DE19859580A1

DE19859580A1 - Method for operating an exhaust gas sensor in the exhaust system of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE19859580A1
Application number: DE19859580A
Authority: DE
Inventors: Hong Zhang; Juergen Roessler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2000-06-29
Anticipated expiration: 2018-12-23
Also published as: GB9929609D0; FR2787574B1; FR2787574A1; GB2345142B; DE19859580C2; GB2345142A

Abstract

Die Arbeitstemperatur des Sensorelementes des NO¶x¶- Messaufnehmers (29) wird langsam über der Lebensdauer des Sensorelementes erhöht. Durch diese Temperaturnachführung wird der Widerstand des Sensorelementes erniedrigt, da die Ionenleitfähigkeit von ZrO¶2¶ mit der Temperatur zunimmt. Durch eine Erhöhung der Arbeitstemperatur des Sensorelementes wird erreicht, dass die Pumpspannung einen maximalen Wert nicht überschreitet. Dadurch wird einerseits ein Messfehler des NO¶x¶-Messaufnehmers (29) durch zu frühe NO¶x¶-Zersetzung vermieden und andererseits eine möglichst lange Lebensdauer des Sensorelementes gewahrt.The working temperature of the sensor element of the NO¶x¶ sensor (29) is slowly increased over the life of the sensor element. This temperature tracking reduces the resistance of the sensor element, since the ion conductivity of ZrO¶2¶ increases with temperature. An increase in the working temperature of the sensor element ensures that the pump voltage does not exceed a maximum value. On the one hand, this prevents a measurement error of the NO¶x¶ sensor (29) due to premature NO¶x¶ decomposition and, on the other hand, ensures the longest possible service life of the sensor element.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ab gas-Messaufnehmers im Abgassystem einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for operating an Ab gas sensor in the exhaust system of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

Zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine ist übli cherweise ein Drei-Wege-Katalysator im Abgastrakt der Brenn kraftmaschine angeordnet. Stromauf dieses Katalysators ist eine Lambda-Sonde vorgesehen, deren abgegebenes Signal wie bei allen Lambda-Sonden abhängig von dem im Abgas enthaltenen Restsauerstoff ist. Dieser Restsauerstoffanteil wiederum hängt vom Gemisch ab, das der Brennkraftmaschine zugeführt wurde. Bei Kraftstoffüberschuß (fettes Gemisch) ist der Sau erstoffanteil im Rohabgas niederer, bei Luftüberschuß (mage res Gemisch) höher.To clean the exhaust gas of an internal combustion engine is usual a three-way catalytic converter in the exhaust system of the Brenn engine arranged. Is upstream of this catalyst a lambda probe is provided, the signal emitted such as with all lambda sensors depending on the one contained in the exhaust gas Is residual oxygen. This residual oxygen content in turn depends on the mixture supplied to the internal combustion engine has been. If there is excess fuel (rich mixture), the sow is lower proportion of raw materials, with excess air (mag res mixture) higher.

Der Betrieb der Brennkraftmaschine erfolgt nun so, dass das den Lambda-Wert des Rohabgases wiedergebende Ausgangssignal der Lambda-Sonde um einen vorbestimmten Mittelwert schwingt, der etwa Lambda = 1 zugeordnet ist. Da ein Drei-Wege-Kataly sator bei einem Rohabgas mit einem bestimmten Lambda-Wert λo optimale katalytische Eigenschaften zeigt, sollte der vorbe stimmte Mittelwert bzw. der λo zugeordnete Wert auch tatsäch lich λo entsprechen. Je nach Katalysator kann der Lambda-Wert λo für optimale Katalysatorwirkung leicht von Lambda = 1 ab weichen, beispielsweise bei Lambda = 0,99 liegen.The operation of the internal combustion engine is now carried out so that the output signal representing the lambda value of the raw exhaust gas the lambda probe oscillates around a predetermined mean value, which is assigned approximately Lambda = 1. Because a three way Kataly sator with a raw exhaust gas with a certain lambda value λo shows optimal catalytic properties, should the vorbe correct mean value or the λo assigned value actually Lich correspond to λo. Depending on the catalytic converter, the lambda value λo slightly from lambda = 1 for optimal catalyst action soft, for example at lambda = 0.99.

Die dynamischen und statischen Eigenschaften der Lambda-Sonde stromauf des Drei-Wege-Katalysators werden jedoch durch Alte rung und Vergiftung verändert. Dadurch wird die Lage des λo entsprechenden Signalpegels verschoben. Deshalb ist es be kannt, stromab des Drei-Wege-Katalysators einen weiteren Messaufnehmer anzuordnen, der weniger vergiftungsanfällig ist. Er dient als Monitorsonde zur Überwachung der katalyti schen Umwandlung und ermöglicht eine Feinregulierung des Ge misches, indem der λo zugeordnete Signalpegel der stromauf befindlichen Lambda-Sonde so korrigiert wird, dass der für die Konvertierung günstigste Lambda-Wert λo immer eingehalten werden kann. Dieses Verfahren wird als Führungs- oder Trimm regelung bezeichnet. Als Monitorsonde kann dabei eine Lambdasonde oder ein NO_x-Messaufnehmer vorgesehen sein.However, the dynamic and static properties of the lambda probe upstream of the three-way catalytic converter are altered by aging and poisoning. This shifts the position of the signal level corresponding to λo. It is therefore known to arrange a further sensor downstream of the three-way catalytic converter which is less susceptible to poisoning. It serves as a monitor probe for monitoring the catalytic conversion and enables fine adjustment of the mixture by correcting the λo assigned signal level of the upstream lambda probe in such a way that the most favorable lambda value λo for the conversion can always be maintained. This procedure is known as the guidance or trim control. A lambda probe or a NO _x sensor can be provided as the monitor probe.

Um die Schadstoffemissionen moderner Brennkraftmaschinen wei ter zu vermindern, kann zusätzlich zu dem Drei-Wege-Katalysa tor ein NO_x-Katalysator vorgesehen werden. Dieser NO_x-Kataly sator kann auch in den Drei-Wege-Katalysator integriert sein. Zum optimalen Betrieb eines solchen Katalysators, der z. B. ein Speicherkatalysator sein kann, welcher in einem Betriebs zustand NO_x speichert und in einem anderen Betriebszustand der Brennkraftmaschine das gespeicherte NO_x konvertiert, ist ein NO_x-sensitiver Messaufnehmer stromab des NO_x-Katalysators vorhanden. Das Ausgangssignal dieses NO_x-Sensors kann zur Be ladungsgradermitlung des NO_x-Katalysators und zur Bestimmung des Beginns und des Endes der Regenerationsphase herangezogen werden.In order to further reduce the pollutant emissions of modern internal combustion engines, in addition to the three-way catalytic converter, a NO _x catalytic converter can be provided. This NO _x catalyst can also be integrated in the three-way catalyst. For optimal operation of such a catalyst, the z. B. can be a storage catalytic converter, which stores NO _x in one operating state and converts the stored NO _x in another operating state of the internal combustion engine, a NO _x -sensitive sensor is present downstream of the NO _x catalytic converter. The output signal of this NO _x sensor can be used to determine the charge level of the NO _x catalyst and to determine the start and end of the regeneration phase.

Der Einsatz eines NO_x-Messaufnehmers für die Trimmregelung ist besonders dann vorteilhaft, wenn ein derartiger Messauf nehmer zur Regelung eines NO_x-Katalysators ohnehin vorhanden ist.The use of a NO _x sensor for the trim control is particularly advantageous when such a sensor for controlling a NO _x catalyst is present anyway.

Als NO_x-Messaufnehmer kann dabei ein Dickschicht-Messaufnehmer verwendet werden, wie er beispielsweise in der Veröffentli chung N. Kato et al., "Performance of Thick Film NO_x Sensor on Diesel and Gasoline Engines", Society of Automotive Engi neers, Veröffentlichung 970858, 1997, beschrieben ist.A thick-film sensor can be used as the NO _x sensor, as described, for example, in publication N. Kato et al., "Performance of Thick Film NO _x Sensor on Diesel and Gasoline Engines", Society of Automotive Engineers 970858, 1997.

In Fig. 3 ist eine schematische Schnittdarstellung eines solchen NO_x-Messaufnehmers 29 dargestellt. Er besteht aus ei nem Festkörperelektrolyten 2, der von dem zu messenden Abgas umgeben ist und mit einer elektrischen Heizeinrichtung 13 be heizt wird. Das Abgas diffundiert durch eine erste Diffusi onsbarriere 3 in eine erste Messzelle 4. Der Sauerstoffgehalt in dieser Messzelle 4 wird mittels einer ersten Nernstspan nung V0 zwischen einer ersten Elektrode 5 und einer Umge bungsluft ausgesetzten Referenzelektrode 11 gemessen. Dabei ist die Referenzelektrode 11 in einem Luftkanal 12 angeord net, in den über eine Öffnung 14 Umgebungsluft gelangt. Beide Elektroden sind herkömmliche Platinelektroden. Der Messwert der ersten Nernstspannung V0 wird dazu verwendet, eine Stell spannung Vp0 einzustellen. Die Stellspannung Vp0, auch als Pumpspannung bezeichnet, treibt einen ersten Sauerstoff- Ionen-Pumpstrom Ip0 durch den Festkörperelektrolyten 2 zwi schen der ersten Elektrode 5 und einer Außenelektrode 6. Der durch eine gestrichelte Linie dargestellte Regeleingriff der ersten Nernstspannung V0 auf die Stellspannung Vp0 hat zur Folge, dass der erste Sauerstoff-Ionen-Pumpstrom Ip0 so gere gelt wird, dass in der ersten Messzelle 4 eine vorbestimmte erste Sauerstoffkonzentration vorliegt.In Fig. 3 is a schematic sectional view of such a NO _x transducer 29 is shown. It consists of egg nem solid electrolyte 2 , which is surrounded by the exhaust gas to be measured and is heated with an electric heater 13 be. The exhaust gas diffuses through a first diffusion barrier 3 into a first measuring cell 4 . The oxygen content in this measuring cell 4 is measured by means of a first Nernst voltage V0 between a first electrode 5 and a reference electrode 11 exposed to ambient air. In this case, the reference electrode 11 is arranged in an air duct 12 into which ambient air passes through an opening 14 . Both electrodes are conventional platinum electrodes. The measured value of the first Nernst voltage V0 is used to set a control voltage Vp0. The control voltage Vp0, also referred to as the pump voltage, drives a first oxygen-ion pumping current Ip0 through the solid electrolyte 2 between the first electrode 5 and an outer electrode 6 . The result of the control intervention of the first Nernst voltage V0 on the control voltage Vp0, shown by a broken line, is that the first oxygen-ion pump current Ip0 is controlled in such a way that a predetermined first oxygen concentration is present in the first measuring cell 4 .

Die erste Messzelle 4 ist über eine weitere Diffusionsbarrie re 7 mit einer zweiten Messzelle 8 verbunden. Durch diese Diffusionsbarriere 7 diffundiert das in der Messzelle 4 vor handene Gas. Die zweite Sauerstoffkonzentration in der zwei ten Messzelle 8 wird wiederum über eine zweite Nernstspannung V1 zwischen einer zweiten Elektrode 9, die ebenfalls eine Platinelektrode ist, und der Referenzelektrode 11 gemessen und zur Regelung eines zweiten Sauerstoff-Ionen-Pumpstroms Ip1 verwendet. Der zweite Sauerstoff-Ionen-Pumpstrom Ip1 aus der zweiten Messzelle 8 verläuft von der zweiten Elektrode 9 durch den Festkörperelektrolyten 2 zur Außenelektrode 6. Mit Hilfe der zweiten Nernstspannung V1 wird er so geregelt, dass in der zweiten Messzelle 8 eine vorbestimmte geringe, zweite Sauerstoffkonzentration vorliegt. Das von den bisherigen Vor gängen in den Messzellen 4 und 8 nicht betroffene NO_x wird nun an der Messelektrode 10, die katalytisch wirksam ausge staltet ist, unter Anlegen der Spannung V2 zwischen der Mes selektrode 10 und der Referenzelektrode 11 zersetzt und der freigewordene Sauerstoff durch den Festkörperelektrolyten 2 in einem dritten Sauerstoff-Ionen-Pumpstrom Ip2 zur Referen zelektrode 11 hin gepumpt. Dieser dritte Sauerstoff-Ionen- Pumpstrom Ip2 wird bei ausreichend geringem Restsauerstoffge halt an der Messelektrode 10 nur von Sauerstoffionen getra gen, die aus der Zersetzung von NO_x stammen. Der Strom Ip2 ist somit ein Maß für die NO_x-Konzentration in der Messzelle 8 und somit im zu messenden Abgas und stellt das Ausgangs signal des NO_x-Messaufnehmers 29 dar.The first measuring cell 4 is connected via a further diffusion barrier 7 to a second measuring cell 8 . The gas present in the measuring cell 4 diffuses through this diffusion barrier 7 . The second oxygen concentration in the second measuring cell 8 is in turn measured via a second Nernst voltage V1 between a second electrode 9 , which is also a platinum electrode, and the reference electrode 11 and used to control a second oxygen-ion pumping current Ip1. The second oxygen-ion pump current Ip1 from the second measuring cell 8 runs from the second electrode 9 through the solid electrolyte 2 to the outer electrode 6 . With the aid of the second Nernst voltage V1, it is regulated in such a way that a predetermined low, second oxygen concentration is present in the second measuring cell 8 . The NO _x not affected by the previous processes in the measuring cells 4 and 8 is now decomposed on the measuring electrode 10 , which is designed to be catalytically effective, by applying the voltage V2 between the measuring electrode 10 and the reference electrode 11 and the oxygen released the solid electrolyte 2 in a third oxygen-ion pumping current Ip2 to REFERENCED zelektrode 11 toward pumped. This third oxygen-ion pumping current Ip2 is carried at the measuring electrode 10 with a sufficiently low residual oxygen content only by oxygen ions which originate from the decomposition of NO _x . The current Ip2 is thus a measure of the NO _x concentration in the measuring cell 8 and thus in the exhaust gas to be measured and represents the output signal of the NO _x sensor 29 .

Wie oben beschrieben, wird also eine Pumpspannung Vp0 ange legt, um einen Sauerstoff-Ionen-Pumpstrom Ip0 zu treiben. Die erste Pumpzelle wird so ausgelegt, dass zu große Pumpspannun gen Vp0 nicht auftreten können, da sonst NO_x an der ersten Elektrode 5 der ersten Messzelle 4 zersetzt wird und an der eigentlichen Messelektrode 10 der zweiten Messzelle 8 nicht mehr zur Verfügung steht. Eine zu große Pumpspannung Vp0 wür de demzufolge einen Messfehler verursachen. Durch Alterung des Sensorelementes erhöht sich jedoch der elektrische Wider stand R = Vp0/Ip0. Da zum Erreichen der Führungsgröße V0 unter identischen äußeren Bedingungen der gleiche Pumpstrom Ip0 fließen muß, muß demzufolge am gealterten Sensorelement eine erhöhte Pumpspannung Vp0 angelegt werden. Dies hat aber zur Folge, dass NO_x an der ersten Elektrode 5 zersetzt wird und der oben genannte Messfehler eintritt.As described above, a pump voltage Vp0 is thus applied in order to drive an oxygen ion pump current Ip0. The first pump cell is designed in such a way that excessive pump voltages Vp0 cannot occur, since otherwise NO _{x is} decomposed at the first electrode 5 of the first measuring cell 4 and is no longer available at the actual measuring electrode 10 of the second measuring cell 8 . A pump voltage Vp0 that is too high would therefore cause a measurement error. However, aging of the sensor element increases the electrical resistance R = Vp0 / Ip0. Since the same pump current Ip0 must flow under identical external conditions in order to reach the reference variable V0, an increased pump voltage Vp0 must therefore be applied to the aged sensor element. However, this has the consequence that NO _{x is} decomposed at the first electrode 5 and the above-mentioned measurement error occurs.

Dieses Problem tritt aber nicht nur bei dem beschriebenen NO_x-Messaufnehmer auf, sondern auch bei anderen Abgas- Messaufnehmern, bei denen in einer Pumpzelle die Sauerstoff konzentration verringert werden soll ohne dass dabei andere Abgaskomponenten zersetzt werden, beispielsweise bei einem HC-Messaufnehmer, der eingesetzt wird, um die HC-Emissionen zu ermitteln und entscheiden zu können, ob die vorgegebenen Grenzwerte an HC eingehalten werden. This problem does not only occur with the NO _x sensor described, but also with other exhaust gas sensors in which the oxygen concentration in a pump cell is to be reduced without other exhaust gas components being decomposed, for example in an HC sensor which is used to determine the HC emissions and to be able to decide whether the specified limit values for HC are met.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfah ren anzugeben, mit dem der bei einem Abgas-Messaufnehmer der eingangs genannten Art aufgrund von Alterung auftretende Messfehler vermieden werden kann.The invention is therefore based on the object of a method with which the for a flue gas sensor the type mentioned at the beginning due to aging Measurement errors can be avoided.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved by the features of claim 1 solved.

Erfindungsgemäß wird die Arbeitstemperatur des Sensorelemen tes des NO_x-Messaufnehmers langsam über der Lebensdauer des Sensorelementes erhöht. Durch diese Temperaturnachführung wird der Widerstand des Sensorelementes erniedrigt, da die Ionenleitfähigkeit von ZrO₂ mit der Temperatur zunimmt. Durch eine Erhöhung der Arbeitstemperatur des Sensorelementes wird erreicht, dass die Pumpspannung einen maximalen Wert nicht überschreitet. Dadurch wird einerseits ein Messfehler des NO_x-Messaufnehmers durch zu frühe NO_x-Zersetzung vermieden und anderseits eine möglichst lange Lebensdauer des Senso relements gewahrt.According to the working temperature of the sensor element of the NO _x sensor is slowly increased over the life of the sensor element. The resistance of the sensor element is reduced by this temperature tracking, since the ion conductivity of ZrO _{2 increases} with temperature. An increase in the working temperature of the sensor element ensures that the pump voltage does not exceed a maximum value. On the one hand, this prevents a measurement error of the NO _x sensor due to premature NO _x decomposition and, on the other hand, ensures the longest possible service life of the sensor element.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are in the Un marked claims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Die Zeichnung zeigt:The invention is illustrated below with the aid of an embodiment game described with reference to the drawing. The Drawing shows:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine mit ei ner Abgasreinigungsanlage, Fig. 1 is a block diagram of an internal combustion engine with exhaust gas purification system ei ner,

Fig. 2 in Blockdarstellung eine Anordnung zur Temperatur nachführung für den NO_x-Messaufnehmer und Fig. 2 in block diagram an arrangement for temperature tracking for the NO _x sensor and

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung eines die NO_x- Konzentration erfassenden Messaufnehmers. Fig. 3 is a schematic sectional view of an _NOx - concentration detecting sensor.

In Fig. 1 ist in Form eines Blockschaltbildes eine Brenn kraftmaschine 20 mit einer NO_x-Abgasnachbehandlungsanlage dargestellt, bei der das erfindungsgemäße Verfahren zur An wendung gelangt. Es kann sich dabei um eine gemischansaugende oder direkteinspritzende Brennkraftmaschine, insbesondere ei ne Magerbrennkraftmaschine (Ottomotor, der zumindest teilwei se mit Luftüberschuß betrieben wird oder Dieselmotor) han deln, wobei nur diejenigen Komponenten gezeigt sind, die für das Verständnis der Erfindung nötig sind.In Fig. 1, an internal combustion engine 20 with a NO _x exhaust gas aftertreatment system is shown in the form of a block diagram, in which the method according to the invention is used. It can be a mixture-aspirating or direct-injection internal combustion engine, in particular a lean-burn internal combustion engine (gasoline engine which is operated at least partially with excess air or a diesel engine), only those components being shown which are necessary for understanding the invention.

Der Betrieb der Brennkraftmaschine 20 wird von einer Steue rungseinrichtung 21 gesteuert bzw. geregelt. Ein Kraftstoff zufuhrsystem 22, das z. B. als Einspritzanlage ausgebildet sein kann, wird über nicht näher bezeichnete Leitungen von der Steuerungseinrichtung 21 angesteuert und sorgt für die Kraftstoffzuteilung der Brennkraftmaschine 20, die einen An saugtrakt 23 und einen Abgastrakt 24 aufweist. In dem Abga strakt 24 ist nahe der Brennkraftmaschine ein Vorkatalysator 25 (3-Wege-Katalysator) und ein dem Vorkatalysator 25 in Strömungsrichtung des Abgases nachgeschalteter NO_x-Spei cherkatalysator 26 angeordnet. Der 3-Wege-Katalysator 25 hat bei einem Lambda-Wert λo optimale Reinigungswirkung. Der Wert λo kann je nach Katalysatortyp zwischen 0,99 und 1 liegen.The operation of the internal combustion engine 20 is controlled or regulated by a control device 21 . A fuel delivery system 22 , the z. B. can be designed as an injection system, is controlled via lines not specified by the control device 21 and ensures the fuel allocation of the internal combustion engine 20 , which has an intake tract 23 and an exhaust tract 24 . In the exhaust gas tract 24 , a pre-catalyst 25 (3-way catalyst) and a downstream of the pre-catalyst 25 in the flow direction of the exhaust gas NO _x storage catalyst 26 are arranged near the internal combustion engine. The 3-way catalytic converter 25 has an optimal cleaning effect with a lambda value λo. Depending on the type of catalyst, the value λo can be between 0.99 and 1.

Anstelle zweier getrennter Katalysatoren kann auch ein ein zelner Katalysator vorgesehen sein, der neben der 3-Wege- Funktion auch eine NO_x-reduzierende Funktion aufweist.Instead of two separate catalysts, it is also possible to provide an individual catalyst which, in addition to the 3-way function, also has a NO _x -reducing function.

Die Sensorik für die Abgasnachbehandlungsanlage beinhaltet einen Sauerstoffmessaufnehmer 27 stromaufwärts des Vorkataly sators 25, einen Temperatursensor 28 im Verbindungsrohr zwi schen Vorkatalysator 25 und dem NO_x-Speicherkatalysator 26 nahe am Eintrittsbereich desselben und einen weiteren Abgas sensor in Form eines NO_x-Messaufnehmers 29 stromabwärts des NO_x-Speicherkatalysators 26. Der NO_x-Messaufnehmer 29 weist eine elektrische Heizeinrichtung 13 auf, die über Signale der Steuerungseinrichtung 21 angesteuert wird. The sensor system for the exhaust gas aftertreatment system includes an oxygen sensor 27 upstream of the precatalyst 25 , a temperature sensor 28 in the connecting pipe between the precatalyst 25 and the NO _x storage catalytic converter 26 close to the inlet area thereof and a further exhaust gas sensor in the form of a NO _x sensor 29 downstream of the NO _x storage catalytic converter 26 . The NO _x sensor 29 has an electrical heating device 13 which is controlled via signals from the control device 21 .

Anstelle des Temperatursensors 28, der die Abgastemperatur erfasst und aus dessen Signal mittels eines Temperaturmodells die Temperatur des NO_x-Speicherkatalysators 26 berechnet wer den kann, ist es auch möglich, die NO_x-Speicherkatalysator temperatur unmittelbar zu messen.Instead of the temperature sensor 28 , which detects the exhaust gas temperature and from whose signal the temperature of the NO _x storage catalytic converter 26 can be calculated using a temperature model, it is also possible to measure the NO _x storage catalytic converter temperature directly.

Die Berechnung bzw. die Messung der Temperatur des NO_x- Speicherkatalysators 26 ist zur verbrauchs- und emissionsop timalen Steuerung des Systems erforderlich. Basierend auf diesem Temperatursignal werden auch Katalysatorheiz- bzw. Ka talysatorschutzmaßnahmen eingeleitet.The calculation or measurement of the temperature of the NO _x storage catalytic converter 26 is necessary for controlling the system in terms of consumption and emissions. Based on this temperature signal, catalyst heating or catalyst protection measures are initiated.

Als Sauerstoffmessaufnehmer 27 wird vorzugsweise eine Breit band-Lambdasonde eingesetzt, welche in Abhängigkeit des Sau erstoffgehaltes im Abgas ein stetiges, z. B. lineares Aus gangssignal abgibt. Mit dem Signal dieser Breitband-Lambda sonde wird die Luftzahl während des Magerbetriebes und wäh rend der Regenerationsphase mit fettem Gemisch entsprechend der Sollwertvorgaben eingeregelt. Diese Funktion übernimmt eine an sich bekannte Lambdaregelungseinrichtung 30, die vor zugsweise in die den Betrieb der Brennkraftmaschine 20 steu ernde Steuerungseinrichtung 21 integriert ist.A broadband lambda probe is preferably used as the oxygen sensor 27 , which, depending on the oxygen content in the exhaust gas, is a constant, e.g. B. outputs linear output signal. The signal from this broadband lambda probe is used to regulate the air ratio during lean operation and during the regeneration phase with a rich mixture in accordance with the setpoint values. This function is performed by a lambda control device 30 which is known per se and which is preferably integrated into the control device 21 which controls the operation of the internal combustion engine 20 .

Solche elektronischen Steuerungseinrichtungen, die in der Re gel einen Mikroprozessor beinhalten und die neben der Kraft stoffeinspritzung noch eine Vielzahl weiterer Steuer- und Re gelaufgaben, u. a. auch die Steuerung der Abgasnachbehand lungsanlage übernehmen, sind an sich bekannt, so dass im fol genden nur auf den im Zusammenhang mit der Erfindung relevan ten Aufbau und dessen Funktionsweise eingegangen wird. Insbe sondere weist die Steuerungseinrichtung 21 eine Speicherein richtung 31 auf, in der u. a. verschiedene Kennlinien bzw. Kennfelder, sowie Korrekturfaktoren gespeichert sind.Such electronic control devices, which generally include a microprocessor and which, in addition to fuel injection, also perform a variety of other control and regulating tasks, including the control of the exhaust gas aftertreatment system, are known per se, so that in the following only on in connection with the invention relevant structure and its functioning is discussed. In particular, the control device 21 has a memory device 31 , in which, among other things, various characteristic curves or maps, and correction factors are stored.

Der Steuerungseinrichtung 21 werden ferner die Messwerte wei terer, nicht dargestellter Messaufnehmer, insbesondere für die Drehzahl, Last, Kühlmitteltemperatur usw. zugeführt. Mit Hilfe dieser Messwerte steuert bzw. regelt die Steuerungsein richtung 21 den Betrieb der Brennkraftmaschine 20.The control device 21 is also supplied with the measured values of further sensors, not shown, in particular for the speed, load, coolant temperature, etc. With the aid of these measured values, the control device 21 controls the operation of the internal combustion engine 20 .

Das Ausgangsignal des stromabwärts des NO_x-Speicherkataly sators 26 im Abgastrakt 24 angeordneten NO_x-Messaufnehmers 29 wird zur Steuerung der Regeneration des NO_x-Speicherkatalysa tors 26 und zur Adaption von Modellgrößen wie z. B. der Sauer stoff- bzw. NO_x-Speicherkapazität, sowie zum Erfassen des Al terungszustandes des NO_x-Speicherkatalysators herangezogen.The output signal of the downstream of the NO _x storage catalyst 26 arranged in the exhaust tract 24 NO _x sensor 29 is used to control the regeneration of the NO _x storage catalyst 26 and to adapt model sizes such. B. the oxygen or NO _x storage capacity, and used to detect the aging condition of the NO _x storage catalyst.

Desweiteren wird das Ausgangssignal zur Trimmregelung be nutzt, wie es beispielsweise in der nicht vorveröffentlich ten, prioritätsälteren deutschen Patentanmeldung DE 198 52 244.4 der Anmelderin beschrieben ist. Zur Trimmregelung ist ein Trimmregler 32 vorgesehen, der ein eigenständiges Gerät oder in der Steuerungseinrichtung 21 integriert sein kann und dem u. a. das Ausgangssignal des NO_x-Messaufnehmers 29, sowie der Sauerstoff-Ionen-Pumpstrom Ip0 zugeführt wird. Der Trimm regler 32 erkennt aus diesen Signalen eine z. B. alterungsbe dingte Verschiebung des λo zugeordneten Signalpegels des Sau erstoffmessaufnehmers 27 und gleicht sie aus, so dass sicher gestellt ist, dass die Brennkraftmaschine 20 von der Steue rungseinrichtung 21 so geregelt wird, dass der Lambda-Wert des Rohabgases im Abgastrakt 24 stromauf des 3-Wege- Katalysators 25 im Mittel dem gewünschten Wert λo entspricht.Furthermore, the output signal for trim control is used, as described for example in the not previously published, older priority German patent application DE 198 52 244.4 of the applicant. A trim controller 32 is provided for the trim control, which can be an independent device or integrated in the control device 21 and to which, inter alia, the output signal of the NO _x sensor 29 and the oxygen-ion pump current Ip0 are fed. The trim controller 32 recognizes a z from these signals. B. age-related shift of the λo assigned signal level of the oxygen measurement sensor 27 and compensates for it, so that it is ensured that the internal combustion engine 20 is controlled by the control device 21 such that the lambda value of the raw exhaust gas in the exhaust tract 24 upstream of the 3rd -Way- catalyst 25 corresponds on average to the desired value λo.

In Fig. 2 ist in Blockdarstellung eine Anordnung gezeigt, wie durch eine Temperaturnachführung für den NO_x-Messauf nehmer 29 der durch Alterung hervorgerufene Messfehler korri giert werden kann. Hierzu wird die Temperatur des Senssorele mentes des NO_x-Messaufnehmers 29 langsam in Stufen über der Lebensdauer des Sensorelementes erhöht. Durch diese Tempera turnachführung wird der Widerstand R = Vp0/Ip0 erniedrigt, da die Ionenleitfähigkeit von Zr0₂ mit der Temperatur zunimmt. Ziel der Temperaturnachführung ist es, die Temperatur des Sensorelementes so über die Lebensdauer zu erhöhen, dass die maximale Pumpspannung bei Magerbetrieb der Brennkraftmaschine unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt.In Fig. 2, an arrangement is shown in a block diagram, how the measurement error caused by aging can be corrected by temperature tracking for the NO _x sensor 29 . For this purpose, the temperature of the sensor element of the NO _x sensor 29 is slowly increased in stages over the life of the sensor element. Resistance R = Vp0 / Ip0 is reduced by this temperature tracking, since the ion conductivity of Zr0 _{2 increases} with temperature. The aim of the temperature tracking is to increase the temperature of the sensor element over the service life in such a way that the maximum pump voltage during lean operation of the internal combustion engine is below a predetermined threshold value.

Während des Betriebes der Brennkraftmaschine wird mittels ei ner Vergleichseinrichtung VGL überprüft, ob der Wert der er sten Stellspannung Vp0 unterhalb oder oberhalb eines Schwel lenwertes Vp0max liegt, ab der NO_x zersetzt werden würde. Der Schwellenwert Vp0max wird für einen gegebenen NO_x-Messaufneh mer 29 experimentell ermittelt und ist in der Speicherein richtung 31 abgelegt. Der Ausgang der Vergleichseinrichtung VGL steuert in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleiches ei ne Schalteinrichtung SE an.During operation of the internal combustion engine, a comparison device VGL is used to check whether the value of the first control voltage Vp0 is below or above a threshold value Vp0max, from which NO _x would be decomposed. The threshold value Vp0max is determined experimentally for a given NO _x sensor 29 and is stored in the storage device 31 . The output of the comparison device VGL controls a switching device SE as a function of the result of the comparison.

Ist während des Betriebes der Wert der Stellspannung Vp0 im mer kleiner oder gleich dem Schwellenwert Vp0max, dann befin det sich das Schaltelement der Schalteinrichtung SE in einer mit I bezeichneten Stellung und der Sollwert der Sensortempe ratur T_Soll wird nicht geändert. Es findet keine Änderung der Heizleistung für die Heizeinrichtung 13 des NO_x-Messaufneh mers 29 statt.If the value of the control voltage Vp0 is always less than or equal to the threshold value Vp0max during operation, then the switching element of the switching device SE is in a position labeled I and the setpoint of the sensor temperature T _Soll is not changed. There is no change in the heating power for the heating device 13 of the NO _x measurement receiver 29 .

Tritt dagegen der Fall ein, dass der Wert für die erste Stellspannung Vp0 größer ist als der Schwellenwert Vp0max, so befindet sich das Schaltelement der Schalteinrichtung SE in der mit II bezeichneten Stellung und die Temperatur des Sen sorelementes wird um einen bestimmten Wert erhöht. Hierzu wird die Differenz zwischen dem Schwellenwert Vp0max und er ster Stellspannung Vp0 gebildet und einer Multiplikationsein richtung MUL zugeführt. In dieser Multiplikationseinrichtung MUL wird die Differenz Vp0max-Vp0 mit einem Korrekturfaktor K multipliziert, der experimentell festgelegt wird und in der Speichereinrichtung 31 abgelegt ist. Als Ergebnis erhält man einen Korrekturwert K.(Vp0max-Vp0), der einer Additionsstu fe ADD zugeführt wird, welche die Summe aus diesem Korrektur wert und dem alten, d. h. vorhergehendem Temperatursollwert T_Soll(n-1) bildet. Der neue Temperatursollwert T_Soll(n) ergibt sich also zu T_Soll(n) = K.(Vp0max-Vp0) + T_Soll(n-1), wobei n eine Laufvariable darstellt. Die Einstellung des neuen Tempe ratursollwertes T_Soll(n) wird durch Vergrößern der elektri schen Heizleistung für die Heizeinrichtung 13 erreicht.If, on the other hand, the case occurs that the value for the first actuating voltage Vp0 is greater than the threshold value Vp0max, the switching element of the switching device SE is in the position labeled II and the temperature of the sensor element is increased by a certain value. For this purpose, the difference between the threshold value Vp0max and the first control voltage Vp0 is formed and fed to a multiplier device MUL. In this multiplication device MUL, the difference Vp0max-Vp0 is multiplied by a correction factor K, which is determined experimentally and is stored in the storage device 31 . The result is a correction value K. (Vp0max-Vp0), which is fed to an addition stage ADD, which forms the sum of this correction and the old, ie previous, temperature _setpoint T _setpoint (n-1). The new temperature _setpoint T _setpoint (n) thus results in T _setpoint (n) = K. (Vp0max-Vp0) + T _setpoint (n-1), where n represents a run variable. The setting of the new temperature setpoint T _Soll (n) is achieved by increasing the electrical heating power for the heater 13 .

Hierbei ist zu beachten, dass der NO_x-Messaufnehmer 29 und damit das Sensorelement eine minimale Arbeitstemperatur benö tigt, damit z. B. die Ionenleitfähigkeit von ZrO₂ ausreichend ist. Andererseits wird durch die Lebensdauer des Sensorele mentes durch zu hohe Temperaturen verringert. Dies ist der Grund, weshalb eine in einzelne Stufen vorgenommene Tempera turerhöhung, wie sie hier vorgeschlagen wird, besser ist als die Einstellung einer konstanten, größeren Arbeitstemperatur.It should be noted that the NO _x sensor 29 and thus the sensor element requires a minimum working temperature, so that, for. B. the ionic conductivity of ZrO _{2 is} sufficient. On the other hand, the life of the sensor element reduces the temperature due to excessive temperatures. This is the reason why a temperature increase carried out in individual stages, as proposed here, is better than setting a constant, larger working temperature.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde anhand eines NO_x- Messaufnehmers erläutert, es ist aber gleichermaßen für andere Abgas-Messaufnehmer, insbesondere für einen HC-Messaufnehmer anwendbar, der im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine ange ordnet ist und die HC-Konzentration im Abgas erfasst.The method according to the invention was explained using a NO _x sensor, but it is equally applicable to other exhaust gas sensors, in particular for an HC sensor, which is arranged in the exhaust tract of an internal combustion engine and detects the HC concentration in the exhaust gas.

Desweiteren ist es möglich, die Signalauswertung, d. h. insbe sondere den Vergleich der Pumpspannung mit dem Schwellenwert und die Heizungssteuerung nicht in der Steuerungseinrichtung der Brennkraftmaschine vorzunehmen, sondern die Auswerteein heit in einer "intelligenten Schnittstelle" des Abgas- Messaufnehmers zu integrieren, die in einem Kabelstrang zwi schen Abgas-Messaufnehmer und Steuerungseinrichtung der Brenn kraftmaschine, insbesondere in einem Steckergehäuse angeord net ist, wie es beispielsweise in der nicht vorveröffentlich ten deutschen Patentanmeldung DE 198 07 215.5 der Anmelderin beschrieben ist.Furthermore, it is possible to evaluate the signal, i. H. esp especially the comparison of the pump voltage with the threshold value and the heater control is not in the control device the internal combustion engine, but the evaluation unit in an "intelligent interface" of the exhaust gas Integrate sensor that in a cable harness between exhaust gas sensor and control device of the burner Engine, in particular in a connector housing net is, as for example in the not pre-published ten applicant's German patent application DE 198 07 215.5 is described.

Claims

1. A method for operating an exhaust gas sensor in the gas system from an internal combustion engine ( 20 ), wherein

- The exhaust gas sensor ( 29 ) has an electrical heating device ( 13 ) for heating the sensor element of the exhaust gas sensor ( 29 ) to a temperature _setpoint (T _setpoint ), which is connected to a control device ( 21 ),
- A pump voltage (Vp0) is applied to the exhaust gas measuring sensor ( 29 ) to drive an oxygen-ion pumping current (Tp0), characterized in that
- the pump voltage (Vp0) is compared with a predetermined threshold value (Vp0max) and if the threshold value (Vp0max) is exceeded,
- The value for the target temperature (T _target ) of the sensor element of the exhaust gas sensor ( 29 ) over the life of the Senso relementes by means of the electric heating device ( 13 ) is gradually increased by a certain value, whereby the electrical resistance (R), formed is reduced from the ratio of pump voltage (Vp0) and oxygen-ion pump current (Ip0).

2. The method according to claim 1, characterized in that

the difference between the threshold value (Vp0max) and the pump voltage (Vp0) is formed,
- The difference is applied with a correction factor (K) and
- The current value for the target temperature (T _target (n)) is formed as the sum of the correction value (K. (Vp0max-Vp0)) and the previous value for the target temperature (T _target (n-1)).

3. The method according to claim 2, characterized in that the current temperature _setpoint T _Soll (n) is determined according to the following relationship:
T _target (n) = K. (Vp0max-Vp0) + T _target (n-1).

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the correction factor (K) is determined experimentally and is stored in a memory device ( 31 ).

5. The method according to claim 1-4, characterized in that a NO _x sensor is used as the exhaust gas sensor.

6. The method according to claim 1-4, characterized in that an HC sensor is used as the exhaust gas sensor.

7. The method according to claim 2, characterized in that the setting of the current temperature _setpoint T _Soll (n) by increasing the electrical heating power for the Hei zeinrichtung ( 13 ).

8. The method according to claim 1 and 4, characterized in that the control device and the storage device are assigned to the internal combustion engine and the magnification the heating power of signals from the internal combustion engine from ge is controlled.

9. The method according to claim 1 and 4, characterized in that the control device and the storage device are assigned to an interface of the exhaust gas sensor and increasing the heating power of signals from the Interface is controlled from.