-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gassensors
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Schaltungsanordnung
zum Betreiben eines Gassensors nach der Gattung des unabhängigen
Anspruchs 5.
-
Gegenstand
der Erfindung sind auch ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt
mit einem Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger
gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens.
-
Stand der Technik
-
Elektrochemische
Gassensoren in Form von Lambdasonden werden in großer Zahl
in Abgassystemen von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen eingesetzt,
um für die Motorsteuerung Signale über die Abgaszusammensetzung
bereitstellen zu können. Auf diese Weise kann der Motor
so betrieben werden, dass die Abgase eine optimale Zusammensetzung
für die Nachbehandlung mit im Abgassystem heute üblicherweise
vorhandenen Katalysatoren aufweisen.
-
Ein
solcher auch als Breitbandsonde bezeichneter Gassensor geht beispielsweise
aus der
DE 101 63
912 A1 hervor.
-
Die
Diffusionsbarriere für derartige planare Breitbandlambdasonden
wird aus Zirkoniumoxid unter Zusatz eines Porenbildners hergestellt.
Aufgrund eines erhöhten Yttriumoxidgehalts und eines geringeren
Siliziumgehalts verglichen mit dem angrenzenden, den Elektrolyt
bildenden Zirkonoxid dämpft eine verminderte Sinteraktivität
das Verschließen der durch den Porenbildner nach dem Ausbrennen
zurückgelassenen Poren, wobei Silizium beim Sintern zu
einer flüssigen Korngrenzphase führt, die das
Sintern beschleunigt, Yttriumoxid jedoch die Sinteraktivität
senkt.
-
Der
Sauerstofftransport in der Diffusionsbarriere erfolgt durch die
sogenannte Knudsen-Diffusion und durch eine Gasphasendiffusion.
Der Grenzstrom einer Sonde mit vorwiegend Sauerstofftransport über Gasphasendiffusion
ist druckunabhängig, weil die Druckabhängigkeit
der Diffusion, gemäß der die mittlere freie Weglänge
und damit die Diffusion proportional zum Kehrwert des Drucks abnehmen,
durch den höheren Partialdruck des Sauerstoffs kompensiert wird.
Bei Diffusionsbarrieren mit kleineren Poren wird nun die mittlere
freie Weglänge vom Porenradius bestimmt und ist daher konstant.
Bei dieser so genannten Knudsen-Diffusion ist der Sauerstofftransport
somit insgesamt druckabhängig, weil hier die Konzentration
des Sauerstoffs zunimmt, ohne dass gleichzeitig die Diffusionskonstante
abnimmt und damit nimmt der Grenzstrom mit dem Druck zu.
-
In
umgekehrter Weise wie die Druckabhängigkeit verhält
sich die Temperaturabhängigkeit des Grenzstroms. Bei Sonden
mit einem vorwiegenden Sauerstofftransport über eine Gasphasendiffusion nimmt
der Grenzstrom mit der Temperatur zu, während der Grenzstrom
bei Sonden mit einem Sauerstofftransport, der vorwiegend über
die Knudsen-Diffusion erfolgt, nicht von der Temperatur abhängt.
Daher lässt sich eine Korrelation der beiden Koeffizienten
feststellen. Sonden mit einer hohen Druckabhängigkeit des
Grenzstroms weisen eine niedrige Temperaturabhängigkeit
des Grenzstroms und umgekehrt auf.
-
Aus
der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2006 011 837.5 ist ein
Verfahren zur Ermittlung einer Gaskonzentration in einem Messgas
bekannt geworden, gemäß dem die statische Druckabhängigkeit
aus einer Mittelung über eine Vielzahl von Wertepaaren aus
Gaskonzentrationssignalen und Drucksignalen bestimmt werden, wobei
der Druck mittels eines Abgasdruckmodells berechnet wird. Es wird
hierbei ein sogenannter Kompensationsparameter des Gassensors ermittelt,
der wiederum zur Bestimmung der Gaskonzentration herangezogen wird.
-
Eine
Signaländerung aufgrund einer Druckvariation im Schub eines
die Brennkraftmaschine aufweisenden Fahrzeugs von beispielsweise
200 mbar führt zu Änderungen des Pumpstroms um
nur 10%, also zu einer verhältnismäßig
kleinen Änderung. Außerdem müssen sehr
viele Messungen herangezogen werden, weil sich erstens der Grenzstrom mit
der Verdünnung des zu messenden Luftsauerstoffs aufgrund
der Variation des Wasserdampfgehalts der Luft ändert, weil
zweitens Störungen in der Auswerteelektronik zu einer Variation
des Spannungsrohsignals für den Grenzstrom führen
und weil drittens der aufgrund eines Modells ermittelte Druck aufgrund
von Ungenauigkeiten des Druckmodells für verschiedene Fahrzeugbetriebszustände
mehr oder weniger fehlerbehaftet ist.
-
Alternativ
zur Messung der Druckabhängigkeit im Fahrzeug kann man
diese auch fest vorgeben und anhand dieses einheitlichen Werts die
Druckkompensation durchführen. Es treten aber fertigungsbedingte
Schwankungen der statischen Druckabhängigkeit bei derartigen
Sensoren auf. Eine Streuung der statischen Druckabhängigkeit
von Sonde zu Sonde und eine zeitliche Änderung der statischen
Druckabhängigkeit über die Lebensdauer führen
zu einer Streuung des Nutzsignals, also beispielsweise des zu bestimmenden
Lambdawerts, trotz Druckkompensation.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vorteile der Erfindung
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines
Gassensors mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Gassensors mit den Merkmalen
des Anspruchs 5 ermöglichen demgegenüber eine
erhebliche Reduzierung der Streuung des Grenzstromsignals nach einer
Druckkompensation aufgrund von Fertigungsstreuungen der statischen
Druckabhängigkeit im Neuzustand wie auch aufgrund von Alterung
der statischen Druckabhängigkeit über die Lebenszeit.
Die Bestimmung der statischen Druckabhängigkeit kann darüber
hinaus über den gesamten Lambdabereich der Pumpzelle ausgedehnt
werden, wobei gegebenenfalls die Sonde nur passiv betrieben wird,
d. h. das Ausgangssignal nicht ausgewertet wird.
-
Rein
prinzipiell ist es auch möglich, den bei der Bestimmung
der statischen Druckabhängigkeit verwendeten Druckwert
zu vergleichen mit dem bestimmten Druck aufgrund eines Druckmodells,
wodurch eine Plausibilisierung der Temperatur- und Druckabhängigkeit
möglich ist.
-
Ein
großer Vorteil ist auch, dass bei diesem Verfahren, welches
auf die Temperaturabhängigkeit des Pumpstroms abzielt,
schon nach wenigen Messwerten eine genaue Bestimmung der Temperaturabhängigkeit
möglich ist, da die Temperaturabhängigkeit des
Pumpstroms unabhängig vom Wassergehalt der Luft ist und
weil kurz nacheinander liegende Messungen den gleichen Wassergehalt
aufweisen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Ausführungsbeispiele
und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Zusammenhang mit der Zeichnung
und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
In
der Zeichnung zeigen:
-
1 eine
schematische Schnittansicht einer Breitbandlambdasonde;
-
2 schematisch
eine Schaltungsanordnung zum Betreiben der in 1 dargestellten
Breitbandlambdasonde;
-
3 zwei
Diffusionsbarrieren mit unterschiedlicher statischer Druckabhängigkeit;
-
4 die
Temperatur und der Pumpstrom über der Zeit bei einer in 1 dargestellten
Breitbandlambdasonde und
-
5 schematisch
die Temperaturabhängigkeit a über dem Wert der
statischen Druckabhängigkeit k.
-
Ausführungsformen
der Erfindung
-
Ein
Beispiel eines in 1 gezeigten Gassensors 1,
eine sogenannte Breitbandlambdasonde zur Bestimmung des Sauerstoffanteils
in einem Abgas eines (nicht dargestellten) Verbrennungsmotors, ist
als keramisches Laminat aus einzelnen Schichten 2, 5, 7, 9, 14 ausgebildet.
Eine elektrische Heizvorrichtung 4 sowie die zugehörigen
Leiterbahnen zur elektrischen Stromzuführung sind in eine
isolierende Schicht 3 eingebettet. In der Schicht 5 ist
ein Referenzluftkanal 6 vorgesehen, in dem eine Referenzelektrode 8,
beispielsweise aus porösem Platinmaterial angeordnet ist.
Die Referenzelektrode 8 ist über eine anschließende
schichtförmige Leiterbahn mit einem Anschlusskontakt des
Gassensors verbunden (nicht dargestellt).
-
Oberhalb
der Festelektrolytschicht 7 ist eine strukturierte Festelektrolytschicht 9 mit
einer großen Aussparung angeordnet, welche zentrisch zu
einem den Körper des Gassensors 1 senkrecht zu
dessen Schichten durchsetzenden Abgas-Zutrittsloch 10 angeordnet
ist. Innerhalb der Aussparung ist unter Freilassung eines zum Zutrittsloch 10 konzentrischen Ringraums 11 poröses
Material als Diffusionsbarriere 12 gegenüber einem
eindiffundierenden Messgas angeordnet. Das Zutrittsloch 10 kann,
wie dargestellt, als Sackloch oder abweichend von der Darstellung als
eine den Körper des Gassensors 1 vollständig durchsetzende Öffnung
ausgebildet sein. Im Bereich des Ringraums 11, der auch
als Diffusionskammer bezeichnet wird, trägt die Festelektrolytschicht 7 eine vorzugsweise
für Gase permeable schichtförmige Nernstelektrode 3 aus
porösem Platinmaterial.
-
Über
der Schicht 9 bzw. dem porösen Material 12 liegt
eine weitere Festelektrolytschicht 14, die auf ihrer, dem
Ringraum und damit der Diffusionskammer 11 zugewandten
Seite sowie auf ihrer dem Ringraum 11 abgewandten Seite
jeweils vorzugsweise für Gase permeable innere und äußere
Pumpelektroden 15, 16 aus zumindest bereichsweise
porösem Platinmaterial aufweist, wobei die Elektroden 15, 16 so
geformt sind, dass sie in Draufsicht auf die Schichten des Körpers
des Gassensors 1 den Ringraum 11 zumindest im
Wesentlichen überdecken. Über der Schicht 14 liegt
noch eine gasdurchlässige Schutzschicht 17. Alle
Festelektrolytschichten 2, 3, 5, 7, 9, 14 sind
beispielsweise in Form von Folien aus Zirkondioxid, dem Yttriumoxid
beigefügt ist, gefertigt.
-
Es
ist zu bemerken, dass die Erfindung nicht auf eine hier gezeigte
Breitbandlambdasonde beschränkt ist, sondern bei allen
Sonden, welche die Messung der Luftzahl über einen Lambdawert
von 1 hinaus gestatten, zum Einsatz kommen kann. So kann beispielsweise
statt der gezeigten Breitbandlambdasonde auch eine Magersonde vorgesehen sein,
die sich konstruktiv von der in 1 gezeigten Breitbandsonde
dadurch unterscheidet, dass ein Referenzluftkanal und eine darin
angeordnete Referenzelektrode aufweist. Auch können Sonden
zum Einsatz kommen, bei denen die Elektroden auf der Außenseite
des Festelektrolyten angeordnet sind und durch entsprechende Schichten,
die dann die Diffusionsbarriere bilden, überdeckt sind.
-
Die
vorstehend beschriebene Breitbandsonde funktioniert wie folgt:
Das
das Zutrittsloch 10 aufweisende Ende des Körpers
ist im Abgasstrom bzw. in einem mit dem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors
oder auch eines Heizgerätes kommunizierenden Bereich angeordnet, während
das andere Ende des Körpers mit einem Referenzgas, in der
Regel Luft, beaufschlagt wird.
-
Über
den Referenzluftkanal 6, welcher am vorgenannten anderen
Ende des Körpers 1 eine für das Referenzgas
zugängige Öffnung aufweist, gelangt das Referenzgas
bis in das in 1 sichtbare Endstück
des Referenzgaskanals. Über das Zutrittsloch 10 gelangt
Abgas zum porösen Material 12, durch das das Abgas
in den Ringraum 11 diffundiert, der dementsprechend eine
Diffusionskammer bildet.
-
Wenn
das abgasseitige Ende des Körpers 1 mittels der
elektrischen Widerstandsheizung 4 beheizt wird, kann zwischen
der Referenzelektrode 8 und der Nernstelektrode 13 eine
elektrische Spannung abgegriffen werden, deren Maß von
den Sauerstoffpartialdrücken innerhalb des Endstückes
des Referenzgaskanals 6 bzw. innerhalb des Ringraumes 11 abhängt.
Hierbei wird der Effekt ausgenutzt, dass die Festelektrolytschichten 2, 3, 5, 7, 9, 14 Sauerstoffionen
leiten und dass das Platinmaterial der vorgenannten Elektroden 8, 13 die
Bildung dieser Sauerstoffionen katalysiert. Dabei tritt an den Elektroden 8, 13 eine
von den jeweiligen Sauerstoffpartialdrücken abhängige
Potenzialdifferenz auf, die auch als Nernstspannung bezeichnet wird.
Der Sauerstoffpartialdruck in der Diffusionskammer 11 kann
durch Anlegen einer externen elektrischen Spannung mit steuerbarer
Polarität gesteuert werden. Die entsprechende Spannungsquelle
wird an nicht dargestellte Kontakte angeschlossen, die mit den Pumpelektroden 15, 16 elektrisch
verbunden sind, beispielsweise über im Laminat des Körpers
des Gassensors 1 eingearbeitete Leiterbahnen.
-
Das
Platinmaterial der Elektroden 15, 16 katalysiert
die Gleichgewichtsreaktion von Sauerstoffionen zu molekularem Sauerstoff,
wobei durch die externe elektrische Spannung zwischen den Elektroden 15, 16 ein
Sauerstoffionenstrom mit von der elektrischen Spannung und der Polarität
abhängiger Stärke und Richtung erzeugt wird. Die
Stärke des Pumpstroms zwischen den Pumpelektroden 15, 16 wird
als elektrisches Signal abgegriffen. Beispielweise kann durch Erfassung
von Spannung und Stromstärke der elektrische Widerstand
des über die Pumpelektroden führenden Stromkreises
bestimmt werden. Die Pumpspannung und damit auch der zwischen den
Pumpelektroden 15, 16 fließende Pumpstrom
wird mittels eines Reglers so gesteuert, dass die zwischen der Referenzelektrode 8 und
der Nernstelektrode 13 abgreifbare Nernstspannung immer
einem festgelegten Sollwert entspricht. Damit ist der zwischen den
Pumpelektroden 15, 16 abgreifbare elektrische
Strom ein Maß für den Sauerstoffgehalt der Abgase
relativ zum Referenzgas.
-
Eine
in 2 dargestellte Schaltungsanordnung 20 ist über
entsprechende Anschlüsse mit der Referenzelektrode 8 sowie
den Pumpelektroden 15, 16 verbunden, wobei die
innere Pumpelektrode 15 innerhalb der Breitbandsonde mit
der Nernstelektrode 13 elektrisch verbunden ist, sodass
der zur inneren Pumpelektrode 15 führende Anschluss
der Schaltungsanordnung 20 auch eine elektrische Verbindung
mit der Nernstelektrode 13 aufweist.
-
Wie
oben bereits erwähnt, wird beim Betrieb der Breitbandsonde
die elektrische Spannung zwischen der Nernstelektrode 13 bzw.
der damit verbundenen inneren Pumpelektrode 15 und der
Referenzelektrode 8 erfasst und mit einer vorgebbaren Sollspannung
verglichen. In Abhängigkeit von der Soll-Istwert-Abweichung
zwischen diesen beiden Spannungen wird eine Stromquelle, die Teil
der Schaltungsanordnung 20 ist und die in einem die Pumpelektroden 15, 16 enthaltenen
Pumpstromkreis elektrisch angeordnet ist, so gesteuert, dass der Pumpstrom
IP, der der äußeren Pumpelektrode 16 zugeführt
wird, erhöht oder verringert wird. Ein von der Pumpstromquelle
erzeugtes Ausgangssignal wird nach weiterer Verarbeitung als ein
digitales Signal wieder ausgegeben. Dieses Signal repräsentiert den
Messwert für Lambda.
-
Die
Diffusionsbarriere 12 für eine derartige Breitbandlambdasonde
wird nun typischerweise aus Zirkonoxid unter Zusatz eines Porenbildners
hergestellt. Aufgrund des erhöhten Yttriumoxidgehalts und des
geringeren Siliziumgehalts im Vergleich zum angrenzenden Bereich,
insbesondere der angrenzenden Grundfolie 7 und 14 aus
Zirkonoxid dampft eine verminderte Sinteraktivität das
Verschließen der durch den Porenbildner nach dem Ausbrennen
während des Herstellungsvorgangs zurückgelassenen Poren.
Silizium führt beim Sintern zu einer flüssigen Korngrenzphase,
die das Sintern beschleunigt. Yttriumoxid senkt die Sinteraktivität.
In 3a ist eine dicke Diffusionsbarriere
und in 3b eine dünne Diffusionsbarriere
dargestellt. Die Zirkonoxid-Grundkeramik ist jeweils mit Bezugszeichen 320 bezeichnet. In
der dicken Diffusionsbarriere (3a)
existieren stärker versinterte Bereiche 330 und
ein geringer versinterter Bereich 340, wohingegen bei der
rechts dargestellten Diffusionsbarriere nur ein starker versinterter
Bereich 330 existiert. Links neben 3a ist schematisch
der Siliziumgehalt über der Dicke der Diffusionsbarriere
dargestellt, der in dem geringer versinterten Bereich praktisch
Null ist und in dem stärker versinterten Bereich von Null
verschieden ist. Die in 3a dargestellte
dicke Diffusionsbarriere weist eine niedrigere statische Druckabhängigkeit auf,
während die in 3b dargestellte
dünne Diffusionsbarriere eine hohe statische Druckabhängigkeit aufweist.
-
Der
Sauerstofftransport in der Diffusionsbarriere erfolgt sowohl aufgrund
der so genannten Knudsen-Diffusion als auch aufgrund der Gasphasendiffusion.
-
Der
Grenzstrom einer Sonde mit einem vorwiegenden Sauerstofftransport über
Gasphasendiffusion ist druckunabhängig, da die Druckabhängigkeit
der Diffusion (die mittlere freie Weglänge und damit die
Diffusionskonstante nehmen proportional zu 1/p ab) durch den höheren
Partialdruck des Sauerstoffs kompensiert wird. Bei Diffusionsbarrieren
mit kleineren Poren wird die mittlere freie Weglänge vom Porenradius
bestimmt und ist daher konstant. In diesem Falle, einer Knudsen-Diffusion,
ist der Sauerstofftransport druckabhängig, da die Konzentration des
Sauerstoffs zunimmt, ohne das gleichzeitig die Diffusionskonstante
abnimmt. Damit nimmt der Grenzstrom mit dem Druck zu. Derartige
Diffusionsbarrieren mit kleineren Poren (in 3b dargestellt) zeigen
damit eine hohe statische Druckabhängigkeit. In realen
Systemen liegen beide Transportmechanismen in unterschiedlicher
Ausprägung nebeneinander vor.
-
Umgekehrt
verhält es sich mit der Temperaturabhängigkeit
des Grenzstroms. Bei Sonden mit einem vorwiegenden Sauerstofftransport über
eine Gasphasendiffusion nimmt der Grenzstrom mit der Temperatur
zu, während der Grenzstrom bei Sonden mit vorwiegendem
Sauerstofftransport durch die Knudsen-Diffusion nicht von der Temperatur
abhängt. Es lässt sich daher eine Korrelation
der beiden Koeffizienten angeben. Sonden mit einer hohen Druckabhängigkeit
des Grenzstroms besitzen eine niedrige Temperatur abhängigkeit
des Grenzstroms und umgekehrt. Dieser Zusammenhang ist schematisch
in 5 dargestellt, wo die Temperaturabhängigkeit
a über der Druckabhängigkeit des Grenzstroms k
durch eine Gerade 510 mit negativer Steigung dargestellt
ist.
-
Die
nicht vorveröffentlichte
DE 10 2006 011 837.5 beschreibt
ein Verfahren zur Ermittlung der Gaskonzentration in einem Messgas
mit einem Gassensor, bei dem bei Vorliegen einer ersten Betriebsart
der Brennkraftmaschine, bei der die Gaskonzentration im Messgas
bekannt ist, ein Gaskonzentrationssignal und ein Drucksignal erfasst
werden. Das Gaskonzentrationssignal kann beispielsweise der Grenzstrom
im Schub sein und das Drucksignal kann beispielsweise aufgrund eines
Abgasdruckmodells bestimmt werden. Ausgehend von diesen Signalen wird
ein Kompensationsparameter k des Gassensors ermittelt. Dieser Kompensationsparameter
k wird in anderen Betriebsarten der Brennkraftmaschine für die
Ermittlung der Gaskonzentration berücksichtigt. Hierdurch
ist die Bestimmung der statischen Druckabhängigkeit möglich.
-
Bei
der Fertigung derartiger Breitbandlambdasonden treten nun Schwankungen
der statischen Druckabhängigkeit auf. Bei der Kompensation
von schwankendem Druck im Abgastrakt auf der Basis der statischen
Druckabhängigkeit im Fahrzeug kann bei aus dem Stand der
Technik bekannten Verfahren nun nur eine feste spezifizierte Druckabhängigkeit vorgegeben
werden. Eine Streuung (z. B. Fertigungsstreuung) der statischen
Druckabhängigkeit und deren zeitliche Änderung über
die Lebensdauer der Sonde führen jedoch zu einer zusätzlichen
Streuung des Nutzsignals trotz Berücksichtigung der Druckkompensation.
-
Aus
der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2006 011 837.5 ist ein
Verfahren zur Ermittlung einer Gaskonzentration in einem Messgas
bekannt geworden, gemäß dem die statische Druckabhängigkeit
aus einer Mittelung über eine Vielzahl von Wertepaaren aus
Gaskonzentrationssignalen und Drucksignalen bestimmt werden, wobei
der Druck mittels eines Abgasdruckmodells berechnet wird. Es wird
hierbei ein sogenannter Kompensationsparameter des Gassensors ermittelt,
der wiederum zur Bestimmung der Gaskonzentration herangezogen wird.
-
Die
Bestimmung der Druckabhängigkeit, wie sie sich aus diesem
Verfahren ergibt, basiert auf Signaländerungen aufgrund
der Druckvariation im Schubbetrieb eines die Brennkraftmaschine
aufweisenden Fahrzeugs von typischerweise 200 mbar. Dies führt
zu Änderungen des Pumpstroms Ip in
der Größenordnung von nur 10%. Darüber
hinaus sind sehr viele Messungen erforderlich, da sich der Grenzstrom
mit der Verdünnung des zu messenden Luftsauerstoffs aufgrund
der Variation des Wasserdampfgehalts der Luft ändert. Weil
darüber hinaus Störungen der Auswerteelektronik
zu einer Variation des Spannungsrohsignals für den Grenzstrom
führen und weil ferner der modellierte Druck aufgrund von Ungenauigkeiten
des Druckmodells für verschiedene Fahrzeugbetriebszustände
oder weil das Messsignal, das von einem Drucksensor ausgegeben wird, mehr
oder weniger fehlerhaft ist, ist die Druckkompensation fehlerbehaftet.
-
Um
nun die Druckkompensation während des Betriebs des Fahrzeugs
zu verbessern, wird zunächst die statische Temperaturabhängigkeit
im Fahrbetrieb durch Betrieb der elektrischen Heizvorrichtung 4 bei
verschiedenen Temperaturen, die beispielsweise mittels des Innenwiderstands
der Nernstzelle gemessen werden, bestimmt und hieraus auf die statische
Druckabhängigkeit geschlossen. Dies geschieht, wie in 4 dargestellt,
dadurch, dass beispielsweise zwei Temperaturen mittels der elektrischen
Heizvorrichtung 4 eingestellt werden, eine erste niedrigere
Temperatur T1, die z. B. 600°C
beträgt, und eine zweite höhere Temperatur T2, die z. B. 1000°C beträgt,
wie anhand der Kurve 410, welche die Temperatur T über
der Zeit repräsentiert, schematisch in 4 dargestellt
ist.
-
Der
sich dabei einstellende Pumpstrom Ip, in 4 schematisch
durch die punktierte Linie 420 dargestellt, wird erfasst
und es wird eine Temperaturabhängigkeit a z. B. mittels
folgender Gleichung festgelegt: a = ((IP2 – IP1)/IP1)/(T2 – T1).
-
Aufgrund
dieser Temperaturabhängigkeit a kann nun durch den zuvor
im Labor ermittelten allgemein gültigen Zusammenhang zwischen
der Temperaturabhängigkeit a und der statischen Druckabhängigkeit
k, der in 5 anhand der Geraden 510 dargestellt
und beispielsweise in einer Kennlinie in der Schaltungsanordnung 20 hinterlegt
ist, im Fahrzeug während des Betriebes auf die statische
Druckabhängigkeit k geschlossen werden. Hierdurch kann die
Streuung des Grenzstromsignals nach Vornahme der Druckkompensation
aufgrund von Fertigungsstreuungen der statischen Druckabhängigkeit
im Neuzustand wie auch aufgrund von Alterung der statischen Druckabhängigkeit über
die Lebenszeit der Sonde reduziert werden.
-
Die
Messung wird bevorzugt über den gesamten Lambdabereich
der Pumpzelle ausgedehnt, wobei die Sonde gegebenenfalls nur passiv
betrieben wird, also das Ausgangssignal nicht ausgewertet wird.
-
Die
vorbeschriebene Bestimmung der statischen Druckabhängigkeit
kann auch ergänzend zur direkten Bestimmung der statischen
Druckabhängigkeit aus der Korrelation des Pumpstroms Ip mit einem externen Druckmodell verwendet
werden, wobei in diesem Falle die Temperatur- und die Druckabhängigkeit
des Grenzstromes gegenseitig plausibilisiert werden können.
-
Aus
der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2005 056 152.7 , auf die
Bezug genommen wird, geht ein Verfahren zum Kalibrieren des von
einem im Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten Breitbandlambdasensors
bereitgestellten Signals hervor, bei dem die Ermittlung eines Korrekturwerts während
eines vorgegebenen Betriebszustands der Brennkraftmaschine vorgenommen
wird, in welchem keine Kraftstoffzumessung erfolgt und die Drehzahl der
Brennkraftmaschine oberhalb eines Schwellenwerts liegt. Dabei ist
vorgesehen, dass der Korrekturwert in Abhängigkeit von
der Temperatur des Breitbandlambdasensors während des vorgegebenen
Betriebszustands der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
-
Durch
das vorliegend beschriebene Verfahren kann nun die Messung der Temperaturabhängigkeit
des Pumpstroms und damit des Signals des Gassensors verbessert werden,
da die Temperaturabhängigkeit des Pumpstroms unabhängig
vom Wassergehalts der Luft ist. Es können daher kurz nacheinander
liegende Messungen durchgeführt werden und hieraus eine
genaue Bestimmung der statischen Temperaturabhängigkeit
der Sonde vorgenommen werden, wobei dem der Gedanke zugrunde liegt, dass
kurz nacheinander liegende Messungen den gleichen Wassergehalt der
Luft aufweisen.
-
Es
ist zu erwähnen, dass die in 4 dargestellten
Messungen bei vorzugsweise 600°C und 1000°C bei
bekannter Sauerstoffkonzentration, also beispielsweise im Schub-
oder Schiebebetrieb des die Brennkraftmaschine aufweisenden Fahrzeugs, der
durch ein Signal 23 der Schaltungsanordnung 20 signalisiert
wird, zur Bestimmung der statischen Temperaturabhängigkeit
vorgenommen werden. Dazu wird vorzugsweise gesteuert durch die Schaltungsanordnung 20 mit
der Heizeinrichtung 4 in einer Phase geringen Massenflusses
aufgeheizt. Die erwartete Grenzstromänderung von 4% pro
100°C, also 16% bei 400°C Temperaturunterschied
reicht aus, um mit sehr guter Genauigkeit die Temperaturabhängigkeit zu
bestimmen. Aufgrund der hinterlegten Kennlinie des funktionalen
Zusammenhangs der Temperaturabhängigkeit a von dem Wert
der statischen Druckabhängigkeit k kann auf diese Weise
eine sehr präzise Bestimmung der statischen Druckabhängigkeit
k erfolgen.
-
Das
vorstehend beschriebene Verfahren kann beispielsweise als Computerprogramm
auf einem Rechengerät, insbesondere einem Steuergerät einer
Brennkraftmaschine implementiert sein und dort ablaufen. Der Programmcode
kann auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein,
den das Steuergerät lesen kann.
-
Die
Schaltungsanordnung 20 ist ebenfalls Teil des Steuergeräts
oder repräsentiert des Steuergerät selbst. In
diesem Falle wird davon ausgegangen, dass dieses Steuergerät 20 in
einem gewissen Bereich programmierbar ausgebildet ist, sodass das vorstehend
beschriebene Verfahren implementiert werden kann und insoweit auf
dem Steuergerät 20 abläuft.
-
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 10163912
A1 [0004]
- - DE 102006011837 [0008, 0035, 0037]
- - DE 102005056152 [0044]