DE102015224465A1

DE102015224465A1 - Method and apparatus for operating a lambda probe of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle

Info

Publication number: DE102015224465A1
Application number: DE102015224465.2A
Authority: DE
Inventors: Magnus Labbe; Michael Fey; Stefan Haller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2015-12-07
Publication date: 2017-06-08

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Lambdasonde eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine, wobei eine Heizung zum Beheizen der Lambdasonde vorgesehen ist, und wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Signal-Bandbreite einer an der Lambdasonde anliegenden Spannung (300) ausgewertet wird (320, 325) und als Ergebnis der Auswertung (320, 325) auf eine funktionstüchtige und/oder diagnosefähige Lambdasonde geschlossen wird (330, 335).The present invention relates to a method and a device for operating a lambda probe of an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine, wherein a heater for heating the lambda probe is provided, and wherein it is provided in particular that the signal bandwidth of a voltage applied to the lambda probe voltage (300) is evaluated (320, 325) and is closed as a result of the evaluation (320, 325) on a functional and / or diagnostic lambda probe (330, 335).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Lambdasonde einer Brennkraftmaschine, wobei eine Heizung zum Beheizen der Lambdasonde vorgesehen ist. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm, ein maschinenlesbarer Datenträger zur Speicherung des Computerprogramms und ein elektronisches Steuergerät, mittels derer das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist. The invention relates to a method and a device for operating a lambda probe of an internal combustion engine, wherein a heater is provided for heating the lambda probe. The present invention also relates to a computer program, a machine-readable data carrier for storing the computer program and an electronic control unit, by means of which the method according to the invention can be carried out.

Stand der Technik State of the art

Eine in einem Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine angeordnete Lambdasonde zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten im Abgas der Brennkraftmaschine geht aus DE 199 41 051 A1 hervor und weist einen aus Festelektrolytschichten zusammengesetzten, keramischen Sondenkörper auf, in dessen dem Messgas ausgesetzten Körperendabschnitt gassensitive Elektroden sowie ein(e) unterhalb der Elektrodenanordnung liegende elektrische Widerstandsheizung bzw. -heizer angeordnet sind. Die Elektroden und die Widerstandsheizung sind über im Sondenkörper bis zu einem anschlussseitigen Körperendabschnitt des Sondenkörpers verlaufende elektrische Leiterbahnen an eine zu einem Steuergerät führende Anschlussleitung anschließbar. Die Elektrodenanordnung umfasst eine Nernst- oder Messelektrode und eine Referenzelektrode, die mit dem Festelektrolyten eine elektrochemische Nernstzelle bilden. Die Referenzelektrode ist in einem mit einem Referenzgas, z.B. Luft, beaufschlagten Referenzgaskanal angeordnet. A arranged in an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine lambda probe for determining the concentration of gas components in the exhaust gas of the internal combustion engine goes out DE 199 41 051 A1 and has a ceramic probe body composed of solid electrolyte layers, in the body end portion of which the measurement gas is exposed, gas-sensitive electrodes and an electrical resistance heater or heater located below the electrode arrangement are arranged. The electrodes and the resistance heating can be connected to electrical leads extending in the probe body up to a connection-side body end section of the probe body to a connection lead leading to a control unit. The electrode arrangement comprises a Nernst or measuring electrode and a reference electrode which form an electrochemical Nernst cell with the solid electrolyte. The reference electrode is arranged in a reference gas channel charged with a reference gas, eg air.

In eine Lambdasonde kann nun aufgrund ihrer Bauweise bekanntermaßen Feuchtigkeit eintreten, wodurch die Funktionstüchtigkeit der Sonde beeinträchtigt wird. Due to their design, moisture can now enter into a lambda probe, as a result of which the functionality of the probe is impaired.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, bei einer hier betroffenen Lambdasonde einer Brennkraftmaschine sich ein durch Feuchtigkeit in der Sonde bzw. einer elektrischen Zuleitung hervorgerufenes elektrisches Übersprechen bzw. eine entsprechende, durch die Heizung und ggf. durch Feuchtigkeit hervorgerufene elektrische Spannungseinkopplung, nachfolgend auch als „Heizungseinkopplung“ bezeichnet, dahingehend zunutze zu machen, um die Funktionstüchtigkeit und/oder Diagnosefähigkeit der Sonde zu überprüfen. The invention is based on the idea that, in the case of a lambda probe of an internal combustion engine affected here, an electrical crosstalk caused by moisture in the probe or an electrical lead or a corresponding electrical voltage injection caused by the heater and, if necessary, by moisture, hereinafter also referred to as " Heater Coupling "means to take advantage of this to verify the functionality and / or diagnostic capability of the probe.

Insbesondere wird vorgeschlagen, eine heizungsspannungs- und innenwiderstandsabhängige Auswertung einer durch wenigstens zwei Heizzustände bzw. Schaltzustände der Heizung hervorgerufene Signal-Bandbreite einer an der Sonde anliegenden Spannung, insbesondere der Betriebsspannung der Sonde, vorzunehmen. In particular, it is proposed to carry out a heating voltage and internal resistance-dependent evaluation of a signal bandwidth caused by at least two heating states or switching states of the heating of a voltage applied to the probe, in particular the operating voltage of the probe.

Die genannte Heizungseinkopplung führt zu einer elektrischen Spannungsdifferenz B = E_A – E_E, welche der genannten Signal-Bandbreite entspricht, wobei E_A der elektrischen Spannungseinkopplung bei Heizung AUS und E_E der elektrischen Spannungseinkopplung bei Heizung EIN entspricht. Said heating coupling leads to an electrical voltage difference B = E _A - E _E , which corresponds to said signal bandwidth, wherein E _{A of} the electrical voltage coupling in heating OFF and E _{E of} the electrical voltage coupling at heating corresponds to ON.

Dabei liegt insbesondere der technische Effekt zugrunde, dass ein elektrischer Nebenschluss über ein zwischen einer eingangs erwähnten Widerstandsheizung und einer Signalleitung befindliches Material erfolgt, oder dass bei vorliegender Feuchtigkeit z.B. in dem genannten Material durch das Beheizen der Sonde die Feuchtigkeit in einen Steckerbereich der elektrischen Zuleitung hineingepresst wird, wodurch ein elektrischer Nebenschluss mit der Heizung verursacht wird, welcher im Ergebnis die Signal-Bandbreite beeinflusst, insbesondere vergrößert. This is based in particular on the technical effect that an electrical shunt takes place via a material located between a resistance heater and a signal line mentioned above, or that in the presence of moisture, e.g. in said material by the heating of the probe, the moisture is pressed into a plug portion of the electrical supply line, whereby an electrical shunt with the heater is caused, which in the result affects the signal bandwidth, in particular increases.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sich die Einkopplung auch dahingehend zunutze machen, dass anhand einer über die Signal-Bandbreite indirekt erfassten Einkopplung nicht nur erkannt wird, ob die Lambdasonde überhaupt funktionsfähig bzw. diagnosefähig ist, sondern auch, ob diese als defekt und damit völlig unbrauchbar einzustufen ist. So wird bei erkannter, persistenter Einkopplung auf eine insbesondere aufgrund von Feuchtigkeit defekte Lambdasonde geschlossen. Ergibt sich allerdings, dass die Einkopplung nicht persistent, sondern nur vorübergehend erfolgt, wird nach abgeklungener Einkopplung auf eine funktionstüchtige, insbesondere diagnosefähige Sonde geschlossen. The method according to the invention can also make use of the coupling in such a way that it is not only recognized by means of a coupling detected indirectly via the signal bandwidth whether the lambda probe is functional or capable of diagnosis at all, but also whether it is classified as defective and thus completely unusable is. Thus, when detected, persistent coupling is closed on a particular due to moisture defective lambda probe. If, however, it results that the coupling is not persistent, but only temporary, after a decayed coupling to a functional, in particular diagnosable probe is closed.

Ferner liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass die Höhe der Heizungseinkopplung von dem Aufheizvorgang selbst abhängt. So nimmt die Einkopplung während der Aufheizphase der Sonde zwar zunächst zu, da bei noch kalter Sonde etwa vorhandene Feuchtigkeit in der genannten Weise in den Stecker hineingepresst wird, jedoch hängt der weitere zeitliche Verlauf der Einkopplung, insbesondere im Bereich von 5–10 s, erheblich von der Heizleistung ab, wobei eine relativ hohe Heizleistung zu einer schnellen Abnahme der Einkopplung führt, jedoch eine relativ geringe Heizleistung eine über einen längeren Zeitraum von z.B. 50–100 s im Wesentlichen konstante Einkopplung bewirkt. Hierbei liegt der weitere Effekt zugrunde, dass eine relativ große Heizleistung zu einer schnellen Trocknung bzw. Beseitigung der Feuchtigkeit führt, wodurch wiederum die Einkopplung verringert wird. Furthermore, the invention is based on the finding that the amount of heating input depends on the heating process itself. Although the coupling initially increases during the heating phase of the probe, since moisture present in the probe is pressed into the connector while the probe is still cold, the further temporal course of the coupling, in particular in the range of 5-10 s, depends considerably from the heating power, with a relatively high heating power leads to a rapid decrease in coupling, but a relatively low heat output over a long period of eg 50-100 s causes substantially constant coupling. This is based on the further effect that a relatively large heating power leads to a rapid drying or removal of moisture, which in turn reduces the coupling.

Es ist hervorzuheben, dass die Erfindung im Ergebnis die Gewährleistung einer definierten bzw. vorgebbaren Signalgenauigkeit durch mittelbares und dennoch sicheres Erkennen von Feuchtigkeit in der Sonde bzw. einer elektrischen Zuleitung der Sonde ermöglicht, und zwar mittelbar anhand einer von der Heizungsspannung und/oder von dem Innenwiderstand der Sonde abhängigen Auswertung der genannten Signal-Bandbreite, welche durch die Heizungseinkopplung verändert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt demnach auch ein genaues und reproduzierbares Kriterium für das Vorliegen einer trockenen Sonde bereit. It should be emphasized that the invention results in the guarantee of a defined or specifiable signal accuracy by indirect and nevertheless reliable detection of moisture in the probe or an electrical supply line of the probe allows, and indirectly via a dependent of the heating voltage and / or by the internal resistance of the probe evaluation of said signal bandwidth, which is changed by the heating input. Accordingly, the method according to the invention also provides an accurate and reproducible criterion for the presence of a dry probe.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner vorsehen, dass eine an der Sonde anliegende Betriebsspannung gemessen wird, dass geprüft bzw. festgestellt wird, ob die Sondenheizung AN oder AUS ist, d.h. der gemessene Spannungswert entweder einem genannten Wert E_E oder E_A entspricht, dass die genannte Differenz B = E_A – E_E gebildet wird, und dass der sich ergebende Differenzwert B mit einem empirisch vorgebbaren Schwellenwert verglichen wird, wobei das Vorliegen einer Heizungseinkopplung an sich erkannt wird und daraus geschlossen wird, dass die Sonde zumindest zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht funktionstüchtig bzw. diagnosefähig ist. The inventive method may further provide that an operating voltage applied to the probe is measured, it is checked whether the probe heater is ON or OFF, ie the measured voltage value either a specified value E _E or E _A corresponds to the said Difference B = E _A - E _{E is} formed, and that the resulting difference value B is compared with an empirically predeterminable threshold value, wherein the presence of a heating coupling per se is recognized and it is concluded that the probe at least at the present time not functional or is capable of diagnosis.

Diese Schritte werden bevorzugt anhand einer Programmschleife wiederholt ausgeführt und der genannte zeitliche Verlauf bei der Auswertung der gemessenen Spannungswerte berücksichtigt. Stellt sich dabei heraus, dass der Schwellenwert weiterhin überschritten wird, wird auf einen permanenten Defekt der Sonde geschlossen. Zusätzlich zur genannten Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs der gemessenen Spannungswerte bzw. der daraus gebildeten Differenz B kann auch ein einzelner, aktueller Wert von B selbst für die Auswertung der Spannungswerte herangezogen werden. Aus dem zeitlichen Verlauf können zudem Rückschlüsse auf den Trocknungszustand der Sonde gezogen werden, z.B. durch Extrapolation in die Zukunft. So kann bei einer anfänglichen, charakteristischen Zunahme der Einkopplung auf das Vorliegen von Feuchtigkeit geschlossen werden. These steps are preferably carried out repeatedly on the basis of a program loop and the named time profile is taken into account in the evaluation of the measured voltage values. If it turns out that the threshold is still exceeded, it is concluded that a permanent defect of the probe. In addition to the above-mentioned consideration of the time profile of the measured voltage values or of the difference B formed therefrom, it is also possible to use a single, current value of B itself for the evaluation of the voltage values. In addition, conclusions about the drying condition of the probe can be drawn from the time course, e.g. by extrapolation into the future. Thus, at an initial, characteristic increase in coupling, the presence of moisture can be inferred.

Ergibt der genannte Vergleich mit dem Schwellenwert allerdings, dass keine Heizungseinkopplung (mehr) vorliegt, wird bevorzugt eine entsprechende Flagge bzw. ein entsprechendes Bit „Sonden-Betriebs-Bereitschaft“ (SBB) gesetzt, so dass die Sonde nunmehr eingesetzt und auch diagnostiziert werden kann. Alternativ kann hierbei vorgesehen sein, dass die SBB-Flagge erst nach Ablauf eines vorgebbaren Zeitintervalls von z.B. mehreren Minuten, nach denen angenommen werden kann, dass die Sonde getrocknet ist, gesetzt wird. However, if the above-mentioned comparison with the threshold value indicates that there is no more heating input, then a corresponding flag or a corresponding bit "probe-ready-standby" (SBB) is preferably set, so that the probe can now be used and also diagnosed , Alternatively, it can be provided here that the SBB flag is not activated until after a predefinable time interval of e.g. several minutes after which it can be assumed that the probe has dried.

Die Annahme einer getrockneten Sonde kann ferner auf einem rechnerischen Trocknungsmodell beruhen. Dadurch kann eine Einkopplung auch bei noch kalter Sonde erkannt werden, da die Differenz B dort grundsätzlich größer ist als im aufgewärmten Zustand. So kann die Sonde auch bei erkannter Einkopplung im kalten Zustand dennoch aufgeheizt werden, um sie schneller zu trocknen, um dann mit Hilfe des genannten Trocknungsmodells einen Freigabezeitpunkt für den Betrieb bzw. für die Diagnose der Sonde festzulegen. The assumption of a dried probe may also be based on a computational drying model. As a result, a coupling can be detected even when the probe is still cold, since the difference B is generally larger there than in the warmed-up state. Thus, the probe can still be heated even when detected coupling in the cold state to dry them faster, and then set using the said drying model release time for the operation or for the diagnosis of the probe.

Auch können bei der Erkennung einer feuchten Sonde Eigenschaften ihrer elektrischen Beschaltung berücksichtigt werden. So kann die maximal zulässige Bandbreite B von der aktuellen Batteriespannung, dem Innenwiderstand bzw. dem ebenfalls temperaturabhängigen Heizerwiderstand abhängig gemacht werden. Also, when detecting a wet probe properties of their electrical wiring can be considered. Thus, the maximum permissible bandwidth B can be made dependent on the current battery voltage, the internal resistance or the likewise temperature-dependent heater resistance.

Die Erfindung kann insbesondere in einem Steuergerät zur Steuerung einer Lambdasonde eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, zur Anwendung kommen. The invention can be used, in particular, in a control unit for controlling a lambda probe of an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle.

Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne an diesem bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist der maschinenlesbare Datenträger vorgesehen, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein elektronisches Steuergerät wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um eine hier betroffene Lambdasonde eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu betreiben. The computer program according to the invention is set up to carry out each step of the method, in particular if it runs on a computing device or a control device. It allows the implementation of the method according to the invention on an electronic control unit, without having to make structural changes to this. For this purpose, the machine-readable data carrier is provided on which the computer program according to the invention is stored. By applying the computer program according to the invention to an electronic control unit, the electronic control unit according to the invention is obtained, which is set up to operate a lambda probe of an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine affected here by means of the method according to the invention.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

1 zeigt eine schematische Darstellung einer hier betroffenen, im Stand der Technik bekannten Lambdasonde. 1 shows a schematic representation of an affected here, known in the art Lambda probe.

2 illustriert anhand von qualitativen Messkurvenverläufen das erfindungsgemäße Prinzip der Erfassung einer genannten Heizungseinkopplung. 2 illustrates the invention according to qualitative trace curves Principle of detection of a named heating input.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms. 3 shows an embodiment of the method according to the invention with reference to a flowchart.

4 zeigt ein Ersatzschaltbild zur gemäß der Erfindung erfolgenden elektrischen Ansteuerung und Beheizung einer in 1 gezeigten Lambdasonde. 4 shows an equivalent circuit diagram for taking place according to the invention electrical control and heating of a in 1 shown lambda probe.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen Description of exemplary embodiments

Die in 1 schematisch gezeigte Lambdasonde umfasst im Wesentlichen einen elektrischen Signalkreis 110 und einen elektrischen Widerstandsheizkreis 115, der über einen Schalter 118 angesteuert werden kann. Die entsprechende Elektrodenanordnung 105 des Signalkreises 110 umfasst eine dem jeweiligen Messgas 110 ausgesetzte Nernst- oder Messelektrode 120 sowie eine Referenzelektrode 125, die mit einem Festelektrolyten 123 in an sich bekannter Weise eine elektrochemische Nernstzelle bilden. Die Referenzelektrode 125 ist in einem mit einem Referenzgas, z.B. Luft, beaufschlagten Referenzgaskanal 128 angeordnet. In the 1 The lambda probe shown schematically essentially comprises an electrical signal circuit 110 and an electrical resistance heating circuit 115 that has a switch 118 can be controlled. The corresponding electrode arrangement 105 of the signal circuit 110 includes a respective measuring gas 110 exposed Nernst or measuring electrode 120 and a reference electrode 125 that with a solid electrolyte 123 form an electrochemical Nernst cell in a conventional manner. The reference electrode 125 is in a with a reference gas, eg air, acted upon reference gas channel 128 arranged.

Die Lambdasonde umfasst ferner eine elektrische Kontaktierung 130 mit einem nach außen geführten Kabelstrang 135. Die elektrische Kontaktierung 130 ist bedeutsam für das nachfolgend beschriebene Einlagern bzw. Eindringen von Feuchtigkeit, die insbesondere aus dem Sondenmaterial selbst stammen kann. The lambda probe further comprises an electrical contact 130 with an outwardly routed cable harness 135 , The electrical contact 130 is important for the below-described storage or penetration of moisture, which may originate in particular from the probe material itself.

Die Feuchtigkeit entspricht dabei vorwiegend aufgrund von Temperaturunterschieden in der Lambdasonde und/oder im Abgasstrang der Brennkraftmaschine gebildetem Kondenswasser, welches sich insbesondere bei Temperaturen des Abgasstrangs oberhalb von 60 °C bildet. Dabei kommt es zu einem wie folgt verursachten Feuchtigkeitstransport in der Sondenkeramik. Durch das Aufheizen der Lambdasonde wird die eingelagerte Feuchtigkeit aus der Sondenkeramik herausgepresst und kann im Bereich der Kontaktierung 130 zu einem elektrischen Nebenschluss zwischen dem Signalkreis 110 und dem Heizkreis 115 führen, und zwar solange, bis die Lambdasonde trocken ist. The moisture corresponds predominantly due to temperature differences in the lambda probe and / or condensate formed in the exhaust system of the internal combustion engine, which forms above 60 ° C especially at temperatures of the exhaust system. This leads to a moisture transport in the probe ceramic caused as follows. By heating the lambda probe, the stored moisture is pressed out of the probe ceramic and can in the contact area 130 to an electrical shunt between the signal circuit 110 and the heating circuit 115 lead, until the Lambda probe is dry.

In 2 sind an der Sonde an der Messgrenze des A/D-Wandlers (ADC) von 3,3 V beispielhaft gemessene Spannungswerte U_Sonde in [V] über der Zeit t in [s] aufgetragen, und zwar ein durch Spannungs-Taktung (durch vertikale Linien veranschaulicht) erzeugten Spannungsbereich 210 zwischen oberen Spannungswerten 205 der genannten Messgrenze (E_A) des ADC von 3,3 V und unteren Spannungswerten 200 mit einem Sättigungswert E_E von 2,3 V. Die sich dadurch ergebende Spannungs-Bandbreite B = E_A – E_E beträgt in diesem Beispiel im Betrag etwa 1 V und ist prinzipiell durch den A/D-Wandler begrenzt. Der jeweils obere Wert E_A der Bandbreite B entspricht dem Heizzustand „Heizung AUS“ mit dem ADC-Spannungswert von 3,3 V und der jeweils untere Wert E_E der Bandbreite B dem Heizzustand „Heizung AN“. Die ebenfalls eingezeichnete „ElecMax-Schwelle“ 215 von vorliegend etwa 2,5 V ermöglicht bei trockener Sonde eine elektrische Kurzschlussprüfung nach Batteriespannung. In 2 For example, voltage readings U_probe in [V] are plotted over the time t in [s] by voltage sampling (by vertical lines) as exemplified by 3.3V on the probe at the measurement limit of the A / D converter (ADC) illustrated) voltage range generated 210 between upper voltage values 205 the mentioned measuring limit (E _A ) of the ADC of 3.3 V and lower voltage values 200 with a saturation value E _E of 2.3 V. The resulting voltage bandwidth B = E _A -E E _E in this example amounts to about 1 V and is limited in principle by the A / D converter. The respective upper value E _{A of} the bandwidth B corresponds to the heating state "heating OFF" with the ADC voltage value of 3.3 V and the respective lower value E _{E of} the bandwidth B to the heating state "heating ON". The also marked "ElecMax threshold" 215 from present about 2.5 V allows for dry probe an electrical short circuit test for battery voltage.

Es ist anzumerken, dass die vorliegende Schwelle von 2,5 V nur für eine solche Kurzschlussprüfung nach Batteriespannung bei einer kalten Lambdasonde verwendet wird. Dagegen soll bei einer betriebsbereiten bzw. aufgewärmten Sonde nicht nur ein Kurzschluss, sondern über eine angepasste Schwelle von z.B. 1,25 V bereits ein unplausibles, außerhalb des üblichen Arbeitsbereichs der Sonde liegendes Messsignal als Fehler erkannt werden. It should be noted that the present threshold of 2.5 V is only used for such a short circuit test for battery voltage with a cold lambda probe. In contrast, in an operational or reheated probe not only a short circuit, but over an adapted threshold of e.g. 1.25 V already an implausible, lying outside the usual working range of the probe measuring signal can be detected as a fault.

Die Lambdasonde wird bei Arbeitstemperatur bei einer Betriebsspannung von ca. 0 bis 1 V betrieben. Der A/D-Wandler besitzt typischerweise einen Abtast- bzw. Messbereich von 0 bis 5 V, bzw., wie eingangs beschrieben, von 0 bis 3,3 V. Ab einem bestimmten Schwellenwert eines zusätzlichen Spannungsabfalls an der Sonde wird geschlossen, dass die Sonde feucht ist. Der Rückschluss auf eine feuchte Sonde erfolgt dabei über die Bandbreite B = E_A – E_E, und zwar bereits ab Werten von wenigen 10–100 mV, und zwar jeweils abhängig von der Sondentemperatur. Solange die Sonde feucht ist, kann z.B. ein elektrischer Kurzschluss nach Batteriespannung, wozu die 2,5 V-Schwelle dient, nicht immer von einer fehlerfreien Sonde unterschieden werden. The lambda probe is operated at operating temperature at an operating voltage of approx. 0 to 1 V. The A / D converter typically has a sampling range of 0 to 5 V, or, as described above, from 0 to 3.3 V. From a certain threshold of an additional voltage drop across the probe, it is concluded that the Probe is wet. The conclusion for a humid probe is made over the bandwidth B = E _A - E _E , namely already from values of a few 10-100 mV, in each case depending on the probe temperature. For example, as long as the probe is wet, an electrical short circuit to battery voltage, which uses the 2.5V threshold, can not always be distinguished from a faultless probe.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Sondeninnenwiderstand R_i bzw. R_iN (der Index „N“ steht für „Nernst“) im kalten Zustand etwa 200 kΩ und die Sonde hängt an einer vom Steuergerät vorgegebenen (nicht gezeigten) „Gegenspannung“ von ca. 1,6 V. Im warmen Zustand sinkt der Sondeninnenwiderstand R_i auf etwa 100–400 Ω ab und die Nernstspannung setzt sich gegen die Gegenspannung durch. Der Isolationswiderstand R_iSO liegt typischerweise etwa im Bereich von 100 kΩ bis 1 MΩ (siehe 4). Dadurch wird im Wesentlichen das ab etwa 40 s beginnende Abfallen des gemessenen Spannungswertes beim Aufheizen der Sonde bewirkt, was wiederum zu einer entsprechenden Verringerung der eingangs genannten Bandbreite B = E_A – E_E führt. In the present embodiment, the probe inner resistance R _i or R _iN (the index "N" stands for "Nernst") in the cold state about 200 kΩ and the probe depends on a specified by the control unit (not shown) "counter-voltage" of approx. 1.6 V. When warm, the internal resistance of the probe R _i drops to about 100-400 Ω and the Nernst voltage prevails against the counter-voltage. The insulation resistance R _iSO is typically approximately in the range of 100 kΩ to 1 MΩ (see 4 ). As a result, the falling of the measured voltage value starting when the probe heats up is essentially brought about from about 40 s, which in turn leads to a corresponding reduction in the aforementioned bandwidth B = E _A -E _E.

Nach dem Start der in 3 gezeigten Routine wird zunächst die an der Sonde anliegende elektrische Spannung gemessen (Schritt 300). Im nachfolgenden Schritt 305 wird geprüft, ob der genannte Heizzustand „Heizung AN“ bei der Messung 300 vorgelegen hat. Wenn diese Bedingung, wie in den meisten Fällen, zunächst nicht erfüllt sein wird, wird der gemessene Spannungswert als momentaner Spannungswert E_A für den Heizzustand „Heizung AUS“ zwischengespeichert 310. Danach wird wieder an den Anfang 300 der Routine zurückgesprungen. Ergibt die Prüfung 305 jedoch, dass bei der erfolgten Spannungsmessung, Schritt 300, der Heizzustand „Heizung AN“ vorgelegen hat, dann wird der gemessene Spannungswert als momentaner Spannungswert E_E für den Heizzustand „Heizung AN“ zwischengespeichert, Schritt 315. Es ist anzumerken, dass die genannte Messung 300 bevorzugt auf realen Werten zu beruhen hat. Im Zweifel muss daher eine entsprechende Messung zum benötigten Heizerzustand (d.h. aktiv) herbeigeführt werden. After starting the in 3 As shown, first the electrical voltage applied to the probe is measured (step 300 ). In the following step 305 it is checked whether the mentioned heating state "heating ON" during the measurement 300 was present. If, as in most cases, this condition will initially not be fulfilled, the measured voltage value is temporarily stored as instantaneous voltage value E _A for the heating state "heating OFF" 310 , After that, it will be back to the beginning 300 jumping back to the routine. Gives the exam 305 however, that at the time of voltage measurement, step 300 , the heating state "heating ON" was present, then the measured voltage value as intermediate voltage value E _E for the heating state "heating ON" is temporarily stored, step 315 , It should be noted that the mentioned measurement 300 preferably based on real values. If in doubt, therefore, a corresponding measurement must be brought about the required heater state (ie active).

In Schritt 317 wird weiter geprüft, ob bereits zwischengespeicherte Werte der beiden für die nachfolgende Auswertung erforderlichen Spannungswerte E_A und E_E vorliegen. Ist dies nicht der Fall, wird wieder an den Anfang der Routine, nämlich zu Schritt 300, zurückgesprungen. Ist die Bedingung in Schritt 317 allerdings erfüllt, d.h. es liegen die beiden notwendigen Werte vor, dann wird in einem nachfolgenden Berechnungsschritt 320 aus den beiden zwischengespeicherten (Schritte 310, 315) Spannungswerten E_A und E_E die Differenz B = E_A – E_E berechnet und der so berechnete Differenzwert für B im nachfolgenden Prüfschritt 325 mit einem empirisch vorgebbaren Schwellenwert verglichen, und zwar in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel geprüft, ob der berechnete Differenzwert B größer als ein solcher Schwellenwert ist. In step 317 it is further checked whether there are already buffered values of the two voltage values E _A and E _E required for the subsequent evaluation. If this is not the case, it will be back to the beginning of the routine, namely to step 300 , jumped back. Is the condition in step 317 however, if the two necessary values are present, then in a subsequent calculation step 320 from the two cached (steps 310 . 315 ) Voltage values E _A and E B = E _{E is} the difference _A - E _E calculated and the difference thus calculated value for B in the following test step 325 is compared with an empirically predeterminable threshold value, in the present embodiment, checked whether the calculated difference value B is greater than such a threshold value.

Ergibt diese Prüfung, Schritt 325, dass der genannte Schwellenwert überschritten ist, dann wird die Sonde als zumindest derzeit nicht funktionstüchtig bzw. als nicht diagnosefähig eingestuft, Schritt 330, und danach wieder an den Anfang der Routine (Schritt 300) zurückgesprungen und die Routine bzw. die genannten Schritte 300 bis 325 werden erneut ausgeführt. Gives this test, step 325 in that the said threshold value is exceeded, then the probe is classified as at least currently non-functional or not capable of diagnosis, step 330 , and then back to the beginning of the routine (step 300 ) and the routine or steps 300 to 325 will be executed again.

Ergibt die Prüfung in Schritt 325 allerdings, dass der genannte Schwellenwert nicht überschritten ist, dann wird die Sonde als funktionstüchtig bzw. als diagnosefähig eingestuft, Schritt 335, und, wie durch die gestrichelte Linie 340 angedeutet, wieder an den Anfang der Routine (Schritt 300) zurückgesprungen und zunächst die genannten Schritte 300 bis 325 erneut ausgeführt. In diesem Fall, dass keine Heizungseinkopplung vorliegt, kann z.B. in einem Steuergerät des Abgasnachbehandlungssystems eine entsprechende Flagge bzw. ein entsprechendes Bit gesetzt werden, wodurch die Lambdasonde als funktionstüchtig und/oder diagnostizierbar gekennzeichnet wird. Returns the test in step 325 However, that the said threshold is not exceeded, then the probe is classified as functional or diagnosable, step 335 , and, as indicated by the dashed line 340 hinted, back to the beginning of the routine (step 300 ) jumped back and first the steps mentioned 300 to 325 run again. In this case, that there is no heating coupling, for example, in a control unit of the exhaust aftertreatment system, a corresponding flag or a corresponding bit can be set, whereby the lambda probe is marked as functional and / or diagnosable.

Durch wiederholtes Ausführen der Routine ist es möglich, den sich ergebenden und in 2 veranschaulichten zeitlichen Verlauf des gebildeten Differenzwertes B bei der Auswertung der gemessenen Spannungswerte zu berücksichtigen und z.B. erst nach Ablauf eines empirisch vorgebbaren Zeitintervalls auf der Grundlage eines rechnerischen Trocknungsmodells darauf zu schließen, dass die zunächst feuchte Lambdasonde bereits wieder getrocknet ist und damit als funktionstüchtig und/oder diagnosefähig angenommen werden kann. Bei einem solchen Trocknungsmodell kann der Wärmeeintrag in die Sonde über das Abgas bis zu einem empirisch vorgebbaren Schwellenwert aufintegriert werden, wobei der Schwellenwert bevorzugt von der Abgastemperatur und dem Abgas-Massenstrom sowie von der aktiven Sondenheizung abhängt. By repeatedly executing the routine it is possible to determine the resulting and in 2 illustrated temporal course of the difference value B formed to take into account in the evaluation of the measured voltage values and, for example, after the conclusion of an empirically definable time interval on the basis of a computational drying model to conclude that the initially humid lambda probe is already dried again and thus as functional and / or can be assumed diagnosable. In such a drying model, the heat input into the probe via the exhaust gas can be integrated up to an empirically predeterminable threshold value, wherein the threshold value depends preferably on the exhaust gas temperature and the exhaust gas mass flow as well as on the active probe heating.

Bei dem in 4 gezeigten Ersatzschaltbild ist eine an der Sonde anliegende Nernstspannung U_N schematisch durch das Symbol 430 dargestellt und weist einen in dem Leitungspfad der Sonde eingezeichneten, temperaturabhängigen Innenwiderstand R_i (= R_iN) 435 auf. Der Innenwiderstand R_i ist demnach der Innenwiderstand des Sensorelements, über den die Nernstspannung U_N gebildet wird. Die beiden Widerstände R_iso+ 445 und R_iso– 450 stellen die Isolationswiderstände des Sensors zwischen einer Signalleitung 425 und einer Heizleitung 452, und zwar separat nach Plus (+), was zur Batteriespannung U_Batt 440 führt, und nach Minus (–), was, im vorliegenden Beispiel durch einen Schalter 455 unterbrochen, zur Masse führt, dar. Die über einen Heizschalter 455, dessen zweiter Pol 460 an Masse liegt, wie in 2 beschrieben, getaktete Heizung erfolgt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels einer Batteriespannung 440 von 13 V. Der Heizungswiderstand R_H 453 beträgt vorliegend etwa 10 Ω. At the in 4 shown equivalent circuit diagram is applied to the probe Nernst voltage U _N schematically by the symbol 430 shown and has a drawn in the conduction path of the probe, temperature-dependent internal resistance R _i (= R _iN ) 435 on. The internal resistance R _i is therefore the internal resistance of the sensor element, via which the Nernst voltage U _{N is} formed. The two resistors R _{iso +} 445 and R _iso- 450 set the insulation resistance of the sensor between a signal line 425 and a heating cable 452 , separately to plus (+), resulting in battery voltage U _Batt 440 leads, and to minus (-), what, in the present example by a switch 455 interrupted, leads to the ground, dar. The over a heating switch 455 , whose second pole 460 is grounded, as in 2 described, clocked heating takes place in the present embodiment by means of a battery voltage 440 of 13 V. The heating resistor R _H 453 in the present case is about 10 Ω.

Die an der Sonde 430, 435 durchgeführte R_i-Messung (= R_iN-Messung) bzw. entsprechende Widerstandsberechnung erfolgt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel über ein gepulstes Signal. Der entsprechende Gegenpuls (nach Masse) dient in an sich bekannter Weise der Neutralisierung des durch den Puls mit Sauerstoff angereicherten Referenzgases. Während der R_i-Messung wird die Signalerfassung (als „Lambda-Information“) ausgesetzt. Ansonsten erfolgt die Signalerfassung kontinuierlich, und zwar in dem vorliegenden Beispiel alle 10 ms. Die reguläre Sondenspannung stellt grundsätzlich eine Überlagerung der Gegenspannung, der Nernstspannung (am Sensor), der genannten Pulsspannung bei der R_i-Messung, sowie, wenn vorhanden, der genannten Heizungseinkopplung bzw. Spannungseinkopplung dar. The at the probe 430 . 435 performed R _i measurement (= R _iN measurement) or corresponding resistance calculation is carried out in the present embodiment, a pulsed signal. The corresponding counter-pulse (to ground) serves in a manner known per se to neutralize the reference gas enriched with oxygen by the pulse. During the R _i measurement, signal acquisition (as "lambda information") is suspended. Otherwise, the signal detection takes place continuously, in the present example every 10 ms. The regular probe voltage basically represents a superposition of the counter voltage, the Nernst voltage (at the sensor), the said pulse voltage in the R _i measurement, and, if present, the said heating coupling or voltage coupling.

Sobald die Sonde durch die Heizung 452, 453 aufgewärmt ist, sind die genannten Isolationswiderstände R_iso+ 445 und R_iso– 450 gegenüber dem Innenwiderstand R_iN 435 groß, so dass die Einkopplung kaum mehr sichtbar ist. Allerdings führt auch eine geringe Einkopplung zu einer erheblichen Signalverfälschung. Once the probe through the heater 452 . 453 is warmed up, the insulation resistances R are _{iso +} 445 and R _iso- 450 compared to the Internal resistance R _iN 435 large, so that the coupling is barely visible. However, even a low coupling leads to a significant signal corruption.

Es ist anzumerken, dass anhand des beschriebenen Verfahrens eine Einkopplung erkannt wird und die Betriebsbereitschaft der Lambdasonde solange zurückgehalten wird, bis die entsprechende Signalstörung als ausreichend gering angenommen werden kann. It should be noted that a coupling is detected based on the described method and the operational readiness of the lambda probe is retained until the corresponding signal disturbance can be assumed to be sufficiently low.

Das beschriebene Verfahren kann in Form eines Steuerprogramms für ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung einer Brennkraftmaschine oder in Form einer oder mehrerer entsprechender elektronischer Steuereinheiten (ECUs) realisiert werden. The method described can be implemented in the form of a control program for an electronic control unit for controlling an internal combustion engine or in the form of one or more corresponding electronic control units (ECUs).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19941051 A1 [0002]

Claims

Method for operating a lambda probe of an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine, wherein a heater is provided for heating the lambda probe, characterized in that caused by at least two switching states of the heating signal bandwidth of a voltage applied to the lambda probe ( 300 ) is evaluated ( 320 . 325 ) and that as a result of the evaluation ( 320 . 325 ) is closed to a functional and / or diagnostic lambda probe ( 330 . 335 ).

A method according to claim 1, characterized in that the signal bandwidth is defined by an electrical voltage difference B = E _A - E _E , wherein E _{A of} an electrical voltage coupling when the heater is switched off and E _E corresponds to an electrical voltage coupling when the heater is switched.

A method according to claim 2, characterized in that is closed when detected as persistent electrical voltage coupling to a defective lambda probe ( 330 ) and that is closed when not recognized as persistent coupling, after the decay of the electrical voltage coupling, on a functional and / or diagnosable lambda probe.

A method according to claim 2 or 3, characterized in that an operating voltage applied to the probe is measured ( 300 ) that the operating status "ON" or "OFF" of the heater is detected ( 305 ) that, depending on the determined operating status of the heater, the measured voltage value of the operating voltage is assigned to either the value E _E or the value E _A ( 310 . 315 ) that the difference E = E _A = E _{E is} formed from the two values E _E and E _A ( 320 ) that the resulting difference value B is compared with an empirically definable threshold value ( 325 ), and that from the result of this comparison, the presence of an electrical voltage coupling is detected and concluded ( 330 . 335 ) that the lambda probe is at least temporarily not functional or capable of diagnosis.

A method according to claim 4, characterized in that in the case that the comparison of the difference value B with the threshold results in that there is no electrical voltage coupling, a flag or a bit is set, whereby the lambda probe is marked as functional and / or diagnosable ,

A method according to claim 4 or 5, characterized in that it is assumed only after expiry of an empirically definable time interval on the basis of a computational drying model that a first humid lambda probe is dried again and thus functional and / or diagnosable.

A method according to claim 6, characterized in that are taken into account in the detection of a wet or dried probe properties of their electrical wiring.

A method according to claim 7, characterized in that in the detection of a wet or dried probe one of a current battery voltage, an internal resistance of the probe and / or a temperature-dependent heating resistance dependent, maximum allowable difference B is taken into account.

Method according to one of claims 4 to 8, characterized in that said steps are carried out repeatedly ( 340 ) and the resulting temporal course of the difference value B formed is taken into account in the evaluation of the measured voltage values.

A computer program arranged to perform each step of a method according to any one of claims 1 to 9.

Machine-readable data carrier on which a computer program according to claim 10 is stored.

Electronic control unit, which is set up to operate a lambda probe of an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine by means of a method according to one of claims 1 to 9.