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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, wobei die Abgasanlage über eine Breitbandlambdasonde verfügt, die zumindest eine Messnernstzelle sowie eine Pumpzelle aufweist, wobei die Breitbandlambdasonde einen mit einer Abgasleitung über eine Diffusionsbarriere verbundenen Hohlraum aufweist, dem die Pumpzelle und die Messnernstzelle zugeordnet sind, und wobei ein Pumpstrom der Pumpzelle anhand des mittels der Messnernstzelle bestimmten Sauerstoffpartialdrucks in dem Hohlraum eingestellt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine.
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Die Abgasanlage dient dem Abführen von Abgas, welches beispielsweise von einer Antriebseinrichtung, insbesondere der Brennkraftmaschine, erzeugt wird. Von der Brennkraftmaschine erzeugtes Abgas, insbesondere das gesamte von der Brennkraftmaschine erzeugte Abgas, wird insoweit über die Abgasanlage abgeführt, beispielsweise in Richtung einer Außenumgebung der Brennkraftmaschine. Zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrads sowie zur Einhaltung von Schadstoffgrenzwerten, verfügt die Abgasanlage über wenigstens eine Lambdasonde, welche als Breitbandlambdasonde ausgebildet sein kann. Eine derartige Breitbandlambdasonde weist einen Hohlraum auf, welcher mit der Abgasleitung, welche von dem Abgas der Brennkraftmaschine durchströmt wird, in Strömungsverbindung steht, vorzugsweise über die Diffusionsbarriere. Dem Hohlraum sind die Pumpzelle und die Messnernstzelle zugeordnet.
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Mithilfe der Messnernstzelle wird der Sauerstoffpartialdruck in dem Hohlraum bestimmt. Anhand des Messwerts der Messnernstzelle wird der Pumpstrom der Pumpzelle eingestellt, insbesondere steuernd und/oder regelnd eingestellt. Die Pumpzelle dient dabei dem Pumpen von Sauerstoff in den Hohlraum hinein oder aus dem Hohlraum heraus, wobei dieses Pumpen in Abhängigkeit von dem Pumpstrom erfolgt. Der Pumpstrom der Pumpzelle wird anhand des Messwerts der Messnernstzelle derart eingestellt, dass sich der bestimmte Sauerstoffpartialdruck in dem Hohlraum einstellt. Beispielsweise wird dazu eine an der Messnernstzelle abgegriffene Spannung auf eine bestimmte Spannung, insbesondere 450 mV, steuernd und/oder regelnd eingestellt. Insbesondere entspricht der Sauerstoffpartialdruck einem Lambdawert von Eins. Der Pumpstrom der Pumpzelle entspricht – falls der bestimmte Sauerstoffpartialdruck in dem Hohlraum vorliegt – dem in dem Abgas vorliegenden Sauerstoffpartialdruck.
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Die Pumpzelle weist beispielsweise eine erste Pumpelektrode auf, welche unmittelbar dem Abgas ausgesetzt ist. Eine zweite Pumpelektrode ist dagegen in dem Hohlraum angeordnet. Vorzugsweise sind beide Pumpelektroden an demselben Festelektrolytkörper angeordnet, welcher beispielsweise aus Keramik besteht. Auch die Messnernstzelle weist zwei Elektroden auf, nämlich eine erste Messelektrode und eine zweite Messelektrode. Die erste Messelektrode ist in dem Hohlraum angeordnet, während die zweite Messelektrode in einem Referenzgas, beispielsweise Außenluft, vorliegt. Die Breitbandlambdasonde ermöglicht die Bestimmung des in dem Abgas vorliegenden Sauerstoffpartialdrucks beziehungsweise des Lambdawerts in einem größeren Messbereich als eine Sprunglambdasonde. Allerdings ist die Genauigkeit der Breitbandlambdasonde derjenigen der Sprunglambdasonde, welche im Wesentlichen aus einer Nernstzelle besteht, deutlich unterlegen. Insbesondere weicht sie um einen Offsetwert von dem tatsächlichen Sauerstoffpartialdruck beziehungsweise Lambdawert ab. Der Offsetwert wird beispielsweise von einer Alterung der Breitbandlambdasonde beeinflusst.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 10 2004 048 318 A1 bekannt. Diese beschreibt ein Sensorelement zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten in einem Gasgemisch, insbesondere der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas von Brennkraftmaschinen, mit zwei zusammen mit einem Festelektrolyten eine Pumpzelle bildenden Elektroden, deren Außenpumpenelektrode über eine poröse Schutzschicht dem Gasgemisch ausgesetzt ist, und mit einer am Festelektrolyten angeordneten, einem Referenzgas ausgesetzten Referenzelektrode, die mit dem Festelektrolyten und einer Nernstelektrode eine Konzentrations- oder Nernstzelle bildet. Dabei soll wenigstens zeitweise die Nernstspannung zwischen der Außenpumpenelektrode und der Nernstelektrode abgegriffen und ausgewertet werden.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welche gegenüber dem Stand der Technik Vorteile aufweist, insbesondere eine höhere Genauigkeit ermöglicht.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Breitbandlambdasonde anhand eines mittels einer in der Breitbandlambdasonde vorliegenden Kalibrationsnernstzelle bestimmten Sauerstoffpartialdrucks kalibriert wird. Wie bereits vorstehend erläutert, weist eine Nernstzelle eine deutlich größere Genauigkeit auf als die Breitbandlambdasonde. Allerdings ist der Messbereich deutlich geringer und bewegt sich beispielsweise in einem Bereich von λ = 0,98 bis 1,02. Ein solcher Messbereich reicht insbesondere für direkteinspritzende Brennkraftmaschinen nicht aus, weil dort zum einen häufig mit einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch gearbeitet wird, um eine Verbrauchssenkung zu erzielen. Zum anderen soll zumindest zeitweise ein Speicherkatalysator regeneriert werden. Zu diesem Zweck sind fette Kraftstoff-Luft-Gemische notwendig.
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Allerdings ermöglicht zwar die Breitbandlambdasonde einen großen Messbereich, ist jedoch ungenauer. Aus diesem Grund kann zum Kalibrieren der Breitbandlambdasonde beispielsweise eine Sprunglambdasonde herangezogen werden, welche der Kalibrationsnernstzelle entspricht oder diese zumindest enthält. Die Sprunglambdasonde ist dabei insbesondere stromabwärts eines Katalysators angeordnet, während die Breitbandlambdasonde stromaufwärts von diesem vorliegt. Das bedeutet, dass das Abgas zunächst die Breitbandlambdasonde überströmt, anschließend den Katalysator durchläuft und erst anschließend die Sprunglambdasonde erreicht. Daraus resultiert zum einen ein zeitlicher Versatz zwischen dem Überströmen der Breitbandlambdasonde und dem Erreichen der Sprunglambdasonde durch das Abgas, zum anderen laufen in dem Katalysator chemische Reaktionen ab, welche Zusammensetzungen des Abgases verändert. Entsprechend kann das Kalibrieren, welches beispielsweise mithilfe einer Regelung erfolgt, äußerst langsam durchgeführt werden, um ein zu starkes Schwingen des Korrekturwerts beziehungsweise Offsetwerts zu vermeiden.
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Aus diesem Grund ist es nun vorgesehen, das Kalibrieren nicht mithilfe einer externen Sprunglambdasonde durchzuführen, welche strömungstechnisch von der Breitbandlambdasonde entfernt vorliegt, sondern die Kalibrationsnernstzelle heranzuziehen, welche in der Breitbandlambdasonde vorliegt. Mithilfe der Kalibrationsnernstzelle wird insoweit der in dem Abgas vorliegende Sauerstoffpartialdruck ermittelt und mit dem mithilfe der Breitbandlambdasonde bestimmten Sauerstoffpartialdruck verglichen. Alternativ können selbstverständlich auch mit den Sauerstoffpartialdrücken korrespondierende Werte, beispielsweise Lambdawerte, Spannungen oder dergleichen, miteinander verglichen werden. Weichen die beiden Sauerstoffpartialdrücke voneinander ab, so wird der Offsetwert korrigiert, sodass nachfolgend der Sauerstoffpartialdruck der Breitbandlambdasonde mit dem Sauerstoffpartialdruck der Kalibrationsnernstzelle übereinstimmt.
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Weil wie bereits erläutert die Kalibrationsnernstzelle einen vergleichsweise kleinen Messbereich hat, kann es vorgesehen sein, die Brennkraftmaschine während des Kalibrierens mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch zu betreiben, welches einen bestimmten Sauerstoffpartialdruck in dem Abgas beziehungsweise einem bestimmten Lambdawert in dem Abgas entspricht. Besonders bevorzugt wird ein Lambdawert von Eins verwendet. Der Messbereich der Kalibrationsnernstzelle erstreckt sich üblicherweise um einen Lambdawert von Eins herum. Mithilfe des Kalibrierens wird die Breitbandlambdasonde derart eingestellt, dass die tatsächliche Abgaszusammensetzung einer vorgegebenen Abgaszusammensetzung entspricht. Diese ist beispielsweise derart gewählt, dass mithilfe des Katalysators eine optimale Konvertierung der der in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe erzielt wird.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass bei einem Kalibrieren ein Offsetwert der Breitbandlambdasonde bestimmt wird, der bei einem Ermitteln eines Lambdawerts aus dem Pumpstrom der Pumpzellen herangezogen wird. Wie bereits vorstehend erläutert, dient das Kalibrieren im Wesentlichen dazu, den Offsetwert zu ermitteln. Der Offsetwert entspricht idealerweise der Differenz zwischen dem mithilfe der Breitbandlambdasonde zunächst ermittelten Sauerstoffpartialdruck und dem tatsächlich in dem Abgas vorliegenden Sauerstoffpartialdruck. Wird der Offsetwert dem unter Verwendung der Breitbandlambdasonde ermittelten Sauerstoffpartialdruck zugeschlagen, so wird ein Sauerstoffpartialdruck erhalten, welcher dem tatsächlichen Sauerstoffpartialdruck im Wesentlichen entspricht. Der Offsetwert wird mithin bei dem Ermitteln des Lambdawerts aus dem Pumpstrom der Pumpzelle herangezogen. Wie bereits vorstehend erläutert, ist der Pumpstrom der Pumpzelle ein Maß für den in dem Abgas vorliegenden Sauerstoffpartialdruck. Aus dem Sauerstoffpartialdruck beziehungsweise dem Pumpstrom kann nun der Lambdawert ermittelt werden, wobei dies vorzugsweise unter Heranziehung des Offsetwerts geschieht, um den Fehler der Breitbandlambdasonde auszugleichen.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass als Kalibrationsnernstzelle die Messnernstzelle verwendet wird, wobei das Einstellen des Sauerstoffpartialdrucks in dem Hohlraum in einer ersten Betriebsart der Abgasanlage und das Kalibrieren in einer zweiten Betriebsart vorgenommen wird. In einer ersten Variante ist also vorgesehen, dass keine separate Kalibrationsnernstzelle vorliegt, sondern vielmehr die Messnernstzelle zum Zwecke des Kalibrierens herangezogen wird. Beispielsweise wird zu diesem Zweck aus der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart umgeschaltet. In der ersten Betriebsart dient die Breitbandlambdasonde dem Ermitteln des in dem Abgas vorliegenden Sauerstoffpartialdruck, während in der zweiten Betriebsart das Kalibrieren durchgeführt wird.
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Weil die Messnernstzelle als Kalibrationsnernstzelle verwendet wird, sind das gleichzeitige Bestimmen des in dem Abgas vorliegenden Sauerstoffpartialdrucks aus dem Pumpstrom der Pumpzelle und das Kalibrieren nicht möglich, da beide Funktionen auf die Messnernstzelle zurückgreifen. Allerdings kann es, wie bereits vorstehend angedeutet, vorgesehen sein, während des Kalibrierens die Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben wird, für welches in dem Abgas ein Lambdawert von Eins beziehungsweise ein diesem Lambdawert entsprechender Sauerstoffpartialdruck vorliegt. Entsprechend kann in der zweiten Betriebsart der Lambdawert mithilfe der Messnernstzelle unmittelbar ermittelt werden. Um das Kalibrieren in der zweiten Betriebsart vornehmen zu können, ist es notwendig, dass in dem Hohlraum derselbe Sauerstoffpartialdruck vorliegt wie in dem Abgas, das die Abgasleitung durchströmt. Entsprechend muss nach dem Umschalten in die zweite Betriebsart zunächst das Verstreichen einer bestimmten Zeitspanne abgewartet werden, wobei diese Zeitspanne derart gewählt wird, dass sich der Sauerstoffpartialdruck in dem Hohlraum über die Diffusionsbarriere dem Sauerstoffpartialdruck des Abgases in der Abgasleitung angleicht.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kalibrationsnernstzelle aus jeweils wenigstens einer Elektrode der Messnernstzelle und der Pumpzelle gebildet wird. Eingangs wurde bereits erläutert, dass sowohl die Messnernstzelle als auch die Pumpzelle jeweils aus wenigstens zwei Elektroden bestehen. In der ersten Betriebsart, welche mithin einem Normalbetrieb der Breitbandlambdasonde entspricht, sind die Elektroden der Messnernstzelle einerseits und die Elektroden der Pumpzelle andererseits miteinander verschaltet. Während des Kalibrierens, insbesondere also in der zweiten Betriebsart, kann es jedoch vorgesehen sein, dass eine der Elektroden der Messnernstzelle und eine der Elektroden der Pumpzelle schaltungstechnisch der Kalibrationsnernstzelle zugeordnet werden.
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Auch für diese Variante gilt, dass während des Kalibrierens der Lambdawert nicht aus dem Pumpstrom der Pumpzelle ermittelt werden kann. Entsprechend muss beispielsweise gemäß den vorstehenden Ausführungen die Brennkraftmaschine mit dem bestimmten Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben werden. Vorzugsweise werden die in dem Abgas der Abgasleitung angeordnete Elektrode der Pumpzelle und die in dem Referenzgas angeordnete Elektrode der Messnernstzelle zur Bildung der Kalibrationsnernstzelle herangezogen. Entsprechend ist es unerheblich, welcher Sauerstoffpartialdruck tatsächlich in dem Hohlraum vorliegt. Insoweit kann bei einer derartigen Vorgehensweise das Kalibrieren unmittelbar nach dem Umschalten in die zweite Betriebsart durchgeführt werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Kalibrationsnernstzelle eine zusätzliche Nernstzelle in der Breitbandlambdasonde bereitgestellt wird. Entsprechend wird eine weitere Nernstzelle ausgebildet, welche während dem Kalibrieren als Kalibrationsnernstzelle dient. Diese zusätzliche Nernstzelle liegt neben der Pumpzelle und der Messnernstzelle vor. Das Ausbilden der Elektroden der Kalibrationsnernstzelle, der Pumpzelle und/oder der Messnernstzelle erfolgt vorzugsweise durch Ätzen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Pumpstrom und ein Messwert der Kalibrationsnernstzelle als Eingangsgrößen einer Vorkatlambdaregelung verwendet werden. Die Vorkatlambdaregelung wird insoweit auf Grundlage der von der Breitbandlambdasonde bereitgestellten Messwerte, nämlich dem Pumpstrom und dem Messwert der Kalibrationsnernstzelle, durchgeführt. Als Ausgangsgröße der Vorkatlambdaregelung ergibt sich das an der Brennkraftmaschine einzustellende Kraftstoff-Luft-Gemisch beziehungsweise die Zusammensetzung dieses Kraftstoff-Luft-Gemischs.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Breitbandlambdasonde stromaufwärts eines Katalysators der Abgasanlage angeordnet wird, wobei eine Nachkatlambdasonde stromabwärts des Katalysators vorgesehen ist. Die Nachkatlambdasonde ist beispielsweise als Sprunglambdasonde ausgeführt. Insoweit ergibt sich die bereits eingangs erläuterte Anordnung der Lambdasonden.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mittels eines Messwerts der Nachkatlambdasonde eine Trimmregelung durchgeführt wird. Die Trimmregelung dient einer Genauigkeitsverbesserung der Regelung der Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemischs. Die Trimmregelung wird insoweit zusätzlich zu der Vorkatlambdaregelung durchgeführt, insbesondere ist sie dieser vorgeschaltet. Die Trimmregelung wird vorzugsweise mithilfe eines PI-Reglers vorgenommen.
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Schließlich kann vorgesehen sein, dass während des Kalibrierens die Verstärkung eines Integralanteils der Trimmregelung anhand eines Messwerts der Kalibrationsnernstzelle eingestellt wird. Wie bereits erläutert, erfolgt die Trimmregelung beispielsweise anhand eines PI-Reglers, weist also sowohl einen Proportionalanteil als auch ein Integralanteil auf. Der Integralteil der Trimmregelung ist insbesondere dazu vorgesehen, den Offset der Breitbandlambdasonde zu korrigieren. Er entspricht dabei vorzugsweise dem Offsetwert der Breitbandlambdasonde. Während der Proportionalanteil der Trimmregelung beispielsweise anhand des Messwerts der Nachkatlambdasonde durchgeführt wird, soll nun der Integralanteil von dem Messwert der Kalibrationsnernstzelle beeinflusst werden, insbesondere wird die Verstärkung des Integralanteils anhand des Messwerts eingestellt.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den vorstehenden Ausführungen, mit einer Breitbandlambdasonde, die zumindest eine Messnernstzelle sowie eine Pumpzelle aufweist, wobei die Breitbandlambdasonde einen mit einer Abgasleitung über eine Diffusionsbarriere verbundenen Hohlraum aufweist, dem die Pumpzelle und die Messnernstzelle zugeordnet sind, und wobei vorgesehen ist, einen Pumpstrom der Pumpzelle anhand des mittels der Messnernstzelle bestimmten Sauerstoffpartialdrucks in dem Hohlraum einzustellen. Dabei ist weiter vorgesehen, dass die Abgasanlage dazu ausgebildet ist, die Breitbandlambdasonde anhand eines mittels einer in der Breitbandlambdasonde vorliegende Kalibrationsnernstzelle bestimmten Sauerstoffpartialdrucks zu kalibrieren. Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Abgasanlage beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits eingegangen. Sowohl die Abgasanlage als auch das Verfahren können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine,
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2 eine schematische Darstellung einer Breitbandlambdasonde, und
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3 ein Ablaufdiagramm einer Vorkatlambdaregelung sowie einer Trimmregelung.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Abgasanlage 1, wobei beispielsweise ein Katalysator 2 über eine Abgasleitung 3 an eine Brennkraftmaschine angeschlossen ist, beispielsweise über einen Abgaskrümmer 4. Auf der der Abgasleitung 3 abgewandten Seite des Katalysators 2 ist eine weitere Abgasleitung 5 an den Katalysator 2 angeschlossen, welcher beispielsweise in ein Endrohr der Abgasanlage 1 mündet. Der Abgasanlage 1 wird Abgas der Brennkraftmaschine zugeführt, welche, insbesondere über den Abgaskrümmer 4, in die Abgasleitung 3, aus dieser in den Katalysator 2 und anschließend durch die Abgasleitung 5 strömt, beispielsweise in Richtung einer Außenumgebung der Brennkraftmaschine beziehungsweise der Abgasanlage 1. Die Strömungsrichtung des Abgases ist dabei durch die Pfeile 6 angedeutet.
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Bezüglich dieser Strömungsrichtung stromaufwärts des Katalysators 2 ist eine erste Lambdasonde 7 angeordnet, welche als Breitbandlambdasonde ausgeführt ist. Mithilfe der Lambdasonde 7 kann der Sauerstoffpartialdruck in dem Abgas stromaufwärts des Katalysators 2 ermittelt werden. Stromabwärts des Katalysators 2 ist eine zweite Lambdasonde 8 vorgesehen. Diese dient ebenfalls der Ermittlung des Sauerstoffpartialdrucks in dem Abgas, jedoch stromabwärts des Katalysators 2. Die Lambdasonde 8 ist vorzugsweise als Sprunglambdasonde ausgeführt.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung der Breitbandlambdasonde 7. Diese weist einen Hohlraum 9 auf, welcher über eine Diffusionsbarriere 10 mit der Abgasleitung 3 strömungsverbunden ist. Dem Hohlraum 9 sind eine Pumpzelle 11 sowie eine Messnernstzelle 12 zugeordnet. Die Pumpzelle 11 verfügt über wenigstens zwei Elektroden 13 und 14, welche vorzugsweise auf einem Substrat 15 aufgebracht sind. Die Elektrode 13 liegt dabei in der Abgasleitung 3 vor beziehungsweise wird zumindest von dem Abgas überströmt, welches die Abgasleitung 3 durchströmt. Die Elektrode 14 ist dagegen in dem Hohlraum 9 angeordnet. Die Messnernstzelle 12 verfügt über Elektroden 16 und 17, wobei diese ebenfalls auf einem Substrat 18 vorliegen. Die Substrate 15 und 18 können materialeinheitlich und/oder einstückig ausgebildet sein. Es ist auch eine mehrstückige Ausgestaltung realisierbar, wobei die Substrate 15 und 18 jedoch vorzugsweise aus demselben Material bestehen.
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Die Pumpzelle 11 dient dazu, Sauerstoff durch das Substrat 15 zwischen dem Abgas der Abgasleitung 5 und dem Hohlraum 9 zu pumpen. Das Pumpen kann dabei entweder in Richtung der Abgasleitung 5 oder in Richtung des Hohlraums 9 erfolgen, was durch den Doppelpfeil 19 angedeutet ist. Die Pumpwirkung und Pumprichtung der Pumpzelle 11 wird durch den eingestellten Pumpstrom beeinflusst. Beispielsweise wird die Pumpzelle 11 mittels einer Stromquelle 20 derart beaufschlagt, dass sich der gewünschte Pumpstrom einstellt.
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Die Messnernstzelle 12 dient dem Bestimmen des Sauerstoffpartialdrucks, welcher in dem Hohlraum 9 vorliegt. Zu diesem Zweck ist die Elektrode 16 in dem Hohlraum 9 angeordnet, während die Elektrode 17 derart angeordnet ist, dass sie einem Referenzgas, beispielsweise Außenluft, ausgesetzt ist. Zwischen den beiden Elektroden 16 und 17 kann eine Spannung abgegriffen werden, welche von der Differenz zwischen dem Sauerstoffpartialdruck in dem Hohlraum 9 und dem Sauerstoffpartialdruck des Referenzgases abhängt.
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Zur Realisierung der Breitbandlambdasonde 7 ist es nun vorgesehen, den Pumpstrom der Pumpzelle 11 derart einzustellen, dass sich in dem Hohlraum 9 ein bestimmter Sauerstoffpartialdruck beziehungsweise ein bestimmter Lambdawert einstellt. Insbesondere wird ein Lambdawert von Eins beziehungsweise ein diesem entsprechender Sauerstoffpartialdruck verwendet. Zu diesem Zweck wird mithilfe der Messnernstzelle 12 der Sauerstoffpartialdruck in dem Hohlraum 9 ermittelt und der Pumpstrom zur Erzielung des gewünschten Sauerstoffpartialdrucks in dem Hohlraum 9 eingestellt, insbesondere steuernd und/oder regelnd eingestellt. Liegt nun in dem Hohlraum 9 der gewünschte Sauerstoffpartialdruck vor, so ist der Pumpstrom der Pumpzelle 11 ein Maß für den Sauerstoffpartialdruck des Abgases, welches die Abgasleitung 5 durchströmt.
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Die Breitbandlambdasonde 7 weist einen im Vergleich mit der Messnernstzelle 12 größeren Messbereich auf. Ihre Genauigkeit ist jedoch geringer, insbesondere weicht der mithilfe der Breitbandlambdasonde 7 ermittelte Sauerstoffpartialdruck in dem Abgas um einen Offsetwert von dem tatsächlich vorliegenden Sauerstoffpartialdruck ab. Die Größe des Offsetwerts wird insbesondere durch eine Alterung der Breitbandlambdasonde 7 bewirkt. Aus diesem Grund ist es nun vorgesehen, dass die Breitbandlambdasonde 7 eine Kalibrationsnernstzelle aufweist, anhand welcher sie kalibriert wird. Beispielsweise liegt die Kalibrationsnernstzelle in Form einer zusätzlichen Nernstzelle 21 vor, welche Elektroden 22 und 23 aufweist. Die Elektrode 22 ist derart angeordnet, dass sie von dem in der Abgasleitung 5 befindlichen Abgas überströmt wird. Die Elektrode 23 ist dagegen analog zu der Elektrode 17 in einem Referenzgas vorgesehen. Insbesondere sind die Elektroden 17 und 23 demselben Referenzgas ausgesetzt, beispielsweise indem sie in einem gemeinsamen Raum angeordnet sind.
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Die 3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Vorkatlambdaregelung sowie einer Trimmregelung. Erkennbar ist hier nun, dass eine Brennkraftmaschine 24 vorgesehen ist, welche dem Katalysator 2 über die Abgasleitung 3 Abgas zuführt. An der Brennkraftmaschine 24 wird über einen Signalpfad 25 ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis eingestellt. Dieses Einstellen wird mittels einer Vorkatlambdaregelung 26 vorgenommen. Dieser wird zum einen über einen Signalpfad 27 einem Messwert der Breitbandlambdasonde 7 sowie über einen Signalpfad 28 der Ausgangswert einer Trimmregelung 29 zugeführt. Der Trimmregelung 29 wiederum, welche beispielsweise als PI-Regelung ausgeführt ist, werden über einen Signalpfad 30 ein Messwert der zweiten Lambdasonde 8 sowie über einen Signalpfad 31 ein Sollwert 32 zugeführt. Der Sollwert entspricht beispielsweise einem Lambdawert von Eins beziehungsweise dem korrespondierenden Sauerstoffpartialdruck. Insbesondere liegt der Sollwert 32 in Form einer entsprechenden Spannung vor.
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Die Trimmregelung 29 weist sowohl einen Proportionalanteil als auch einen Integralanteil auf. Es ist nun vorgesehen, dass der Proportionalanteil allein auf Grundlage des Messwerts der zweiten Lambdasonde 8 ermittelt wird. Der Integralanteil soll dagegen anhand des Messwerts der Kalibrationsnernstzelle der Breitbandlambdasonde 7 ermittelt beziehungsweise eingestellt werden. Vorzugsweise wird dazu die Verstärkung des Integralanteils aus dem Messwert der Kalibrationsnernstzelle ermittelt, insbesondere anhand einer mathematischen Beziehung, einer Tabelle und/oder einem Kennfeld. Insoweit kann die hier dargestellte Trimmregelung 29 lediglich den Proportionalanteil enthalten, während der Integralanteil mittels einer separaten Regelung 33 ermittelt wird, der über einen Signalpfad 34 beispielsweise die Differenz zwischen dem Messwert der Kalibrationsnernstzelle, insbesondere also der Nernstzelle 21, und dem Messwert der Breitbandlambdasonde 7 zugeführt wird. Über einen Signalpfad 35 wird eine Ausgangsgröße der Regelung 33 der Vorkatlambdaregelung 26 als Eingangsgröße zugeführt.
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Es wird deutlich, dass mit der hier vorgeschlagenen Kalibrierung der Breitbandlambdasonde 7 die Abhängigkeit von der zweiten Lambdasonde 8 und mithin der Laufzeit des Abgases durch den Katalysator 2 verringert wird. Entsprechend ist eine deutlich schnellere Durchführung des Kalibrierens möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgasanlage
- 2
- Katalysator
- 3
- Abgasleitung
- 4
- Abgaskrümmer
- 5
- Abgasleitung
- 6
- Pfeil
- 7
- 1. Lambdasonde
- 8
- 2. Lambdasonde
- 9
- Hohlraum
- 10
- Diffusionsbarriere
- 11
- Pumpzelle
- 12
- Messnernstzelle
- 13
- Elektrode
- 14
- Elektrode
- 15
- Substrat
- 16
- Elektrode
- 17
- Elektrode
- 18
- Substrat
- 19
- Doppelpfeil
- 20
- Stromquelle
- 21
- Nernstzelle
- 22
- Elektrode
- 23
- Elektrode
- 24
- Brennkraftmaschine
- 25
- Signalpfad
- 26
- Vorkatlambdaregelung
- 27
- Signalpfad
- 28
- Signalpfad
- 29
- Trimmregelung
- 30
- Signalpfad
- 31
- Signalpfad
- 32
- Sollwert
- 33
- Regelung
- 34
- Signalpfad
- 35
- Signalpfad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004048318 A1 [0005]
