DE102012200038A1 - Method for correction of Nernst voltage of Nernst cell of lambda probe during and after energizing Nernst cell, involves energizing electrically Nernst voltage or parameter deduced from it for identification of Nernst cell - Google Patents

Method for correction of Nernst voltage of Nernst cell of lambda probe during and after energizing Nernst cell, involves energizing electrically Nernst voltage or parameter deduced from it for identification of Nernst cell Download PDF

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Abstract

The method involves energizing electrically the Nernst voltage or a parameter deduced from it for identification of the Nernst cell (15) during repeated measuring cycles by impressing discrete bipolar measuring impulses from the measuring pulse and the counter pulse for carrying out further measurements. The resultant voltage is used for combustion air ratio Lambda of the exhaust gas. The Nernst voltage is directly measured before the measuring pulse and the resultant voltage during the measuring pulses.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur der Nernstspannung einer Nernstzelle einer im Abgas einer Brennkraftmaschine angeordneten Lambdasonde während und nach einer Bestromung der Nernstzelle durch diskrete bipolare Messimpulse, wobei die Nernstspannung oder eine daraus abgeleitete Größe zur Bestimmung des Verbrennungsluftverhältnisses Lambda des Abgases verwendet wird und wobei die Nernstzelle während wiederholt durchgeführter Messzyklen durch Aufprägen von diskreten bipolaren Messimpulsen aus Messpuls und Gegenpuls zur Durchführung weiterer Messungen elektrisch bestromt und die resultierende Spannung über die Nernstzelle gemessen und ausgewertet wird.The invention relates to a method for correcting the Nernst voltage of a Nernst cell arranged in the exhaust gas of an internal combustion engine lambda probe during and after energizing the Nernst cell by discrete bipolar measuring pulses, wherein the Nernst voltage or a value derived therefrom for determining the combustion air ratio lambda of the exhaust gas is used and wherein the During repeated measurement cycles, Nernst cells are electrically energized by impressing discrete bipolar measuring impulses from measuring pulse and counterpulse to carry out further measurements, and the resulting voltage is measured and evaluated by the Nernst cell.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuereinheit zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei die Steuereinheit zur Messung des Sensorsignals einer Lambdasonde und zur elektrischen Beaufschlagung einer Nernstzelle der Lambdasonde mit diskreten bipolaren Messimpulsen aus Messpuls und Gegenpuls mit einer im Abgas der Brennkraftmaschine angeordneten Lambdasonde verbunden ist und wobei die Steuereinheit zur Messung der Nernstspannung und zur Messung einer resultierende Spannung über die Nernstzelle während der Beaufschlagung der Nernstzelle mit diskreten bipolaren Messimpulsen ausgelegt ist.The invention further relates to a control unit for controlling an internal combustion engine, wherein the control unit for measuring the sensor signal of a lambda probe and for electrically applying a Nernst cell of the lambda probe is connected with discrete bipolar measuring pulses of measuring pulse and counter-pulse with a arranged in the exhaust gas of the internal combustion engine lambda probe and wherein the control unit is designed for measuring the Nernst voltage and for measuring a resulting voltage across the Nernst cell during the application of the Nernst cell with discrete bipolar measuring pulses.

Lambdasonden werden heute in unterschiedlichen Ausführungsformen zur Messung des Verbrennungsluftverhältnisses Lambda im Abgas von Brennkraftmaschinen eingesetzt. Das Ausgangssignal der Lambdasonde dient der Regelung eines der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-/Kraftstoffverhältnisses (Lambda-Regelung). Die Lambdasonde bestimmt mit Hilfe einer Nernstzelle den Sauerstoffgehalt in dem Abgas der Brennkraftmaschine. Dazu misst die Nernstzelle direkt den Sauerstoffgehalt des Abgases gegenüber einem Referenzgas oder sie dient der Regelung eines Pumpstroms zur Einstellung eines vorgegebenen Sauerstoffgehalts in einem über eine Diffusionsbarriere mit dem Abgas verbundenen Messraum. Der Pumpstrom ist dann ein Maß für den Sauerstoffgehalt in dem Abgas. Lambda sensors are used today in different embodiments for measuring the combustion air ratio lambda in the exhaust gas of internal combustion engines. The output signal of the lambda probe is used to control an internal combustion engine supplied air / fuel ratio (lambda control). The lambda probe determines the oxygen content in the exhaust gas of the internal combustion engine with the aid of a Nernst cell. For this purpose, the Nernst cell directly measures the oxygen content of the exhaust gas relative to a reference gas or serves to regulate a pumping current for setting a predetermined oxygen content in a measuring space connected to the exhaust gas via a diffusion barrier. The pumping current is then a measure of the oxygen content in the exhaust gas.

Zur Durchführung verschiedener Messungen, beispielsweise zur elektrischen Diagnose der Lambdasonde, zur Erkennung der Sondenbetriebsbereitschaft oder zur Stabilisierung der Temperatur des Sensorelementes der Lambdasonde, wird die Reaktion der Lambdasonde auf eine Belastung durch einen Strom ausgewertet. Dazu ist es bekannt, die Nernstzelle der Lambdasonde mit einem pulsförmigen Strom zu beaufschlagen. Der Strom führt zu einer von dem Innenwiderstand Ri der Nernstzelle abhängigen Erhöhung der Spannung über die Nernstzelle. Die daraus resultierende Spannung wird ausgewertet. In order to carry out various measurements, for example for the electrical diagnosis of the lambda probe, to detect the readiness of the probe or to stabilize the temperature of the sensor element of the lambda probe, the reaction of the lambda probe to a load by a current is evaluated. For this purpose, it is known to pressurize the Nernstzelle the lambda probe with a pulsed current. The current leads to an increase in the voltage across the Nernst cell, which is dependent on the internal resistance R i of the Nernst cell. The resulting voltage is evaluated.

Die Strombelastung führt zu einer Ladungsverschiebung in der Lambdasonde, was zu einer zusätzlichen, unerwünschten Spannungserhöhung über der Nernstzelle führt. Diese Polarisation klingt nach der Belastung der Lambdasonde verhältnismäßig langsam ab, wodurch das Sondensignal auch nach der Strombelastung verfälscht wird. The current load leads to a charge shift in the lambda probe, which leads to an additional, undesirable voltage increase across the Nernst cell. This polarization sounds relatively slow after the load of the lambda probe, whereby the probe signal is corrupted even after the current load.

Um nach der Strombelastung schnell wieder ein korrektes Ausgangssignal der Lambdasonde zu erhalten, ist in der Schrift DE 10 2008 042 268 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Abgassonde, insbesondere einer Lambdasonde, im Abgas einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei die Abgassonde wenigstens ein Heizelement zum Erreichen der Betriebstemperatur der Abgassonde aufweist und eine Bestimmung der Temperatur durch Messung des Innenwiderstandes Ri der Abgassonde erfolgt. Dabei ist es vorgesehen, dass die Messung des Innenwiderstandes Ri durch Aufprägen von diskreten bipolaren Messimpulsen aus Puls und Gegenpuls und Erfassung der Nernstspannung UN erfolgt. Sind die durch den Puls zugeführte Ladung und die durch den Gegenpuls abgeführte Ladung gleich, kann die Polarisation nahezu vollständig kompensiert werden. Abhängig von der Anwendung kann eine Restpolarisation toleriert werden. Durch die Festlegung von Strom und Dauer des Gegenpulses lässt sich die Höhe und die Geschwindigkeit der Polarisationsreduzierung beeinflussen, wobei die Spannung der Nernstzelle in die Steuerung der Pulsdauer einbezogen werden kann. To get a correct output signal of the lambda probe quickly after the current load, is in the Scriptures DE 10 2008 042 268 A1 a method for operating an exhaust gas probe, in particular a lambda probe, described in the exhaust gas of an internal combustion engine, wherein the exhaust gas probe has at least one heating element to reach the operating temperature of the exhaust gas probe and a determination of the temperature by measuring the internal resistance R i of the exhaust gas probe. It is provided that the measurement of the internal resistance R i by imprinting discrete bipolar measuring pulses of pulse and counter-pulse and detecting the Nernst voltage U N occurs. If the charge supplied by the pulse and the charge removed by the counter pulse are the same, the polarization can be almost completely compensated. Depending on the application, residual polarization can be tolerated. By determining the current and duration of the counter-pulse, the height and the speed of the polarization reduction can be influenced, wherein the voltage of the Nernst cell can be included in the control of the pulse duration.

Während des Pulses und des Gegenpulses und unmittelbar nach dem Gegenpuls kann die Nernstspannung der Lambdasonde nicht ausgewertet werden. In dieser Zeit liegt keine aktuelle Information über Lambda vor und die Lambdaregelung und Diagnosen, die auf die Nernstspannung zugreifen, können nicht durchgeführt werden. In der DE 10 2008 042 268 A1 ist es daher vorgeschlagen, dass während der Messung des Innenwiderstandes Ri die Erfassung der Nernstspannung UN als Eingangssignal für eine Pumpstromregelung der Abgassonde ausgesetzt wird. Weiterhin ist es vorgeschlagen, dass für den Zeitraum der Aussetzung der Verwendung der Nernstspannung UN als Eingangssignal für die Pumpstromregelung eine rechnerische Kompensation vorgenommen wird. Dazu wird nach bekannten Verfahren die ausgegebene Sondenspannung während des Pulses und des Gegenpulses und entsprechend lange Zeit danach auf dem letzten Messwert vor der Belastung eingefroren. Alternativ kann der ausgegebene Spannungsverlauf, basierend auf den Spannungsmesswerten vor dem Puls, extrapoliert wird. Nach der Strombelastung wird wieder auf die gemessene Sondenspannung zurückgeschaltet. During the pulse and the counter-pulse and immediately after the counter-pulse, the Nernst voltage of the lambda probe can not be evaluated. During this time, there is no current information about lambda and the lambda control and diagnostics that access the Nernst voltage can not be performed. In the DE 10 2008 042 268 A1 It is therefore proposed that during the measurement of the internal resistance R i, the detection of the Nernst voltage U N is exposed as an input signal for pumping current control of the exhaust gas probe. Furthermore, it is proposed that for the period of suspension of the use of Nernst voltage U N as an input signal for the pumping current control, a computational compensation is made. For this purpose, the output probe voltage according to known methods frozen during the pulse and the counter pulse and correspondingly long time thereafter on the last measured value before the load. Alternatively, the output voltage curve can be extrapolated based on the voltage measurement values before the pulse. After the current load is switched back to the measured probe voltage.

Sowohl das Einfrieren wie auch die Extrapolation haben den Nachteil, dass während der Strombelastung und unmittelbar danach für die Lambdaregelung und zur Durchführung von Diagnosen keine aktuellen Informationen über das Sondensignal und das Abgaslambda zur Verfügung stehen. Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, dass bei einem steigenden oder fallenden Lambda des Abgases das Einfrieren oder die Extrapolation der ausgegebenen Sondenspannung beim Zurückschalten auf die gemessene Sondenspannung zu Stufen in dem Sondensignal führen. Dadurch können beispielsweise die Ergebnisse von Diagnosen, welche die Dynamik des Sondensignals bewerten, so stark verfälscht werden, dass es zu Fehldiagnosen kommt. Um dies zu vermeiden, wird in der Regel die Strombelastung der Abgassonde während der Bewertung der Sondendynamik verboten. Daraus ergibt sich jedoch der Nachteil, dass währen dieser Zeit keine aktuellen Informationen über den Innenwiderstand der Sonde vorliegen, wodurch sich die Stabilisierung der Keramiktemperatur der Abgassonde zumindest erschwert. Both the freezing and the extrapolation have the disadvantage that no current information about the probe signal and the Abgaslambda are available during the current load and immediately thereafter for the lambda control and for making diagnoses. A further disadvantage arises from the fact that with an increasing or decreasing lambda of the exhaust gas, the freezing or the extrapolation of the output probe voltage when switching back to the measured probe voltage lead to steps in the probe signal. As a result, for example, the results of diagnoses which evaluate the dynamics of the probe signal can be so strongly falsified that misdiagnosis occurs. In order to avoid this, the current load of the exhaust gas probe is usually prohibited during the evaluation of the probe dynamics. However, this has the disadvantage that during this time there is no current information about the internal resistance of the probe, whereby the stabilization of the ceramic temperature of the exhaust gas probe at least difficult.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine Korrektur von Messwerten einer elektrisch zyklisch wechselnd beschalteten Lambdasonde ermöglicht.It is an object of the invention to provide a method which allows a correction of measured values of an electrically cyclically alternately connected lambda probe.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Steuereinheit zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.It is a further object of the invention to provide a control unit for carrying out the method.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Nernstspannung unmittelbar vor dem Messpuls und die resultierende Spannung während des Messpulses gemessen wird, dass aus der Nernstspannung vor dem Messpuls und der resultierenden Spannung während des Messpulses die resultierende Spannung während des Gegenpulses unter Annahme eines konstant verlaufenden Lambdas des Abgases berechnet wird, dass während des Gegenpulses die resultierende Spannung gemessen wird und dass aus der Abweichung zwischen der berechneten und der gemessenen resultierenden Spannung während des Gegenpulses ein von der Änderung von Lambda während des Messzyklus abhängiger Verlauf der Nernstspannung rekonstruiert wird. Aus der Abweichung zwischen der berechneten und der gemessenen resultierenden Spannung lässt sich der Verlauf des Sondensignals ermitteln, der sich ohne Strombelastung eingestellt hätte. Für die Lambdaregelung und die Diagnose der Lambdasonde steht somit auch während der Strombelastung ein aktuelles Sondensignal zur Verfügung, das dem aktuellen Abgaslambda entspricht. Fehldiagnosen, beispielsweise bei der Bewertung der Dynamik der Lambdasonde, auf Grund von Sprüngen der ausgegebenen Sondenspannung infolge von Einfrieren oder Extrapolation werden vermieden. The object of the invention is achieved in that the Nernst voltage is measured immediately before the measuring pulse and the resulting voltage during the measuring pulse that from the Nernst voltage before the measuring pulse and the resulting voltage during the measuring pulse, the resulting voltage during the counter-pulse assuming a constant running Lambda of the exhaust gas is calculated that during the counter-pulse, the resulting voltage is measured and that from the deviation between the calculated and the measured resulting voltage during the counter-pulse, a dependent of the change of lambda during the measuring cycle of the Nernst voltage is reconstructed. From the deviation between the calculated and the measured resulting voltage, the course of the probe signal can be determined, which would have been set without current load. For the lambda control and the diagnosis of the lambda probe, a current probe signal, which corresponds to the current exhaust lambda, is therefore also available during the current load. Misdiagnoses, for example in the evaluation of the dynamics of the lambda probe, due to jumps in the output probe voltage due to freezing or extrapolation are avoided.

Die Genauigkeit des Verfahrens lässt sich dadurch verbessern, dass vor und während des Messpulses und während des Gegenpulses jeweils mehrere Spannungswerte gemessen und berücksichtigt werden.The accuracy of the method can be improved by measuring and taking into account several voltage values before and during the measuring pulse and during the counter-pulse.

Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass während einer Bewertung der Sondendynamik die Abgassonde durch Aufprägen von diskreten bipolaren Messimpulsen aus Messpuls und Gegenpuls zur Durchführung weiterer Messungen elektrisch bestromt wird. Dies ermöglicht eine bessere Stabilisierung der Keramiktemperatur, da Innenwiderstand Ri der Nernstsonde durchgängig bestimmt werden kann.According to a particularly preferred embodiment variant of the method, it can be provided that, during an evaluation of the probe dynamics, the exhaust gas probe is electrically energized by impressing discrete bipolar measuring pulses of measuring pulse and counter-pulse for carrying out further measurements. This allows better stabilization of the ceramic temperature, since internal resistance Ri of the Nernst probe can be determined throughout.

Die die Steuereinheit betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass in der Steuereinheit ein Programmablauf

  • • zur Messung der Nernstspannung unmittelbar vor dem Messpuls und der resultierenden Spannung während des Messpulses,
  • • zur anschließenden Berechnung der resultierenden Spannung während des Gegenpulses aus der Nernstspannung vor dem Messpuls und der resultierenden Spannung während des Messpulses unter Annahme eines konstant verlaufenden Lambdas des Abgases,
  • • zur Messung der resultierenden Spannung während des Gegenpulses,
  • • zur Bestimmung der Abweichung zwischen der berechneten und der gemessenen resultierenden Spannung während des Gegenpulses
  • • und zur Rekonstruktion des von der Änderung von Lambda während des Messzyklus abhängigen Verlaufs der Nernstspannung während des Gegenpulses aus der Abweichung der berechneten und der gemessenen resultierenden Spannung
vorgesehen ist. Die Steuereinheit ermöglicht so die Durchführung des beschriebenen Verfahrens. The object of the invention relating to the control unit is achieved by a program sequence in the control unit
  • For measuring the Nernst voltage immediately before the measuring pulse and the resulting voltage during the measuring pulse,
  • For the subsequent calculation of the resulting voltage during the counter-pulse from the Nernst voltage before the measuring pulse and the resulting voltage during the measuring pulse, assuming a constantly running lambda of the exhaust gas,
  • For measuring the resulting voltage during the counterpulse,
  • For determining the deviation between the calculated and the measured resulting voltage during the counterpulse
  • • and for reconstructing the variation of the lambda during the measurement cycle depending on the Nernst voltage during the counter pulse from the deviation of the calculated and the measured resulting voltage
is provided. The control unit thus enables the implementation of the described method.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in FIGS. Show it:

1 eine vereinfachte Darstellung einer elektrischen Beschaltung einer Zweipunkt-Lambdasonde, 1 a simplified representation of an electrical wiring of a two-point lambda probe,

2 ein Zeitdiagramm eines aufgeprägten Stroms und einer resultierenden Spannung über eine Nernstzelle einer Lambdasonde, 2 a time diagram of an impressed current and a resulting voltage across a Nernstzelle a lambda probe,

3 ein vorhergesagtes Sondensignal gemäß dem Stand der Technik, 3 a predicted probe signal according to the prior art,

4 ein rekonstruiertes Sondensignal gemäß der vorliegenden Erfindung. 4 a reconstructed probe signal according to the present invention.

1 zeigt in einem Ausführungsbeispiel in einer vereinfachten Darstellung eine elektrischen Beschaltung 10 einer Zweipunkt-Lambdasonde. Die Zweipunkt-Lambdasonde ist durch ein Ersatzschaltbild einer Nernstzelle 15, dargestellt durch einen Innenwiderstand Ri 14 und eine Spannungsquelle 16, dargestellt. Sie ist über einen Belastungswiderstand RB 13 und einen Schalter 12 mit einem Eingang 11 der elektrischen Beschaltung 10 verbunden. Der negative Pol der Nernstzelle 15 liegt auf Masse 17. Der Spannungsabfall über die Nernstzelle 15 wird über einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 18 erfasst und digitalisiert. 1 shows in an embodiment in a simplified representation of an electrical circuit 10 a two-point lambda probe. The two-point lambda probe is represented by an equivalent circuit diagram of a Nernst cell 15 represented by an internal resistance R i 14 and a voltage source 16 represented. It is about a load resistance R B 13 and a switch 12 with an entrance 11 the electrical wiring 10 connected. The negative pole of the Nernst cell 15 lies on earth 17 , The voltage drop across the Nernst cell 15 is via an analog-to-digital converter (ADC) 18 recorded and digitized.

Zur einfachen Beschreibung der Erfindung wird der Polarisationseffekt, der Ersatzweise durch Kapazitäten dargestellt werden kann, in der Darstellung vernachlässigt. Die Zweipunkt-Lambdasonde kann daher als Serienschaltung des Innenwiderstands Ri 14 und der Spannungsquelle 16 betrachtet werden.For ease of description of the invention, the polarization effect, which can be represented as a substitute by capacitances, is neglected in the illustration. The two-point lambda probe can therefore be used as a series connection of the internal resistance R i 14 and the voltage source 16 to be viewed as.

Im Betrieb erzeugt die Nernstzelle eine von Sauerstoffkonzentration des Abgases abhängige Sondenspannung im Bereich zwischen 0,1V und 0,9V. Zur Durchführung verschiedener Messungen, beispielsweise zur elektrischen Diagnose der Zweipunkt-Lambdasonde, zur Erkennung der Sondenbetriebsbereitschaft oder zur Stabilisierung der Temperatur des Sensorelementes der Zweipunkt-Lambdasonde, wird der Innenwiderstand Ri 14 der Nernstzelle 15 bestimmt. Dazu wird der Innenwiderstand Ri 14 kurzzeitig mit einem pulsförmigen Strom belastet, der in die Nernstzelle 15 fließt. Um die Nernstzelle mit diesem in 2 gezeigten Messpuls 24 zu beaufschlagen wird der Eingang 11 der elektrischen Beschaltung 10 mit einer Portspannung UP verbunden, die höher ist als die Nernstspannung der Nernstzelle 15, und der Schalter 12 wird für die Dauer des Messpulses 24 geschlossen. Typische Spannungen sind bei einer Nernstspannung zwischen 0,1V und 0,9V eine Portspannung UP von 3,3 V, wobei die Dauer eines Messpulses 24 bei typisch 3ms liegt. In operation, the Nernst cell generates an oxygen concentration of the exhaust gas dependent probe voltage in the range between 0.1V and 0.9V. For carrying out various measurements, for example for the electrical diagnosis of the two-point lambda probe, for detecting the probe operational readiness or for stabilizing the temperature of the sensor element of the two-point lambda probe, the internal resistance R i 14 the Nernst cell 15 certainly. For this purpose, the internal resistance R i 14 briefly loaded with a pulsed current, which in the Nernst cell 15 flows. To the Nernstzelle with this in 2 shown measuring pulse 24 to act on the entrance 11 the electrical wiring 10 is connected to a port voltage U P which is higher than the Nernst voltage of the Nernst cell 15 , and the switch 12 is for the duration of the measuring pulse 24 closed. Typical voltages are at a Nernstspannung between 0.1V and 0.9V a port voltage U P of 3.3 V, the duration of a measuring pulse 24 at typical 3ms.

Der Analog-Digital-Wandler (ADC) 18 erfasst die resultierende Spannung über die Nernstzelle 15 und digitalisiert diese für die weitere Auswertung in einer übergeordneten Steuereinheit. Aus der resultierenden Spannung wird der Innenwiderstand Ri 14 der Nernstzelle 15 bestimmt. The analog-to-digital converter (ADC) 18 detects the resulting voltage across the Nernst cell 15 and digitizes them for further evaluation in a higher-level control unit. From the resulting voltage, the internal resistance R i 14 the Nernst cell 15 certainly.

Die Strombelastung bewirkt eine zusätzliche, unerwünschte Ladungsverschiebung (Polarisation) und damit eine zusätzliche Spannungserhöhung über der Nernstzelle 15. Diese Spannungserhöhung klingt nach Öffnen des Schalters 12 verhältnismäßig langsam ab. Durch die Polarisation wird das Spannungssignal sowohl während des Messpulses 24 wie nach dem Messpuls 24 verfälscht. Daher ist unmittelbar nach dem Messpuls 24 ein ebenfalls in 2 gezeigter Gegenpuls 25 vorgesehen, bei dem die Portspannung UP kleiner als die Nernstspannung der Nernstsonde 15 gewählt ist. Typische Werte für den Gegenpuls 25 sind Portspannungen UP von 0V und Impulsdauern von 9ms. Durch den im Vergleich zum Messpuls 24 vorzugsweise ladungsgleichen Gegenpuls 25 wird die Polarisation schnell abgebaut. The current load causes an additional, undesirable charge shift (polarization) and thus an additional voltage increase across the Nernst cell 15 , This increase in voltage sounds after opening the switch 12 relatively slowly. The polarization causes the voltage signal both during the measuring pulse 24 as after the measuring pulse 24 falsified. Therefore, immediately after the measurement pulse 24 a likewise in 2 shown counter-pulse 25 provided in which the port voltage U P is smaller than the Nernst voltage of the Nernst probe 15 is selected. Typical values for the counter-pulse 25 are port voltages U P of 0V and pulse durations of 9ms. By compared to the measuring pulse 24 preferably charge-like counterpulse 25 the polarization is degraded quickly.

2 zeigt ein Zeitdiagramm eines aufgeprägten Stroms 23 und einer resultierenden Spannung 24 über die Nernstzelle 15 einer Lambdasonde. Der Strom 23 ist dabei gegenüber einer Stromachse 20 und einer ersten Zeitachse 22.1 aufgetragen, die resultierende Spannung 26 gegenüber einer Spannungsachse 21 und einer im Vergleich zur ersten Zeitachse 22.1 gleich skalierten zweiten Zeitachse 22.2. Zu verschiedenen Auswertezeitpunkten 27.1, 27.2, 27.3, 27.4, 27.5 erfolgt eine Abtastung der Spannung 26 durch den in 1 gezeigten Analog-Digital-Wandler (ADC) 18. 2 shows a timing diagram of an impressed current 23 and a resultant tension 24 about the Nernst cell 15 a lambda probe. The current 23 is opposite to a current axis 20 and a first timeline 22.1 applied, the resulting voltage 26 opposite a voltage axis 21 and one compared to the first timeline 22.1 equal scaled second timeline 22.2 , To different Auswertezeitpunkten 1.27 . 27.2 . 27.3 . 27.4 . 27.5 there is a sampling of the voltage 26 through the in 1 shown analog-to-digital converter (ADC) 18 ,

Die Belastung der Nernstzelle 15 erfolgt zunächst durch einen Messpuls 24, gefolgt von einem Gegenpuls 25, bei dem sich die Stromrichtung umdreht. Der Messpuls 24 und der Gegenpuls 25 sind so ausgelegt, dass nach dem Gegenpuls 25 die Polarisation der Nernstzelle 15 weitestgehend abgebaut ist. The burden of the Nernst cell 15 takes place first by a measuring pulse 24 followed by a counterpulse 25 in which the current direction reverses. The measuring pulse 24 and the counter-pulse 25 are designed so that after the counterpulse 25 the polarization of the Nernst cell 15 as far as possible is reduced.

Aus der Spannung 26 USOB(t0) zu einem ersten Auswertezeitpunkt 27.1 unmittelbar vor der Strombelastung durch den Messpuls 24 und aus der resultierenden Spannung 26 USMB(t1) zu einem zweiten Auswertezeitpunkt 27.2 während der Strombelastung durch den Messpuls 24 kann der Innenwiderstand Ri 14 wie folgt berechnet werden:

Figure 00070001
From the tension 26 U SOB (t 0 ) at a first evaluation time 1.27 immediately before the current load due to the measuring pulse 24 and from the resulting tension 26 U SMB (t 1 ) at a second evaluation time 27.2 during the current load through the measuring pulse 24 the internal resistance R i 14 calculated as follows:
Figure 00070001

UP(t1) entspricht dabei der Portspannung zum zweiten Auswertezeitpunkt 27.2, während der Messpuls 24 anliegt. U P (t 1 ) corresponds to the port voltage at the second evaluation time 27.2 during the measuring pulse 24 is applied.

Während des Gegenpulses 25 zum dritten Auswertezeitpunkt 27.3 kann der Innenwiderstand Ri 14 wie folgt berechnet werden:During the counterpulse 25 for the third evaluation time 27.3 the internal resistance R i 14 calculated as follows:

Figure 00070002
Figure 00070002

USOB(t1) ist dabei die Spannung 26 unmittelbar vor der Strombelastung durch den Gegenpuls 25 und USMB(t2) die Spannung 26 während der Strombelastung durch den Gegenpuls 25 am dritten Auswertezeitpunkt 27.3. U SOB (t 1 ) is the voltage 26 immediately before the current load due to the counter-pulse 25 and U SMB (t 2 ) the voltage 26 during the current load due to the counter-pulse 25 at the third evaluation time 27.3 ,

Unter der Annahme, dass sich der Innenwiderstand Ri 14 der Nernstzelle 15 nicht verändert (Ri(t1) = Ri(t2)) können die beiden Gleichungen gleichgesetzt werden. Die Annahme, dass sich der Innenwiderstand Ri 14 nicht verändert, ist dabei in der thermischen Trägheit der Lambdasonde und der vergleichsweise kurzen Dauer des Messpulses 24 begründet. Assuming that the internal resistance R i 14 the Nernst cell 15 not changed (R i (t 1 ) = R i (t 2 )), the two equations can be equated. The assumption that the internal resistance R i 14 not changed, is in the thermal inertia of the lambda probe and the comparatively short duration of the measuring pulse 24 founded.

Die Spannung 26, die sich unmittelbar vor dem Gegenpuls 25 ohne Strombelastung eingestellt hätte, ist auf Grund des kurzen Messpulses 24 in guter Näherung: USOB(t1) = USOB(t0) The voltage 26 that are just before the counter-pulse 25 without current load, is due to the short measuring pulse 24 in a good approximation: U SOB (t 1 ) = U SOB (t 0 )

Unter der Annahme eines konstant verlaufenden Lambdas des Abgases, also einer konstanten Abgaszusammensetzung, bei der sich die Spannung 26 ohne einen aufgeprägten Strom nicht verändert hätte, lässt sich die Spannung USMB(t2) am dritten Auswertepunkt 27.3 wie folgt berechnen.

Figure 00080001
Assuming a constant exhaust gas lambda, ie a constant exhaust gas composition, at which the voltage 26 Without an impressed current would not have changed, the voltage U SMB (t 2 ) can be at the third evaluation point 27.3 calculate as follows.
Figure 00080001

USMB(t2) ist dabei die aus den Spannungen vor und während des Messpulses 24 berechnete Spannung 26 zum dritten Auswertezeitpunkt 27.3 während des Gegenpulses 25 unter Annahme eines konstant verlaufenden Lambdas. U SMB (t 2 ) is the one from the voltages before and during the measuring pulse 24 calculated voltage 26 for the third evaluation time 27.3 during the counterpulse 25 assuming a constant lambda.

Weicht die tatsächlich während des Gegenpulses 25 gemessene Spannung 26 USMB,Mess(t2) von der berechneten Spannung 26 USMB(t2) ab, dann ist diese Abweichung auf eine Änderung des Abgaslambdas zurückzuführen. Dodges actually during the counterpulse 25 measured voltage 26 U SMB, measure (t 2 ) of the calculated voltage 26 U SMB (t 2 ) from, then this deviation is due to a change in the Abgaslambda.

Die Nernstspannung, die sich zum dritten Auswertezeitpunkt 27.3 bei einer sich ändernden Abgaszusammensetzung und somit einem sich ändernden Lambda während des Gegenpulses 25 ohne Strombelastung eingestellt hätte, ist folglich: USOB(t2) = USOB(t0) USMB(t2) – USMB,Mess(t2) The Nernst voltage, which is the third evaluation time 27.3 at a changing exhaust gas composition and thus a changing lambda during the counter-pulse 25 without current load, is therefore: U SOB (t 2 ) = U SOB (t 0 ) U SMB (t 2 ) - U SMB, measurement (t 2 )

Aus der Spannung vor und während des Messpulses 24 sowie während des Gegenpulses 25 lässt sich somit der Spannungsverlauf rekonstruieren, der sich ohne die Belastung der Nernstzelle 15 mit einem Strom 23 eingestellt hätte. Die Spannung 26 USOB(t) lässt sich bei Bedarf auf vergleichbare Weise für weiter Zeitpunkte bestimmen. From the voltage before and during the measuring pulse 24 as well as during the counterpulse 25 Thus, the voltage curve can be reconstructed without the burden of the Nernst cell 15 with a stream 23 would have set. The voltage 26 If necessary, U SOB (t) can be determined in a comparable way for further points in time.

3 zeigt ein vorhergesagtes Sondensignal 32 einer Lambdasonde im Abgas einer Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik. Die Signale sind gegenüber einer Spannungsachse 21 und einer dritten Zeitachse 22.3 aufgetragen. 3 shows a predicted probe signal 32 a lambda probe in the exhaust gas of an internal combustion engine according to the prior art. The signals are opposite to a voltage axis 21 and a third timeline 22.3 applied.

Gezeigt ist ein gemessenes Sondensignal 30 vor, während und nach einem in 2 gezeigten Messpuls 24 und einem Gegenpuls 25. Das gemessene Sondensignal 30 ist als Strichlinie dargestellt. Ein als Punktlinie dargestelltes Sondensignal ohne Belastung USOB 31 zeigt den Verlauf, der sich ohne eine Strombelastung ergeben hätte. Das vorhergesagte Sondensignal 32 ist durchgängig gezeichnet.Shown is a measured probe signal 30 before, during and after one in 2 shown measuring pulse 24 and a counter-pulse 25 , The measured probe signal 30 is shown as a dashed line. A probe signal shown as a dotted line without stress U SOB 31 shows the course that would have resulted without a current load. The predicted probe signal 32 is drawn throughout.

Der tatsächliche Verlauf von Lambda in dem Abgas entspricht dem Verlauf des Sondensignals ohne Belastung USOB 31. In dem Ausführungsbeispiel ist Lambda zunächst konstant und ändert sich dann stetig ab dem Beginn des Gegenpulses 25. The actual course of lambda in the exhaust gas corresponds to the course of the probe signal without load U SOB 31 , In the exemplary embodiment lambda is initially constant and then changes continuously from the beginning of the counter-pulse 25 ,

Während und nach der Strombelastung der Lambdasonde kommt es für eine gewisse Zeit, beispielsweise für 20ms, zu einer Abweichung des gemessenen Sondensignals 30 von dem Sondensignal ohne Belastung USOB 31, welches dem tatsächlichen Verlauf von Lambda entspricht. Ohne Berücksichtigung dieser Abweichung können insbesondere die Lambdaregelung und Diagnosen, die auf die Sondenspannung zugreifen, gestört werden. Ein solcher Zugriff erfolgt typisch alle 10ms. Um solche Störungen zu verhindern wird die ausgegebene Sondenspannung üblicherweise während des Messpulses 24 und des Gegenpulses 25 konstant gehalten, woraus sich das vorhergesagte Sondensignal 32 ergibt. Alternativ wird während dieser Zeit der ausgegebene Signalverlauf, basierend auf dem Signalverlauf vor dem Messpuls 24, extrapoliert, was in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zu einem gleichen vorhergesagten Sondensignal 32 führt. Erst nach dem Gegenpuls wird wieder von dem vorhergesagten Sondensignal 32 auf das gemessene Sondensignal 30 zurückgeschaltet. Nachteilig hierbei ist, dass während der Zeit der Strombelastung keine aktuellen Informationen über das dem vorliegenden Lambda entsprechende Sondensignal und somit das Abgaslambda zur Verfügung stehen. During and after the current load of the lambda probe, a deviation of the measured probe signal occurs for a certain time, for example for 20 ms 30 from the probe signal without load U SOB 31 , which corresponds to the actual course of lambda. Without taking account of this deviation, the lambda control and diagnoses which access the probe voltage can be disturbed, in particular. Such access is typically every 10ms. To prevent such interference, the output probe voltage is usually during the measuring pulse 24 and the counter-pulse 25 kept constant, resulting in the predicted probe signal 32 results. Alternatively, during this time, the output waveform, based on the waveform before the measuring pulse 24 , extrapolated, which in the embodiment shown results in a same predicted probe signal 32 leads. Only after the counter-pulse is again from the predicted probe signal 32 to the measured probe signal 30 switched back. The disadvantage here is that during the time of the current load no current information about the present lambda corresponding probe signal and thus the Abgaslambda are available.

Insbesondere bei einem fallenden oder, wie in dem gezeigten Ausführungsbeispiel dargestellt, steigenden Verlauf des Sondensignals kann das Konstanthalten oder das Extrapolieren des Sondensignals beim Zurückschalten auf das gemessene Sondensignal 30 zu Stufen in dem ausgegebenen Sondensignal führen. Solche Stufen können die Ergebnisse von Diagnosen, welche die Dynamik des Sondensignals bewerten, sehr stark verfälschen und zu Fehldiagnosen führen. Aus diesem Grund ist in heutigen Systemen eine Strombelastung der Lambdasonde während der Bewertung der Dynamik der Lambdasonde untersagt. Dies führt zu dem Nachteil, dass während dieser Zeit keine aktuellen Informationen über den Innenwiderstand Ri 14 der Lambdasonde zur Verfügung stehen, wodurch die Stabilisierung der Keramiktemperatur der Lambdasonde erschwert wird.Particularly in the case of a falling or, as shown in the embodiment shown, increasing profile of the probe signal, the constant or extrapolating of the probe signal when switching back to the measured probe signal 30 lead to steps in the output probe signal. Such stages can greatly distort the results of diagnostics that assess the dynamics of the probe signal and lead to misdiagnosis. For this reason, in current systems, a current load of the lambda probe during the evaluation of the dynamics of the lambda probe is prohibited. This leads to the disadvantage that during this time no current information about the internal resistance R i 14 the lambda probe are available, whereby the stabilization of the ceramic temperature of the lambda probe is difficult.

4 zeigt ein entsprechend der Beschreibung zu 2 rekonstruiertes Sondensignal 33 gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einem gemessenen Sondensignal 30 und einem Sondensignal ohne Belastung USOB 31. Auch hier sind die Sondensignale 30, 31, 33 gegenüber der in 3 eingeführten Spannungsachse 21 und der dritten Zeitachse 22.3 aufgetragen. 4 indicates one according to the description 2 reconstructed probe signal 33 according to the present invention compared to a measured probe signal 30 and a probe signal without load U SOB 31 , Again, the probe signals 30 . 31 . 33 opposite to the 3 introduced voltage axis 21 and the third timeline 22.3 applied.

Es zeigt sich, dass das rekonstruierte Sondensignal 33 mit dem Sondensignal ohne Belastung USOB 31 übereinstimmt und damit ein Sprung beim Zurückschalten von dem rekonstruierten Sondensignal 33 auf das gemessene Sondensignal 30 vermieden werden kann. It turns out that the reconstructed probe signal 33 with the probe signal without load U SOB 31 matches and thus a jump when switching back from the reconstructed probe signal 33 to the measured probe signal 30 can be avoided.

Für die Lambdaregelung und die Diagnose der Lambdasonde steht damit auch während der Strombelastung ein aktuelles Sondensignal zur Verfügung, welches dem vorliegenden Abgaslambda entspricht und nicht verfälscht ist. Fehldiagnosen auf Grund von Sprüngen der ausgegebenen Sondenspannung beim Zurückschalten von einem vorhergesagten Sondensignal 32 auf das gemessene Sondensignal 30 können vermieden werden. Daher kann eine Strombelastung und damit eine Bestimmung des Innenwiderstandes Ri 14 der Lambdasonde während der Bewertung der Sondendynamik erlaubt werden. Dies führt zu einer besseren Stabilisierung der Keramiktemperatur der Abgassonde. For the lambda control and the diagnosis of the lambda probe, a current probe signal is therefore also available during the current load, which corresponds to the present exhaust lambda and is not distorted. Misdiagnoses due to jumps in the output probe voltage when switching back from a predicted probe signal 32 to the measured probe signal 30 can be avoided. Therefore, a current load and thus a determination of the internal resistance R i 14 the lambda probe are allowed during the evaluation of the probe dynamics. This leads to a better stabilization of the ceramic temperature of the exhaust gas probe.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102008042268 A1 [0006, 0007] DE 102008042268 A1 [0006, 0007]

Claims (4)

Verfahren zur Korrektur der Nernstspannung einer Nernstzelle 15 einer im Abgas einer Brennkraftmaschine angeordneten Lambdasonde während und nach einer Bestromung der Nernstzelle 15 durch diskrete bipolare Messimpulse, wobei die Nernstspannung oder eine daraus abgeleitete Größe zur Bestimmung des Verbrennungsluftverhältnisses Lambda des Abgases verwendet wird und wobei die Nernstzelle 15 während wiederholt durchgeführter Messzyklen durch Aufprägen von diskreten bipolaren Messimpulsen aus Messpuls 24 und Gegenpuls 25 zur Durchführung weiterer Messungen elektrisch bestromt und die resultierende Spannung 26 über die Nernstzelle gemessen und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Nernstspannung unmittelbar vor dem Messpuls 24 und die resultierende Spannung 26 während des Messpulses 24 gemessen wird, dass aus der Nernstspannung vor dem Messpuls 24 und der resultierenden Spannung 26 während des Messpulses 24 die resultierende Spannung 26 während des Gegenpulses 25 unter Annahme eines konstant verlaufenden Lambdas des Abgases berechnet wird, dass während des Gegenpulses 25 die resultierende Spannung 26 gemessen wird und dass aus der Abweichung zwischen der berechneten und der gemessenen resultierenden Spannung 26 während des Gegenpulses 25 ein von der Änderung von Lambda während des Messzyklus 24 abhängiger Verlauf der Nernstspannung rekonstruiert wird. Method for correcting the Nernst voltage of a Nernst cell 15 a lambda probe arranged in the exhaust gas of an internal combustion engine during and after an energization of the Nernst cell 15 by discrete bipolar measuring pulses, wherein the Nernst voltage or a quantity derived therefrom is used for determining the combustion air ratio lambda of the exhaust gas and wherein the Nernst cell 15 during repeatedly performed measuring cycles by impressing discrete bipolar measuring pulses from measuring pulse 24 and counter-pulse 25 to carry out further measurements electrically energized and the resulting voltage 26 is measured and evaluated via the Nernst cell, characterized in that the Nernst voltage immediately before the measuring pulse 24 and the resulting tension 26 during the measuring pulse 24 is measured that from the Nernst voltage before the measuring pulse 24 and the resulting tension 26 during the measuring pulse 24 the resulting tension 26 during the counterpulse 25 assuming a constant lambda of the exhaust gas is calculated that during the counterpulse 25 the resulting tension 26 is measured and that from the deviation between the calculated and the measured resulting voltage 26 during the counterpulse 25 one of the change of lambda during the measurement cycle 24 dependent course of the Nernst voltage is reconstructed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor und während des Messpulses 24 und während des Gegenpulses 25 jeweils mehrere Spannungswerte gemessen und berücksichtigt werden. A method according to claim 1, characterized in that before and during the measuring pulse 24 and during the counterpulse 25 in each case several voltage values are measured and taken into account. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Bewertung der Sondendynamik die Abgassonde durch Aufprägen von diskreten bipolaren Messimpulsen aus Messpuls 24 und Gegenpuls 25 zur Durchführung weiterer Messungen elektrisch bestromt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that during an evaluation of the probe dynamics, the exhaust gas probe by impressing discrete bipolar measuring pulses from measuring pulse 24 and counter-pulse 25 is energized to carry out further measurements. Steuereinheit zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei die Steuereinheit zur Messung des Sensorsignals einer Lambdasonde und zur elektrischen Beaufschlagung einer Nernstzelle 15 der Lambdasonde mit diskreten bipolaren Messimpulsen aus Messpuls 24 und Gegenpuls 25 mit einer im Abgas der Brennkraftmaschine angeordneten Lambdasonde verbunden ist und wobei die Steuereinheit zur Messung der Nernstspannung und zur Messung einer resultierende Spannung 26 über die Nernstzelle 15 während der Beaufschlagung der Nernstzelle 15 mit diskreten bipolaren Messimpulsen ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit ein Programmablauf • zur Messung der Nernstspannung unmittelbar vor dem Messpuls 24 und der resultierenden Spannung 26 während des Messpulses 24, • zur anschließenden Berechnung der resultierenden Spannung 26 während des Gegenpulses 25 aus der Nernstspannung vor dem Messpuls 24 und der resultierenden Spannung 26 während des Messpulses 24 unter Annahme eines konstant verlaufenden Lambdas des Abgases, • zur Messung der resultierenden Spannung 26 während des Gegenpulses 25, • zur Bestimmung der Abweichung zwischen der berechneten und der gemessenen resultierenden Spannung 26 während des Gegenpulses 25 • und zur Rekonstruktion des von der Änderung von Lambda während des Messzyklus abhängigen Verlaufs der Nernstspannung während des Gegenpulses 25 aus der Abweichung der berechneten und der gemessenen resultierenden Spannung 26 vorgesehen ist. Control unit for controlling an internal combustion engine, wherein the control unit for measuring the sensor signal of a lambda probe and for electrically charging a Nernst cell 15 the lambda probe with discrete bipolar measuring pulses from measuring pulse 24 and counter-pulse 25 is connected to a arranged in the exhaust gas of the internal combustion engine lambda probe and wherein the control unit for measuring the Nernst voltage and for measuring a resulting voltage 26 about the Nernst cell 15 during the exposure of the Nernst cell 15 is designed with discrete bipolar measuring pulses, characterized in that in the control unit a program sequence • for measuring the Nernst voltage immediately before the measuring pulse 24 and the resulting tension 26 during the measuring pulse 24 , • for subsequent calculation of the resulting voltage 26 during the counterpulse 25 from the Nernst voltage before the measuring pulse 24 and the resulting tension 26 during the measuring pulse 24 assuming a constant exhaust gas lambda, • to measure the resulting voltage 26 during the counterpulse 25 • for determining the deviation between the calculated and the measured resulting voltage 26 during the counterpulse 25 • and to reconstruct the variation of the Nernst voltage during the counter-pulse, which depends on the change of lambda during the measuring cycle 25 from the deviation of the calculated and the measured resulting voltage 26 is provided.
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