DE102018219567A1 - Method for recognizing a need for adaptation of a compensation factor of an amperometric sensor and amperometric sensor - Google Patents

Method for recognizing a need for adaptation of a compensation factor of an amperometric sensor and amperometric sensor Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Notwendigkeit einer Anpassung eines Kompensationsfaktors (KFn) zum zumindest teilweisen Kompensieren eines Alterungsfaktors (AF) von einem Elektrodenpaar (22, 44, 52) eines amperometrischen Sensors (10) einer Brennkraftmaschine und einen amperometrischen Sensor. Das Verfahren umfasst ein Aufbringen einer elektrischen Störgröße auf das zumindest eine Elektrodenpaar (22, 44, 52), ein Ermitteln eines zeitlichen Verlaufs des dynamischen Anteils eines zeitlichen elektrischen Strom- oder Spannungsverlaufs an dem zumindest einen Elektrodenpaar (22, 44, 52) in Erwiderung auf die aufgebrachte elektrische Störgröße, ein Ermitteln eines vorzeichengleichen Verlaufs des zeitlichen Verlaufs des dynamischen Anteils des zeitlichen Stromverlaufs, ein Ermitteln der Autokorrelationsfunktion des ermittelten vorzeichengleichen Verlaufs, ein Ermitteln einer Summe der Werte über einen vorbestimmten Zeitraum der ermittelten Autokorrelationsfunktion zum Erhalten eines Autokorrelationssummenwerts und ein Erkennen der Notwendigkeit einer Anpassung des Kompensationsfaktors (KFn), wenn der Betrag des Autokorrelationssummenwerts einen vorbestimmten Autokorrelationsschwellenwert übersteigt.The invention relates to a method for recognizing the need to adapt a compensation factor (KFn) to at least partially compensate for an aging factor (AF) from a pair of electrodes (22, 44, 52) of an amperometric sensor (10) of an internal combustion engine and an amperometric sensor. The method comprises applying an electrical disturbance variable to the at least one pair of electrodes (22, 44, 52), determining a time profile of the dynamic component of a temporal electrical current or voltage profile in response to the at least one pair of electrodes (22, 44, 52) on the applied electrical disturbance variable, ascertaining a curve of the same sign of the temporal curve of the dynamic portion of the temporal current curve, ascertaining the autocorrelation function of the ascertained sign curve, ascertaining a sum of the values over a predetermined period of time of the determined autocorrelation function for obtaining an autocorrelation total value and recognizing it the need to adjust the compensation factor (KFn) when the amount of the total autocorrelation value exceeds a predetermined autocorrelation threshold.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Notwendigkeit zum Anpassen eines Korrekturfaktors zum zumindest teilweisen Kompensieren eines alterungsbedingten Faktors von zumindest einem Elektrodenpaar eines auf dem amperometrischen Prinzip basierenden Sensors, wie beispielsweise eines Stickstoffoxidsensors, für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs sowie einen amperometrischen Sensor.The present invention relates to a method for recognizing a need to adapt a correction factor for at least partially compensating for an aging-related factor of at least one pair of electrodes of a sensor based on the amperometric principle, such as a nitrogen oxide sensor, for an internal combustion engine of a vehicle and an amperometric sensor.

Amperometrische bzw. auf dem amperometrischen Prinzip arbeitende Sensoren, wie beispielsweise Stickoxidsensoren, Lambdasonden und Sauerstoffsensoren, sind dadurch gekennzeichnet, dass deren Messprinzip auf der Amperometrie basiert, d. h. auf einer elektrochemischen Methode zur quantitativen Bestimmung von chemischen Stoffen. Insbesondere wird an einer Arbeitselektrode ein elektrischer Strom derart eingestellt, dass sich ein zeitlich konstantes elektrochemisches Potential einstellt. Beispielsweise erlauben Stickoxidsensoren eine Messung der Stickoxidkonzentration im Abgas von Brennkraftmaschinen, beispielsweise Otto- oder Dieselmotoren. Dadurch wird z. B. eine optimale Regelung und Diagnose von Stickoxidkatalysatoren durch die Motorsteuerung ermöglicht. Zur Überprüfung der Funktion derartiger Abgassensoren kann eine Eigendiagnose durchgeführt werden.Amperometric sensors or sensors working on the amperometric principle, such as nitrogen oxide sensors, lambda sensors and oxygen sensors, are characterized in that their measuring principle is based on amperometry, i.e. H. on an electrochemical method for the quantitative determination of chemical substances. In particular, an electric current is set on a working electrode in such a way that an electrochemical potential which is constant over time is established. For example, nitrogen oxide sensors allow a measurement of the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas of internal combustion engines, for example gasoline or diesel engines. This z. B. enables optimal control and diagnosis of nitrogen oxide catalysts by the engine control. A self-diagnosis can be carried out to check the function of such exhaust gas sensors.

Die DE 10 2007 035 768 A1 offenbart hierzu ein Verfahren zur Diagnose eines in einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten Stickoxidsensors, der mindestens eine Einstelleinrichtung zum Einstellen des Sauerstoffgehalts von in den Sensor eingetretenem Abgas mittels einer elektrischen Größe und mindestens eine einen den Stickoxidgehalt des Abgases charakterisierenden Messwert ausgebenden Messeinrichtung aufweist. Bei dem daraus bekannten Verfahren wird mit der Einstelleinrichtung durch Einstellen eines definierten Diagnosewerts der elektrischen Größe ein definierter Sauerstoffgehalt in dem in den Sensor eingetretenen Abgas eingestellt, ein entsprechender Messwert der Messeinrichtung mit einem zu dem definierten Sauerstoffgehalt gehörenden Referenzwert verglichen und anhand des Vergleichsergebnisses eine Diagnose des Stickoxidsensors durchgeführt. Dabei ist vorgesehen, dass zum Einstellen des Diagnosewerts zunächst mindestens ein von dem Diagnosewert abweichender Wert der elektrischen Größe eingestellt wird und die elektrische Größe anschließend auf den Diagnosewert eingestellt wird.The DE 10 2007 035 768 A1 discloses a method for diagnosing a nitrogen oxide sensor arranged in an exhaust gas system of an internal combustion engine, which has at least one adjusting device for adjusting the oxygen content of exhaust gas which has entered the sensor by means of an electrical variable and at least one measuring device which outputs the measured value characterizing the nitrogen oxide content of the exhaust gas. In the method known from this, the setting device is used to set a defined oxygen content in the exhaust gas that has entered the sensor by setting a defined diagnostic value of the electrical quantity, a corresponding measured value of the measuring device is compared with a reference value belonging to the defined oxygen content, and a diagnosis of the Nitrogen oxide sensor performed. It is provided that in order to set the diagnostic value, at least one value of the electrical variable that deviates from the diagnostic value is first set and the electrical variable is then set to the diagnostic value.

Ferner ist aus der DE 697 32 582 T2 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Sauerstoffkonzentration und der Stickoxidkonzentration unter Verwendung eines Stickoxidsensors bekannt.Furthermore, from the DE 697 32 582 T2 a method and an apparatus for measuring the oxygen concentration and the nitrogen oxide concentration using a nitrogen oxide sensor is known.

Zudem offenbart die DE 103 12 732 B4 ein Verfahren zum Betrieb einer Messsonde zur Messung einer Gaskonzentration in einem Messgas mit einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten, der eine Messkavität zur Aufnahme des Messgases, eine Messelektrode und eine Außenelektrode aufweist. Ein zwischen Messelektrode und Außenelektrode fließender Pumpstrom transportiert Sauerstoffionen von der Messelektrode zur Außenelektrode. Dabei wird eine Überprüfung der Messelektrode durch eine Bestimmung der effektiv für die Sauerstoffdiffusion zur Verfügung stehenden Elektrodenfläche oder eines davon abhängigen Wertes durchgeführt, indem in der Messkavität eine vorbestimmte Sauerstoffkonzentration eingestellt wird, ein vorbestimmter konstanter Pumpstrom zwischen Messelektrode und Außenelektrode eingeprägt und das resultierende Nernstpotential an der Messelektrode gemessen wird, die Zeitdauer gemessen wird, bis das gemessene Nernstpotential von kleinen zu großen Werten springt, die gemessene Zeitdauer mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen wird und ein Defekt der Messelektrode festgestellt wird, wenn die gemessene Zeitdauer den vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet.In addition, the DE 103 12 732 B4 a method for operating a measuring probe for measuring a gas concentration in a measuring gas with an oxygen-ion-conducting solid electrolyte which has a measuring cavity for receiving the measuring gas, a measuring electrode and an outer electrode. A pump current flowing between the measuring electrode and the outer electrode transports oxygen ions from the measuring electrode to the outer electrode. The measuring electrode is checked by determining the electrode area effectively available for oxygen diffusion or a value dependent on it, by setting a predetermined oxygen concentration in the measuring cavity, impressing a predetermined constant pump current between the measuring electrode and the outer electrode and the resulting Nernst potential at the Measuring electrode is measured, the period of time is measured until the measured Nernst potential jumps from small to large values, the measured period of time is compared with a predetermined threshold and a defect in the measuring electrode is determined when the measured period of time falls below the predetermined threshold.

Aus der DE 10 2016 206 991 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose eines in einer Brennkraftmaschine angeordneten Stickoxidsensors, der eine einer ersten Pumpkavität zugeordnete erste Pumpelektrode, eine einer zweiten Pumpkavität zugeordnete zweite Pumpelektrode und eine einer Messkavität zugeordnete Messelektrode aufweist. Das Verfahren umfasst ein Ausbringen von Sauerstoff aus der ersten Pumpkavität mittels der ersten Pumpelektrode, ein Einbringen von Sauerstoff in die zweite Pumpkavität mittels der zweiten Pumpelektrode, ein Strömen des in die zweite Pumpkavität eingebrachten Sauerstoffs zumindest teilweise in die Messkavität, ein Erfassen eines Diagnosemesswerts in der Messkavität mittels der Messelektrode und ein Feststellen, dass der Stickoxidsensor fehlerhaft ist, wenn der erfasste Diagnosemesswert von einem vorbestimmten Referenzwert um einen vorbestimmten Schwellenwert abweicht.From the DE 10 2016 206 991 A1 is a method for diagnosing a nitrogen oxide sensor arranged in an internal combustion engine, which has a first pump electrode assigned to a first pump cavity, a second pump electrode assigned to a second pump cavity, and a measuring electrode assigned to a measuring cavity. The method comprises delivering oxygen from the first pump cavity by means of the first pump electrode, introducing oxygen into the second pump cavity by means of the second pump electrode, flowing the oxygen introduced into the second pump cavity at least partially into the measuring cavity, detecting a diagnostic measurement value in the Measuring cavity by means of the measuring electrode and a determination that the nitrogen oxide sensor is faulty if the detected diagnostic measured value deviates from a predetermined reference value by a predetermined threshold value.

Ferner ist es bekannt, bei neu hergestellten Stickoxidsensoren am Ende der Fertigung, d. h. außerhalb der Brennkraftmaschine, für jeden Stickoxidsensor einen Kompensationsfaktor vorzubestimmen und mit einem Vorhaltefaktor, beispielsweise von 35 %, zu versehen, damit dem Einfluss der Alterung schon von Beginn der Stickoxidmessung entgegengewirkt werden kann. Dabei kann es aber nachteilig sein, dass es zu höheren Aussteuerungszeiten des Stickoxidsensors kommt und eine Anpassung an die tatsächliche Alterung, die von vielen Umweltfaktoren des Einsatzortes des Stickoxidsensors abhängt, nicht möglich ist. Dadurch kann es durch übermäßige Alterung der Sensorelektroden dazu kommen, dass einzelne Stickoxidsensoren aufgrund von Oszillation der Steuerungs- bzw. Regelungssysteme nicht mehr valide Messwerte liefern. Außerdem kann die Dynamik des Steuerungs- bzw. Regelungssystems nicht weiter gewährleistet werden.Furthermore, it is known to predetermine a compensation factor for each nitrogen oxide sensor at the end of production, ie outside the internal combustion engine, and to provide it with a retention factor, for example of 35%, so that the influence of aging is counteracted right from the start of the nitrogen oxide measurement can. However, it can be disadvantageous that the nitrogen oxide sensor has higher modulation times and it is not possible to adapt to the actual aging, which depends on many environmental factors at the location of the nitrogen oxide sensor. This can lead to excessive aging of the sensor electrodes individual nitrogen oxide sensors no longer provide valid measurement values due to oscillation of the control or regulation systems. In addition, the dynamics of the control system can no longer be guaranteed.

Die noch nicht veröffentlichte deutsche Patentanmeldung ( DE) 10 2018 201 266.0 offenbart ein Verfahren zum Ermitteln eines angepassten Kompensationsfaktors eines amperometrischen Sensors und amperometrischer Sensor.The unpublished German patent application ( DE) 10 2018 201 266.0 discloses a method for determining an adapted compensation factor of an amperometric sensor and an amperometric sensor.

In Anbetracht des Standes der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Erkennen der Notwendigkeit einer Anpassung eines Kompensationsfaktors zum zumindest teilweisen Kompensieren eines alterungsbedingten Faktors von zumindest einem Elektrodenpaar eines auf dem amperometrischen Prinzip basierenden Sensors und einen amperometrischen Sensor bereitzustellen, damit der amperometrische Sensor auch über lange Betriebszeiten zuverlässige Werte liefern kann.In view of the prior art, it is an object of the present invention to provide a method for recognizing the need to adapt a compensation factor for at least partially compensating for an aging-related factor of at least one pair of electrodes of a sensor based on the amperometric principle and an amperometric sensor, so that amperometric sensor can deliver reliable values even over long operating times.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und einem Sensor gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved with a method according to claim 1 and a sensor according to claim 10. Advantageous refinements are specified in the subclaims.

Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zugrunde, die Notwendigkeit einer Anpassung eines der Alterung eines amperometrischen Sensors zumindest teilweise entgegenwirkenden Kompensationsfaktors der Sensorregelung anhand eines Antwort-Signalverlaufs bei vorbestimmten Anregung zu erkennen. Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren in periodischen Abständen durchgeführt werden, wobei bei Erkennung der Notwendigkeit einer Anpassung des Kompensationsfaktors unmittelbar diese Anpassung erfolgen kann. Insbesondere kann die Notwendigkeit anhand von Systemüberschwingungen bei der vorbestimmten Anregung ermittelt werden.The present invention is essentially based on the idea of recognizing the necessity of adapting a compensation factor of the sensor control that at least partially counteracts the aging of an amperometric sensor on the basis of a response signal curve with predetermined excitation. The method according to the invention can be carried out at periodic intervals, this adaptation being able to be carried out immediately upon detection of the need to adapt the compensation factor. In particular, the need can be determined on the basis of system overshoots in the predetermined excitation.

Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung ist folglich ein Verfahren zum Erkennen einer Notwendigkeit einer Anpassung eines Kompensationsfaktors offenbart, der zum zumindest teilweisen Kompensieren eines Alterungsfaktors von zumindest einem Elektrodenpaar eines auf dem amperometrischen Prinzip basierenden Sensors für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst in einem ersten Schritt ein Aufbringen einer elektrischen Störgröße, wie z. B. eine Störspannung oder ein Störstrom, auf das zumindest eine Elektrodenpaar, in einem zweiten Schritt ein Ermitteln eines zeitlichen Verlaufs des dynamischen Anteils eines zeitlichen elektrischen Strom- oder Spannungsverlaufs an dem zumindest einen Elektrodenpaar in Erwiderung auf die aufgebrachte elektrische Störgröße, in einem dritten Schritt ein Ermitteln eines vorzeichengleichen Verlaufs des zeitlichen Verlaufs des dynamischen Anteils des zeitlichen Strom- oder Spannungsverlaufs, in einem vierten Schritt ein Ermitteln der Autokorrelationsfunktion des ermittelten vorzeichengleichen Verlaufs, in einem fünften Schritt ein Ermitteln einer Summe der Werte über einen vorbestimmten Zeitraum der ermittelten Autokorrelationsfunktion zum Erhalten eines Autokorrelationssummenwerts und in einem sechsten Schritt ein Erkennen der Notwendigkeit einer Anpassung des Kompensationsfaktors, wenn der Betrag des Autokorrelationssummenwerts einen vorbestimmten Autokorrelationsschwellenwert übersteigt. According to one aspect of the present invention, a method for recognizing the need to adapt a compensation factor is therefore disclosed, which is designed to at least partially compensate for an aging factor of at least one pair of electrodes of a sensor based on the amperometric principle for an internal combustion engine of a vehicle. In a first step, the method according to the invention comprises the application of an electrical disturbance, such as, for. B. a disturbance voltage or a disturbance current, on the at least one pair of electrodes, in a second step determining a time profile of the dynamic portion of a temporal electrical current or voltage profile on the at least one pair of electrodes in response to the applied electrical disturbance variable, in a third step determining a curve of the same sign of the time curve of the dynamic portion of the current or voltage curve, in a fourth step determining the autocorrelation function of the determined sign curve, in a fifth step determining a sum of the values over a predetermined period of time of the determined autocorrelation function for obtaining an autocorrelation sum value and, in a sixth step, recognizing the need to adjust the compensation factor if the amount of the autocorrelation sum value exercises a predetermined autocorrelation threshold value rises.

Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren in periodischen Abständen oder während geeigneten Betriebszuständen, wie z. B. Volllast, Teillast, Leerlauf oder im Stopp-Zustand beim Start-Stopp-Modus, durchgeführt werden. Das anschließende Ermitteln eines angepassten Kompensationsfaktors kann dann wiederum während eines geeigneten Betriebszustands erfolgen.In particular, the method according to the invention can be carried out at periodic intervals or during suitable operating states, such as, for. B. full load, partial load, idle or in the stop state in the start-stop mode. The subsequent determination of an adapted compensation factor can then again take place during a suitable operating state.

Vorzugsweise umfasst das Ermitteln des vorzeichengleichen Verlaufs ein Ermitteln des positiven Gleichrichtverlaufs des zeitlichen Verlaufs des dynamischen Anteils des zeitlichen Strom- oder Spannungsverlaufs oder ein Ermitteln des negativen Gleichrichtverlaufs des zeitlichen Verlaufs des dynamischen Anteils des zeitlichen Strom- oder Spannungsverlaufs oder ein ganzzahliges, geradzahliges Potenzieren des zeitlichen Verlaufs des dynamischen Anteils des zeitlichen Strom- oder Spannungsverlaufs. Ein positiver Gleichrichtverlauf kann beispielsweise dadurch ermittelt werden, dass sämtliche negative Werte des dynamischen Anteils des zeitlichen Strom- oder Spannungsverlaufs mit -1 multipliziert werden, so dass damit der betragsmäßig positive Wert davon erhalten wird. Ein negativer Gleichrichtverlauf kann beispielsweise dadurch ermittelt werden, dass sämtliche positive Werte des dynamischen Anteils des zeitlichen Strom- oder Spannungsverlaufs mit -1 multipliziert werden, so dass damit der betragsmäßig negative Wert davon erhalten wird. Ein ganzzahliges, geradzahliges Potenzieren des zeitlichen Verlaufs des dynamischen Anteils des zeitlichen Strom- oder Spannungsverlaufs führt dazu, dass sämtliche Werte des Verlaufs im positiven (Ordinaten-)Bereich liegen. Beispielsweise kann das Quadrieren zu einer Energieaussage der Antwort führen.Preferably, the determination of the sign of the same sign includes a determination of the positive rectification curve of the temporal curve of the dynamic component of the temporal current or voltage curve or a determination of the negative rectification curve of the temporal curve of the dynamic component of the temporal current or voltage curve or an integer, even-numbered exponentiation of the temporal curve Course of the dynamic part of the temporal current or voltage course. A positive rectification curve can be determined, for example, by multiplying all negative values of the dynamic portion of the temporal current or voltage curve by -1, so that the value-positive value thereof is obtained. A negative rectification curve can be determined, for example, by multiplying all positive values of the dynamic portion of the temporal current or voltage curve by -1, so that the negative value thereof is obtained. An integer, even-numbered exponentiation of the temporal course of the dynamic portion of the temporal current or voltage course leads to all values of the course lying in the positive (ordinate) range. For example, squaring can lead to an energy statement of the answer.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens schließt sich der vorbestimmte Zeitraum zeitnah an denjenigen Zeitpunkt an, an dem das Aufbringen der Störgröße startet. Insbesondere werden sämtliche Verläufe durch diskrete Werte bestimmt, die in periodischen Abständen, wie beispielsweise 2,5 ms, erfasst und aufgezeichnet werden. Hierbei kann es weiter bevorzugt sein, wenn der Autokorrelationssummenwert durch Addition des zweiten bis vierten Werts der Autokorrelationsfunktion erhalten wird.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the predetermined time period immediately follows the point in time at which the application of the disturbance variable starts. In particular, all courses are determined by discrete values, which are recorded and recorded at periodic intervals, such as 2.5 ms will. It can be further preferred here if the autocorrelation sum value is obtained by adding the second to fourth values of the autocorrelation function.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt ist die auf das zumindest eine Elektrodenpaar aufgebrachte elektrische Störgröße eine Störspannung, die zwischen ungefähr -30 mV und ungefähr +30 mV liegt. Alternativ kann eine Schubphase oder eine andere sprunghafte Änderung des Verbrennungsverlaufs der Brennkraftmaschine genutzt werden, die als Störung für das Steuerungssystem des amperometrischen Sensors genutzt werden kann.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the electrical disturbance variable applied to the at least one pair of electrodes is an interference voltage which lies between approximately -30 mV and approximately +30 mV. Alternatively, an overrun phase or another sudden change in the combustion process of the internal combustion engine can be used, which can be used as a fault for the control system of the amperometric sensor.

Vorzugsweise liegt der vorbestimmte Autokorrelationsschwellenwert im Bereich zwischen ungefähr 0,15 und 2,0, abhängig vom Elektrodenpaar.The predetermined autocorrelation threshold value is preferably in the range between approximately 0.15 and 2.0, depending on the pair of electrodes.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren in einem siebten Schritt ein Anpassen des Kompensationsfaktors auf, wenn eine Notwendigkeit einer Anpassung desselben erkannt worden ist. Dabei umfasst das Anpassen des Kompensationsfaktors in einem achten Schritt ein Vorbestimmen eines Ursprungs-Kompensationsfaktors für den amperometrischen Sensor, in einem neunten Schritt ein Ansteuern des zumindest einen Elektrodenpaares mit einem vorbestimmten elektrischen Eingangsimpuls, in einem zehnten Schritt ein Ermitteln eines elektrischen Antwortimpulses des zumindest einen Elektrodenpaares in Erwiderung auf den vorbestimmten elektrischen Eingangsimpulses und in einem elften Schritt ein Ermitteln eines angepassten Kompensationsfaktors auf der Grundlage des vorbestimmten Ursprungs-Kompensationsfaktors und des ermittelten elektrischen Antwortimpulses.In a further advantageous embodiment, the method according to the invention has, in a seventh step, an adaptation of the compensation factor if a need for an adaptation thereof has been recognized. The adjustment of the compensation factor in an eighth step includes a predetermination of an original compensation factor for the amperometric sensor, in a ninth step driving the at least one pair of electrodes with a predetermined electrical input pulse, in a tenth step determining an electrical response pulse of the at least one electrode pair in response to the predetermined electrical input pulse and in an eleventh step determining an adapted compensation factor on the basis of the predetermined original compensation factor and the determined electrical response pulse.

In einer weiteren alternativen vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Anpassen des Kompensationsfaktors ein erneutes Ausführen der Schritte 8 bis 11, wobei beim erneuten Ausführen des elften Schrittes ein erneut angepasster Kompensationsfaktor auf der Grundlage des vorherigen angepassten Kompensationsfaktors und des aktuellen elektrischen Antwortimpulses ermittelt wird.In a further alternative advantageous refinement, the adaptation of the compensation factor comprises performing the steps again 8th to 11 , wherein when the eleventh step is carried out again, a newly adjusted compensation factor is determined on the basis of the previously adjusted compensation factor and the current electrical response pulse.

Dabei kann es bevorzugt sein, wenn das Anpassen des Kompensationsfaktors in einem zwölften Schritt ferner ein erneutes Ausführen der Schritte 8 bis 11 aufweist, wobei beim erneuten Ausführen des Schrittes 11 ein erneut angepasster Kompensationsfaktor auf der Grundlage des im ersten Schritt vorbestimmten Ursprungs-Kompensationsfaktors und des aktuellen elektrischen Antwortimpulses ermittelt wird.It can be preferred if the adjustment of the compensation factor in a twelfth step furthermore carries out the steps again 8th to 11 has, wherein when the step is executed again 11 a newly adjusted compensation factor is determined on the basis of the original compensation factor predetermined in the first step and the current electrical response pulse.

Vorzugsweise wird beim Anpassen des Kompensationsfaktors das zumindest eine Elektrodenpaar mit dem vorbestimmten elektrischen Eingangsimpuls für eine vorbestimmte Zeitdauer angesteuert wird, die ungefähr einer Abtastzeit bzw. Zykluszeit einer Steuerung des Sensors entspricht.When adapting the compensation factor, the at least one pair of electrodes is preferably controlled with the predetermined electrical input pulse for a predetermined period of time, which corresponds approximately to a sampling time or cycle time of a control of the sensor.

Außerdem umfasst das erfindungsgemäße Verfahren in einer bevorzugten Ausgestaltung nach einem Anpassen des Kompensationsfaktors ein erneutes Ausführen der Schritte 1 bis 6 und ein Feststellen, dass der Kompensationsfaktor korrekt angepasst wurde, wenn beim erneuten Durchführen der Schritte 1 bis 6 am Schritt 6 der Betrag des Autokorrelationssummenwert nunmehr unterhalb des vorbestimmten Autokorrelationsschwellenwerts liegt.In addition, in a preferred embodiment, the method according to the invention comprises performing the steps again after adapting the compensation factor 1 to 6 and determining that the compensation factor has been adjusted correctly when performing the steps again 1 to 6 at the crotch 6 the amount of the autocorrelation sum value is now below the predetermined autocorrelation threshold value.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein amperometrischer Sensor für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs offenbart. Der erfindungsgemäße Sensor umfasst einen Träger, der bevorzugt ein keramisches Material aufweist, zumindest ein am Träger angebrachtes Elektrodenpaar und eine mit dem zumindest einen Elektrodenpaar elektrisch verbundene Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.According to a further aspect of the present invention, an amperometric sensor for an internal combustion engine of a vehicle is disclosed. The sensor according to the invention comprises a carrier which preferably has a ceramic material, at least one pair of electrodes attached to the carrier and a control unit which is electrically connected to the at least one pair of electrodes and is designed to carry out a method according to the invention.

Dabei ist es bevorzugt, dass der Sensor ein Stickoxidsensor ist, der dazu ausgebildet ist, im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordnet zu werden.It is preferred that the sensor is a nitrogen oxide sensor, which is designed to be arranged in the exhaust line of the internal combustion engine.

Weitere Merkmale und Aufgaben der Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:

  • 1 eine schematische Schnittansicht durch einen in Form eines Stickoxidsensors beispielhaft dargestellten amperometrischen Sensors für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs zeigt,
  • 2 eine schematische Ansicht eines beispielhaften Steuerungsmodells für den Stickoxidsensor der 1 zeigt,
  • 3 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln eines angepassten Kompensationsfaktors zum zumindest teilweisen Kompensieren eines alterungsbedingten Faktors von zumindest einem Elektrodenpaar des Stickoxidsensors der 1 zeigt,
  • 4 ein Diagramm zeigt, dass beispielhafte Antwortimpulse des Sensors der 1 mit unterschiedlichen Betriebszeiten zeigt,
  • 5 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen eine Anpassungsnotwenigkeit eines Kompensationsfaktors zum zumindest teilweisen Kompensieren des alterungsbedingten Faktors von zumindest einem Elektrodenpaar des Stickoxidsensors der 1 zeigt.
  • 6 ein beispielhaftes Diagramm eines zeitlichen Stromverlaufs und den Verlauf des dynamischen Anteils des zeitlichen Stromverlaufs beim Aufbringen einer Störspannung zeigt,
  • 7 den vorzeichengleichen Verlauf des zeitlichen Verlaufs des dynamischen Anteils des zeitlichen Stromverlaufs der 6 während dem Aufbringen der Störspannung zeigt, und
  • 8 die ermittelte Autokorrelation des vorzeichengleichen Verlaufs der 7 zeigt.
Other features and objects of the invention will become apparent to those skilled in the art upon practicing the present teaching and viewing the accompanying drawings, in which:
  • 1 2 shows a schematic sectional view through an amperometric sensor for an internal combustion engine of a vehicle, shown by way of example in the form of a nitrogen oxide sensor,
  • 2nd is a schematic view of an exemplary control model for the nitrogen oxide sensor 1 shows,
  • 3rd an exemplary flow chart of a method for determining an adapted compensation factor for at least partially compensating an aging-related factor of at least one pair of electrodes of the nitrogen oxide sensor 1 shows,
  • 4th a diagram shows that exemplary response pulses from the sensor of the 1 with different operating times,
  • 5 an exemplary flow chart of a method according to the invention for recognizing an adjustment of a compensation factor for at least partially compensating for the aging-related factor of at least one pair of electrodes of the nitrogen oxide sensor 1 shows.
  • 6 shows an exemplary diagram of a current profile over time and the profile of the dynamic portion of the current profile over time when an interference voltage is applied,
  • 7 the sign of the course of the time course of the dynamic portion of the time course of the current 6 shows during the application of the interference voltage, and
  • 8th the determined autocorrelation of the course of the same sign 7 shows.

Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung sind amperometrisch arbeitende Sensoren, wie beispielsweise Stickoxidsensoren, Lambdasonde und Sauerstoffsensor, dadurch gekennzeichnet, dass deren Messprinzip auf der Amperometrie basiert, d. h. auf einer elektrochemischen Methode zur quantitativen Bestimmung von chemischen Stoffen. Insbesondere wird an einer Arbeitselektrode ein elektrischer Strom derart eingestellt, dass sich ein zeitlich konstantes elektrochemisches Potential einstellt.Within the scope of the present disclosure, amperometric sensors, such as nitrogen oxide sensors, lambda sensors and oxygen sensors, are characterized in that their measuring principle is based on amperometry, i. H. on an electrochemical method for the quantitative determination of chemical substances. In particular, an electric current is set on a working electrode in such a way that an electrochemical potential which is constant over time is established.

Ferner umfasst im Rahmen der vorliegenden Offenbarung der Begriff „Steuerung“ die regelungstechnischen Begriffe „Steuern“ und „Regeln“. Der Fachmann wird jeweils erkennen, wann ein regelungstechnisches Steuern und wann ein regelungstechnisches Regeln anzuwenden ist.Furthermore, in the context of the present disclosure, the term “control” encompasses the control terms “control” and “rules”. The person skilled in the art will recognize when control engineering control and when control engineering control is to be used.

Außerdem ist ein „vorzeichengleicher Verlauf“ dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Werte des Verlaufs allesamt das gleiche mathematische Vorzeichen haben, d. h. positiv oder negativ. Beispielsweise kann ein vorzeichengleicher Verlauf dadurch ermittelt werden, dass beispielsweise sämtliche negative Verlaufswerte betragsmäßig als positive Werte angegeben werden. Illustrativ kann darunter ein „hochklappen“ der negativen Verlaufsbereiche verstanden werden. In ähnlicher Weise können sämtliche positiven Verlaufswerte mit einem negativen Vorzeichen versehen werden. Illustrativ heißt das, dass die positiven Verlaufswert „heruntergeklappt“ werden. Ferner ist es möglich, einen vorzeichengleichen Verlauf dadurch zu erhalten, dass z. B. ein zeitlicher Verlauf mit einer geradzahligen ganzzahligen Zahl potenziert wird. Dadurch werden sämtliche Vorzeichen positiv und die Werte können damit vergrößert werden.In addition, a "course with the same sign" is characterized in that all values of the course all have the same mathematical sign, i. H. positive or negative. For example, a course with the same sign can be determined by, for example, specifying all negative course values as positive values. Illustratively, this can be understood to mean “folding up” the negative development areas. Similarly, all positive trend values can be given a negative sign. Illustratively, this means that the positive trend values are “folded down”. It is also possible to obtain a sign of the same sign by z. B. A time course is exponentiated with an even integer number. This means that all signs are positive and the values can be increased.

Die 1 zeigt einen beispielhaften Stickoxidsensor 10, der exemplarisch für einen auf dem amperometrischen Messprinzip basierenden Sensors steht. Folglich ist die vorliegende Erfindung auch dazu bedacht, bei sämtlichen Sensoren für Brennkraftmaschinen für Fahrzeuge eingesetzt zu werden, die auf dem amperometrischen Messprinzip beruhen, wie beispielsweise Lambdasonde und Sauerstoffsensor. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung bei amperometrischen Sensoren anwendbar, die einen keramischen Grundträger mit daran angebrachtem Elektrodenpaar aufweisen.The 1 shows an exemplary nitrogen oxide sensor 10th , which exemplifies a sensor based on the amperometric measuring principle. Consequently, the present invention is also intended to be used in all sensors for internal combustion engines for vehicles which are based on the amperometric measuring principle, such as, for example, a lambda sensor and an oxygen sensor. In particular, the present invention is applicable to amperometric sensors that have a ceramic base support with a pair of electrodes attached to it.

Unter Verweis auf die 1 ist eine schematische Schnittansicht des beispielhaften Stickoxidsensor 10 dargestellt, der dazu ausgebildet ist, in einem Auslasstrakt einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) angeordnet zu werden und den Stickoxidgehalt bzw. den Sauerstoffgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine zu erfassen.Referring to the 1 is a schematic sectional view of the exemplary nitrogen oxide sensor 10th shown, which is designed to be arranged in an exhaust tract of an internal combustion engine (not shown) and to detect the nitrogen oxide content or the oxygen content in the exhaust gas of the internal combustion engine.

Der Stickoxidsensor 10 weist einen Hauptkörper 12 aus einem Feststoffelektrolyten auf, der vorzugsweise aus einem Mischkristall aus Zirkonoxid und Yttriumoxid und/oder durch einen Mischkristall aus Zirkonoxid und Calciumoxid gebildet ist. Zusätzlich kann ein Mischkristall aus Hafniumoxid, ein Mischkristall aus Perowskit-basierten Oxiden oder ein Mischkristall aus trivalentem Metalloxid verwendet werden, wie beispielsweise Aluminiumoxid (Al2O3).The nitrogen oxide sensor 10th has a main body 12 from a solid electrolyte, which is preferably formed from a mixed crystal of zirconium oxide and yttrium oxide and / or by a mixed crystal of zirconium oxide and calcium oxide. In addition, a mixed crystal of hafnium oxide, a mixed crystal of perovskite-based oxides or a mixed crystal of trivalent metal oxide can be used, such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ).

Innerhalb des Hauptkörpers 12 des exemplarisch dargestellten Stickoxidsensors sind eine erste Pumpkavität 20, eine zweite Pumpkavität 30 und eine Messkavität 40 vorgesehen. Die erste Pumpkavität 20 ist über einen Verbindungspfad 15 mit dem Äußeren des Hauptkörpers 12 verbunden. Insbesondere kann Abgas durch den Verbindungspfad 15 in die erste Pumpkavität 20 strömen Die zweite Pumpkavität 30 ist mit der ersten Pumpkavität 20 über einen ersten Diffusionspfad 25 verbunden. Der erste Diffusionspfad 25 ist beispielsweise in der Form eines sehr dünnen Schlitzes vorgesehen, durch den Sauerstoff mit einer vorbestimmten Rate strömen kann. Alternativ kann der erste Diffusionspfad 25 mit einem porösen Füllmittel zum Ausbilden einer Diffusionsratenregulierungsschicht gefüllt oder ausgepolstert sein.Inside the main body 12 of the nitrogen oxide sensor shown as an example are a first pump cavity 20th , a second pump cavity 30th and a measuring cavity 40 intended. The first pump cavity 20th is over a connection path 15 with the exterior of the main body 12 connected. In particular, exhaust gas can pass through the connection path 15 into the first pump cavity 20th flow The second pump cavity 30th is with the first pump cavity 20th via a first diffusion path 25th connected. The first diffusion path 25th is provided, for example, in the form of a very thin slot through which oxygen can flow at a predetermined rate. Alternatively, the first diffusion path 25th be filled or padded with a porous filler to form a diffusion rate regulation layer.

Die Messkavität 40 ist mit der zweiten Pumpkavität 30 über einen zweiten Diffusionspfad 35 verbunden. Der zweite Diffusionspfad 35 ist beispielsweise in der Form eines sehr dünnen Schlitzes vorgesehen, durch den Sauerstoff mit einer vorbestimmten Rate strömen kann. Alternativ kann der zweite Diffusionspfad 35 mit einem porösen Füllmittel zum Ausbilden einer Diffusionsratenregulierungsschicht gefüllt oder ausgepolstert sein. Die Diffusionsratenschichten können alternativ als Diffusionsbarrieren bezeichnet werden.The measuring cavity 40 is with the second pump cavity 30th via a second diffusion path 35 connected. The second diffusion path 35 is provided, for example, in the form of a very thin slot through which oxygen can flow at a predetermined rate. Alternatively, the second diffusion path 35 be filled or padded with a porous filler to form a diffusion rate regulation layer. The diffusion rate layers can alternatively be referred to as diffusion barriers.

Der erste Diffusionspfad 25 und der zweite Diffusionspfad 35 sind derart ausgebildet, dass durch diese hindurch das Abgas nur teilweise strömen kann. Durch Kenntnis der Querschnitte des ersten und zweiten Diffusionspfads 25, 35 und/oder durch Kenntnis der jeweiligen porösen Füllmittel kann die Diffusionsrate durch den ersten und zweiten Diffusionspfad 25, 35 bestimmt werden.The first diffusion path 25th and the second diffusion path 35 are designed such that the exhaust gas can only partially flow through them. By knowing the cross sections of the first and second diffusion path 25th , 35 and / or by knowing the respective porous filler the rate of diffusion through the first and second diffusion paths 25th , 35 be determined.

Im Hauptkörper 12 ist außerdem eine Referenzkavität 50 gebildet, die direkt mit dem Äußeren des Hauptkörpers 12 in Verbindung steht. Innerhalb der Referenzkavität 50 ist eine Referenzelektrode 52 angeordnet. Insbesondere steht die Referenzkavität 50 mit der Umgebungsluft, d. h. nicht mit dem Abgas, in Verbindung und ist dazu ausgebildet, eine Sauerstoffreferenz für die im Stickoxidsensor 10 angeordneten verschiedenen Elektroden zu bilden.In the main body 12 is also a reference cavity 50 formed directly with the exterior of the main body 12 communicates. Within the reference cavity 50 is a reference electrode 52 arranged. In particular, there is the reference cavity 50 with the ambient air, ie not with the exhaust gas, and is designed to provide an oxygen reference for those in the nitrogen oxide sensor 10th arranged to form different electrodes.

An einer Außenseite des Hauptkörpers 12 ist eine Abgaselektrode 22 angeordnet. Insbesondere kann während eines Messbetriebs des Stickoxidsensors 10 durch Anlegen eines Referenzstroms an der Abgaselektrode 22 der im Abgas befindliche Sauerstoff ionisiert werden und durch den Hauptkörper 12 als Sauerstoffionen zur Referenzelektrode 52 diffundieren und dort wieder in Sauerstoffmoleküle zur Ausbildung einer Sauerstoffreferenz umgewandelt werden.On an outside of the main body 12 is an exhaust gas electrode 22 arranged. In particular, during a measuring operation of the nitrogen oxide sensor 10th by applying a reference current to the exhaust gas electrode 22 the oxygen in the exhaust gas is ionized and by the main body 12 as oxygen ions to the reference electrode 52 diffuse and be converted back into oxygen molecules to form an oxygen reference.

Innerhalb der ersten Pumpkavität 20 ist eine erste Pumpelektrode 24 angeordnet. Insbesondere kann während des Messbetriebs des Stickoxidsensors 10 durch Anlegen eines ersten Pumpstroms IP0 an der ersten Pumpelektrode 24 der im Abgas befindliche Sauerstoff innerhalb der ersten Pumpkavität 20 ionisiert werden und durch den Hauptkörper 12 als Sauerstoffionen wandern bzw. gelangen. Aufgrund der aus der ersten Pumpkavität 20 ausgebrachten Sauerstoffionen bildet sich zwischen der ersten Pumpelektrode 24 und der Referenzelektrode 52 indirekt eine erste Elektrodenspannung bzw. erste Nernstspannung V0 aus. Genauer gesagt bildet sich die erste Elektrodenspannung bzw. die erste Nernstspannung V0 direkt aus dem in der ersten Pumpkavität 20 noch vorliegenden Rest-Sauerstoff.Within the first pump cavity 20th is a first pump electrode 24th arranged. In particular, during the measuring operation of the nitrogen oxide sensor 10th by applying a first pump current IP0 on the first pump electrode 24th the oxygen in the exhaust gas within the first pump cavity 20th be ionized and by the main body 12 migrate or arrive as oxygen ions. Because of the first pump cavity 20th applied oxygen ions form between the first pump electrode 24th and the reference electrode 52 indirectly a first electrode voltage or first Nernst voltage V0 out. More specifically, the first electrode voltage or the first Nernst voltage is formed V0 directly from the one in the first pump cavity 20th residual oxygen still present.

Innerhalb der zweiten Pumpkavität 30 ist eine zweite Pumpelektrode 34 angeordnet. Hier kann während des Messbetriebs des Stickoxidsensors 10 durch Anlegen eines zweiten Pumpstroms IP1 an der zweiten Pumpelektrode 34 der im Gasgemisch befindliche Sauerstoff innerhalb der zweiten Pumpkavität 30 ionisiert werden und durch den Hauptkörper 12 als Sauerstoffionen wandern bzw. gelangen. Aufgrund der aus der zweiten Pumpkavität 30 ausgebrachten Sauerstoffionen bildet sich zwischen der zweiten Pumpelektrode 34 und der Referenzelektrode 52 indirekt eine zweite Elektrodenspannung bzw. zweite Nernstspannung V1 aus. Genauer gesagt bildet sich die zweite Elektrodenspannung bzw. die zweite Nernstspannung V1 direkt aus dem in der zweiten Pumpkavität 30 noch vorliegenden Rest-Sauerstoff.Within the second pump cavity 30th is a second pump electrode 34 arranged. Here, during the measuring operation of the nitrogen oxide sensor 10th by applying a second pump current IP1 on the second pump electrode 34 the oxygen in the gas mixture within the second pump cavity 30th be ionized and by the main body 12 migrate or arrive as oxygen ions. Because of the second pump cavity 30th applied oxygen ions form between the second pump electrode 34 and the reference electrode 52 indirectly a second electrode voltage or second Nernst voltage V1 out. More specifically, the second electrode voltage or the second Nernst voltage is formed V1 directly from the one in the second pump cavity 30th residual oxygen still present.

Innerhalb der Messkavität 40 ist eine Messelektrode 44 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, während des Messbetriebs des Stickoxidsensors 10 bei Anlegen eines Messstroms IP2 den innerhalb der Messkavität 40 vorhandenen Sauerstoff und/oder Stickoxide zu ionisieren, so dass die Sauerstoffionen durch den Hauptkörper 12 wandern bzw. gelangen können. Aufgrund der aus der Messkavität 40 ausgebrachten bzw. herausgepumpten Sauerstoffionen bildet sich zwischen der Messelektrode 44 und der Referenzelektrode 52 eine dritte Elektrodenspannung bzw. dritte Nernstspannung V2 aus, die durch Anlegen des Messstroms IP2 an der Messelektrode 44 auf konstantem Wert gehalten wird. Genauer gesagt bildet sich die dritte Elektrodenspannung bzw. die dritte Nernstspannung V2 direkt aus dem in der Messkavität 40 noch vorliegenden Rest-Sauerstoff. Der angelegte Messstrom IP2 ist dann ein Indiz für den innerhalb des Abgases befindlichen Stickoxidgehalt.Within the measuring cavity 40 is a measuring electrode 44 arranged, which is designed during the measuring operation of the nitrogen oxide sensor 10th when applying a measuring current IP2 within the measuring cavity 40 to ionize existing oxygen and / or nitrogen oxides so that the oxygen ions pass through the main body 12 can hike or get. Because of the measurement cavity 40 ejected or pumped out oxygen ions form between the measuring electrode 44 and the reference electrode 52 a third electrode voltage or third Nernst voltage V2 made by applying the measuring current IP2 on the measuring electrode 44 is kept at a constant value. More specifically, the third electrode voltage or the third Nernst voltage is formed V2 directly from that in the measuring cavity 40 residual oxygen still present. The applied measuring current IP2 is then an indication of the nitrogen oxide content in the exhaust gas.

Somit weist der in der 1 gezeigte Stickoxidsensor 10, der beispielhaft für einen auf dem amperometrisch Messprinzip basierenden Sensor steht, drei relevante Elektrodenpaare auf, nämlich ein erstes Elektrodenpaar bestehend aus der ersten Pumpelektrode 24 und der Abgaselektrode 22, ein zweites Elektrodenpaar bestehend aus der zweiten Pumpelektrode 34 und der Abgaselektrode 22 und ein drittes Elektrodenpaar bestehend aus der Messelektrode 44 und der Abgaselektrode 22.Thus, the in the 1 shown nitrogen oxide sensor 10th , which is an example of a sensor based on the amperometric measuring principle, has three relevant electrode pairs, namely a first electrode pair consisting of the first pump electrode 24th and the exhaust gas electrode 22 , a second pair of electrodes consisting of the second pump electrode 34 and the exhaust gas electrode 22 and a third pair of electrodes consisting of the measuring electrode 44 and the exhaust gas electrode 22 .

Die an der ersten und zweiten Pumpelektrode 24, 34 anliegenden Pumpströme IP0 und IP1 sind derart eingestellt, das bevorzugt nur der Sauerstoff ionisiert wird, jedoch nicht die Stickoxide. Insbesondere ist die erste Pumpelektrode 24 dazu ausgebildet, während des Normalbetriebs des Stickoxidsensors 10 nahezu den gesamten Sauerstoff aus dem Abgas zu pumpen bzw. einen vorbestimmten Sauerstoffschlupf aus der ersten Pumpkavität 20 in die zweite Pumpkavität 30 zuzulassen. Die zweite Pumpelektrode 34 ist dazu ausgebildet, den aus der ersten Pumpkavität 20 noch nicht herausgepumpten Sauerstoff zu ionisieren und abzuleiten, so dass in der Messkavität 40 nahezu nur Stickoxide vorliegen. Die Messelektrode 44 ist dazu ausgebildet, die Stickoxide zu ionisieren, wobei der an der Messelektrode 44 angelegte Messstrom IP2 ein Maß für den Stickoxidgehalt im Abgas ist.The one on the first and second pump electrodes 24th , 34 applied pump currents IP0 and IP1 are set in such a way that preferably only the oxygen is ionized, but not the nitrogen oxides. In particular, the first pump electrode 24th designed to do so during normal operation of the nitrogen oxide sensor 10th to pump almost all of the oxygen from the exhaust gas or a predetermined oxygen slip from the first pump cavity 20th into the second pump cavity 30th allow. The second pump electrode 34 is designed to be from the first pump cavity 20th to ionize and discharge oxygen that has not yet been pumped out, so that in the measuring cavity 40 there are almost only nitrogen oxides. The measuring electrode 44 is designed to ionize the nitrogen oxides, the one on the measuring electrode 44 applied measuring current IP2 is a measure of the nitrogen oxide content in the exhaust gas.

Innerhalb des Hauptkörpers 12 ist ferner eine Heizvorrichtung 60 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, den Hauptkörper 12 auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur zu heizen und auf dieser zu halten, beispielsweise bei ca. 850°C.Inside the main body 12 is also a heater 60 arranged, which is designed to the main body 12 to heat to a predetermined operating temperature and to maintain it, for example at approximately 850 ° C.

Die Betriebsweise zum Ermitteln des Stickoxidgehalts im Abgas der Brennkraftmaschine mittels des offenbarten Stickoxidsensors 10 ist bereits aus dem Stand der Technik bekannt, auf den an dieser Stelle verwiesen wird. Das regelungstechnische Steuerungsprinzip für den Stickoxidsensor 10 der 1 ist nämlich dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Elektrodenspannungen bzw. Nernstspannungen V0, V1, V2 durch Anlegen und Anpassen der Pumpströme IP0, IP1 und des Messstroms IP2 auf konstantem Niveau gehalten werden.The mode of operation for determining the nitrogen oxide content in the exhaust gas of the internal combustion engine by means of the disclosed nitrogen oxide sensor 10th is already known from the prior art, to which reference is made here. The control principle for the nitrogen oxide sensor 10th the 1 is namely characterized in that the respective electrode voltages or Nernst voltages V0 , V1 , V2 by applying and adjusting the pump currents IP0 , IP1 and the measuring current IP2 to be kept at a constant level.

Unter Verweis auf die 2 ist exemplarisch eine schematische Ansicht eines beispielhaften Steuerungs- und Regelungsmodells zum Steuern bzw. Regeln des Messstroms IP2 zum Halten der dritten Elektrodenspannung bzw. dritten Nernstspannung V2 auf konstantem Niveau gezeigt. Es ist selbstredend, dass die Steuerung der ersten und zweiten Elektrodenspannungen bzw. Nernstspannungen V0, V1 in analoger Weise erfolgen. Es ist außerdem selbstredend, dass das in der 2 gezeigte Steuerungs- und Regelungsmodell weitere, nicht in der 2 gezeigte regelungstechnische Steuerungselemente aufweisen kann, wie beispielsweise Filter, Integratoren, Differentialglieder, Verzögerungsglieder und weitere bekannte Steuerungs- und Regelungsglieder.Referring to the 2nd is an example of a schematic view of an exemplary control and regulation model for controlling or regulating the measuring current IP2 for holding the third electrode voltage or third Nernst voltage V2 shown at a constant level. It goes without saying that the control of the first and second electrode voltages or Nernst voltages V0 , V1 in an analogous manner. It goes without saying that this is in the 2nd shown control and regulation model, not in the 2nd Control technology elements shown can have, such as filters, integrators, differential elements, delay elements and other known control and regulation elements.

Das regelungstechnische Steuerungsmodell der 2 umfasst als Eingangsgröße Vsoll den Soll-Wert für die dritte Elektrodenspannung bzw. Nernstspannung V2. Die Ausgangsgröße Vist beschreibt den tatsächlichen Ist-Wert für die dritte Elektrodenspannung bzw. Nernstspannung V2, die sich durch Anlegen des Messstroms IP2 an dem Elektrodenpaar bestehend aus Abgaselektrode 22 und Messelektrode 44 zwischen dem Elektrodenpaar bestehend aus Messelektrode 44 und Referenzelektrode 52 ergibt. Der Ist-Wert Vist der dritten Elektrodenspannung bzw. Nernstspannung V2 wird über ein erstes Steuerungselement SE1, das beispielsweise ein Polynomglied sein kann, an einen Summenbilder SB zurückgeführt und mit dem Soll-Wert Vsoll der dritten Elektrodenspannung bzw. Nernstspannung V2 verglichen und, bei Feststellen einer Differenz, kann daraufhin diese Differenz durch Anpassen des Messstroms IP2 zumindest teilweise kompensiert werden, damit der Ist-Wert Vist nahezu dem Soll-Wert Vsoll entspricht.The control engineering control model of 2nd includes as input variable V should the target value for the third electrode voltage or Nernst voltage V2 . The initial size V is describes the actual value for the third electrode voltage or Nernst voltage V2 caused by applying the measuring current IP2 on the pair of electrodes consisting of exhaust gas electrode 22 and measuring electrode 44 between the pair of electrodes consisting of measuring electrode 44 and reference electrode 52 results. The actual value V is the third electrode voltage or Nernst voltage V2 is via a first control element SE1 , which can be a polynomial element, for example, to a sum image SB returned and with the target value V should the third electrode voltage or Nernst voltage V2 compared and, if a difference is found, this difference can then be adjusted by adjusting the measuring current IP2 be at least partially compensated for, so the actual value V is almost the target value V should corresponds.

In dem regelungstechnischen Steuerungsmodell der 2 sind nach dem Summenbilder SB ein zweites Steuerungselement SE2, ein drittes Steuerungselement SE3 und ein viertes Steuerungselement SE4 vorgesehen. Im zweiten Steuerungselement SE2, das ebenfalls ein Polynomglied sein kann, ist ein Kompensationsfaktor KF berücksichtigt, der dazu bedacht ist, der tatsächlichen Alterung des Elektrodenpaares bestehend aus Abgaselektrode 22 und Messelektrode 442 Rechnung zu tragen. Die Alterung der Elektroden 22, 44 kann als Modell mit einem Alterungsfaktor AF im vierten Steuerungselement SE4 abgebildet werden. Der Alterungsfaktor AF kann in regelmäßigen Abständen, wie beispielsweise alle 100 Betriebsstunden, mit einem separaten Verfahren (hierin nicht beschrieben) sowohl qualitativ als auch quantitativ bestimmt werden, beispielsweise mittels Frequenzanalysen. Zwischen dem zweiten Steuerungselement SE1 und dem vierten Steuerungselement SE4 ist das dritte Steuerungselement SE3 vorgesehen, das ein Integrationsglied ist. Das Integrationsglied integriert die Stellgröße zum Messstrom IP2. Das heißt, dass die Stellgröße zwischen den beiden Steuerungselementen SE3 und SE4 durch den Messstrom IP2 beschrieben wird.In the control engineering control model of 2nd are after the totals SB a second control element SE2, a third control element SE3 and a fourth control element SE4 intended. In the second control element SE2 , which can also be a polynomial term, is a compensation factor KF is taken into account, which is considered, the actual aging of the electrode pair consisting of exhaust gas electrode 22 and measuring electrode 442 To take into account. The aging of the electrodes 22 , 44 can be used as a model with an aging factor AF in the fourth control element SE4 be mapped. The aging factor AF can be determined at regular intervals, for example every 100 operating hours, using a separate method (not described here) both qualitatively and quantitatively, for example by means of frequency analyzes. Between the second control element SE1 and the fourth control element SE4 is the third control element SE3 provided that is an integrator. The integration element integrates the manipulated variable to the measuring current IP2 . That means that the manipulated variable between the two control elements SE3 and SE4 through the measuring current IP2 is described.

Insbesondere stellt das vierte Steuerungselement SE4 ein regelungstechnisches Steuerungs- und Regelungsmodell zur Steuerung bzw. Regelung von zumindest einem Elektrodenpaar dar. In dem hierin beschriebenen Beispiel soll die zwischen der Messelektrode 44 und der Referenzelektrode 52 anliegende dritte Elektrodenspannung bzw. Nernstspannung V2 durch Steuern des Messstroms IP2, der zwischen der Abgaselektrode 22 und der Messelektrode 44 angelegt wird, auf konstantem Niveau gehalten werden. Durch das Vorsehen des zweiten Steuerungselements SE2, in dem ebenfalls ein Steuerungs- und Regelungsmodell mit entsprechenden regelungstechnischen Elementen implementiert sein kann, kann das in dem vierten Steuerungselement SE4 vorgesehene Steuerungs- und Regelungsmodell zumindest teilweise gesteuert bzw. geregelt werden. Dabei soll insbesondere der in dem vierten Steuerungselement SE4 berücksichtigte Alterungsfaktor AF des zumindest einen Elektrodenpaares zumindest teilweise kompensiert werden.In particular, the fourth control element SE4 a control engineering control model for the control or regulation of at least one pair of electrodes. In the example described here, that between the measuring electrode 44 and the reference electrode 52 applied third electrode voltage or Nernst voltage V2 by controlling the measuring current IP2 between the exhaust electrode 22 and the measuring electrode 44 is maintained at a constant level. By providing the second control element SE2 , in which a control and regulation model can also be implemented with corresponding control elements, this can be done in the fourth control element SE4 provided control and regulation model are at least partially controlled or regulated. In particular, the fourth control element SE4 considered aging factor AF of the at least one pair of electrodes are at least partially compensated.

Während der Lebensdauer des amperometrischen Sensors 10 kann es jedoch aufgrund von z. B. Elektroden-Delamination und/oder Schwefel- und/oder Magnesiumvergiftungen und/oder Elektrodenoxidation zu einer Veränderung der Streckencharakteristik und letztendlich zu Messungenauigkeiten kommen, insbesondere bei den dem Abgas der Brennkraftmaschine ausgesetzten Elektroden 22, 24, 34, 44. Folglich ist es vorteilhaft und erfindungsgemäß, wenn der Kompensationsfaktors der tatsächlichen Alterung des Elektrodenpaares bestehend aus Abgaselektrode 22 und Messelektrode 44 zumindest teilweise angepasst wird, damit auch bei stärkerer Alterung des Elektrodenpaares noch akzeptable Messungen durchgeführt werden können. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Kompensationsfaktor KF während des Betriebs der Brennkraftmaschine in periodischen Abständen, wie beispielsweise alle 100 Betriebsstunden, und während bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit der tatsächlichen Alterung der Elektroden gemäß eines vom normalen Steuerungsverfahren des Sensors unabhängigen bzw. separaten Verfahrens angepasst wird. Während dem Anpassen des Kompensationsfaktors KF wird der standardmäßige Messbetrieb (siehe 2) des Sensors 10 vorübergehend unterbrochen.During the life of the amperometric sensor 10th However, due to e.g. B. electrode delamination and / or sulfur and / or magnesium poisoning and / or electrode oxidation lead to a change in the route characteristics and ultimately to measurement inaccuracies, especially in the electrodes exposed to the exhaust gas of the internal combustion engine 22 , 24th , 34 , 44 . Consequently, it is advantageous and according to the invention if the compensation factor of the actual aging of the electrode pair consisting of exhaust gas electrode 22 and measuring electrode 44 is at least partially adapted so that acceptable measurements can still be carried out even with severe aging of the electrode pair. It is particularly advantageous if the compensation factor KF during the operation of the internal combustion engine at periodic intervals, such as every 100 operating hours, and during certain operating states of the internal combustion engine depending on the actual aging of the electrodes, according to a method that is independent of the normal control method of the sensor or separate. While adjusting the compensation factor KF will the standard measuring mode (see 2nd ) of the sensor 10th temporarily interrupted.

Unter Verweis auf die 3 ist ein beispielhaftes Verfahren 7 zum Anpassen des Kompensationsfaktors KF gezeigt. Das Verfahren 7 der 3 beginnt beim Schritt S und gelangt dann zum Schritt 8, an dem ein vorbestimmter Ursprungs-Kompensationsfaktor KFo vorbestimmt und in der Steuerung des Stickoxidsensors 10 hinterlegt wird. Der Ursprungs-Kompensationsfaktor KF0 kann beispielsweise direkt nach der Herstellung des Stickoxidsensors 10, d. h. noch im Werk, vorbestimmt und in der Steuerung des Stickoxidsensors 10 hinterlegt werden. Die vorliegende Erfindung basiert nun darauf, dynamisch (d. h. während des Betriebs der Brennkraftmaschine) diesen Ursprungs-Kompensationsfaktor KF0 der aktuellen Kompensation anzupassen. Beispielsweise kann das Sensorsystem solange angesteuert werden, bis es zu schwingen beginnt, wobei als Ursprungs-Kompensationsfaktor KFo derjenige Wert vorbestimmt werden kann, der knapp unterhalb der Schwinggrenze des Sensorsystems liegt.Referring to the 3rd is an exemplary process 7 to adjust the compensation factor KF shown. The procedure 7 the 3rd starts at the step S and then comes to the step 8th , on which a predetermined origin compensation factor KFo is predetermined and in the control of the nitrogen oxide sensor 10th is deposited. The origin compensation factor KF 0 can, for example, directly after the production of the nitrogen oxide sensor 10th , ie still in the factory, predetermined and in the control of the nitrogen oxide sensor 10th be deposited. The present invention is now based on this original compensation factor dynamically (ie during the operation of the internal combustion engine) KF 0 to adapt to the current compensation. For example, the sensor system can be activated until it begins to oscillate, the value that can be predetermined as the original compensation factor KFo that is just below the oscillation limit of the sensor system.

In einem darauffolgenden Schritt 9, während dem der Stickoxidsensor 10 bereits im Abgasstrang der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs verbaut ist und die Brennkraftmaschine betrieben wird, wird das Elektrodenpaar bestehend aus der Abgaselektrode 22 und der Messelektrode 44 mit einem vorbestimmten elektrischen Eingangsimpuls für zumindest die Dauer einer Abtastzeit bzw. Zykluszeit der Sensorsteuerung angesteuert, wie beispielsweise ungefähr 20 ms oder kleiner. Der elektrische Eingangsimpuls ist vorzugsweise ein elektrischer Stromimpuls, noch bevorzugter ein Dirac-Impuls, und entspricht bevorzugt einem für das Elektrodenpaar bestehend aus Abgaselektrode 22 und Messelektrode 44 maximal zulässigen Stromwert. Beispielsweise liegt der elektrische Eingangsimpuls in einem Bereich zwischen ungefähr -10 mA und ungefähr +10 mA. In Abhängigkeit des Elektrodenpaares kann der Stromwert für den elektrischen Eingangsimpuls eingestellt werden.In a subsequent step 9 during which the nitrogen oxide sensor 10th The pair of electrodes consisting of the exhaust gas electrode is already installed in the exhaust line of the internal combustion engine of the vehicle and the internal combustion engine is operated 22 and the measuring electrode 44 controlled with a predetermined electrical input pulse for at least the duration of a sampling time or cycle time of the sensor control, for example approximately 20 ms or less. The electrical input pulse is preferably an electrical current pulse, more preferably a Dirac pulse, and preferably corresponds to one for the pair of electrodes consisting of exhaust gas electrode 22 and measuring electrode 44 maximum permissible current value. For example, the input electrical pulse is in a range between about -10 mA and about +10 mA. Depending on the pair of electrodes, the current value for the electrical input pulse can be set.

Nach dem Ansteuern des Elektrodenpaares 22, 44 mit dem elektrischen Eingangsimpuls beim Schritt 9 wird in einem darauffolgenden Schritt 10 der elektrische Antwortimpuls ermittelt, der mit Bezug auf die 4, die zwei Antwortimpulse zeigt, beschrieben wird. Der elektrische Antwortimpuls beschreibt dabei die sich aufgrund des angelegten elektrischen Eingangsstromimpulses an den Elektroden 44, 52 anlegende elektrische Spannung.After driving the pair of electrodes 22 , 44 with the electrical input pulse at the step 9 is in a subsequent step 10th the electrical response pulse is determined which is related to the 4th which shows two response pulses is described. The electrical response pulse describes the electrical input current pulse applied to the electrodes 44 , 52 applied electrical voltage.

Die 4 zeigt beispielhaft den zeitlichen Verlauf von zwei elektrischen Antwortimpulsen in Erwiderung auf jeweils den gleichen elektrischen Eingangsimpuls. Insbesondere zeigt die durchgezogene Kurve UK einen elektrischen Antwortimpuls des Stickoxidsensors 10 in seinem Ursprungs-Zustand, d. h. dass die Brennkraftmaschine bisher nicht betrieben wurde. Folglich kann der elektrische Antwortimpuls UK ebenfalls bereits direkt nach Herstellung des Sensors vorbestimmt werden. Alternativ kann der elektrische Antwortimpuls UK während den ersten Betriebsstunden der Brennkraftmaschine vorbestimmt werden.The 4th shows an example of the time course of two electrical response pulses in response to the same electrical input pulse. In particular, the solid curve shows UK an electrical response pulse from the nitrogen oxide sensor 10th in its original state, ie that the internal combustion engine has not been operated so far. Consequently, the electrical response pulse UK can also be predetermined directly after the sensor has been manufactured. Alternatively, the electrical response pulse UK can be predetermined during the first operating hours of the internal combustion engine.

Die gestrichelt dargestellte Kurve AK der 4 zeigt einen elektrischen Antwortimpuls des Stickoxidsensors 10 nach einer bestimmten Betriebszeit, beispielsweise ungefähr 500 Betriebsstunden, der Brennkraftmaschine und während das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln des Kompensationsfaktors KF durchgeführt wird. Der 4 ist zu entnehmen, dass aufgrund der Alterung des Elektrodenpaares 22, 44 die Amplitude des elektrischen Antwortimpulses AK im Vergleich zur Amplitude des elektrischen Antwortimpulses UK größer ist und der Abklingverlauf ebenfalls unterschiedlich ist.The curve shown in dashed lines AK the 4th shows an electrical response pulse of the nitrogen oxide sensor 10th after a certain operating time, for example approximately 500 operating hours, of the internal combustion engine and during the method according to the invention for determining the compensation factor KF is carried out. The 4th it can be seen that due to the aging of the electrode pair 22 , 44 the amplitude of the electrical response pulse AK compared to the amplitude of the electrical response pulse UK is larger and the decay course is also different.

Überschreitet der Betrag der Differenz zwischen der Amplitude des aktuellen elektrischen Antwortimpulses und der Amplitude des vorbestimmten elektrischen Antwortimpulses einen vorbestimmten Differenzschwellenwert, kann in einem Schritt 11 (siehe Verfahren 7 der 3) auf der Grundlage des ursprünglichen Kompensationsfaktors KF0 ein angepasster Kompensationsfaktor KFn ermittelt werden. Überschreitet der aktuelle elektrische Antwortimpuls AK, d. h. die maximale Amplitude, den ursprünglichen Antwortimpuls UK, d. h. die maximale Amplitude, um einen bestimmten Prozentwert, kann in einer bevorzugten Ausgestaltung der angepasste Kompensationsfaktor KFn dadurch ermittelt werden, dass der Ursprungs-Kompensationsfaktor KF0 um ungefähr den bestimmten Prozentwert, der mit einem geeigneten Faktor beaufschlagt sein kann, verringert wird.If the amount of the difference between the amplitude of the current electrical response pulse and the amplitude of the predetermined electrical response pulse exceeds a predetermined difference threshold value, in one step 11 (see procedure 7 the 3rd ) based on the original compensation factor KF0 an adjusted compensation factor KF n be determined. Exceeds the current electrical response pulse AK , ie the maximum amplitude, the original response pulse UK , ie the maximum amplitude by a certain percentage value, can be the adjusted compensation factor in a preferred embodiment KF n can be determined by the origin compensation factor KF 0 is reduced by approximately the determined percentage that may be applied by an appropriate factor.

Insbesondere wird sich dabei zu Nutze gemacht, dass sich in dem durch die Alterung des Elektrodenpaares bedingten erhöhten elektrischen Antwortimpuls der aktuelle Alterungsfaktor AF des Elektrodenpaares niederschlägt und somit diese Alterung mit dem angepassten Kompensationsfaktor KFn zumindest teilweise kompensiert werden kann.In particular, use is made of the fact that the current aging factor occurs in the increased electrical response pulse caused by the aging of the electrode pair AF of the electrode pair and thus this aging with the adjusted compensation factor KF n can be at least partially compensated.

Das vorbeschriebene Verfahren 7 zur erstmaligen Ermittlung eines angepassten Korrekturfaktors KFn kann in periodischen Abständen während des Betriebs der Brennkraftmaschine erneut ausgeführt werden, wobei dies vorzugsweise jedes Mal auf der Grundlage des Ursprungs-Korrekturfaktors KF0 erfolgt. Alternativ ist es jedoch möglich, dass ein erneut ermittelter angepasster Korrekturfaktor KFn auf der Grundlage eines zuvor ermittelten angepassten Korrekturfaktors KFn-1 ermittelt wird.The procedure described above 7 for the first determination of an adjusted correction factor KF n may be re-run at periodic intervals during engine operation, preferably each time based on the origin correction factor KF 0 he follows. Alternatively, however, it is possible for a newly determined adjusted correction factor KF n based on a previously determined adjusted correction factor KF n-1 is determined.

Das Ermitteln eines angepassten Korrekturfaktors KFn erfolgt vorzugsweise während vorbestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, beispielsweise während einer Schubabschaltungsphase, während eines Leerlauf, während einer Schubphase, während eines Nachlaufs, bei konstanter Last (konstanter Sauerstoffpunkt) oder während jedes beliebigen Betriebszustands. Finding an adjusted correction factor KF n is preferably carried out during predetermined operating states of the internal combustion engine, for example during a fuel cut-off phase, during idling, during a coasting phase, during a run-on, at constant load (constant oxygen point) or during any operating state.

In weiteren Ausgestaltungen kann es vorteilhaft sein, neben dem zweiten Steuerungselement SE2, in dem, wie zuvor beschrieben, ein regelungstechnisches Steuerungs- und Regelungsmodell mit vorbestimmten ersten Steuerungsparametern vorgesehen ist, zumindest ein alternatives zweites Steuerelement SE2* zu hinterlegen, in dem ebenfalls ein regelungstechnisches Steuerungs- und Regelungsmodell mit vorgegebenen zweiten Steuerungsparametern, die unterschiedlich zu den vorbestimmten ersten Steuerungsparametern sind, vorgesehen ist.In further refinements, it can be advantageous in addition to the second control element SE2 , in which, as described above, a control engineering control model is provided with predetermined first control parameters, at least one alternative second control element SE2 * to be deposited, in which a control engineering control model with predetermined second control parameters, which are different from the predetermined first control parameters, is also provided.

Überschreitet der aktuelle elektrische Antwortimpuls AK, d. h. die maximale Amplitude, den ursprünglichen Antwortimpuls UK, d. h. die maximale Amplitude, um den bestimmten Prozentwert, der wiederum größer ist als ein vorbestimmter Amplitudenschwellenwert, kann in der weiteren Ausgestaltung das ursprüngliche zweite Steuerungselement SE2 durch das zumindest eine alternative zweite Steuerungselement SE2* ersetzt werden. In diesem Fall kann nämlich davon ausgegangen werden, dass die Alterung des Elektrodenpaares einen Wert erreicht hat, der mit dem ursprünglichen zweiten Steuerungselement SE2 nicht mehr ausreichend kompensiert werden kann. Somit ist es vorteilhaft, in der Gesamtsteuerung des Sensors 10 mehrere zweite Steuerungselemente SE2 vorzusehen, in denen unterschiedliche vorbestimmte Steuerungsparameter hinterlegt sind, um unterschiedliche Alterungszustände des Elektrodenpaares zumindest teilweise zu kompensieren.Exceeds the current electrical response pulse AK , ie the maximum amplitude, the original response pulse UK , ie the maximum amplitude by the determined percentage value, which in turn is greater than a predetermined amplitude threshold value, can be the original second control element in the further embodiment SE2 by the at least one alternative second control element SE2 * be replaced. In this case, it can be assumed that the aging of the pair of electrodes has reached a value that corresponds to that of the original second control element SE2 cannot be compensated sufficiently. It is therefore advantageous in the overall control of the sensor 10th several second control elements SE2 to be provided in which different predetermined control parameters are stored in order to at least partially compensate for different aging states of the electrode pair.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens 7 kann beim Schritt 11 (siehe 3) ferner ein betragsmäßig maximaler Wert der zeitlichen Ableitung des ermittelten Antwortimpulses ermittelt werden. Dabei wird der betragsmäßig maximale Wert der zeitlichen Ableitung des ermittelten Antwortimpulses nach dem Erreichen des jeweiligen Peaks ermittelt. Das Ermitteln des angepassten Kompensationsfaktors AFn kann ferner auf der Grundlage des ermittelten betragsmäßig maximalen Werts der zeitlichen Ableitung des ermittelten elektrischen Antwortimpulses erfolgen.In a further embodiment of the method 7 can at the step 11 (please refer 3rd ) a maximum value of the time derivative of the determined response pulse is also determined. The maximum value of the time derivative of the response pulse determined is determined after reaching the respective peak. Determining the adjusted compensation factor AF n can also take place on the basis of the determined maximum value of the time derivative of the determined electrical response pulse.

Ähnlich wie bei der oben beschriebenen Überschreitung der ursprünglichen Amplitude kann es vorteilhaft sein, von dem ursprünglichen zweiten Steuerungselement SE2 zu einem alternativen zweiten Steuerelements SE2* zu wechseln, wenn der maximale Wert der zeitlichen Ableitung des elektrischen Antwortimpulses einen vorbestimmten Ableitungsschwellenwert überschreitet.Similar to when the original amplitude is exceeded as described above, it can be advantageous from the original second control element SE2 to an alternative second control SE2 * to change when the maximum value of the time derivative of the electrical response pulse exceeds a predetermined derivative threshold.

Unter Verweis auf die 5 bis 8 wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln der Notwendigkeit des Anpassens des Kompensationsfaktors KF beschrieben. Wenn mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt wird, dass die Notwendigkeit zum Anpassen des Kompensationsfaktors KF besteht, kann im Anschluss daran das Verfahren 7 der 3 zum tatsächlichen Anpassen des Kompensationsfaktors durchgeführt werden.Referring to the 5 to 8th becomes the inventive method for determining the need to adjust the compensation factor KF described. If it is determined by means of the method according to the invention that the need to adjust the compensation factor KF the procedure can follow 7 the 3rd to actually adjust the compensation factor.

Das erfindungsgemäße Verfahren der 5 wird nun mit Zwischenverweisen auf die 6 bis 8 beschrieben. Dabei wird exemplarisch die Erfindung anhand des Elektrodenpaares 22, 44 beschrieben. Es ist jedoch selbstredend, dass das erfindungsgemäße Verfahren in analoger Weise zum Überprüfen der Notwendigkeit des Anpassens des Kompensationsfaktors KF eines anderen Elektrodenpaares durchgeführt werden kann, beispielsweise des Elektrodenpaares 22, 24.The inventive method of 5 is now provided with intermediate references to the 6 to 8th described. The invention is exemplified by the pair of electrodes 22 , 44 described. However, it goes without saying that the method according to the invention is used in an analogous manner to check the need to adapt the compensation factor KF another pair of electrodes can be carried out, for example the pair of electrodes 22 , 24th .

Das erfindungsgemäße Verfahren der 5 startet beim Schritt S und gelangt zum Schritt 1, bei dem auf das Elektrodenpaar 22, 44 zum Zeitpunkt t0 während des normalen Messbetriebs eine elektrische Störgröße, wie beispielsweise eine elektrische Störspannung, aufgebracht wird. Alternativ kann auch ein elektrischer Störstrom als elektrische Störgröße aufgebracht werden. Die elektrische Störspannung kann beispielsweise im Bereich zwischen ungefähr +30 mV und ungefähr -30 mV liegen. Alternativ kann eine Schubphase der Brennkraftmaschine als Störspannung gewertet werden.The inventive method of 5 starts at the step S and comes to the step 1 , where on the pair of electrodes 22 , 44 at the time t0 an electrical disturbance variable, such as an electrical disturbance voltage, is applied during normal measurement operation. Alternatively, an electrical interference current can also be applied as an electrical interference variable. The electrical interference voltage can be, for example, in the range between approximately +30 mV and approximately -30 mV. Alternatively, an overrun phase of the internal combustion engine can be evaluated as an interference voltage.

In einem darauffolgenden Schritt 2 wird ein zeitlicher Verlauf des dynamischen Anteils eines zeitlichen elektrischen Stromverlaufs an dem zumindest einen Elektrodenpaar 22, 44 in Erwiderung auf die aufgebrachte elektrische Störspannung ermittelt. Hierzu zeigt die 6 ein beispielhaftes Diagramm eines zeitlichen Stromverlaufs 100 und einen zeitlichen Verlauf des dynamischen Anteils 102 des zeitlichen Stromverlaufs 100 beim Aufbringen der Störspannung auf das Elektrodenpaar 22, 44. Der zeitliche Stromverlauf 100 gibt dabei den vom Steuerungsmodell der 2 ermittelten Pumpstrom IP2 an, der im Wesentlichen vor dem Aufbringen der elektrischen Störspannung zum Zeitpunkt t0 konstant ist (siehe näherungsweisen konstanten Stromverlauf 100 vor dem Zeitpunkt t0). Durch die aufgebrachte elektrische Störspannung gelangt der Pumpstrom IP2 aus dem konstanten Bereich und wird im Zeitraum zwischen t0 und t1 wieder derart gesteuert bzw. geregelt, dass zum Zeitpunkt t1 der Pumpstrom IP2 wieder auf dem konstanten Niveau ist und die Störspannung vollständig kompensiert wird.In a subsequent step 2nd is a temporal profile of the dynamic portion of a temporal electrical current profile on the at least one pair of electrodes 22 , 44 determined in response to the applied electrical interference voltage. The 6 an exemplary diagram of a temporal current curve 100 and a time course of the dynamic part 102 the current flow over time 100 when applying the interference voltage to the pair of electrodes 22 , 44 . The current flow over time 100 gives that of the control model of 2nd determined pump current IP2 which is essentially before the application of the electrical interference voltage at the time t0 is constant (see approximate constant current curve 100 before the time t0 ). The pump current passes through the applied electrical interference voltage IP2 out of the constant range and is in the period between t0 and t1 again controlled or regulated in such a way that at the time t1 the pump current IP2 is again at the constant level and the interference voltage is fully compensated.

Zu den in den 6 bis 8 dargestellten Diagrammen ist zu erwähnen, dass sämtliche eingezeichnete Verläufe tatsächlich eine Ansammlung von Messpunkten ist, die in vorbestimmten Abtastintervallen, wie z. B. von 2,5 ms, erfasst werden. Der durchgängige Verlauf kann beispielsweise durch Interpolation ermittelt werden. To those in the 6 to 8th The diagrams shown should be mentioned that all of the curves drawn are in fact a collection of measurement points that occur at predetermined sampling intervals, such as e.g. B. of 2.5 ms. The continuous course can be determined, for example, by interpolation.

Der zeitliche Verlauf des dynamischen Anteils 102 beschreibt insbesondere den Verlauf der Änderung des zeitlichen Stromverlaufs 100. Genauer gesagt beschreibt der Verlauf des dynamischen Anteils 102 die zeitliche Entwicklung der Steuerungswerte zwischen dem zweiten Steuerungselements SE2 und dem dritten Steuerungselement SE3 des Steuerungs- und Regelungsmodell der 2. Im Gegensatz dazu beschreibt der zeitliche Stromverlauf 100 die zeitliche Entwicklung der Steuerungswerte nach dem dritten Steuerungselement SE3, insbesondere zwischen dem dritten Steuerungselement SE3 und dem vierten Steuerungselement SE4.The time course of the dynamic part 102 describes in particular the course of the change in the temporal current course 100 . To be more precise, describes the course of the dynamic part 102 the temporal development of the control values between the second control element SE2 and the third control element SE3 the control model of 2nd . In contrast, describes the current flow over time 100 the temporal development of the control values after the third control element SE3 , in particular between the third control element SE3 and the fourth control element SE4 .

Unter erneutem Verweis auf die 5 gelangt das Verfahren nach dem Schritt 2 zum Schritt 3, an dem ein vorzeichengleicher Verlauf des zeitlichen Verlaufs des dynamischen Anteils 102 des zeitlichen Stromverlaufs 100 ermittelt wird. Hierzu wird auf die 7 verwiesen, die beispielhaft den quadrierten Verlauf 104 des Verlaufs des dynamischen Anteils 102 des zeitlichen Stromverlaufs 100 als Beispiel für einen vorzeichengleichen Verlauf zeigt. Durch das Quadrieren kann sichergestellt werden, dass sämtliche Werte des vorzeichengleichen Verlaufs 104 positiv sind.With renewed reference to the 5 the process arrives after the step 2nd to step 3rd , on which there is an algebraic sign of the course of the dynamic component over time 102 the current flow over time 100 is determined. For this purpose, the 7 referenced, the example of the squared course 104 the course of the dynamic part 102 the current flow over time 100 as an example of a sign of the same sign. By squaring it can be ensured that all values have the same sign 104 are positive.

Alternativ ist es natürlich möglich, anstelle eines quadrierten Verlaufs einen ganzzahligen, geradzahligen Potenzverlauf zu ermitteln Ebenfalls kann ein vorzeichengleicher Verlauf durch Betragbildung oder negativer Betragbildung erhalten werden.Alternatively, it is of course possible to determine an integer, even-numbered power curve instead of a squared curve. A curve with the same sign can also be obtained by forming the amount or negative amount.

In einem darauffolgenden Schritt 4 (siehe 5) wird die Autokorrelationsfunktion des vorzeichengleichen Verlaufs 104 ermittelt. Die 8 zeigt hierzu die Autokorrelationsfunktion 106 des vorzeichengleichen Verlaufs 104 der 7. Insbesondere sind in der 8 die zu den Abtastzeitpunkten ermittelten diskreten Werte der Autokorrelationsfunktion 106 eingetragen und nummeriert. Es ist selbstredend, dass der erste Wert der Autokorrelationsfunktion den Wert 1 hat.In a subsequent step 4th (please refer 5 ) becomes the autocorrelation function of the sign with the same sign 104 determined. The 8th shows the autocorrelation function 106 of the same sign 104 the 7 . In particular, in the 8th the discrete values of the autocorrelation function determined at the sampling times 106 registered and numbered. It goes without saying that the first value of the autocorrelation function is the value 1 Has.

In einem weiteren Schritt 5 (siehe 5) ist ein Ermitteln einer Summe der Werte über einen vorbestimmten Zeitraum der ermittelten Autokorrelationsfunktion zum Erhalten eines Autokorrelationssummenwerts vorgesehen. Vorzugsweise werden die Werte 2 bis 4 der Autokorrelationsfunktion zum Erhalten des Autokorrelationssummenwerts addiert.In a further step 5 (please refer 5 ) a determination of a sum of the values over a predetermined period of time of the determined autocorrelation function is provided in order to obtain an autocorrelation sum value. The values are preferred 2nd to 4th the autocorrelation function to obtain the autocorrelation sum value.

In einem letzten Schritt 6 des erfindungsgemäßen Verfahrens (siehe 5) kann die Notwendigkeit einer Anpassung des Kompensationsfaktors KF erkannt werden, wenn der Betrag des Autokorrelationssummenwerts einen vorbestimmten Autokorrelationsschwellenwert übersteigt. Insbesondere kann davon abgeleitet werden, dass das Einregeln des Regel- und Steuerungskreises nicht mehr aperiodisch ist und gegebenenfalls überschwingt, wodurch eine Anpassung des Kompensationsfaktors KF notwendig sein kann.In a final step 6 of the method according to the invention (see 5 ) may necessitate an adjustment of the compensation factor KF are detected when the amount of the autocorrelation sum value exceeds a predetermined autocorrelation threshold value. In particular, it can be derived from this that the adjustment of the regulating and control circuit is no longer aperiodic and may overshoot, which means that the compensation factor is adjusted KF may be necessary.

Falls beim Schritt 6 der 5 die Notwendigkeit erkannt wird, kann im Anschluss das Verfahren 7 der 3 zum Anpassen des Kompensationsfaktors KF durchgeführt werden.If at step 6 the 5 The procedure can then be identified if the need is recognized 7 the 3rd to adjust the compensation factor KF be performed.

Nach dem Anpassen des Kompensationsfaktors gemäß dem Verfahren 7 der 3 kann dann erneut das Verfahren der 5 durchgeführt werden, um zu überprüfen, ob die Anpassung des Kompensationsfaktors ausreichend bzw. korrekt war. Unterschreitet der Betrag des neuen Autokorrelationssummenwerts den vorbestimmten Autokorrelationsschwellenwert, dann war die Anpassung des Kompensationsfaktors ausreichend bzw. korrekt. Überschreitet jedoch der Betrag des neuen Autokorrelationssummenwerts wieder den vorbestimmten Autokorrelationsschwellenwert, dann war die Anpassung des Kompensationsfaktors nicht ausreichend bzw. nicht korrekt und es kann die Anpassung gemäß dem Verfahren 7 der 3 erneut durchgeführt werden. Dies kann solange wiederholt gemacht werden, bis festgestellt wird, dass die Anpassung ausreichend bzw. korrekt war.After adjusting the compensation factor according to the procedure 7 the 3rd can then repeat the process of 5 be carried out to check whether the adjustment of the compensation factor was sufficient or correct. If the amount of the new autocorrelation sum value falls below the predetermined autocorrelation threshold value, then the adjustment of the compensation factor was sufficient or correct. However, if the amount of the new autocorrelation sum value again exceeds the predetermined autocorrelation threshold value, then the adjustment of the compensation factor was insufficient or incorrect and the adjustment according to the method can 7 the 3rd be performed again. This can be done repeatedly until it is determined that the adjustment was sufficient or correct.

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Claims (13)

Verfahren zum Erkennen einer Notwendigkeit einer Anpassung eines Kompensationsfaktors (KFn), der zum zumindest teilweisen Kompensieren eines Alterungsfaktors (AF) von zumindest einem Elektrodenpaar (22, 44, 52) eines auf dem amperometrischen Prinzip basierenden Sensors (10) für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs ausgebildet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Schritt 1: Aufbringen einer elektrischen Störgröße auf das zumindest eine Elektrodenpaar (22, 44, 52), - Schritt 2: Ermitteln eines zeitlichen Verlaufs des dynamischen Anteils eines zeitlichen elektrischen Strom- oder Spannungsverlaufs an dem zumindest einen Elektrodenpaar (22, 44, 52) in Erwiderung auf die aufgebrachte elektrische Störgröße, - Schritt 3: Ermitteln eines vorzeichengleichen Verlaufs des zeitlichen Verlaufs des dynamischen Anteils des zeitlichen Strom- oder Spannungsverlaufs, - Schritt 4: Ermitteln der Autokorrelationsfunktion des ermittelten vorzeichengleichen Verlaufs, - Schritt 5: Ermitteln einer Summe der Werte über einen vorbestimmten Zeitraum der ermittelten Autokorrelationsfunktion zum Erhalten eines Autokorrelationssummenwerts, und - Schritt 6: Erkennen der Notwendigkeit einer Anpassung des Kompensationsfaktors (KFn), wenn der Betrag des Autokorrelationssummenwerts einen vorbestimmten Autokorrelationsschwellenwert übersteigt.Method for recognizing the need to adapt a compensation factor (KF n ) which is used to at least partially compensate for an aging factor (AF) of at least one pair of electrodes (22, 44, 52) of a sensor (10) based on the amperometric principle for an internal combustion engine of a vehicle The method comprises the following steps: - Step 1: Applying an electrical disturbance variable to the at least one pair of electrodes (22, 44, 52), - Step 2: Determining a time profile of the dynamic component of a temporal electrical current or voltage profile on the at least one pair of electrodes (22, 44, 52) in response to the applied electrical disturbance variable, - step 3: determining a curve of the same time with the same sign as the time profile of the dynamic component of the temporal current or voltage profile, - step 4: determining the autocorrelation function of the of the same sign, - step t 5: determining a sum of the values over a predetermined period of time of the determined autocorrelation function in order to obtain an autocorrelation sum value, and - step 6: recognizing the need to adjust the compensation factor (KF n ) if the amount of the autocorrelation sum value exceeds a predetermined autocorrelation threshold value. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt 3 aufweist: - Ermitteln des positiven Gleichrichtverlaufs des zeitlichen Verlaufs des dynamischen Anteils des zeitlichen Strom- oder Spannungsverlaufs, oder - Ermitteln des negativen Gleichrichtverlaufs des zeitlichen Verlaufs des dynamischen Anteils des zeitlichen Strom- oder Spannungsverlaufs, oder - ganzzahliges, geradzahliges Potenzieren des zeitlichen Verlaufs des dynamischen Anteils des zeitlichen Strom- oder Spannungsverlaufs.Procedure according to Claim 1 Step 3 comprises: - determining the positive rectification curve of the temporal curve of the dynamic component of the temporal current or voltage curve, or - determining the negative rectification curve of the temporal curve of the dynamic component of the temporal current or voltage curve, or - integer, even-numbered exponentiation the temporal profile of the dynamic part of the temporal current or voltage profile. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der vorbestimmte Zeitraum des Schritts 5 zeitnah an denjenigen Zeitpunkt anschließt, an dem das Aufbringen der elektrischen Störgröße startet.Method according to one of the preceding claims, wherein the predetermined period of step 5 follows shortly after that point in time at which the application of the electrical disturbance variable starts. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Schritt 5 der zweite bis vierte Wert der Autokorrelationsfunktion addiert werden.Method according to one of the preceding claims, wherein in step 5 the second to fourth values of the autocorrelation function are added. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die auf das zumindest eine Elektrodenpaar (22, 44, 52) aufgebrachte elektrische Störgröße eine elektrische Störspannung ist, die zwischen ungefähr -30 mV und ungefähr +30 mV liegt.Method according to one of the preceding claims, wherein the electrical interference variable applied to the at least one pair of electrodes (22, 44, 52) is an electrical interference voltage which is between approximately -30 mV and approximately +30 mV. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vorbestimmte Autokorrelationsschwellenwert im Bereich zwischen ungefähr 0,15 und 2,0 liegt, abhängig vom Elektrodenpaar (22, 44, 52).Method according to one of the preceding claims, wherein the predetermined autocorrelation threshold lies in the range between approximately 0.15 and 2.0, depending on the pair of electrodes (22, 44, 52). Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit: - Schritt 7: Anpassen des Kompensationsfaktors (KFn), wenn eine Notwendigkeit einer Anpassung desselben erkannt worden ist, wobei das Anpassen des Kompensationsfaktors (KFn) aufweist: - Schritt 8: Vorbestimmen eines Ursprungs-Kompensationsfaktors (KFo) für den amperometrischen Sensor, - Schritt 9: Ansteuern des zumindest einen Elektrodenpaares (22, 44) mit einem vorbestimmten elektrischen Eingangsimpuls, - Schritt 10: Ermitteln eines elektrischen Antwortimpulses (AK) des zumindest einen Elektrodenpaares (22, 44) in Erwiderung auf den vorbestimmten elektrischen Eingangsimpuls, und - Schritt 11: Ermitteln eines angepassten Kompensationsfaktors (KFn) auf der Grundlage des vorbestimmten Ursprungs-Kompensationsfaktors (KFo) und des ermittelten elektrischen Antwortimpulses.Procedure according to Claim 1 , further with: - Step 7: Adjusting the compensation factor (KF n ) if a need for an adjustment thereof has been recognized, wherein the adjustment of the compensation factor (KF n ) comprises: - Step 8: Predetermining an origin compensation factor (KFo) for the amperometric sensor, - step 9: triggering the at least one pair of electrodes (22, 44) with a predetermined electrical input pulse, - step 10: determining an electrical response pulse (AK) of the at least one pair of electrodes (22, 44) in response to the predetermined electrical Input pulse, and - step 11: determining an adapted compensation factor (KF n ) on the basis of the predetermined original compensation factor (KFo) and the determined electrical response pulse. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Anpassen des Kompensationsfaktors (KFn) ferner aufweist: - Schritt 12: erneutes Ausführen der Schritte 8 bis 11, wobei beim erneuten Ausführen des Schrittes 11 ein erneut angepasster Kompensationsfaktor (KFn) auf der Grundlage des vorherigen angepassten Kompensationsfaktors (KFn-1) und des aktuellen elektrischen Antwortimpulses ermittelt wird.Procedure according to Claim 7 , wherein the adjustment of the compensation factor (KF n ) further comprises: - Step 12: re-executing steps 8 to 11, wherein when re-executing step 11 a re-adjusted compensation factor (KF n ) on the basis of the previously adjusted compensation factor (KF n -1 ) and the current electrical response pulse is determined. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Anpassen des Kompensationsfaktors (KFn) ferner aufweist: - Schritt 12: erneutes Ausführen der Schritte 8 bis 11, wobei beim erneuten Ausführen des Schrittes 11 ein erneut angepasster Kompensationsfaktor (KFn) auf der Grundlage des im Schritt 1 vorbestimmten Ursprungs-Kompensationsfaktors (KFo) und des aktuellen elektrischen Antwortimpulses ermittelt wird.Procedure according to Claim 7 , wherein the adjustment of the compensation factor (KF n ) further comprises: - step 12: re-executing steps 8 to 11, wherein when re-executing step 11 a re-adjusted compensation factor (KF n ) based on the origin determined in step 1 Compensation factor (KFo) and the current electrical response pulse is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das zumindest eine Elektrodenpaar (22, 44) mit dem vorbestimmten elektrischen Eingangsimpuls für eine vorbestimmte Zeitdauer angesteuert wird, die ungefähr einer Abtastzeit bzw. Zykluszeit einer Steuerung des Sensors (10) entspricht.Procedure according to one of the Claims 7 to 9 , wherein the at least one pair of electrodes (22, 44) is driven with the predetermined electrical input pulse for a predetermined period of time, which corresponds approximately to a sampling time or cycle time of a control of the sensor (10). Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, ferner mit: - erneutes Ausführen der Schritte 1 bis 6, und - Feststellen, dass der Kompensationsfaktor (KFn) korrekt angepasst wurde, wenn beim erneuten Durchführen der Schritte 1 bis 6 am Schritt 6 die Autokorrelation unterhalb des vorbestimmten Autokorrelationsschwellenwerts liegt.Procedure according to one of the Claims 7 to 10th , further with: - executing steps 1 to 6 again, and - determining that the compensation factor (KF n ) has been correctly adjusted if, when performing steps 1 to 6 again at step 6, the autocorrelation is below the predetermined autocorrelation threshold value. Amperometrischer Sensor (10) für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, mit: - einem Träger (12), der bevorzugt ein keramisches Material aufweist, - zumindest einem am Träger (12) angebrachten Elektrodenpaar (22, 44, 52), und - einer mit dem zumindest einen Elektrodenpaar (22, 44) elektrisch verbundenen Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen. Amperometric sensor (10) for an internal combustion engine of a vehicle, comprising: - a carrier (12), which preferably has a ceramic material, - at least one pair of electrodes (22, 44, 52) attached to the carrier (12), and - one with the at least one pair of electrodes (22, 44) electrically connected control unit, which is designed to carry out a method according to one of the preceding claims. Sensor nach Anspruch 12, wobei der Sensor ein Stickoxidsensor ist, der dazu ausgebildet ist, im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordnet zu werden.Sensor after Claim 12 , wherein the sensor is a nitrogen oxide sensor, which is designed to be arranged in the exhaust line of the internal combustion engine.
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