen Abgasgrenzwerte und OBD-Schwellen in Europa (EOBD) eingehalten werden. Dazu ist eine gut abgestimmte Hinterkat-Regelung mit einer Lambda-Sprungsonde erforderlich. Vehicles with bi-fuel engines can run on both gasoline and natural gas (CNG). The system changes the fuel used according to driver demand through a switch or through system conditions. In both modes, however, the current emission limits and OBD thresholds in Europe (EOBD) must be adhered to. For this purpose, a well-tuned Hinterkat control with a lambda jump probe is required.

So wird derzeit beispielsweise im CNG-Betrieb bei λ = 1 insbesondere bei Abgastemperaturen kleiner 650° C ein vergleichsweise hoher Ausstoß von Methan und Stickoxiden infolge unzureichender Umsetzung im Katalysator beobachtet, da im CNG-Betrieb der angestrebte Betriebspunkt mit minimaler Emission nicht bei λ = 1, wie im Benzinbetrieb, sondern etwa 0,3 bis 0,5 % im Fettbereich liegt. Dadurch sind höhere Sollspannungen in der Hinterkat-Lambdaregelung nötig. Durch die hohen Sondenspannungen wird die Nachkatsonde nicht im optimalen, spezifizierten Bereich betrieben, sondern in dem „flachen Ast“ der Sondenkennlinie. In diesem Bereich können die Fettgaskomponenten H2 und CO im Abgas das Sondensignal stark beeinflussen. Thus, for example, in CNG operation at λ = 1, especially at exhaust gas temperatures below 650 ° C, comparatively high emissions of methane and nitrogen oxides due to insufficient conversion in the catalyst are observed, since in CNG operation the desired operating point with minimum emission is not λ = 1 , as in gasoline mode, but about 0.3 to 0.5% in the fat range. As a result, higher setpoint voltages are required in the Hinterkat lambda control. Due to the high probe voltages, the Nachkatsonde is not operated in the optimal, specified range, but in the "flat branch" of the probe characteristic. In this range, the rich gas components H 2 and CO in the exhaust gas can greatly influence the probe signal.

Die Sonden-Kennlinie der Lambda-Sprungsonde und damit das Signal der Lambda-Sprungsonde ist somit abhängig von dem Verhältnis H2 zu CO des vorliegenden Abgases. Das H2/CO-Verhältnis nach dem Katalysator wird aber insbesondere im CNG-Betrieb maßgeblich, wesentlich stärker als im Benzinbetrieb, von dem Katalysatoralter und von der Katalysatortemperatur bestimmt, so dass ohne entsprechende Korrekturen eine fehlerhafte Lambda-Regelung und als Folge davon eine deutlich erhöhte Abgasemission resultieren kann.The probe characteristic of the lambda jump probe and thus the signal of the lambda jump probe is thus dependent on the ratio H 2 to CO of the present exhaust gas. However, the H 2 / CO ratio after the catalyst is significantly, especially in CNG operation significantly, much more determined than in gasoline operation, the catalyst age and the catalyst temperature, so that without appropriate corrections a faulty lambda control and as a result of a clear increased exhaust emission can result.

Die Schrift DE 10 2010 008 289 A1 beschreibt ein Verfahren zum Umschalten der Kraftstoffversorgung einer mit verschiedenen Kraftstoffen betreibbaren Verbrennungskraftmaschine. Bei insbesondere nachträglich auf den zusätzlichen Betrieb mit Flüssiggas umgerüsteten Brennkraftmaschinen zeigt sich eine erhöhte Schadstoffemission beim Umschalten von Benzin- auf Flüssiggasbetrieb auf Grund von abweichenden optimalen Konvertierungsfenstern eines Katalysators für die eingesetzten Kraftstoffe. Erfindungsgemäß ist vorgeschlagen, einen elektrischen Widerstand in der elektrischen Verbindung einer nach dem Katalysator angeordnet Lambdasonde mit einem das Luft-/Kraftstoffgemisch der Brennkraftmaschine einstellenden Steuergerät in Abhängigkeit von dem verwendeten Kraftstoff zu verändern. Durch die so veränderten, dem Steuergerät zugeführten Ausgangssignale der Lambdasonde wird das der Brennkraftmaschine zugeführte Luft-/Kraftstoffgemisch derart verändert, dass es im optimalen Konvertierungsfenster des Katalysators liegt. Die Erfindung offenbart somit eine Anpassung des Signals einer Lambdasonde im Abgas einer mit zwei Kraftstoffen betriebenen Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von dem aktuell verwendeten Kraftstoff. Allerdings wird keine Anpassung an die Temperatur oder an das Alter des Katalysators beschrieben.The font DE 10 2010 008 289 A1 describes a method for switching the fuel supply of an internal combustion engine operable with different fuels. In particular, subsequently retrofitted to the additional operation with LPG internal combustion engines shows an increased pollutant emission when switching from gasoline to LPG operation due to different optimal conversion windows of a catalyst for the fuels used. According to the invention, it is proposed to change an electrical resistance in the electrical connection of a lambda probe arranged after the catalytic converter with a control unit adjusting the air / fuel mixture of the internal combustion engine as a function of the fuel used. As a result of the output signals of the lambda probe supplied to the control unit, the air / fuel mixture supplied to the internal combustion engine is changed in such a way that it lies in the optimum conversion window of the catalytic converter. The The invention thus discloses an adaptation of the signal of a lambda probe in the exhaust gas of an internal combustion engine operated with two fuels as a function of the currently used fuel. However, no adaptation to the temperature or to the age of the catalyst is described.

Die Schrift DE 38 22 415 C2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit welcher eine Regelung eines einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft-/Kraftstoffgemischs ermöglicht wird. Um einen Ausgleich einer Alterung einer vor einem Katalysator angeordneten Lambda-Sonde und einer Alterung des Katalysators selbst bei der Vorgabe des einzustellenden Luft-/Kraftstoffgemischs zu ermöglichen, wird ein Temperaturverlauf über dem Katalysator in Abhängigkeit von Lambda ermittelt. An Hand eines Knicks in dem Temperaturverlauf kann für den vorliegenden Alterungszustand der Lambdasonde und des Katalysators ein angepasster Sollwert für die Vorgabe des Luft-/Kraftstoffgemischs ermittelt werden. Alterungseffekte der Lambdasonde und des Katalysators können so durch eine Messung der Katalysatortemperatur ausgeglichen werden. Die Erfindung wertet demnach lediglich den lambdaabhängigen Temperaturverlauf des Katalysators aus, um damit den auf Basis eines Signals einer Vorkat-Lambdasonde vorgegebenen Sollwert eines Luft-/Kraftstoffgemischs anzupassen. The font DE 38 22 415 C2 describes a method and a device with which a regulation of an air-fuel mixture supplied to an internal combustion engine is made possible. In order to compensate for aging of a lambda probe arranged in front of a catalytic converter and for aging of the catalytic converter itself when setting the air / fuel mixture to be set, a temperature profile over the catalytic converter is determined as a function of lambda. On the basis of a break in the temperature curve, an adjusted desired value for the specification of the air / fuel mixture can be determined for the present aging state of the lambda probe and the catalytic converter. Thus, aging effects of the lambda probe and the catalyst can be compensated by measuring the catalyst temperature. Accordingly, the invention only evaluates the lambda-dependent temperature profile of the catalytic converter in order to adapt the setpoint value of an air / fuel mixture which is predetermined on the basis of a signal of a pre-catalyst lambda probe.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein zuverlässiges Verfahren zur Korrektur der Sonden-Kennlinie einer Zweipunkt-Lambdasonde bereitzustellen, um eine Abhängigkeit des Sondensignals vom Katalysatoralter und der Katalysatortemperatur zu eliminieren oder zumindest zu minimieren.It is therefore an object of the invention to provide a reliable method for correcting the probe characteristic of a two-point lambda probe in order to eliminate or at least minimize a dependence of the probe signal on the catalyst age and the catalyst temperature.

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

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Korrektur der Spannungs-Lambda-Kennlinie während des Betriebs mit Erdgas in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur durchgeführt wird. Damit kann insbesondere der zuvor erwähnte Einfluss der Fettgaskomponenten und der des Verhältnisses H2/CO in dieser Betriebsart minimiert werden, so dass auch hierbei eine korrekte Lambdaregelung gewährleistet und damit der Schadstoffausstoß insbesondere von nicht verbranntem Methan sowie von Stickoxiden minimiert werden kann.The object of the invention relating to the method is achieved by performing the correction of the voltage-lambda characteristic during operation with natural gas as a function of the catalyst temperature. Thus, in particular the aforementioned influence of the rich gas components and of the ratio H 2 / CO in this operating mode can be minimized, so that a correct lambda control is guaranteed and thus the emission of pollutants, in particular unburned methane and nitrogen oxides, can be minimized.

Um insbesondere im CNG-Betriebsmodus den eingangs beschriebenen Temperatureffekt entgegen zu wirken, ist in einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante vorgesehen, dass eine von der Temperatur des Katalysators abhängige Interpolation der Spannungs-Lambda-Kennlinie zwischen einer ersten Spannungs-Lambda-Kennlinie bei kaltem Katalysator und einer zweiten Spannungs-Lambda-Kennlinie bei heißem Katalysator durchgeführt wird und eine für die aktuelle Katalysator-Temperatur temperaturkorrigierte Spannungs-Lambda-Kennlinie bestimmt wird. Bei kalten Abgastemperaturen liegt die Sondenspannung aufgrund des höheren H2/CO-Verhältnisses deutlich höher als bei höheren Abgastemperaturen. Die Spannungs-Lambda-Kennlinie der Zweipunkt-Lambdasonde hinter dem Katalysator entspricht einer Sondenkennlinie bei höheren Abgastemperaturen. Hier wird die Kennlinie nicht durch das H2/CO-Verhältnis gestört, so dass das Signal unverändert übernommen werden könnte. Bei kaltem Katalysator ergeben sich höhere Spannungswerte aufgrund des H2/CO-Verhältnisses, die durch die von der Temperatur des Katalysators abhängige Interpolation der Spannungs-Lambda-Kennlinie korrigiert werden können.In order to counteract the above-described temperature effect, in particular in the CNG operating mode, it is provided in a particularly preferred variant of the method that an interpolation of the voltage-lambda characteristic between a first voltage-lambda characteristic curve with cold catalyst and a temperature dependent on the temperature of the catalyst second voltage lambda characteristic curve is performed with a hot catalyst and a temperature-corrected for the current catalyst temperature voltage lambda curve is determined. At cold exhaust gas temperatures, the probe voltage is significantly higher due to the higher H 2 / CO ratio than at higher exhaust gas temperatures. The voltage lambda characteristic of the two-point lambda probe behind the catalytic converter corresponds to a probe characteristic at higher exhaust gas temperatures. Here, the characteristic is not disturbed by the H 2 / CO ratio, so that the signal could be taken over unchanged. With cold catalyst, higher voltage values result due to the H 2 / CO ratio, which can be corrected by the temperature-dependent interpolation of the voltage-lambda characteristic curve.

Wird die temperaturkorrigierte Spannungs-Lambda-Kennlinie der Abgassonde für die Lambdaregelung der Brennkraftmaschine verwendet, kann eine stabilere Hinterkat-Lambdaregelung und Sondendiagnose gewährleistet werden. Hiermit wird gegenüber der DE 38 22 415 C2 eine Kompensation des temperaturabhängigen Konversionsverhaltens des Katalysators durch die Hinterkat-Lambdaregelung bei mit Erdgas betriebenen Brennkraftmaschinen ermöglicht. Damit wird zudem ermöglicht, dass bisher übliche Zweipunkt-Lambdasonden, wie sie bisher für den Benzinbetrieb konzipiert sind, auch für den CNG-Betrieb genutzt und damit die aktuellen Emissionsgrenzen eingehalten werden können.If the temperature-corrected voltage lambda curve of the exhaust gas probe is used for the lambda control of the internal combustion engine, a more stable after-cat lambda control and probe diagnosis can be ensured. This is against the DE 38 22 415 C2 a compensation of the temperature-dependent conversion behavior of the catalyst by the Hinterkat lambda control allows for natural gas-powered internal combustion engines. This also makes it possible that previously common two-point lambda probes, as they are previously designed for gasoline operation, also used for CNG operation and thus the current emission limits can be met.

In einer weiteren Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass die Temperatur des Katalysators mittels Temperatursensoren im Katalysator oder im Abgaskanal der Brennkraftmaschine nach dem Katalysator und/ oder modellhaft aus Motorparametern bestimmt wird, welche für die Korrektur der Spannungs-Lambda-Kennlinie verwendet werden kann.In a further variant of the method it is provided that the temperature of the catalyst is determined by means of temperature sensors in the catalytic converter or in the exhaust duct of the internal combustion engine according to the catalyst and / or model of engine parameters, which can be used for the correction of the voltage-lambda characteristic.

In einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante wird bei der Korrektur der Spannungs-Lambda-Kennlinie der Abgassonde zusätzlich ein vom Alter des Katalysators abhängiger Korrekturterm berücksichtigt, da der Einfluss des H2/CO-Verhältnisses bei zunehmenden Alter des Katalysators eine geringere Rolle spielt als bei einem neuen Katalysator. Mit der vom Alter des Katalysators abhängigen Korrektur kann die Hinterkat-Lambdaregelung im CNG-Betrieb weiter verbessert werden.In a particularly preferred variant of the method, a correction term dependent on the age of the catalyst is additionally taken into account in the correction of the voltage-lambda characteristic of the exhaust gas probe, since the influence of the H 2 / CO ratio plays a lesser role with increasing age of the catalytic converter than with a new one Catalyst. With the catalyst-dependent correction, the Hinterkat lambda control can be further improved in CNG operation.

Dabei kann vorgesehen sein, dass das Alter des Katalysators über seine Sauerstoffspeicherfähigkeit bestimmt, z.B. während einer Diagnosephase, und der Korrekturterm abhängig vom ermittelten Alter bei der Bestimmung der temperaturkorrigierten Spannungs-Lambda-Kennlinie berücksichtigt wird, wobei sich der Korrekturterm umso schwächer oder stärker auf die Korrektur auswirkt, je älter der Katalysator ist. Damit wird dem Einfluss des H2/CO-Verhältnisses infolge Alterungseffekte beim Katalysator zusätzlich Rechnung getragen.It can be provided that the age of the catalyst is determined by its oxygen storage capacity, for example during a diagnostic phase, and the correction term depends on calculated age is taken into account in the determination of the temperature-corrected voltage-lambda curve, with the correction term the weaker or stronger the correction, the older the catalyst is. This additionally takes into account the influence of the H 2 / CO ratio as a result of aging effects in the catalyst.

Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Steuer- und Auswerteeinheit Einrichtungen, wie Kennlinienspeicher, Kennlinienberechnungseinheiten und weitere Berechnungseinheiten aufweist, mit denen das Korrekturverfahren, wie es zuvor beschrieben wurde, durchführbar ist. Die Steuer- und Auswerteeinheit kann dabei integraler Bestandteil einer übergeordneten Motorsteuerung sein.The device-related object of the invention is achieved in that the control and evaluation unit has facilities, such as characteristic memory, characteristic calculation units and other calculation units, with which the correction method, as described above, is feasible. The control and evaluation unit can be an integral part of a higher-level engine control.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Funktionalität des Korrekturverfahrens als Programmablauf oder als ein Schaltkreis in einer Lambdaregelung der Brennkraftmaschine implementiert ist. Eine Integration als Programmablauf ist hierbei besonders vorteilhaft, da prinzipiell alle notwendigen Informationen bereits in der bestehenden Lambdaregelung verfügbar sind und lediglich die Korrekturen zusätzlich berechnet werden müssen. Die Spannungs-Lambda-Kennlinien für unterschiedliche Temperaturen können dabei in entsprechenden Programmspeichern abgelegt sein.It is particularly advantageous if the functionality of the correction method is implemented as a program sequence or as a circuit in a lambda control of the internal combustion engine. An integration as a program sequence is particularly advantageous since, in principle, all necessary information is already available in the existing lambda control and only the corrections have to be additionally calculated. The voltage lambda characteristics for different temperatures can be stored in corresponding program memories.

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

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 Spannungs-Lambda-Diagramm einer Zweipunkt-Lambdasonde und 2 a voltage lambda diagram of a two-point lambda probe and

3 ein stark vereinfachtes Ablaufdiagramm, welches die Berechnungsschritte schematisch aufzeigt. 3 a greatly simplified flow chart, which shows the calculation steps schematically.

1 zeigt schematisch an einem Beispiel eines Otto-Motors, welcher sowohl mit Benzin als auch mit Erdgas (CNG) betrieben werden kann, das technische Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Korrektur einer Kennlinie einer Abgassonde 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, which can be operated with both gasoline and natural gas (CNG), the technical environment in which the inventive method for correcting a characteristic of an exhaust gas probe 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 ist im vorliegenden Fall als Sprungsonde oder Zweipunkt-Lambdasonde ausgebildet. 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. Die Abgassonde 17 hinter der Abgasreinigungsanlage 16 dient der Hinterkat-Lambdaregelung.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 is designed in the present case as a jump probe or two-point lambda probe. 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 , The exhaust gas probe 17 behind the emission control system 16 serves the Hinterkat lambda control.

2 zeigt in einem Spannungs-Lambda-Diagramm 20 für eine als Zweipunkt-Lambdasonde ausgeführte Abgassonde 17 (Hinterkat-Abgassonde) den Verlauf der Sondenspannung 21 in Abhängigkeit des Lambdawertes 22. Dargestellt ist eine erste Spannungs-Lambda-Kennlinie 25 für eine Sprungsonde (LSF) bei Erdgasbetrieb der Brennkraftmaschine 10, wobei die Temperatur des Katalysators etwa 510° C beträgt. Im Vergleich zu dieser ersten Spannungs-Lambda-Kennlinie 25 ist weiterhin eine zweite Spannungs-Lambda-Kennlinie 26 dargestellt, wobei die Temperatur des Katalysators nun etwa 700° C beträgt. Dabei zeigt sich, dass in einem Fett-Bereich 23 (λ < 1) aufgrund des Temperatureinflusses die Sondenspannung bei höherer Temperatur bis zu 100 mV niedriger liegt Im Mager-Bereich 24 (λ > 1) sind die Unterschiede hingegen minimal. 2 shows in a voltage lambda diagram 20 for an exhaust gas probe designed as a two-point lambda probe 17 (Hinterkat exhaust probe) the course of the probe voltage 21 depending on the lambda value 22 , Shown is a first voltage lambda characteristic 25 for a jump probe (LSF) during natural gas operation of the internal combustion engine 10 wherein the temperature of the catalyst is about 510 ° C. Compared to this first voltage lambda characteristic 25 is still a second voltage lambda characteristic 26 shown, wherein the temperature of the catalyst is now about 700 ° C. It turns out that in a fat area 23 (λ <1) due to the influence of temperature, the probe voltage at higher temperature is up to 100 mV lower in the lean range 24 (λ> 1), the differences are minimal.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Korrektur der Kennlinie geht von einer Interpolation des Sondenspannungssignals in Abhängigkeit der Katalysator-Temperatur aus. The inventive method for correcting the characteristic is based on an interpolation of the probe voltage signal as a function of the catalyst temperature.

Dabei erfolgt die Interpolation zwischen einem Rohsignal der Abgassonde 17 bei niedrigen Katalysator-Temperaturen und einem Signal der Abgassode 17 bei hoher Katalysator-Temperatur. Je nach Temperatur des Katalysators wird die Interpolation entsprechend angepasst. Hierdurch ergibt sich ein weitgehend temperaturunabhängiges Sondensignal in Abhängigkeit des Lambdawertes 22. Eine temperaturkorrigierte Spannungs-Lambda-Kennlinie 27 zeigt den Verlauf für eine Zweipunkt-Lambdasonde, wobei diese mittels der Interpolation berechnet wurde. Diese Kennlinie dient zur Umwandlung der gemessenen Sondenspannung 21 im Abgasstrang in einen Lambdawert 22 im Abgas. Eine fehlerhafte Bestimmung des Lambdawertes 22 infolge der Temperatureinflüsse, wie sie zuvor beschrieben wurden, kann damit verhindert werden.The interpolation takes place between a raw signal of the exhaust gas probe 17 at low catalyst temperatures and a signal of the exhaust gas code 17 at high catalyst temperature. Depending on the temperature of the catalyst, the interpolation is adjusted accordingly. This results in a largely temperature-independent probe signal depending on the lambda value 22 , A temperature-corrected voltage lambda characteristic 27 shows the course for a two-point lambda probe, this was calculated by means of the interpolation. This characteristic is used to convert the measured probe voltage 21 in the exhaust system in a lambda value 22 in the exhaust. An incorrect determination of the lambda value 22 as a result of the temperature influences, as described above, can thus be prevented.

Die temperaturkorrigierte Spannungs-Lambda-Kennlinie 27 kann zudem über das Alter des Katalysators noch weiter korrigiert werden, wobei die temperaturkorrigierte Spannungs-Lambda-Kennlinie 27 mit einer weiteren Korrekturkennlinie verknüpft wird, wobei diese Korrekturkennlinie stärker berücksichtigt wird, wenn der Katalysator neu ist, d.h. mit einer Gewichtung von 100% eingeht, und nur noch teilweise eingeht, d.h. Gewichtungsfaktor < 100%, wenn der Katalysator bereits älter ist. Die temperaturkorrigierte Spannungs-Lambda-Kennlinie 27 wird umso weniger zusätzlich korrigiert, je älter der Katalysator ist. Das Alter des Katalysators kann dabei über seine Sauerstoffspeicherfähigkeit in einem separat durchführbaren Diagnoseprogramm ermittelt werden. Auf diese Weise ergibt sich eine temperatur- und alterkorrigierte Spannungs-Lambda-Kennlinie 28, die nochmals von der temperaturkorrigierten Spannungs-Lambda-Kennlinie 27 abweichen kann, wie dies 2 beispielhaft zeigt.The temperature-corrected voltage lambda characteristic 27 can also be further corrected over the age of the catalyst, the temperature-corrected voltage lambda characteristic 27 is associated with another correction characteristic, this correction characteristic is taken into account more when the catalyst is new, that is received with a weighting of 100%, and only partially received, ie weighting factor <100%, when the catalyst is older. The temperature-corrected voltage lambda characteristic 27 The older the catalyst is, the less corrected it will be. The age of the catalyst can be determined via its oxygen storage capacity in a separately executable diagnostic program. In this way results in a temperature and age corrected voltage lambda characteristic 28 , again from the temperature-corrected voltage lambda characteristic 27 may differ, like this 2 exemplifies.

3 zeigt in einem stark vereinfachten Ablaufdiagramm 30 die Berechnungsschritte schematisch auf. In einer ersten Kennlinienberechnungseinheit 33 wird anhand der Katalysatortemperatur 35, welche modellhaft und/ oder mittels Temperatursensoren bestimmt wird, mittels in einem ersten Kennlinienspeicher 31 abgelegten Spannungs-Lambda-Kennlinien für verschiedene Temperaturen die temperaturkorrigierte Spannungs-Lambda-Kennlinie 27 bestimmt. Je nach Katalysatortemperatur 35 wird die Interpolation entsprechend angepasst. 3 shows in a simplified flow chart 30 the calculation steps schematically. In a first characteristic calculation unit 33 is determined by the catalyst temperature 35 , which is determined model and / or by means of temperature sensors, by means of a first characteristic memory 31 stored voltage lambda curves for different temperatures, the temperature-corrected voltage lambda characteristic 27 certainly. Depending on the catalyst temperature 35 the interpolation is adjusted accordingly.

Optional kann weiterhin vorgesehen sein, dass diese temperaturkorrigierte Spannungs-Lambda-Kennlinie 27 noch weiter hinsichtlich des Alters des Katalysators korrigiert wird. Mit dem Katalysatoralter 36, welches mittels Diagnosefunktionen anhand der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators ermittelt werden kann, wird zunächst in einer Berechnungseinheit 37 ein Gewichtungsfaktor bestimmt, der gleich 1 ist, wenn der Katalysator neu ist, und < 1 ist, wenn der Katalysator bereits älter ist. Mit zunehmenden Katalysatoralter 35 ergibt sich ein immer kleiner werdender Gewichtungsfaktor. Mit dem vom Katalysatoralter 35 abhängigen Gewichtungsfaktor wird in der zweiten Kennlinienberechnungseinheit 34 mittels einer in einem zweiten Kennlinienspeicher 32 hinterlegten Korrekturkennlinie eine altersabhängige Korrekturkennlinie bestimmt, welche über eine Verknüpfung 38 mit der temperaturkorrigierte Spannungs-Lambda-Kennlinie 27 in einer weiteren Kennlinieneinheit 39 zu der temperatur- und alterkorrigierten Spannungs-Lambda-Kennlinie 28 berechnet wird. Mit der gemessenen Sondenspannung 21 kann mit der temperatur- und alterkorrigierten Spannungs-Lambda-Kennlinie 28 der korrekte Lambdawert 22 berechnet werden, der dann für die Lambdaregelung der Brennkraftmaschine 10 verwendet wird.Optionally, it can furthermore be provided that this temperature-corrected voltage lambda characteristic curve 27 is further corrected for the age of the catalyst. With the catalyst age 36 , which can be determined by means of diagnostic functions based on the oxygen storage capacity of the catalyst, is first in a calculation unit 37 determines a weighting factor equal to 1 when the catalyst is new and <1 when the catalyst is already older. With increasing catalyst age 35 results in an ever smaller weighting factor. With the age of the catalyst 35 dependent weighting factor is in the second characteristic calculation unit 34 by means of a in a second characteristic memory 32 stored correction characteristic determines an age-dependent correction characteristic, which via a link 38 with the temperature-corrected voltage lambda characteristic 27 in another characteristic unit 39 to the temperature and age corrected voltage lambda characteristic 28 is calculated. With the measured probe voltage 21 can with the temperature- and age-corrected voltage lambda characteristic 28 the correct lambda value 22 are calculated, then for the lambda control of the internal combustion engine 10 is used.

Die Funktionalität der oben beschriebenen Korrekturfunktionen kann in einer Steuerund Auswerteeinheit als Programmablauf oder als ein Schaltkreis implementiert sein. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die Funktionalität des Korrekturverfahrens in einem in der Motorsteuerung 14 implementierten Software-Modul realisiert ist.The functionality of the above-described correction functions can be implemented in a control and evaluation unit as a program sequence or as a circuit. It can also be provided that the functionality of the correction method in a in the engine control 14 Implemented software module is realized.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (8)

Verfahren zur Korrektur einer Spannungs-Lambda-Kennlinie einer in einem Abgaskanal (18) einer Brennkraftmaschine (10) angeordneten Abgassonde (17), welche als Zweipunkt-Lambdasonde ausgeführt ist und in Strömungsrichtung des Abgases hinter einem Katalysator im Abgaskanal (18) der Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist, wobei die Brennkraftmaschine (10) sowohl mit Benzin als auch mit Erdgas betrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur der Spannungs-Lambda-Kennlinie während des Betriebs mit Erdgas in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur durchgeführt wird.Method for correcting a voltage-lambda characteristic of a voltage in an exhaust gas duct ( 18 ) an internal combustion engine ( 10 ) arranged exhaust gas probe ( 17 ), which is designed as a two-point lambda probe and in the flow direction of the exhaust gas behind a catalyst in the exhaust gas channel ( 18 ) of the internal combustion engine ( 10 ) is arranged, wherein the internal combustion engine ( 10 ) can be operated with both gasoline and natural gas, characterized in that the correction of the voltage-lambda characteristic during operation with natural gas in dependence on the catalyst temperature is performed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Temperatur des Katalysators abhängige Interpolation der Spannungs-Lambda-Kennlinie zwischen einer ersten Spannungs-Lambda-Kennlinie (25) bei kaltem Katalysator und einer zweiten Spannungs-Lambda-Kennlinie (26) bei heißem Katalysator durchgeführt wird und eine für die aktuelle Katalysator-Temperatur temperaturkorrigierte Spannungs-Lambda-Kennlinie (27) bestimmt wird.Method according to Claim 1, characterized in that an interpolation of the voltage / lambda characteristic line, which is dependent on the temperature of the catalytic converter, is established between a first voltage / lambda characteristic curve ( 25 ) with a cold catalyst and a second voltage lambda characteristic ( 26 ) is performed with hot catalyst and a temperature-corrected for the current catalyst temperature voltage lambda characteristic ( 27 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die temperaturkorrigierte Spannungs-Lambda-Kennlinie (27) der Abgassonde (17) für die Lambdaregelung der Brennkraftmaschine (10) verwendet wird.Method according to Claim 2, characterized in that the temperature-corrected voltage lambda characteristic ( 27 ) of the exhaust gas probe ( 17 ) for the lambda control of the internal combustion engine ( 10 ) is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Katalysators mittels Temperatursensoren im Katalysator oder im Abgaskanal (18) der Brennkraftmaschine (10) nach dem Katalysator und/ oder modellhaft aus Motorparametern bestimmt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the temperature of the catalyst by means of temperature sensors in the catalyst or in the exhaust gas channel ( 18 ) of the internal combustion engine ( 10 ) is determined according to the catalyst and / or model of engine parameters. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Korrektur der Spannungs-Lambda-Kennlinie der Abgassonde (17) ein vom Alter des Katalysators abhängiger Korrekturterm berücksichtigt wird. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the correction of the voltage-lambda characteristic of the exhaust gas probe ( 17 ) a correction term dependent on the age of the catalyst is taken into account. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Alter des Katalysators über seine Sauerstoffspeicherfähigkeit bestimmt und der Korrekturterm abhängig vom ermittelten Alter bei der Bestimmung der temperaturkorrigierten Spannungs-Lambda-Kennlinie (27) berücksichtigt wird, wobei der Korrekturterm sich umso schwächer oder stärker auf die Korrektur auswirkt, je älter der Katalysator ist. A method according to claim 5, characterized in that the age of the catalyst determined by its oxygen storage capacity and the correction term depending on the determined age in the determination of the temperature-corrected voltage-lambda characteristic ( 27 ), the correction term being the weaker or stronger the correction, the older the catalyst is. Steuer- und Auswerteeinheit zur Korrektur einer Spannungs-Lambda-Kennlinie einer in einem Abgaskanal (18) einer Brennkraftmaschine (10) angeordneten Abgassonde (17), welche als Zweipunkt-Lambdasonde ausgeführt ist und in Strömungsrichtung des Abgases hinter einem Katalysator im Abgaskanal (18) der Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist, wobei die Brennkraftmaschine (10) sowohl mit Benzin als auch mit Erdgas betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit Einrichtungen, wie Kennlinienspeicher (31, 32), Kennlinienberechnungseinheiten (33, 34) und weitere Berechnungseinheiten (37) aufweist, mit denen das Korrekturverfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 durchführbar ist. Control and evaluation unit for correcting a voltage-lambda characteristic of an exhaust gas channel ( 18 ) an internal combustion engine ( 10 ) arranged exhaust gas probe ( 17 ), which is designed as a two-point lambda probe and in the flow direction of the exhaust gas behind a catalyst in the exhaust gas channel ( 18 ) of the internal combustion engine ( 10 ) is arranged, wherein the internal combustion engine ( 10 ) is operable both with gasoline and with natural gas, characterized in that the control and evaluation unit means, such as characteristic memory ( 31 . 32 ), Characteristic calculation units ( 33 . 34 ) and other calculation units ( 37 ), with which the correction method according to claims 1 to 6 can be carried out. Steuer- und Auswerteeinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionalität des Korrekturverfahrens als Programmablauf oder als ein Schaltkreis in einer Lambdaregelung der Brennkraftmaschine (10) implementiert ist.Control and evaluation unit according to claim 7, characterized in that the functionality of the correction method as a program sequence or as a circuit in a lambda control of the internal combustion engine ( 10 ) is implemented.
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