DE102016208506A1 - Method for operating a sensor element for detecting at least one property of a measurement gas in a sample gas space - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements (10) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere zur Erfassung eines Anteils einer Gaskomponente in dem Messgas oder einer Temperatur des Messgases vorgeschlagen, wobei das Sensorelement (10) mindestens einen Festelektrolytkörper (12), eine Pumpzelle (40), und eine Nernstzelle (46) aufweist, wobei bei einer vorbestimmten Eigenschaft des Messgases eine Soll-Pumpspannung (58) der Pumpzelle (40) als Führungsgröße einer Regelung zum Regeln einer Pumpspannung verwendet wird, wobei eine Ist-Pumpspannung (60) und ein Ist-Pumpstrom (66) der Pumpzelle erfasst werden, wobei der Ist-Pumpstrom (66) als Korrekturwert ermittelt wird, sofern die Ist-Pumpspannung (60) der Soll-Pumpspannung (58) entspricht, wobei bei einer Abweichung von der vorbestimmten Eigenschaft des Messgases der Korrekturwert bei einer Regelung zum Regeln des Pumpstroms verwendet wird. A method is proposed for operating a sensor element (10) for detecting at least one property of a measurement gas in a measurement gas space, in particular for detecting a proportion of a gas component in the measurement gas or a temperature of the measurement gas, wherein the sensor element (10) comprises at least one solid electrolyte body (12 ), a pump cell (40), and a Nernst cell (46), wherein at a predetermined property of the sample gas, a target pumping voltage (58) of the pump cell (40) is used as a reference variable of a control for regulating a pumping voltage, wherein an actual Pumping voltage (60) and an actual pumping current (66) of the pump cell are detected, wherein the actual pumping current (66) is determined as a correction value, provided that the actual pumping voltage (60) of the desired pumping voltage (58) corresponds, wherein at a Deviation from the predetermined property of the measuring gas, the correction value is used in a regulation for controlling the pumping current.
Description
Stand der Technik State of the art
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Sensorelementen und Verfahren zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum bekannt. Dabei kann es sich grundsätzlich um beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaften des Messgases handeln, wobei eine oder mehrere Eigenschaften erfasst werden können. Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere unter Bezugnahme auf eine qualitative und/oder quantitative Erfassung eines Anteils einer Gaskomponente des Messgases beschrieben, insbesondere unter Bezugnahme auf eine Erfassung eines Sauerstoffanteils in dem Messgasteil. Der Sauerstoffanteil kann beispielsweise in Form eines Partialdrucks und/oder in Form eines Prozentsatzes erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch auch andere Eigenschaften des Messgases erfassbar, wie beispielsweise die Temperatur. A large number of sensor elements and methods for detecting at least one property of a measurement gas in a measurement gas space are known from the prior art. In principle, these can be any physical and / or chemical properties of the measurement gas, one or more properties being able to be detected. The invention will be described below in particular with reference to a qualitative and / or quantitative detection of a proportion of a gas component of the measurement gas, in particular with reference to a detection of an oxygen content in the measurement gas part. The oxygen content can be detected, for example, in the form of a partial pressure and / or in the form of a percentage. Alternatively or additionally, however, other properties of the measuring gas are detectable, such as the temperature.
Aus dem Stand der Technik sind insbesondere keramische Sensorelemente bekannt, welche auf der Verwendung von elektrolytischen Eigenschaften bestimmter Festkörper basieren, also auf Ionen leitenden Eigenschaften dieser Festkörper. Insbesondere kann es sich bei diesen Festkörpern um keramische Festelektrolyte handeln, wie beispielsweise Zirkoniumdioxid (ZrO2), insbesondere yttriumstabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ) und scandiumdotiertes Zirkoniumdioxid (ScSZ), die geringe Zusätze an Aluminiumoxid (Al2O3) und/oder Siliziumoxid (SiO2) enthalten können. In particular, ceramic sensor elements are known from the prior art, which are based on the use of electrolytic properties of certain solids, that is to ion-conducting properties of these solids. In particular, these solids may be ceramic solid electrolytes such as zirconia (ZrO 2 ), in particular yttrium stabilized zirconia (YSZ) and scandium doped zirconia (ScSZ), the minor additions of alumina (Al 2 O 3 ) and / or silica (SiO 2 ) 2 ).
Beispielsweise können derartige Sensorelemente als so genannte Lambdasonden ausgestaltet sein, wie sie beispielsweise aus
Mit Breitband-Lambdasonden, insbesondere mit planaren Breitband-Lambdasonden, kann beispielsweise die Sauerstoffkonzentration im Abgas in einem großen Bereich bestimmt und damit auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum geschlossen werden. Die Luftzahl λ beschreibt dieses Luft-Kraftstoff-Verhältnis. With broadband lambda probes, in particular with planar broadband lambda probes, it is possible, for example, to determine the oxygen concentration in the exhaust gas over a large range and thus to deduce the air-fuel ratio in the combustion chamber. The air ratio λ describes this air-fuel ratio.
Bei Brennkraftmaschinen befindet sich zur Erfüllung von Abgasvorschriften ein Katalysator im Abgastrakt. Zur Regelung der Brennkraftmaschine sind üblicherweise eine Breitband-Lambdasonde stromaufwärts bezüglich des Abgasstroms des Katalysators und eine sogenannte Sprungsonde stromabwärts bezüglich des Abgasstroms des Katalysators angeordnet. Aus dem Komponentenpaket der Motorsteuerung wird der Pumpstrom ausgegeben und für die Lambdaregelung verwendet. Der Pumpstrom wird im Motorsteuergerat in ein Lambdasignal umgerechnet und dieses für die Regelung verwendet. Der bisherige Abgleich der Breitband-Lambdasonden stromaufwärts des Katalysators erfolgt über die Sprungsonde stromabwärts des Katalysators. In dem Moment, wo die Sprungsonde stromabwärts des Katalysators, die bei λ = 1 sehr genau ist, aktiv ist und ein λ = 1 eingestellt ist, kann der Messwert der Breitband-Lambdasonde stromaufwärts des Katalysators korrigiert werden. Die Breitband-Lambdasonde stromaufwärts des Katalysators ist bei λ = 1 ungenauer als die Sprungsonde stromabwärts des Katalysators, kann jedoch auch Lambdawerte ungleich 1 messen. In internal combustion engines, a catalytic converter is located in the exhaust gas tract in order to comply with exhaust gas regulations. To control the internal combustion engine, a broadband lambda probe is usually arranged upstream of the exhaust gas flow of the catalytic converter and a so-called jump probe downstream of the exhaust gas flow of the catalytic converter. From the component package of the engine control, the pumping current is output and used for the lambda control. The pumping current is converted in the engine control unit into a lambda signal and this is used for the control. The previous adjustment of the broadband lambda probe upstream of the catalyst via the jump probe downstream of the catalyst. At the moment when the jump probe downstream of the catalyst, which is very accurate at λ = 1, is active and a λ = 1 is set, the broadband lambda probe reading can be corrected upstream of the catalyst. The broadband lambda probe upstream of the catalyst is more inaccurate at λ = 1 than the jump probe downstream of the catalyst, but may also measure lambda values not equal to one.
Trotz der Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Sensorelemente und Verfahren zum Betreiben derselben, beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. So muss bei der bisherigen Verwendung der Sprungsonde stromaufwärts des Katalysators zum Abgleich der Breitband-Lambdasonden stromaufwärts des Katalysators eine betriebsbereite Lambdasonde vorhanden sein. Despite the advantages of the sensor elements known from the prior art and methods for operating the same, these still contain room for improvement. Thus, in the current use of the jump probe upstream of the catalyst to adjust the broadband lambda probes upstream of the catalyst an operational lambda probe must be present.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Es wird daher ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum vorgeschlagen, welches die Nachteile bekannter Verfahren zumindest weitgehend vermeidet und bei dem unabhängig von einer Sprungssonde stromabwärts des Katalysators ein Abgleich der Breitband-Lambdasonden stromaufwärts des Katalysators erfolgen kann. A method is therefore proposed for operating a sensor element for detecting at least one property of a measurement gas in a measurement gas space, which at least largely avoids the disadvantages of known methods and in which an adjustment of the broadband lambda probes upstream of the catalyst can take place independently of a jump probe downstream of the catalyst ,
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Betreiben eines Sensorelements zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere zur Erfassung eines Anteils einer Gaskomponente in dem Messgas oder einer Temperatur des Messgases. Das Sensorelement weist mindestens einen Festelektrolytkörper, eine Pumpzelle, und eine Nernstzelle auf. Bei einer vorbestimmten Eigenschaft des Messgases wird eine Soll-Pumpspannung der Pumpzelle als Führungsgröße einer Regelung zum Regeln einer Pumpspannung verwendet. Eine Ist-Pumpspannung und ein Ist-Pumpsptrom der Pumpzelle werden erfasst. Der Ist-Pumpstrom wird als Korrekturwert ermittelt, sofern die Ist-Pumpspannung der Soll-Pumpspannung entspricht. Bei einer Abweichung von der vorbestimmten Eigenschaft des Messgases wird der Korrekturwert bei einer Regelung zum Regeln des Pumpstroms verwendet. The method according to the invention is suitable for operating a sensor element for detecting at least one property of a measurement gas in a measurement gas space, in particular for detecting a proportion of a gas component in the measurement gas or a temperature of the measurement gas. The sensor element has at least one solid electrolyte body, a pump cell, and a Nernst cell. In the case of a predetermined property of the measuring gas, a desired pumping voltage of the pumping cell is used as the reference variable of a control for regulating a pumping voltage. An actual pumping voltage and an actual pumping current of the pumping cell are detected. The actual pumping current is determined as a correction value, provided that the actual pumping voltage corresponds to the desired pumping voltage. In the case of a deviation from the predetermined property of the measurement gas, the correction value is used in a regulation for regulating the pumping current.
Der Korekturwert kann mittels eines Offsetkorrekturfilters ermittelt werden. Der Korrekturwert kann in dem Offsetkorrekturfilter gespeichert werden. Vor der Ausgabe des Messwerts kann der Pumpstrom mittels Substraktion des Korrekturwerts korrigiert werden. Die Soll-Pumpspannung kann z.B. 0 V sein. Bei der Regelung auf einen ersten Soll-Pumpsstrom kann nach Erreichen eines ersten Regelziels ein erster Ist-Pumpstrom erfasst und als Korrekturwert ermittelt werden. Bei einer zweiten Regelung auf einen zweite Soll-Pumpstrom, kann der Korrekturwert zu dem zweiten Soll-Pumpstrom addiert werden. Der erste Ist-Pumpstrom kann 0 mA sein. Das Sensorelement kann in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine angeordnet sein. Das Sensorelement kann mit einem Steuergerät der Brennkraftmaschine verbunden sein. Die vorbestimmte Eigenschaft des Messgases kann durch Einspritzen von Kraftstoff in mindestens einen Brennraum der Brennkraftmaschine einstellbar sein. Die vorbestimmte Zusammensetzung kann bei einem stöchiometrischen Verhältnis von Luft und Kraftstoff vorgegeben werden. The Korekturwert can be determined by means of an offset correction filter. The correction value can be stored in the offset correction filter. Before outputting the measured value, the pumping current can be subtracted from the correction value Getting corrected. The desired pumping voltage may be, for example, 0V. When controlling for a first desired pump current, after reaching a first control target, a first actual pump current can be detected and determined as a correction value. In a second control to a second desired pumping current, the correction value can be added to the second desired pumping current. The first actual pumping current can be 0 mA. The sensor element can be arranged in an exhaust tract of an internal combustion engine. The sensor element may be connected to a control unit of the internal combustion engine. The predetermined property of the measurement gas may be adjustable by injecting fuel into at least one combustion chamber of the internal combustion engine. The predetermined composition may be set at a stoichiometric ratio of air and fuel.
Weiterhin wird ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Furthermore, a computer program is proposed which is set up to carry out each step of the method according to the invention.
Weiterhin wird ein elektronisches Speichermedium vorgeschlagen, auf welchem ein solches Computerprogramm gespeichert ist. Furthermore, an electronic storage medium is proposed, on which such a computer program is stored.
Weiterhin wird ein elektronisches Steuergerät vorgeschlagen, welches ein solches elektronisches Speichermedium umfasst. Furthermore, an electronic control unit is proposed which comprises such an electronic storage medium.
Unter einem Festelektrolytkörper ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Körper oder Gegenstand mit elektrolytischen Eigenschaften, also mit ionenleitenden Eigenschaften, zu verstehen, beispielsweise sauerstoffionenleitenden Eigenschaften. Insbesondere kann es sich um einen keramischen Festelektrolyten handeln. Beispielsweise kann der Festelektrolytkörper stabilisiertes Zirkoniumdioxid und/oder scandiumstabilisiertes Zirkoniumdioxid aufweisen. Der Festelektrolytkörper kann auch aus mehreren Festelektrolytschichten ausgebildet sein. Unter einer Schicht ist dabei eine einheitliche Masse in flächenhafter Ausdehnung in einer gewissen Höhe zu verstehen, die über, unter oder zwischen anderen Elementen liegt. In the context of the present invention, a solid electrolyte body is to be understood as a body or article having electrolytic properties, that is to say having ion-conducting properties, for example oxygen-ion-conducting properties. In particular, it may be a ceramic solid electrolyte. For example, the solid electrolyte body may comprise stabilized zirconia and / or scandium stabilized zirconia. The solid electrolyte body may also be formed of a plurality of solid electrolyte layers. Under a layer is to understand a uniform mass in areal extent at a certain height, which is above, below or between other elements.
Unter einer Elektrode ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung allgemein ein Element zu verstehen, welches in der Lage ist, den Festelektrolyten derart zu kontaktieren, dass durch den Festelektrolyten und die Elektrode ein Strom aufrechterhalten oder eine Spannung gemessen werden kann. Dementsprechend kann die Elektrode ein Element umfassen, an welchem die Ionen in den Festelektrolyten eingebaut und/oder aus dem Festelektrolyten ausgebaut werden können. Typischerweise umfassen die Elektroden eine Edelmetallelektrode, welche beispielsweise als Metallkeramikelektrode auf dem Festelektrolyten aufgebracht sein kann oder auf andere Weise mit dem Festelektrolyten in Verbindung stehen kann. Typische Elektrodenmaterialien sind Platincermet-Elektroden. Auch andere Edelmetalle, wie beispielsweise Gold oder Palladium, sind jedoch grundsätzlich einsetzbar. In the context of the present invention, an electrode is generally to be understood as meaning an element which is able to contact the solid electrolyte such that a current can be maintained or a voltage can be measured by the solid electrolyte and the electrode. Accordingly, the electrode may comprise an element to which the ions can be incorporated in the solid electrolyte and / or removed from the solid electrolyte. Typically, the electrodes comprise a noble metal electrode which may, for example, be deposited on the solid electrolyte as a metal-ceramic electrode or otherwise be in communication with the solid electrolyte. Typical electrode materials are platinum-mesh electrodes. However, other precious metals, such as gold or palladium, are in principle applicable.
Unter einer Nernstzelle ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine elektrochemische Messzelle zu verstehen, die einen Festelektrolyten als Membran zwischen zwei Elektroden verwendet. Dabei nutzt man die Eigenschaft des Festelektrolyten, ab einer bestimmten Temperatur Ionen des zu messenden Messgases, wie beispielsweise Sauerstoffionen, elektrolytisch von der einen Elektrode zu der anderen transportieren zu können, wodurch eine sogenannte Nernstspannung entsteht. Durch diese Eigenschaft lässt sich der Unterschied des Partialdrucks des Messgases auf den verschiedenen Seiten der Membran bestimmen. Bei der Lambdasonde wird eine Seite der Membran dem Messgas ausgesetzt, während die andere Seite an einer Referenz liegt. In the context of the present invention, a Nernst cell is to be understood as meaning an electrochemical measuring cell which uses a solid electrolyte as membrane between two electrodes. It uses the property of the solid electrolyte, above a certain temperature ions of the measured gas to be measured, such as oxygen ions, electrolytically to be able to transport from one electrode to the other, creating a so-called Nernst voltage. This property determines the difference in the partial pressure of the sample gas on the different sides of the membrane. In the lambda probe one side of the membrane is exposed to the sample gas, while the other side is at a reference.
Unter einer Pumpzelle ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine elektrochemische Zelle zu verstehen, bei der ein Gehalt einer Komponente des Messgases, wie beispielsweise Sauerstoff, in einem Messspalt einerseits über das Messgas, das durch einen Diffusionskanal einwirkt, bestimmt und andererseits durch den Stromfluss der Pumpzelle beeinflusst wird. Durch den Pumpstrom wird je nach Polarität Messgas von der Messgasseite der Festelektrolyt-Membran in den Messspalt gepumpt bzw. aus diesem herausbefördert. Dabei wird der Pumpstrom durch einen äußeren Regler so geregelt, dass der Lambdawert im Messgas den Messgasstrom durch den Diffusionskanal genau ausgleicht und das Messgas im Messspalt konstant bei einem vorbestimmten Wert wie beispielsweise λ = 1 hält. Ein Lambdawert von 1 ist beispielsweise immer dann gegeben, wenn die Spannung an der Nernstzelle 0,45 V beträgt. Der Pumpstrom pumpt bei fettem Gemisch Messgasionen in das Messgas im Messspalt hinein, bei magerem Gemisch heraus. In the context of the present invention, a pump cell is to be understood as meaning an electrochemical cell in which a content of a component of the measurement gas, such as oxygen, in a measuring gap on the one hand via the measurement gas, which acts through a diffusion channel, and on the other hand by the current flow of the pumping cell being affected. Depending on the polarity, the pumping current pumps measurement gas from the measurement gas side of the solid electrolyte membrane into the measurement gap or out of it. In this case, the pumping current is controlled by an external regulator so that the lambda value in the measurement gas exactly balances the measurement gas flow through the diffusion channel and keeps the measurement gas in the measurement gap constant at a predetermined value such as λ = 1. For example, a lambda value of 1 is always given when the voltage at the Nernst cell is 0.45V. When the mixture is rich, the pumping current pumps measurement gas ions into the sample gas in the measuring gap, with a lean mixture.
Unter einem Heizelement ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element zu verstehen, das zum Erwärmen des Festelektrolyten und der Elektroden auf mindestens ihre Funktionstemperatur und vorzugsweise auf ihre Betriebstemperatur dient. Die Funktionstemperatur ist diejenige Temperatur, ab der der Festelektrolyt für Ionen leitend wird und ungefähr 350 °C beträgt. Davon ist die Betriebstemperatur zu unterscheiden, die diejenige Temperatur ist, bei der das Sensorelement üblicherweise betrieben wird und die höher ist als die Funktionstemperatur. Die Betriebstemperatur kann beispielsweise 700 °C bis 950 °C sein. In the context of the present invention, a heating element is to be understood as meaning an element which serves for heating the solid electrolyte and the electrodes to at least their functional temperature and preferably to their operating temperature. The functional temperature is the temperature at which the solid electrolyte becomes conductive to ions and is about 350 ° C. Of this, the operating temperature is to be distinguished, which is the temperature at which the sensor element is usually operated and which is higher than the operating temperature. The operating temperature may be, for example, 700 ° C to 950 ° C.
Das Heizelement kann einen Heizbereich und mindestens eine Zuleitungsbahn umfassen. Unter einem Heizbereich ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Bereich des Heizelements zu verstehen, der in dem Schichtaufbau entlang einer zu der Oberfläche des Sensorelements senkrechten Richtung mit einer Elektrode überlappt. Üblicherweise erwärmt sich der Heizbereich während des Betriebs stärker als die Zuleitungsbahn, da dieser einen höheren elektrischen Widerstand aufweist, so dass diese unterscheidbar sind. Die unterschiedliche Erwärmung kann also beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Heizbereich einen höheren elektrischen Widerstand aufweist als die Zuleitungsbahn. Der Heizbereich und/oder die Zuleitung sind beispielsweise als elektrische Widerstandsbahn ausgebildet und erwärmen sich durch Anlegen einer elektrischen Spannung. Das Heizelement kann beispielsweise aus einem Platincermet hergestellt sein. The heating element may comprise a heating area and at least one feed track. In the context of the present invention, a heating region is to be understood as meaning the region of the heating element which overlaps an electrode in the layer structure along a direction perpendicular to the surface of the sensor element. Usually, the heating area heats up during operation more than the supply line, since this has a higher electrical resistance, so that they are distinguishable. The different heating can thus be realized for example by the fact that the heating area has a higher electrical resistance than the supply track. The heating area and / or the supply line are formed, for example, as an electrical resistance path and heat up by applying an electrical voltage. The heating element may for example be made of a platinum mesh.
Ein Grundgedanke des hier beschriebenen Verfahrens ist, dass die Einspritzung der Brenkkraftmaschine nicht mehr auf den Pumpstrom geregelt wird, sondern im Bereich nahe λ = 1 auf eine Pumpspannung geregelt wird. Ziel der Regelung ist es die Spannung zwischen der äußeren Pumpelektrode und der Referenzelektrode so einzustellen, das sich eine konstante Spannung von beispielsweise 450 mV ergibt. Falls die Spannung zwischen der äußeren Pumpelektrode und der Referenzelektrode im Steuergerät nicht zur Verfügung steht, jedoch die Pumpspannung gleich die Spannung zwischen äußerere Pumpelektrode und innerer Pumpelektrode ist, kann auf eine Pumpspannung von beispielsweise 0 V geregelt werden, da die Nernstspannung, die gleich der Spannung zwischen Referenzelektrode und innerer Pumpelektrode ist, bereits durch den Lambdasonden-ASIC auf einen Wert von üblicherweise 450 mV geregelt wird. A basic idea of the method described here is that the injection of the internal combustion engine is no longer regulated to the pumping current, but is regulated in the region near λ = 1 to a pumping voltage. The aim of the control is to set the voltage between the outer pumping electrode and the reference electrode so that a constant voltage of, for example, 450 mV results. If the voltage between the outer pumping electrode and the reference electrode in the control unit is not available, but the pumping voltage is equal to the voltage between the outer pumping electrode and the inner pumping electrode, it is possible to control to a pumping voltage of 0 V, for example, because the Nernst voltage is equal to the voltage between the reference electrode and the inner pumping electrode is already regulated by the lambda probe ASIC to a value of usually 450 mV.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch ohne sprungsonde vielseitig einsetzbar. Es ist beispielsweise denkbar, dass mindestens zwei Abgasstränge eines Systems von Brennkraftmaschinen zusammengeführt werden, und erst nach der Zusammenführung eine Sprungsonde verbaut ist. In diesem Fall können die Breitband-Lambdasonden, die vor der Zusammenführung sitzen, mit herkömmlichen Verfahren nicht offsetkompensiert werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist jedoch auch bei einer solchen Anordnung eine Offsetkompensation der Breitband-Lambdasonden ohne Einsatz der sprungsonde möglich. Auch dabei muss nicht auf eine betriebsbereit Sprungsonde zurückgegriffen werden. Dadurch kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach einem kürzeren Zeitraum nach Start der Brennkraftmaschine eine Offsetkompensation durchgeführt werden. The method according to the invention can also be used in many ways without jumping probe. It is conceivable, for example, that at least two exhaust gas strands of a system of internal combustion engines are brought together, and only after the merger is a jump probe installed. In this case, the broadband lambda probes that sit prior to the merge can not be offset compensated using conventional techniques. However, with the method according to the invention, offset compensation of the broadband lambda probes without the use of the jump probe is possible even in such an arrangement. Again, it is not necessary to resort to an operational jump probe. As a result, offset compensation can be carried out with the method according to the invention after a shorter period of time after starting the internal combustion engine.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Further optional details and features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments, which are shown schematically in the figures.
Es zeigen: Show it:
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Das Sensorelement
Des Weiteren weist das Sensorelement
Das Sensorelement
Das Sensorelement
Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung des Aufbaus des Sensorelements
Bei dem ersten Regelkreis wird eine Soll-Pumpspannung
Bei dem zweiten Regelkreis wird ein Soll-Pumpstrom
Bei einer vorbestimmten Eigenschaft des Messgases wird die Soll-Pumpspannung
Mit anderen Worten ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Offsetabgleich des Sensorelements
Bei der zweiten Ausführungsform wird der Offsetfehler auf den Soll-Pumpsptrom
Der Vorteil bei dieser Ausführungsform liegt darin, dass nicht zwischen der Regelung der Pumpspannung und der Regelung des Pumpstroms umgeschaltet werden muss, sondern die beiden Regler als Kaskadenregelung angeordnet werden. In der Lernphase, bzw. bei der λ = 1-Regelung arbeitet der Lambdaregler
Da die Pumpspannung beim λ = 1-Durchgang sehr rasch ansteigt und zusatzlich auch eine λ = 1-Welligkeit zu erwarten ist, sollte die Pumpspannung bei beiden Ausführungsformen gefiltert werden. Die Bedingungen für die Aktivierung der jeweiligen Lernfunktionen beziehen sich dabei auf die gefilterte Pumpspannung. Die Filterzeitkonstante kann im Bereich 10 ms bis 500 ms liegen, vorzugsweise zwischen 300 ms und 500 ms, beispielsweise 400 ms. Since the pumping voltage increases very rapidly in the λ = 1 passage and, in addition, a λ = 1 ripple is to be expected, the pump voltage should be filtered in both embodiments. The conditions for activating the respective learning functions relate to the filtered pump voltage. The filter time constant can be in the
Die zuvor beschrieben Verfahrensschritte können mittels eines Computerprogramms durchgeführt werden. Das Computerprogramm kann auf einem elektronischen Speichermedium gespeichert sein. Das Speichermedium kann Bestandteil des Steuergeräts
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, S. 160–165 [0003] Konrad Reif (ed.): Sensors in the motor vehicle, 1st edition 2010, pp. 160-165 [0003]
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Non-Patent Citations (1)
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Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, S. 160–165 |
Cited By (1)
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WO2020011652A1 (en) * | 2018-07-12 | 2020-01-16 | Robert Bosch Gmbh | Method for operating an electrochemical sensor based on solid electrolytes |
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