DE102006053808A1

DE102006053808A1 - Verfahren zur Bestimmung der Temperatur eines Messfühlers

Info

Publication number: DE102006053808A1
Application number: DE102006053808A
Authority: DE
Inventors: Lothar Diehl; Holger Reinshagen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-11-15
Filing date: 2006-11-15
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2026-11-16
Also published as: JP4814996B2; US8201998B2; RU2453834C2; DE102006053808B4; JP2009537839A; EP2092317A1; WO2008058834A1; RU2009122509A; US20090308135A1; CN101535799A; CN101535799B

Abstract

Ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur eines Messfühlers zum Bestimmen einer Sauerstoffkonzentration in Gasgemischen, insbesondere in Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen, wobei eine der Sauerstoffkonzentration entsprechende, von einer Nernst-Messzelle gelieferte Detektionsspannung ausgewertet wird, der Messfühler mittels einer Heizeinrichtung auf eine Betriebstemperatur eingeregelt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Temperaturbereich der Innenwiderstand der Nernst-Messzelle ermittelt wird und aus diesem auf die Temperatur der Nernst-Messzelle geschlossen wird, dass in einem zweiten Temperaturbereich der Innenwiderstand der Heizeinrichtung bestimmt wird und aus diesem auf die Temperatur der Nernst-Messzelle geschlossen wird.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1.
Gegenstand der Erfindung sind auch ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der DE 198 38 456 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Temperaturregelung eines Messfühlers zum Bestimmen einer Sauerstoffkonzentration in Gasgemischen, insbesondere in Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen, bekannt geworden, bei dem eine der Sauerstoffkonzentration entsprechende, von einer Nernst-Messzelle gelieferte Detektionsspannung ausgewertet wird, wobei der Messfühler mittels einer Heizeinrichtung auf eine Betriebstemperatur eingeregelt wird und die aktuelle Betriebstemperatur aus einer Messung eines Wechselstrominnenwiderstands der Nernst-Messzelle ermittelt wird. Um fertigungsbedingte Schwankungen des Widerstandswerts zu eliminieren, wird bei diesem Verfahren bei Inbetriebnahme und/oder Wiederinbetriebnahme des Messfühlers ein Wechselstrominnenwiderstand einer Zuleitung von Elektroden der Nernst-Messzelle ermittelt und der ermittelte aktuelle Wechselstrominnenwiderstand bei der Ermittlung der Betriebstemperatur berücksichtigt. Die Bestimmung der Betriebstemperatur des Messfühlers aufgrund des Innenwiderstands der Nernst-Messzelle ist nur in einem beschränkten Umfang möglich, da die Temperaturkennlinie des Widerstands des den Messfühler bil denden Elektrolyten aufgrund ihres Verlaufs nur in einem begrenzten Temperaturbereich eine präzise Messung zulässt. Darüber hinaus weist diese Kennlinie aufgrund des Zuleitungswiderstands einen variierenden Offset auf. Auch ist die Kennlinie durch drucktechnische Ungenauigkeiten fehlerbehaftet.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Bestimmung der Temperatur eines Messfühlers zum Bestimmen einer Sauerstoffkonzentration in Gasgemischen über einen großen Temperaturbereich mit hoher Präzision möglich ist. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass in einem ersten Temperaturbereich der Innenwiderstand der Nernst-Messzelle ermittelt wird und aus diesem auf die Temperatur der Nernst-Messzelle geschlossen wird, und dass in einem zweiten Temperaturbereich der Innenwiderstand der Heizeinrichtung bestimmt wird und aus diesem auf die Temperatur der Nernst-Messzelle geschlossen wird. Durch die Aufteilung des Betriebsbereichs eines derartigen Messfühlers in mehrere Temperaturbereiche, die so gewählt sind, dass jeweils eine präzise Bestimmung der Temperatur der Nernst-Messzelle möglich ist, wird über den gesamten Betriebsbereich des Messfühlers eine exakte Temperaturbestimmung möglich.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des durch den unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.
So erfolgt vorzugsweise die Bestimmung des Innenwiderstands der Heizeinrichtung und das Schließen aus diesem Innenwiderstand auf die Temperatur der Nernst-Messzelle in dem zweiten Temperaturbereich bei abgeschalteter Heizeinrichtung. Dabei können beispielsweise bei einer getakteten Ansteuerung der Heizeinrichtung immer die Taktzeiten herangezogen werden, in denen die Heizung nicht mit einer Spannung/einem Strom beaufschlagt ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich die beiden Temperaturbereiche nicht überlappen, sondern voneinander getrennt sind. Bevorzugt endet dabei der erste Temperaturbereich unterhalb der Betriebstemperatur des Messfühlers, wohingegen der zweite Temperaturbereich oberhalb der Betriebstemperatur des Messfülhlers beginnt. Dies hat den Vorteil, dass in dem ersten Temperaturbereich, das heißt bei kleineren Temperaturen unterhalb der Betriebstemperatur durch die Messung des Innenwiderstands der Nernst-Messzelle eine sehr präzise Temperaturbestimmung möglich ist, da in diesem Bereich die Temperaturkennlinie des Elektrolytwiderstands eine große Steigung aufweist und sich insoweit mit der Temperatur stark ändert und damit eine hohe Auflösung ermöglicht. Im zweiten Temperaturbereich, der oberhalb des Messfühlers beginnt, wird dagegen die Temperatur des Messfühlers aufgrund einer Bestimmung des Innenwiderstands der Heizeinrichtung ermittelt. Dem liegt die Idee zugrunde, dass die Kennlinie des Innenwiderstands der Heizeinrichtung linear verläuft und auch im Bereich bei höheren Temperaturen eine Steigung aufweist, die eine hinreichend große Auflösung ermöglicht.
Bei einer wiederum anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich die Temperaturbereiche überlappen. In diesem Falle wird die Temperatur der Nernst-Messzelle sowohl aus der Bestimmung des Innenwiderstands der Nernst-Messzelle als auch aus der Bestimmung des Innenwiderstands der Heizeinrichtung ermittelt. Es werden also zwei Messungen mit unterschiedlichen Messverfahren im gleichen Temperaturbereich vorgenommen und auf diese Weise zwei Temperaturwerte erhalten. Dabei wird vorzugsweise der Innenwiderstand der Nernst-Messzelle verwendet, dessen Zuleitungsanteil kompensiert ist, wie in der vorstehend bereits erwähnten DE 198 38 456 A1 , auf die insoweit Bezug genommen wird, erläutert ist. Der zweite Temperaturwert wird zur Plausibilisierung dieses Wertes herangezogen.
Um die Temperaturkennlinie des Innenwiderstands der Heizeinrichtung hinsichtlich ihres Absolutwerts zu kalibrieren, ist bei einer Ausgestaltung des Verfahrens dabei vorgesehen, dass in einem vorgebbaren Temperaturbereich, vorzugsweise unmittelbar unterhalb der Betriebstemperatur des Messfühlers sowohl der Innenwiderstand der Nernst-Messzelle als auch der Widerstand der Heizeinrichtung bestimmt werden und durch Vergleich des Innenwiderstands der Nernst-Messzelle mit dem Widerstand der Heizeinrichtung der Absolutwert der Temperaturkennlinie des Widerstands der Heizeinrichtung kalibriert wird. Die Kalibrierung erfolgt also anders ausgedrückt in einen Temperaturbereich, in dem mittels Bestimmung des Innenwiderstands der Nernst-Zelle eine sehr präzise Temperaturbestimmung möglich ist.
Diese Kalibrierung erfolgt im Neuzustand einmalig, sie wird gespeichert und über die Lebensdauer des Messfühlers verwendet. Insoweit ist es möglich, den aufgrund der Alterung des Innenwiderstands der Nernst-Messzelle hervorgerufenen Fehler zu kompensieren, da hier der Innenwiderstand der Heizeinrichtung bekannt ist.
In dem Temperaturbereich, in dem die Kalibrierung vorgenommen wird, kann zur weiteren Optimierung ferner eine Trennung eines Offset-Fehlers und eines die Kennlinie verfälschenden proportionalen Fehlers dadurch vorgenommen werden, dass durch den Vergleich des Innenwiderstands der eingeschalteten Heizeinrichtung mit dem Innenwiderstand der ausgeschalteten Heizeinrichtung auf das Verhältnis des Mäanderwiderstands der mäanderförmig aufgebrachten Heizeinrichtung zum Zuleitungswiderstand geschlossen werden kann. Auf diese Weise kann der Offset-Fehler von dem proportionalen Fehler getrennt werden und, da der Offset-Fehler durch die Kalibrierung beseitigt ist, kann auch der proportionale Fehler der linearen Kennlinie kompensiert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung durch einen Messfühler, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt;
2a schematisch der Innenwiderstand der Nernst-Zelle über der Temperatur;
2b schematisch der Innenwiderstand der Heizeinrichtung über der Temperatur;
3 schematisch das erfindungsgemäße Verfahren zur Temperaturregelung eines Messfühlers anhand der in einem Schaubild dargestellten Temperaturkennlinien des Widerstands der Nernst-Zelle sowie des Innenwiderstands der Heizeinrichtung;
4 schematisch eine Schaltung zur Erfassung des Innenwiderstands der Heizeinrichtung und
5 schematisch eine weitere Schaltung zur Erfassung des Innenwiderstands der Heizeinrichtung.
Ausführungsformen der Erfindung
In der 1 ist ein Messfühler 10 in einer Schnittdarstellung durch einen Messkopf gezeigt. Der Messfühler 10 ist als planarer Breitband-Messfühler ausgebildet und besteht aus einer Anzahl einzelner, übereinander angeordneter Schichten, die beispielsweise durch Foliengießen, Stanzen, Siebdrucken, Laminieren, Schneiden, Sintern oder dergleichen strukturiert werden können. Auf die Erzielung des Schichtaufbaus soll im Rahmen der vorliegenden Beschreibung nicht näher eingegangen werden, da dies bekannt ist.
Der Messfühler 10 dient der Bestimmung einer Sauerstoffkonzentration in Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen, um ein Steuersignal zur Einstellung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches, mit dem die Verbrennungskraftmaschine betrieben wird, zu erhalten. Der Messfühler 10 besitzt eine Nernst-Messzelle 12 und eine Pumpzelle 14. Die Nernst-Messzelle 12 besitzt eine erste Elektrode 16 und eine zweite Elektrode 18, zwischen denen ein Festelektrolyt 20 angeordnet ist. Die Elektrode 16 ist über eine Diffusionsbarriere 22 dem zu messenden Abgas 24 ausgesetzt. Der Messfühler 10 besitzt eine Messöffnung 26, die mit dem Abgas 24 beaufschlagbar ist. Am Grund der Messöffnung 26 erstreckt sich die Diffusionsbarriere 22, wobei es zur Ausbildung eines Hohlraumes 28 kommt, innerhalb dem die Elektrode 16 angeordnet ist. Die Elektrode 18 der Nernst-Messzelle 12 ist in einem Referenzluftkanal 30 angeordnet und einem in dem Referenzluftkanal 30 anliegenden Referenzgas, beispielsweise Luft, ausgesetzt. Der Festelektrolyt 20 besteht beispielsweise aus yttriumoxidstabilisiertem Zirkoniumoxid, während die Elektrode 16 und 18 beispielsweise aus Platin und Zirkoniumoxid bestehen.
Der Messfühler 10 ist mit einer hier lediglich angedeuteten Schaltungsanordnung 32 verbunden, die der Auswertung von Signalen des Messfühlers 10 und der Ansteuerung des Messfühlers 10 dient. Die Elektroden 16 und 18 sind hierbei mit Eingängen 34 beziehungsweise 36 verbunden, an denen eine Detektionsspannung UD der Nernst-Messzelle 12 anliegt.
Die Pumpzelle 14 besteht aus einer ersten Elektrode 38 sowie einer zweiten Elektrode 40, zwischen denen ein Festelektrolyt 42 angeordnet ist. Der Festelektrolyt 42 besteht wiederum beispielsweise aus einem yttriumoxidstabilisierten Zirkoniumoxid, während die Elektroden 38 und 40 wiederum aus Platin und Zirkoniumoxid bestehen können, Die Elektrode 38 ist ebenfalls in dem Hohlraum 28 angeordnet und somit ebenfalls über die Diffusionsbarriere 22 dem Abgas 24 ausgesetzt. Die Elektrode 40 ist mit einer Schutzschicht 44 überdeckt, die porös ist, sodass die Elektrode 40 dem Abgas 24 direkt ausgesetzt ist. Die Elektrode 40 ist mit einem Eingang 46 der Schaltungsanordnung 32 verbunden, während die Elektrode 38 mit der Elektrode 16 verbunden ist und mit dieser gemeinsam an dem Eingang 34 der Schaltungsanordnung 32 liegt.
Der Messfühler 10 umfasst ferner eine Heizeinrichtung 50, die von einem sogenannten Heizmäander gebildet ist und mit Eingängen 52 und 54 der Schaltungsanordnung 32 verbunden ist. An den Eingängen 52 und 54 ist mittels einer Regelschaltung 56 eine Heizspannung UH anlegbar.
Die Funktion des Messfühlers ist folgende:
Das Abgas 24 liegt über die Messöffnung 26 und die Diffusionsbarriere 22 in dem Hohlraum 28 und somit an den Elektroden 16 der Nernst-Messzelle 12 und der Elektrode 38 der Pumpzelle 14 an. Aufgrund der in dem zu messenden Abgas vorhandenen Sauerstoffkonzentration stellt sich ein Sauerstoffkonzentrationsunterschied zwischen der Elektrode 16 und der dem Referenzgas ausgesetzten Elektrode 18 ein. Über den Anschluss 34 ist die Elektrode 16 mit einer Stromquelle der Schaltungsanordnung 32 verbunden, die einen konstanten Strom liefert. Aufgrund eins vorhandenen Sauerstoffkonzentrationsunterschiedes an den Elektroden 16 und 18 stellt sich eine bestimmte Detektionsspannung (Nernst-Spannung) UD ein. Die Nernst-Messzelle 12 arbeitet hierbei als Lambda-Sonde, die detektiert, ob in dem Abgas 24 eine hohe Sauerstoffkonzentration oder eine niedrige Sauerstoffkonzentration vorhanden ist. Anhand der Sauerstoffkonzentration ist klar, ob es sich bei dem Kraftstoff-Luft-Gemisch, mit dem die Verbrennungskraftmaschine betrieben wird, um ein fettes oder ein mageres Gemisch handelt. Bei einem Wechsel vom fetten in den mageren Bereich oder umgekehrt fällt die Detektionsspannung UD ab beziehungsweise steigt sie an.
Mit Hilfe der Schaltungsanordnung 32 wird die Detektionsspannung UD zum Ermitteln einer Pumpspannung UP eingesetzt, mit der die Pumpzelle 14 zwischen ihren Elektroden 38 beziehungsweise 40 beaufschlagt wird. Je nachdem, ob über die Detektionsspannung UD signalisiert wird, dass sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch im fetten oder im mageren Bereich befindet, ist die Pumpspannung UP negativ oder positiv, sodass die Elektrode 40 entweder als Kathode oder Anode geschaltet ist. Entsprechend stellt sich ein Pumpstrom IP ein, der über eine Messeinrichtung der Schaltungsanordnung 32 messbar ist. Mit Hilfe des Pumpstromes IP werden entweder Sauerstoffionen von der Elektrode 40 zur Elektrode 38 oder umgekehrt gepumpt. Der gemessene Pumpstrom IP dient zur Ansteuerung einer Einrichtung zur Einstellung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, mit dem die Verbrennungskraftmaschine betrieben wird.
Über die Regeleinrichtung 56 ist an die Ausgänge 54 und 52 der Schaltungsanordnung 32 die Heizspannung UH legbar, sodass die Heizeinrichtung 50 zu- beziehungsweise abschaltbar ist. Durch die Heizeinrichtung 50 ist der Messfühler 10 auf eine Betriebstemperatur von über zirka 780°C bringbar. Aufgrund von Geschwindigkeitsschwankungen des Abgases 24 und/oder Temperaturschwankungen des Abgases 24 wird der Messfühler 10 über das Abgas 24 mit einer bestimmten schwankenden Wärmeenergie beaufschlagt. Je nach Aufheizung des Messfühlers 10 über das Abgas 24 ist eine Zu- beziehungsweise Abschaltung der Heizeinrichtung 50 notwendig. Um die aktuelle Betriebstemperatur des Messfühlers 10 zu ermitteln, besitzt die Schaltungsanordnung 32 eine Messschaltung 58, über die ein Wechselstrominnenwiderstand der Nernst-Messzelle 12 inklusive ihrer Zuleitungen zur Schaltungsanordnung 32 messbar ist. Der Wechselstrominnenwiderstand der Nernst-Messzelle 12 ist temperaturabhängig, sodass durch den gemessenen Wechselstrominnenwiderstand der Nernst-Messzelle 12 auf die Betriebstemperatur geschlossen werden kann. In Abhängigkeit von der ermittelten Betriebstemperatur stellt die Messschaltung 58 ein Signal 60 für die Heizungssteuerung 56 bereit.
Die Ermittlung des Wechselstrominnenwiderstands der Nernst-Messzelle 12 ist an sich bekannt und geht beispielsweise aus der DE 198 38 456 , dort Spalte 4, Zeilen 57 bis Spalte 6, Zeile 10 hervor, auf die vorliegend vollinhaltlich Bezug genommen wird. Die Messung über dem Elektrolytwiderstand R_I der Nernst-Messzelle 12 erfolgt unter Ausnutzung des NTC-Effekts.
Aufgrund der Messung dieses Widerstands wird die Temperatur bestimmt und die Heizleistung entsprechend reguliert, sodass die Sonde auf Betriebstemperatur geregelt wird. Sofern die Sonde nicht intern, sondern nur durch das Abgas beheizt wird, kann über die Widerstandsmessung die Umgebungs- bzw. Abgastemperatur bestimmt werden. Diese Messung ist jedoch nur in einem beschränkten Temperaturbereich bis etwa 800°C möglich. Eine Messung oberhalb dieser Temperatur ist nicht ohne Weiteres möglich.
Im Rahmen der Bestimmungen der Umgebungs- beziehungsweise Abgastemperatur sind nun vor allem hohe Temperaturen größer als 800°C von Interesse. Aufgrund des exponentiellen Abfalls verläuft die Widerstandskennlinie über der Temperatur in diesem Temperaturbereich flach, wie in 2a dargestellt ist, wo die Kennlinie des Innenwiderstands der Nernst-Zelle 12 über der Temperatur aufgetragen ist. Darüber hinaus erfährt die Toleranz der Kennlinie 210 eine Aufweitung, weil der nur leicht temperaturabhängige relative Anteil des fertigungsbedingt streuenden Zuleitungswiderstands zunimmt. Aus diesem Grunde ist die Bestimmung hoher Temperaturen basierend auf dem Elektrolytwiderstand der Nernst-Zelle 12 oder auch der Pumpzelle mit einem großen Fehler behaftet.
Im Gegensatz zum Innenwiderstand der Nernst-Zelle 12, also zum Widerstand des Elektrolyten, zeigt der metallische Widerstand der Heizeinrichtung 50 einen in 2b dargestellten linearen und im höheren Temperaturbereich größer 800°C steileren Anstieg mit der Temperatur. Allerdings sind die Innenwiderstände der Heizeinrichtung 50 etwa eine Größenordnung geringer als die Innenwiderstände der Nernst-Zelle 12, sodass ein unbekannter Offset, beispielsweise durch einen Zuleitungswiderstand, zu einem erhöhten Fehler der Korrelation von Innenwiderstand der Heizeinrichtung 50 und Umgebungs- beziehungsweise Abgastemperatur führt. Um einen solchen Messfühler nun in einem großen Temperaturbereich von etwa 500°C bis etwa 1.200°C mit hoher Präzision betreiben zu können, ist nun vorgesehen, in einem ersten Temperaturbereich eine Bestimmung der Temperatur mittels des Innenwiderstands R_i der Nernst-Zelle 12 und in einem zweiten Temperaturbereich eine Bestimmung der Temperatur basierend auf dem Innenwiderstand R_i der Heizeinrichtung vorzunehmen, wie es schematisch in 3 dargestellt ist. In einem ersten, mit I bezeichneten Temperaturbereich, in dem der Innenwiderstand R_i der Nernst-Zelle 12 über der Temperatur einen starken Abfall zeigt, wird die Ermittlung der Temperatur des Messfühlers durch Bestimmung dieses Innenwiderstands ermittelt. In einem zweiten, mit II bezeichneten Temperaturbereich, in dem sich der Innenwiderstand der Nernst-Zelle 12 über der Temperatur nur wenig ändert, erfolgt die Bestimmung der Temperatur des Messfühlers durch Ermittlung des Innenwiderstands der Heizeinrichtung 50.
Es kann auch vorgesehen sein, in dem mit I bezeichneten Bereich zusätzlich eine Bestimmung der Temperatur des Innenwiderstands der Heizeinrichtung 50 vorzunehmen lind den so ermittelten Temperaturwert mit dem Temperaturwert zu vergleichen, der durch Ermittlung des Innenwiderstands der Nernst-Zelle 12 gewonnen wurde. Dabei kann auch der Mittelwert dieser beiden so bestimmten Temperaturen berechnet werden. Das Gleiche gilt in entsprechender Weise für den mit II bezeichneten Bereich. Das Verfahren ermöglicht darüber hinaus auch den Offset der Zuleitungswiderstände, der im Stand der Technik zusätzliche, nicht unkomplizierte Messverfahren erfordert, zu bestimmen und die Temperaturkennlinie des Innenwiderstands der Heizung 50 im laufenden Betrieb oder in der Startphase zu kalibrieren. Durch diese nachfolgend noch näher zu beschreibende Kalibrierung kann die Messung des Innenwiderstands der Heizung 50 mit einer erhöhten Genauigkeit erfolgen. Dies hat folgende Vorteile:

– eine fehlerbehaftete Temperaturkennlinie des Innenwiderstands der Heizung 50 aufgrund drucktechnisch variierender Widerstände der Heizeinrichtung 50 wirken sich nicht aus;
– unbekannte Offsets der Temperaturkennlinie des Innenwiderstands der Heizung 50 aufgrund des variierenden Zuleitungswiderstands werden beseitigt;
– es können zusätzliche Temperatursensoren entfallen;

Die Kalibrierung der Temperaturkennlinie des Innenwiderstands der Heizeinrichtung 50 erfolgt nun derart, dass bei einer Temperatur T_K aufgrund der Temperaturkennlinie 210 des Innenwiderstands der Nernst-Zelle 12 eine präzise Temperaturbestimmung vorgenommen wird. Basierend auf dieser Messung oder mehreren derartiger Messungen wird nun die Kennlinie des Innenwiderstands der Heizeinrichtung 50 hinsichtlich ihres Absolutwerts kalibriert. Bei hohen Temperaturen im Bereich 11 erfolgt die Bestimmung der Temperatur nun anhand der auf diese Weise kalibrierten Temperaturkennlinie des Innenwiderstands der Heizeinrichtung 50.
Die oben erläuterte Temperaturmessung erfolgt bei ausgeschalteter Heizeinrichtung. Bei einem getaktet angesteuerten Heizer erfolgt sie dabei immer in den Zeitintervallen, in denen der Heizer nicht mit einem Strom/einer Spannung beaufschlagt wird.
Die Erfassung kann beispielsweise dann erfolgen, wenn – wie in 4 dargestellt ist – die Heizeinrichtung nicht mit der Batteriespannung U_Bat beaufschlagt ist, sondern durch einen beispielsweise elektronischen Schalter 410 mit einer Messschaltung verbunden ist, die einen Shuntwiderstand R_shunt umfasst, an welchem der über ihm abfallende Spannungsabfall durch ein Voltmeter 420 gemessen und so der Innenwiderstand bestimmt wird. Der Shuntwiderstand R_shunt kann dabei beispielsweise einen Wert von 3 Ohm aufweisen, der eine sehr präzise Widerstandsbestimmung ermöglicht, da im Falle der ausgeschalteten Heizung auch bei einem größeren Shuntwiderstand R_shunt kein durch den Widerstand entstehender Verlust die Leistung der Heizeinrichtung mindert.
Aus einem Vergleich des Innenwiderstands der Heizeinrichtung 50 bei zwei sehr unterschiedlichen Temperaturen des Messfühlers 10 kann auf das Verhältnis des Mäanderwiderstandes zum Zuleitungswiderstand geschlossen werden. Auf diese Weise kann ein dem Heizmäander zuzuordnender Fehler 240 von einem den Zuleitungen zuzuordnenden Fehler 250 (vergleiche 2b) unterschieden werden. Der Widerstand der Heizung wird nämlich durch den Zuleitungs- und Mäanderwiderstand gebildet, wobei vor allem der Mäanderwiderstand eine Abhängigkeit von der Temperatur zeigt. Wird nun der Widerstand bei zwei Temperaturen gemessen, zum Beispiel unmittelbar nach dem Start des Fahrzeugs und zu einer Zeit, während der bereits die Betriebstemperatur des Sensors von 780°C erreicht ist, so kann die Widerstandsänderung der Heizeinrichtung 50 und daraus der Mäanderwiderstand, der proportional zur Widerstandsänderung ist, ermittelt werden. Mit dem Mäanderwiderstand kann aus dem Widerstand der Heizeinrichtung 50 der Anteil der Zuleitungen bestimmt werden. Hierdurch lässt sich auch ein Offsetfehler von einem proportionalen Fehler unterscheiden.
Eine Kompensation des Offsetfehlers und des proportionalen Fehlers kann auch aufgrund von zwei oder mehr Messpunkten bei zwei oder mehr Temperaturen erfolgen. Voraussetzung hierfür ist die oben beschriebene Kalibrierung der Kennlinie 220 an einem Punkt T_K aufgrund der exakten Temperaturbestimmung durch die Temperaturkennlinie 210 des Innenwiderstands der Nernst-Zelle 12.
Eine Messung des Innenwiderstands R_H der Heizeinrichtung 50 kann ferner auch durch eine in 5 schematisch dargestellte Schaltung über einen Shunt erfolgen, der einem stromlosen Ausgang eines Feldeffekttransistors 510 parallelgeschaltet ist. Dieser Shunt R_Shunt2 weist in diesem Falle einen Wert von beispielsweise einem Kiloohm auf. In diesem Falle muss keine Umschaltung zwischen einer eingeschalteten und einer ausgeschalteten Heizung erfolgen.
Das vorstehend beschriebene Verfahren kann beispielsweise als Computerprogramm auf einem Rechengerät, insbesondere einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine implementiert sein und dort ablaufen. Der Programmcode kann auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein, den das Steuergerät lesen kann.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Temperatur eines Messfühlers zum Bestimmen einer Sauerstoffkonzentration in Gasgemischen, insbesondere in Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen, wobei eine der Sauerstoffkonzentration entsprechende, von einer Nernst-Messzelle (12) gelieferte Detektionsspannung ausgewertet wird, der Messfühler mittels einer Heizeinrichtung (50) auf eine Betriebstemperatur eingeregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Temperaturbereich der Innenwiderstand der Nernst-Messzelle (12) ermittelt wird und aus diesem auf die Temperatur der Nernst-Messzelle (12) geschlossen wird, dass in einem zweiten Temperaturbereich der Innenwiderstand der Heizeinrichtung (50) bestimmt wird und aus diesem auf die Temperatur der Nernst-Messzelle (12) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenwiderstand der Heizeinrichtung (50) bestimmt wird während die Heizeinrichtung (50) ausgeschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Temperaturbereich und der zweite Temperaturbereich sich nicht überlappen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Temperaturbereich und der zweite Temperaturbereich sich überlappen.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Temperaturbereich und in dem zweiten Temperaturbereich sowohl der Innenwiderstand der Nernst-Messzelle (12) ermittelt wird und aus diesem auf die Temperatur der Nernst-Messzelle (12) geschlossen wird und gleichzeitig der Innenwiderstand der Heizeinrichtung (50) bestimmt wird und aus diesem auf die Temperatur der Nernst-Messzelle (12) geschlossen wird und dass aufgrund der beiden so bestimmten Temperaturen auf die Temperatur des Messfühlers geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Temperaturbereich unterhalb der Betriebstemperatur des Messfühlers endet und dass der zweite Temperaturbereich oberhalb der Betriebstemperatur des Messfühlers beginnt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vorgebbaren Temperaturbereich vorzugsweise unmittelbar unterhalb der Betriebstemperatur des Messfühlers sowohl der Innenwiderstand der Nernst-Messzelle (12) als auch der Widerstand der Heizeinrichtung (50) bestimmt werden und durch Vergleich des Innenwiderstands der Nernst-Messzelle (12) mit dem Widerstand der Heizeinrichtung (50) der Absolutwert der Temperaturkennlinie des Widerstands der Heizeinrichtung (50) kalibriert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Absolutwert-Kalibrierung im Neuzustand einmalig vorgenommen, gespeichert und über die Lebensdauer des Messfühlers verwendet wird.
Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn das Programm auf einem Computer oder einem Steuergerät ausgeführt wird.