DE102006061565A1

DE102006061565A1 - Sondeneinrichtung mit Anpassungseinrichtung zur Anpassung an Auswerteeinrichtung zur Auswertung eines Sondengrenzstroms

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Publication number: DE102006061565A1
Application number: DE200610061565
Authority: DE
Inventors: Walter Scharf; Thomas Wahl; Stefan Nufer; Martin Lenfers; Markus Schmits; Juergen Nitzsche; Jochen Domscheit; Holger Reinshagen; Henrico Runge; Helge Schichlein; Christoph Bommas; Andreas Thomae; Alexander Hetznecker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-07-03

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Luft-Kraftstoffgemisches einer Brennkraftmaschine mit einer Sondeneinrichtung (100), die dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine ausgesetzt ist, zur Erfassung eines Sauerstoffgehalts (401) des Abgasstroms und zur Ausgabe eines von dem Sauerstoffgehalt (401) abhängigen Sondensignals (402). Eine Auswerteeinrichtung (300) dient der Auswertung des Sondensignals (402) und einer Bereitstellung eines Steuersignals (410) für die Brennkraftmaschine. Zwischen die Sondeneinrichtung (100) und die Auswerteeinrichtung (300) ist eine Anpassungseinrichtung (200) geschaltet, welche eine Spannungsteilereinheit (201) zur Bereitstellung einer Grundpumpspannung (408'), einen Messwiderstand (202) zur Erfassung des Sondenstroms (402) und eine Pumpspannungseinstelleinheit (203) zur Einstellung der Pumpspannung (408) der Sondeneinrichtung (100) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Messung einer Luft-Kraftstoffzusammensetzung eines Betriebsgemisches von Brennkraftmaschinen mit Hilfe einer Abgassonde. Zu diesem Zweck muss die Luft-Kraftstoffzusammensetzung des Betriebsgemisches auf ein bestimmtes Luftverhältnis (im Folgenden als ein Parameter λ bezeichnet) geregelt werden. Zu diesem Zweck muss die Abgassonde einen Sauerstoffpartialdruck in dem Abgas messen, wobei ein dem Sauerstoffpartialdruck proportionales Ausgangssignal erzeugt wird. Die Funktionsfähigkeit, Alterungsbeständigkeit und weitere Eigenschaft einer derartigen Abgasmesssonde hängen sehr stark von einer äußeren Beschaltung ab, so dass einer Auswerteeinrichtung bzw. einer Auswerteschaltung für eine derartige Abgasmesssonde eine große Bedeutung zukommt. Eine Ausführungsform ist die sogenannte Sprungsonde, deren Messprinzip auf der Messung einer elektrochemischen Potenzialdifferenz zwischen einer dem Referenzgas ausgesetzten Referenzelektrode und einer dem zu messenden Gasgemisch ausgesetzten Messelektrode beruht. Alternativ oder zusätzlich zu Sprungsonden kommen auch so genannte Pumpzellen zum Einsatz, bei denen eine elektrische Pumpspannung an zwei über den Festelektrolyten verbundenen Elektroden angelegt wird. Wobei der Pumpstrom durch die Pumpzelle gemessen wird. Eine Kombination aus Sprung- und Grenzstromsonde wird als Zweizeller bezeichnet.
Spezifisch betrifft die vorliegende Erfindung eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Luft-Kraftstoffgemisches einer Brennkraftmaschine, wobei die Schaltungsanordnung eine Sondeneinrichtung, die dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine ausgesetzt ist, zur Erfassung eines Sauergehalts des Abgasstroms und zur Ausgabe eines von dem Sauerstoffgehalt abhängigen Sondensignals aufweist. Ferner ist eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung des Sondensignals und zur Bereitstellung eines Steuersignals für die Brennkraftmaschine zur Verstellung des Luft-Kraftstoffgemisches entsprechend dem gemessenen Sauerstoffgehalt in dem Abgas vorhanden. Eine derartige Auswerteeinrichtung weist im Wesentlichen eine Spannungsversorgungseinheit zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung (Pump- und Heizspannung), eine Grenzstromerfassungseinheit zur Erfassung eines von der Sondeneinrichtung bereitgestellten Sondenstroms und eine Verstärkereinheit zur Verarbeitung des Sondenstroms und zur Ausgabe des Steuersignals aus der Auswerteeinrichtung auf.
Im Fall von Zellen, die mindestens eine Sprungsonde enthalten, wird häufig eine Referenz-Pumpstromerzeugungseinheit zur Bereitstellung eines Referenzpumpstroms für die Sondeneinrichtung bereitgestellt. Für eine Sprungsonde muss im Übrigen eine Vorrichtung zum Messen der Nernstspannung bereitgestellt werden.
STAND DER TECHNIK
In herkömmlicher Weise wird eine Luft-Kraftstoffzusammensetzung des Betriebsgemisches bei Brennkraftmaschinen mit Hilfe einer Sondeneinrichtung gemessen, die den Sauerstoffpartialdruck aus dem Abgas der Brennkraftmaschine erfasst. Im Falle von Sprungsonden weist das Ausgangssignal bei einer sogenannten Luftzahl λ = 1 der Sondeneinrichtung einen Sprung auf, derart, dass dieser Parameter zur Regelung der Luft-Kraftstoffzusammensetzung dieses Betriebsgemisches (stöchiometrische Mischung von Sauerstoff und Kraftstoff) herangezogen werden kann.
Neben den Sprungsonden, die zur Regelung des λ = 1 eingesetzt werden, werden sogenannte Breitbandsonden eingesetzt. Mindestens zwei unterschiedliche Funktionsprinzipien für Breitbandsondeneinrichtungen sind bekannt. Zum Einen finden die oben genannten Zweizeller-Sondeneinrichtungen Verwendung, die aus einer Diffusionsbarriere und einem inneren Hohlraum bestehen, der über eine Nernst-Zelle gegenüber Luft und mit einer Pumpzelle gegenüber dem Abgas verbunden ist. Hierbei wird über die Pumpzelle so viel Sauerstoff aus dem Abgas in den Innenraum zutitriert oder abgepumpt, bis eine sogenannte Nernstspannung auf einen Sollwert von beispielsweise 450 mV geregelt ist und der Innenraum somit einen Lambdawert von λ = 1 aufweist. Dann ist der Sondenstrom proportional zur zeitlich zu- bzw. abgeführten Sauerstoffmenge. Derartige Grenzstromsonden erlauben im Allgemeinen das Regeln einer Verbrennung eines Kraftstoff-Sauerstoffgemisch abseits von λ = 1.
Die Bereitstellung einer derartigen Spannung für die Sondeneinrichtung, d. h. einer Pumpspannung, und die Auswertung des Messstroms erfolgt üblicherweise in Auswerteeinrichtungen. Eine bekannte Auswerteeinrichtung ist die integrierte Schaltung (IC) für eine Lambdasondenschnittstelle mit der Bezeichnung CJ125, die in der Literaturstelle "http://www.semiconductors.bosch.de/pdf/CJ125_Product_Info.pdf" angegeben ist. Die integrierte Schaltung CJ125 dient einer kontinuierlichen Lambdawert-Regelung, wobei ebenfalls eine Temperaturregelung des Sensors über eine Innenwiderstandsmessung des Elektrolyten (Ri-Messung) durchführbar ist. Eine prinzipielle Schaltungsanordnung dieser herkömmlichen Auswerteeinrichtung ist in 13 dargestellt. Die Sondeneinrichtung LSU ist als ein sogenannter Zweizeller aufgebaut, d. h. die Sondeneinrichtung weist eine Nernst-Zelle und eine Pump-Zelle auf. Ein Mittenanschluss der Sondeneinrichtung LSU ist mit der virtuellen Masse VM der Auswerteschaltung verbunden. Die Nernstspannung (Klemme UN) wird geregelt zum Wert der Referenzspannung (Klemmen US und UP) von 450 mV. Ferner stellt die Auswerteschaltung eine Pumpspannung über den Ausgang IP bereit. Der Sondenstrom wird über einen Messwiderstand bzw. einen Shunt erfasst, der zwischen die Anschlüsse IP und IA der Auswerteeinrichtung geschaltet ist. An dem Ausgang UA steht ein dem Sauerstoffpartialdruck proportionales Ausgangssignal zur Weiterverarbeitung bereit. Dieses Ausgangssignal wird zunächst einem Analog-Digital-Converter ADC zugeführt. Zur Kalibrierung der Ausgangsspannung UA dient eine mit "box 12" bezeichnete Einheit, die einen Pumpreferenzstrom liefert. Der Pumpreferenzstrom wird in einer Pumpstromsteuereinheit (box 2a) zur Einstellung der Pumpspannung über eine Abtast- und Halteschaltung S&H2 eingestellt.
Ferner weist die herkömmliche, als ein Zweizeller aufgebaute Sondeneinrichtung einen Heizwiderstand RH auf, der mit einer pulsweitenmodulierten Welle mit der Amplitude gleich der Batteriespannung Vbatt versorgt wird.
Es ist jedoch zum Anderen zweckmäßig, auch Sondeneinrichtungen zu verwenden, die nach dem Einzeller-Prinzip arbeiten. Hierbei kann auf die Bereitstellung einer Nernstzelle zusätzlich zu der Pumpzelle verzichtet werden. Statt auf einen konstanten Lambdawert im Hohlraum zu regeln, pumpen diese Einzeller-Sondeneinrichtungen lediglich mit einer konstanten Pumpspannung einen eindiffundierenden Sauerstoff aus der Kammer. Spannungsabweichungen der Pumpspannung innerhalb eines bestimmten Bereichs weisen im stationären Fall keine Auswirkungen auf den Stromfluss auf, der einen durch die Diffusionsgeschwindigkeit begrenzten Strom, d. h. einen Grenzstrom darstellt. Es resultiert eine Kennlinie, die durch eine Sauerstoffkonzentration bestimmt wird. Eine derartige Sonde wird auch als eine proportionale Lambdasonde (LSP; "Lambdasonde proportional") bezeichnet.
Für alle Breitbandsonden ist die Wahl der Pumpspannung von zentraler Wichtigkeit. Das Funktionsprinzip eines Zweizellers basiert darauf, dass die Pumpspannung als Stellgröße fungiert, auf diese Weise steht für jeden Betriebspunkt eine optimale Pumpspannung, die stark von den Umgebungsbedingungen abhängig ist. zur Verfügung steht. So wird bei hohen Sauerstoffkonzentrationen eine hohe Pumpspannung zur Verfügung gestellt, um den hohen Grenzstrom treiben zu können. Nahe λ = 1 wird die Pumpspannung den niedrigen Grenzströmen angepasst. Hierdurch wird automatisch vermieden, dass die zuvor angelegt hohe Pumpspannung zu einer Zersetzung von Wasser im Messgas und damit zu einer Signalverfälschung (Querempfindlichkeit) führt.
Die AWS gemäss der Erfindung verwendet den Nernstspannungsregler (box 2a) vom Zweizeller als Pumpspannungsregler für den Einzeller. Dafür werden die Klemmen IP und UN verbunden. Die Pumpreferenzspannung wird nach wie vor an die Klemme UP angelegt. Die Referenzspannung wird Werte zwischen 0,5 V und 1 V nehmen. Der Regler wird diese Spannung an der Ausbauelektrode (Klemme UN) regeln.
Wie ferner in der DE 29 46 448 A1 offenbart, kann eine Pumpspannung zur Verbesserung der dynamischen Eigenschaften des Ausgangssignals variiert werden.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Während Sondeneinrichtungen nach dem Zweizeller-Prinzip den Vorteil aufweisen, dass die Pumpspannung kontinuierlich von der Betriebselektronik nachgeführt werden kann, wobei eine Anpassung an jeweilige Umgebungsbedingungen vorgenommen werden kann, muss die Einzeller-Sondeneinrichtung hingegen zunächst für sämtliche Betriebsparameter mit einer Pumpspannung auskommen, oder die Auswerteeinrichtung muss eine Pumpspannungsnachführung aufweisen.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problematik besteht daher darin, eine Sondeneinrichtung nach dem Einzeller-Prinzip zusammenwirkend mit einer vorhandenen Auswerteeinrichtung CJ125 zu betreiben. Zu diesem Zweck wird eine Schaltungsanordnung benötigt, die die in dem Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Ferner ist ein Verfahren mit den im Patentanspruch 5 angegebenen Schritten erforderlich. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, eine zwischen die Sondeneinrichtung und die Auswerteeinrichtung geschaltete Anpassungseinrichtung bereitzustellen, die eine Spannungsteilereinheit zur Bereitstellung einer Grundpumpspannung, welche die Grundfunktion der Sondeneinrichtung ermöglicht, einen Messwiderstand zur Erfassung des Sondenstroms über einen Messspannungsabfall und eine Pumpspannungseinstelleinheit zur Einstellung der Pumpspannung in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung und dem von einer Referenzspannung, die als Signalmasse verwendet wird, aufweist.
Hierbei ist zweckmäßig, dass die Auswerteeinrichtung, wie sie auch für Sondeneinrichtungen nach dem Zweizeller-Prinzip eingesetzt wird, unverändert für die Einzeller-Sondeneinrichtung eingesetzt werden kann.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, dass die Sondeneinrichtung einen wesentlich einfacheren Aufbau verglichen mit dem Zweizeller-Prinzip aufweist.
Eine Kernidee besteht darin, eine Spannungsteilereinheit vorzusehen, welche die Pumpspannung für eine Einzeller-Sondeneinrichtung auf einen geeigneten Wert in Zusammenwirkung mit Ausgangssignalen der Auswerteeinrichtung einstellt.
Gemäß einem Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Luft-Kraftstoffgemisches einer Brennkraftmaschine im Wesentlichen auf:

a) eine Sondeneinrichtung, die dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine ausgesetzt ist, zur Erfassung eines Sauerstoffgehalts des Abgasstroms und zur Ausgabe eines von dem Sauerstoffgehalt abhängigen Sondensignals; und
b) eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung des Sondensignals und zur Bereitstellung eines Steuersignals für die Brennkraftmaschine zur Verstellung des Luft-Kraftstoffgemisches, wobei die Auswerteeinrichtung eine Spannungsversorgungseinheit zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung, eine Grenzstromerfassungseinheit des Sondenstroms und zur Ausgabe des Steuersignals aus der Auswerteeinrichtung aufweist.

Die Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Luft-Kraftstoffgemisches einer Brennkraftmaschine ist ferner gekennzeichnet durch eine zwischen die Sondeneinrichtung und die Auswerteeinrichtung geschaltete Übertragungseinrichtung, die eine Spannungsteilereinheit zur Bereitstellung einer Grundpumpspannung, welche die Grundfunktion der Sondeneinrichtung ermöglicht, einen Messwiderstand zur Erfassung des Sondenstroms über einen Messspannungsabfall und eine Pumpspannungseinstelleinheit zur Einstellung der Pumpspannung in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung.
Ferner weist das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines Luft-Kraftstoffgemisches einer Brennkraftmaschine im Wesentlichen die folgenden Schritte auf:

a) Erfassen des Sauerstoffgehalts des Abgasstroms und Ausgeben eines von dem Sauerstoffgehalt abhängigen Sondensignals mittels einer Sondeneinrichtung, die dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine ausgesetzt ist;
b) Auswerten des Sondensignals und Bereitstellen eines Steuersignals für die Brennkraftmaschine zur Einstellung des Luft-Kraftstoffgemisches mittels einer Auswerteeinrichtung;
c) Bereitstellen einer Versorgungsspannung durch eine in der Auswerteeinrichtung angeordnete Spannungsversorgungseinheit;
d) Erfassen eines von der Sondeneinrichtung bereitgestellten Grenzstroms mittels einer in der Auswerteeinrichtung angeordneten Grenzstromerfassungseinheit;
e) Verarbeiten des Sondensignals und Ausgeben des Steuersignals aus der Auswerteeinrichtung mittels einer in der Auswerteeinrichtung angeordneten Verstärkereinheit;
f) Bereitstellen einer Grundpumpspannung, welche die Grundfunktion der Sondeneinrichtung ermöglicht, mittels einer Spannungsteilereinheit, die in einer zwischen die Sondeneinrichtung und die Auswerteeinrichtung geschalteten Anpassungseinrichtung angeordnet ist;
g) Erfassen des Grenzstroms über einen Messspannungsabfall mittels eines in der Anpassungseinrichtung angeordneten Messwiderstands; und
h) Einstellen der Pumpspannung in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung und von der Referenzspannung.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist eine Pumpspannungssteuereinheit mit einer Abtasthalteeinheit zum Abtasten und Halten eines aktuellen Spannungswertes der Pumpspannung bereitgestellt. Auf diese Weise ist es möglich, die Pumpspannung in Abhängigkeit von einem Pumpreferenzstrom auf einen vorbestimmten Wert zu steuern.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung bildet die Pumpspannungseinstelleinheit zusammen mit der Pumpspannungssteuereinheit und der Abtasthalteeinheit eine Schaltungsunteranordnung aus, um die Pumpspannung in vorteilhafter Weise auf einen konstanten Wert zu stabilisieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die Sondeneinrichtung, die dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine ausgesetzt ist, zur Erfassung eines Sauerstoffgehalts des Abgasstroms eine einzige Messzelle auf. In vorteilhafter Weise wird die Auslegung der Sondeneinrichtung als eine Einzellereinrichtung in der schaltungstechnischen Auslegung wesentlich einfacher als bisher verwendete Zweizeller-Sondeneinrichtungen.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das Sondensignal als ein Grenzstrom der Sondeneinrichtung bereitgestellt. Vorzugsweise ist die Größe des Sondenstroms durch die Diffusionsgeschwindigkeit des Sauerstoffs begrenzt und somit in vorteilhafter Weise nur abhängig von der Konzentration des Sauerstoffs in dem zu messenden Gas, d. h. dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine.
In zweckmäßiger Weise wird ein auf diese Weise erhaltener Grenzstrom von der Auswerteeinrichtung mittels eines Spannungsabfalls über den Messwiderstand der Anpassungseinrichtung gemessen.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die Pumpspannung mittels der Pumpspannungseinstelleinheit auf einen konstanten Spannungswert eingestellt.
ZEICHNUNGEN
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 schematisch eine Kennlinie einer Sondeneinrichtung nach dem Zweizeller-Prinzip oder einer LSP mit Luftreferenzkanal, wobei ein Sondenstrom als Funktion des Sauerstoffüberschusses bzw. Unterschusses des Abgasstroms der Brennkraftmaschine angegeben ist;
2 und 3 schematische Graphen, welche entsprechend 1 angegebenen Kennlinien für eine Sondeneinrichtung nach dem Einzeller-Prinzip gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
4 die in 2 aufgetragene Kennlinie, wobei eine modifizierte Sondenkennlinie zusätzlich zu der ursprünglichen Sondenkennlinie angegeben ist;
5 die in 2 gezeigte Kennlinie mit zusätzlicher Angabe einer modifizierten Sondenkennlinie mit Wasserzersetzung;
6 den Verlauf einer Pumpspannung als Funktion des Lambdawertes in Form einer Spannungsrampe;
7 einen entsprechend 6 gezeigten Funktionsverlauf, wobei statt einer Spannungsrampe Spannungssprünge in der Pumpspannung bereitgestellt sind;
8 eine Variante des in 7 gezeigten Pumpspannungsverlaufs, wobei nurmehr ein Spannungssprung in der Nähe des Luftwertes (Luftspannungsmessung) vorhanden ist;
9 einen Graphen, der einen weiteren Pumpspannungsverlauf mit einer Spannungsrampe veranschaulicht;
10 einen weiteren Pumpspannungsverlauf mit zwei Spannungsrampen;
11 ein prinzipielles Blockbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Sondeneinrichtung nach dem Einzeller-Prinzip mittels einer herkömmlichen Auswerteeinrichtung;
12 eine detaillierte Schaltungsanordnung, wobei einzelne Schaltungskomponenten der Auswerteeinrichtung detailliert veranschaulicht sind; und
13 eine herkömmliche Sondeneinrichtung mit einer an dieser angeschlossenen herkömmlichen Auswerteeinrichtung.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden werden anhand der 1 bis 5 Funktionsprinzipien von Sondeneinrichtungen zur Messung eines Sauerstoffgehalts im Abgasstrom von Brennkraftmaschinen erläutert werden.
1 zeigt ein Diagramm, in welchem ein Sondenstrom 402 als Funktion eines Sauerstoffgehalts 401 des Abgasstroms der Brennkraftmaschine dargestellt ist. Die Sondenkennlinie 403 weist im Nullpunkt einen Knick auf, derart, dass ein flacherer Verlauf im Bereich 405 eines Sauerstoffüberschusses gegeben ist, während ein steilerer Verlauf im Bereich 404 eines Sauerstoffunterschusses gegeben ist. Prinzipiell wird zur Messung der Luft-Kraftstoffzusammensetzung des Betriebsgemisches bei Brennkraftmaschinen eine Abgassonde eingebracht, wobei auf ein bestimmtes Luftverhältnis λ zu regeln ist.
Hierbei wird ein Sauerstoffpartialdruck gemessen, auf welchen die Sondeneinrichtung anspricht. Die Sondeneinrichtung erzeugt ein dem Sauerstoffpartialdruck proportionales Ausgangssignal. Hierzu wird an die Elektroden einer derartigen Sondeneinrichtung eine Pumpspannung 408 (siehe untenstehend detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die 6 bis 10) angelegt, wodurch ein Sondenstrom aufgrund eines Sauerstoffionenflusses durch den Festkörperionenleiter der Sondeneinrichtung erzeugt wird. Die Größe dieses Sondenstroms wird lediglich durch die Diffusionsgeschwindigkeit des Sauerstoffs durch den Sauerstoffionenleiter begrenzt und ist damit abhängig von der Konzentration des Sauerstoffs in dem zu messenden Gas (dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine).
Es sei darauf hingewiesen, dass Spannungsabweichungen der Pumpspannung innerhalb eines bestimmten, begrenzten Bereichs im stationären Fall aus diesem Grund keine Auswirkung auf den Fluss des Sondenstroms aufweisen, da dieser den durch die Diffusionsgeschwindigkeit des Sauerstoffs durch den Sauerstoffionenleiter begrenzten Wert, d. h. den Grenzwert, beibehält.
Die Pumpspannung kann zur Verbesserung der dynamischen Eigenschaften des Ausgangssignals variiert werden.
Die in 1 gezeigte Sondenkennlinie betrifft eine Sondeneinrichtung nach dem Zweizeller-Prinzip. Eine derartige Sondeneinrichtung besteht, wie oben unter Bezugnahme auf 13 beschrieben, aus einer Diffusionsbarriere und einem inneren Hohlraum, der über eine Nernstzelle gegenüber Luft und mit einer Pumpzelle gegenüber dem Abgas verbunden ist. Über die Pumpzelle wird so viel Sauerstoff aus dem Abgas bzw. dem Hohlraum in bzw. aus dem inneren Hohlraum gepumpt, bis die Nernstspannung auf einen Sollwert von 450 mV eingeregelt ist und der Innenraum somit einen Lambdawert von λ = 1 aufweist. Dann ist der Sondenstrom proportional zur zeitlich zu- bzw. abgeführten Sauerstoffmenge, wodurch sich der in 1 gezeigte Verlauf 403 der Sondenkennlinie ergibt.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 2 eine Sondenkennlinie 403 einer Sondeneinrichtung erläutert, die nach dem Einzeller-Prinzip gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung arbeitet. Eine derartige Sondeneinrichtung wird bevorzugt in Zusammenwirkung mit der herkömmlichen Auswerteeinrichtung, die in 13 obenstehend veranschaulicht ist, betrieben.
Die Sondeneinrichtungen, die auf dem Einzeller-Prinzip beruhen, weisen im Gegensatz zu denjenigen Sondeneinrichtungen, die auf dem Zweizeller-Prinzip beruhen, keine Nernstzelle auf. Die Sondeneinrichtungen nach dem Einzeller-Prinzip regeln nicht mehr auf einen konstanten Lambdawert im Hohlraum, sondern pumpen lediglich mit einer konstanten Pumpspannung einen eindiffundierenden Sauerstoff aus der Kammer. Es ergibt sich eine wie in 2 gezeigte Kennlinie, die durch die Sauerstoffkonzentration und nicht durch den stöchiometrischen Sauerstoffbedarf bestimmt wird. Die Kennlinie weist im Bereich des Sauerstoffüberschusses 405 einen linearen Anteil auf. Aus diesem Grund wird die zugehörige Sonde als eine lineare Lambdasonde (LSP – Lambdasonde proportional) bezeichnet.
Eine statische Genauigkeit der Erfassung des Grenzstroms ist stark von den Umgebungsbedingungen abhängig. So muss in jedem Betriebspunkt eine ausreichende Pumpspannung bereitgestellt werden, um den gegebenen Messstrom über den elektrischen Widerstand der Pumpzelle treiben zu können. Dabei muss auch die sich aufbauende Nernstspannung zwischen der Ein- und der Ausbau-Elektrode kompensiert werden.
Andererseits darf die zur Verfügung gestellt Pumpspannung nicht zu groß sein, da sonst um den λ = 1 Punkt, bei dem nur ein geringer Anteil der zur Verfügung gestellten Spannung über der Pumpzelle abfällt, Wasser zersetzt werden, kann. Diese Querempfindlichkeit auf Wasser führt zu einer Verfälschung des Messsignals.
Ist die vorhandene Pumpspannung relativ klein, z. B. auf einem Wert von ca. 600 mV, so wird diese bei Messgasen unterhalb von λ = 1 durch die in der Gegenrichtung wirkende Nernstspannung aufgehoben und es ergibt sich eine effektive Pumpspannung in die Gegenrichtung. Durch die geänderte Pumprichtung wird nur Sauerstoff aus dem Referenzgasraum für den Hohlraum bereitgestellt. Dieser Zustand hält so lange an, bis der aus dem Referenzraum eingepumpte Sauerstoff eine Eindiffusion von Fettgas aus dem Messgas über die Diffusionsbarriere kompensiert. Auf diese Weise resultiert, wie unter Bezugnahme auf 3 veranschaulicht, eine Kennlinie in einem Bereich eines Luft-Kraftstoffgemisches proportional zum Sauerstoffunterschuss 404. Dieser Effekt kann für die Messung von Messgasen unterhalb von λ = 1 mit LSP-Sonden genutzt werden. 3 zeigt die Sondenkennlinie 403 für die LSP-Sonde mit Referenzluftkanal.
Während ein Vorteil einer Sondeneinrichtung nach dem Zweizeller-Prinzip darin besteht, dass die Pumpspannung aufgrund des Funktionsprinzips kontinuierlich von der Betriebselektronik nachgeführt wird und den jeweiligen Bedingungen angepasst wird, muss die LSP-Sonde zunächst für sämtliche Betriebspunkte mit einer Pumpspannung 408 auskommen und eine Auswerteeinrichtung 300 (untenstehend unter Bezugnahme auf die 11–13 beschrieben) muss eine Pumpspannungsnachführung aufweisen. Die Pumpspannung 408 ergibt sich hier nicht beim Zweizeller direkt aus einer Regelung, sondern sie wird lediglich anhand eines z. B. auf der Sondenstrommessung basierenden Algorithmus erhöht oder erniedrigt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Pumpspannung 408 ausreichend hoch gewählt werden muss, um einen eindiffundierenden Sauerstoff über die Pumpzelle aus dem Hohlraum pumpen zu können. Dabei wirkt die Nernstspannung der angelegten Pumpspannung in unzweckmäßiger Weise entgegen. Außerdem wird die Pumpspannung durch Elektrodeneffekte, wie beispielsweise einen Spannungsabfall über den Elektroden reduziert, wie in der folgenden Gleichung (1) dargestellt. Up(eff) = Up – Un – Ue (1)
Eine verbleibende effektive Pumpspannung, die in Gleichung 1 mit Up(eff) bezeichnet ist, muss dementsprechend ausreichend sein, um einen Strom über den Ohmschen Widerstand zu pumpen, wie anhand von Gleichung (2) beschrieben. Ip(max) < (Up – Un – Ue)/Ri (2)
Übertrifft die Eindiffusion von Sauerstoff in den Hohlraum einen maximal möglichen, gemäß Gleichung (2) angegebenen Messstrom, so erfährt die Kennlinie eine negative Krümmung. Insbesondere ein Spannungsabfall über den Elektroden ist stark von einer Alterung der Elektroden abhängig, so dass eine derartige negative Krümmung einem starken Alterungsverhalten unterworfen ist, wie unter Bezugnahme auf 4 veranschaulicht. Hier ist eine gealterte Kennlinie als eine modifizierte Sondenkennlinie 406 dargestellt. Eine in einem Neuzustand der Sonde bereitgestellte Sondenkennlinie ergibt sich durch den Sondenkennlinien-Verlauf 403. Aus einer ungenügenden Pumpspannung erfolgt somit eine derartige negative Krümmung der Kennlinie.
Nahe einem Lambdawert λ = 1 nehmen die Sauerstoffkonzentration und damit der Messstrom durch die Sonde ab. Hierdurch nehmen sowohl der ohmsche Spannungsabfall, der gegeben ist durch das Produkt von Innenwiderstand und Sondenstrom, aber auch der Spannungsabfall über die Elektroden sowie auch die Nernstgegenspannung ab. Damit steht effektiv eine höhere Spannung zur Verfügung. Falls eine derartige Pumpspannung 408 jedoch zu groß ist, so reicht diese aus, um die Zersetzungsspannung von Wasser (H₂O) zu Wasserstoff (H₂) bereitzustellen. In der Folge kann an der Kathode Wasser zersetzt werden gemäß der folgenden Beziehung (Gleichung 3). H₂O + 2e → H₂ + O^2– (3)
Ein hieraus resultierender Sondenstromfluss führt zu einer Erhöhung des Messstroms. Da ein derartiger Effekt von der effektiven Pumpspannung abhängt, ist dieser bei einem niedrigen Sondenstrom in der Nähe von dem Lambdawert λ = 1 am stärksten ausgeprägt und führt dadurch zu einer Verfälschung der Kennlinie, wie in 5 veranschaulicht. Weiterhin ist dieser Effekt von dem Zustand bzw. der Alterung der Elektroden sowie der Wasserkonzentration im Abgasstrom abhängig. Aus diesem Grund kann ein derartiger Effekt rechnerisch nicht kompensiert werden, so dass ein Fehler entsteht. 5 zeigt die in 2 gezeigte nicht-modifizierte Sondenkennlinie 403 als eine Kennlinie mit einer niedrigen Pumpspannung, wobei eine Wasserzersetzung, die obenstehend erwähnt ist, nicht auftritt. Demgegenüber zeigt 5 in der modifizierten Sondenkennlinie 406 einen Verlauf, der bei einer hohen Pumpspannung mit einer Wasserzersetzung entsteht.
Aus diesem Grund ist es erforderlich, eine Einstellung der Pumpspannung vorzusehen und die Pumpspannung entsprechend den Umgebungsbedingungen exakt nachzuführen.
Unter Bezugnahme auf die 6 bis 10 wird eine Variation der Pumpspannung 408 erläutert werden.
In 6 ist ein Graph gezeigt, bei dem die Pumpspannung 408 als Funktion des Lambdawertes 407 aufgetragen ist. Der Achsenschnittpunkt entspricht hierbei, wie auch in den folgenden 7 bis 10, einem Lambdawert λ = 1, wobei der Luft- bzw. Sauerstoffanteil nach rechts aufgetragen ist. 6 zeigt eine lineare Pumpspannungskennlinie 409, die bei einem Spannungswert von 0,65 V beginnt und bis hin zu einem Spannungswert von 0,95 V läuft. Eine Basispumpspannung wird in vorteilhafter Weise auf einen Spannungswert von 0,3 V bis 0,7 V eingestellt, vorzugsweise auf einen Spannungswert von 0,65 V, wie in 6 durch U Basis angezeigt. Bei der Basispumpspannung von 0,65 V ergibt sich ein Lambdawert von λ = 1. Darauf wird eine variable Spannung U2 zwischen 0 V für λ = 1 und 0,3 V für λ = Luft aufgeprägt.
7 zeigt eine weitere Pumpspannungskennlinie 409, die statt dem linearen Verlauf der 6 einen stufenförmigen Verlauf aufweist. Hierbei muss durch die Auswerteeinrichtung 300 (untenstehend unter Bezugnahme auf die 11–13 beschrieben) den Lambdawert erfassen. Liegt dieser in einem Bereich λ < 1,1 bis 1,7, in bevorzugter Weise bei 1,3, wird die Pumpspannung 408 auf einen Wert zwischen 0,3 V und 0,6 V, vorzugsweise auf 0,5 V eingestellt, wie in der ersten Stufe in 7 bei dem Bezugszeichen (a) dargestellt. Bei einer Erfassung eines Lambdawertes von λ > 5 durch die Steuereinrichtung bis λ = 10, vorzugsweise λ = 8, wird die Pumpspannung 408 auf einen Wert zwischen 0,7 V und 1,1 V, vorzugsweise auf 0,9 V eingestellt, wie in 7 in dem Bereich (c) veranschaulicht. Ein Standardbetrieb ist durch einen Zwischenbereich zwischen λ = 1,3 und λ = 8 gegeben (in 7 durch einen Bereich (b) veranschaulicht), wobei hier die Betriebsspannung auf einen Wert zwischen 0,6 V und 0,7 V, vorzugsweise auf einen Wert von 0,65 V eingestellt ist.
8 zeigt den in 7 dargestellten Pumpspannungsverlauf mit einer modifizierten Pumpspannungskennlinie 409. Es ist hier die Pumpspannungsumschaltung in der Nähe von λ = 1,3 lediglich weggelassen.
9 veranschaulicht eine Kombination der Pumpspannungskennlinien, die obenstehend in den 6 und 7 gegeben sind. Hierbei ist ein linearer Verlauf mit einem proportionalen Anstieg kombiniert. Hierbei ist 9 eine Modifikation der Pumpspannungskennlinie 409 der 8, wobei statt einer sprunghaften Pumpspannungsänderung bei einem Lambdawert λ = 8 eine Rampe mit einem linearen Verlauf gegeben ist. Die Rampe beginnt vorzugsweise für einen Lambdawert von λ > 5–10, vorzugsweise bei λ = 8. In 10 ist eine Kombination der Pumpspannungskennlinien der 6 und 7 veranschaulicht. Hierbei ergeben sich zwei Pumpspannungsänderungen, wobei die Pumpspannungskennlinie 409 zwei lineare Rampen aufweist, eine von dem Lambdawert λ = 1 bis zu dem Lambdawert λ = 1,3, und eine für Lambdawerte λ > 8. Auf diese Weise entstehen Rampen für die Randbereiche, während in dem mittleren Bereich (b) ein statischer Pumpspannungswert zwischen 0,6 V und 0,7 V, vorzugsweise 0,65 V aufrecht erhalten wird.
11 zeigt ein schematisches Blockbild einer Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Luft-Kraftstoffgemisches einer Brennkraftmaschine mit einer Sondeneinrichtung 100, einer Auswerteeinrichtung 300 und einer Anpassungseinrichtung 200, die zwischen die Sondeneinrichtung 100 und die Auswerteeinrichtung 300 geschaltet ist, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Es sei darauf hingewiesen, dass in dem prinzipiellen Blockbild der 11 lediglich die wesentlichen Funktionskomponenten der Schaltungsanordnung gezeigt sind. Erfindungsgemäß wird die Sondeneinrichtung 100, die nach dem Einzeller-Prinzip arbeitet, mit einer bekannten Auswerteeinrichtung 300 angesteuert. Die bekannt Auswerteeinrichtung 300 ist obenstehend unter Bezugnahme auf 13 erläutert und in 12 unter dem Bezugszeichen 300 detailliert dargestellt.
Die Auswerteeinrichtung 300 weist eine Spannungsversorgung 301 zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung 412, VCCS auf. Die Versorgungsspannung 412 ist an die Anpassungseinrichtung 200 angelegt und liefert zusammen mit den in der Anpassungseinrichtung 200 angeordneten Schaltungskomponenten die Pumpspannung 408, die an der Sondeneinrichtung 100 angelegt ist. Durch die Sondeneinrichtung 100 fließt ein Sondenstrom 402, der mittels eines in der Anpassungseinrichtung 200 angeordneten Messwiderstands 202 erfasst wird.
Ferner weist die Anpassungseinrichtung 300 eine Pumpspannungssteuereinheit 304 auf, die in Form eines PI-Reglers ausgebildet ist, der eine Pumpstromsteuerung in Zusammenwirkung mit einer Referenzpumpstrom-Erzeugungseinheit 306 bereitstellt. Die in der Auswerteeinrichtung 300 angeordnete Referenzpumpstrom-Erzeugungseinheit 306 liefert einen Referenzpumpstrom 413, der mit dem tatsächlichen Sondenstrom 402 verglichen werden kann. Über die Anschlusseinheiten UP, UN der Auswerteeinrichtung 300 wird eine derartige Steuerung bewirkt, wobei eine Pumpspannungseinstelleinheit 203, die als ein Widerstand ausgebildet ist, und über die eine Einstellspannung 416 angelegt ist, einer Einstellung der Pumpspannung 408. Wie in 11 veranschaulicht, liegt die von der Auswerteeinrichtung 300 bereitgestellte Versorgungsspannung 412 bei einer Spannungsteilereinheit 201 an, die zwischen dem Spannungsversorgungsanschluss VCCS der Anpassungseinrichtung 200 und einer virtuellen Masse VM der Auswerteeinrichtung 300 geschaltet ist. Die Spannungsteilereinheit 201 besteht aus zwei in Reihe geschalteten Spannungsteilerwiderständen, d. h. einem ersten Spannungsteilerwiderstand 201a, der parallel zwischen den Versorgungsspannungsanschluss VCCS der Auswerteeinrichtung 300 und den Eingangsanschluss UP der Auswerteeinrichtung 300 geschaltet ist, und einem zweiten Spannungsteilerwiderstand 201b, der parallel zwischen den Eingangsanschluss UP der Auswerteeinrichtung 300 und die virtuelle Masse VM der Auswerteeinrichtung 300 geschaltet ist.
Die Pumpspannungssteuereinheit 304 weist ferner eine Abtast-Halteeinheit 305 auf, mit welcher ein aktueller Spannungswert der Pumpspannung abgetastet und gehalten werden kann. Ferner ist ein Kalibrierwiderstand 204 in der Anpassungseinrichtung 200 bereitgestellt, der zwischen einen Kalibrieranschluss RS der Auswerteeinrichtung 300 und die virtuelle Masse VM geschaltet ist. Über dem ersten Spannungsteilerwiderstand 201a der Spannungsteilereinheit 201 fällt eine erste Teilspannung 414 ab, während über dem zweiten Spannungsteilerwiderstand 201b der Spannungsteilereinheit 201 eine zweite Teilspannung 415 abfällt. Ein Zusammenwirken der ersten und zweiten Teilspannungen 414, 415 zusammen mit der Einstellspannung 416, die durch den Referenzpumpstrom 413 beeinflusst ist, ergibt sich eine variable Einstellmöglichkeit für die Pumpspannung 408, derart, dass die im Stand der Technik bekannte Auswerteeinrichtung 300 unverändert zur Ansteuerung der Sondeneinrichtung 100, die auf dem Einzeller-Prinzip beruht, und zur Auswertung der von der Sondeneinrichtung 100 ausgegebenen Sondensignale 402 herangezogen werden kann.
Zur Auswertung der Sondensignale, insbesondere des von der Sondeneinrichtung 100 gelieferten Sondenstroms 402, der letztlich vom Sauerstoffgehalt des Abgasstroms abhängt, dient der Messwiderstand 202, der parallel zu den Eingangsklemmen IP und IA der Auswerteeinrichtung 300 geschaltet ist. Der über dem Messwiderstand 202 fließende Sondenstrom 402 führt zu einem Messspannungsabfall 411, der durch eine Differenzverstärkereinrichtung gemessen wird, die in der unter dem Bezugszeichen 302 dargestellten Grenzstromerfassungseinheit der Auswerteeinrichtung 300 enthalten ist. Ferner weist die Auswerteeinrichtung 300 eine der Grenzstromerfassungseinheit 302 nachgeschaltete Verstärkereinheit 303 auf, mit welcher das Sondensignal 101 bzw. der Sondenstrom 402 verarbeitet werden und die dazu dient, ein entsprechendes Steuersignal 410 aus der Auswerteeinrichtung 300 auszugeben.
Es sei darauf hingewiesen, dass die durch die ersten und zweiten Spannungsteilerwiderstände 201a bzw. 201b ausgebildete Spannungsteilereinheit 201 eine Grundpumpspannung 408' bereitstellt, welche die Grundfunktion der Sondeneinrichtung ermöglicht. Dadurch, dass der Eingangsanschluss UP der Auswerteeinrichtung 300 mit dem Verbindungsanschluss der ersten und zweiten Spannungsteilerwiderstände 201a, 201b verbunden ist, ergibt sich jedoch eine Einstellmöglichkeit, in Zusammenwirkung mit der Pumpspannungseinstelleinheit 203, einer Pumpspannung 408, wie obenstehend unter Bezugnahme auf die 6 bis 10 beispielhaft erläutert.
Durch die vorliegende Erfindung wird somit der wirtschaftliche Vorteil ermöglicht, dass eine vorhandene, vielfach eingesetzte Auswerteeinrichtung CJ125 zur Auswertung von Sondensignalen aus Zweizeller-Sondeneinrichtungen unverändert in Zusammenwirkung mit einer Sondeneinrichtung nach dem Einzeller-Prinzip eingesetzt werden kann. Dies wird durch die zwischen die Sondeneinrichtung 100 nach dem Einzeller-Prinzip und die Auswerteeinrichtung 300 geschaltete Anpassungseinrichtung 200 bewirkt. Hierbei wird die Grundfunktion der Sondeneinrichtung 100 durch die Bereitstellung einer Grundpumpspannung 408' durch die Spannungsteilereinheit 201a, 201b ermöglicht.
Der Grenzstrom 417 bzw. der Messstrom 402 können über den in der Anpassungseinrichtung 200 bereitgestellten Messwiderstand 202 erfasst werden. Zusammen mit einer Pumpspannungseinstelleinheit 203 wird die Pumpspannung 408 für die Sondeneinrichtung 100 in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung 412, VCCS und dem von der Referenzpumpstrom-Erzeugungseinheit 306 der Auswerteeinrichtung 300 bereitgestellten Referenzpumpstrom 413 eingestellt.
12 zeigt die zwischen die Sondeneinrichtung 100 und die Auswerteeinrichtung 300 geschaltete Anpassungseinrichtung 200. Zusätzlich ist die Auswerteeinrichtung 300 detaillierter dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass eine derartige Auswerteeinrichtung 300 im Stand der Technik zur Ansteuerung von Sondeneinrichtungen, die auf dem Zweizeller-Prinzip beruhen, und zur Auswertung entsprechender Sondensignale aus Zweizeller-Sondeneinrichtungen herangezogen wird. Eine detaillierte Information über die Funktionsweise einer derartigen Auswerteeinrichtung ist in der Literarturstelle "http://www.semiconductors.bosch.de/pdf/CJ125_Product_Info.pdf" beschrieben. Hier wird auf die einzelnen Funktionsblöcke dieser Auswerteeinrichtung 300 nicht detailliert eingegangen, da sie zur Darstellung der erfindungsgemäßen Anpassungseinrichtung 200, die zwischen eine Einzeller-Sondeneinrichtung 100 und eine herkömmliche Auswerteeinrichtung 300 schaltbar ist, nicht wesentlich sind.
Die übrigen, in 12 angegebenen Schaltungskomponenten entsprechen jenen unter Bezugnahme auf 11 und 13 beschriebenen.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Auch ist die Erfindung nicht auf die genannten Anwendungsmöglichkeiten beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 2946448 A1 [0011]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- http://www.semiconductors.bosch.de/pdf/CJ125_Product_Info.pdf [0006]
- http://www.semiconductors.bosch.de/pdf/CJ125_Product_Info.pdf [0075]

Claims

Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Luft-Kraftstoffgemisches einer Brennkraftmaschine, mit: a) einer Sondeneinrichtung (100), die dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine ausgesetzt ist, zur Erfassung eines Sauerstoffgehalts (401) des Abgasstroms und zur Ausgabe eines von dem Sauerstoffgehalt (401) abhängigen Sondensignals (101, 402); b) einer Auswerteeinrichtung (300) zur Auswertung des Sondensignals (101, 402) und zur Bereitstellung eines Steuersignals (410) für die Brennkraftmaschine zur Einstellung des Luft-Kraftstoffgemisches, wobei die Auswerteeinrichtung (300) aufweist: b1) eine Spannungsversorgungseinheit (301) zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung (412, VCCS); b2) eine Grenzstromerfassungseinheit (302) zur Erfassung eines von der Sondeneinrichtung (100) bereitgestellten Grenzstroms (417); b3) eine Referenzpumpstrom-Erzeugungseinheit (306) zur Bereitstellung eines Referenzpumpstroms (413) für die Sondeneinrichtung (100); und b4) eine Verstärkereinheit (303) zur Verarbeitung des Sondensignals (101) und zur Ausgabe des Steuersignals (410) aus der Auswerteeinrichtung (300), dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung ferner aufweist: c) eine zwischen die Sondeneinrichtung (100) und die Auswerteeinrichtung (300) geschaltete Anpassungseinrichtung (200), welche aufweist: c1) eine Spannungsteilereinheit (201, 201a, 201b) zur Bereitstellung einer Grundpumpspannung (408'), welche die Grundfunktion der Sondeneinrichtung (100) ermöglicht; c2) einen Messwiderstand (202) zur Erfassung des Grenzstroms (417) über einen Messspannungsabfall (411); und c3) eine Pumpspannungseinstelleinheit (203) zur Einstellung der Pumpspannung (408) in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung (412, VCCS).
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpspannungssteuereinheit (304) mit einer Abtasthalteeinheit (305) zum Abtasten und Halten eines aktuellen Spannungswerts der Pumpspannung (408) bereitgestellt ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpspannungseinstelleinheit (203) zusammen mit der Pumpspannungssteuereinheit (304) und der Abtasthalteeinheit (305) eine Schaltungsunteranordnung zur Stabilisierung der Pumpspannung (408) auf einen konstanten Spannungswert bildet.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sondeneinrichtung (100), die dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine ausgesetzt ist, zur Erfassung eines Sauerstoffgehalts (401) des Abgasstroms eine einzige Messzelle aufweist.
Verfahren zum Steuern eines Luft-Kraftstoffgemisches einer Brennkraftmaschine, mit den folgenden Schritten: a) Erfassen eines Sauerstoffgehalts (401) des Abgasstroms und Ausgeben eines von dem Sauerstoffgehalt (401) abhängigen Sondensignals (101, 402) mittels einer Sondeneinrichtung (100), die dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine ausgesetzt ist; b) Auswerten des Sondensignals (101, 402) und Bereitstellen eines Steuersignals (410) für die Brennkraftmaschine zur Einstellung des Luft-Kraftstoffgemisches mittels einer Auswerteeinrichtung (300); c) Bereitstellen einer Versorgungsspannung (412, VCCS) durch eine in der Auswerteeinrichtung (300) angeordnete Spannungsversorgungseinheit (301); d) Erfassen eines von der Sondeneinrichtung (100) bereitgestellten Grenzstroms (417) mittels einer in der Auswerteeinrichtung (300) angeordneten Grenzstromerfassungseinheit (302); und e) Verarbeiten des Sondensignals (101) und Ausgeben des Steuersignals (410) aus der Auswerteeinrichtung (300) mittels einer in der Auswerteeinrichtung (300) angeordneten Verstärkereinheit (303); dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die Schritte aufweist: f) Bereitstellen einer Grundpumpspannung (408'), welche die Grundfunktion der Sondeneinrichtung (100) ermöglicht, mittels einer Spannungsteilereinheit (201a, 201b), die in einer zwischen die Sondeneinrichtung (100) und die Auswerteeinrichtung (300) geschalteten Anpassungseinrichtung (200) angeordnet ist; g) Erfassen des Grenzstroms (402) über einen Messspannungsabfall (411) mittels eines in der Anpassungseinrichtung (200) angeordneten Messwiderstands (202); und h) Einstellen der Pumpspannung (408) in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung (412, VCCS) mittels einer in der Anpassungseinrichtung (200) angeordneten Pumpspannungseinstelleinheit (203).
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet dass das Sondensignal (101) als ein Grenzstrom (417) der Sondeneinrichtung (100) bereitgestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet dass der Grenzstrom (417) von der Auswerteeinrichtung (300) mittels eines Spannungsabfalls (412) über dem Messwiderstand (202) der Anpassungseinrichtung (200) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet dass die Pumpspannung (408) mittels der Pumpspannungseinstelleinheit (203) auf einen konstanten Spannungswert eingestellt wird.