EP2260195A1 - Verfahren zum betreiben einer lambdasonde während der aufwärmphase - Google Patents
Verfahren zum betreiben einer lambdasonde während der aufwärmphaseInfo
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- EP2260195A1 EP2260195A1 EP09718358A EP09718358A EP2260195A1 EP 2260195 A1 EP2260195 A1 EP 2260195A1 EP 09718358 A EP09718358 A EP 09718358A EP 09718358 A EP09718358 A EP 09718358A EP 2260195 A1 EP2260195 A1 EP 2260195A1
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Definitions
- the invention relates to a method for operating a lambda probe in the exhaust system of an internal combustion engine during a warm-up phase, a vehicle having a control device configured for carrying out the method and a program means for carrying out the method with the features mentioned in the preambles of the independent claims.
- Catalyst built-in lambda probe regulated Behind the catalyst is often installed a second lambda probe for monitoring purposes, the measurement signal provides information about the achieved effectiveness of the regulated exhaust system and allows, for example, a closed loop. It can be assumed that this rear monitor lambda probe ages less rapidly or rapidly due to the position away from the engine, and because of the exhaust gas composition already reacted behind the catalytic converter, provides a significantly more accurate overall measurement signal over the lifetime of the catalytic converter. Therefore, the rear lambda probe is used to correct the front lambda control and / or to adapt signal variations of the upstream lambda probe.
- the known lambda probes for example, a ceramic body, on which electrodes are applied for determining a voltage or a pump current, and a heating element, which brings the ceramic body to temperatures in the range of 600-800 0 C. Arrive at these
- the heating of the lambda probes is usually waited until, for sure, no more liquid water can be present at the installation position of the lambda probe due to condensation or deposition.
- Corresponding calculation functions are usually located in an engine control unit.
- the problem here is that the lambda probes can be heated for some time after an engine start, and until then the engine can be operated only unregulated, resulting in a deterioration of the exhaust emissions result. This is particularly critical for the rear lambda probe, because the more remote engine the installation position, the longer it takes until the necessary temperature at which no liquid water is present (so-called
- Dew point end is reached. It would therefore be desirable to be able to provide an exploitable signal of the lambda probe at an early point in time during the cold-start phase of an internal combustion engine before reaching the dew-point end of the exhaust-gas device of the exhaust-gas control.
- DE 10 2006 01 1 722 B3 discloses a method for correcting the output signal of a broadband lambda probe of an internal combustion engine. As part of this procedure, the influence of humidity on the lambda value determined by the broadband lambda probe is detected and eliminated using a compensation model. For this purpose, a measured humidity is included in the calibration of the broadband lambda probe during a fuel cut-off phase of the internal combustion engine.
- the assignment rule is adjusted as a function of a plateau value of the measurement signal during the plateau phase.
- the following patent documents on the technological background of the present invention are known: DE 10 2006 01 722 B3, DE 103 60 775 A1, DE 198 61 198 B4, DE 43 04 966 A1, DE 199 37 016 A1, DE 10 2004 006 875 A1 DE 103 39 062 A1, DE 199 26 139 A1 and DE 10 2005 038 492 A1.
- a gas sensor which has a protective tube for the protection of the ceramic sensor element.
- Another inner tube with openings for the inlet and outlet of the sample gas or exhaust gas to protect the ceramic sensor element from direct contact with water.
- a lambda probe for an internal combustion engine for measuring the fuel-air ratio in the exhaust gas stream of the internal combustion engine with an oxygen sensor element, in which the part of the oxygen sensor element protruding into the exhaust gas flow is surrounded by a protective element for collecting condensation water.
- the lambda probe constructed in this way can already be put into operation before or immediately after the start of the internal combustion engine, since the risk of cold condensed water hitting the hot oxygen sensor element and the associated damage to the lambda probe should be avoided.
- DE 10 2004 035 230 A1 discloses a method for operating a gas sensor, in which operating states of the internal combustion engine are determined.
- the sensor In the presence of an operating state in which a low temperature is to be expected in the exhaust gas line, for example during a cold start, the sensor is regulated to a low temperature or switched off completely, so as to counteract the risk of a thermal shock due to the action of water.
- the sensor thus has no rule readiness when starting the internal combustion engine.
- a ceramic component in particular a sensor element for a gas sensor for determining a physical property of a measuring gas, in particular the temperature or the concentration of a gas component in the exhaust gas of internal combustion engines is given, which has a particular laminated ceramic body.
- a ceramic body in particular a sensor element for a gas sensor for determining a physical property of a measuring gas, in particular the temperature or the concentration of a gas component in the exhaust gas of internal combustion engines is given, which has a particular laminated ceramic body.
- DE 10 2006 012 476 A1 discloses a method for operating a sensor, in particular a sensor made of a ceramic material, wherein the sensor is heated to a shock resistance temperature which is greater than a specified operating temperature of the sensor. After the environment of the sensor has been heated for a time with the shock resistance temperature, it is adjusted to the normal operating temperature. It is also proposed to first approach a lower than the normal operating temperature
- DE 10 2004 031 083 B3 discloses a method for heating lambda probes in an exhaust system connected downstream of an internal combustion engine of a vehicle, comprising at least one catalyst device arranged in the exhaust line of the exhaust system and each with a probe upstream and downstream of the catalytic converter, wherein the heating of the probes is started at the operating temperature at a heating time at which a predetermined for condensate formation in the region of the exhaust line critical condensate formation temperature is exceeded to avoid Wasserschlaggefährdung the probes.
- a cold start of the internal combustion engine only the downstream probe is initially heated by the two probes from a predetermined heating time up to a predetermined probe temperature.
- the probe which has been heated to this temperature, is operated in the further course of the cold start phase for a period until a condensate formation temperature critical for the formation of condensate in the upstream region of the exhaust gas line is controlled by a control device with which the lambda value is regulated to a predetermined lambda value. If the critical condensation formation temperature in the pre-catalyst region of the exhaust gas line is exceeded, the upstream probe is heated to a predetermined probe temperature.
- the disclosed method necessarily uses an upstream and downstream of the catalyst lambda probe. This restricts the application of the method to exhaust systems with two lambda probes, whereby increased costs and additional technical susceptibility must be accepted.
- the invention is based on the object already at the earliest possible time during a start and warm-up phase of an internal combustion engine with a lambda-controlled exhaust system, in particular before reaching the dew point end, a reliable To provide lambda control for controlling the fuel / air mixture and to provide this particularly cost-saving and during the life of the exhaust system.
- This object is achieved according to claim 1 by a method for operating at least one arranged in an exhaust system of an internal combustion engine lambda probe during a start and warm-up phase with a lambda control system for controlling the fuel / air mixture ratio of a combustion process of the internal combustion engine, the exhaust system at least one Catalyst and the lambda probe is associated with at least one electric heating element for heating the lambda probe to an operating temperature and the heating of the heating element is performed by a heating element control, wherein the lambda control system control parameters are specified.
- the inventive method provides that - substantially simultaneously with the start of the internal combustion engine, the heating element is subjected to a predefined heating power; - During the heating, a signal of the lambda probe is detected and compared with a predetermined for a lean and / or for a rich fuel / air mixture ratio threshold (U LTF , U LTM ), which correlates with a temperature value of the lambda probe below a critical water hammer Temperature (T k ) and at the same time corresponds to a valid lambda signal, - by first reaching one of the for a lean and / or for a fat
- Fuel / air mixture ratio predetermined threshold (U LTF , U LTM ) of the lambda signal is triggered a determination of a correlating with the temperature of the lambda sensor and the lambda signal is marked as valid forwarded to a further use, and - the determined with the temperature of the lambda probe correlating measured variable is passed to a closed heating element control loop as a setpoint temperature (T SO ⁇ ) corresponding setpoint.
- the object of the present invention is based on the idea to heat the lambda probe at a lower, below the waterfall critical temperature target temperature during a wasserschlaggefährdeten start phase of an internal combustion engine, wherein the fact is exploited that the lambda probe is already at this temperature a usable lambda Signal supplies.
- the temperature of the lambda probe is determined as a limiting one Temperature setpoint for the heating element control held in place.
- the heating element control regulates the temperature of the lambda probe to this temperature in a preferably closed control loop in such a way that if, for example, the lambda probe temperature falls below the desired temperature, the heating element control activates the heating element so that it does not heat up the probe to this determined setpoint value again , as long as the water-hitting critical phase has not expired with certainty.
- the lambda signal can already be utilized at this early point in time and can therefore be made available for further purposes, explained below, in the environment of an internal combustion engine.
- a temperature of the lambda probe (more precisely:
- the water-hitting critical temperature is a material and design-specific size and therefore can not be stated in general. It is usually specified by the manufacturers of the lambda probe or can be determined by suitable measurement series.
- this is based on a method for operating at least one lambda probe in the exhaust system of an internal combustion engine with a lambda control system for regulating the fuel / air mixture ratio of a combustion process of the internal combustion engine during a start and warm-up phase.
- the exhaust system has a catalyst and at least one electrical heating element for heating the lambda probe to operating temperature, which is heated in at least one method step.
- the heating of this heating element is carried out by a heating element control, wherein the lambda control system control parameters are specified.
- the heating element is acted upon in a first procedural regulation with a first predefined heating power
- the detected lambda signal is compared with a respective predetermined threshold value (U LTF , U LTM ) for a lean and a rich fuel / air mixture ratio, which is correlated to a temperature value of the lambda sensor, which is below the waterfall critical temperature and at the same time corresponds to a valid lambda signal,
- a determination of a measured variable correlated with the temperature of the lambda probe is triggered in a fourth method specification by first reaching one of the predetermined threshold values (U LTF , U LTM ) of the lambda signal and the lambda signal is marked as valid and forwarded to a further use,
- the determination of a correlated with the temperature of the lambda probe measured by measuring the ohmic resistance of the heating element or the electrode / n of
- two threshold values corresponding to the water hammer-non-critical temperature for the lambda signal are predefined, one of the threshold values corresponding to the lambda signal at a lean and the other threshold value corresponding to the lambda signal for a rich fuel / air mixture.
- the two thresholds can be achieved by the sensor signal.
- the threshold value U LTF or U LTM predetermined for a lean and / or rich fuel / air mixture ratio correlates with a water hammer-non-critical temperature value of the lambda probe in the range from 150 to 450 ° C., preferably between 300 and 450 ° C.
- the waterfall harmless temperature setpoint is set in this temperature range.
- This temperature value depends on the type of lambda sensor used, for example a ceramic element such as titanium dioxide ceramic in the case of a broadband lambda probe and a zirconia ceramic in the case of a Nernst lambda probe.
- the heating of the heating element during a first predetermined time period of the start and warm-up phase is performed by an open loop and executed after the end of this first period of the start and warm-up phase by a closed loop.
- the determined temperature value or the measured variable correlating with the temperature value is used as an actual value for the heating element control and the temperature setpoint is set at least temporarily equal to this measured actual value.
- the temperature setpoint is set at least temporarily equal to this measured actual value.
- a predefinable time interval is waited for before the lambda signal is marked as valid and forwarded to a further use, wherein the time period takes the form of a predefinable time counter or a predetermined amount of energy is given.
- the determination of a measured variable correlating with the temperature of the lambda probe is first triggered after a predetermined period of time has elapsed for the first time reaching one of the predetermined threshold values (U LTF , U LTM ), this time span is also specified in the form of a predetermined time counter or a predetermined amount of energy.
- the method according to the invention can be applied to a lambda probe arranged upstream of and / or downstream of the catalytic converter with respect to the exhaust gas flow direction.
- the heating element control draws a temperature model for calculating (actual) temperature conditions at different locations within the exhaust system, into which at least one detected temperature value flows.
- the lambda control is preferably carried out by the lambda control system with adapted control parameters.
- the lambda signal marked as valid can be made available to a diagnostic method for determining the aging state of the catalytic converter.
- the signal identified as valid can be made available to a catalytic converter downstream lambda probe a diagnostic method for determining the aging state of a lambda probe upstream of the catalytic converter.
- the signal marked valid according to the invention is supplied to the lambda control system for regulating the fuel / air mixture supplied to the internal combustion engine.
- the signal may be used to terminate operation of the rich fuel / air mixture ratio internal combustion engine which has been adjusted following a fuel cut off phase (fuel cutoff).
- the temperature setpoint determined for the closed heating element control loop is subjected to an additional adaptation as a function of at least one additional parameter, whereby this additional parameter correlates with at least one quantity corresponding to the degree of warming of the entire exhaust gas system.
- the quantity corresponding to the degree of heat-soak of the entire exhaust system is correlated with the exhaust-gas temperature at the position of the lambda probe.
- the invention is based on a vehicle with an internal combustion engine, an associated exhaust system with at least one lambda probe and a lambda control system for regulating the fuel / air mixture ratio of a combustion process of the internal combustion engine during a start and warm-up phase.
- the lambda probe is assigned at least one electrical heating element for heating the lambda probe to an operating temperature which is heated in at least one method step. The heating of this heating element is carried out by a heating element control.
- the object of the present invention is realized according to this aspect of the invention in that the vehicle has a control device configured for carrying out the method according to the invention.
- the control device can be integrated in a conventional motor control and, in particular, be designed as a stored or storable program means for carrying out the method according to the invention.
- the vehicle may preferably be a land, water or air vehicle.
- FIG 1 illustrates the principle of operation of the present invention using the example of a lambda jump probe, i. represents a Nernst probe.
- FIG. 1 shows in the lower part typical characteristics of a signal (for example a voltage U) of a new and an aged lambda probe with increasing probe temperature or with time.
- a signal for example a voltage U
- the curves of the internal resistance of the new and the aged lambda probe are again shown as a function of the probe temperature.
- the lambda probe At the start time of the internal combustion engine and shortly thereafter, the lambda probe has a low temperature. Up to a certain lower temperature limit, the probe provides no signal or this remains at a constant value ( Figure 1, left portion of the lower part). Subsequently, the probe signal begins to increase with increasing temperature (in the case of a rich exhaust gas with ⁇ ⁇ 1) or to fall (in the case of a lean exhaust gas with ⁇ > 1). According to the invention, a threshold value U LTM or U LTF , which corresponds to a particular one, is then predefined both for the lean mixture and for the rich mixture Probe temperature corresponds, which is below the water hammer critical temperature T k (indicated by the right dashed vertical line).
- the temperature corresponding to the threshold In addition to the criterion of Wasserschlagunbedenkige the temperature corresponding to the threshold must also be in a temperature range in which a valid (usable) probe signal is present, ie the probe must already respond. In other words, the temperature corresponding to the threshold must be above a light-off temperature of the probe, which in turn depends on the design of the probe.
- This permissible temperature range within which on the one hand a valid probe signal (lambda signal) is present and at the same time there is no danger of water hammering is shown shaded in gray in the lower part of FIG. It can be seen that the probe signal of the new probe reaches the respective threshold value U LTM or U LTF slightly earlier than the already aged probe.
- a current measured variable of the lambda probe is determined, which correlates with the (water hammer-non-critical) probe temperature. This is preferably the internal resistance of the probe, as indicated in the upper part of FIG. This value is then passed to the heating element control as a nominal value corresponding to the setpoint temperature. The heating element control then controls the heating element of the lambda probe in a closed loop control so that the desired value of the internal resistance of the probe is adjusted, ie, a difference between the actual resistance and the nominal resistance is minimized.
- the probe temperature is also adjusted to the correlating with the threshold temperature as the target temperature T SO ⁇ .
- the sensor signal is marked as valid and forwarded for further use.
- it is used for lambda control of the internal combustion engine supplied fuel / air mixture.
- a controlled operation of at least one lambda probe can thus be carried out at a time that is earlier than the prior art during a startup and warm-up phase, whereby fuel is saved and the prescribed exhaust emission values earlier after a start of the internal combustion engine be respected.
- the lambda probe can not be destroyed by water precipitation during the start and warm-up phase.
- the advantages according to the invention result from the fact that the detection of the predefinable threshold values of the lambda signal can take place in a favorable characteristic curve range with high resolution.
- a very particular advantage of the present invention is that the measurement parameters used for measuring the temperature of the lambda probe by a determination based on a measurement instead of specifying a temperature setpoint for each individual internal combustion engine, the ever-present production, weather and wear-related stray deviations Components are less important, so that the result of the heating and the early provision of the lambda signal can already be significantly more accurate during a waterfall-prone phase. As a result, the objectives according to the invention of saving fuel and protecting the environment can be implemented even more effectively.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine angeordneten Lambdasonde, ein Fahrzeug mit einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine und Programmmittel zum Ausführen des Verfahrens. Es ist vorgesehen, dass - im Wesentlichen mit dem Start der Brennkraftmaschine das Heizelement mit einer vordefinierten Heizleistung beaufschlagt wird; - während des Heizens das Signal der Lambdasonde erfasst wird und das erfasste Lambda-Signal mit einem für ein mageres und/oder ein fettes Kraftstoff/Luft-Gemischverhältnis vorgegebenen Schwellwert (ULTF, ULTM) verglichen wird, welcher mit einem Temperaturwert der Lambdasonde korreliert, der unterhalb der wasserschlagkritischen Temperatur (Tk) der Sonde liegt und gleichzeitig einem gültigen Lambda-Signal entspricht, - durch ein erstmaliges Erreichen eines der vorgegebenen Schwellwerte (ULTF, ULTM) des Lambda-Signals eine Ermittlung einer mit der Temperatur der Lambdasonde korrelierenden Messgröße ausgelöst und das Lambda-Signal als gültig gekennzeichnet zu einer weiteren Verwendung weitergeleitet wird, und - die ermittelte, mit der Temperatur der Lambdasonde korrelierende Messgröße einem geschlossenen Heizelement-Regelkreis als ein einer Soll-Temperatur (Tsoll) entsprechender Sollwert übergeben wird.
Description
Beschreibung
Verfahren zum Betreiben einer Lambdasonde während der Aufwärmphase
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Lambdasonde in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine während einer Aufwärmphase, ein Fahrzeug mit einer zum Ausführen des Verfahrens eingerichteten Steuerungseinrichtung und ein Programmmittel zum Ausführen des Verfahrens mit den in den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche genannten Merkmalen.
Es ist bekannt, dass zur Erfüllung gesetzlicher Vorgaben an die zulässigen Abgasemissionen einer Brennkraftmaschine eine hohe Wirksamkeit von Abgasreinigungsmaßnahmen notwendig ist. Eine dieser Maßnahmen ist eine möglichst genaue Einstellung der Abgaszusammensetzung dergestalt, dass ein im Abgassystem befindlicher Katalysator möglichst wirkungsvoll arbeiten kann. Um bei heutigen Drei-Wege-Katalysatoren eine hohe Konvertierungsleistung zu erreichen, werden diese mit Abgas beaufschlagt, welches wechselnd einen leichten Kraftstoff- Überschuss (fett) oder einen leichten Sauerstoffüberschuss (mager) aufweist. Nach Stand der Technik wird diese sogenannte Lambda-Modulation mit dem Messsignal einer vor dem
Katalysator eingebauten Lambdasonde geregelt. Hinter dem Katalysator wird oft eine zweite Lambdasonde zu Monitoringzwecken verbaut, deren Messsignal Aufschluss über die erreichte Wirksamkeit der geregelten Abgasanlage gibt und beispielsweise einen geschlossenen Regelkreis ermöglicht. Es kann davon ausgegangen werden, dass diese hintere Monitor- Lambdasonde aufgrund der motorferneren Lage weniger stark oder schnell altert, und aufgrund der hinter dem Katalysator bereits abreagierten Abgaszusammensetzung ein insgesamt und über die Lebensdauer gesehen deutlich genaueres Messsignal liefert. Daher wird die hintere Lambdasonde zur Korrektur der vorderen Lambda-Regelung und/oder zur Adaption von Signalabweichungen der stromaufwärtigen Lambdasonde benutzt.
Heutige Lambdasonden basieren auf dem Funktionsprinzip, dass Keramik bei hohen Temperaturen sauerstoffleitend wird. Daher weisen die bekannten Lambdasonden beispielsweise einen Keramikkörper auf, auf welchem Elektroden zur Bestimmung einer Spannung oder eines Pumpstromes aufgebracht sind, sowie ein Heizelement, welches den Keramikkörper auf Temperaturen im Bereich von 600-8000C bringt. Gelangt bei diesen
Temperaturen jedoch flüssiges Wasser an den heißen Keramikkörper, so besteht die Gefahr
der Beschädigung des Elementes durch die dabei auftretenden thermischen Spannungen. Aus diesem Grunde wird nach dem Stand der Technik üblicherweise mit dem Beheizen der Lambdasonden gewartet, bis sicher kein flüssiges Wasser mehr an der Einbauposition der Lambdasonde durch Kondensation oder Ablagerung vorhanden sein kann. Entsprechende Berechnungsfunktionen befinden sich üblicherweise in einem Motorsteuergerät. Problematisch hierbei ist, dass die Lambdasonden erst einige Zeit nach einem Motorstart beheizt werden können, und bis dahin der Motor nur ungeregelt betrieben sein kann, was eine Verschlechterung der Abgasemissionen zur Folge hat. Besonders kritisch ist dies für die hintere Lambdasonde, denn je motorferner die Einbauposition ist, desto länger dauert es, bis die notwendige Temperatur, bei der kein flüssiges Wasser mehr vorliegt (sogenanntes
Taupunktende), erreicht ist. Es wäre daher wünschenswert, bereits zu einem frühen Zeitpunkt während der Kaltlaufphase einer Brennkraftmaschine vor dem Erreichen des Taupunktendes der Abgasvorrichtung der Abgassteuerung ein verwertbares Signal der Lambdasonde zur Verfügung stellen zu können.
DE 10 2006 01 1 722 B3 offenbart ein Verfahren zur Korrektur des Ausgangssignals einer Breitbandlambdasonde einer Brennkraftmaschine. Im Rahmen dieses Verfahrens wird der Einfluss der Luftfeuchtigkeit auf den durch die Breitbandlambdasonde bestimmten Lambdawert erkannt und mithilfe eines Kompensationsmodells herausgerechnet. Zu diesem Zweck wird eine gemessene Luftfeuchtigkeit in die Kalibrierung der Breitbandlambdasonde während einer Schubabschaltphase der Brennkraftmaschine einbezogen.
DE10 2005 059 794 B3: Nach einem Sprung von einer Vorgabe eines fetten Luft/Kraftstoff- Verhältnisses in einem Brennraum eines jeweiligen Zylinders einer Brennkraftmaschine zu einer Vorgabe eines mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisses wird auf eine sich daraufhin einstellende Plateauphase eines Messsignals einer in einem Abgaskatalysator angeordneten Abgassonde detektiert und die Zeitdauer als Einlagerungszeitdauer ermittelt. Nach einem Sprung von einer Vorgabe eines mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem Brennraum des jeweiligen Zylinders zu einer Vorgabe eines fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses wird eine sich daraufhin einstellende Plateauphase des Messsignals detektiert und die Zeitdauer der Plateauphase als Auslagerungszeitdauer ermittelt. Abhängig von der Einlagerungszeitdauer und der Auslagerungszeitdauer wird eine Zuordnungsvorschrift zum Zuordnen des Messsignals zu einem erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis angepasst. Zum Kalibrieren der Abgassonde wird abhängig von einem Plateauwert des Messsignals während der Plateauphase die Zuordnungsvorschrift angepasst.
Es sind folgende Patentdokumente zum technologischen Hintergrund der vorliegenden Erfindung bekannt: DE 10 2006 01 1 722 B3, DE 103 60 775 A1 , DE 198 61 198 B4, DE 43 04 966 A1 , DE 199 37 016 A1 , DE 10 2004 006 875 A1 , DE 103 39 062 A1 , DE 199 26 139 A1 und DE 10 2005 038 492 A1.
Aus DE 199 34 319 A1 ist ein Gasmessfühler bekannt, der zum Schutz des keramischen Sensorelements ein Schutzrohr aufweist. Ein weiteres Innenrohr mit Öffnungen für den Zu- und Austritt des Messgases bzw. Abgases soll das keramische Sensorelement vor einem direkten Kontakt mit Wasser schützen.
Laut DE 10 2004 020 139 A1 wird eine Lambdasonde für eine Brennkraftmaschine zur Messung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses im Abgasstrom der Brennkraftmaschine mit einem Sauerstoffsensorelement vorgeschlagen, bei welcher der in den Abgasstrom ragende Teil des Sauerstoffsensorelements von einem Schutzelement zum Auffangen von Kondenswasser umgeben ist. Die so aufgebaute Lambdasonde kann bereits vor oder unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine in Betrieb genommen werden, da die Gefahr des Auftreffens kalten Kondenswassers auf das heiße Sauerstoffsensorelement und der damit verbundenen Beschädigung der Lambdasonde vermieden sein soll.
Aus DE 10 2004 035 230 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Gasmessfühlers bekannt, bei dem Betriebszustände der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Bei Vorliegen eines Betriebszustandes, bei dem eine niedrige Temperatur im Abgasstrang zu erwarten ist, also beispielsweise bei einem Kaltstart, wird der Sensor auf eine niedrige Temperatur geregelt oder ganz abgestellt, um so der Gefahr eines Thermoschocks durch Wassereinwirkung ent- gegenzuwirken. Der Sensor besitzt somit beim Start der Brennkraftmaschine keine Regelbereitschaft.
Laut DE 10 2004 054 014 A1 wird ein Keramikbauteil, insbesondere ein Sensorelement für einen Gassensor zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases, insbesondere der Temperatur oder der Konzentration einer Gaskomponente im Abgas von Verbrennungsmotoren, angegeben, das einen insbesondere laminierten Keramikkörper aufweist. Zur deutlichen Verbesserung des Thermoschockverhaltens des Keramikkörpers, d. h. zur Erzielung einer deutlich gesenkten Empfindlichkeit gegen das Auftreten stark lokalisierter Temperaturgradienten, die Rissbildungen im Keramikkörper auslösen, sind zumindest die Oberflächenbereiche des Keramikkörpers, die großen Temperaturgradienten ausgesetzt sind,
mit einer Schutzhaut überzogen, die mindestens zwei keramische Schichten aufweist, die zwischen sich eine Grenzfläche mit einer niedrigen Bruchenergie erzeugen.
Die DE 10 2006 012 476 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors, insbesondere eines Sensors aus einem keramischen Material, wobei der Sensor auf eine Schockresistenztemperatur aufgeheizt wird, die größer ist als eine spezifizierte Betriebstemperatur des Sensors ist. Nachdem eine Zeit lang mit der Schockresistenztemperatur auch die Umgebung des Sensors aufgeheizt worden ist, wird auf die normale Betriebstemperatur eingeregelt. Ferner wird vorgeschlagen, zunächst eine niedrigere als die normale Betriebstemperatur anzufahren
Die DE 10 2004 031 083 B3 offenbart ein Verfahren zur Beheizung von Lambdasonden in einer einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs nachgeschalteten Abgasanlage, mit wenigstens einer in dem Abgasstrang der Abgasanlage angeordneten Katalysatoreinrichtung sowie mit jeweils einer dem Katalysator vor- und nachgeschalteten Sonde, wobei die Aufheizung der Sonden auf deren Betriebstemperatur zu einem Aufheizzeitpunkt gestartet wird, an dem zur Vermeidung einer Wasserschlaggefährdung der Sonden eine für die Kondensatbildung im Bereich des Abgasstrangs vorgegebene kritische Kondensatbildungstemperatur überschritten wird. Es wird bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine von den beiden Sonden zunächst lediglich die nachgeschaltete Sonde ab einem vorgegebenen Aufheizzeitpunkt auf eine vorgegebene Sondentemperatur aufgeheizt. Die auf diese Temperatur aufgeheizte Sonde wird im weiteren Verlauf der Kaltstartphase für eine Zeitdauer bis zum Überschreiten einer für die Kondensatbildung in dem stromaufwärtigen Bereich des Abgasstrangs kritischen Kondensatbildungstemperatur von einer Regeleinrichtung als Regelsonde betrieben, mit der die Regelung des Lambdawertes auf einen vorgegebenen Lambdawert vorgenommen wird. Bei einer Überschreitung der kritischen Kondensatbildungstemperatur im Vorkatalysatorbereich des Abgasstrangs wird die vorgeschaltete Sonde auf eine vorgegebene Sondentemperatur aufgeheizt. Das offenbarte Verfahren verwendet notwendigerweise eine vor- und eine dem Katalysator nachgeschaltete Lambdasonde. Das schränkt die Anwendung des Verfahrens auf Abgasanlagen mit zwei Lambdasonden ein, wodurch erhöhte Kosten und eine zusätzliche technische Anfälligkeit in Kauf genommen werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bereits zu einem möglichst frühen Zeitpunkt während einer Start- und Aufwärmphase einer Brennkraftmaschine mit einer lambdageregelten Abgasanlage, insbesondere vor dem Erreichen des Taupunktendes, eine zuverlässige
Lambdaregelung zum Steuern des Kraftstoff-/Luftgemischs zur Verfügung zu stellen und dies besonders kostensparend und während der Lebensdauer der Abgasanlage zu gewähren.
Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 durch ein Verfahren zum Betreiben wenigstens einer in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine angeordneten Lambdasonde während einer Start- und Aufwärmphase mit einem Lambda-Regelsystem zum Regeln des Kraftstoff/Luft- Gemischverhältnisses eines Verbrennungsprozesses der Brennkraftmaschine gelöst, wobei die Abgasanlage zumindest einen Katalysator aufweist und der Lambdasonde wenigstens ein elektrisches Heizelement zum Aufheizen der Lambdasonde auf eine Betriebstemperatur zugeordnet ist und das Aufheizen des Heizelementes durch eine Heizelementsteuerung ausgeführt wird, wobei dem Lambda-Regelsystem Regelparameter vorgegeben werden. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass - im Wesentlichen zeitgleich mit dem Start der Brennkraftmaschine das Heizelement mit einer vordefinierten Heizleistung beaufschlagt wird; - während des Heizens ein Signal der Lambdasonde erfasst und mit einem für ein mageres und/oder für ein fettes Kraftstoff/Luft-Gemischverhältnis vorgegebenen Schwellwert (ULTF, ULTM) verglichen wird, welcher mit einem Temperaturwert der Lambdasonde korreliert, der unterhalb einer wasserschlagkritischen Temperatur (Tk) liegt und gleichzeitig einem gültigen Lambda-Signal entspricht, - durch ein erstmaliges Erreichen eines der für ein mageres und/oder für ein fettes
Kraftstoff/Luft-Gemischverhältnis vorgegebenen Schwellwertes (ULTF, ULTM) des Lambda- Signals eine Ermittlung einer mit der Temperatur der Lambdasonde korrelierenden Messgröße ausgelöst wird und das Lambda-Signal als gültig gekennzeichnet zu einer weiteren Verwendung weitergeleitet wird, und - die ermittelte, mit der Temperatur der Lambdasonde korrelierende Messgröße einem geschlossenen Heizelement-Regelkreis als ein einer Soll-Temperatur (TSOιι) entsprechender Sollwert übergeben wird.
Der Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, während einer wasserschlaggefährdeten Startphase einer Brennkraftmaschine die Lambdasonde mit einer niedrigeren, unterhalb der wasserschlagkritischen Temperatur liegenden Solltemperatur zu beheizen, wobei die Tatsache ausgenutzt wird, dass die Lambdasonde bereits bei dieser Temperatur ein verwertbares Lambda-Signal liefert. Besonders vorteilhaft wird bei dem erstmaligen Erreichen des wenigstens einen vorgegebenen Schwellwerts des Lambda-Signals (oder nach Verstreichen einer gewissen vorbestimmten Dauer nach dem Erreichen des Schwellwerts) die Temperatur der Lambdasonde ermittelt und als ein begrenzender
Temperatur-Sollwert für die Heizelementsteuerung zwischengehalten. Dann regelt die Heizelementsteuerung in einem vorzugsweise geschlossenen Regelkreis die Temperatur der Lambdasonde auf diese Temperatur derart, dass wenn beispielsweise die Lambdasondentemperatur unter die Soll-Temperatur fällt, die Heizelementsteuerung das Heizelement so ansteuert, dass es die Sonde wieder auf diesen ermittelten Sollwert jedoch nicht höher aufheizt, solange die wasserschlagkritische Phase nicht mit Sicherheit abgelaufen ist. Das Lambda-Signal ist bereits zu diesem frühen Zeitpunkt verwertbar und kann daher weiteren, unten erläuterten Verwendungszwecken im Umfeld einer Brennkraftmaschine bereitgestellt werden. Dabei wird - wie dem einschlägigen Fachmann bekannt - unter dem Begriff „wasserschlagkritische Temperatur" eine Temperatur der Lambdasonde (genauer:
Temperatur des Keramikelementes der Sonde) verstanden, bei welcher und oberhalb welcher eine Gefahr der Zerstörung des Keramikelementes infolge des Abschlagens von Wasserkondensat, d.h. von flüssigem Wasser, und hierdurch entstehenden thermischen Spannungen im Keramikkörper der Sonde besteht. Die wasserschlagkritische Temperatur ist eine material- und bauartspezifische Größe und kann deshalb nicht allgemein angegeben werden. Sie wird in der Regel von den Herstellern der Lambdasonde spezifiziert oder kann durch geeignete Messserien ermittelt werden.
Gemäß einer im Wesentlichen analogen Formulierung der vorliegenden Erfindung geht diese von einem Verfahren zum Betreiben wenigstens einer Lambdasonde in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit einem Lambda-Regelsystem zum Regeln des Kraftstoff/Luft- Gemischverhältnisses eines Verbrennungsprozesses der Brennkraftmaschine während einer Start- und Aufwärmphase aus. Die Abgasanlage weist einen Katalysator und wenigstens ein elektrisches Heizelement zum Aufheizen der Lambda-Sonde auf Betriebstemperatur auf, welches in wenigstens einem Verfahrensschritt aufgeheizt wird. Das Aufheizen dieses Heizelementes wird durch eine Heizelementsteuerung ausgeführt, wobei dem Lambda- Regelsystem Regelparameter vorgegeben sind. Das Verfahren sieht vor, dass
- durch den Start der Brennkraftmaschine im Wesentlichen zeitgleich das Heizelement in einer ersten Verfahrensvorschrift mit einer ersten vordefinierten Heizleistung beaufschlagt wird;
- in einer zweiten Verfahrensvorschrift das Signal der Lambdasonde erfasst wird;
- in einer dritten Verfahrensvorschrift das erfasste Lambda-Signal mit jeweils einem für ein mageres und ein fettes Kraftstoff/Luft-Gemischverhältnis vorgegebenen Schwellwert (ULTF, ULTM) verglichen wird, welcher zu einem Temperaturwert der Lambdasonde korreliert ist,
der unterhalb der wasserschlagkritischen Temperatur liegt und gleichzeitig einem gültigen Lambda-Signal entspricht,
- in einer vierten Verfahrensvorschrift durch ein erstmaliges Erreichen eines der vorgegebenen Schwellwerte (ULTF, ULTM) des Lambda-Signals eine Ermittlung einer mit der Temperatur der Lambdasonde korrelierten Messgröße angestoßen und das Lambda-Signal als gültig gekennzeichnet zu einer weiteren Verwendung weitergeleitet wird,
- und die ermittelte, mit der Temperatur der Lambdasonde korrelierte Messgröße einem geschlossenen Heizelement-Regelkreis als ein Temperatur-Sollwert übergeben wird.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung wird die Ermittlung einer mit der Temperatur der Lambdasonde korrelierenden Messgröße durch Messen des ohmschen Widerstandes des Heizelementes oder der Elektrode/n der
Lambdasonde oder durch Erfassen eines Signals eines Temperatursensors, der im Bereich der Lambdasonde angeordnet ist, ausgeführt. Insbesondere wird ermittelt, bei welchem Widerstandswert Ri oder RH der Lambdasonde oder des Heizelementes beim Aufheizen des Sensors das Sensor-Signal festgelegte Schwellwerte ULTF oder ULTM, welche einem Signal im Bereich mit fetter (F) und magerer (M) Gemischzusammensetzung entsprechen, erstmalig über- bzw. unterschreitet.
Es werden erfindungsgemäß zwei, jeweils mit der wasserschlagunkritischen Temperatur korrespondierende Schwellwerte für das Lambdasignal vorgegeben, wobei einer der Schwellwerte dem Lambdasignal bei einem mageren und der andere Schwellwert dem Lambdasignal bei einem fetten Kraftstoff/Luft-Gemisch entspricht. Je nachdem, ob die Brennkraftmaschine gerade mager oder fett betrieben wird, d.h. ob ein mageres oder fettes Abgas die Sonde erreicht, kann immer nur einer der beiden Schwellwerte durch das Sensorsignal erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung korreliert der für ein mageres und/oder für ein fettes Kraftstoff/Luft-Gemischverhältnis vorgegebene Schwellwert ULTF bzw. ULTM jeweils mit einem wasserschlagunkritischen Temperaturwert der Lambdasonde im Bereich von 150 bis 4500C, vorzugsweise zwischen 300 und 4500C. Mit anderen Worten wird der wasserschlagunbedenkliche Temperatursollwert in diesem Temperaturbereich vorgegeben.
Dieser Temperaturwert hängt von der Art des verwendeten Lambda-Sensors ab, beispielsweise
einem keramischen Element wie Titandioxidkeramik im Falle einer Breitband-Lambdasonde und eine Zirkoniumdioxid-Keramik im Falle einer Nernst-Lambdasonde.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das Beheizen des Heizelementes während eines ersten vorgebbaren Zeitabschnitts der Start- und Aufwärmphase durch einen offenen Regelkreis ausgeführt und nach dem Ablauf dieses ersten Zeitabschnitts der Start- und Aufwärmphase durch einen geschlossenen Regelkreis ausgeführt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung wird der ermittelte Temperaturwert bzw. die mit dem Temperaturwert korrelierende Messgröße als ein Istwert für die Heizelementsteuerung herangezogen und der Temperatursollwert wenigstens zeitweise gleich diesem gemessenen Istwert gesetzt. Damit ist es unerheblich, welchen Absolutwert der ermittelte Widerstandswert besitzt. Serienstreuungen des Widerstandes oder Veränderungen durch Alterung der Sonde führen somit nicht zu einer Verschiebung des Temperaturniveaus, im Gegensatz zu Verfahren, welche einen fest vordefinierten Widerstandswert verwenden. Auch unter Berücksichtigung der Streuung der Widerstandswerte kann ein Temperaturbereich zwischen beispielsweise 300 und 4000C als wasserschlagunbedenklicher Temperatursollwert abgegrenzt sein.
In einer bevorzugten alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird, nachdem einer der vorgegebenen Schwellwerte des Lambda-Signals erreicht ist, eine vorgebbare Zeitspanne abgewartet, bevor das Lambda-Signal als gültig gekennzeichnet zu einer weiteren Verwendung weitergeleitet wird, wobei die Zeitspanne in Form eines vorgebbaren Zeitzählers oder einer vorbestimmten Energiemenge vorgegeben wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die durch ein erstmaliges Erreichen eines der vorgegebenen Schwellwerte (ULTF, ULTM) des Lambda-Signals auszuführende Ermittlung einer mit der Temperatur der Lambdasonde korrelierenden Messgröße erst nach Verstreichen einer vorgebbaren Zeitspanne ausgelöst, wobei diese Zeitspanne ebenso in Form eines vorgebbaren Zeitzählers oder einer vorbestimmten Energiemenge vorgegeben wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf eine bezüglich der Abgasflussrichtung vor und/oder nach dem Katalysator angeordnete Lambdasonde angewendet werden.
Die Heizelementsteuerung zieht in einer bevorzugten Ausgestaltung ein Temperaturmodell zum Berechnen von (tatsächlichen) Temperaturverhältnissen an verschiedenen Stellen innerhalb der Abgasanlage heran, in welches wenigstens ein erfasster Temperaturwert einfließt.
Während der Start- und Aufwärmphase wird die Lambda-Regelung vorzugsweise durch das Lambda-Regelsystem mit angepassten Regelparametern ausgeführt.
Das als gültig gekennzeichnete Lambda-Signal kann in einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung einem Diagnoseverfahren zur Ermittlung des Alterungszustandes des Katalysators zur Verfügung gestellt werden.
Ferner kann das als gültig gekennzeichnete Signal in einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung einer dem Katalysator nachgeschalteten Lambdasonde einem Diagnoseverfahren zur Ermittlung des Alterungszustandes einer dem Katalysator vorgeschalteten Lambdasonde zur Verfügung gestellt sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das als gültig gekennzeichnete Signal einer erfindungsgemäß betriebenen Lambdasonde dem Lambda- Regelsystem zum Regeln des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff/Luft-Gemischs zugeleitet. Insbesondere kann das Signal in diesem Zusammenhang verwendet werden, um einen Betrieb der Brennkraftmaschine mit fettem Kraftstoff/Luft-Gemischverhältnis zu beenden, welcher im Anschluss einer Phase mit abgeschalteter Kraftstoffzugabe (Schubabschaltung) eingestellt worden war.
Der für den geschlossenen Heizelement-Regelkreis ermittelte Temperatur-Sollwert wird in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung einer zusätzlichen Anpassung in Abhängigkeit von zumindest einem zusätzlichen Parameter unterworfen, wobei dieser zusätzliche Parameter mit wenigstens einer dem Durchwärmungsgrad des gesamten Abgassystems korrespondierenden Größe korreliert. Vorzugsweise ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung die dem Durchwärmungsgrad des gesamten Abgassystems korrespondierende Größe mit der Abgastemperatur an der Position der Lambdasonde korreliert. Mit diesen zusätzlichen Maßnahmen kann der Einfluss der zunehmenden Durchwärmung des Sensorelementes auf den Heizerwiderstand kompensiert werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein auf einem Datenträger gespeichertes oder speicherbares Programmmittel zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben wenigstens einer Lambdasonde während einer Start- und Aufwärmphase.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt geht die Erfindung von einem Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, einer dieser zugeordneten Abgasanlage mit wenigstens einer Lambdasonde und einem Lambda-Regelsystem zum Regeln des Kraftstoff/Luft- Gemischverhältnisses eines Verbrennungsprozesses der Brennkraftmaschine während einer Start- und Aufwärmphase aus. Dabei ist der Lambdasonde wie schon erwähnt wenigstens ein elektrisches Heizelement zum Aufheizen der Lambdasonde auf eine Betriebstemperatur zugeordnet, welches in wenigstens einem Verfahrensschritt aufgeheizt wird. Das Aufheizen dieses Heizelementes wird durch eine Heizelementsteuerung ausgeführt. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nach diesem Aspekt der Erfindung dadurch verwirklicht, dass das Fahrzeug eine zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtete Steuerungseinrichtung aufweist. Dabei kann die Steuerungseinrichtung in einer üblichen Motorsteuerung integriert sein und insbesondere als ein gespeichertes oder speicherbares Programmmittel zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt sein.
Das Fahrzeug kann bevorzugt ein Land, Wasser- oder ein Luftfahrzeug sein.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der Figur 1 erläutert, die das Funktionsprinzip der vorliegenden Erfindung am Beispiel einer Lambdasprungsonde, d.h. einer Nernstsonde darstellt.
Figur 1 zeigt im unteren Teil typische Verläufe eines Signals (z.B. eine Spannung U) einer neuen sowie einer gealterten Lambdasonde mit zunehmender Sondentemperatur bzw. mit der Zeit. Im oberen Teil der Figur 1 sind die Verläufe des Innenwiderstandes der neuen sowie der gealterten Lambdasonde wiederum in Abhängigkeit der Sondentemperatur gezeigt.
Zum Startzeitpunkt der Brennkraftmaschine und kurz danach weist die Lambdasonde eine nur geringe Temperatur auf. Bis zu einer gewissen unteren Temperaturgrenze stellt die Sonde kein Signal zur Verfügung bzw. dieses verharrt bei einem konstanten Wert (Figur 1 , linker Bereich des unteren Teils). Anschließend beginnt das Sondensignal mit zunehmender Temperatur zu steigen (im Fall eines fetten Abgases mit λ < 1 ) oder zu fallen (im Falle eines mageren Abgases mit λ > 1 ). Erfindungsgemäß ist nun sowohl für das magere Gemisch als auch für das fette Gemisch jeweils ein Schwellwert ULTM bzw. ULTF vorgegeben, der einer bestimmten
Sondentemperatur entspricht, welche unterhalb der wasserschlagkritischen Temperatur Tk (angedeutet durch die rechte gestrichelte vertikale Linie) liegt. Neben dem Kriterium der Wasserschlagunbedenklichkeit muss die den Schwellwerten entsprechende Temperatur auch in einem Temperaturbereich liegen, bei dem ein gültiges (verwertbares) Sondensignal vorliegt, d.h. die Sonde muss bereits ansprechen. Mit anderen Worten muss die den Schwellwerten entsprechende Temperatur oberhalb einer Anspringtemperatur der Sonde liegen, die wiederum von der Bauart der Sonde abhängt. Dieser zulässige Temperaturbereich, innerhalb dem einerseits ein gültiges Sondensignal (Lambda-Signal) vorliegt und gleichzeitig noch keine Wasserschlaggefahr besteht ist im unteren Teil der Figur 1 grau hinterlegt dargestellt. Es ist erkennbar, dass das Sondensignal der neuen Sonde den jeweiligen Schwellwert ULTM bzw. ULTF etwas früher erreicht als die bereits gealterte Sonde.
Mit Erreichen eines der beiden Schwellwerte ULTM oder ULTF wird eine aktuelle Messgröße der Lambdasonde ermittelt, welche mit der (wasserschlagunkritischen) Sondentemperatur korreliert. Dies ist vorzugsweise der Innenwiderstand der Sonde, wie im oberen Teil der Figur 1 angedeutet. Dieser Wert wird anschließend der Heizelementsteuerung als ein der Soll- Temperatur entsprechender Sollwert übergeben. Die Heizelementsteuerung steuert dann das Heizelement der Lambdasonde in einem geschlossenen Regelkreis (closed loop control) so an, dass sich der Sollwert des Innenwiderstandes der Sonde einstellt, d.h. eine Differenz zwischen dem Ist-Widerstand und dem Soll-Widerstand minimiert wird. Somit wird die Sondentemperatur gleichfalls auf die mit den Schwellwerten korrelierende Temperatur als Soll-Temperatur TSOιι eingeregelt. In alternativer Ausführung kann nach dem Erreichen eines der beiden Schwellwerte ULTM oder ULTF durch das Sensorsignal noch eine vorbestimmte Dauer, die als Zeitzähler oder als vorbestimmte integrale Energiemenge der Heizelementsteuerung vorgegeben werden kann, abgewartet werden, ehe das Ablesen der aktuellen Messgröße der Lambdasonde (insbesondere ihres Innenwiderstandes) erfolgt.
Gleichzeitig mit Erreichen eines der beiden Schwellwerte ULTM oder ULTF wird das Sensorsignal als gültig gekennzeichnet und zur weiteren Verwendung weitergeleitet. Insbesondere wird es zur Lambdaregelung des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff/Luft-Gemischs verwendet.
Mit den erfindungsgemäßen Lösungen lässt sich somit ein geregelter Betrieb wenigstens einer Lambdasonde zu einem gegenüber dem Stand der Technik früheren Zeitpunkt während einer Start- und Warmlaufphase ausführen, wodurch Kraftstoff eingespart wird und die vorgeschriebenen Abgasemissionswerte früher nach einem Start der Brennkraftmaschine
eingehalten werden. Zugleich ist gewährleistet, dass die Lambdasonde während der Start- und Warmlaufphase nicht durch Wasserniederschlag zerstört werden kann. Insbesondere beim Einsatz von Zweipunkt-Lambdasonden, den Nernst-Lambdasonden, ergeben sich die erfindungsgemäßen Vorteile dadurch, dass die Erfassung der vorgebbaren Schwellwerte des Lambdasignals in einem dafür günstig verlaufenden Kennlinienbereich mit hoher Auflösung stattfinden kann. Ein ganz besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch eine auf einer Messung basierende Ermittlung statt einer Vorgabe eines Temperatur- Sollwertes für jede individuelle Brennkraftmaschine die immer vorhandenen herstellungs-, witterungs- und verschleißbedingten Streuabweichungen der Messparameter der zum Messen der Temperatur der Lambdasonde verwendeten Bauteile weniger ins Gewicht fallen, sodass auch das Ergebnis der Beheizung und der frühzeitigen Bereitstellung des Lambda-Signals bereits während einer wasserschlaggefährdeten Phase deutlich genauer sein kann. Hierdurch lassen sich folglich die erfindungsgemäßen Ziele, Kraftstoff einzusparen und die Umwelt zu schonen, noch effektiver umsetzen.
Die vorangehenden Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind lediglich beispielhaft und nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend auszulegen. Die vorliegende Erfindungslehre kann leicht auf andere Anwendungen übertragen werden. Die Beschreibung des Ausführungsbeispiels ist zur Veranschaulichung vorgesehen und nicht, um den Schutzbereich der Patentansprüche einzuschränken. Viele Alternativen, Modifikationen und Varianten sind für einen durchschnittlichen Fachmann offensichtlich, ohne dass er hierfür den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung verlassen müsste, der in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist.
Claims
1. Verfahren zum Betreiben wenigstens einer in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine angeordneten Lambdasonde während einer Start- und Aufwärmphase mit einem Lambda- Regelsystem zum Regeln des Kraftstoff/Luft-Gemischverhältnisses eines Verbrennungsprozesses der Brennkraftmaschine, wobei die Abgasanlage zumindest einen Katalysator aufweist und der Lambdasonde wenigstens ein elektrisches Heizelement zum Aufheizen der Lambdasonde auf eine Betriebstemperatur zugeordnet ist und das Aufheizen des Heizelementes durch eine Heizelementsteuerung ausgeführt wird, wobei dem Lambda- Regelsystem Regelparameter vorgegeben sind, dadurch gekennzeichnet, dass
- im Wesentlichen zeitgleich mit dem Start der Brennkraftmaschine das Heizelement mit einer vordefinierten Heizleistung beaufschlagt wird;
- während des Heizens ein Signal der Lambdasonde erfasst und mit einem für ein mageres und/oder für ein fettes Kraftstoff/Luft-Gemischverhältnis vorgegebenen Schwellwert (ULTF, ULTM) verglichen wird, welcher mit einem Temperaturwert der Lambdasonde korreliert, der unterhalb einer wasserschlagkritischen Temperatur liegt und gleichzeitig einem gültigen Lambda-Signal entspricht,
- durch ein erstmaliges Erreichen eines der für ein mageres und/oder für ein fettes Kraftstoff/Luft-Gemischverhältnis vorgegebenen Schwellwertes (ULTF, ULTM) des Lambda-Signals eine Ermittlung einer mit der Temperatur der Lambdasonde korrelierenden Messgröße ausgelöst wird und das Lambda-Signal als gültig gekennzeichnet zu einer weiteren Verwendung weitergeleitet wird, und
- die ermittelte, mit der Temperatur der Lambdasonde korrelierende Messgröße einem geschlossenen Heizelement-Regelkreis als ein einer Soll-Temperatur entsprechender Sollwert übergeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der mit der Temperatur der Lambdasonde korrelierenden Messgröße durch Messen des ohmschen Widerstandes des Heizelementes oder von Elektrode/n der Lambdasonde oder durch Erfassen eines Signals eines Temperatursensors ausgeführt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der für ein mageres und/oder für ein fettes Kraftstoff/Luft-Gemischverhältnis vorgegebene Schwellwert (ULTF, ULTM) mit einem Temperaturwert der Lambdasonde mit einem Bereich von 150 bis 500 0C, bevorzugt zwischen 300 und 450 0C, korreliert.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beheizen des Heizelementes während eines ersten vorgebbaren Zeitabschnitts der Start- und Aufwärmphase durch einen offenen Regelkreis und nach dem Ablauf des ersten
Zeitabschnitts durch einen geschlossenen Regelkreis ausgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nachdem einer der vorgegebenen Schwellwerte des Lambda-Signals erreicht ist, eine vorgebbare Zeitspanne abgewartet wird, bevor das Lambda-Signal als gültig gekennzeichnet zu einer weiteren Verwendung weitergeleitet wird, wobei die Zeitspanne in Form eines vorgebbaren Zeitzählers oder einer vorbestimmten Energiemenge vorgegeben wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das erstmalige Erreichen eines der vorgegebenen Schwellwerte (ULTF, ULTM) des Lambda-Signals ausgelöste Ermittlung der mit der Temperatur der Lambdasonde korrelierenden Messgröße durch Verstreichenlassen einer vorgebbaren Zeitspanne erfolgt, wobei diese Zeitspanne in Form eines vorgebbaren Zeitzählers oder einer vorbestimmten Energiemenge vorgegeben wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Betreiben einer bezüglich der Abgasflussrichtung vor und/oder nach dem Katalysator angeordneten Lambdasonde angewendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelementsteuerung ein Temperaturmodell zum Berechnen der Temperatur an verschiedenen Stellen innerhalb der Abgasanlage heranzieht, in welches wenigstens ein erfasster Temperaturwert einfließt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Start- und Aufwärmphase die Lambda-Regelung der Brennkraftmaschine durch das Lambda-Regelsystem mit angepassten Regelparametern ausgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das als gültig gekennzeichnete Lambda-Signal einem Diagnoseverfahren zur Ermittlung des Alterungszustandes des Katalysators zur Verfügung gestellt wird.
1 1. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das als gültig gekennzeichnete Lambda-Signal einer dem Katalysator nachgeschalteten
Lambdasonde einem Diagnoseverfahren zur Ermittlung des Alterungszustandes einer dem Katalysator vorgeschalteten Lambdasonde zur Verfügung gestellt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das als gültig gekennzeichnete Lambda-Signal dem Lambda-Regelsystem zum Regeln des Kraftstoff/Luft-Gemischverhältnisses der Brennkraftmaschine zugeführt wird, insbesondere um einen Betrieb der Brennkraftmaschine mit fettem Kraftstoff/Luft-Gemischverhältnis zu beenden, welcher folgend auf eine Phase mit abgeschalteter Kraftstoff zufuhr eingestellt worden war.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der für den geschlossenen Heizelement-Regelkreis ermittelte Temperatur-Sollwert einer zusätzlichen Anpassung in Abhängigkeit von zumindest einem zusätzlichen Parameter unterworfen wird, wobei der zumindest eine zusätzliche Parameter mit wenigstens einer dem Durchwärmungsgrad des gesamten Abgassystems korrespondierenden Größe korreliert.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Durchwärmungsgrad des gesamten Abgassystems korrespondierende Größe mit der Abgastemperatur an der Position der Lambdasonde korreliert.
15. Auf einem Datenträger gespeichertes oder speicherbares Programmmittel zum Ausführen eines Verfahrens zum Betreiben wenigstens einer Lambdasonde während einer Start- und
Aufwärmphase nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
16. Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, einer der Brennkraftmaschine zugeordneten Abgasanlage mit wenigstens einer Lambdasonde und einem Lambda-Regelsystem zum Regeln des Kraftstoff/Luft-Gemischverhältnisses eines Verbrennungsprozesses der
Brennkraftmaschine, wobei der Lambdasonde wenigstens ein elektrisches Heizelement zum Aufheizen der Lambdasonde auf Betriebstemperatur und eine Heizelementsteuerung zur Ausführung des Aufheizens des Heizelementes zugeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinrichtung, die zur Ausführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 während einer Start- und Aufwärmphase eingerichtet ist.
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