DE102022211385A1 - Method for operating a sensor for detecting at least one property of a measuring gas in a measuring gas chamber of an internal combustion engine - Google Patents
Method for operating a sensor for detecting at least one property of a measuring gas in a measuring gas chamber of an internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- DE102022211385A1 DE102022211385A1 DE102022211385.3A DE102022211385A DE102022211385A1 DE 102022211385 A1 DE102022211385 A1 DE 102022211385A1 DE 102022211385 A DE102022211385 A DE 102022211385A DE 102022211385 A1 DE102022211385 A1 DE 102022211385A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- sensor
- combustion engine
- internal combustion
- measuring gas
- detecting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 79
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 48
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 48
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 61
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 16
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 7
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 3
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 31
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 21
- 239000003570 air Substances 0.000 description 14
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 13
- 230000006870 function Effects 0.000 description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 7
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 6
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000003679 aging effect Effects 0.000 description 1
- 238000012884 algebraic function Methods 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021525 ceramic electrolyte Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors (10) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum einer Brennkraftmaschine (12) vorgeschlagen. Der Sensor (10) weist ein Sensorelement (14) zur Erfassung der Eigenschaft des Messgases auf. Das Sensorelement (14) weist mindestens eine erste Elektrode (16), eine zweite Elektrode (18), ein Heizelement (30) und einen Festelektrolyten (20) auf. Die erste Elektrode (16) ist mit der zweiten Elektrode (18) mittels des Festelektrolyten (20) verbunden. Das Verfahren umfasst die Schritte: Erfassen eines ersten Innenwiderstands des Festelektrolyten (20) während eines ersten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine (12), in dem die Brennkraftmaschine (12) mit einem Kraftstoffüberschuss betrieben wird, Erfassen eines zweiten Innenwiderstands des Festelektrolyten (20) während eines zweiten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine (12), in dem die Brennkraftmaschine (12) mit einem Luftüberschuss betrieben wird und ein Drehzahlzustand und Lastzustand der Brennkraftmaschine (12) im Wesentlichen identisch zu einem Drehzahlzustand und Lastzustand der Brennkraftmaschine (12) im ersten Betriebsmodus ist, Freigeben der Regelung des Heizelements (30), Ermitteln eines Kennwerts, wobei der Kennwert ein Verhältnis des ersten Innenwiderstands zu dem zweiten Innenwiderstand umfasst, Vergleichen des Kennwerts mit einem Vergleichskennwert eines Sensors zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum einer Brennkraftmaschine (12) im Neuzustand, wobei eine Kennlinie des Sensors (10) korrigiert wird, falls der Kennwert den Vergleichskennwert überschreitet und einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet.A method is proposed for operating a sensor (10) for detecting at least one property of a measuring gas in a measuring gas chamber of an internal combustion engine (12). The sensor (10) has a sensor element (14) for detecting the property of the measuring gas. The sensor element (14) has at least a first electrode (16), a second electrode (18), a heating element (30) and a solid electrolyte (20). The first electrode (16) is connected to the second electrode (18) by means of the solid electrolyte (20). The method comprises the steps of: detecting a first internal resistance of the solid electrolyte (20) during a first operating mode of the internal combustion engine (12), in which the internal combustion engine (12) is operated with an excess of fuel, detecting a second internal resistance of the solid electrolyte (20) during a second operating mode of the internal combustion engine (12), in which the internal combustion engine (12) is operated with an excess of air and a speed state and load state of the internal combustion engine (12) are substantially identical to a speed state and load state of the internal combustion engine (12) in the first operating mode, enabling the control of the heating element (30), determining a characteristic value, wherein the characteristic value comprises a ratio of the first internal resistance to the second internal resistance, comparing the characteristic value with a comparison characteristic value of a sensor for detecting at least one property of a measuring gas in a measuring gas chamber of an internal combustion engine (12) in the new state, wherein a characteristic curve of the sensor (10) is corrected if the characteristic value exceeds the comparison characteristic value and a predetermined threshold value is exceeded.
Description
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Sensoren und Verfahren zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum bekannt. Dabei kann es sich grundsätzlich um beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaften des Messgases handeln, wobei eine oder mehrere Eigenschaften erfasst werden können. Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere unter Bezugnahme auf eine qualitative und/oder quantitative Erfassung eines Anteils einer Gaskomponente des Messgases beschrieben, insbesondere unter Bezugnahme auf eine Erfassung eines Sauerstoffanteils in dem Messgasteil. Der Sauerstoffanteil kann beispielsweise in Form eines Partialdrucks und/oder in Form eines Prozentsatzes erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch auch andere Eigenschaften des Messgases erfassbar, wie beispielsweise die Temperatur.A large number of sensors and methods for detecting at least one property of a measuring gas in a measuring gas chamber are known from the prior art. In principle, this can be any physical and/or chemical properties of the measuring gas, whereby one or more properties can be detected. The invention is described below in particular with reference to a qualitative and/or quantitative detection of a proportion of a gas component of the measuring gas, in particular with reference to a detection of an oxygen content in the measuring gas part. The oxygen content can be detected, for example, in the form of a partial pressure and/or in the form of a percentage. Alternatively or additionally, however, other properties of the measuring gas can also be detected, such as the temperature.
Aus dem Stand der Technik sind insbesondere keramische Sensoren bekannt, welche auf der Verwendung von elektrolytischen Eigenschaften bestimmter Festkörper basieren, also auf Ionen leitenden Eigenschaften dieser Festkörper. Insbesondere kann es sich bei diesen Festkörpern um keramische Festelektrolyte handeln, wie beispielsweise Zirkoniumdioxid (ZrO2), insbesondere yttriumstabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ) und scandiumdotiertes Zirkoniumdioxid (ScSZ), die geringe Zusätze an Aluminiumoxid (Al2O3) und/oder Siliziumoxid (SiO2) enthalten können.Ceramic sensors are known in particular from the prior art which are based on the use of electrolytic properties of certain solids, i.e. on ion-conducting properties of these solids. In particular, these solids can be ceramic solid electrolytes, such as zirconium dioxide (ZrO 2 ), in particular yttrium-stabilized zirconium dioxide (YSZ) and scandium-doped zirconium dioxide (ScSZ), which can contain small additions of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and/or silicon oxide (SiO 2 ).
Beispielsweise können derartige Sensorelemente als so genannte Lambdasonden ausgestaltet sein, wie sie beispielsweise aus
Zur Einhaltung der aktuell gültigen Abgasvorschriften für Ottomotoren ist ein Drei-Wege-Katalysator mit einer Lambdasonde (überwiegend eine Breitbandlambdasonde) vor Katalysator und einer Lambdasonde nach Katalysator (Sprungsonde) notwendig. Zur bestmöglichen Konvertierung der Schadstoffkomponenten im Abgas (Kohlenstoffmonoxid CO, Stickoxide NOx, unverbrannte Kohlenwasserstoffe CH) zu Kohlenstoffdioxid CO2, Stickstoff N2 und Wasser H2O ist es notwendig das Kraftstoff-/ Luftgemisch stöchiometrisch (λ=1) einzuregeln. In der Praxis wird das Gemisch in der Regel so eingeregelt, dass sich nach Katalysator ein Lambdabereich 0.997 < λ< 0.9995 einstellt. Die Lambdaregelung hat die Aufgabe den gewünschten Lambdawert (in den meisten Fällen λ=1) möglichst genau einzustellen, um eine optimale Konvertierung des Abgases zu erreichen. Mögliche Abweichungen von λ=1 sollen durch die Regelung schnell und präzise ausgeglichen werden. Für eine noch genauere Regelung wird zusätzlich noch das Abgas hinter dem Katalysator mit einer weiteren Lambdasonde analysiert. Dieses Signal wird von dem Regler für die Lambdaregelung nach Katalysator verwendet. Diese Regelung wirkt wiederum auf die Lambdaregelung vor Katalysator, indem deren Sollwert verschoben oder „geführt“ wird. Aus diesem Grund wird gelegentlich auch die Bezeichnung „Führungsregelung“ verwendet. Als Sonde nach Katalysator kommen bei Ottomotoren ausschließlich Lambdasonden vom Typ „Sprungsonde“ zum Einsatz.In order to comply with the currently applicable emissions regulations for gasoline engines, a three-way catalytic converter with a lambda probe (usually a broadband lambda probe) before the catalytic converter and a lambda probe after the catalytic converter (jump probe) is necessary. For the best possible conversion of the pollutant components in the exhaust gas (carbon monoxide CO, nitrogen oxides NOx, unburned hydrocarbons CH) to carbon dioxide CO 2 , nitrogen N 2 and water H 2 O, the fuel/air mixture must be regulated stoichiometrically (λ = 1). In practice, the mixture is usually regulated so that a lambda range of 0.997 < λ < 0.9995 is established after the catalytic converter. The task of the lambda control is to set the desired lambda value (in most cases λ = 1) as precisely as possible in order to achieve optimal conversion of the exhaust gas. Possible deviations from λ = 1 should be compensated quickly and precisely by the control. For even more precise control, the exhaust gas behind the catalytic converter is also analyzed with another lambda sensor. This signal is used by the controller for the lambda control after the catalytic converter. This control in turn affects the lambda control before the catalytic converter by shifting or "guiding" its setpoint. For this reason, the term "guidance control" is sometimes used. Only "jump sensor" type lambda sensors are used as sensors after the catalytic converter in gasoline engines.
Gealterte „Sprungsonden“ weisen ein geändertes Signalverhalten auf. Dies führt zu einer ungewollten Lambdaverschiebung durch die „Führungsregelung“ und damit zu erhöhten Schadstoffemissionen nach Katalysator.Aged “jump sensors” exhibit a changed signal behavior. This leads to an unwanted lambda shift due to the “control regulation” and thus to increased pollutant emissions after the catalytic converter.
Trotz der durch diese Sensoren und Verfahren zum Betreiben derselben bewirkten Vorteile beinhalten diese noch Verbesserungspotential. Aktuell wird der Lambdasondenkeramikinnenwiderstand kontinuierlich vom Motorsteuergerät(ECU) gemessen und ist ein Maß für die Lambdasondenkeramiktemperatur. So verhält sich der Lambdasondenkeramikinnenwiderstand umgekehrt proportional zur Lambdasondenkeramiktemperatur. Der gemessene Lambdasondenkeramikinnenwiderstand dient als Eingang in die Lambdasondenheizungsregelung. Diese stellt sicher, dass die Lambdasondenkeramik auf die vorbestimmte Betriebstemperatur eingeregelt wird. Aktuell wird erst bei großen Abweichungen des Lambdasondenkeramikinnenwiderstand vom Sollwert ein Fehler gemeldet. Dadurch ist aktuell keine Unterscheidung für die Lambdasondenheizungsregelung möglich, ob die gemessene Lambdasondenkeramikinnenwiderstandsabweichung ihre Ursache in Fertigungstoleranzen, Abweichungen im Abgastemperaturmodell oder in einer Alterung der Lambdasondenkeramik hat.Despite the advantages of these sensors and methods for operating them, there is still room for improvement. Currently, the internal resistance of the lambda sensor ceramic is continuously measured by the engine control unit (ECU) and is a measure of the lambda sensor ceramic temperature. The internal resistance of the lambda sensor ceramic is inversely proportional to the temperature of the lambda sensor ceramic. The measured internal resistance of the lambda sensor ceramic serves as an input to the lambda sensor heating control. This ensures that the lambda sensor ceramic is regulated to the predetermined operating temperature. Currently, only when there are large deviations in the internal resistance of the lambda sensor ceramic from the setpoint value, an error is reported. As a result, it is currently not possible for the lambda sensor heating control to distinguish whether the measured lambda sensor ceramic internal resistance deviation is caused by manufacturing tolerances, deviations in the exhaust gas temperature model or by aging of the lambda sensor ceramic.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es wird daher ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum vorgeschlagen, welches die Nachteile bekannter Verfahren zum Betreiben dieser Sensoren zumindest weitgehend vermeidet und welches insbesondere geeignet ist, den Alterungszustand der Lambdasondenkeramik zuverlässig zu bestimmen und die sich auf Basis des Alterungszustands ergebende Kennlinienverschiebung zu korrigieren.A method for operating a sensor for detecting at least one property of a measuring gas in a measuring gas chamber is therefore proposed, which at least largely avoids the disadvantages of known methods for operating these sensors and which is particularly suitable for reliably determining the aging state of the lambda sensor ceramic and for correcting the characteristic curve shift resulting on the basis of the aging state.
In einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Erfassung eines Sauerstoffanteils in einem Abgas de Brennkraftmaschine, vorgeschlagen. Der Sensor weist ein Sensorelement zur Erfassung der Eigenschaft des Messgases auf. Das Sensorelement weist mindestens eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, ein Heizelement und einen Festelektrolyten auf. Die erste Elektrode ist mit der zweiten Elektrode mittels des Festelektrolyten verbunden. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Das Verfahren kann, zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten, auch weitere Verfahrensschritte umfassen. Die Verfahrensschritte sind:
- - Einfrieren einer Regelung des Heizelements,
- - Erfassen eines ersten Innenwiderstands des Festelektrolyten während eines ersten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine, in dem die Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffüberschuss betrieben wird,
- - Erfassen eines zweiten Innenwiderstands des Festelektrolyten während eines zweiten Betriebsmodus der Brennkraftmaschine, in dem die Brennkraftmaschine mit einem Luftüberschuss betrieben wird und ein Drehzahlzustand und Lastzustand der Brennkraftmaschine im Wesentlichen identisch zu einem Drehzahlzustand und Lastzustand der Brennkraftmaschine im ersten Betriebsmodus ist,
- - Freigeben der Regelung des Heizelements,
- - Ermitteln eines Kennwerts, wobei der Kennwert ein Verhältnis des ersten Innenwiderstands zu dem zweiten Innenwiderstand umfasst,
- - Vergleichen des Kennwerts mit einem Vergleichskennwert eines Sensors zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum einer Brennkraftmaschine im Neuzustand, wobei eine Kennlinie des Sensors korrigiert wird, falls der Kennwert den Vergleichskennwert überschreitet und einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet.
- - Freezing of a heating element control,
- - detecting a first internal resistance of the solid electrolyte during a first operating mode of the internal combustion engine in which the internal combustion engine is operated with a fuel surplus,
- - detecting a second internal resistance of the solid electrolyte during a second operating mode of the internal combustion engine, in which the internal combustion engine is operated with an excess of air and a speed state and load state of the internal combustion engine are essentially identical to a speed state and load state of the internal combustion engine in the first operating mode,
- - Enabling the control of the heating element,
- - determining a characteristic value, wherein the characteristic value comprises a ratio of the first internal resistance to the second internal resistance,
- - Comparing the characteristic value with a comparison characteristic value of a sensor for detecting at least one property of a measuring gas in a measuring gas chamber of an internal combustion engine in the new state, wherein a characteristic curve of the sensor is corrected if the characteristic value exceeds the comparison characteristic value and falls below a predetermined threshold value.
Das Verfahren berücksichtigt die Erkenntnis, dass eine große Abhängigkeit des Lambdasignals von der Sensorkeramiktemperatur besteht. Weiterhin besteht ein indirekter Zusammenhang zwischen Keramiktemperatur und Keramikinnenwiderstand. Abweichungen von der Zielsensorkeramiktemperatur führen zu einer Lambdaabweichung und dadurch zu einem Emissionseinfluss. Das erfindungsgemäße Verfahren vergleicht dabei ein Verhältnis eines ersten Innenwiderstands während eines Betriebs einer Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebsmodus mit einem Kraftstoffüberschuss und eines zweiten Innenwiderstands während eines Betriebs einer Brennkraftmaschine in einem zweiten Betriebsmodus mit einem Luftüberschuss, aber im Wesentlichen unveränderten Drehzahl- und Lastzustand der Brennkraftmaschine im Vergleich zum ersten Betriebsmodus, mit einem entsprechenden Verhältnis eines Sensors im Neuzustand, um daraus eine Alterung des Sensors zu ermitteln. Die sich auf Basis des Alterungszustands ergebende Kennlinienverschiebung wird dann entsprechend korrigiert, so dass auch der Sensor im gealterten Zustand korrekte Messwerte für die Lambdaregelung liefert.The method takes into account the knowledge that the lambda signal is highly dependent on the sensor ceramic temperature. There is also an indirect connection between the ceramic temperature and the ceramic internal resistance. Deviations from the target sensor ceramic temperature lead to a lambda deviation and thus to an impact on emissions. The method according to the invention compares a ratio of a first internal resistance during operation of an internal combustion engine in a first operating mode with an excess of fuel and a second internal resistance during operation of an internal combustion engine in a second operating mode with an excess of air, but essentially unchanged speed and load state of the internal combustion engine compared to the first operating mode, with a corresponding ratio of a sensor in new condition in order to determine aging of the sensor. The characteristic curve shift resulting from the aging state is then corrected accordingly so that the sensor in the aged state also delivers correct measured values for the lambda control.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist dabei ein Drehzahlzustand und Lastzustand der Brennkraftmaschine im zweiten Betriebsmodus im Wesentlichen identisch zu einem Drehzahlzustand und Lastzustand der Brennkraftmaschine im ersten Betriebsmodus, falls sich jeweils die Drehzahlzustände und die Lastzustände um nicht mehr als 10% und bevorzugt nicht mehr als 5 % bezogen auf eine Nenndrehzahl bzw. Nennlast der Brennkraftmaschine unterscheiden.In the context of the present invention, a speed state and load state of the internal combustion engine in the second operating mode is essentially identical to a speed state and load state of the internal combustion engine in the first operating mode if the speed states and the load states differ by no more than 10% and preferably no more than 5% based on a nominal speed or nominal load of the internal combustion engine.
Der Vergleichskennwert des Sensors im Neuzustand kann ein Verhältnis eines ersten Innenwiderstands während eines Betriebs einer Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebsmodus mit einem Kraftstoffüberschuss und eines zweiten Innenwiderstands während eines Betriebs einer Brennkraftmaschine in einem zweiten Betriebsmodus mit einem Luftüberschuss und einen Drehzahlzustand und Lastzustand der Brennkraftmaschine im Wesentlichen identisch zu einem Drehzahlzustand und Lastzustand der Brennkraftmaschine im ersten Betriebsmodus umfassen. Somit entspricht der Vergleichswert dem Kennwert nur in einem Neuzustand eines anderen Sensors oder desselben Sensors. Damit lässt sich zuverlässig und einfach eine Alterung des Sensors erkennen.The comparison characteristic value of the sensor in the new state can be a ratio of a first internal resistance during operation of an internal combustion engine in a first operating mode with a fuel excess and a second internal resistance during operation of an internal combustion engine in a second operating mode with an excess of air and a speed state and load state of the internal combustion engine that are essentially identical to a speed state and load state of the internal combustion engine in the first operating mode. The comparison value therefore corresponds to the characteristic value only in a new state of another sensor or the same sensor. This makes it possible to reliably and easily detect aging of the sensor.
Der vorbestimmte Schwellwert kann basierend auf einem Sensorkennfeldmodell ermittelt werden. Damit kann vorab festgelegt werden, bis zu welcher Grenze die Alterung noch eine zuverlässige Messung ggf. nach Korrektur erlaubt. The predetermined threshold value can be determined based on a sensor map model. This makes it possible to determine in advance up to which limit the aging still allows a reliable measurement, if necessary after correction.
Das Sensorkennfeldmodell kann auf einer Motorlast und/oder Motordrehzahl der Brennkraftmaschine basieren. Damit lässt sich der Schwellwert an die Brennkraftmaschine adaptieren.The sensor map model can be based on an engine load and/or engine speed of the internal combustion engine. This allows the threshold value to be adapted to the internal combustion engine.
Das Verfahren kann weiterhin Eintragen eines Fehlers in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine umfassen, falls der Kennwert den Vergleichskennwert überschreitet und den vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Entsprechend kann ab einer vorab festgelegten Grenze der Sensor als fehlerhaft eingestuft werden und dann ersetzt werden.The method can further comprise entering an error in a control unit of the internal combustion engine if the characteristic value exceeds the comparison characteristic value and exceeds the predetermined threshold value. Accordingly, from a predetermined limit onwards, the sensor can be classified as faulty and then replaced.
Die Korrektur der Sensorkennlinie kann ein Korrigieren eines Ist-Werts einer Lambdaregelung (Führungsregelung) der Brennkraftmaschine und/oder eines Soll-Werts einer Lambdaregelung (Führungsregelung) der Brennkraftmaschine umfassen.The correction of the sensor characteristic curve can comprise a correction of an actual value of a lambda control (control control) of the internal combustion engine and/or a target value of a lambda control (control control) of the internal combustion engine.
Das Korrigieren des Ist-Werts einer Lambdaregelung der Brennkraftmaschine kann Korrigieren der Sensorkennlinie im fetten Bereich (λ< 1) und/oder Korrigieren mittels einer Regelung eines Heizelements des Sensors umfassen. Beides sind lineare Ansätze für eine einfache Korrektur.Correcting the actual value of a lambda control of the internal combustion engine can include correcting the sensor characteristic curve in the rich range (λ< 1) and/or correcting by means of controlling a heating element of the sensor. Both are linear approaches for a simple correction.
Das Korrigieren des Soll-Werts einer Lambdaregelung der Brennkraftmaschine kann Korrigieren einer Sensorsollspannung oder eines Lambda-Sollwerts umfassen. Damit ist ein linearer Ansatz für eine einfache Korrektur gegeben.Correcting the target value of a lambda control of the internal combustion engine can include correcting a sensor target voltage or a lambda target value. This provides a linear approach for a simple correction.
Der Sensor kann als Lambdasonde und insbesondere als Sprungsonde ausgebildet sein. Damit ist der Sensor insbesondere für einen Einsatz nach oder stromabwärts eines Katalysators geeignet.The sensor can be designed as a lambda probe and in particular as a jump probe. This makes the sensor particularly suitable for use after or downstream of a catalytic converter.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System, umfassend mindestens einen Sensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere zur Erfassung eines Anteils einer Gaskomponente in dem Messgas, wobei der Sensor ein Sensorelement zur Erfassung der Eigenschaft des Messgases aufweist, wobei das Sensorelement mindestens eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, ein Heizelement und einen Festelektrolyten aufweist, wobei die erste Elektrode mit der zweiten Elektrode mittels des Festelektrolyten verbunden ist, und mindestens eine Steuerung, wobei die Steuerung mindestens einen Prozessor umfasst, wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Verfahrensschritte nach dem Verfahren wie es oben beschrieben wurde oder im Folgenden noch beschrieben wird, durchzuführen.In a further aspect of the present invention, a system is provided comprising at least one sensor for detecting at least one property of a measuring gas in a measuring gas space, in particular for detecting a proportion of a gas component in the measuring gas, wherein the sensor has a sensor element for detecting the property of the measuring gas, wherein the sensor element has at least a first electrode, a second electrode, a heating element and a solid electrolyte, wherein the first electrode is connected to the second electrode by means of the solid electrolyte, and at least one controller, wherein the controller comprises at least one processor, wherein the controller is set up to carry out the method steps according to the method as described above or as described below.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches eingerichtet ist, um bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk das Verfahren wie es oben beschrieben wurde oder im Folgenden noch beschrieben wird, durchzuführen.In a further aspect of the present invention, a computer program is proposed which, when run on a computer or computer network, is set up to carry out the method as described above or as described below.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln vorgeschlagen. Das Computerprogramm ist eingerichtet, um das Verfahren wie es oben beschrieben wurde oder im Folgenden noch beschrieben wird durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird.In a further aspect of the present invention, a computer program with program code means is proposed. The computer program is set up to carry out the method as described above or as described below when the program is executed on a computer or computer network.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Datenträger, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, vorgeschlagen. Die Datenstruktur ist eingerichtet, um nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes das Verfahren wie es oben beschrieben wurde oder im Folgenden noch beschrieben wird auszuführen.In a further aspect of the present invention, a data carrier on which a data structure is stored is proposed. The data structure is set up to carry out the method as described above or as described below after being loaded into a working and/or main memory of a computer or computer network.
In einem weiteren Aspekt wird ein elektronisches Steuergerät vorgeschlagen, welches einen Datenträger, wie er oben beschrieben wurde oder im Folgenden noch beschrieben wird, umfasst.In a further aspect, an electronic control device is proposed which comprises a data carrier as described above or as described below.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das Verfahren wie es oben beschrieben wurde oder im Folgenden noch beschrieben wird durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird.In a further aspect of the present invention, a computer program product is proposed with program code means stored on a machine-readable carrier in order to carry out the method as described above or as described below when the program is executed on a computer or computer network.
Dabei wird unter einem Computer-Programmprodukt das Programm als handelbares Produkt verstanden. Es kann grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen, so zum Beispiel auf Papier oder einem computerlesbaren Datenträger und kann insbesondere über ein Datenübertragungsnetz verteilt werden. Insbesondere können die Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger und/oder einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein. Die Begriffe „computerlesbarer Datenträger“ und „computerlesbares Speichermedium“, wie sie hier verwendet werden, können sich insbesondere auf nicht-transitorische Datenspeicher beziehen, beispielsweise auf ein Hardware-Datenspeichermedium, auf welchem Computer-ausführbare Instruktionen gespeichert sind. Der computerlesbare Datenträger oder das computerlesbare Speichermedium können insbesondere ein Speichermedium wie ein Random-Access Memory (RAM) und/oder ein Read-Only Memory (ROM) sein oder umfassen.A computer program product is understood to mean the program as a tradable product. It can in principle be in any form, for example on paper or a computer-readable data carrier and can in particular be distributed via a data transmission network. In particular, the program code means can be stored on a computer-readable data carrier and/or a computer-readable storage medium. The terms "computer-readable data carrier" and "computer-readable storage medium" as used here can refer in particular to non-transitory data storage, for example to a hardware data storage medium on which computer-executable instructions are stored. The computer-readable data carrier or the computer-readable storage medium can in particular be or include a storage medium such as a random access memory (RAM) and/or a read-only memory (ROM).
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein moduliertes Datensignal vorgeschlagen, wobei das modulierte Datensignal von einem Computersystem oder Computernetzwerk ausführbare Instruktionen zum Ausführen eines Verfahrens wie es oben beschrieben wurde oder im Folgenden noch beschrieben wird umfasst.In a further aspect of the present invention, a modulated data signal is proposed, wherein the modulated data signal comprises instructions executable by a computer system or computer network for carrying out a method as described above or as described below.
Schließlich betrifft die Erfindung auch einen Sensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere zur Erfassung eines Anteils einer Gaskomponente in dem Messgas oder einer Temperatur des Messgases, umfassend ein Sensorelement zur Erfassung der Eigenschaft des Messgases, wobei das Sensorelement mindestens eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, ein Heizelement und einen Festelektrolyten aufweist, wobei die erste Elektrode mit der zweiten Elektrode mittels des Festelektrolyten verbunden ist, wobei die Sensoranordnung weiterhin ein elektronisches Steuergerät mit dem erfindungsgemäßen Computerprogramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist.Finally, the invention also relates to a sensor for detecting at least one property of a measuring gas in a measuring gas space, in particular for detecting a proportion of a gas component in the measuring gas or a temperature of the measuring gas, comprising a sensor element for detecting the property of the measuring gas, wherein the sensor element has at least a first electrode, a second electrode, a heating element and a solid electrolyte, wherein the first electrode is connected to the second electrode by means of the solid electrolyte, wherein the sensor arrangement further comprises an electronic control device with the computer program according to the invention for carrying out the method according to the invention.
Unter einem Festelektrolyten ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Körper oder Gegenstand mit elektrolytischen Eigenschaften, also mit Ionen leitenden Eigenschaften, zu verstehen. Insbesondere kann es sich um einen keramischen Festelektrolyten handeln. Dies umfasst auch das Rohmaterial eines Festelektrolyten und daher die Ausbildung als so genannter Grünling oder Braunling, der erst nach einem Sintern zu einem Festelektrolyten wird. Insbesondere kann der Festelektrolyt als Festelektrolytschicht oder aus mehreren Festelektrolytschichten ausgebildet sein. Unter einer Schicht ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine einheitliche Masse in flächenhafter Ausdehnung einer gewissen Höhe zu verstehen, die über, unter oder zwischen anderen Elementen liegt.In the context of the present invention, a solid electrolyte is understood to mean a body or object with electrolytic properties, i.e. with ion-conducting properties. In particular, it can be a ceramic solid electrolyte. This also includes the raw material of a solid electrolyte and therefore the formation as a so-called green or brown compact, which only becomes a solid electrolyte after sintering. In particular, the solid electrolyte can be formed as a solid electrolyte layer or from several solid electrolyte layers. In the context of the present invention, a layer is understood to mean a uniform mass in a flat extension of a certain height, which lies above, below or between other elements.
Unter einer Elektrode ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung allgemein ein Element zu verstehen, welches in der Lage ist, den Festelektrolyten derart zu kontaktieren, dass durch den Festelektrolyten und die Elektrode ein Strom aufrechterhalten werden kann. Dementsprechend kann die Elektrode ein Element umfassen, an welchem die Ionen in den Festelektrolyten eingebaut und/oder aus dem Festelektrolyten ausgebaut werden können. Typischerweise umfassen die Elektroden eine Edelmetallelektrode, welche beispielsweise als Metall-Keramik-Elektrode auf dem Festelektrolyten aufgebracht sein kann oder auf andere Weise mit dem Festelektrolyten in Verbindung stehen kann. Typische Elektrodenmaterialien sind Platin-Cermet-Elektroden. Auch andere Edelmetalle, wie beispielsweise Gold oder Palladium, sind jedoch grundsätzlich einsetzbar.In the context of the present invention, an electrode is generally understood to mean an element that is able to contact the solid electrolyte in such a way that a current can be maintained through the solid electrolyte and the electrode. Accordingly, the electrode can comprise an element at which the ions can be incorporated into the solid electrolyte and/or removed from the solid electrolyte. Typically, the electrodes comprise a noble metal electrode, which can be applied to the solid electrolyte as a metal-ceramic electrode, for example, or can be connected to the solid electrolyte in another way. Typical electrode materials are platinum cermet electrodes. However, other noble metals, such as gold or palladium, can also be used in principle.
Unter einem Heizelement ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element zu verstehen, das zum Erwärmen des Festelektrolyten und der Elektroden auf mindestens ihre Funktionstemperatur und vorzugsweise auf ihre Betriebstemperatur dient. Die Funktionstemperatur ist diejenige Temperatur, ab der der Festelektrolyt für Ionen leitend wird und die ungefähr 350 °C beträgt. Davon ist die Betriebstemperatur zu unterscheiden, die diejenige Temperatur ist, bei der das Sensorelement üblicherweise betrieben wird und die höher ist als die Funktionstemperatur. Die Betriebstemperatur kann beispielsweise von 700 °C bis 950 °C sein. Das Heizelement kann einen Heizbereich und mindestens eine Zuleitungsbahn umfassen. Unter einem Heizbereich ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Bereich des Heizelements zu verstehen, der in dem Schichtaufbau entlang einer zu der Oberfläche des Sensorelements senkrechten Richtung mit einer Elektrode überlappt. Üblicherweise erwärmt sich der Heizbereich während des Betriebs stärker als die Zuleitungsbahn, so dass diese unterscheidbar sind. Die unterschiedliche Erwärmung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Heizbereich einen höheren elektrischen Widerstand aufweist als die Zuleitungsbahn. Der Heizbereich und/oder die Zuleitung sind beispielsweise als elektrische Widerstandsbahn ausgebildet und erwärmen sich durch Anlegen einer elektrischen Spannung. Das Heizelement kann beispielsweise aus einem Platin-Cermet hergestellt sein.In the context of the present invention, a heating element is understood to mean an element that serves to heat the solid electrolyte and the electrodes to at least their functional temperature and preferably to their operating temperature. The functional temperature is the temperature at which the solid electrolyte becomes conductive for ions and is approximately 350 °C. This is to be distinguished from the operating temperature, which is the temperature at which the sensor element is usually operated and which is higher than the functional temperature. The operating temperature can be, for example, from 700 °C to 950 °C. The heating element can comprise a heating region and at least one supply line. In the context of the present invention, a heating region is understood to mean the region of the heating element that overlaps with an electrode in the layer structure along a direction perpendicular to the surface of the sensor element. The heating region usually heats up more during operation than the supply line, so that they can be distinguished. The different heating can be achieved, for example, by It can be realized that the heating area has a higher electrical resistance than the supply line. The heating area and/or the supply line are designed, for example, as an electrical resistance track and heat up when an electrical voltage is applied. The heating element can be made from a platinum cermet, for example.
Das Verbrennungsluftverhältnis λ (Lambda; kurz auch Luftverhältnis oder Luftzahl genannt) ist eine Kennzahl mit der Einheit Eins aus der Verbrennungslehre, die das Massenverhältnis von Luft zu Brennstoff oder Kraftstoff relativ zum jeweils stöchiometrisch idealen Verhältnis für einen theoretisch vollständigen Verbrennungsprozess angibt.The combustion air ratio λ (lambda; also called air ratio or air number for short) is a key figure with the unit one from combustion theory, which indicates the mass ratio of air to fuel or fuel relative to the respective stoichiometrically ideal ratio for a theoretically complete combustion process.
Unter einer Kennlinie ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen zwei physikalischen Größen zu verstehen, der für ein Bauelement, eine Baugruppe oder ein Gerät kennzeichnend ist. Der Zusammenhang wird als Linie in einem ebenen Koordinatensystem angegeben. Die Kennlinie dient zur Veranschaulichung des Zusammenhangs, aber auch zu dessen quantitativer Wiedergabe, wenn eine algebraische Funktion des Zusammenhangs nicht bekannt ist. Während eine Kennlinie direkt aus Messwerten gewonnen werden kann, kann eine theoretisch nicht untermauerte, gleichwohl näherungsweise richtige Funktion z. B. aus Messwerten durch Interpolation und Regression ermittelt werden. Soll eine weitere Eingangsgröße (Parameter) beachtet werden, so zeichnet man mehrere Kennlinien zu einzelnen Werten des Parameters in einem Kennlinienfeld oder kurz Kennfeld mit gemeinsamem Koordinatensystem oder in einer Parallelprojektion, in welcher der Parameter wie eine Variable eine eigene Achse erhält.In the context of the present invention, a characteristic curve is understood to be a graphical representation of the relationship between two physical quantities that is characteristic of a component, an assembly or a device. The relationship is given as a line in a flat coordinate system. The characteristic curve serves to illustrate the relationship, but also to reproduce it quantitatively if an algebraic function of the relationship is not known. While a characteristic curve can be obtained directly from measured values, a theoretically unsupported but nevertheless approximately correct function can be determined, for example, from measured values by interpolation and regression. If another input variable (parameter) is to be taken into account, several characteristic curves are drawn for individual values of the parameter in a characteristic curve field or, in short, characteristic field with a common coordinate system or in a parallel projection in which the parameter is given its own axis like a variable.
Unter „Einfrieren einer Regelung des Heizelements“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Vorgang verstanden werden, bei dem ein Regler von einem geregelten Betrieb in einen gesteuerten Betrieb übergeht und somit die Stellgröße unverändert lässt unabhängig von Störgrößen in der Regelstrecke und der zurückgeführten Regelgröße.In the context of the present invention, “freezing a control of the heating element” can be understood as a process in which a controller changes from a regulated operation to a controlled operation and thus leaves the manipulated variable unchanged regardless of disturbances in the controlled system and the fed-back controlled variable.
Unter „Freigeben einer Regelung des Heizelements“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Vorgang verstanden werden, bei dem ein Regler von einem gesteuerten Betrieb in einen geregelten Betrieb übergeht und somit die Stellgröße in Abhängigkeit von Störgrößen in der Regelstrecke und der zurückgeführten Regelgröße verändert.In the context of the present invention, “enabling control of the heating element” can be understood as a process in which a controller changes from a controlled operation to a regulated operation and thus changes the manipulated variable depending on disturbances in the controlled system and the fed-back controlled variable.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.Further optional details and features of the invention emerge from the following description of preferred embodiments, which are shown schematically in the figures.
Es zeigen:
-
1 eine Querschnittsansicht eines Sensors, -
2 eine schematische Darstellung einer Lambdaregelung, -
3 Kennlinien des Sensors bei verschiedenen Temperaturen, -
4 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und -
5 ein Diagramm des Kennwerts und des Vergleichskennwerts in Abhängigkeit von einer Heizerspannung.
-
1 a cross-sectional view of a sensor, -
2 a schematic representation of a lambda control, -
3 Characteristics of the sensor at different temperatures, -
4 a flow chart of a method according to the invention; and -
5 a diagram of the characteristic value and the comparison characteristic value as a function of a heater voltage.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Der Sensor 10 weist ein Sensorelement 14 auf, das mindestens eine erste Elektrode 16, eine zweite Elektrode 18 und einen Festelektrolyten 20 aufweist. Der Festelektrolyt 20 verbindet die Elektroden 16, 18. Insbesondere sind die Elektroden 16, 18 mittels des Festelektrolyten 20 elektrisch miteinander verbunden. Die Elektroden 16, 18 können beispielsweise so genannte Platinelektroden oder Platin-Cermet-Elektroden sein. Die Elektroden 16, 18 werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung als erste Elektrode 16 und zweite Elektrode 18 bezeichnet, ohne jedoch eine Gewichtung ihrer Bedeutung anzugeben, sondern lediglich, um diese begrifflich zu unterscheiden.The
Der Festelektrolyt 20 kann aus mehreren Festelektrolytschichten zusammengesetzt sein oder mehrere Festelektrolytschichten umfassen.The
Die erste Elektrode 16 ist auf der auf der Oberfläche bzw. Außenseite 22 des Festelektrolyten 20 angeordnet und zum Schutz vor Verschmutzungen von einer porösen Schutzschicht 24 bedeckt. Dadurch steht die dahinter liegende erste Elektrode 16 jedoch weiterhin direkt mit dem Abgas und damit mit dem Rest-Sauerstoff im Abgas in Verbindung. Die zweite Elektrode 18 ist in einem Referenzluftkanal 26 im Inneren des Festelektrolyten 20 angeordnet und steht somit mit der Umgebungsluft als Referenzgas in Verbindung, welches einen Sauerstoffgehalt von 21% aufweist. Die erste Elektrode 16, die zweite Elektrode 18 und der dazwischen befindliche Teil des Festelektrolyten 20 bilden eine Nernstzelle 28, an der die Spannung Us als Nernstspannung abgegriffen werden kann. Die Sensorkennlinie ist der Verlauf des Sensorsignals Us in Abhängigkeit von Lambda.The
Das Sensorelement 14 weist weiterhin ein elektrisches Heizelement 30. Zur korrekten Funktion muss der Sensor 10 seine Zielkeramiktemperatur erreichen. Dies wird durch die elektrische Beheizung mittels des Heizelements 30 auch bei kaltem Abgas sichergestellt. Das Heizelement 30 ist im Inneren des Festelektrolyten 20 angeordnet und gegenüber diesem mittels einer Isolationsschicht 32 elektrisch isoliert. Das Heizelement 30 ist mit einer nicht näher gezeigten Batterie der Brennkraftmaschine 12 verbindbar oder verbunden und wird von dieser mit elektrischer Spannung versorgt.The
Wie aus
Der gemessene Keramikinnenwiderstand dient wie oben erwähnt als Eingang in die Heizungsregelung. Diese stellt sicher, dass die Keramik des Sensorelements 14 auf die vorbestimmte Betriebstemperatur eingeregelt wird. Aktuell ist für die Heizungsregelung keine Unterscheidung möglich, ob eine gemessene Keramikinnenwiderstandsabweichung ihre Ursache in Fertigungstoleranzen, Abweichungen im Abgastemperaturmodell oder in einer Alterung der des keramischen Festelektrolyten 20 hat.As mentioned above, the measured ceramic internal resistance serves as an input to the heating control. This ensures that the ceramic of the
Um den Alterungszustand des keramischen Festelektrolyten 20 zu bestimmen und die sich auf Basis des Alterungszustands ergebende Kennlinienverschiebung zu korrigieren, wird das nachstehend näher beschriebene Verfahren vorgeschlagen.In order to determine the aging state of the ceramic
Falls in Schritt S16 festgestellt wird, dass der Kennwert den Vergleichskennwert überschreitet und den vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, schreitet das Verfahren zu Schritt S18 fort und eine Kennlinie des Sensors 10 wird korrigiert.If it is determined in step S16 that the characteristic value exceeds the comparison characteristic value and falls below the predetermined threshold value, the method proceeds to step S18 and a characteristic curve of the
Das Korrigieren der Kennlinie des Sensors 10 umfasst Korrigieren eines Ist-Werts einer Lambdaregelung der Brennkraftmaschine 12 und/oder eines Soll-Werts einer Lambdaregelung der Brennkraftmaschine 12. Das Korrigieren des Ist-Werts einer Lambdaregelung der Brennkraftmaschine 12 umfasst Korrigieren der Kennlinie des Sensors 10 im fetten Bereich und/oder ein Korrigieren mittels einer Regelung eines Heizelements 30 des Sensors. Das Korrigieren der Sensorkennlinie im fetten Bereich erfolgt beispielsweise durch einen linearen Ansatz, bei dem für eine Neusonde 0mV und eine Fehlerschwelle von bis zu ±50mV/100°K Temperaturabweichung zur Sollbetriebstemperatur für das Sensorsignal vorgegeben wird. Das Korrigieren der Sensorkennlinie über die Heizungsregelung erfolgt beispielsweise durch einen linearen Ansatz, bei dem für eine Neusonde 0 Ohm und eine Fehlerschwelle von bis zu 500 Ohm und bevorzugt 350 Ohm lambdasondenherstellerspezifisch ein Wert für den Widerstand des Heizelements 30 vorgegeben wird. Das Korrigieren des Soll-Werts einer Lambdaregelung der Brennkraftmaschine 12 umfasst Korrigieren einer Sensorsollspannung oder eines Lambda-Sollwerts. Das Korrigieren des Soll-Werts einer Lambdaregelung der Brennkraftmaschine 12 erfolgt beispielsweise durch einen linearen Ansatz, bei dem für eine Neusonde 0 mV und eine Fehlerschwelle von bis zu ±50mV/100°K Temperaturabweichung zur Sollbetriebstemperatur für Sensorsignal vorgegeben wird.Correcting the characteristic curve of the
Falls in Schritt S16 festgestellt wird, dass der Kennwert den Vergleichskennwert überschreitet und den vorbestimmten Schwellwert überschreitet, schreitet das Verfahren zu Schritt S20 fort und es wird ein Fehler in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine 12 eingetragen.If it is determined in step S16 that the characteristic value exceeds the comparison characteristic value and exceeds the predetermined threshold value, the method proceeds to step S20 and an error is entered in a control unit of the
Wie oben erläutert, erlaubt das Verfahren den Alterungszustand des Festelektrolyten 20 auf Basis des Innenwiderstandsverhältnisses zu bestimmen und die sich auf Basis des Alterungszustands ergebende Kennlinienverschiebung zu korrigieren. Die Erkennung des Alterungszustands soll anhand der folgenden Tabelle verdeutlicht werden, die beispielhafte Messergebnisse bei verschiedenen Batteriespannungen für das Heizelement 30 und bei konstantem Motorbetriebspunkt für die Brennkraftmaschine 12 darstellt.As explained above, the method allows the aging state of the
In Tabelle 1 ist in der ersten Zeile die Batteriespannung bzw. die an das Heizelement 30 angelegte Heizerspannung in V angegeben. In der zweiten Zeile ist das Lambda bzw. ein erster Betriebsmodus im fetten Bereich bzw. bei Kraftstoffüberschuss und ein zweiter Betriebsmodus im mageren Bereich bzw. bei Luftüberschuss angegeben. In der dritten Zeile ist der Innenwiderstand einer Neusonde bzw. eines Sensors 10 im Neuzustand in Ohm für einen ersten Betriebsmodus im fetten Bereich bzw. bei Kraftstoffüberschuss und einen zweiten Betriebsmodus im mageren Bereich bzw. bei Luftüberschuss angegeben. In der vierten Zeile ist das Innenwiderstandsverhältnis der Neusonde bzw. des Sensors 10 im Neuzustand angegeben. In der fünften Zeile ist der Innenwiderstand eines Sensors 10 nach Dauerlauf und somit im gealterten Zustand in Ohm für einen ersten Betriebsmodus im fetten Bereich bzw. bei Kraftstoffüberschuss und einen zweiten Betriebsmodus im mageren Bereich bzw. bei Luftüberschuss angegeben. In der sechsten Zeile ist das Innenwiderstandsverhältnis des Sensors 10 nach Dauerlauf angegeben. In Table 1, the first line shows the battery voltage or the heater voltage applied to the
Wie aus
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA accepts no liability for any errors or omissions.
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, S. 160-165 [0003]Konrad Reif (ed.): Sensors in motor vehicles, 1st edition 2010, pp. 160-165 [0003]
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022211385.3A DE102022211385A1 (en) | 2022-10-27 | 2022-10-27 | Method for operating a sensor for detecting at least one property of a measuring gas in a measuring gas chamber of an internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022211385.3A DE102022211385A1 (en) | 2022-10-27 | 2022-10-27 | Method for operating a sensor for detecting at least one property of a measuring gas in a measuring gas chamber of an internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022211385A1 true DE102022211385A1 (en) | 2024-05-02 |
Family
ID=90628563
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102022211385.3A Pending DE102022211385A1 (en) | 2022-10-27 | 2022-10-27 | Method for operating a sensor for detecting at least one property of a measuring gas in a measuring gas chamber of an internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102022211385A1 (en) |
-
2022
- 2022-10-27 DE DE102022211385.3A patent/DE102022211385A1/en active Pending
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, S. 160-165 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102006011837B4 (en) | Method for determining a gas concentration in a measuring gas with a gas sensor | |
DE102009047648B4 (en) | Method and device for diagnosing deviations in an individual cylinder lambda control | |
DE19818050B4 (en) | Method for controlling a heating device contained in a gas concentration sensor | |
DE102008005110B4 (en) | Method and control for operating and adjusting a lambda probe | |
DE102017110519A1 (en) | Gas concentration detection device | |
DE102015206867A1 (en) | Method for operating a sensor for detecting at least one property of a measuring gas in a measuring gas space | |
DE102006060633A1 (en) | Method for operating a sensor element and sensor element for determining the concentration of gas components in a gas mixture | |
WO2018166677A1 (en) | Method for operating a sensor for detecting at least one property of a measured gas in a measurement gas chamber | |
DE102018201266A1 (en) | Method for determining an adjusted compensation factor of an amperometric sensor and amperometric sensor | |
EP1738162A1 (en) | Method and device for the operation of an exhaust gas analyzing sensor cell | |
DE10161901B4 (en) | Method and device for compensating the offset of the linear sensor characteristic of a sensor arranged in the exhaust gas of an internal combustion engine | |
DE102013202260A1 (en) | Method for monitoring steady lambda signal of multi-cellular exhaust-gas sensor, involves determining pump voltage and nernst voltage with respect to lambda value of exhaust gas from constant lambda signal | |
DE102022211385A1 (en) | Method for operating a sensor for detecting at least one property of a measuring gas in a measuring gas chamber of an internal combustion engine | |
DE102017209300A1 (en) | Method for determining a state of at least one component of a sensor for detecting at least one property of a measurement gas in a measurement gas space | |
EP2106544B1 (en) | Sensor element with offset current by way of h2o decomposition | |
DE102012224374A1 (en) | Method for diagnosing an electrical line to an electrode of a sensor element for detecting at least one property of a sample gas in a sample gas space | |
DE102015201396A1 (en) | Sensor for detecting at least one property of a sample gas in a sample gas space | |
WO2020011652A1 (en) | Method for operating an electrochemical sensor based on solid electrolytes | |
DE102016208506A1 (en) | Method for operating a sensor element for detecting at least one property of a measurement gas in a sample gas space | |
WO2009144051A1 (en) | Lambda step-change probe with alternating reference | |
EP3899520B1 (en) | Method for reducing measurement errors when detecting ammonia when operating a sensor system | |
DE102010040821A1 (en) | Method for determining a property of a gas in a measuring gas space | |
DE102009027133A1 (en) | Method for operating probe for determining gas components in gas mixture, particularly exhaust gas component of exhaust gas in internal combustion engine, involves arranging two electrodes on sensor element in form of solid electrolyte | |
DE102022211060A1 (en) | Method for operating a sensor for detecting at least one property of a measuring gas in a measuring gas chamber | |
DE102021213479A1 (en) | Method for operating a sensor for determining at least a proportion of a gas in a measurement gas space |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R084 | Declaration of willingness to licence |