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WO2006117357A1 - Vorrichtung und verfahren zum betreiben eines messfühlers für gase, insbesondere einer lambdasonde - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum betreiben eines messfühlers für gase, insbesondere einer lambdasonde Download PDF

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WO2006117357A1
WO2006117357A1 PCT/EP2006/061953 EP2006061953W WO2006117357A1 WO 2006117357 A1 WO2006117357 A1 WO 2006117357A1 EP 2006061953 W EP2006061953 W EP 2006061953W WO 2006117357 A1 WO2006117357 A1 WO 2006117357A1
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WO
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sensor
temperature
heating
operating
internal combustion
Prior art date
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PCT/EP2006/061953
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Rodewald
Frank Kowol
Cyril Verdier
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/4067—Means for heating or controlling the temperature of the solid electrolyte
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1493—Details
    • F02D41/1494—Control of sensor heater

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a sensor for gases, in particular a lambda probe according to the preamble of the independent claim. Furthermore, the invention relates to an apparatus for operating such a sensor.
  • a sensor for gases is already known, in which after a start of an internal combustion engine to avoid thermal shock of the ceramic by condensed water, first a protective tube of the probe at a temperature in the vicinity of the evaporation temperature of water between 80 ° until 150 0 C is brought. This procedure ensures that all water evaporates at the installation site of the probe in order to avoid possible deposits on the ceramic element of the probe. After a certain residence time in this so-called protective heating mode, the sensor is set to its operating temperature of, for example. 300 ° to 450 ° C or even heated above. For typical lambda probes, the operating temperature or readiness of the probe is reached from approx. 15 seconds after engine start.
  • the inventive method with the features of the independent claim has the advantage that the sensor is heated before a start of the internal combustion engine. This switch-on strategy significantly shortens the time until the sensor is ready for operation after an engine start. Compliance with the limits for modern emission standards such. As EU4 / ULEV or SULEV concepts is thus much easier. Furthermore, the thermo-mechanical robustness is increased. Furthermore, it is advantageous to heat the sensor only up to a first temperature, wherein furthermore the first temperature is to be selected maximally so that the sensor does not suffer a thermal shock.
  • the first temperature is set so that the protective tube and the ceramic of the sensor in the exhaust system is above a dew point, so that the risk of accumulation of condensation in the protective tube and the associated risk of thermal shock is drastically reduced.
  • Conditions such as Temperature sensor or exhaust system, shutdown time, battery voltage, etc. can be adjusted.
  • An expedient embodiment provides that the temperature rise of the probe is set via a variable heating voltage. So can advantageously the
  • Temperature gradient adjusted so that first the dew point temperature is reached in a very short time and in the further course of the temperature rise may be flatter, whereby the risk of thermal shock can be further reduced.
  • Heating voltage and then a second heating voltage is heated to the first temperature, wherein in a further advantageous embodiment, the first heating voltage is higher than the second.
  • This approach has the advantage that alone by varying the heating voltages, an advantageous increase in temperature can be realized.
  • a first high heating voltage a temperature can first be advantageously reached at which water present can evaporate without the probe suffering a temperature shock.
  • it is provided according to the invention, with a second heating voltage, which is lower than the first heating voltage, to realize a flatter temperature rise, in order thus to reach the first temperature, without mechanical or thermal stresses causing the sensor endanger.
  • the thermo-mechanical robustness of the probe is increased since, in contrast to the methods known from the prior art, lower heating gradients occur in the probe.
  • the heating of the sensor is triggered by a wake-up function of a control device.
  • the triggering can be triggered by activation of a door contact, a heater, a seat contact and / or other controls.
  • the activation of these user elements is either registered by the control unit as a user event and triggers a so-called wake-up function of the control unit, via which in turn the
  • Sensor is caused to heat up or the user elements is designed such that an activation acts directly on the probe and causes a heating.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a temperature profile of a measuring sensor according to the invention and a temperature profile known from the prior art.
  • the invention aims to preheat a sensor, in particular a lambda probe, before an engine start in order to reach an operating temperature as quickly as possible after starting the engine and thus a control capability of the sensor.
  • a sensor in particular a lambda probe
  • it is provided to bring the probe and in particular the ceramic of the probe to a first temperature of about 80 ° C to about 300 ° C.
  • These temperatures do not lead to a thermal shock in the presence of water, but significantly facilitate the further heating of the probe.
  • an optionally existing protective tube of the probe is warmed up to the extent that existing condensate evaporates, - A -
  • Figure 1 shows an example of a possible embodiment of the invention.
  • it is provided to control the lambda probe 10 both directly via a control unit 30 or to supply it with voltages or currents, as well as indirectly via an output stage 20, in which case the output stage 20 is controlled by the control unit 30.
  • the controller 30 also receives user events 40 and, in response to these user events, controls the lambda probe 10 either directly or indirectly via the power amplifier 20. It may also be contemplated that certain events of the user may occur directly, i. without adding the control unit, act on the sensor and cause the sensor to heat up.
  • Control units with a so-called wake-up function are capable of external events even in a switched-off state of the internal combustion engine, and in particular
  • control unit may activate at least the control of the measuring sensor by activating certain operating elements.
  • certain operating elements For example, it may be provided to start the preheating procedure by activating a door contact as soon as a driver opens the car door by radio remote control or by a car key.
  • the preheating procedure can also be activated by activating the auxiliary heating via radio or timer.
  • a seat contact which is activated, for example, as soon as the driver sits down on the driver's seat. Further activation options via further operating elements are conceivable.
  • FIG. 2 shows by way of example a temporal temperature profile of a measuring sensor known from the prior art in a curve 100 and a temperature profile 200 according to the invention.
  • the heating of the measuring probe does not become a starting time until or after the starting of the internal combustion engine t_S turned on, so that an operating temperature t_B typically only after about 15 s after the engine start is reached.
  • the curve 200 shows an example of a heating with variable heating voltage. At event time t_E is first by applying a first high
  • Heating voltage a steep temperature gradient shown to heat the probe as quickly as possible.
  • the temperature hereby preferably remains below a first temperature in order to avoid thermal shocks at the sensor.
  • a second heating voltage is applied, which slows down the heating of the sensor.
  • the second heating voltage is smaller than the first heating voltage.
  • the second heating voltage may be selected, for example, so that the first temperature is reached asymptotically.
  • the sensor is already preheated to the first temperature, so that the heating up to operating temperature t_B takes place within a short time, and thus the operational readiness and controllability of the sensor is much faster in time available than with a conventionally operated sensor.
  • the heating can also be carried out by a control or regulation and so individually adapted to the prevailing conditions.
  • provision may also be made for hot start conditions.
  • Hot start conditions are usually present when an internal combustion engine has reached its operating temperature only for a short time.
  • the exhaust system so that it can be assumed in a restart of the internal combustion engine that the exhaust system is free of condensate.
  • it can be considered as a hot start condition, if the wall of the exhaust line before the installation of the probe heats up sufficiently quickly at the start of the internal combustion engine, so that only small amounts of water (wall film) are formed by condensation; o- if it is ensured by design measures that a possibly resulting wall film can not be atomized by the exhaust gas flow of the internal combustion engine, so that drops of water can not hit the sensor; or if it is ensured by design measures that no water reservoirs (eg siphons) can occur in front of the probe installation site.
  • no water reservoirs eg siphons
  • the probe it is conceivable to heat the probe not only to a first temperature T l, but to the operating temperature TB.
  • Such heating up to the operating temperature before a start can take place, for example, when the exhaust gas system has a sufficiently high temperature due to a short shutdown time of the internal combustion engine, so that it can be assumed that there is no condensation water in the exhaust gas line.
  • it may also be provided to determine further operating variables of the vehicle and to heat the measuring sensor as a function of the determined operating variables. For example, can completely be omitted or shortened at a low battery voltage on the preheating.
  • certain heating or preheating strategies can be defined.
  • the preheating strategy according to the invention leads to a rapid operational readiness of the sensor or of the lambda probe after engine start.
  • the heating voltage is applied via a pulse
  • the temperature of the measuring sensor is measured directly and a preheating phase is activated according to the detected temperature at the measuring sensor.

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Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines Messfühlers für Gase, insbesondere einer Lambdasonde, wobei der Messfühler eine Heizung aufweist, und der Messfühler vor einem Start einer Brennkraftmaschine aufgeheizt wird.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines Messfühlers für Gase, insbesondere einer Lambdasonde
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Messfühlers für Gase, insbesondere einer Lambdasonde nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben eines solchen Messfühlers.
Aus der DE 100 52 005 Al ist bereits ein Messfühler für Gase bekannt, bei dem um nach einem Start einer Brennkraftmaschine Thermoschocks der Keramik durch kondensiertes Wasser zu vermeiden, zunächst ein Schutzrohr des Messfühlers auf einer Temperatur in der Nähe der Verdampfungstemperatur von Wasser zwischen 80° bis 1500C gebracht wird. Dieses Vorgehen dient dazu, dass sämtliches Wasser am Einbauort der Sonde ver- dampft, um so eventuelle Ablagerungen auf dem Keramikelement des Messfühlers zu vermeiden. Nach einer gewissen Verweilzeit in diesem so genannten Schutzheizmodus wird der Messfühler auf seine Betriebstemperatur von beispielsweise. 300° bis 450° C oder auch darüber aufgeheizt. Für typische Lambdasonden wird die Betriebstemperatur bzw. die Regelbereitschaft der Sonde ab ca. 15 Sekunden nach dem Motorstart erreicht.
Diese Zeit ist zum Einhalten moderner Abgasgrenzwerte sehr lang, denn gerade im Start können die Abgasemissionen ohne Regelung hohe Werte erreichen. Weiterhin ist ein hoher Aufheizgradient notwendig, wodurch das Sensorelement eine entsprechend hohe thermomechanische Belastung erfährt. Schließlich kann auch eventuell vorhandenes Kondenswasser im Schutzrohr während der Schutzheizphase nicht vollständig verdampft werden. Dies führt wiederum zu einer erhöhter Thermoschockgefahr.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass der Messfühler vor einem Start der Brennkraftmaschine aufgeheizt wird. Durch diese Einschaltstrategie wird die Zeit bis zu der der Messfühler nach einem Motorstart betriebsbereit ist, deutlich verkürzt. Die Einhaltung der Grenzwerte für moderne Abgasnormen wie z. B. EU4/ULEV oder SULEV-Konzepte wird damit wesentlich erleichtert. Weiterhin wird die thermomechanische Robustheit erhöht. Weiterhin ist von Vorteil, den Messfühler nur bis zu einer ersten Temperatur aufzuheizen, wobei ferner die erste Temperatur maximal so zu wählen ist, dass der Messfühler keinen Thermoschock erleidet. Vorzugsweise ist die erste Temperatur so festgelegt, dass das Schutzrohr bzw. auch die Keramik des Messfühlers im Abgastrakt über einer Taupunkttemperatur liegt, so dass die Gefahr der Ansammlung von Kondenswasser im Schutzrohr und der damit verbundenen Thermoschockgefahr drastisch reduziert wird.
Ferner ist es von Vorteil, die Aufheizung in Abhängigkeit von ermittelten Betriebsgrößen festzulegen. So kann in vorteilhafter Weise der Temperaturverlauf den vorherrschenden
Bedingungen, wie z.B. Temperatur Messfühler oder Abgasstrang, Abstellzeit, Batteriespannung etc. angepasst werden.
Insbesondere ist es von Vorteil bei Vorliegen von Heißstartbedingungen den Messfühler nicht nur auf eine erste Temperatur, sondern bis auf die notwendige Betriebstemperatur aufzuheizen, so dass der Messfühler sofort nach dem Start der Brennkraftmaschine betriebsbereit ist.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass der Temperaturanstieg des Messfühlers über eine variable Heizspannung eingestellt wird. So kann in vorteilhafter Weise der
Temperaturgradient so angepasst, dass zunächst die Taupunkttemperatur in sehr kurzer Zeit erreicht wird und im weiteren Verlauf der Temperaturanstieg flacher verlaufen kann, wodurch die Gefahr eines Thermoschocks weiter reduziert werden kann.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Messfühler zunächst mit einer ersten
Heizspannung und anschließend einer zweiten Heizspannung auf die erste Temperatur aufgeheizt wird, wobei in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung die erste Heizspannung höher ist als die zweite. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass alleine durch Variation der Heizspannungen ein vorteilhafter Temperaturanstieg realisiert werden kann. Über eine erste hohe Heizspannung kann zunächst in vorteilhafter Weise eine Temperatur erreicht werden, bei der anwesendes Wasser verdampfen kann, ohne dass die Sonde einen Temperaturschock erleidet. Nach Erreichen einer solchen Zwischentemperatur ist es erfindungsgemäß vorgesehen, mit einer zweiten Heizspannung, die niedriger ist als die erste Heizspannung, einen flacherer Temperaturanstieg zu realisieren, um so die erste Temperatur zu erreichen, ohne dass mechanische bzw. thermische Spannungen den Messfühler ge- fährden. Durch dieses Vorgehen wird die thermomechanische Robustheit des Messfühlers erhöht, da im Gegensatz zu den aus dem Stand dem Technik bekannten Verfahren geringere Aufheizgradienten im Messfühler auftreten.
Erfindungsgemäß wird weiterhin vorgeschlagen, dass die Aufheizung des Messfühlers durch eine Wake-Up-Funktion eines Steuergeräts ausgelöst wird. Ferner kann die Auslösung durch Aktivierung eines Türkontakts, einer Standheizung, eines Sitzkontaktes und/oder weiterer Bedienelemente ausgelöst werden. Die Aktivierung dieser Benutzerelemente wird entweder vom Steuergerät als ein Benutzerereignis registriert und löst dort eine so genannte Wake-Up-Funktion des Steuergeräts aus, über die dann wiederum der
Messfühler zum Aufheizen veranlasst wird oder das Benutzerelemente ist dergestalt ausgeführt, dass eine Aktivierung unmittelbar auf den Messfühlers wirkt und eine Aufheizung veranlasst.
Schließlich ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Betreiben eines Messfühlers für
Gase vorgesehen, bei dem die Vorrichtung die Heizung des Messfühlers vor einem Start der Brennkraftmaschine mit einer Heizspannung beaufschlagt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigen
Figur 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Figur 2 einen erfindungsgemäßen und einen aus dem Stand der Technik bekannten Temperaturverlauf eines Messfühlers.
Die Erfindung hebt im wesentlichen darauf ab, ein Messfühler, insbesondere eine Lamb- dasonde, vor einem Motorstart vorzuheizen, um nach dem Motorstart möglichst schnell eine Betriebstemperatur und somit eine Regelfähigkeit der Sonde zu erreichen. Hierzu ist es vorgesehen, die Sonde und insbesondere die Keramik der Sonde auf eine erste Temperaturen von über 80° C bis ca. 300° C zu bringen. Diese Temperaturen führen bei Anwesenheit von Wasser noch nicht zu einem Thermoschock, erleichtern aber deutlich das weitere Aufheizen der Sonde. Weiterhin wird dabei ein gegebenenfalls vorhandenes Schutzrohr der Sonde soweit angewärmt, dass vorhandenes Kondenswasser verdunstet, - A -
bzw. das sich kein weiteres Kondenswasser mehr in der Nähe des Messfühlers niederschlägt.
Figur 1 zeigt beispielhaft eine mögliche Ausführungsform der Erfindung. Gemäß Figur 1 ist es vorgesehen, die Lambdasonde 10 sowohl unmittelbar über ein Steuergerät 30 anzusteuern bzw. mit Spannungen oder Strömen zu versorgen als auch mittelbar über eine Endstufe 20, wobei in diesem Fall die Endstufe 20 von dem Steuergerät 30 angesteuert wird. Das Steuergerät 30 empfängt ferner Benutzerereignisse 40 und steuert in Abhängigkeit dieser Benutzerereignisse die Lambdasonde 10 entweder direkt an oder indirekt über die Endstufe 20. Es kann auch vorgesehen sein, dass bestimmte Ereignisse des Benutzers unmittelbar, d.h. ohne Hinzunahme des Steuergeräts, auf den Messfühler einwirken und eine Aufheizung des Messfühlers veranlassen.
Steuergeräte mit einer so genannten Wake-Up-Funktion sind auch in einem ausgeschalte- ten Zustand der Brennkraftmaschine in der Lage externe Ereignisse und insbesondere
Benutzerereignisse zu erfassen und in geeigneter Weise darauf zu reagieren. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das Steuergerät durch Aktivierung bestimmter Bedienelemente zumindest die Steuerung des Messfühlers in Betrieb nimmt. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, die Vorheizprozedur durch die Aktivierung eines Türkontaktes zu starten, sobald ein Fahrer die Autotür per Funkfernsteuerung oder durch einen Autoschlüssel öffnet. Die Vorheizprozedur kann aber auch durch die Aktivierung der Standheizung über Funk- oder Zeitschaltuhr betätigt werden. Weiterhin ist es denkbar, eine Aktivierung über einen Sitzkontakt vorzusehen, die beispielsweise aktiviert wird sobald der Fahrer auf dem Fahrersitz Platz nimmt. Weitere Aktivierungsmöglichkeiten über weitere Bedienelemente sind denkbar.
Um die Zeit während der möglicherweise kurzen Vorheizphase optimal auszunutzen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, mit einer höheren Anfangsspannung einen schnellen Temperaturanstieg zu erreichen, um dann anschließend mit einer niedrigeren Spannung dauerhaft bis zum Motorstart weiterzuheizen.
In Figur 2 sind beispielhaft ein zeitlicher Temperaturverlauf eines aus dem Stand der Technik bekannten Messfühlers in einer Kurve 100 und eine erfindungsgemäßer Temperaturverlauf 200 dargestellt. Bei einem üblichen Vorgehen wird die Heizung des Mess- fühlers erst beim oder nach dem Starten der Brennkraftmaschine zu einem Startzeitpunkt t_S eingeschaltet, so dass eine Betriebstemperatur t_B typischer Weise erst nach ca. 15 s nach dem Motorstart erreicht wird. Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen bereits bei Vorliegen eines Benutzerereignisses zu einem Ereigniszeitpunkt t_E den Messfühler aufzuheizen. Die Kurve 200 zeigt hierbei beispielhaft eine Aufheizung mit variabler Heiz- Spannung. Zum Ereigniszeitpunkt t_E wird zunächst durch Anlegen einer ersten hohen
Heizspannung ein steiler Temperaturgradient dargestellt, um den Messfühler möglichst schnell zu erwärmen. Die Temperatur bleibt hierbei vorzugsweise unterhalb einer ersten Temperatur, um Thermoschocks am Messfühler zu vermeiden. Nach Erreichen einer bestimmten Zwischentemperatur oder aufgrund anderer Kriterien wird eine zweite Heiz- Spannung angelegt, die die Aufheizung des Messfühlers verlangsamt. Die zweite Heizspannung ist hierbei kleiner als die erste Heizspannung. Die zweite Heizspannung kann beispielsweise so gewählt sein, dass die erste Temperatur asymptotisch erreicht wird. Zum Startzeitpunkt t_S ist der Messfühler bereits auf die erste Temperatur vorgeheizt, so dass die Aufheizung auf Betriebstemperatur t_B binnen kurzer Zeit erfolgt, und somit die Betriebsbereitschaft und Regelbarkeit des Messfühlers zeitlich deutlich schneller zur Verfügung steht als bei einem konventionell betriebenen Messfühler.
Alternativ kann die Aufheizung auch durch eine Steuerung oder Regelung erfolgen und so individuell auf die vorherrschenden Bedingungen angepasst werden. Insbesondere kann es auch vorgesehen sein Heißstartbedingungen zu berücksichtigen.
Heißstartbedingungen liegen in der Regel vor, wenn eine Brennkraftmaschine nachdem sie eine Betriebstemperatur erreicht hat nur kurzzeitig abgestellt wird. Bei einer solchen Bedingung ist der Abgasstrang, so dass bei einem erneuten Start der Brennkraftmaschine davon ausgegangen werden kann, dass der Abgasstrang kondenswasserfrei ist. Weiterhin kann als Heißstartbedingung erachtet werden, wenn sich die Wand des Abgasstrangs vor dem Einbauort der Sonde hinreichend schnell beim Start der Brennkraftmaschine aufheizt, so dass durch Kondensation nur geringe Wassermengen (Wandfilm) entstehen; o- der wenn durch Konstruktionsmaßnahmen sichergestellt ist, dass ein eventuell entstehen- der Wandfilm durch den Abgasstrom der Brennkraftmaschine nicht zerstäubt werden kann, so dass Wassertropfen nicht auf den Sensor treffen können; oder wenn durch Konstruktionsmaßnahmen sichergestellt ist, dass keine Wasserspeicher (z.B. Siphons) vor dem Sondeneinbauort auftreten können. In einer weiteren Ausgestaltung ist es denkbar, die Sonde nicht nur auf eine erste Temperatur T l, sondern bis zur Betriebstemperatur T B aufzuheizen. Ein solches Aufheizen bis zur Betriebstemperatur vor einem Start kann bspw. dann erfolgen, wenn der Abgasstrang aufgrund einer kurzen Abstellzeit der Brennkraftmaschine eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, so dass davon ausgegangen werden kann, dass sich kein Kondens- wasser im Abgasstrang befindet. Insbesondere kann es auch vorgesehen sein, weitere Betriebsgrößen des Fahrzeugs zu ermitteln und dem Messfühler in Abhängigkeit der ermittelten Betriebsgrößen aufzuheizen. Beispielsweise kann bei einer zu niedrigen Batteriespannung auf die Vorheizung vollständig verzichtet werden oder verkürzt werden. In Ab- hängigkeit der Abstellzeit der Brennkraftmaschine oder Temperaturen im Abgasstrang können bestimmte Aufheiz- bzw. Vorheizstrategien festgelegt werden.
Die erfϊndungsgemäße Vorheizstrategie führt zu einer schnellen Betriebsbereitschaft des Messfühlers bzw. der Lambdasonde nach dem Motorstart.
Ein solches Vorheizen erhöht die thermische Robustheit und führt schließlich zu einer Verringerung von Kondenswasser im Bereich der Keramik und einem evtl. vorhandenem Schutzrohr des Messfühlers.
Weiterhin vermeidet ein solches Verfahren die Nachteile eines so genannten Lei- denfrostschen Phänomens, dass bei einem sehr schnellen Aufheizen eines Messfühlers auftritt. Berührt z. B. ein Wassertropfen ein heißes Keramikelement, so entsteht am Berührungspunkt eine Wasserdampfzone mit reduzierter thermischer Leitfähigkeit, welche die lokale Auskühlung der Keramik abschwächt und damit einen gewissen Thermoschutz ermöglicht. Dieser Effekt verhindert eine Auskühlung allerdings nicht vollständig, daher würden bei zu hohen Temperaturen des Keramikelements, z. B. bei Betriebstemperaturen von größer 500° C dennoch Thermospannungen entstehen, die zur Zerstörung des Elements führen.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, die Heizspannung über eine Puls-
Weiten-Modulation zu variieren. So kann in einfacher Art und Weise direkt von einer Versorgungsspannung, beispielsweise einer Batteriespannung ausgegangen werden und durch die Wahl der Pulspausenverhältnisse der Modulation eine entsprechende effektive Spannung bzw. Heizleistung für die Sondenheizung gewählt werden. Um eine übermäßige Belastung der Batterie zu vermeiden, kann es vorgesehen sein, die Auflieizung zeitlich zu begrenzen oder weitere Kriterien zum Abbruch der Aufheizung vorzusehen. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass durch eine erneute Betätigung eines Schließkontaktes oder ein Abschließen des Fahrzeuges oder ähnliches die Vorhei- zung unterbrochen wird. Das Vorheizen des Messelements wird dann erst bei erneuter
Betätigung der vorgesehenen Bedienelemente bzw. eines erneuten Benutzerereignisses wieder aktiviert. So kann sichergestellt werden, dass bei jedem Motorstart eine Vorheizphase des Messfühlers vorangeht. Im Falle eines Heißstarts, also bei einem Start der Brennkraftmaschine mit einem heißen Abgastrakt, beispielsweise bei einem erneuten An- lassen der Brennkraftmaschine, kann beispielsweise über eine Abgastemperatur oder eine
Abstellzeit erkannt werden, dass eine erneute Vorheizphase nicht erforderlich ist. Hierdurch lässt sich eine Überhitzung des bereits heißen Messfühlers vermeiden.
Weiterhin ist es denkbar, dass die Temperatur des Messfühlers direkt gemessen wird und eine Vorheizphase entsprechend der erfassten Temperatur an dem Messfühler aktiviert wird.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Messfühlers für Gase, insbesondere einer Lambda- Sonde, wobei der Messfühler eine Heizung aufweist, bei dem mindestens eine Betriebsgröße des Fahrzeugs ermittelt wird, und der Messfühlers in Abhängigkeit der ermittelten Betriebsgröße aufgeheizt wird. dadurch gekennzeichnet, dass der Messfühler vor einem Start der Brennkraftmaschine auf eine erste Temperatur geheizt wird, die maximal so gewählt ist, dass der Messfühler keinen Thermo- schock erleidet, und dass bei Vorliegen von Heißstartbedingungen der Messfühler vor dem Start der Brennkraftmaschine auf Betriebstemperatur aufgeheizt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Temperaturanstieg über eine variable Heizspannung eingestellt wird.
3. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche bei dem der Messfühler zunächst mit einer ersten Heizspannung und anschließend mit einer zweiten Heizspannung aufgeheizt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die erste Heizspannung höher ist als die zweite Heizspannung.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 4, bei dem mindestens die eine Heizspannung über eine Puls- Weiten-Modulation eingestellt wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizung des Messfühlers ausgelöst wird, durch eine Wake-Up-Funktion eines Steuergeräts, und/oder Aktivierung eines Bedienelements.
7. Vorrichtung, mit Mitteln zum Betreiben eines Messfühlers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Heizung des Messfühlers vor einem Start einer Brenn- kraftmaschine mit einer Heizspannung beaufschlagt, dass ein Erfassungsmittel eine Betriebsgröße des Fahrzeugs ermittelt, wobei die Vorrichtung den Messfühlers in Abhängigkeit der ermittelten Betriebsgröße aufgeheizt dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung den Messfühler vor einem Start der Brennkraftmaschine auf eine erste Temperatur heizt, die maximal so gewählt ist, dass der Messfühler keinen Ther- moschock erleidet, und dass bei Vorliegen von Heißstartbedingungen die Vorrichtung den Messfühler auf Betriebstemperatur heizt.
PCT/EP2006/061953 2005-05-02 2006-05-02 Vorrichtung und verfahren zum betreiben eines messfühlers für gase, insbesondere einer lambdasonde Ceased WO2006117357A1 (de)

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