DE102008011834A1 - Method for operating lambda oxygen sensor in exhaust gas system of internal combustion engine, involves detecting efficiency of heating element and assigning to representative performance value in step - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben wenigstens einer Lambdasonde in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen und eine Motorsteuerung einer Brennkraftmaschine zum Steuern wenigstens einer Lambdasonde mit den im Oberbegriff des Anspruchs 12 genannten Merkmalen.The The invention relates to a method for operating at least one Lambda probe in the exhaust system of an internal combustion engine with the in the preamble of claim 1 mentioned features and a motor control an internal combustion engine for controlling at least one lambda probe with the features mentioned in the preamble of claim 12.
Es ist bekannt, dass zur Erfüllung der gesetzlichen Vorgaben an die zulässigen Abgasemissionen eine hohe Wirksamkeit von Abgasreinigungsmaßnahmen notwendig ist. Eine dieser Maßnahmen ist eine möglichst genaue Einstellung der Abgaszusammensetzung dergestalt, dass ein im Abgassystem angeordneter Katalysator möglichst wirkungsvoll arbeiten kann. Nach dem Stand der Technik erfolgt eine Justierung des Gemisches durch Nutzung der Signale von im Abgassystem verbauten Lambdasonden. Heutige Lambdasonden basieren auf dem Funktionsprinzip, dass bestimmte Keramiken bei hohen Temperaturen eine von dem Sauerstoffgehalt der angrenzenden Gasmischung abhängige elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Daher verfügen heutige Lambdasonden nach dem Stand der Technik über einen Keramikkörper, auf welchem Elektroden zur Bestimmung einer Spannung oder eines Pumpstromes aufgebracht sind, sowie über ein Heizelement, welches den Keramikkörper auf eine Temperatur im Bereich von 600–800°C aufheizt.It is known to meet the legal requirements to the permissible exhaust emissions high efficiency of emission control measures is necessary. One of these Measures is the most accurate attitude possible the exhaust gas composition such that one arranged in the exhaust system Catalyst can work as effectively as possible. To In the prior art, an adjustment of the mixture is carried out by Use of signals from lambda probes installed in the exhaust system. today Lambda sensors are based on the principle that certain ceramics at high temperatures one of the oxygen content of the adjacent Gas mixture dependent electrical conductivity exhibit. Therefore, today's lambda probes according to the State of the art on a ceramic body, on which electrodes for determining a voltage or a pump current are applied, as well as a heating element, which the Ceramic body to a temperature in the range of 600-800 ° C. heating up.
Problematisch ist es, dass das Signal heutiger Lambdasonden abhängig von der Keramikelement-Temperatur ist. Das heißt, dass bei identischer Kraftstoff-Gemischzusammensetzung die Sonde je nach Temperatur ein etwas anderes Signal abgibt. Da dieses Verhalten zu Schwankungen der Gemischzusammensetzung einer Brennkraftmaschine und damit zu einer Verschlechterung der Abgasemissionen führt, wird in der praktischen Anwendung versucht, die Temperatur der Sonden möglichst konstant zu halten.Problematic it is that the signal of today's lambda sensors depends from the ceramic element temperature is. It means that with identical fuel mixture composition, the probe depending on Temperature gives a slightly different signal. Because of this behavior to variations in the mixture composition of an internal combustion engine and resulting in a deterioration of exhaust emissions, In practical application, the temperature of the probes is tried keep as constant as possible.
Ein bekannter Einfluss auf die Temperatur der Sonde rührt von dem elektrischen Widerstand des Heizelementes. Dieser unterliegt in einer Serienproduktion gewissen Streuungen, wodurch die Sonden im beheizten Zustand bei identischen Heizspannungen unterschiedliche Sondentemperaturen aufweisen. Ein weiterer Einfluss besteht in den je nach Betriebspunkt des Motors unterschiedlichen Abgasmassenströmen und Abgastemperaturen, mit welchen die Sonde beaufschlagt wird. Dadurch ist der Wärmeaustausch zwischen Sonde und Umgebung betriebspunktabhängig unterschiedlich.One known influence on the temperature of the probe is due to the electrical resistance of the heating element. This is subject in a series production certain scatters, causing the probes in the heated state at identical heating voltages different Have probe temperatures. Another influence is in the depending on the operating point of the engine different exhaust gas mass flows and exhaust gas temperatures to which the probe is exposed. As a result, the heat exchange between the probe and the environment is operating point dependent differently.
Die Beheizung heutiger Lambdasonden wird mit einem offenen oder geschlossenen Regelkreis realisiert. Bei dem offenen Regelkreis wird üblicherweise eine betriebspunktabhängige Soll-Heizerspannung vorgegeben, wodurch der erwähnte abweichende Wärmeaustausch kompensiert werden soll. Insbesondere kann dabei aber nicht der Wärmeaustausch zwischen der Lambdasonde und der Rohrwand der Abgasanlage/Katalysators bzw. der Außenluft berücksichtigt werden. Dadurch, und auch insbesondere bei dynamischen Lastwechseln, kommt es zu weiteren stärkeren Temperaturschwankungen.The Heating of today's lambda probes comes with an open or closed Closed loop realized. In the open loop is usually given an operating point-dependent desired heater voltage, whereby the mentioned divergent heat exchange should be compensated. In particular, but not the Heat exchange between the lambda probe and the pipe wall the exhaust system / catalyst or the outside air taken into account become. As a result, and especially during dynamic load changes, it comes to further stronger temperature fluctuations.
Bei dem geschlossenen Regelkreis wird der Umstand zunutze gemacht, dass der elektrische Widerstand des Messelementes und des Heizelementes temperaturabhängig ist. Durch entsprechende elektrische Schaltungen kann dieser Widerstand gemessen werden und auf einen konstanten Soll-Widerstand in einem geschlossenen Regelkreis geregelt werden. Nachteilig ist, dass bei dynamischen Lastwechseln aufgrund der thermischen Trägheit Temperaturänderungen am Element auftreten können, die jedoch über den erfassten Widerstandswert nur verzögert und/oder gedämpft erkannt sein können. Außerdem ist der Widerstand elektrischer und elektronischer Elemente in einer Großserienfertigung ebenfalls Streuungen unterworfen. Ferner kommt es auch zu Alterungseffekten, so dass die Korrelation zwischen dem Widerstand und der Temperatur nicht für alle Sensoren und Alterungszustände dieselbe ist. Bekannt ist im Stand der Technik des weiteren, über Rechenmodelle die aktuelle Temperatur der Lambdasonde zu berechnen. Dabei werden unterschiedliche motorische Betriebspunkte dergestalt berücksichtigt, dass üblicherweise die Abgastemperatur und der Abgasmassenstrom sowie die zugeführte Heizleistung als Eingangsgrößen solcher Modelle verwendet werden. Die dergestalt modellierte Sondentemperatur kann dann für eine Regelung mit geschlossenem Kreis verwendet werden. Üblicherweise erfolgt die Abstimmung solcher Rechenmodelle mit ausgesuchten Lambdasonden, welche einen Heizer-Widerstand in der Mittellage möglicher Streuungen besitzen. Daher ist es mit solchen Modellen zwar möglich, die Betriebspunkteinflüsse zu minimieren, jedoch kann die durch die Streuungen der Heizerwiderstände auftretende Temperaturabweichung nicht kompensiert werden.at The closed loop system makes use of the fact that the electrical resistance of the measuring element and the heating element is temperature dependent. By appropriate electrical Circuits, this resistance can be measured and applied to one Constant target resistance regulated in a closed loop become. The disadvantage is that with dynamic load changes due the thermal inertia temperature changes can occur at the element, which over the detected resistance only delayed and / or damped can be recognized. Besides, the resistance is electrical and electronic elements in a large-scale production also Subject to scattering. Furthermore, there are also aging effects, so that the correlation between the resistance and the temperature not for all sensors and aging conditions it is the same. Furthermore, in the state of the art, it is known about computer models calculate the current temperature of the lambda probe. It will be different engine operating points such that usually the exhaust gas temperature and the exhaust gas mass flow and the supplied Heating power as input variables of such models be used. The probe temperature modeled in this way can then used for a closed-loop control become. Usually, the coordination of such calculation models takes place with selected lambda probes, which have a heater resistor in have the middle position of possible scatters. thats why Although it is possible with such models, the operating point influences However, this can be minimized by the variations in heater resistance occurring temperature deviation can not be compensated.
Die
Laut
Es
sind folgende Patentdokumente in den technologischen Hintergrund
der vorliegenden Erfindung gestellt worden:
Die
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit des Betriebs einer Lambdasonde in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine zu erhöhen und dadurch den Kraftstoffverbrauch zu senken, der auf eine zu ungenaue Lambdaregelung zurückzuführen ist, und die dadurch bedingte Umweltbelastung zu verringern.Of the Invention is based on the object, the accuracy of operation a lambda probe in the exhaust system of an internal combustion engine to increase and thereby reduce fuel consumption, the due to inaccurate lambda control is to reduce the resulting environmental impact.
Die vorliegende Erfindung geht von einem Verfahren zum Betreiben wenigstens einer Lambdasonde in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit einem Lambda-Regelsystem zum Regeln des Kraftstoff/Luft-Gemischverhältnisses eines Verbrennungsprozesses der Brennkraftmaschine aus. Die Abgasanlage weist einen Katalysator und wenigstens ein elektrisches Heizelement zum Aufheizen der Lambdasonde auf Betriebstemperatur auf, welches in wenigstens einem Verfahrensschritt aufgeheizt wird. Das Aufheizen dieses Heizelementes wird durch eine Heizelementsteuerung ausgeführt, wobei dem Heizelement von der Heizelementsteuerung wenigstens ein Regelparameter wie beispielsweise eine aufgeprägte Spannung vorgegeben wird. Dabei wird ein Lambdasonden-Temperaturmodell zur Korrektur der Regelparameter verwendet oder nicht verwendet.The The present invention is based on a method for operating at least a lambda probe in the exhaust system of an internal combustion engine with a lambda control system for controlling the air / fuel ratio a combustion process of the internal combustion engine. The exhaust system has a catalyst and at least one electrical heating element for heating the lambda probe to operating temperature, which in at least one process step is heated. The heating up this heating element is carried out by a heating element control, wherein the heating element of the heating element control at least one Control parameters such as an impressed voltage is given. Here is a lambda probe temperature model for Correction of control parameters used or not used.
Dadurch, dass in einem ersten Schritt die Leistungsfähigkeit des Heizelementes ermittelt und einem repräsentativen Leistungswert zugeordnet wird, und in einem zweiten Schritt dieser repräsentative Leistungswert zur Korrektur der durch die Heizelementsteuerung dem Heizelement pro Zeiteinheit zugewiesenen Energiemenge herangezogen wird, ist die Aufgabe der Erfindung erreicht.Thereby, that in a first step the performance of the Heating element determined and a representative power value is assigned, and in a second step this representative Power value for the correction by the Heizelementsteuerung the Heating element used per unit time allocated amount of energy is, the object of the invention is achieved.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the others, in the subclaims mentioned features.
Die Ermittlung der Leistungsfähigkeit des Heizelementes wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung durch Erfassen seiner Aufheizgeschwindigkeit bei Zuführung einer definierten Energiemenge ausgeführt.The Determining the performance of the heating element is according to a preferred embodiment of the present Invention by detecting its heating rate at feeding executed a defined amount of energy.
Ferner wird zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit des Heizelementes der Innenwiderstand seines Messelementes bevorzugt zu einem festgelegten Zeitpunkt gemessen.Further is used to determine the performance of the heating element the internal resistance of its measuring element preferably to a fixed Time measured.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung wird der festgelegte Zeitpunkt zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit anhand eines Lambdasonden-Temperaturmodells berechnet, wobei eine Referenz-Lambdasonde eine vorgegebene Temperaturschwelle in diesem Temperaturmodell überschreitet.According to one further embodiment of the method according to the present invention becomes the appointed time to determine performance calculated using a lambda probe temperature model, where a Reference lambda probe exceeds a predetermined temperature threshold in this temperature model.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird der festgelegte Zeitpunkt zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit derart bestimmt, indem eine vorbestimmte aufsummierte Heizenergiemenge erfasst und mit ihr das Heizelement beaufschlagt wird.In a preferred embodiment of the present invention the specified time to determine performance determined by a predetermined summed amount of heating energy detected and with it the heating element is acted upon.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung wird der zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit festgelegte Zeitpunkt derart vorgegeben, dass die Temperatur des Messelementes der Lambdasonde einen Wert in einem mittleren Temperaturbereich aufweist, welcher zwischen der Betriebstemperatur und der Temperatur der unbetriebenen Lambdasonde liegt, wobei der Fehlertoleranzbereich des Innenwiderstandes des Messelementes der Lambdasonde in diesem mittleren Temperaturbereich einer geringen Streuung unterliegt.According to a further embodiment of the method according to the present invention becomes the time specified for the determination of performance predetermined such that the temperature of the measuring element of the lambda probe has a value in a medium temperature range which is between the operating temperature and the temperature of the unbalanced lambda probe is, wherein the fault tolerance range of the internal resistance of the measuring element the lambda probe in this medium temperature range of a low Scatter is subject.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung liegt der Heizelementsteuerung ein Temperaturmodell der Lambdasonde vor, in welchem der ermittelte repräsentative Leistungswert des Heizelementes berücksichtigbar ist, wobei die Heizelementsteuerung einen korrigierten Ist-Wert des gemessenen Heizelementwiderstandes zum Steuern der Beheizung des Heizelementes in einem geschlossenen Regelkreis erzeugt.According to one Another preferred embodiment of the method according to the present Invention, the heating element control is a temperature model of Lambda probe in which the identified representative Power value of the heating element is considered, wherein the heating element control a corrected actual value of the measured Heating element resistance for controlling the heating of the heating element generated in a closed loop.
Der Sollwert für das Heizelement wird in einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise betriebspunktabhängig vorgegeben und einer Korrektur in Abhängigkeit von dem ermittelten repräsentativen Leistungswert des Heizelementes unterzogen.Of the Setpoint for the heating element is in a preferred Embodiment of the present invention preferably operating point dependent given and a correction depending on the determined subjected to representative power value of the heating element.
Vorzugsweise wird in einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wenigstens eines von den dem Heizelement von der Heizelementsteuerung vorgegebenen Regelparameter einer Korrektur in Abhängigkeit von dem ermittelten repräsentativen Leistungswert des Heizelementes unterzogen.Preferably is in a preferred further embodiment of the present Invention at least one of the heating element of the heating element control predetermined control parameters of a correction depending from the determined representative power value of the heating element subjected.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird der korrigierte Ist-Wert des gemessenen Heizelementwiderstandes vorzugsweise einer Zustandsdiagnose-Vorschrift der Lambdasonde bereitgestellt. Der erfindungsgemäß ermittelte und korrigierte Ist-Wert des gemessenen Heizelementwiderstandes ermöglicht durch seine höhere Genauigkeit eine entsprechend zuverlässigere Zustandsdiagnose der Lambdasonde.According to one Another embodiment of the present invention is the corrected Actual value of the measured heating element resistance is preferably one State diagnostic specification of the lambda probe provided. Of the Inventively determined and corrected actual value the measured heating element resistance enabled by its higher accuracy a correspondingly more reliable Condition diagnosis of the lambda probe.
Die Zustandsdiagnose-Vorschrift der Lambdasonde erfasst gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung das Unter- oder Überschreiten vorgegebener Schwellenwerte des jeweiligen Widerstandswertes des Heizelementes und/oder der Lambdasonde und erzeugt beim Eintreten eines unter- oder überschreitenden Messwertes ein Wartungssignal. Dieses Wartungssignal kann auf vielfältige Weise zu einer Wartungseinrichtung weitergeleitet und übertragen werden.The Condition diagnostic regulation of the lambda probe detected according to a Another embodiment of the present invention, the undershoot or crossing predetermined threshold values of the respective resistance value of Heating element and / or the lambda probe and generated when entering of a measured value below or above a maintenance signal. This maintenance signal can be used in many ways Maintenance device forwarded and transmitted.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Aufgabe der Erfindung mithilfe einer Motorsteuerung einer Brennkraftmaschine zum Steuern wenigstens einer Lambdasonde in der Abgasanlage der Brennkraftmaschine mit einem Lambda-Regelsystem erreicht, in der die Verfahrensschritte nach einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen ausführbar sind.To A second aspect of the present invention is the object the invention using an engine control of an internal combustion engine for controlling at least one lambda probe in the exhaust system of Internal combustion engine with a lambda control system achieved in the the method steps according to one of the embodiments described above are executable.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung erläutert.The The invention will be explained below with reference to a drawing.
Beispielsweise kann eine Lambdasonde dergestalt beheizt werden, dass sich mit einem exakt einem Referenz-Widerstandswert entsprechenden Heizelement eine Temperatur Tn von beispielsweise 450°C ergibt. Bei dieser Temperatur wird eine Lambdasonde mit einem nominalen (ideal eingestellten) Innenwiderstands-Wert einen dementsprechenden Widerstand R2 aufweisen. Umgekehrt kann daher aus dem Innenwiderstand der Lambdasonde auf die Temperatur geschlossen werden. Wie erwähnt, unterliegt jedoch auch der Innenwiderstand der Lambdasonde gewissen Toleranzabweichungen, so dass unter Berücksichtigung der maximal möglichen Innenwiderstandsabweichungen ein Innenwiderstandswert der Lambdasonde zwischen R1 und R2 vorkommen kann. Bei dem erwähnten Innenwiderstandswert der Lambdasonde könnte unter Berücksichtigung der maximal möglichen Toleranzen daher nur ermittelt werden, dass die Temperatur des Sensors zwischen den Temperaturen T1 und T2 liegt: beispielsweise zwischen 420°C und 480°C. Mit Heizelementen, deren Heizwiderstand dem unteren bzw. oberen Ende der Spezifikation entspricht, würde sich unter gleichen Heizbedingungen jedoch eine minimale und/oder eine maximale Temperatur von Tmin oder Tmax, beispielsweise 250°C oder 600°C einstellen. Der sich dann einstellende Widerstandswert liegt auch unter Berücksichtigung der möglichen Streuungen unterhalb von R2 bzw. oberhalb von R1, somit außerhalb des Toleranzbereiches einer nominalen Lambdasonde, wodurch eine Unterscheidung der Leistungsfähigkeit des Heizelementes ermöglicht ist. Bevorzugt wird abhängig von dem ermittelten Innenwiderstandswert der Lambdasonde ein Wert für den tatsächlichen Heizelement-Widerstand rechnerisch quantifiziert.For example, a lambda probe can be heated in such a way that a temperature T n of, for example, 450 ° C. results with a heating element which corresponds exactly to a reference resistance value. At this temperature, a lambda probe with a nominal (ideally set) internal resistance value will have a corresponding resistor R2. Conversely, it can therefore be concluded from the internal resistance of the lambda probe to the temperature. However, as mentioned, the internal resistance of the lambda probe is also subject to certain tolerance deviations, so that taking into account the maximum possible internal resistance deviations an internal resistance value of the lambda probe between R1 and R2 can occur. In the case of the mentioned internal resistance value of the lambda probe, taking into account the maximum possible tolerances, it could therefore only be determined that the temperature of the sensor lies between the temperatures T 1 and T 2 : for example between 420 ° C. and 480 ° C. With heating elements whose heating resistance corresponds to the lower or upper end of the specification, however, would under minimum heating conditions, a minima le and / or set a maximum temperature of T min or T max , for example 250 ° C or 600 ° C. The resistance value that then sets is also taking into account the possible scatters below R2 or above R1, thus outside the tolerance range of a nominal lambda probe, whereby a discrimination of the performance of the heating element is possible. Depending on the determined internal resistance value of the lambda probe, a value for the actual heating element resistance is preferably mathematically quantified.
Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die dargestellten Kennlinien I und II jeweils für ein neues und ein gealtertes Bauelement einer Lambdasonde jeweils zusätzlich eine Serienstreuung des Innenwiderstandes aufweisen, die nicht dargestellt ist und die zu einer Verbreiterung der Toleranzabweichungen führen.in this connection must take into account that the characteristics shown I and II each for a new and an aged component a lambda probe each additionally a series dispersion having the internal resistance, which is not shown and the lead to a broadening of tolerance deviations.
Durch die Alterung verschiebt sich diese Serienstreuung mit der Kennlinie mit, so dass die Abweichungen insgesamt dann eine entsprechend vergrößerte Abweichung aufweisen, wenn man eine große Anzahl neuer und gealterter Lambdasonden in Betracht zieht. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere geeignet, diese durch die Alterung bedingte Zunahme der zu berücksichtigenden Toleranzabweichungen zu verringern.By Aging shifts this series dispersion with the characteristic curve with, so that the deviations total then increased accordingly Deviation, if you have a large number of new ones and aged lambda probes. The invention Method is particularly suitable, these due to aging Increase in tolerance deviations to be considered to reduce.
Die vorangehenden Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind lediglich beispielhaft und nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend auszulegen. Die vorliegende Erfindungslehre kann leicht auf andere Anwendungen übertragen werden. Die Beschreibung des Ausführungsbeispiels ist zur Veranschaulichung vorgesehen und nicht, um den Schutzbereich der Patentansprüche einzuschränken. Viele Alternativen, Modifikationen und Varianten sind für einen durchschnittlichen Fachmann offensichtlich, ohne dass er hierfür den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung verlassen müsste, der in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist.The previous embodiments of the present invention are by way of example only, and not to be construed as limiting the present invention. The present invention can easily be applied to other applications become. The description of the embodiment is by way of illustration provided and not to the scope of the claims limit. Many alternatives, modifications and Variants are obvious to one of ordinary skill in the art without that he is the scope of the present invention would have to leave the, in the following claims is defined.
- II
- Innenwiderstands-Kennlinie einer gealterten LambdasondeInternal resistance characteristic an aged lambda probe
- IIII
- Innenwiderstands-Kennlinie einer neuen LambdasondeInternal resistance characteristic a new lambda probe
- Ri R i
- Innenwiderstand der Lambdasondeinternal resistance the lambda probe
- R1R1
- Innenwiderstand der gealterten Lambdasondeinternal resistance the aged lambda probe
- R2R2
- Innenwiderstand der neuen Lambdasondeinternal resistance the new lambda probe
- tt
- Temperatur der Lambdasondetemperature the lambda probe
- Tmin T min
- minimale Temperaturminimum temperature
- Tmax T max
- maximale Temperaturmaximum temperature
- Tn T n
- nominale Temperaturnominal temperature
- T1 T 1
- Temperatur bei neuer Lambdasondetemperature with new lambda probe
- T2 T 2
- Temperatur bei alter Lambdasondetemperature at old Lambda probe
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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