WO2019149403A1 - Method for the protected operation of a closed-loop controlled broadband oxygen sensor - Google Patents
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- WO2019149403A1 WO2019149403A1 PCT/EP2018/082824 EP2018082824W WO2019149403A1 WO 2019149403 A1 WO2019149403 A1 WO 2019149403A1 EP 2018082824 W EP2018082824 W EP 2018082824W WO 2019149403 A1 WO2019149403 A1 WO 2019149403A1
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- G01N27/416—Systems
- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
- G01N27/419—Measuring voltages or currents with a combination of oxygen pumping cells and oxygen concentration cells
Definitions
- the invention relates to a method for operating a regulated broadband lambda probe according to the preamble of independent claim 1.
- the present invention also relates to a computer program, a machine-readable data carrier for storing the computer program and an electronic control unit, by means of which the method according to the invention can be carried out.
- Gas components e.g. In the exhaust gas of an internal combustion engine are widely known and have a composite of solid electrolyte layers, ceramic probe body, in which exposed to the sample gas
- Body end section gas sensitive electrodes and a (e) below the
- Electrode arrangement lying electrical resistance heater or heater are arranged.
- the electrode assembly comprises a Nernst or
- Measuring electrode and a reference electrode which form an electrochemical Nernst cell with the solid electrolyte.
- the reference electrode is in one with a reference gas, e.g. Air, acted upon reference gas channel arranged.
- DE 10 201 1 007 068 A1 discloses a method for operating a broadband lambda probe for determining the oxygen concentration in the exhaust gas of an internal combustion engine operated with a fuel / air mixture.
- the broadband lambda probe has a Nernst cell and a pumping cell, wherein a pumping voltage is applied to the pumping cell which, depending on one of the oxygen concentration in the exhaust gas, corresponds to the Nernst cell
- Nernst voltage is adjusted by means of a pumping current regulator.
- the pump voltage is measured at temporarily switched off pumping current and compared with a predetermined maximum threshold. When the threshold value is exceeded, the pumping current regulator is deactivated and either the pumping current is switched off or the pumping current is switched off by means of a separate controller regulated so that the pump voltage is within predeterminable limits.
- Such a broadband lambda probe with a corresponding Nernst cell and a pumping cell is regulated by the pumping current to its respective desired value of the Nernst voltage UnO or Un.
- the voltage value UnO corresponds to an unpowered measurement, whereas the voltage value Un corresponds to an energized measurement.
- the pumping voltage UpO or Up has a certain value
- the invention proposes a method for protecting a regulated broadband lambda probe from excessively high pumping voltage, in which the non-energized pumping voltage applied to a pumping cell is determined taking into account in particular the electrical or ohmic (internal) resistance of the pumping cell.
- the proposed method is based on the idea that there are operating phases of the lambda probe in the control units or corresponding ASICs or microcontrollers (pCs) used today for operating such lambda probes, in which the pump cell is not energized. In such an operating situation, the value of the non-energized pump voltage UpO can be determined with relatively little effort or measured directly.
- the pump cell is continuously supplied with current, future control devices or ASICs / pCs still under development. There is no way to directly measure the required for a protective function, no-current pumping voltage UpO with little effort.
- instantaneous values of the energized pump voltage Up and the internal resistance Ria of the pump cell are determined or measured.
- the determination of the internal resistance Ria may e.g. via a voltage measurement and a calculation in the pC of the control unit. Because the value of the pumping current Ip is the manipulated variable of the
- the internal resistance Ria of the pumping cell can be determined by detecting a change in voltage caused by a current change at the pumping cell. Predeterminable current pulses can be applied to the pump cell with a parameterizable timing (timing) or impressed on the pump cell.
- the value of the non-energized pump voltage UpO can be determined from the variables mentioned, in particular from the pumped-up pumping voltage Up, according to the equation
- the thus calculated value UpO of the currentless pumping voltage is used as the voltage to be monitored for the said protective function. So only at
- the protective function is activated or started.
- the proposed method for operating a controlled broadband lambda probe for determining the oxygen concentration in the exhaust gas of an internal combustion engine operated with a fuel-air mixture wherein the broadband lambda probe has a Nernst cell and a pumping cell and wherein the pumping cell, a pumping voltage (Up) or a pumping current (Ip) is applied, which is set as a function of a Nernst voltage (Un), which is taken from the oxygen concentration in the exhaust gas and removed at the Nernst cell, by means of the pump current regulator regulating the pump current (Ip).
- the comparison can be performed only with the first threshold of the de-energized pumping voltage (UpO). Additionally or alternatively, the comparison can also be made with the second threshold value, wherein instead of exceeding preferably a possible undershooting is checked and wherein a correspondingly changed sign of the
- the use of the unpowered pumping voltage UpO for said monitoring also has the advantage that the voltage dropping across the internal resistance Ria and / or to the supply or contact resistance
- the proposed method can be used in a control unit for controlling a broadband lambda probe of an exhaust aftertreatment system
- Internal combustion engine in particular an internal combustion engine of a
- Motor vehicle with an exhaust gas catalyst in which the size to be controlled, the residual oxygen content in the exhaust gas of the internal combustion engine, are used.
- the computer program according to the invention is set up to carry out each step of the method, in particular if it runs on a computing device or a control device. It allows the implementation of the
- the machine-readable data carrier is provided on which the computer program according to the invention is stored.
- FIG. 1 schematically shows a broadband lambda probe known from the prior art for explaining its operating principle.
- FIG. 2 schematically shows an equivalent circuit diagram of that shown in FIG.
- FIG. 3 shows an exemplary embodiment of the method according to the invention for protecting a regulated broadband lambda probe from too high a pump voltage on the basis of a flow chart.
- FIG. 4 shows a measurement diagram in which, in the method according to FIG.
- Figure 3 typically resulting voltage values U and current values I over the time t are shown.
- FIG. 1 schematically shows the structure of a broadband lambda probe which is concerned here. This has a Nernst concentration probe
- Pump electrode (I PE) 132 is formed.
- the outer pumping electrode 131 is the exhaust gas A of a (not shown)
- annular pumping electrode 132 Internal combustion engine exposed and the inner, annular pumping electrode 132 is disposed in a cavity 133 which is connected via a channel 134 and a diffusion gap, in which a diffusion barrier 130 is disposed, with the exhaust gas A.
- the Nernst cell 110 is defined by the inner pump electrode 132 and a reference electrode (RE) 141, which in an inner
- Reference air channel 140 is arranged formed.
- the probe is brought to operating temperature by a heater 150, at which a heating voltage UH is applied.
- a control circuit 160 formed for example by a
- Operational amplifier at whose non-inverting input a Reference voltage U ref of particular 450 mV is applied and at its inverting input, the output signal of the reference electrode 141 is applied, generates a pumping current IR, with which the outer pumping electrode 131
- the inner pumping electrode 132 is connected to ground.
- the pumping current IP can be tapped by means of connection terminals 161, 162. He forms a measure of the
- Oxygen concentration as briefly described below.
- a voltage is applied to the pumping cell 120. If the voltage in the present unicellular lambda probe is high enough, a "limiting current" is established, which is proportional to the difference in the oxygen concentration on both sides of the probe. It should be noted, however, that the following is in particular a regulation of a two-line lambda probe means of the manipulated variable pumping current (Ip). With the (border) current
- Nernst voltage U n which corresponds to the reference voltage regulated.
- FIG. 2 schematically shows the equivalent circuit diagram of the broadband lambda probe.
- the broadband lambda probe includes the internal resistance R, e 220 and a fictitious voltage source 221 that provides the Nernst voltage U n o.
- the pump cell is replaced by a fictitious voltage source 231, which is the
- the pumping voltage U p drops.
- the Nernst voltage U n drops.
- Reference electrode RE with an evaluation having
- Circuit unit 270 connected.
- the broadband lambda probe is regulated by means of the pumping current regulator to its nominal value, the Nernst voltage U n .
- the pumping current I P required for this purpose generates a pumping voltage U P which must be within two threshold values, which are described below in more detail, which will be discussed below, so as not to cause the probe to become too large
- Destroying pumping voltage relate to a preferably upper first threshold value of the de-energized pumping voltage (UpO) for an operating state of the internal combustion engine with a relatively rich fuel-air mixture and / or a preferably lower second threshold value of the de-energized pumping voltage (UpO) for an operating state of the engine
- a method for protecting the regulated broadband lambda probe against excessively high pumping voltage now starts from a measured, pumped voltage U p which has been energized 300, but applies the non-energized pumping voltage U p o as a decision variable for the protective function mentioned at the outset.
- a suitable period or point in time to measure the current-fed pumping voltage U p in a manner known per se is the period of time shown in FIG. 4 with preset pumping current I p (see, for example, the signal shown by reference numeral 402 in FIG. 4).
- the pumping current I p is calculated by the Nernstschreibsregler, according to a present control difference. This calculation can be performed both in a microcontroller (pC) and in an application-specific integrated circuit (ASIC).
- the temperature of the lambda probe is constant. However, this condition does not have to be met in real operation, for example in a heating phase of the lambda probe.
- the temperature can be determined and readjusted with a measuring frequency of more than 10 Hz, for example.
- the internal resistance R a contained in the equation can be calculated by means of the pCs via the voltage drop between the outer pumping electrode (APE) and the inner pumping electrode (I PE) of the lambda probe.
- the mentioned threshold values for the energized pump voltage U p are determined or predetermined empirically. Concretely, corresponding values in the controller 271 are written in a register 270. Separate threshold values can be set for the two operating ranges “rich” and “lean”. The two operating areas are also each with an adjustable
- Hysteresis behavior see, e.g., Figure 4, reference numeral 420).
- FIG. 3 shows an exemplary embodiment of the method according to the invention for the secure operation of a regulated broadband lambda probe.
- the voltage and current values typically resulting from the method are illustrated in FIG.
- the broadband lambda probe is first, as is known, regulated 304 by means of the Nernst voltage regulator to its nominal value, the so-called "Nernst voltage".
- the pumping current I p required for this regulation generates a current-fed pumping voltage U p . From the current pumped voltage U p is based on the above equation, a corresponding value of
- the non-energized pump voltage U p o is in a voltage range between two predefinable threshold values 305, 310 limited to the lambda probe not by a high
- the two threshold values 305, 310 for the maximum permissible pump voltage U p o for the safe operation of the lambda probe for the two operating ranges of an internal combustion engine, namely for the "rich operation” and for the “lean operation”, are preferably separately adjustable ,
- step 304 a predeterminable value of the per se variably adjustable pump current I p (in reference numeral 402) is set by the controller.
- step 320 the resulting instantaneous value of the de-energized pumping voltage U p o (see reference numeral 400 in FIG. 4) is determined in the manner mentioned. Then it is first checked 325, whether the two
- Threshold values 305, 310 are exceeded or undershot, ie, in particular, if the maximum permissible pump voltage U p o is exceeded or is undershot with a correspondingly opposite sign (see also FIG. 4, reference numeral 404) ).
- test 325 indicates that the stated condition is met, then the Nernst voltage regulator is at least temporarily disabled 330 and a named protection function is activated 335.
- the protection function is to set pumping current I p to zero.
- another suitable current can be selected which is suitable for effectively preventing the destruction of the lambda probe. Otherwise, jump back to step 320 again.
- the pumping voltage U p o or the corresponding value of U p will briefly return to the permissible range within the specified threshold values (see also FIG. 4, reference numeral 410).
- the protective function is then at least temporarily active.
- the determined value of the no-current pump voltage (UpO) becomes the upper first one
- Threshold 305 and / or compared to the lower second threshold 310 If test 340 indicates that the first threshold 305 and / or the second threshold 310 (see also FIG. 4, reference numeral 407) are dependent on the current, non-energized pump voltage U p o
- a counter is started 345. After an adjustable number of clocks, the previously deactivated 330
- the selection of which of the two pump voltages is used can be made flexibly by means of a register implemented in the ASIC for this purpose.
- the protective function against too high a pump voltage can also be used correspondingly for regulated, single-cell lambda probes.
- said electrochemical cell functionally represents both the pump cell and the Nernst cell.
- the method described can also be realized in the form of a control program for an electronic control unit for controlling an internal combustion engine or in the form of one or more corresponding electronic control units (ECUs).
- the described circuit arrangement can be realized in the form of a named, ASIC-based control unit or else constructed from discrete components in a control unit of an internal combustion engine.
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Abstract
The invention relates to a method for operating a closed-loop controlled broadband oxygen sensor in order to determine the oxygen concentration in the exhaust gas of an internal combustion engine operated with a fuel-air mixture, wherein the broadband oxygen sensor has a Nernst cell (110) and a pump cell (120), wherein a pump voltage (Up) or a pump current (Ip) is applied at the pump cell (120), and is adjusted depending on a Nernst voltage (Un) corresponding to the oxygen concentration in the exhaust gas and drawn off at the Nernst cell (110) and using a pumping current closed-loop controller controlling the pump current (Ip), and wherein, according to the invention: current values of the pump voltage (Up) with pump current applied at the pump cell (120) and the internal resistance (Ria) of the pump cell (120) are determined (300); a value of the pump voltage (UpO) without pump current applied is calculated (302) from the determined values of the pump voltage (Up) with pump current applied and the internal resistance (Ria) of the pump cell (120); the calculated (302) value of the pump voltage (UpO) without the pump current applied is compared (325) at least with a first threshold value (305) of the pump voltage (UpO) without the pump current applied for an operating state of the internal combustion engine with a rich fuel-air mixture and/or with a second threshold value of the pump voltage (UpO) without the pump current applied for an operating state of the internal combustion engine with a lean fuel-air mixture; and, if the first threshold value (305) is exceeded and/or if the value falls below the second threshold value of the pump voltage (UpO) without the pump current applied, a protective function is activated (335) for protecting the broadband oxygen sensor against an excessively high pump voltage (Up).
Description
Beschreibung description
Titel title
Verfahren zum geschützten Betrieb einer geregelten Breitband-Lambdasonde Method for the protected operation of a regulated broadband lambda probe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer geregelten Breitband- Lambdasonde gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. The invention relates to a method for operating a regulated broadband lambda probe according to the preamble of independent claim 1.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm, ein maschinenlesbarer Datenträger zur Speicherung des Computerprogramms und ein elektronisches Steuergerät, mittels derer das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist. The present invention also relates to a computer program, a machine-readable data carrier for storing the computer program and an electronic control unit, by means of which the method according to the invention can be carried out.
Stand der Technik State of the art
Breitband-Lambdasonden zur Bestimmung der Konzentration von Broadband lambda probes to determine the concentration of
Gaskomponenten z.B. im Abgas einer Brennkraftmaschine sind vielfach bekannt geworden und weisen einen aus Festelektrolytschichten zusammengesetzten, keramischen Sondenkörper auf, in dessen dem Messgas ausgesetzten Gas components e.g. In the exhaust gas of an internal combustion engine are widely known and have a composite of solid electrolyte layers, ceramic probe body, in which exposed to the sample gas
Körperendabschnitt gassensitive Elektroden sowie ein(e) unterhalb der Body end section gas sensitive electrodes and a (e) below the
Elektrodenanordnung liegende elektrische Widerstandsheizung bzw. -heizer angeordnet sind. Die Elektrodenanordnung umfasst eine Nernst- oder Electrode arrangement lying electrical resistance heater or heater are arranged. The electrode assembly comprises a Nernst or
Messelektrode und eine Referenzelektrode, die mit dem Festelektrolyten eine elektrochemische Nernstzelle bilden. Die Referenzelektrode ist in einem mit einem Referenzgas, z.B. Luft, beaufschlagten Referenzgaskanal angeordnet. Measuring electrode and a reference electrode, which form an electrochemical Nernst cell with the solid electrolyte. The reference electrode is in one with a reference gas, e.g. Air, acted upon reference gas channel arranged.
Aus der DE 10 201 1 007 068 A1 geht ein Verfahren zum Betreiben einer Breitband-Lambdasonde für die Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Abgas einer mit einem Kraftstoff/Luft-Gemisch betriebenen Brennkraftmaschine hervor. Die Breitband-Lambdasonde weist eine Nernstzelle und eine Pumpzelle auf, wobei an die Pumpzelle eine Pumpspannung angelegt wird, die abhängig von einer der Sauerstoffkonzentration im Abgas entsprechenden, an der Nernstzelle DE 10 201 1 007 068 A1 discloses a method for operating a broadband lambda probe for determining the oxygen concentration in the exhaust gas of an internal combustion engine operated with a fuel / air mixture. The broadband lambda probe has a Nernst cell and a pumping cell, wherein a pumping voltage is applied to the pumping cell which, depending on one of the oxygen concentration in the exhaust gas, corresponds to the Nernst cell
abgenommenen Nernstspannung mit Hilfe eines Pumpstromreglers eingestellt wird. Dabei wird die Pumpspannung bei temporär abgeschaltetem Pumpstrom gemessen und mit einem vorgegebenen maximalen Schwellenwert verglichen. Bei Überschreiten des Schwellenwertes wird der Pumpstromregler deaktiviert und es wird entweder der Pumpstrom abgestellt oder der Pumpstrom mittels
eines separaten Reglers so geregelt, dass die Pumpspannung innerhalb vorgebbarer Grenzen liegt. removed Nernst voltage is adjusted by means of a pumping current regulator. The pump voltage is measured at temporarily switched off pumping current and compared with a predetermined maximum threshold. When the threshold value is exceeded, the pumping current regulator is deactivated and either the pumping current is switched off or the pumping current is switched off by means of a separate controller regulated so that the pump voltage is within predeterminable limits.
Eine solche Breitband-Lambdasonde mit einer entsprechenden Nernstzelle und einer Pumpzelle wird durch den Pumpstrom auf ihren jeweiligen Sollwert der Nernstspannung UnO bzw. Un geregelt. Der Spannungswert UnO entspricht dabei einer unbestromten Messung, wohingegen der Spannungswert Un einer bestromten Messung entspricht. Bei der genannten Regelung ist insbesondere zu beachten, dass die Pumpspannung UpO bzw. Up einen bestimmten Such a broadband lambda probe with a corresponding Nernst cell and a pumping cell is regulated by the pumping current to its respective desired value of the Nernst voltage UnO or Un. The voltage value UnO corresponds to an unpowered measurement, whereas the voltage value Un corresponds to an energized measurement. In the case of the aforementioned regulation, it should be noted in particular that the pumping voltage UpO or Up has a certain value
Schwellenwert nicht überschreitet, da die Sonde sonst zerstört wird. Denn bei einer zu hohen Pumpspannung kann es bekanntermaßen zu einer sogenannten Schwarzfärbung ("Blackening") der Sonde kommen. Threshold, otherwise the probe will be destroyed. Because at too high a pumping voltage, it is known to come to a so-called blackening ("blackening") of the probe.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die Erfindung schlägt ein Verfahren zum Schutz einer geregelten Breitband- Lambdasonde vor einer zu hohen Pumpspannung vor, bei dem die an einer genannten Pumpzelle anliegende, unbestromte Pumpspannung insbesondere unter Berücksichtigung des elektrischen bzw. ohmschen (inneren) Widerstandes der Pumpzelle ermittelt wird. The invention proposes a method for protecting a regulated broadband lambda probe from excessively high pumping voltage, in which the non-energized pumping voltage applied to a pumping cell is determined taking into account in particular the electrical or ohmic (internal) resistance of the pumping cell.
Dem vorgeschlagenen Verfahren liegt der Gedanke zugrunde, dass es bei heutigen zum Betrieb solcher Lambdasonden eingesetzten Steuergeräten bzw. entsprechenden ASICs bzw. Microcontrollern (pCs) zwar Betriebsphasen der Lambdasonde gibt, in denen die Pumpzelle nicht bestromt wird. In einer solchen Betriebssituation kann der Wert der unbestromten Pumpspannung UpO mit relativ geringem Aufwand ermittelt bzw. direkt gemessen werden. The proposed method is based on the idea that there are operating phases of the lambda probe in the control units or corresponding ASICs or microcontrollers (pCs) used today for operating such lambda probes, in which the pump cell is not energized. In such an operating situation, the value of the non-energized pump voltage UpO can be determined with relatively little effort or measured directly.
Jedoch wird bei derzeit noch in der Entwicklung befindlichen, zukünftigen Steuergeräten bzw. ASICs/pCs die Pumpzelle kontinuierlich bestromt. Dabei besteht keine Möglichkeit, die für eine genannte Schutzfunktion notwendige, unbestromte Pumpspannung UpO mit geringem Aufwand direkt zu messen.However, the pump cell is continuously supplied with current, future control devices or ASICs / pCs still under development. There is no way to directly measure the required for a protective function, no-current pumping voltage UpO with little effort.
Daher muss der genannte Wert UpO der unbestromten Pumpspannung auf einem anderen Weg ermittelt werden. Therefore, the above-mentioned value UpO of the unpowered pump voltage must be determined in a different way.
Für eingangs genannte mögliche Schädigungen der Lambdasonde ist zudem die elektrische Polarisierung der Sonde ausschlaggebend. Diese Polarisierung wird
insbesondere im Wesentlichen durch die unbestromte Pumpspannung UpO bestimmt bzw. charakterisiert. For the above-mentioned possible damage to the lambda probe also the electrical polarization of the probe is crucial. This polarization will in particular essentially determined or characterized by the non-energized pump voltage UpO.
Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren werden momentane Werte der bestromten Pumpspannung Up sowie des Innenwiderstandes Ria der Pumpzelle ermittelt bzw. gemessen. Die Bestimmung des Innenwiderstandes Ria kann z.B. über eine Spannungsmessung und eine Berechnung im pC des Steuergerätes erfolgen. Denn der Wert der Pumpstrom Ip liegt als Stellgröße des According to the proposed method, instantaneous values of the energized pump voltage Up and the internal resistance Ria of the pump cell are determined or measured. The determination of the internal resistance Ria may e.g. via a voltage measurement and a calculation in the pC of the control unit. Because the value of the pumping current Ip is the manipulated variable of the
Nernstspannungsreglers vor. Der Innenwiderstand Ria der Pumpzelle kann durch Erfassung einer durch eine Stromänderung an der Pumpzelle hervorgerufenen Spannungsänderung ermittelt werden. Dabei können vorgebbare Strompulse mit einem parametrisierbaren Zeitablauf (timing) an der Pumpzelle angelegt bzw. auf die Pumpzelle aufgeprägt werden. Nernstspannungsreglers ago. The internal resistance Ria of the pumping cell can be determined by detecting a change in voltage caused by a current change at the pumping cell. Predeterminable current pulses can be applied to the pump cell with a parameterizable timing (timing) or impressed on the pump cell.
Der Wert der unbestromten Pumpspannung UpO kann aus den genannten Größen, insbesondere aus der bestromten Pumpspannung Up, gemäß der Gleichung The value of the non-energized pump voltage UpO can be determined from the variables mentioned, in particular from the pumped-up pumping voltage Up, according to the equation
UpO = Up - Ria * Ip berechnet werden. UpO = Up - Ria * Ip are calculated.
Bei dem Verfahren ist generell vorgesehen, dass der so berechnete Wert UpO der unbestromten Pumpspannung als für die genannte Schutzfunktion zu überwachende Spannung zugrunde gelegt wird. So kann erst beim In the method, it is generally provided that the thus calculated value UpO of the currentless pumping voltage is used as the voltage to be monitored for the said protective function. So only at
Überschreiten eines empirisch vorgebbaren Schwellenwertes Up0_Schw für die Pumpspannung UpO die Schutzfunktion aktiviert bzw. gestartet werden. If an empirically predeterminable threshold value Up0_Schw for the pump voltage UpO is exceeded, the protective function is activated or started.
Das vorgeschlagene Verfahren zum Betreiben einer geregelten Breitband- Lambdasonde für die Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Abgas einer mit einem Kraftstoff-Luftgemisch betriebenen Brennkraftmaschine, wobei die Breitband-Lambdasonde eine Nernstzelle und eine Pumpzelle aufweist und wobei an die Pumpzelle eine Pumpspannung (Up) oder ein Pumpstrom (Ip) angelegt wird, die abhängig von einer der Sauerstoffkonzentration im Abgas entsprechenden, an der Nernstzelle abgenommenen Nernstspannung (Un) mit Hilfe den Pumpstrom (Ip) regelnden Pumpstromreglers eingestellt wird, sieht insbesondere vor,
dass momentane Werte der an die Pumpzelle angelegten, bestromten Pumpspannung (Up) und des Innenwiderstandes (Ria) der Pumpzelle ermittelt werden, dass aus den ermittelten Werten der bestromten Pumpspannung (Up) und des Innenwiderstandes (Ria) der Pumpzelle ein Wert der unbestromten Pumpspannung (UpO) berechnet wird, dass der berechnete Wert der unbestromten Pumpspannung (UpO) wenigstens mit einem ersten Schwellenwert der unbestromten The proposed method for operating a controlled broadband lambda probe for determining the oxygen concentration in the exhaust gas of an internal combustion engine operated with a fuel-air mixture, wherein the broadband lambda probe has a Nernst cell and a pumping cell and wherein the pumping cell, a pumping voltage (Up) or a pumping current (Ip) is applied, which is set as a function of a Nernst voltage (Un), which is taken from the oxygen concentration in the exhaust gas and removed at the Nernst cell, by means of the pump current regulator regulating the pump current (Ip). in that instantaneous values of the energized pumping voltage (Up) and the internal resistance (Ria) of the pumping cell applied to the pumping cell are determined from the values determined for the pumped voltage (Up) and the internal resistance (Ria) of the pumping cell being a value of the unpowered pumping voltage ( UpO) is calculated such that the calculated value of the de-energized pumping voltage (UpO) at least with a first threshold value of the de-energized
Pumpspannung (UpO) für einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit einem fetten Kraftstoff-Luftgemisch und/oder mit einem zweiten Schwellenwert der unbestromten Pumpspannung (UpO) für einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit einem mageren Kraftstoff- Luftgemisch verglichen wird, und dass beim Überschreiten des ersten Schwellenwertes und/oder beim Unterschreiten des zweiten Schwellenwertes der unbestromten Pump voltage (UpO) for an operating condition of the internal combustion engine with a rich fuel-air mixture and / or with a second threshold of the de-energized pumping voltage (UpO) for an operating condition of the internal combustion engine with a lean fuel-air mixture is compared, and that when exceeding the first threshold value and / or falls below the second threshold of the de-energized
Pumpspannung (UpO) eine Schutzfunktion zum Schutz der Breitband- Lambdasonde vor einer zu hohen Pumpspannung (Up) aktiviert wird. Pump voltage (UpO) a protection function to protect the broadband lambda probe from too high a pump voltage (Up) is activated.
Es ist hierbei anzumerken, dass der Vergleich nur mit dem ersten Schwellenwert der unbestromten Pumpspannung (UpO) durch geführt werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann der Vergleich auch mit dem zweiten Schwellenwert erfolgen, wobei anstelle des Überschreitens bevorzugt ein mögliches Unterschreiten geprüft wird und wobei ein entsprechend geändertes Vorzeichen der It should be noted that the comparison can be performed only with the first threshold of the de-energized pumping voltage (UpO). Additionally or alternatively, the comparison can also be made with the second threshold value, wherein instead of exceeding preferably a possible undershooting is checked and wherein a correspondingly changed sign of the
Pumpspannung und des Schwellenwertes zugrundegelegt wird. Pump voltage and the threshold value is based.
Die Verwendung der unbestromten Pumpspannung UpO für die genannte Überwachung hat auch den Vorteil, dass die an dem Innenwiderstand Ria und/oder an dem Zuleitungs- bzw. Kontaktwiderstand abfallenden The use of the unpowered pumping voltage UpO for said monitoring also has the advantage that the voltage dropping across the internal resistance Ria and / or to the supply or contact resistance
Spannungsanteile nicht mehr auftreten bzw. keinen Einfluss auf das Verfahren bzw. die genannten, dem Verfahren zugrunde liegenden Messergebnisse, und damit insbesondere auch auf das Überwachungsergebnis, haben. Voltage components no longer occur or have no effect on the method or the mentioned, the method underlying measurement results, and thus in particular also on the monitoring result.
Es ist allerdings anzumerken, dass mittels des vorgeschlagenen Verfahrens wahlweise entweder die unbestromte Pumpspannung UpO oder die bestromte
Pumpspannung Up für die Schutzfunktion genutzt werden kann. Dabei kann in der oben genannten Gleichung der Wert von Ria = 0 W gesetzt werden. Die Auswahl, welche der beiden Pumpspannungen verwendet wird, kann mittels eines Registers, welches in einem genannten ASIC implementiert ist, erfolgen. It should be noted, however, that by means of the proposed method either either the no-current pumping voltage UpO or the energized one Pump voltage Up can be used for the protection function. In this case, the value of Ria = 0 W can be set in the above equation. The selection of which of the two pumping voltages is used may be made by means of a register implemented in a said ASIC.
Darüber hinaus wird durch das vorgeschlagene Verfahren sichergestellt, dass bei einem erneuten Unterschreiten der genannten, für die Lambdasonde schädlichen Pumpspannungsschwelle die Lambda-Regelung automatisch wieder einsetzen kann. In addition, it is ensured by the proposed method that, if the pump voltage threshold mentioned above is again undershot for the lambda probe, the lambda control can be automatically re-established.
Das vorgeschlagene Verfahren kann in einem Steuergerät zur Steuerung einer Breitband-Lambdasonde eines Abgasnachbehandlungssystems einer The proposed method can be used in a control unit for controlling a broadband lambda probe of an exhaust aftertreatment system
Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine eines Internal combustion engine, in particular an internal combustion engine of a
Kraftfahrzeugs mit einem Abgas-Katalysator, bei dem die zu regelnde Größe der Restsauerstoffgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine ist, zur Anwendung kommen. Motor vehicle with an exhaust gas catalyst, in which the size to be controlled, the residual oxygen content in the exhaust gas of the internal combustion engine, are used.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung des The computer program according to the invention is set up to carry out each step of the method, in particular if it runs on a computing device or a control device. It allows the implementation of the
erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne an diesem bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist der maschinenlesbare Datenträger vorgesehen, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein elektronisches Steuergerät wird das inventive method on an electronic control unit, without having to make structural changes to this. For this purpose, the machine-readable data carrier is provided on which the computer program according to the invention is stored. By loading the computer program according to the invention on an electronic control unit is the
erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um eine hier betroffene Breitband-Lambdasonde eines receive electronic control device according to the invention, which is adapted to a broadband lambda probe affected here a
Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu betreiben. To operate the exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine by means of the method according to the invention.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention. Brief description of the drawings
Figur 1 zeigt schematisch eine aus dem Stand der Technik bekannte Breitband- Lambdasonde zur Erläuterung ihres Funktionsprinzips. FIG. 1 schematically shows a broadband lambda probe known from the prior art for explaining its operating principle.
Figur 2 zeigt schematisch ein Ersatzschaltbild der in Figur 1 gezeigten FIG. 2 schematically shows an equivalent circuit diagram of that shown in FIG
Breitband-Lambdasonde zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Broadband lambda probe for explaining the method according to the invention.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schutz einer geregelten Breitband-Lambdasonde vor einer zu hohen Pumpspannung anhand eines Flussdiagramms. FIG. 3 shows an exemplary embodiment of the method according to the invention for protecting a regulated broadband lambda probe from too high a pump voltage on the basis of a flow chart.
Figur 4 zeigt ein Messdiagramm, in dem sich bei dem Verfahren gemäß derFIG. 4 shows a measurement diagram in which, in the method according to FIG
Figur 3 typischer Weise ergebende Spannungswerte U und Stromwerte I über der Zeit t dargestellt sind. Figure 3 typically resulting voltage values U and current values I over the time t are shown.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen Description of exemplary embodiments
In der Figur 1 ist schematisch der Aufbau einer hier betroffenen Breitband- Lambdasonde dargestellt. Diese weist eine Nernst-Konzentrationssonde FIG. 1 schematically shows the structure of a broadband lambda probe which is concerned here. This has a Nernst concentration probe
1 10 und eine Sauerstoffpumpzelle 120 auf, wobei die Sauerstoffpumpzelle 120 durch eine äußere Pumpelektrode (APE) 131 und eine innere 1 10 and an oxygen pump cell 120, wherein the oxygen pump cell 120 by an outer pumping electrode (APE) 131 and an inner
Pumpelektrode (I PE) 132 gebildet wird. Pump electrode (I PE) 132 is formed.
Die äußere Pumpelektrode 131 ist dem Abgas A einer (nicht gezeigten) The outer pumping electrode 131 is the exhaust gas A of a (not shown)
Brennkraftmaschine ausgesetzt und die innere, ringförmige Pumpelektrode 132 ist in einem Hohlraum 133 angeordnet, der über einen Kanal 134 und einen Diffusionsspalt, in dem eine Diffusionsbarriere 130 angeordnet ist, mit dem Abgas A verbunden ist. Die Nernstzelle 110 wird durch die innere Pumpelektrode 132 und eine Referenzelektrode (RE) 141 , die in einem inneren Internal combustion engine exposed and the inner, annular pumping electrode 132 is disposed in a cavity 133 which is connected via a channel 134 and a diffusion gap, in which a diffusion barrier 130 is disposed, with the exhaust gas A. The Nernst cell 110 is defined by the inner pump electrode 132 and a reference electrode (RE) 141, which in an inner
Referenzluftkanal 140 angeordnet ist, gebildet. Die Sonde wird durch eine Heizung 150, an der eine Heizspannung UH anliegt, auf Betriebstemperatur gebracht. Reference air channel 140 is arranged formed. The probe is brought to operating temperature by a heater 150, at which a heating voltage UH is applied.
Eine Regelschaltung 160, gebildet beispielsweise durch einen A control circuit 160, formed for example by a
Operationsverstärker, an dessen nicht invertierendem Eingang eine
Referenzspannung Uref von insbesondere 450 mV anliegt und an dessen invertierendem Eingang das Ausgangssignal der Referenzelektrode 141 anliegt, erzeugt einen Pumpstrom IR, mit dem die äußere Pumpelektrode 131 Operational amplifier, at whose non-inverting input a Reference voltage U ref of particular 450 mV is applied and at its inverting input, the output signal of the reference electrode 141 is applied, generates a pumping current IR, with which the outer pumping electrode 131
beaufschlagt wird. Die innere Pumpelektrode 132 ist mit Masse verbunden. Der Pumpstrom IP kann mittels Anschlussklemmen 161 , 162 abgegriffen werden. Er bildet ein Maß für die is charged. The inner pumping electrode 132 is connected to ground. The pumping current IP can be tapped by means of connection terminals 161, 162. He forms a measure of the
Sauerstoffkonzentration, wie nachfolgend kurz beschrieben wird. Oxygen concentration, as briefly described below.
An die Pumpzelle 120 wird eine Spannung angelegt. Ist die Spannung bei der vorliegend einzelligen Lambdasonde hoch genug, stellt sich ein„Grenzstrom“ ein, der proportional zum Unterschied der Sauerstoffkonzentration auf beiden Seiten der Sonde ist. Es ist allerdings anzumerken, dass es im Folgenden insbesondere um eine Regelung einer zweizeiligen Lambdasonde mittel der Stellgröße Pumpstrom (Ip) geht. Mit dem (Grenz-)Strom werden To the pumping cell 120, a voltage is applied. If the voltage in the present unicellular lambda probe is high enough, a "limiting current" is established, which is proportional to the difference in the oxygen concentration on both sides of the probe. It should be noted, however, that the following is in particular a regulation of a two-line lambda probe means of the manipulated variable pumping current (Ip). With the (border) current
polaritätsabhängig Sauerstoffatome transportiert. Die Regelschaltung 160 bewirkt, dass der Konzentrationssonde 1 10 von der Pumpzelle 120 über den engen Diffusionsspalt und die Diffusionsbarriere 130 immer genau so viel Sauerstoff aus dem Abgas A zugeführt wird, dass an ihr der Zustand Lambda = 1 herrscht. Bei Luftüberschuss im Abgas (Magerbereich) wird Sauerstoff abgepumpt. Bei geringem Restsauerstoffgehalt des Abgases (fetter Bereich) wird durch Umkehrung der Pumpspannung Sauerstoff zugeführt. Der Pumpstrom, der über die Klemmen 161 , 162 abgreifbar ist, bildet das Ausgangssignal. Er stellt ein Maß der Sauerstoffkonzentration und damit des Lambdawertes dar. Diese Pumpstromregelung wird nachfolgend kurz als„Pumpstromregler“ bezeichnet. Mittels dieses Pumpstromreglers wird die Pumpspannung Up auf die polarity dependent transported oxygen atoms. The control circuit 160 causes the concentration probe 1 10 from the pumping cell 120 via the narrow diffusion gap and the diffusion barrier 130 always exactly as much oxygen is supplied from the exhaust gas A, that at her the state lambda = 1 prevails. With excess air in the exhaust gas (lean area), oxygen is pumped out. At low residual oxygen content of the exhaust gas (rich area), oxygen is supplied by reversing the pumping voltage. The pumping current, which can be picked off via the terminals 161, 162, forms the output signal. It represents a measure of the oxygen concentration and thus of the lambda value. This pumping current regulation is referred to below as "pumping current regulator" for short. By means of this pump current regulator, the pump voltage Up on the
Nernstspannung Un, die der Referenzspannung entspricht, eingeregelt. Nernst voltage U n , which corresponds to the reference voltage regulated.
In der Figur 2 ist schematisch das Ersatzschaltbild der Breitband-Lambdasonde dargestellt. Die Breitband-Lambdasonde umfasst den Innenwiderstand R,e 220 und eine fiktive Spannungsquelle 221 , die die Nernstspannung Uno bereitstellt.FIG. 2 schematically shows the equivalent circuit diagram of the broadband lambda probe. The broadband lambda probe includes the internal resistance R, e 220 and a fictitious voltage source 221 that provides the Nernst voltage U n o.
Die Pumpzelle wird durch eine fiktive Spannungsquelle 231 , die die The pump cell is replaced by a fictitious voltage source 231, which is the
Pumpspannung Upo bereitstellt, und einen Innenwiderstand R,a 230 gebildet. Pumping voltage Upo provides, and an internal resistance R, a 230 formed.
Zwischen der äußeren Pumpelektrode APE, in Fig. 1 mit Bezugszeichen 131 versehen, und der inneren Pumpelektrode IPE, in Fig. 1 mit Bezugszeichen 132 versehen, fällt die Pumpspannung Up ab. Zwischen der inneren Pumpelektrode IPE und der Referenzelektrode RE, in Fig. 1 mit Bezugszeichen 141 versehen,
fällt die Nernstspannung Un ab. Über entsprechende Klemmen sind die äußere Pumpelektrode APE und die innere Pumpelektrode IPE und die Between the outer pumping electrode APE, provided with reference numeral 131 in FIG. 1, and the inner pumping electrode IPE, provided with reference numeral 132 in FIG. 1, the pumping voltage U p drops. Between the inner pumping electrode IPE and the reference electrode RE, provided with reference numeral 141 in FIG. 1, the Nernst voltage U n drops. By appropriate terminals, the outer pumping electrode APE and the inner pumping electrode IPE and the
Referenzelektrode RE mit einer eine Auswerteelektronik aufweisenden Reference electrode RE with an evaluation having
Schaltungseinheit 270 verbunden. Circuit unit 270 connected.
Die Breitband-Lambdasonde wird mittels des Pumpstromreglers auf ihren Sollwert, die Nernstspannung Un, geregelt. Der hierfür notwendige Pumpstrom IP erzeugt eine Pumpspannung Up, die innerhalb zweier, nachfolgend noch eingehender beschriebener Schwellenwerte, auf die weiter unten noch eingegangen wird, liegen muss, um die Sonde nicht durch eine zu große The broadband lambda probe is regulated by means of the pumping current regulator to its nominal value, the Nernst voltage U n . The pumping current I P required for this purpose generates a pumping voltage U P which must be within two threshold values, which are described below in more detail, which will be discussed below, so as not to cause the probe to become too large
Pumpspannung zu zerstören. Diese beiden Schwellenwerte betreffen einen bevorzugt oberen ersten Schwellenwert der unbestromten Pumpspannung (UpO) für einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit einem relativ fetten Kraftstoff-Luftgemisch und/oder einen bevorzugt unteren zweiten Schwellenwert der unbestromten Pumpspannung (UpO) für einen Betriebszustand der Destroying pumping voltage. These two threshold values relate to a preferably upper first threshold value of the de-energized pumping voltage (UpO) for an operating state of the internal combustion engine with a relatively rich fuel-air mixture and / or a preferably lower second threshold value of the de-energized pumping voltage (UpO) for an operating state of the engine
Brennkraftmaschine mit einem relativ mageren Kraftstoff-Luftgemisch. Internal combustion engine with a relatively lean fuel-air mixture.
Das nachfolgend anhand der Figur 3 beschriebene, erfindungsgemäße The invention described below with reference to FIG 3, according to the invention
Verfahren zum Schutz der geregelten Breitband-Lambdasonde vor einer zu hohen Pumpspannung geht nun von einer gemessenen 300, bestromten Pumpspannung Up aus, legt aber die unbestromte Pumpspannung Upo als Entscheidungsgröße für die eingangs genannte Schutzfunktion zugrunde. A method for protecting the regulated broadband lambda probe against excessively high pumping voltage now starts from a measured, pumped voltage U p which has been energized 300, but applies the non-energized pumping voltage U p o as a decision variable for the protective function mentioned at the outset.
Ein geeigneter Zeitraum bzw. Zeitpunkt, um die bestromte Pumpspannung Up in an sich bekannter Weise zu messen, ist der in der Figur 4 gezeigte Zeitraum mit voreingestelltem Pumpstrom lp (siehe z.B. das in Figur 4 gezeigte Signal mit dem Bezugszeichen 402). Es ist anzumerken, dass der Pumpstrom lp durch den Nernstspannungsregler, gemäß einer vorliegenden Regeldifferenz, berechnet wird. Diese Berechnung kann sowohl in einem Mikrocontroller (pC) als auch in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) durchgeführt werden. A suitable period or point in time to measure the current-fed pumping voltage U p in a manner known per se is the period of time shown in FIG. 4 with preset pumping current I p (see, for example, the signal shown by reference numeral 402 in FIG. 4). It should be noted that the pumping current I p is calculated by the Nernstspannungsregler, according to a present control difference. This calculation can be performed both in a microcontroller (pC) and in an application-specific integrated circuit (ASIC).
Aus den so vorliegenden Größen, und zwar dem voreingestellten Wert des Pumpstroms IP, dem wie oben beschrieben gemessenen Wert der bestromten Pumpspannung UP sowie dem bei angenommener, konstanter Temperatur Ti = const. als im Wesentlichen konstant anzunehmenden Wertes des From the variables thus present, namely the preset value of the pumping current IP, the value of the energized pumping voltage UP measured as described above, and the assumption of a constant temperature Ti = const. as a substantially constant value of the
Innenwiderstandes R,a der Lambdasonde (im Wesentlichen gleich dem
ohmschen Widerstand der Pumpzelle), wird anhand der folgenden Gleichung die Pumpspannung Upo für den unbestromten Fall aus der gemessenen Internal resistance R, a of the lambda probe (substantially equal to the ohmic resistance of the pump cell), the pump voltage U p o for the de-energized case is measured from the following equation
Pumpspannung Up für den bestromten Fall mittels des pCs berechnet 302: Pump voltage U p for the energized case calculated by the pCs 302:
UpO = Up - Ria * lp . UpO = Up - Ria * lp.
Es ist hierbei anzumerken, dass in dem gezeigten Ausführungsbeispiel (siehe auch Figur 4) die Temperatur der Lambdasonde konstant ist. Diese Bedingung muss aber im realen Betrieb, z.B. in einer Aufheizphase der Lambdasonde, nicht erfüllt sein. Die Temperatur kann z.B. mit einer Messfrequenz von mehr als 10 Hz bestimmt und nachgeregelt werden. Ferner ist anzumerken, dass der in der Gleichung enthaltene Innenwiderstand Ra über den Spannungsabfall zwischen der äußeren Pumpelektrode (APE) und der inneren Pumpelektrode (I PE) der Lambdasonde mittels des pCs berechnet werden kann. It should be noted here that in the exemplary embodiment shown (see also FIG. 4), the temperature of the lambda probe is constant. However, this condition does not have to be met in real operation, for example in a heating phase of the lambda probe. The temperature can be determined and readjusted with a measuring frequency of more than 10 Hz, for example. It should also be noted that the internal resistance R a contained in the equation can be calculated by means of the pCs via the voltage drop between the outer pumping electrode (APE) and the inner pumping electrode (I PE) of the lambda probe.
Die genannten Schwellenwerte für die bestromte Pumpspannung Up werden empirisch bestimmt bzw. vorgegeben. Konkret werden entsprechende Werte in dem Steuergerät 271 in ein Register 270 geschrieben. Dabei sind für die beiden Betriebsbereiche„fett“ bzw.„mager“ getrennte Schwellenwerte einstellbar. Die beiden Betriebsbereiche sind zudem mit einem jeweils einstellbaren The mentioned threshold values for the energized pump voltage U p are determined or predetermined empirically. Concretely, corresponding values in the controller 271 are written in a register 270. Separate threshold values can be set for the two operating ranges "rich" and "lean". The two operating areas are also each with an adjustable
Hystereseverhalten (siehe z.B. Figur 4, Bezugszeichen 420) voreingestellt. Hysteresis behavior (see, e.g., Figure 4, reference numeral 420).
Die Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum gesicherten Betreiben einer geregelten Breitband-Lambdasonde. Die sich bei dem Verfahren typischer Weise ergebenden Spannungs- und Stromwerte sind in der Figur 4 veranschaulicht. FIG. 3 shows an exemplary embodiment of the method according to the invention for the secure operation of a regulated broadband lambda probe. The voltage and current values typically resulting from the method are illustrated in FIG.
Die Breitband-Lambdasonde wird zunächst bekanntermaßen mittels des Nernstspannungs-Reglers auf ihren Sollwert, die sog.„Nernstspannung“, geregelt 304. Der für diese Regelung erforderliche Pumpstrom lp erzeugt eine bestromte Pumpspannung Up. Aus der bestromten Pumpspannung Up wird anhand der oben genannten Gleichung ein entsprechender Wert der The broadband lambda probe is first, as is known, regulated 304 by means of the Nernst voltage regulator to its nominal value, the so-called "Nernst voltage". The pumping current I p required for this regulation generates a current-fed pumping voltage U p . From the current pumped voltage U p is based on the above equation, a corresponding value of
unbestromten Pumpspannung Upo berechnet. de-energized pumping voltage U p o calculated.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die unbestromte Pumpspannung Upo in einem Spannungsbereich zwischen zwei vorgebbaren Schwellenwerten
305, 310 begrenzt, um die Lambdasonde nicht durch eine zu hohe In the present exemplary embodiment, the non-energized pump voltage U p o is in a voltage range between two predefinable threshold values 305, 310 limited to the lambda probe not by a high
Pumpspannung Upo zu zerstören. Pumping voltage U p o destroy.
Die Begrenzung der Pumpspannung Upo auch zu geringen Spannungswerten hin, d.h. innerhalb eines genannten Spannungsbereichs, erfolgt deswegen, da insbesondere auch relativ niedrige Spannungswerte von Upo zu einer Schädigung der Lambdasonde führen würden. The limitation of the pump voltage U p o also to low voltage values, ie within a specified voltage range, occurs because, in particular, relatively low voltage values of U p o would lead to damage to the lambda probe.
Es ist ferner anzumerken, dass die beiden Schwellenwerte 305, 310 für die für den sicheren Betrieb der Lambdasonde maximal zulässige Pumpspannung Upo für die beiden Betriebsbereiche einer Brennkraftmaschine, nämlich für den „Fettbetrieb“ und für den "Magerbetrieb", bevorzugt separat einstellbar sind. It should also be noted that the two threshold values 305, 310 for the maximum permissible pump voltage U p o for the safe operation of the lambda probe for the two operating ranges of an internal combustion engine, namely for the "rich operation" and for the "lean operation", are preferably separately adjustable ,
In Schritt 304 wird durch den Regler ein vorgebbarer Wert des an sich variabel einstellbaren Pumpstroms lp (in Figur 4 siehe Bezugszeichen 402) eingestellt. In Schritt 320 wird der sich dadurch ergebende, momentane Wert der unbestromten Pumpspannung Upo (in Figur 4 siehe Bezugszeichen 400) in der genannten Weise ermittelt. Daraufhin wird zunächst geprüft 325, ob die beiden In step 304, a predeterminable value of the per se variably adjustable pump current I p (in reference numeral 402) is set by the controller. In step 320, the resulting instantaneous value of the de-energized pumping voltage U p o (see reference numeral 400 in FIG. 4) is determined in the manner mentioned. Then it is first checked 325, whether the two
Schwellenwerte 305, 310 (siehe auch Figur 4, Bezugszeichen 403 für den oberen Schwellenwert) überschritten bzw. unterschritten werden, d.h. ob insbesondere die maximal zulässige Pumpspannung Upo überschritten bzw. mit entsprechend umgekehrtem Vorzeichen unterschritten wird (siehe auch Figur 4, Bezugszeichen 404). Threshold values 305, 310 (see also FIG. 4, reference numeral 403 for the upper threshold value) are exceeded or undershot, ie, in particular, if the maximum permissible pump voltage U p o is exceeded or is undershot with a correspondingly opposite sign (see also FIG. 4, reference numeral 404) ).
Ergibt die Prüfung 325, dass die genannte Bedingung erfüllt ist, dann wird der Nernstspannungs-Regler zumindest vorübergehend deaktiviert 330 und eine genannte Schutzfunktion aktiviert 335. In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Schutzfunktion darin, dass der Pumpstrom lp zu Null gesetzt wird. Es kann allerdings auch ein anderer geeigneter Strom gewählt werden, der geeignet ist, um die Zerstörung der Lambdasonde wirksam zu verhindern. Andernfalls wird wieder vor den Schritt 320 zurückgesprungen. If test 325 indicates that the stated condition is met, then the Nernst voltage regulator is at least temporarily disabled 330 and a named protection function is activated 335. In this embodiment, the protection function is to set pumping current I p to zero. However, another suitable current can be selected which is suitable for effectively preventing the destruction of the lambda probe. Otherwise, jump back to step 320 again.
Durch die Aktivierung 335 der Schutzfunktion wird die Pumpspannung Upo bzw. der entsprechende Wert von Up relativ kurzzeitig wieder in den zulässigen Bereich innerhalb der genannten Schwellenwerte zu liegen kommen (siehe auch Figur 4, Bezugszeichen 410). In dem in der Figur 4 gezeigten Zeitfenster 412 ist die Schutzfunktion dann zumindest vorübergehend aktiv.
Anhand eines z.B. bei einem nachfolgenden Durchlauf der in der Figur 3 gezeigten Routine durchgeführten weiteren Prüfschritts 340 wird der ermittelte Wert der unbestromten Pumpspannung (UpO) mit dem oberen ersten By activating 335 of the protective function, the pumping voltage U p o or the corresponding value of U p will briefly return to the permissible range within the specified threshold values (see also FIG. 4, reference numeral 410). In the time window 412 shown in FIG. 4, the protective function is then at least temporarily active. On the basis of a further test step 340 performed, for example, in a subsequent run of the routine shown in FIG. 3, the determined value of the no-current pump voltage (UpO) becomes the upper first one
Schwellenwert 305 und/oder mit dem unteren zweiten Schwellenwert 310 verglichen 340. Ergibt die Prüfung 340, dass der erste Schwellenwert 305 und/oder der zweite Schwellenwert 310 (siehe auch Figur 4, Bezugszeichen 407) von der momentan vorliegenden, unbestromten Pumpspannung Upo Threshold 305 and / or compared to the lower second threshold 310. If test 340 indicates that the first threshold 305 and / or the second threshold 310 (see also FIG. 4, reference numeral 407) are dependent on the current, non-energized pump voltage U p o
unterschritten bzw. überschritten wird, dann wird ein Zähler gestartet 345. Nach einer einstellbaren Anzahl von Takten wird der vorher deaktivierte 330 is exceeded or exceeded, then a counter is started 345. After an adjustable number of clocks, the previously deactivated 330
Nernstspannungs-Regler wieder aktiviert 350 (siehe auch Figur 4, Nernstspannungs regulator reactivated 350 (see also Figure 4,
Bezugszeichen 415). Durch diese Vorgehensweise ergibt sich insgesamt das in der Figur 4 zu ersehende, zeitlich nachfolgende Hystereseverhalten 420. Reference numeral 415). As a result of this procedure, the time-dependent hysteresis behavior 420 to be seen in FIG. 4 results overall.
Alternativ zu der beschriebenen Vorgehensweise kann mit dem Verfahren, anstatt der Überwachung der unbestromten Upo, auch die bestromte As an alternative to the procedure described, with the method, instead of monitoring the non-energized U p o, the energized
Pumpspannung Up in entsprechender Weise überwacht werden, indem der Wert von a = 0 W gesetzt wird. Die Auswahl, welche der beiden Pumpspannungen verwendet wird, kann flexibel mittels eines in dem ASIC zu diesem Zweck implementierten Registers erfolgen. Pump voltage U p are monitored in a similar manner by the value of a = 0 W is set. The selection of which of the two pump voltages is used can be made flexibly by means of a register implemented in the ASIC for this purpose.
Auch alternativ kann die Schutzfunktion vor zu hoher Pumpspannung auch bei geregelten, einzelligen Lambdasonden entsprechend angewendet werden. As an alternative, the protective function against too high a pump voltage can also be used correspondingly for regulated, single-cell lambda probes.
Hierbei ist allerdings anzumerken, dass bei einer einzelligen Lambdasonde die genannte elektrochemische Zelle funktionell zugleich die Pumpzelle als auch die Nernstzelle darstellt. It should be noted, however, that in the case of a single-cell lambda probe, said electrochemical cell functionally represents both the pump cell and the Nernst cell.
Das beschriebene Verfahren kann zudem in Form eines Steuerprogramms für ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung einer Brennkraftmaschine oder in Form einer oder mehrerer entsprechender elektronischer Steuereinheiten (ECUs) realisiert werden. Die beschriebene Schaltungsanordnung kann in Form einer genannten, ASIC-basierten Steuereinheit oder auch aus diskreten Bauelementen aufgebaut in einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine realisiert werden.
The method described can also be realized in the form of a control program for an electronic control unit for controlling an internal combustion engine or in the form of one or more corresponding electronic control units (ECUs). The described circuit arrangement can be realized in the form of a named, ASIC-based control unit or else constructed from discrete components in a control unit of an internal combustion engine.
Claims
1. Verfahren zum Betreiben einer geregelten Breitband-Lambdasonde für die Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Abgas einer mit einem 1. A method for operating a controlled broadband lambda probe for the determination of the oxygen concentration in the exhaust one with a
Kraftstoff-Luftgemisch betriebenen Brennkraftmaschine, wobei die Fuel-air mixture operated internal combustion engine, the
Breitband-Lambdasonde eine Nernstzelle (110) und eine Pumpzelle (120) aufweist und wobei an die Pumpzelle (120) eine Pumpspannung (Up) oder ein Pumpstrom (Ip) angelegt wird, die abhängig von einer der Broadband lambda probe has a Nernst cell (110) and a pumping cell (120) and wherein to the pumping cell (120) a pumping voltage (Up) or a pumping current (Ip) is applied, which depends on one of
Sauerstoffkonzentration im Abgas entsprechenden, an der Nernstzelle (1 10) abgenommenen Nernstspannung (Un) mit Hilfe den Pumpstrom (Ip) regelnden Pumpstromreglers eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass momentane Werte der an die Pumpzelle (120) angelegten, bestromten Pumpspannung (Up) und des Innenwiderstandes (Ria) der Pumpzelle (120) ermittelt werden (300), dass aus den ermittelten Werten der bestromten Pumpspannung (Up) und des Innenwiderstandes (Ria) der Pumpzelle (120) ein Wert der unbestromten Pumpspannung (UpO) berechnet wird (302), dass der berechnete (302) Wert der unbestromten Pumpspannung (UpO) wenigstens mit einem ersten Schwellenwert (305) der unbestromten Pumpspannung (UpO) für einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit einem fetten Kraftstoff-Luftgemisch und/oder mit einem zweiten Schwellenwert (310) der unbestromten Pumpspannung (UpO) für einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit einem mageren Kraftstoff- Luftgemisch verglichen wird (325), und dass beim Überschreiten des ersten Schwellenwertes (305) und/oder beim Unterschreiten des zweiten Schwellenwertes (310) der Oxygen concentration in the exhaust gas corresponding to the Nernstzelle (1 10) removed Nernst voltage (Un) using the pump current (Ip) regulating pumping current regulator is set, characterized in that instantaneous values of the pump cell (120) applied, energized pumping voltage (Up) and of the internal resistance (Ria) of the pumping cell (120), it is determined (300) that a value of the unpowered pumping voltage (UpO) is calculated from the determined values of the pumped voltage (Up) and the internal resistance (Ria) of the pumping cell (302) in that the calculated (302) value of the de-energized pumping voltage (UpO) is at least equal to a first threshold value (305) of the de-energized pumping voltage (UpO) for an operating state of the engine with a rich fuel-air mixture and / or with a second threshold value (310). the unpowered pump voltage (UpO) for an operating condition of the internal combustion engine with a lean fuel-air mixture is compared (325), and da ss when exceeding the first threshold value (305) and / or falling below the second threshold value (310)
unbestromten Pumpspannung (UpO) eine Schutzfunktion zum Schutz der Breitband-Lambdasonde vor einer zu hohen Pumpspannung (Up) aktiviert wird (335).
de-energized pump voltage (UpO) a protection function to protect the broadband lambda probe from too high a pump voltage (Up) is activated (335).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass beim 2. The method according to claim 1, characterized in that at
Überschreiten des ersten Schwellenwertes (305) und/oder beim Exceeding the first threshold (305) and / or during
Unterschreiten des zweiten Schwellenwertes (310) der unbestromten Pumpspannung (UpO) ein Nernstspannungsregler deaktiviert wird (330) und die Schutzfunktion aktiviert wird (335). Falling below the second threshold (310) of the de-energized pumping voltage (UpO) a Nernstspannungsregler is deactivated (330) and the protection function is activated (335).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the
Innenwiderstand (Ria) der Pumpzelle (120) durch Erfassung einer durch eine Stromänderung an der Pumpzelle (120) hervorgerufenen Internal resistance (Ria) of the pumping cell (120) by detecting a caused by a change in current at the pumping cell (120)
Spannungsänderung ermittelt wird. Voltage change is determined.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass der Wert der unbestromten Pumpspannung (UpO) gemäß der Gleichung characterized in that the value of the de-energized pumping voltage (UpO) according to the equation
UpO = Up - Ria * Ip berechnet wird (302), in der UpO die unbestromte Pumpspannung, Up die bestromte Pumpspannung, Ria den Innenwiderstand der Pumpzelle (120) und Ip den Pumpstrom bezeichnen. UpO = Up - Ria * Ip is calculated (302), in which UpO the no-current pump voltage, Up the pump voltage applied, Ria the internal resistance of the pump cell (120) and Ip the pump current.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass der ermittelte Wert der unbestromten Pumpspannung (UpO) mit dem ersten Schwellenwert (305) und/oder mit dem zweiten Schwellenwert (310) verglichen wird (340) und dass beim Unterschreiten des ersten Schwellenwertes (305) und/oder beim Überschreiten des zweiten Schwellenwertes (310) ein Zähler gestartet wird (345), wobei nach einer vorgebbaren Anzahl von Takten der vorher deaktivierte (330) in that the determined value of the currentless pumping voltage (UpO) is compared (340) with the first threshold value (305) and / or with the second threshold value (310) and that when the first threshold value (305) is undershot and / or exceeded second threshold (310) a counter is started (345), wherein after a presettable number of cycles the previously deactivated (330)
Nernstspannungsregler wieder aktiviert wird (350). Nernstspannungsregler is reactivated (350).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die 6. The method according to claim 5, characterized in that by the
Deaktivierung (330) und erneute Aktivierung (350) des Deactivation (330) and re-activation (350) of the
Nernstspannungsreglers ein zeitliches Hystereseverhalten (420) der unbestromten Pumpspannung (UpO) und des Pumpstroms (Ip) erzeugt wird. Nernstspannungsreglers a temporal hysteresis behavior (420) of the de-energized pumping voltage (UpO) and the pumping current (Ip) is generated.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass, anstelle der unbestromten Pumpspannung (UpO), die
bestromte Pumpspannung (Up) mit dem ersten Schwellenwert (305) und/oder mit dem zweiten Schwellenwert der bestromten Pumpspannung (Up) verglichen wird (325), wobei in der Gleichung UpO = Up - Ria * Ip der Wert von Ria gleich Null gesetzt wird, und dass beim Überschreiten des ersten und/oder beim Unterschreiten des zweiten Schwellenwertes der bestromten Pumpspannung (Up) die Schutzfunktion aktiviert wird (335). characterized in that, instead of the de-energized pumping voltage (UpO), the energized pump voltage (Up) is compared to the first threshold value (305) and / or to the second threshold value of the pumped current voltage (Up) (325), wherein in the equation UpO = Up - Ria * Ip the value of Ria is set equal to zero , and in that when the first and / or falls below the second threshold of the energized pump voltage (Up), the protective function is activated (335).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl, ob die bestromte Pumpspannung (Up) oder die unbestromte Pumpspannung (UpO) bei dem Vergleich (325) zugrunde gelegt wird, mittels eines in einem elektronischen Steuergerät implementierten Registers erfolgt. 8. The method according to claim 7, characterized in that the selection of whether the energized pump voltage (Up) or the de-energized pump voltage (UpO) in the comparison (325) is based, carried out by means implemented in an electronic control unit register.
9. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen. A computer program configured to perform each step of a method according to any one of claims 1 to 8.
10. Maschinenlesbarer Datenträger, auf welchem ein Computerprogramm 10. Machine readable medium on which a computer program
gemäß Anspruch 9 gespeichert ist. is stored according to claim 9.
1 1. Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, eine Breitband- Lambdasonde insbesondere eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zu betreiben.
1 1. Electronic control device which is adapted to operate a broadband lambda probe, in particular an exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine by means of a method according to one of claims 1 to 8.
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