EP4705755A1 - Verfahren zum betreiben eines abgassensors, zum beispiel einer breitband-lambdasonde - Google Patents
Verfahren zum betreiben eines abgassensors, zum beispiel einer breitband-lambdasondeInfo
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- EP4705755A1 EP4705755A1 EP24714940.4A EP24714940A EP4705755A1 EP 4705755 A1 EP4705755 A1 EP 4705755A1 EP 24714940 A EP24714940 A EP 24714940A EP 4705755 A1 EP4705755 A1 EP 4705755A1
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors, der einen mit einem Messgas kommunizierenden Messraum aufweist und der eine elektrochemische Pumpzelle aufweist, mit der Sauerstoff gemäß dem in die Pumpzelle eingeprägten Pumpstrom Ip in den Messraum hinein und aus dem Messraum heraus transportierbar ist, und der eine elektrochemische Nernstzelle aufweist, an der sich die Nernstspannung Un gemäß dem Verhältnis des Sauerstoffgehalts in dem Messraum relativ zum Sauerstoffgehalt in einem Referenzraum des Abgassensors (10) ausbildet Das Verfahren sieht den Betrieb einer Regelschleife vor, deren Istwert die Nernstspannung Un ist, deren Sollwert ein vorgegebener Wert UnSet ist und deren Stellgröße der Pumpstrom Ip ist, der sich als das Produkt aus einer Regelverstärkung g und der Differenz e zwischen dem Istwert und dem Sollwert berechnet. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Regelverstärkung in Abhängigkeit von mindestens einer den Abgassensor (10) betreffenden Größe veränderlich ist.
Description
Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors, zum Beispiel einer Breitband- Lambdasonde
Stand der Technik
Aus der DE 10 2020 214 036 A1 der Anmelderin ist bereits ein Verfahren zum Betreiben einer Breitband-Lambdasonde, die einen mit einem Messgas kommunizierenden Messraum aufweist und die eine elektrochemische Pumpzelle aufweist, mit der Sauerstoff gemäß der an der Pumpzelle anliegenden Pumpspannung und gemäß einem daraus resultierenden Pumpstrom in den Messraum hinein und aus dem Messraum heraus transportierbar ist, und die eine elektrochemische Nernstzelle aufweist, an der sich die Nernstspannung gemäß dem Verhältnis des Sauerstoffgehalts in dem Messraum relativ zum Sauerstoffgehalt in einem Referenzraum der Breitband-Lambdasonde ausbildet, bekannt, wobei das Verfahren eine Regelschleife vorsieht, deren Istwert die Nernstspannung ist, deren Sollwert ein vorgegebener Wert ist und deren Stellgröße der Pumpstrom ist, wobei die Stellgröße Pumpstrom zum Schutze der Pumpzelle durch eine obere Grenze und/oder durch eine untere Grenze aktiv limitiert wird, wobei die obere Grenze und/oder die untere Grenze jeweils variabel festgelegt werden, indem eine die Temperatur der Breitband-Lambdasonde repräsentierende Größe ermittelt wird, und die obere Grenze und/oder die untere Grenze als Funktion der die Temperatur der Breitband- Lambdasonde repräsentierenden Größe bestimmt werden.
Vorteile der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Beobachtung der Erfinder zugrunde, dass trotz der Begrenzung des Reglerausgangs durch die obere bzw. untere Grenze das Regelverhalten und damit die Messgenauigkeit des Abgassensors noch nicht stets optimal sind. Zwar kann es einzelne Betriebspunkte des Abgassensors geben, für die der Regler optimal arbeitet und infolgedessen die Messgenauigkeit des Abgassensors optimal
ist. Befindet sich der Abgassensor jedoch, z.B. infolge von Alterung oder noch unzureichender oder vorübergehend unzureichender Beheizung oder aus anderen Gründen, nicht in einem dieser Betriebspunkte, dann ist das Regelverhalten suboptimal, zum Beispiel kann es zu einem Schwingen bzw. Toggeln (Hin- und Herspringen) der zu regelnden Größe und der Stellgröße kommen. Entsprechend suboptimal ist in diesen Situationen die Messfunktion des Abgassensors, insbesondere wenn die Messgröße des Abgassensors auf den Reglerausgang zurückgeht bzw. durch den Reglerausgang gegeben ist, wie es bei Breitband-Lambdasonden in der Regel der Fall ist.
Zur Überwindung dieser Limitierungen wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors vorgeschlagen.
Bei dem Abgassensor kann es sich beispielsweise um eine Breitband-Lambdasonde handeln oder um einen NOx-Sensor. Es wird erfindungsgemäß lediglich vorausgesetzt, dass der Abgassensor einen mit einem Messgas kommunizierenden Messraum aufweist und eine elektrochemische Pumpzelle aufweist, mit der Sauerstoff gemäß dem in die Pumpzelle eingeprägten Pumpstrom in den Messraum hinein und aus dem Messraum heraus transportierbar ist, und eine elektrochemische Nernstzelle aufweist, an der sich die Nernstspannung gemäß dem Verhältnis des Sauerstoffgehalts in dem Messraum relativ zum Sauerstoffgehalt in einem Referenzraum des Abgassensors ausbildet.
Das Verfahren sieht ferner eine Regelschleife vor, deren Istwert die Nernstspannung ist, deren Sollwert ein vorgegebener Wert ist und deren Stellgröße der Pumpstrom ist. Der Pumpstrom wird dabei als das Produkt aus einer Regelverstärkung und der Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert bestimmt bzw. berechnet.
Die Regelverstärkung weist die Besonderheit auf, dass sie in Abhängigkeit von mindestens einer den Abgassensor betreffenden Größe veränderlich ist.
Die den Abgassensor betreffende Größe kann insbesondere eine Größe sein, die unmittelbar oder mittelbar einen Einfluss auf die in dem Regelkreis geregelte Regelstrecke hat, also beispielsweise auf das Ausmaß und die Dynamik der Erzeugung von Sauerstoff in dem Messgasraum durch den in die Pumpzelle eingeprägten Pumpstrom und auf das Ausmaß und die Dynamik mit der daraus eine Veränderung der Nernstspannung resultiert.
Bei der den Abgassensor betreffende Größe kann es sich beispielsweise um die Temperatur des Abgassensors handeln. Beispielsweise kann die Temperatur des Abgassensors in Form einer elektrischen Widerstandmessung erfasst werden, beispielsweise einer Messung eines Innenwiderstands der Nernstzelle und/oder der Pumpzelle und/oder Ähnliches. Beispielweise geht eine Erhöhung der Temperatur des Abgassensors mit einer Verminderung des Innenwiderstands der Nernstzelle und/oder der Pumpzelle und/oder dem Ähnlichen einher. Alternativ kann die Widerstandmessung an einer metallischen Leiterbahn innerhalb des Abgassensors erfolgen. Es kann sich beispielsweise um eine Leiterbahn handeln, deren elektrischer Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt.
Bei der den Abgassensor betreffenden Größe kann es sich andererseits beispielsweise um das Alter der Abgassonde handeln, beispielsweise um die Differenz aus dem aktuellen Zeitpunkt (z.B. Datum und ggf. Uhrzeit) und dem Herstellungs- oder Verbauzeitpunkt des Abgassensors; oder um die Betriebsdauer des Abgassensors, beispielsweise um die Gesamtdauer, die der Sensor zuvor betrieben wurde, also beispielsweise aktiv beheizt wurde und/oder mit einem Pumpstrom beaufschlagt wurde.
Bei der den Abgassensor betreffenden Größe kann es sich grundsätzlich auch um eine andere relevante Größe handeln.
Bei dem Regler kann es sich beispielsweise um einen sogenannten PID-Regler handeln. Die Regelverstärkung kann also gegeben sein gemäß der Gleichung
wobei: lp(t) der Pumpstrom ist; e(t) die Differenz aus Sollwert und Istwert ist;
Kp der Koeffizient des Proportionalanteils der Regelverstärkung ist; Ki der Koeffizient des Integralanteils der Regelverstärkung ist;
Kd der Koeffizient des Differentialanteils der Regelverstärkung ist.
Dass die Regelverstärkung in Abhängigkeit von mindestens einer den Abgassensor betreffenden Größe veränderlich ist, kann dann darin zum Ausdruck kommen, dass der Koeffizient des Proportionalanteils der Regelverstärkung in Abhängigkeit von der
mindestens einen den Abgassensor betreffenden Größe veränderlich ist. Zusätzlich oder alternativ können auch der Koeffizient des Integralanteils der Regelverstärkung und/oder der Koeffizient des Differentialanteils der Regelverstärkung von der mindestens einen den Abgassensor betreffenden Größe veränderlich sein.
Beispielsweise kann die Regelverstärkung einen Koeffizienten des Proportionalanteils aufweisen, der in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgassensors veränderlich ist, wobei der Koeffizient des Proportionalanteils in einem Temperaturintervall mit steigender Temperatur zunimmt.
Beispielsweise kann die Regelverstärkung einen Koeffizienten des Proportionalanteils aufweisen, der in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgassensors veränderlich ist, wobei der Koeffizient des Proportionalanteils unterhalb einer ersten Temperatur einen ersten konstanten Wert hat und oberhalb einer zweiten Temperatur, die höher ist als die erste Temperatur, einen zweiten konstanten Wert hat, der größer ist als der erste konstante Wert, und in einem Temperaturintervall, das von der ersten und der zweiten Temperatur begrenzt wird, mit steigender Temperatur zunimmt.
Optional kann es zusätzlich vorgesehen sein, dass der Pumpstrom zum Schutze der Pumpzelle durch eine obere Grenze und/oder durch eine untere Grenze aktiv limitiert wird, wobei die obere Grenze und/oder die untere Grenze jeweils variabel festgelegt werden, indem die Temperatur der Abgassonde ermittelt wird und die obere Grenze und/oder die untere Grenze als Funktion der Temperatur der Abgassonde bestimmt wird. Beispielsweise werden umso größere Pumpströme zugelassen und umso kleinere Pumpströme zugelassen, je höher die Temperatur des Abgassensors ist.
Bei dem Regler kann es sich grundsätzlich um einen analogen Regler oder um einen digitalen Regler handeln.
Die Erfindung betrifft neben dem dargestellten Verfahren auch ein entsprechendes Computerprogramm, einen entsprechenden Datenträger und ein entsprechendes Steuergerät.
Zeichnung
Figur 1 zeigt exemplarisch eine Breitband-Lambdasonde und ein
Steuergerät, wie sie im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Figur 2 zeigt exemplarisch eine Detaillierung des Nerstspannungsreglers des Steuergeräts aus Figur 1 .
Figur 3 zeigt exemplarisch die Abhängigkeit des Koeffizienten des
Proportionalteils der Regelverstärkung von der Temperatur des Abgassensors.
Figur 4 zeigt exemplarisch das erfindungsgemäße Verfahren als
Flussdiagramm.
Figur 5 zeigt exemplarisch den Pumpstrom und die Nernstspannung bei einem Einschaltvorgang eines Abgassensors bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 6 zeigt zum Vergleich den Pumpstrom und die Nernstspannung bei einem Einschaltvorgang des Abgassensors, analog zu Figur 5, bei der Durchführung eines Verfahrens mit festen Regelparametern.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Figur 1 zeigt exemplarisch und schematisch eine Breitband-Lambdasonde 10, wie sie im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung als Abgassensor verwendet werden kann. Natürlich kann auch ein Abgassensor anderer Bauart verwendet werden, z.B. ein NOx-Sensor, sofern er die im Anspruch 1 hinsichtlich des Abgassensors vorausgesetzten Vorrichtungsmerkmale aufweist.
Die Breitband-Lambdasonde 10 umfasst eine elektrochemische Pumpzelle 3 mit einer ersten Elektrode 116 und mit einer zweiten Elektrode 118. Die zweite Elektrode 118 ist in einem Messraum 130 angeordnet, der über eine Diffusionsbarriere 120 und ein Gaszutrittsloch 129 mit dem Messgasraum 2 verbunden ist. Dort befindet sich im Beispiel
ein zu sensierendes Abgas eines Verbrennungsmotors, der nicht gezeichnet ist. Die erste Elektrode 116 und die zweite Elektrode 118 sind über einen Festelektrolyten 124 verbunden. Zwischen die erste Elektrode 116 und die zweite Elektrode 118 ist ein Pumpstrom Ip von außen einprägbar.
Die Breitband-Lambdasonde 10 umfasst ferner eine elektrochemische Nernstzelle 4 mit einer ersten Elektrode 136 und einer zweiten Elektrode 138. Die zweite Elektrode 138 der Nernstzelle 4 ist in dem Messraum 130 angeordnet und mit der zweiten Elektrode 118 der Pumpzelle 3 in diesem Beispiel identisch. Auch zwei voneinander verschiedene Elektroden 118, 138, die beide in dem Hohlraum 130 angeordnet sind und optional elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wären alternativ möglich. Die erste Elektrode 136 und die zweite Elektrode 138 der Nernstzelle 4 sind über den Festelektrolyten 124 miteinander verbunden. Zwischen der ersten Elektrode 136 und der zweiten Elektrode 138 der Nernstzelle 4 ist eine Nernstspannung UN abgreifbar und zeitaufgelöst erfassbar.
Die erste Elektrode 116 der Pumpzelle 3 kann als Außenpumpelektrode bezeichnet werden. Sie ist im Beispiel im Messgasraum 2 angeordnet. Die erste Elektrode 136 der Nernstzelle 4 ist im Beispiel in einem Referenzgasraum 126 angeordnet, das heißt in einem Gasraum, der von dem Messgasraum 2 gasdicht oder zumindest im Wesentlichen gasdicht getrennt ist. Weiterhin kann die Breitband-Lambdasonde 10 ein Heizelement 128 umfassen. Weiterhin kann die Breitband-Lambdasonde 10 einen Abgleichwiderstand 180 umfassen. Der Abgleichwiderstand 180 kann beispielsweise mit einem Messwiderstand als Stromteiler zum Abgleich der Breitband-Lambdasonde 10, insbesondere zur Kalibrierung, dienen.
Die Breitband-Lambdasonde 10 ist an ein Steuergerät 112 angeschlossen. Das Steuergerät 112 ist eingerichtet, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Das Steuergerät 112 kann beispielsweise über eine Schnittstelle 134 mit der Breitband- Lambdasonde 10 verbunden sein. Das Steuergerät 112 kann eine Stromquelle (z.B. eine Konstantstromquelle) umfassen, um in die Pumpzelle 3 den Pumpstrom Ip einzuprägen. Dazu ist die Stromquelle über den Ausgang IPE des Steuergeräts 112 und über eine Innenpumpelektrodenzuleitung 142 mit der zweiten Elektrode 118 (auch: Innenpumpelektrode) der Pumpzelle 3 verbunden und über den Ausgang APE und über eine Außenpumpelektrodenzuleitung 144 mit der Außenpumpelektrode 116 der Pumpzelle 3 verbunden.
Beispielsweise eine Spannungsquelle kann zur Versorgung des Heizelements 128 über die Ausgänge + und - und über zwei Heizerzuleitungen 188 vorgesehen sein. Über den Ausgang MES kann das Steuergerät 112 über die Leitung 146 und über den Abgleichwiderstand 180 mit der ersten Elektrode 116 der Pumpzelle 3 verbunden sein.
Weiterhin kann das Steuergerät 112 eine Spannungsmessvorrichtung umfassen, um die Nernstspannung UN zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 116, 118 der Nernstzelle 4 zu messen. Dazu ist die Spannungsmessvorrichtung über den Ausgang RE und die Leitung 140 mit der ersten Elektrode 136 der Nernstzelle 4 (auch Referenzelektrode) verbunden sowie über den Ausgang IPE und die Leitung 142 mit der zweiten Elektrode 138 der Nernstzelle 4 verbunden.
Das Steuergerät 112 weist auch einen Nernstspannungsregler 114 (synonym: Pumpstromregler) auf, der in der Figur 2 detailliert gezeigt ist. Der Nernstspannungsregler 114 kann, wie im Beispiel, ein digitaler Regler sei. Da die Breitband-Lambdasonde 10 naturgemäß analoge Ein- und Ausgänge aufweist, erfolgen dem Nernstspannungsregler 114 vorgeschaltet AD-Wandlungen und dem Nernstspannungsregler 114 nachgeschaltet DA-Wandlungen, was aber in der Figur 2 zur besseren Übersichtlichkeit nicht weiter dargestellt ist und nachfolgend auch nicht weiter thematisiert wird. Alternativ kann es sich grundsätzlich auch um einen analogen Nernstspannungsregler 114 handeln.
Der Nernstspannungsregler 114 empfängt die Nernstspannung Un als Istwert und einen vorgegebenen Wert Unset als Sollwert, z.B. 450 mV. Der Nernstspannungsregler 114 bildet die Differenz e zwischen dem Istwert und dem Sollwert mittels eines Differenzbildners 115 und verarbeitet diese gemäß einer Regelverstärkung g in einem Verstärker 119 weiter zu einem vorläufigen Wert des Pumpstroms lp‘.
Zum Schutze der Pumpzelle 3 wird der Pumpstrom Ip in einem Begrenzer 117 des Pumpstromreglers 114 aktiv limitiert. Dazu empfängt der Begrenzer 117 den vorläufigen Wert des Pumpstroms I p‘ und gibt einen Wert des Pumpstroms Ip aus. Der Wert des Pumpstroms Ip ist dabei durch den Begrenzer 117 wie folgt festgelegt:
- Identisch mit dem vorläufigen Wert des Pumpstroms I p‘, falls dieser zwischen einer oberen Grenze IpMax und einer unteren Grenze IpMin liegt.
- Identisch mit einer oberen Grenze IpMax, falls der vorläufige Wert des Pumpstroms I P‘ größer ist als die obere Grenze IpMax.
- Identisch mit einer unteren Grenze IpMin, falls der vorläufige Wert des Pumpstroms I P‘ kleiner ist als die untere Grenze IpMin.
Die obere Grenze IpMax und die untere Grenze IpMin können feste Werte sein. Im Beispiel sind sie jedoch von der Temperatur ? der Breitband-Lambdasonde 10 abhängig, welche im Steuergerät 112 auf Basis des Innenwiderstands der Pumpzelle 3 und/oder der Nernstzelle 4 verfügbar ist. Dabei unterscheiden sich die obere Grenze IpMax und die untere Grenze IpMin hinsichtlich ihres Vorzeichens und es werden jeweils dem Betrag nach bei höherer Temperatur T der Breitband-Lambdasonde 10 größere Pumpströme Ip zugelassen.
Es ist im Beispiel vorgesehen, dass die Regelverstärkung g in Abhängigkeit von mindestens einer die Breitband-Lambdasonde 10 betreffenden Größe veränderlich ist. Im Beispiel ist diese Größe die Temperatur T der Breitband-Lambdasonde 10, welche im Steuergerät 112 auf Basis des Innenwiderstands der Pumpzelle 3 und/oder der Nernstzelle 4 oder auf andere Art und Weise verfügbar ist.
Im Beispiel weist die Regelverstärkung g eine PID-Charakteristik auf. Sie ist also gegeben gemäß der Gleichung
wobei:
I p‘(t) der vorläufige Wert des Pumpstroms ist; e(t) die Differenz aus Sollwert und Istwert ist;
Kp der Koeffizient des Proportionalanteils der Regelverstärkung ist;
Ki der Koeffizient des Integralanteils der Regelverstärkung ist und
Kd der Koeffizient des Differentialanteils der Regelverstärkung ist.
Im Beispiel ist lediglich der Koeffizient des Proportionalanteils der Regelverstärkung Kp von der Temperatur T der Breitband-Lambdasonde 10 abhängig, während die Koeffizienten des Integralanteils der Regelverstärkung und des Differentialanteils der Regelverstärkung Ki, Kd konstante Werte sind. Es ist also im Beispiel Kp = Kp (T) bzw. Kp = Kp_adaptiv. Die Abhängigkeit des Koeffizient des Proportionalanteils Kp der Regelverstärkung g von der Temperatur T der Breitband-Lambdasonde 10 ist in der Figur 3 beispielhaft gezeigt: Unterhalb einer ersten Temperatur T1 nimmt Kp einen ersten
konstanten Wert Kp1 an, oberhalb einer zweiten Temperatur T2, die höher ist als die erste Temperatur T1 nimmt Kp einen zweiten konstanten Wert Kp2 an, der größer ist als der erste konstante Wert Kp1 , und in einem Temperaturintervall, das von der ersten und der zweiten Temperatur T1 , T2 begrenzt wird, nimmt Kp mit steigender Temperatur T zu. T1 kann beispielsweise im Temperaturbereich zwischen 150°C und 300°C liegen und T2 kann beispielweise im Temperaturbereich zwischen 550°C und 700°C liegen oder beispielsweise im Temperaturbereich zwischen 550°C und 800°C liegen.
In alternativen Ausführungsformen können zusätzlich oder alternativ auch der Koeffizient des Integralanteils der Regelverstärkung Ki und/oder der Koeffizient des Differentialanteils der Regelverstärkung Kd von der Temperatur T der Breitband-Lambdasonde 10 abhängig sein.
Mit der mit Bezug auf die Figuren 1 bis 3 beschriebenen Vorrichtung wurde das erfindungsgemäße Verfahren exemplarisch ausgeführt, was in der Figur 4 als Flussdiagramm dargestellt ist. In der Figur 5 sind die zugehörigen zeitlichen Verläufe der oberen Grenze IpMax, der unteren Grenze IpMin, des Pumpstroms Ip und der Nernstspannung lln dargestellt.
Im Beispiel wird zum Zeitpunkt tO (Figur 5) im Verfahrensschritt V1 (Figur 4) eine kalte Breitband-Lambdasonde 10 einem stöchiometrischen Abgas eines Verbrennungsmotors ausgesetzt und die Eigenbeheizung der Breitband-Lambdasonde 10 im Verfahrensschritt V2 aktiviert, sodass die Temperatur T der Breitband-Lambdasonde 10 nachfolgend ansteigt. Eine an der Nernstzelle 4 anliegende Nernstspannung Un wird im Verfahrensschritt V3 gemessen, sie hat zum Zeitpunkt tO zunächst einen Wert, der deutlich kleiner ist als der vorgegebene Wert UnSet. Der Nernstspannungsregler 114 berechnet im Verfahrensschritt V4 die Differenz e aus der Nernstspannung Un und dem vorgegebenen Wert. Im Verfahrensschritt V5 erfolgt eine Bestimmung der Temperatur T der Breitband-Lambdasonde 10, beispielsweise auf Basis des Innenwiderstandes der Nernstzelle 4 und/oder der Pumpzelle 3. Der Wert der Temperatur T der Breitband- Lambdasonde 10 wird im Verfahrensschritt V6 dem Verstärker 119 und dem Begrenzer 117 übermittelt. Im Verfahrensschritt V7 bestimmt der Verstärker 119 die Regelverstärkung aus der Temperatur T, d.h. im Beispiel, er ermittelt gemäß der in der Figur 3 gezeigten Kennlinie den Wert des Koeffizienten Kp des Proportionalanteils der PID-artigen Regelverstärkung (siehe oben). Im Beispiel hat der Koeffizient des Proportionalanteils Kp der Regel Verstärkung g zum Zeitpunkt tO einen relativ kleinen Wert,
weil die Breitband-Lambdasonde 10 kalt ist. Hiermit ermittelt der Verstärker 119 einen niedrigen vorläufigen Wert des Pumpstroms I p‘, Verfahrensschritt 8. Da dieser Wert zwischen der oberen Grenze IpMax und der unteren Grenze IpMin liegt, wird er von dem Begrenzer 117 identisch als Wert des Pumpstroms Ip übernommen, Verfahrensschritt 9, und entsprechend wird im Beispiel Sauerstoff aus dem Messraum 130 entfernt und in Form von O2'- Ionen von der Innenpumpelektrode 118 durch den Festelektrolyten 124 zu der Außenpumpelektrode 116 transportiert. Die Verfahrensschritte 1 bis 9 laufend nachfolgend zyklisch weiter, solange die Breitband-Lambdasonde 10 in Betrieb ist.
Bis zu einem nachfolgenden Zeitpunkt t1 (Figur 5) hat sich die Temperatur T der Breitband-Lambdasonde auf einen mittleren Wert erhöht, sodass der Wert des Koeffizienten Kp des Proportionalanteils der PID-artigen Regel Verstärkung g nun einen höheren Wert hat als zu dem Zeitpunkt tO. Auch die obere Grenze IpMax und die untere Grenze IpMin haben nun Werte, die betragsmäßig größer sind als zum Zeitpunkt tO. Infolge des Sauerstofftransorts aus dem Messraum 130 heraus, der zwischen den Zeitpunkten tO und t1 erfolgt, und in gewissem Maß auch in Folge der gestiegenen Temperatur T der Breitband-Lambdasonde 10, hat sich der Wert der Nernstspannung Un erhöht, ist aber immer noch kleiner als der Sollwert Unset.
Bis zu einem nochmals nachfolgenden Zeitpunkt t2 (Figur 5) hat sich die Temperatur T der Breitband-Lambdasonde auf einen hohen Wert erhöht, der der Betriebstemperatur der Breitband-Lambdasonde 10 weitgehend entspricht, z.B. 785°C. Der Wert des Koeffizienten des Proportionalanteils Kp der PID-artigen Regelverstärkung g und die obere Grenze IpMax und die untere Grenze nehmen entsprechende Werte an.
Die Nernstspannung Un hat bis zum Zeitpunkt t2 ihren Sollwert ohne Überschwingen angenommen und der Pumpstrom Ip geht entsprechend auf einen Wert zurück, der proportional zum Sauerstoffpartialdruck im Messgasraum 2 ist.
Durch die Adaptivität des Koeffizienten des Proportionalanteils Kp der Regelverstärkung g während der in den Figuren 4 und 5 gezeigten Aufheizphase der Breitband-Lambdasonde 10 konnte die Nernstspannung Un sehr rasch und doch ohne Überschwingen ihren Sollwert Unset annehmen und konnte aus dem Pumpstrom früh und exakt auf den Sauerstoffpartialdruck im Messgasraum 2 geschlossen werden. Die Messgenauigkeit der Breitband-Lambdasonde 10 wurde in dieser Phase damit im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem mit konstanten Regelparametern gearbeitet wird, verbessert.
Figur 6zeigt zum Vergleich den Pumpstrom Ip und die Nernstspannung Un bei einem Einschaltvorgang der Breitbandlambdasonde 10, analog zu Figur 5, bei der Durchführung eines Verfahrens mit festen Regelparametern Kp, Ki, Kd. Aufgrund der zunächst unzweckmäßig hohen Regel Verstärkung kommt es in der Aufheizphase zu einem sogenannten Toggeln (Hin- und Herspringen zwischen extremalen Werten) der Nernstspannung Un und des Pumpstroms Ip.
Claims
1 . Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors, insbesondere einer Breitband- Lambdasonde (10), der einen mit einem Messgas kommunizierenden Messraum (130) aufweist und der eine elektrochemische Pumpzelle (3) aufweist, mit der Sauerstoff gemäß dem in die Pumpzelle (3) eingeprägten Pumpstrom (Ip) in den Messraum (130) hinein und aus dem Messraum (130) heraus transportierbar ist, und der eine elektrochemische Nernstzelle (4) aufweist, an der sich die Nernstspannung (Un) gemäß dem Verhältnis des Sauerstoffgehalts in dem Messraum (130) relativ zum Sauerstoffgehalt in einem Referenzraum des Abgassensors (10) ausbildet, wobei das Verfahren eine Regelschleife vorsieht, deren Istwert die Nernstspannung (Un) ist, deren Sollwert ein vorgegebener Wert (UnSet) ist und deren Stellgröße der Pumpstrom (Ip) ist, der sich als das Produkt aus einer Regelverstärkung (g) und der Differenz (e) zwischen dem Istwert und dem Sollwert berechnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelverstärkung (g) in Abhängigkeit von mindestens einer den Abgassensor (10) betreffenden Größe veränderlich ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Regelverstärkung (g) einen Proportionalanteil aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Koeffizient des Proportionalanteils (Kp) in Abhängigkeit von mindestens einer den Abgassensor (10) betreffenden Größe veränderlich ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Regel Verstärkung (g) überdies einen Integralanteil und/oder einen Differentialanteil aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Koeffizient des Integralanteils (Ki) und/oder der Koeffizient des Differentialanteils (Kd) in Abhängigkeit von mindestens einer bzw. von der mindestens einen den Abgassensor (10) betreffenden Größe veränderlich ist
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine den Abgassensor (10) betreffende Größe die Temperatur (T) des Abgassensors (10) ist.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine den Abgassensor (10) betreffenden Größe das Alter des Abgassensors (10) ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Regel Verstärkung (g) einen Proportionalanteil aufweist, dessen Koeffizient (Kp) in Abhängigkeit von der Temperatur (T) des Abgassensors (10) veränderlich ist, wobei er in einem Temperaturintervall mit steigender Temperatur (T) zunimmt.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Regelverstärkung (g) einen Proportionalanteil aufweist, dessen Koeffizient (Kp) unterhalb einer ersten Temperatur (T) des Abgassensors (10) einen ersten konstanten Wert (Kp1) hat; und oberhalb einer zweiten Temperatur (T2), die höher ist als die erste Temperatur (T1) einen zweiten konstanten Wert (Kp2) hat, der größer ist als der erste konstante Wert (Kp1), und in einem Temperaturintervall, das von der ersten und der zweiten Temperatur (T1 , T2) begrenzt wird, mit steigender Temperatur (T) zunimmt.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Stellgröße Pumpstrom (Ip) zum Schutze der Pumpzelle (3) durch eine obere Grenze (IpMax) und/oder durch eine untere Grenze (IpMin) aktiv limitiert wird, wobei die obere Grenze (IpMax) und/oder die untere Grenze (IpMin) jeweils variabel festgelegt werden, indem die Temperatur (T) der Abgassonde (10) ermittelt wird und die obere Grenze (IpMax) und/oder die untere Grenze (IpMin) als Funktion der Temperatur (T) der Abgassonde (10) bestimmt werden.
11. Computerprogramm umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen.
12. Computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
13. Analoges und/oder digitales Steuergerät, das konfiguriert ist, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
Applications Claiming Priority (2)
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