EP3529602A1 - Control unit for operating a lambda sensor - Google Patents

Control unit for operating a lambda sensor

Info

Publication number
EP3529602A1
EP3529602A1 EP17771419.3A EP17771419A EP3529602A1 EP 3529602 A1 EP3529602 A1 EP 3529602A1 EP 17771419 A EP17771419 A EP 17771419A EP 3529602 A1 EP3529602 A1 EP 3529602A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
potential
electrochemical cell
virtual ground
input
control unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17771419.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Anne-Katrin MITTASCH
Michael Clauss
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3529602A1 publication Critical patent/EP3529602A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor

Definitions

  • the invention relates to a control unit for operating a lambda probe with an electrochemical cell.
  • Prior art DE 10 2013 224 811 A1 already discloses a control unit for operating a single-cell, wide-band lambda probe of an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine, which is kept under limit current operation by means of a pumping voltage, whereby a pumping current proportional to the residual oxygen in the exhaust gas is established the pumping voltage is tracked, depending on the set pumping current.
  • the pump voltage is determined by means of a stored characteristic curve from the pumping current
  • the pumping current is determined by means of a measuring resistor which is connected to a virtual ground, which serves as a current source and / or current sink and provides a constant voltage.
  • the present invention has for its object to improve the accuracy of the reliability and compatibility with predetermined lambda probes of the prior art control unit.
  • the invention initially precedes the knowledge that for operating a lambda probe with an electrochemical cell in the limiting current operation with respect to the voltage applied to her pumping voltage in conflict coming boundary conditions are given.
  • the potential of the virtual ground (hereinafter also: the virtual ground) on the one hand to choose as low as possible in order not to burden the voltage budget given by an available supply voltage so much that a sufficient tracking of the input potential at large pump currents no longer completely possible.
  • the potential of the virtual mass must always be greater than the voltage drop of the maximum expected pump current across the measuring resistor.
  • the potential of the virtual ground is increased as the input potential decreases and the potential of the virtual ground is lowered as the input potential increases.
  • the potential of the virtual ground is then relatively low, in particular in lean operation, when, for example, relatively large pump currents and associated voltage drops occur at the measuring resistor, so that a limiting current operation can be maintained.
  • the potential of the virtual mass is relatively high, especially in rich operation, and can exceed the voltage drop of the pump current across the measuring resistor.
  • a measuring resistor with a relatively high resistance use for example, at least 20 - 600 ohms.
  • the potential of the virtual ground it is possible and advantageous for the potential of the virtual ground to be varied as a function of the input potential such that it increases, for example, by a value ⁇ when the input potential decreases by this value. It is also possible that the potential of the virtual ground in response to the input potential is changed so that it increases, for example by a value ⁇ when the input potential decreases by a value which is between 1/3 ⁇ and 3 ⁇ .
  • the potential of the virtual ground can be changed quickly and reliably by an analog or digital circuit, depending on the input potential, for example, by the virtual ground is implemented by a circuit with at least one operational amplifier whose inverting
  • Resistor is and R2 is the ohmic resistance of the second electrical resistance.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a control unit according to the invention.
  • FIG. 2 shows an analog circuit for changing the potential of the virtual ground VM as a function of the input potential UA
  • FIG. 1 shows a circuit arrangement according to the invention or a control unit according to the invention which has such a circuit arrangement for operating preferably a previously described unicellular limit current probe 330.
  • a per se known limit current probe 330 via an IPE port 343 (inner pump electrode, second electrode) and a said ALE port
  • the limit current probe 330 serves to generate a pumping current (Ip) 304.
  • ALE exhaust air electrode
  • IPE inner pumping electrode
  • a voltage generator 315 is used with the aid of a filter, in particular a low-pass filter 305, for generating the pump voltage (Up) 303, wherein the value of the pump voltage 303, depending on the respective pumping current 304, in a known manner by means of a pulse width modulated (PWM)
  • PWM pulse width modulated
  • the pumping current 304 is provided in the present embodiment by a pumping current generator 405, which can be separated via a fourth switch (T4) 400 from the subsequent part of the circuit.
  • such a pumping current generator 405 and the fourth switch 400 are not absolutely necessary, since the pumping current 304 can in principle also be provided by the microcontroller 310.
  • the PWM signal 307 is supplied by a voltage generator 315 and in the present embodiment is in the frequency range of about 20 to 30 kHz. It should be noted, however, that the present invention or its application is not limited to this frequency range.
  • the generator 315 is arranged in an internal or external microcontroller ( ⁇ ) 310.
  • the pump voltage 303 thus set can also be smoothed via a first low-pass filter 305.
  • the pump voltage 303 is read back into the microcontroller 310 via a second low pass 306 and an analog-to-digital converter (ADC) 320.
  • ADC analog-to-digital converter
  • the pumping current 304 is determined by means of a measuring resistor 345. If necessary, for example for reasons of accuracy, the voltage drop across the measuring resistor can be amplified, eg by means of a differential (not shown). By means of the already stored in the microcontroller 310 ADC 320 by means of a stored in the microcontroller 310 characteristic 325 is generated from the pumping current 304, with an adjustable time delay, the pump voltage to be generated 303.
  • a "virtual ground” (VM) 355 is arranged behind the measuring resistor 345.
  • the virtual ground 355 serves both as current source and as current sink in the present exemplary embodiment and provides an electric potential is available behind the measuring resistor 345, thus providing an electrical potential that is not directly dependent on the pumping current 355 and is therefore fixed or constant third low pass 370.
  • dashed line 375 the readback of the VM value is only preferred, but for the operation of the
  • the voltage value at the ALE 342 must be smaller than the voltage value at the IPE 343. Because only in this case, this reverse current flow with rich exhaust gas is possible.
  • the value of the constant voltage that is to say the potential of the virtual ground 355, is dependent on the input potential UA according to the invention: it increases when the input potential UA decreases and vice versa.
  • the input potential UA is tracked as a function of the pumping current 304 that arises, there is also an indirect influence on the potential of the virtual mass 355 from the pumping current 355.
  • this is merely indirect and does not change the nature of the virtual mass: the virtual mass is a fixed potential, not directly from the
  • the dependence of the potential of the virtual ground 355 on the input voltage UA can be realized by the analog circuit shown in FIG. Alternatively, a digital circuit can be realized.
  • Both the pump current transmitter 405 and the virtual mass 355 are in these sem example implemented as operational amplifier circuits.
  • the virtual ground 355 is associated with an operational amplifier OP1, whose inverting input OP1- and the output OP1A are connected to each other via a first electrical resistance Rl and whose inverting input OP1- is further connected via a second electrical resistance R2 to the input potential UA.
  • the input potential UA is given by the PWM input signal 307 smoothed by the low pass 305.
  • U B is a constant potential applied to the noninverting input OP + of the operational amplifier OP1. It can be provided by a separate voltage source or be derived by a voltage divider from another, already mentioned power supply. It then has the potential of the virtual mass 355 the value VM
  • VM UB- (UA-UB) * R1 / R2.
  • R1 R2
  • VM 2UB-UA
  • the measuring resistor can have an ohmic resistance of 20-600 ohms.
  • both a symmetrical and an asymmetrical control of the electrochemical cell 401 is possible.
  • the change in the virtual ground 355 takes place only in a partial area of the drive by the input voltage UA and, moreover, the virtual ground assumes a constant value, that is to say independent of the input voltage.
  • circuit arrangement according to the invention can be constructed both with a discrete component and integrated in an ASIC (application-specific integrated circuit).
  • ASIC application-specific integrated circuit

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Abstract

The invention relates to control unit for operating a lambda sensor with an electrochemical cell (401). The electrochemical cell (401) has a first electrode (342), a second electrode (343), and a solid electrolyte arranged between the electrodes (342, 343). The lambda sensor is kept in a limiting current operation by a pump voltage (303) applied between the electrodes (342, 343) of the electrochemical cell (401), whereby a pump current (304) which is proportional to the residual oxygen in the exhaust gas is adjusted by the electrochemical cell (401). An input potential (UA) is applied to the first electrode (342) of the electrochemical cell (401), and the input potential (UA) is tracked on the basis of the adjusting pump current (304). The pump current (304) is ascertained using a measurement resistor (345) serially connected to the electrochemical cell (401), wherein the second electrode (343) of the electrochemical cell (401) is connected to a virtual ground (355) directly or via a measurement resistor, wherein the potential of the virtual ground (355) is modified on the basis of the input potential (UA).

Description

Beschreibung  description
Titel title
Steuereinheit zum Betrieb einer Lambdasonde Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit zum Betrieb einer Lambdasonde mit einer elektrochemischen Zelle.  The invention relates to a control unit for operating a lambda probe with an electrochemical cell.
Stand der Technik Aus der DE 10 2013 224 811 AI ist bereits eine Steuereinheit zum Betrieb einer einzelligen Breitband-Lambdasonde eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine bekannt, die mittels einer Pumpspannung im Grenzstrombetrieb gehalten wird, wodurch sich ein dem Restsauerstoff im Abgas proportionaler Pumpstrom einstellt, und wobei die Pumpspannung, abhängig von dem sich ein- stellenden Pumpstrom, nachgeführt wird. Prior art DE 10 2013 224 811 A1 already discloses a control unit for operating a single-cell, wide-band lambda probe of an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine, which is kept under limit current operation by means of a pumping voltage, whereby a pumping current proportional to the residual oxygen in the exhaust gas is established the pumping voltage is tracked, depending on the set pumping current.
Hierbei wird die Pumpspannung mittels einer hinterlegten Kennlinie aus dem Pumpstrom bestimmt, der Pumpstrom wird mittels eines Messwiderstandes ermittelt, der mit einer virtuellen Masse verbunden ist, die als Stromquelle und/oder Stromsenke dient und eine konstante Spannung bereitstellt. Here, the pump voltage is determined by means of a stored characteristic curve from the pumping current, the pumping current is determined by means of a measuring resistor which is connected to a virtual ground, which serves as a current source and / or current sink and provides a constant voltage.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit die Betriebssicherheit und die Kompatibilität mit vorgegebenen Lambdasonden der vorbekannten Steuereinheit zu verbessern. The present invention has for its object to improve the accuracy of the reliability and compatibility with predetermined lambda probes of the prior art control unit.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die Aufgabe wird durch eine Steuereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei geht der Erfindung zunächst die Erkenntnis voraus, dass zum Betreiben einer Lambdasonde mit einer elektrochemischen Zelle im Grenzstrombetrieb hinsichtlich der an ihr anliegenden Pumpspannung miteinander in Konflikt kommende Randbedingungen gegeben sind. So ist das Potential der virtuellen Masse (nachfolgend auch: die virtuelle Masse) einerseits so niedrig wie möglich zu wählen, um das durch eine zur Verfügung stehende Versorgungsspannung gegebene Spannungsbudget nicht so sehr zu belasten, dass eine ausreichende Nachführung des Eingangspotentials bei großen Pumpströmen nicht mehr vollständig möglich wäre. Anderseits muss das Potential der virtuellen Masse auch im Fettbetrieb stets größer sein als der Spannungsabfall des maximal zu erwartenden Pumpstroms über dem Messwiderstand. The object is achieved by a control unit having the features of claim 1. In this case, the invention initially precedes the knowledge that for operating a lambda probe with an electrochemical cell in the limiting current operation with respect to the voltage applied to her pumping voltage in conflict coming boundary conditions are given. Thus, the potential of the virtual ground (hereinafter also: the virtual ground) on the one hand to choose as low as possible in order not to burden the voltage budget given by an available supply voltage so much that a sufficient tracking of the input potential at large pump currents no longer completely possible. On the other hand, even in rich operation, the potential of the virtual mass must always be greater than the voltage drop of the maximum expected pump current across the measuring resistor.
Dieser Konflikt wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch aufgelöst, dass das Potential der virtuellen Masse in Abhängigkeit von dem Eingangspotential verändert wird. This conflict is resolved according to the present invention by changing the potential of the virtual ground in response to the input potential.
Insbesondere wird das Potential der virtuellen Masse erhöht, wenn sich das Eingangspotential erniedrigt und das Potential der virtuellen Masse wird erniedrigt, wenn sich das Eingangspotential erhöht. In particular, the potential of the virtual ground is increased as the input potential decreases and the potential of the virtual ground is lowered as the input potential increases.
Das Potential der virtuellen Masse ist dann insbesondere im Magerbetrieb, wenn beispielsweise relativ große Pumpströme und damit verbundene Spannungsabfälle an dem Messwiderstand auftreten, relativ niedrig, sodass ein Grenzstrombetrieb aufrechterhalten werden kann. The potential of the virtual ground is then relatively low, in particular in lean operation, when, for example, relatively large pump currents and associated voltage drops occur at the measuring resistor, so that a limiting current operation can be maintained.
Das Potential der virtuellen Masse ist dann andererseits insbesondere im Fettbetrieb relativ hoch und vermag den Spannungsabfall des Pumpstroms über dem Messwiderstand zu übertreffen. On the other hand, the potential of the virtual mass is relatively high, especially in rich operation, and can exceed the voltage drop of the pump current across the measuring resistor.
Nach allem kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Messwiderstand mit einem relativ hohen Widerstand Verwendung finden (zum Beispiel mindestens 20 - 600 Ohm). After all, can be used with the inventive method, a measuring resistor with a relatively high resistance use (for example, at least 20 - 600 ohms).
Es ist beispielsweise möglich und vorteilhaft, dass das Potential der virtuellen Masse in Abhängigkeit von dem Eingangspotential so verändert wird, dass es sich beispielsweise um einen Wert Δφ erhöht, wenn sich das Eingangspotential um diesen Wert vermindert. Ebenfalls möglich ist, dass das Potential der virtuellen Masse in Abhängigkeit von dem Eingangspotential so verändert wird, dass es sich beispielsweise um einen Wert Δφ erhöht, wenn sich das Eingangspotential um einen Wert vermindert, der zwischen 1/3 Δφ und 3 Δφ liegt. Das Potential der virtuellen Masse kann in Abhängigkeit von dem Eingangspotential schnell und zuverlässig durch eine analoge oder digitale Schaltung verändert werden, beispielsweise indem die virtuelle Masse durch eine Schaltung mit mindestens einem Operationsverstärker ausgeführt ist, dessen invertierenderFor example, it is possible and advantageous for the potential of the virtual ground to be varied as a function of the input potential such that it increases, for example, by a value Δφ when the input potential decreases by this value. It is also possible that the potential of the virtual ground in response to the input potential is changed so that it increases, for example by a value Δφ when the input potential decreases by a value which is between 1/3 Δφ and 3 Δφ. The potential of the virtual ground can be changed quickly and reliably by an analog or digital circuit, depending on the input potential, for example, by the virtual ground is implemented by a circuit with at least one operational amplifier whose inverting
Eingang und dessen Ausgang über einen ersten elektrischen Widerstand miteinander verbunden sind und dessen invertierender Eingang ferner über einen zweiten elektrischen Widerstand mit dem Eingangspotential verbunden ist. In Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers ein konstantes Potential angelegt wird, sodass das Potential der virtuellen Masse den Wert VM = UB- (UA-UB) * R1/R2 annimmt, wobei VM das Potential der virtuellen Masse ist, UB das an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers angelegte konstante Potential ist, UA das Eingangspotential ist, Rl der ohmsche Widerstand des ersten elektrischeInput and whose output are connected to each other via a first electrical resistance and the inverting input is further connected via a second electrical resistance to the input potential. In a further development it can be provided that a constant potential is applied to the non-inverting input of the operational amplifier, so that the potential of the virtual ground assumes the value VM = UB- (UA-UB) * R1 / R2, where VM is the potential of the virtual ground , UB is the constant potential applied to the non-inverting input of the operational amplifier, UA is the input potential, Rl is the ohmic resistance of the first electrical
Widerstands ist und R2 der ohmsche Widerstand des zweiten elektrischen Widerstands ist. Resistor is and R2 is the ohmic resistance of the second electrical resistance.
Es ist dann bevorzugt: 1/3 Rl < R2 < 3 Rl, insbesondere Rl = R2. It is then preferred: 1/3 R 1 <R 2 <3 R 1, in particular R 1 = R 2.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuereinheit Figur 2 zeigt eine analoge Schaltung zur Veränderung des Potentials der virtuellen Masse VM in Abhängigkeit von dem Eingangspotential UA FIG. 1 shows a block diagram of a control unit according to the invention. FIG. 2 shows an analog circuit for changing the potential of the virtual ground VM as a function of the input potential UA
Beschreibung von Ausführungsbeispielen Description of exemplary embodiments
In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bzw. eine solche Schaltungsanordnung aufweisende erfindungsgemäße Steuereinheit zum Betrieb bevorzugt einer vorbeschriebenen einzelligen Grenzstromsonde 330 dargestellt. Eine an sich bekannte Grenzstromsonde 330 wird über einen IPE-Anschluss 343 (innere Pumpelektrode, zweite Elektrode) und einen genannten ALE-AnschlussFIG. 1 shows a circuit arrangement according to the invention or a control unit according to the invention which has such a circuit arrangement for operating preferably a previously described unicellular limit current probe 330. A per se known limit current probe 330 via an IPE port 343 (inner pump electrode, second electrode) and a said ALE port
342 (äußere Pumpelektrode bzw. Abluftelektrode, erste Elektrode) mit der Schaltungsanordnung verbunden. Die Grenzstromsonde 330 dient zur Erzeugung eines Pumpstroms (Ip) 304. Der durch die Grenzstromsonde 330 bestimmte Pumpstrom 304 ist, wie an sich bekannt, ein Maß für den Restsauerstoffgehalt im Abgas. Im Fall von Ip = 0 ist Lambda = 1. Ist das Luft- Kraftstoff-Gemisch relativ mager (Lambda > 1), so fließt ein elektrischer Pumpstrom 304 im Inneren der Sonde von der Abluftelektrode (ALE) 342 zur inneren Pumpelektrode (IPE) 343 der Grenzstromsonde 330. Ist das Gemisch hingegen relativ fett (Lambda < 1), dann fließt ein Pumpstrom 304 in entgegengesetzter Richtung. 342 (outer pumping electrode or exhaust air electrode, first electrode) connected to the circuit arrangement. The limit current probe 330 serves to generate a pumping current (Ip) 304. The pumping current 304 determined by the limit current probe 330 is, as is known per se, a measure of the residual oxygen content in the exhaust gas. In the case of Ip = 0, lambda = 1. If the air-fuel mixture is relatively lean (lambda> 1), an electric pumping current 304 inside the probe flows from the exhaust air electrode (ALE) 342 to the inner pumping electrode (IPE) 343 the mixture is relatively rich (lambda <1), then a pumping current 304 flows in the opposite direction.
Ein Spannungsgenerator 315 dient mit Hilfe eines Filters, insbesondere eines Tiefpasses 305, zur Generierung der Pumpspannung (Up) 303, wobei der Wert der Pumpspannung 303, abhängig vom jeweiligen Pumpstrom 304, in an sich bekannter Weise mittels eines pulsweiten-modulierten (PWM-)Signals 307 einstellbar ist („Up-Nachführung"). Der Pumpstrom 304 wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem Pumpstromgeber 405 bereitgestellt, der über einen vierten Schalter (T4) 400 vom nachfolgenden Teil der Schaltung getrennt werden kann. A voltage generator 315 is used with the aid of a filter, in particular a low-pass filter 305, for generating the pump voltage (Up) 303, wherein the value of the pump voltage 303, depending on the respective pumping current 304, in a known manner by means of a pulse width modulated (PWM) The pumping current 304 is provided in the present embodiment by a pumping current generator 405, which can be separated via a fourth switch (T4) 400 from the subsequent part of the circuit.
Wie durch die gestrichelte Linie 380 angedeutet, sind ein solcher Pumpstromgeber 405 und der vierte Schalter 400 nicht zwingend erforderlich, da der Pumpstrom 304 prinzipiell auch von dem Mikrocontroller 310 bereitgestellt werden kann. As indicated by the dashed line 380, such a pumping current generator 405 and the fourth switch 400 are not absolutely necessary, since the pumping current 304 can in principle also be provided by the microcontroller 310.
Das PWM-Signal 307 wird von einem Spannungsgenerator 315 geliefert und liegt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Frequenzbereich von etwa 20 bis 30 kHz. Es ist allerdings anzumerken, dass die vorliegende Erfindung bzw. ihre Anwendung nicht auf diesen Frequenzbereich beschränkt ist. Der Generator 315 ist in einem internen oder externen Mikrocontroller (μθ) 310 angeordnet. Die so eingestellte Pumpspannung 303 kann zudem über einen ersten Tiefpass 305 geglättet werden. Die Pumpspannung 303 wird über einen zweiten Tiefpass 306 und einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 320 wieder in den Mikrocontroller 310 zurückgelesen. The PWM signal 307 is supplied by a voltage generator 315 and in the present embodiment is in the frequency range of about 20 to 30 kHz. It should be noted, however, that the present invention or its application is not limited to this frequency range. The generator 315 is arranged in an internal or external microcontroller (μθ) 310. The pump voltage 303 thus set can also be smoothed via a first low-pass filter 305. The pump voltage 303 is read back into the microcontroller 310 via a second low pass 306 and an analog-to-digital converter (ADC) 320.
Der Pumpstrom 304 wird mittels eines Messwiderstandes 345 bestimmt. Bei Bedarf, z.B. aus Genauigkeitsgründen, kann der an dem Messwiderstand abfallende Spannungswert verstärkt werden, z.B. mittels eines (nicht gezeigten) Diffe- renzverstärkers oder mittels des im Mikrocontroller 310 bereits vorhandenen ADCs 320. Mittels einer in dem Mikrocontroller 310 abgelegten Kennlinie 325 wird aus dem Pumpstrom 304, mit einer einstellbaren zeitlichen Verzögerung, die zu erzeugende Pumpspannung 303 generiert. The pumping current 304 is determined by means of a measuring resistor 345. If necessary, for example for reasons of accuracy, the voltage drop across the measuring resistor can be amplified, eg by means of a differential (not shown). By means of the already stored in the microcontroller 310 ADC 320 by means of a stored in the microcontroller 310 characteristic 325 is generated from the pumping current 304, with an adjustable time delay, the pump voltage to be generated 303.
Damit der Pumpstrom (Ip) 304 in den genannten beiden Stromrichtungen 395 fließen kann, ist hinter dem Messwiderstand 345 eine„virtuelle Masse" (VM) 355 angeordnet. Die virtuelle Masse 355 dient in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sowohl als Stromquelle als auch als Stromsenke und stellt ein elektrisches Potential hinter dem Messwiderstand 345 zur Verfügung, es liefert somit ein elektrisches Potential, das nicht unmittelbar von dem Pumpstrom 355 abhängig ist und insofern fest bzw. konstant ist. Dieser Spannungswert kann bei Bedarf, z. B. aus Genauigkeitsgründen über einen zusätzlich angeordneten dritten Tiefpass 370 zurückgelesen werden. Wie durch die gestrichelte Linie 375 angedeutet, ist die Rücklesung des VM-Wertes nur bevorzugt, jedoch für die Funktionsweise derIn order for the pumping current (Ip) 304 to be able to flow in the two current directions 395, a "virtual ground" (VM) 355 is arranged behind the measuring resistor 345. The virtual ground 355 serves both as current source and as current sink in the present exemplary embodiment and provides an electric potential is available behind the measuring resistor 345, thus providing an electrical potential that is not directly dependent on the pumping current 355 and is therefore fixed or constant third low pass 370. As indicated by dashed line 375, the readback of the VM value is only preferred, but for the operation of the
Schaltungsanordnung nicht notwendig. Circuit arrangement not necessary.
Damit der Strom im Inneren der Sonde auch von der zweiten Elektrode 343 zur ersten Elektrode 342 fließen kann, muss der Spannungswert an der ALE 342 kleiner als der Spannungswert an der IPE 343 sein. Denn nur in diesem Fall ist dieser umgekehrte Stromfluss bei fettem Abgas möglich. Der Wert der konstanten Spannung, also das Potential der virtuellen Masse 355, ist erfindungsgemäß von dem Eingangspotential UA abhängig: es erhöht sich, wenn sich das Eingangspotential UA erniedrigt und umgekehrt. In order for the current inside the probe also to be able to flow from the second electrode 343 to the first electrode 342, the voltage value at the ALE 342 must be smaller than the voltage value at the IPE 343. Because only in this case, this reverse current flow with rich exhaust gas is possible. The value of the constant voltage, that is to say the potential of the virtual ground 355, is dependent on the input potential UA according to the invention: it increases when the input potential UA decreases and vice versa.
Da erfindungsgemäß das Eingangspotential UA abhängig von dem sich einstellenden Pumpstrom 304 nachgeführt wird, kommt es auch zu einer mittelbaren Beeinflussung des Potentials der virtuellen Masse 355 vom Pumpstrom 355. Diese ist aber lediglich mittelbar und ändert das Wesen der virtuellen Masse nicht: Die virtuelle Masse ist ein festes Potential, das nicht unmittelbar von demSince, according to the invention, the input potential UA is tracked as a function of the pumping current 304 that arises, there is also an indirect influence on the potential of the virtual mass 355 from the pumping current 355. However, this is merely indirect and does not change the nature of the virtual mass: the virtual mass is a fixed potential, not directly from the
Pumpstrom Ip abhängig und insofern fest bzw. konstant ist. Pumping current Ip dependent and insofar fixed or constant.
Die Abhängigkeit des Potentials der virtuellen Masse 355 von der Eingangsspannung UA kann durch die in der Figur 2 gezeigte analoge Schaltung realisiert werden. Alternativ kann eine digitale Schaltung realisiert werden. The dependence of the potential of the virtual ground 355 on the input voltage UA can be realized by the analog circuit shown in FIG. Alternatively, a digital circuit can be realized.
Sowohl der Pumpstromgeber 405 als auch die virtuelle Masse 355 sind in die- sem Beispiel als Operationsverstärker-Schaltungen realisiert. Both the pump current transmitter 405 and the virtual mass 355 are in these sem example implemented as operational amplifier circuits.
Dabei ist der virtuellen Masse 355 ein Operationsverstärker OP1 zugeordnet, dessen invertierender Eingang OP1- und dessen Ausgang OP1A über einen ersten elektrischen Widerstand Rl miteinander verbunden sind und dessen invertierender Eingang OP1- ferner über einen zweiten elektrischen Widerstand R2 mit dem Eingangspotential UA verbunden ist. In dem Beispiel wird das Eingangspotential UA durch das durch den Tiefpass 305 geglättete PWM-Eingangssignal 307 gegeben. U B ist ein an den nichtinvertierenden Eingang OP+ des Operationsverstärkers OP1 angelegtes konstantes Potential. Es kann von einer separaten Spannungsquelle bereit gestellt sein oder durch einen Spannungsteiler von einer anderen, bereits erwähnten Spannungsversorgung abgeleitet sein. Es hat dann das Potential der virtuellen Masse 355 den Wert VM mit In this case, the virtual ground 355 is associated with an operational amplifier OP1, whose inverting input OP1- and the output OP1A are connected to each other via a first electrical resistance Rl and whose inverting input OP1- is further connected via a second electrical resistance R2 to the input potential UA. In the example, the input potential UA is given by the PWM input signal 307 smoothed by the low pass 305. U B is a constant potential applied to the noninverting input OP + of the operational amplifier OP1. It can be provided by a separate voltage source or be derived by a voltage divider from another, already mentioned power supply. It then has the potential of the virtual mass 355 the value VM
VM = UB- (UA-UB) * R1/R2. VM = UB- (UA-UB) * R1 / R2.
Im speziellen Beispiel ist Rl = R2, es ist also VM= 2UB-UA. In the specific example, R1 = R2, so it is VM = 2UB-UA.
Der Messwiderstand kann einen ohmschen Widerstand von 20 -600 Ohm aufweisen. The measuring resistor can have an ohmic resistance of 20-600 ohms.
Durch die Wahl der Widerstände Rl und R2 ist sowohl eine symmetrische als auch eine unsymmetrische Ansteuerung der elektrochemischen Zelle 401 möglich. Insbesondere kann erreicht werden, dass die Änderung der virtuellen Masse 355 nur in einem Teilbereich der Ansteuerung durch die Eingangsspannung UA erfolgt und die virtuelle Masse im Übrigen einen konstanten, also von der Eingangsspannung unabhängigen Wert annimmt. By choosing the resistors Rl and R2, both a symmetrical and an asymmetrical control of the electrochemical cell 401 is possible. In particular, it can be achieved that the change in the virtual ground 355 takes place only in a partial area of the drive by the input voltage UA and, moreover, the virtual ground assumes a constant value, that is to say independent of the input voltage.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann selbstverständlich sowohl mit diskreten Komponente aufgebaut als auch in einem ASIC (application-specific in- tegrated circuit) integriert sein. Of course, the circuit arrangement according to the invention can be constructed both with a discrete component and integrated in an ASIC (application-specific integrated circuit).

Claims

Ansprüche claims
1. Steuereinheit zum Betrieb einer Lambdasonde mit einer elektrochemischen Zelle (401), wobei die elektrochemische Zelle (401) eine erste Elektrode (342), eine zweite Elektrode (343) und einen zwischen diesen ElektrodenA control unit for operating a lambda probe with an electrochemical cell (401), wherein the electrochemical cell (401) has a first electrode (342), a second electrode (343) and one between these electrodes
(342, 343) angeordneten Festelektrolyten aufweist, wobei die Lambdasonde mittels einer zwischen den Elektroden (342, 343) der elektrochemische Zelle (401) angelegten Pumpspannung (303) im Grenzstrombetrieb gehalten wird, wodurch sich ein dem Restsauerstoff im Abgas proportionaler Pumpstrom (304) durch die elektrochemische Zelle (401) einstellt, wobei ein Eingangspotential (UA) an die erste Elektrode (342) der elektrochemischen Zelle (401) angelegt wird, wobei das Eingangspotential (UA) abhängig von dem sich einstellenden Pumpstrom (304) nachgeführt wird, wobei der Pumpstrom (304) mittels eines mit der elektrochemischen Zelle (401) in Reihe geschalte- ten Messwiderstandes (345) ermittelt wird, wobei die zweite Elektrode (343) der elektrochemischen Zelle (401) direkt oder über den Messwiderstand mit einer virtuellen Masse (355) verbunden ist, wobei das Potential der virtuellen Masse (355) in Abhängigkeit von dem Eingangspotential (UA) verändert wird. (342, 343) arranged in the solid state electrolyte, wherein the lambda probe by means of a between the electrodes (342, 343) of the electrochemical cell (401) applied pumping voltage (303) is kept in the limiting current operation, whereby a residual oxygen in the exhaust gas proportional pumping current (304) through the electrochemical cell (401), wherein an input potential (UA) to the first electrode (342) of the electrochemical cell (401) is applied, wherein the input potential (UA) is tracked depending on the self-adjusting pumping current (304) the pump current (304) is determined by means of a measuring resistor (345) connected in series with the electrochemical cell (401), the second electrode (343) of the electrochemical cell (401) being connected directly or via the measuring resistor to a virtual ground (355 ), wherein the potential of the virtual ground (355) is changed in dependence on the input potential (UA).
2. Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Potential der virtuellen Masse (355) erhöht wird, wenn sich das Eingangspotential (UA) erniedrigt und/oder dass das Potential der virtuellen Masse (355) erniedrigt wird, wenn sich das Eingangspotential (UA) erhöht. 2. Control unit according to claim 1, characterized in that the potential of the virtual ground (355) is increased when the input potential (UA) is lowered and / or that the potential of the virtual ground (355) is lowered when the input potential ( UA) increased.
3. Steuereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Potential der virtuellen Masse (355) in Abhängigkeit von dem Eingangspotential (UA) durch eine analoge oder digital Schaltung verändert wird. 3. Control unit according to claim 1 or 2, characterized in that the potential of the virtual ground (355) in response to the input potential (UA) is changed by an analog or digital circuit.
4. Steuereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Masse (355) durch eine Schaltung mit mindestens einem Operationsverstärker (OPl) ausgeführt ist, dessen invertierender Eingang (OP1-) und dessen Ausgang (OP1A) über einen ersten elektrischen Widerstand (Rl) miteinander verbunden sind und dessen invertierender Ein- gang (OP1-) ferner über einen zweiten elektrischen Widerstand (R2) mit dem4. Control unit according to one of the preceding claims, characterized in that the virtual ground (355) by a circuit with at least one operational amplifier (OPl) is executed, whose inverting input (OP1-) and whose output (OP1A) via a first electrical resistance (Rl) are connected to each other and its inverting input (OP1-) also via a second electrical resistance (R2) with the
Eingangspotential (UA) verbunden ist. Steuereinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den nichtinvertierenden Eingang (0P+) des Operationsverstärkers (OPl) ein konstantes Potential (UB) angelegt wird, sodass das Potential der virtuellen Masse (355) den Wert Input potential (UA) is connected. Control unit according to Claim 4, characterized in that a constant potential (UB) is applied to the noninverting input (0P +) of the operational amplifier (OP1), so that the potential of the virtual ground (355) is the value
VM = UB- (UA-UB) * R1/R2 annimmt, wobei VM das Potential der virtuellen Masse (355) ist, UB das an den nichtinvertierenden Eingang (OP1+) des Operationsverstärkers (OPl) angelegte konstante Potential (UB) ist, UA das Eingangspotential (UA) ist, Rl der ohmsche Widerstand des ersten elektrische Widerstands (Rl) ist und R2 der ohmsche Widerstand des zweiten elektrischen Widerstands (R2) ist. VM = UB- (UA-UB) * R1 / R2, where VM is the potential of the virtual ground (355), UB is the constant potential (UB) applied to the non-inverting input (OP1 +) of the operational amplifier (OPl), UA the input potential (UA) is, Rl is the ohmic resistance of the first electrical resistance (Rl) and R2 is the ohmic resistance of the second electrical resistance (R2).
Steuereinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangspotential (UA) durch einen in Gegenkopplung betriebenen Operationsverstärker (OP2) bereitgestellt wird. Control unit according to one of the preceding claims, characterized in that the input potential (UA) is provided by an operationally operated in negative feedback operational amplifier (OP2).
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018115460B4 (en) 2018-06-27 2020-12-31 Infineon Technologies Ag SENSOR ARRANGEMENT FOR VOLTAMMETRY
DE102019201234A1 (en) * 2019-01-31 2020-08-06 Robert Bosch Gmbh Method and device for operating a broadband lambda probe

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2509905B2 (en) * 1985-02-06 1996-06-26 株式会社日立製作所 Air-fuel ratio sensor
JP3050019B2 (en) * 1993-10-12 2000-06-05 トヨタ自動車株式会社 Oxygen sensor control device for internal combustion engine
JP3846058B2 (en) * 1998-09-04 2006-11-15 株式会社デンソー Gas concentration detector
JP4124119B2 (en) * 2003-01-30 2008-07-23 株式会社デンソー Gas concentration detector
DE102010031299A1 (en) * 2010-07-13 2012-01-19 Robert Bosch Gmbh Device for determining a property of a gas in a measuring gas space
DE102013224811A1 (en) 2013-12-04 2015-06-11 Robert Bosch Gmbh Control unit for operating a broadband lambda probe
DE102014224009A1 (en) * 2014-11-25 2016-05-25 Robert Bosch Gmbh Apparatus and method for determining a property of a gas in a sample gas space

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