DE19625899C2

DE19625899C2 - Method of operating an oxygen probe

Info

Publication number: DE19625899C2
Application number: DE1996125899
Authority: DE
Inventors: Hong Zhang; Alexander Ketterer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2016-06-28
Also published as: GB9713673D0; GB2314634A; FR2750501A1; GB2314634B; DE19625899A1; FR2750501B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Innen widerstandes einer elektrisch beheizten, nach dem Prinzip der galvanischen Sauerstoff-Konzentrationszelle mit Festelektro lyt arbeitenden Sauerstoffsonde, deren Ausgangssignal sich bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis sprung haft ändert und das als Eingangsgröße für einen Lambdaregler einer Lambdaregeleinrichtung dient.The invention relates to a method for determining the interior resistance of an electrically heated, according to the principle of galvanic oxygen concentration cell with fixed electro lyt working oxygen probe, the output signal of which at a stoichiometric air / fuel ratio jump changes and that as an input variable for a lambda controller serves a lambda control device.

Zum Nachweis der Sauerstoffkonzentration in einem Abgas, wie es aus einer Brennkraftmaschine ausgestoßen wird und zur Ein stellung eines der Brennkraftmaschine zuzuführenden Luft/Kraftstoffverhältnisses sind Sauerstoffsonden nach dem Prinzip der Sauerstoff-Konzentrations-Zelle bekannt (DE 44 10 016 A1). Die Sauerstoffsonde weist eine elektrochemische Zelle auf, die aus einem Sauerstoffionen leitenden Fest elektrolytkörper, einer Referenzelektrode und einer Meße lektrode besteht, wobei die Referenzelektrode mit einem Refe renzgas und die Meßelektrode mit dem zu messenden Abgas be aufschlagt wird. Zwischen der Referenzelektrode und der Meß elektrode wird eine elektromotorische Kraft erzeugt, deren Größe von der Differenz der Sauerstoffkonzentration zwischen dem Referenzgas und dem Abgas abhängig ist.To detect the oxygen concentration in an exhaust gas, such as it is ejected from an internal combustion engine and on position of one to be fed to the internal combustion engine Air / fuel ratio are oxygen probes after the Principle of the oxygen concentration cell known (DE 44 10 016 A1). The oxygen probe has an electrochemical one Cell on that from an oxygen ion conducting solid electrolyte body, a reference electrode and a measurement electrode exists, the reference electrode with a Refe reference gas and the measuring electrode with the exhaust gas to be measured is opened. Between the reference electrode and the measuring Electrode generates an electromotive force, the Size of the difference in oxygen concentration between the reference gas and the exhaust gas.

Als Referenzgas wird dabei in der Regel die Atmosphäre be nutzt. Ein relativ geringer Strom (Pumpstrom), der zwischen die Referenz- und Meßelektrode aufgebracht wird, erzeugt in der elektrochemischen Zelle zum Eintrag eines Referenzgases in die Referenzzelle eine Sauerstoff-Pump-Wirkung.The atmosphere is usually used as the reference gas uses. A relatively low current (pump current) that is between the reference and measuring electrode is applied, generated in the electrochemical cell to enter a reference gas an oxygen pumping effect in the reference cell.

Da das Ausgangssignal der Lambdasonde stark von ihrer Tempe ratur beeinflußt wird und dieser Einfluß störende Auswirkungen auf die Regelgenauigkeit besitzt, sind Maßnahmen bekannt, auf die Temperatur der Sonde ausgleichend einzuwirken. Dabei muß beachtet werden, daß die Abgassonde erst oberhalb einer Temperaturschwelle betriebsbereit ist, die im allgemeinen o berhalb der Abgastemperatur im Leerlauf liegt. Aus der DE-OS 29 28 496 ist es hierzu beispielsweise bekannt, die Sonde zu sätzlich elektrisch zu beheizen und ihre Temperatur zur Er zielung eines möglichst genauen Lambdasignals zu regeln. Als Istwert für die Temperaturregelung wird dabei der gemessene Innenwiderstand der Sondenkeramik verwendet.Since the output signal of the lambda sensor strongly depends on its tempe rature is influenced and this influence disruptive effects measures are known for the control accuracy, to have a balancing effect on the temperature of the probe. there must be noted that the exhaust gas probe only above a Temperature threshold is operational, which is generally o idle above the exhaust gas temperature. From DE-OS 29 28 496 it is known, for example, to close the probe additionally electrically heated and their temperature to Er aim to regulate the most accurate lambda signal possible. As The measured value is the actual value for the temperature control Internal resistance of the probe ceramic used.

In der DE 33 26 576 A1 ist ein Verfahren sowie eine Vorrich tung zur Erfassung der Konzentration von Gasbestandteilen, insbesondere von Sauerstoffanteilen im Abgas einer Brenn kraftmaschine, einer Öl- oder Gasfeuerungsanlage oder der gleichen beschrieben. Dabei wird eine Abgassonde, insbesonde re eine Sauerstoffsonde über ihre Meßelektroden mit einer e lektrischen Wechselgröße beaufschlagt und die elektrische vom Gasanteil abhängige Ausgangsgröße der Sauerstoffsonde zur Be einflussung des zur verbrennenden Luft-Kraftstoff-Gemisches verwendet, bei der die elektrische Wechselgröße direkt die Temperatur der Abgassonde beeinflusst und die Temperatur der Abgassonde geregelt wird. Über eine Erfassung des Innenwider standes der Sonde wird die Temperatur der Abgassonde auf ei nen vorgegebenen Wert geregelt. Zur Erfassung des Innenwider standes der Abgassonde wird gerade die elektrische Wechsel größe zur Temperaturbeeinflussung der Abgassonde verwendet.DE 33 26 576 A1 describes a method and a device to record the concentration of gas components, in particular of oxygen components in the flue gas of a burner engine, an oil or gas combustion system or the same described. An exhaust gas probe, in particular re an oxygen probe over its measuring electrodes with an e electrical alternating quantity applied and the electrical from Output quantity of the oxygen probe for loading dependent on the gas content Influence of the air-fuel mixture to be burned used, in which the alternating electrical variable directly the Exhaust probe temperature influences and the temperature of the Exhaust gas probe is regulated. By recording the internal resistance the temperature of the exhaust gas probe on egg regulated a predetermined value. To measure the internal resistance The state of the exhaust gas probe is just the electrical change Size used to influence the temperature of the flue gas probe.

In der DE 36 37 029 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung der Betriebsbereitschaft einer Sauerstoffmeßsonde, die im Abgas kanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, beschrieben. Diese dient zusammen mit einer Regeleinrichtung zur Regelung der Gemischaufbereitung für die Brennkraftmaschine. Die Aus gangsspannung der Sauerstoffmeßsonde wird mit einer Integra tionszeitkonstanten integriert, welche vom Innenwiderstand der Sauerstoffmeßsonde abhängt. Die Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung wird gemessen. Oberhalb eines vorgegebenen Wertes der Änderungsgeschwindigkeit wird Betriebsbereit schaft der Sauerstoffmeßsonde festgestellt.DE 36 37 029 A1 describes a method for recognizing the Operational readiness of an oxygen measuring probe in the exhaust gas Channel of an internal combustion engine is described. Together with a control device, this is used for control the mixture preparation for the internal combustion engine. The out The voltage of the oxygen probe is measured with an integra tion time constants, which depend on the internal resistance depends on the oxygen measuring probe. The rate of change the output voltage is measured. Above a given one The value of the rate of change becomes operational shaft of the oxygen measuring probe.

Aus der DE 32 19 610 A1 ist ein Sauerstoffkonzentrationsde tektor bekannt, der einen Grenzstrom-Sauerstoffkonzentra tionsfühler und eine erste Einrichtung aufweist, welche den Grenzstrom-Sauerstoffkonzentrationsfühler elektrisch ansteu ert, um einen Grenzstrom des Fühlers und den Innenwiderstand des Fühlers festzustellen. Desweiteren ist eine zweite Ein richtung vorgesehen, welche den Wert des Grenzstroms, welcher in den Grenzstrom-Sauerstoffkonzentrationsfühler fließt, und die Strommenge feststellt, welche zu dem Wert des Innenwider standes des Sauerstoffkonzentrationsfühlers proportional ist. Eine dritte Einrichtung ist vorhanden, welche abwechselnd Zeit einem ersten Zeitabschnitt, in welchem der Grenzstrom gemessen wird, und einem zweiten Zeitabschnitt zuteilt, in welchem der Innenwiderstand gemessen wird. Darüber hinaus ist eine vierte Einrichtung vorgesehen, welche einen Temperatur korrekturkoeffizienten anhand der Strommenge berechnet, deren Wert proportional dem Wert des Innenwiderstandes ist. Eine fünfte Einrichtung wendet eine -Korrektur am Ausgang der zweiten Einrichtung an entsprechend dem Ausgang der vierten Einrichtung.DE 32 19 610 A1 describes an oxygen concentration end tector known that a limit current oxygen concentration tion sensor and a first device which the Control limit current oxygen concentration sensor electrically to a limit current of the sensor and the internal resistance the sensor. Furthermore, there is a second one direction provided, which is the value of the limit current, which flows into the limit current oxygen concentration sensor, and determines the amount of electricity which corresponds to the value of the internal resistance level of the oxygen concentration sensor is proportional. A third facility is available, which alternately Time a first period in which the limit current is measured and allocated a second time period in which the internal resistance is measured. Beyond that a fourth device is provided which has a temperature correction coefficients calculated from the amount of electricity whose Value is proportional to the value of the internal resistance. A fifth device applies a correction to the output of the second device according to the output of the fourth Facility.

In der DE 43 44 961 A1 wird eine Auswertevorrichtung für das Sondensignal einer beheizten amperometrischen Sauerstoffsonde angegeben, die in der Strömung des Abgases aus einem Verbren nungsmotor angeordnet ist. Die Heizereinrichtung der Sonde wird dauernd mit einer solchen Heizerspannung betrieben, daß ihr Innenwiderstand konstant bleibt. Dazu ist jedoch mit zu nehmender Alterung der Sonde eine immer höhere Sondentempera tur, d. h. eine immer höhere Heizerspannung erforderlich. Die höhere Sondentemperatur führt jedoch zu einer unerwünschten Erhöhung des Sondensignals, welche Erhöhung zu kompensieren ist. Für diese Kompensation wird die Erkenntnis genutzt, daß die Erhöhung der Sondentemperatur eindeutig mit der Erhöhung der Heizerspannung verknüpft ist. Wie stark die Erhöhung der Heizerspannung ist wird durch Vergleichsmessungen in einem Kalibrier-Betriebszustand des Motors erfaßt. Aus der erfaßten Änderung der Heizerspannung wird ein Korrekturwert gebildet, mit dem das Meßsignal mathematisch verknüpft wird, um ein korrigiertes Meßsignal zu erzielen, das weder temperatur- noch alterungsbedingte Fehler aufweisen.DE 43 44 961 A1 describes an evaluation device for the Probe signal from a heated amperometric oxygen probe indicated that in the flow of exhaust gas from a burn voltage motor is arranged. The heater device of the probe is continuously operated with such a heater voltage that their internal resistance remains constant. To do this, however, is too increasing aging of the probe an ever higher probe temperature door, d. H. an ever higher heater voltage is required. The however, higher probe temperature leads to an undesirable one Increase in the probe signal, which increase to compensate is. For this compensation, the knowledge is used that the increase in probe temperature clearly increases with the increase the heater voltage is linked. How much the increase in Heater voltage is obtained by comparative measurements in one Calibration operating state of the engine detected. From the captured If the heater voltage changes, a correction value is formed with which the measurement signal is mathematically linked to a to achieve a corrected measurement signal that is neither temperature still have age-related errors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren an zugeben, mit dem auf einfache Weise der Innenwiderstand einer Sauerstoffsonde bereitgestellt werden kann.The invention has for its object a method admit, with which the internal resistance of a Oxygen probe can be provided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa tentanspruches 1 gelöst.This object is achieved by the features of Pa claim 1 solved.

Durch Versorgung der Referenzzelle mit einem getakteten Pump strom, wobei die Pumpstromphasen mit der Lambdareglerfrequenz synchronisiert werden, kann auf einfache Weise durch Messung der Sondenspannung vor und nach der Pumpstromphase der Innen- Widerstand der Sonde mit hoher Genauigkeit ermittelt und dann als Eingangsgröße für die Heizungsregelung der Lambdasonde verwendet werden.By supplying the reference cell with a clocked pump current, the pump current phases with the lambda controller frequency can be synchronized easily by measurement the probe voltage before and after the pump current phase of the indoor Resistance of the probe is determined with high accuracy and then as an input variable for the heating control of the lambda probe be used.

Als Triggerereignis für die Pumpstromphase wird das Über- bzw. das Unterschreiten von Schwellenwerten ausgewertet, bei denen ein stabiles Sondensignal vorliegt. Wird dann der Pump strom kurzzeitig aufgeschaltet, so ändert sich der Gesamtwi derstand der Schaltung und man erhält eine Änderung des Son densignals, die allein auf der Aufschaltung des Pumpstromes beruht und nicht durch Lambdaänderungen beeinflußt ist. Nach einer, vom System bedingten minimalen Pumpzeit kann durch Differenzbildung der Spannungen und bei bekanntem Vorwider stand, der an eine Spannungsquelle angelegt wird und dadurch den Pumpstrom erzeugt, der Innenwiderstand ermittelt werden.As a trigger event for the pump current phase, the over- or the undershooting of threshold values is evaluated at which have a stable probe signal. Then the pump current is briefly switched on, the total i changes the state of the circuit and you get a change in the son densignals, which depend solely on the pumping current is based and is not influenced by lambda changes. To a minimum pumping time caused by the system can be achieved by Difference formation of the voltages and with known series resistor stood, which is applied to a voltage source and thereby generates the pump current, the internal resistance can be determined.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen gekennzeichnet. Advantageous embodiments of the invention are in the sub claims marked.

Das Verfahren wird im folgenden anhand der Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:The procedure is described below using the drawing figures explained in more detail. Show it:

Fig. 1 in Prinzipdarstellung ein elektrisches Ersatzschalt bild einer Lambdasonde mit gepumpter Sauerstoffrefe renz und Fig. 1 shows a schematic representation of an electrical equivalent circuit image of a lambda probe with a pumped oxygen reference and

Fig. 2 den Verlauf des Ausgangssignals einer solchen Lamb dasonde bei aktiver Lambdaregelung Fig. 2 shows the course of the output signal of such a lambda probe with active lambda control

In Fig. 1 ist das Ersatzschaltbild einer beheizten, planaren Lambdasonde dargestellt, die nach dem Prinzip der galvani schen Sauerstoff - Konzentrationszelle mit ZrO₂-Festelektro lyt arbeitet. Diese bekannte Lambdasonde weist eine Meßzelle und eine Sauerstoffpumpzelle (Referenzzelle) auf, wobei sich zwischen einer, der Meßzelle zugeordneten Elektrode und einer der Pumpzelle zugeordneten O₂-Referenzelektrode die soge nannte Nernstspannung ausbildet. Die Größe dieser Spannung ist abhängig von den Sauerstoffpartialdrücken in der Meß- und der Referenzzelle. Im Schaltbild ist diese Spannung als Span nungsquelle UN bezeichnet. An der Reihenschaltung aus dieser Spannungsquelle und dem Innenwiderstand RLS der Sonde ist das Sondensignal VLS abgreifbar, das eine Information über die Sauerstoffkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine enthält. Diese Information wird in bekannter Weise zur Rege lung des Luft/Kraftstoffverhälnisses der Brennkraftmaschine verwendet.In Fig. 1 the equivalent circuit diagram of a heated, planar lambda probe is shown, which works on the principle of galvanic oxygen concentration cell with ZrO ₂ fixed electrolyte. This known lambda probe has a measuring cell and an oxygen pump cell (reference cell), the so-called Nernst voltage being formed between an electrode assigned to the measuring cell and an O ₂ reference electrode assigned to the pump cell. The magnitude of this voltage depends on the oxygen partial pressures in the measuring and reference cells. In the circuit diagram, this voltage is referred to as the voltage source UN. The probe signal VLS, which contains information about the oxygen concentration in the exhaust gas of an internal combustion engine, can be tapped from the series connection of this voltage source and the internal resistance RLS of the probe. This information is used in a known manner to regulate the air / fuel ratio of the internal combustion engine.

Da die O₂-Referenzzelle einer solchen Lambdasonde keine Ver bindung zur Atmosphäre aufweist, wird zur Füllung der Refe renzzelle mit Sauerstoff mit Hilfe einer Spannungsquelle und eines Vorwiderstandes ein relativ geringer Strom erzeugt, der zum Eintragen von Sauerstoff in die Referenzzelle durch die sogenannte Sauerstoff-Pump-Wirkung führt. In Fig. 1 ist mit VCC eine stabilisierte Versorgungsspannung bezeichnet, die über einen Vorwiderstand RVOR einen solchen Pumpstrom PI er zeugt. Die Höhe des Pumpstromes PI muß begrenzt werden, da ein übermäßig großer Strom das sogenannte Einschwärzungs- bzw. Schwärzungsphänomen verursacht, durch das Sauerstoffio nen von den festen Elektrolytgliedern entfernt werden und da durch eine sehr schnelle Verschlechterung der Wirkung des Sauerstoffpumpenelementes und damit eine Verschlechterung des Betriebes der gesamten Lambdaregelungseinrichtung eintritt.Since the O ₂ reference cell of such a lambda probe has no connection to the atmosphere, a relatively small current is generated to fill the reference cell with oxygen with the aid of a voltage source and a series resistor, which is used to introduce oxygen into the reference cell by the so-called oxygen Pump effect leads. In Fig. 1, VCC denotes a stabilized supply voltage, which generates such a pump current PI via a series resistor RVOR. The amount of the pump current PI must be limited because an excessively large current causes the so-called blackening or blackening phenomenon by which oxygen ions are removed from the solid electrolyte members and because of a very rapid deterioration in the action of the oxygen pump element and thus a deterioration in operation of the entire lambda control device occurs.

Der Pumpstrom PI wird durch Betätigen einer elektronischen Schalteinrichtung SCH1, die mittels Signalen von der Steue rungseinrichtung STG gesteuert wird in einer später anhand der Fig. 2 erläuterteten Art und Weise aufgeschaltet.The pump current PI is applied by actuating an electronic switching device SCH1, which is controlled by means of signals from the control device STG, in a manner explained later with reference to FIG. 2.

Da die Lambdasonde nur oberhalb einer minimalen Betriebstem peratur funktionsbereit ist und damit die Regelung des Luft/Kraftstoffgemisches erst dann möglich wird, wenn die Sonde ihre Betriebstemperatur erreicht hat, wird die Aufhei zung der Sonde durch das Aufbringen einer elektrischen Son denheizung beschleunigt. Außerdem sorgt die Sondenheizung da für, daß in Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine, (z B. Leerlauf), bei denen die Heizleistung des Abgases nicht aus reicht, die Sondentemperatur auf einen vorgegebenen Wert kon stant zu halten. Hierzu ist eine Heizungsregelung notwendig, weil nur ein definiertes Temperaturniveau der Sonde ein den Sauerstoffgehalt im Abgas repräsentierendes Signal mit hoher Genauigkeit liefert. Wenn die Temperatur des Sensors stark variiert, dann ist das Sondensignal nicht nur von der Luft zahl λ, sondern unerwünschter Weise auch von der Temperatur abhängig. In Fig. 1 ist diese Sondenheizung mittels eines Heizwiderstandes RH dargestellt, der über eine weitere Schalteinrichtung SCH2 durch Ansteuersignale von der Steue rungseinrichtung STG an eine Heizspannung UH anlegbar ist. Dabei wird die Heizung der Lambdasonde auf einen konstanten Innenwiderstand von beispielsweise 200 Ω geregelt. Hierzu ist es notwendig, den Wert des Innenwiderstandes RLS der Son de zu kennen. Since the lambda probe is only ready for operation above a minimum operating temperature and the air / fuel mixture can only be controlled when the probe has reached its operating temperature, the heating of the probe is accelerated by the application of an electrical probe heater. In addition, the probe heater ensures that in operating areas of the internal combustion engine (eg idling), in which the heating power of the exhaust gas is insufficient, the probe temperature is kept constant at a predetermined value. A heating control is necessary for this because only a defined temperature level of the probe delivers a signal representing the oxygen content in the exhaust gas with high accuracy. If the temperature of the sensor varies greatly, then the probe signal is not only dependent on the air number λ, but also undesirably on the temperature. In Fig. 1, this probe heating is shown by means of a heating resistor RH, which can be applied to a heating voltage UH via a further switching device SCH2 by control signals from the control device STG. The heating of the lambda probe is regulated to a constant internal resistance of, for example, 200 Ω. For this it is necessary to know the value of the internal resistance RLS of the probe.

Anhand der Fig. 2 wird erklärt, wie sowohl der Pumpstrom PI für die Referenzzelle bereitgestellt, als auch der Innenwi derstand RLS der Sonde sehr genau bestimmt werden kann.With reference to FIG. 2 will be explained, as provided in both the pump current PI for the reference cell, and the resistor RLS Innenwi the probe can be determined very accurately.

In dem Diagramm ist der zeitliche Verlauf des Sondensignals VLS bei aktiver Lambdaregelung und betriebswarmer Sonde wäh rend einer vollständigen Reglerschwingung dargestellt. Außer dem sind verschiedene Schwellenwerte für das Sondensignal eingetragen. Mit VLS_MMV_MAX ist dabei eine mittlere maximale Sondenspannung, mit VLS_MMV_MIN eine mittlere minimale Son denspannung bezeichnet. Eine Fett-Erkennungsschwelle ist mit VLS_RICH und eine Mager-Erkennungsschwelle mit VLS_LEAN ge kennzeichnet. Die Zeitspanne zwischen dem Punkt A, bei dem das Sondensignal VLS die Fett-Erkennungsschwelle VLS_RICH überschreitet bis zu dem Punkt D, bei dem das Sondensignal VLS die Mager-Erkennungsschwelle VLS_LEAN unterschreitet, ist als Fettbereich VLS_CYC_AFR bezeichnet. Als Magerbereich VLS_CYC_AFL ist entsprechend die Zeitspanne zwischen dem Punkt D und einem Punkt F definiert, bei dem das Sondensignal VLS wieder die Fett-Erkennungsschwelle VLS_RICH überschrei tet. Die Summme dieser beiden Zeiten VLS_CYC_AFR + VLS_CYC_AFL entspricht der Periodendauer der Reglerschwin gung.In the diagram is the time course of the probe signal VLS with active lambda control and warm probe shown as a complete controller oscillation. except that are different threshold values for the probe signal entered. With VLS_MMV_MAX there is an average maximum Probe voltage, with VLS_MMV_MIN a medium minimum son denoted voltage. A fat detection threshold is included VLS_RICH and a lean detection threshold with VLS_LEAN ge features. The time between point A at which the probe signal VLS the fat detection threshold VLS_RICH exceeds to the point D at which the probe signal VLS falls below the lean detection threshold VLS_LEAN referred to as the fat range VLS_CYC_AFR. As a lean area VLS_CYC_AFL is accordingly the period between Point D and a point F defined at which the probe signal VLS again exceeds the fat detection threshold VLS_RICH tet. The sum of these two times VLS_CYC_AFR + VLS_CYC_AFL corresponds to the period of the controller oscillation supply.

Wie bereits eingangs erwähnt, darf der Pumpstrom einen maxi malen, im wesentlichen durch den Sondenaufbau vorgegebenen Wert nicht überschreiten. Deshalb wird vom Sondenhersteller ein Wert für den Dauerpumpstrom spezifiziert. Es ist aber auch möglich, kurzzeitig mit einem höheren Pumpstrom zu ar beiten, wenn anschließend eine entsprechend lange Pause ein gehalten wird, in der nicht gepumpt wird. Durch Wahl des Puls-Pausen-Verhältnisses bzw. des Taktverhältnisses kann der Referenzzelle dann ebenfalls ein Strom zugeführt werden, des sen mittlerer Wert dem vorgegebenen Wert des Dauerpumpstromes entspricht. As already mentioned at the beginning, the pump current may have a maxi paint, essentially specified by the probe structure Do not exceed value. That is why the probe manufacturer specified a value for the continuous pump current. But it is also possible to work temporarily with a higher pump current if there is a correspondingly long pause is held in which there is no pumping. By choosing the The pulse-pause ratio or the pulse ratio can A reference current can then also be supplied to the mean value the specified value of the continuous pump current equivalent.

Die Bestimmung des Innenwiderstandes RLS der Lambdasonde er folgt durch Auswerten des Sondensignals VLS vor und nach der Pumpstromphase. Durch das Einschalten des Pumpstromes (Schalteinrichtung SCH1 geschlossen) ändert sich aufgrund des jetzt zugeschalteten Vorwiderstandes RVOR (Fig. 1) der Gesamt widerstand der Schaltung und es tritt während des Pumpens ei ne Signalüberhöhung auf.The internal resistance RLS of the lambda probe is determined by evaluating the probe signal VLS before and after the pump current phase. By switching on the pump current (switching device SCH1 closed) changes due to the now connected series resistor RVOR ( Fig. 1), the total resistance of the circuit and it occurs during pumping ei ne signal increase.

Der Pumpstrom wird aber erst angelegt, wenn das Sondensignal von fett nach mager oder umgekehrt wechselt und das Sondensi gnal einen stabilen Zustand erreicht. Dies ist der Fall, wenn das Sondensignal VLS entweder die mittlere maximale Sonden spannung VLS_MMV_MAX überschreitet (Punkt B) oder die mittle re Sondenspannung VLS_MMV_MIN unterschreitet (Punkt E).The pump current is only applied when the probe signal changes from fat to lean or vice versa and the Sondensi gnal reached a stable state. This is the case if the probe signal VLS is either the mean maximum probe voltage VLS_MMV_MAX exceeds (point B) or the average right probe voltage VLS_MMV_MIN falls below (point E).

Wenn das Sondensignal VLS den Schwellenwert VLS_MMV_MAX (Punkt B) erreicht, wird für eine bestimmte Zeit T_PI, auch als Pumpstromphase bezeichnet, der Pumpstrom PI eingeschal tet. Der Verlauf des Sondensignals VLS folgt dadurch nicht mehr der mit strichlierter Linie eingezeichneten Kurve, son dern die Spannung steigt weiter bis zu einem Punkt C', bei dem der Pumpstrom wieder ausgeschaltet wird.If the probe signal VLS exceeds the threshold VLS_MMV_MAX (Point B) is reached for a certain time T_PI, too referred to as the pump current phase, the pump current PI is switched on tet. The course of the probe signal VLS does not follow more of the curve drawn with a dashed line, son the voltage continues to rise up to a point C ' which the pump current is switched off again.

Nach einer minimalen Pumpstromzeit C_T_PI_MIN, die eingehal ten werden muß, um die Auswirkungen der hervorgerufenen Span nungsänderung zu erfassen und daraus den Innenwiderstand RLS bestimmen zu können, wird zum Zeitpunkt C die Spannung VLS_UP_PI_n+1 gemessen. Bezeichnet man die gemessene Spannung vor der Pumpstromphase mit VLS_UP_n (Punkt B). so kann der In nenwiderstand der Sonde nach folgender Beziehung berechnet werden:
After a minimum pump current time C_T_PI_MIN, which must be complied with in order to record the effects of the voltage change caused and to be able to determine the internal resistance RLS therefrom, the voltage VLS_UP_PI _{n + 1 is} measured at time C. The measured voltage before the pump current phase is referred to as VLS_UP _n (point B). the internal resistance of the probe can be calculated according to the following relationship:

Mit VCC ist dabei die Versorgungsspannung bezeichnet, die über den Vorwiderstand RVOR den Pumpstrom PI erzeugt und mit VOFF ist eine Offsetspannung bezeichnet, die das elektrische Verhalten der Schaltung nach Fig. 1 berücksichtigt, z. B. die Sättigungsspannung des Transistors (Schalteinrichtung SCH1), mit dem der Vorwiderstand RVOR zugeschaltet wird.VCC denotes the supply voltage which generates the pump current PI via the series resistor RVOR and VOFF denotes an offset voltage which takes into account the electrical behavior of the circuit according to FIG . B. the saturation voltage of the transistor (switching device SCH1) with which the series resistor RVOR is switched on.

Die Berechnung des Innenwiderstandes kann auf analoge Weise auch durch Differenzbildung der entsprechenden Spannungswerte erfolgen, wenn das Sondensignal VLS die Schwelle VLS_MMV_MIN unterschritten hat.The internal resistance can be calculated in an analogous manner also by forming the difference between the corresponding voltage values take place when the probe signal VLS exceeds the threshold VLS_MMV_MIN has fallen below.

Zur Bestimmung des Innenwiderstandes der Lambdasonde muß man also nicht den betragsmäßig kleinen Dauerpumpstrom (typische Werte liegen im Bereich von 20-50 µA) auswerten, was zu Meß ungenauigkeiten führen kann, sondern durch die Taktung des Pumpstromes mit höheren Strömen (typisch 1 mA) immer dann, wenn das Sondensignal einen stabilen Zustand erreicht hat, kann der Innenwiderstand sehr genau bestimmt werden. Die aus zuwertenden Spannungsänderungen beruhen nämlich in diesem Fall ausschließlich auf dem Einfluß des Pumpstromes und wer den nicht durch Lambdaschwankungen beeinflußt. Erfolgt die Aufschaltung des Pumpstromes zeitlich nicht synchronisiert mit dem Ausgangssignal der Sonde, sondern zu einem Zeitpunkt, bei dem das Sensorsignal stark instationär ist, so erhält man Meßwerte, die sich durch Überlagerung aus dem Zuschalten des Vorwiderstandes und dem Sensorverhalten ergeben und die somit das Ergebnis der Widerstandsbestimmumg verfälschen.To determine the internal resistance of the lambda probe you have to So not the small amount of continuous pumping current (typical Values are in the range of 20-50 µA) evaluate, which leads to meas can lead to inaccuracies, but by clocking the Pump current with higher currents (typically 1 mA) always when the probe signal has reached a stable state, the internal resistance can be determined very precisely. The out voltage changes to be assessed are based on this Fall exclusively on the influence of the pump current and who which is not influenced by fluctuations in lambda. Does that happen Activation of the pump current is not synchronized in time with the probe's output signal but at a time where the sensor signal is highly transient, so you get Measured values, which are caused by superposition from the connection of the Series resistance and the sensor behavior and thus falsify the result of the resistance determination.

Um die Sonde nicht durch zu hohe Pumpströme und/oder zu lange Pumpstromzeiten zu zerstören, muß der getaktete Pumpstrom, die Pumpstromzeit, als auch die an die Pumpstromzeit folgende Pausenzeit, in der kein Pumpstrom fließt, konstant gehalten werden. Im folgenden wird mit dem Ausdruck C_FAC_T_PI das Tastverhältnis bezeichnet. Der Wert dieses Verhältnisses er gibt sich aus den Sondenkennwerten, insbesondere aus dem emp fohlenen Dauerpumpstrom und dem maximal zulässigen Pumpstrom. To prevent the probe from pumping currents that are too high and / or too long To destroy pump current times, the clocked pump current, the pump current time, as well as the one following the pump current time Pause time during which no pump current flows is kept constant become. The following is the expression C_FAC_T_PI Duty cycle called. The value of this ratio he results from the probe parameters, especially from the emp foal continuous pumping current and the maximum permissible pumping current.

Das Erzeugen des Pumpstromes PI durch die über den Vorwider standes RVOR angelegte Versorgungsspannung VCC hat die be reits erwähnte Spannungsüberhöhung des Sondensignals VLS zur Folge. Deshalb kann das Sondensignal während der Pump stromphase nicht zur Auswertung für die Lambdaregelung heran gezogen werden. Die Pumpstromphase beginnt daher erst, wie bei der Bestimmung des Innnenwiderstandes der Sonde beschrie ben, wenn das Sondensignal einen stabilen Zustand erreicht hat. Überschreitet das Sondensignal VLS die Schwelle VLS_MMV_MAX oder wird die Schwelle VLS_MMVMIN unterschritten, wird der Pumpstrom PI für die Zeitdauer T_PI eingeschaltet.The generation of the pump current PI through the series resistor RVOR applied supply voltage VCC has the be already mentioned voltage surge of the probe signal VLS Episode. Therefore, the probe signal can current phase is not used for evaluation for the lambda control to be pulled. The pump current phase therefore only begins as when determining the internal resistance of the probe ben when the probe signal reaches a stable state Has. The probe signal VLS exceeds the threshold VLS_MMV_MAX or if the VLS_MMVMIN threshold is undershot, the pump current PI is switched on for the period T_PI.

Für die Bemessung dieser Pumpstromzeit T_PI ist zu unter scheiden, ob die Lambdaregelung aktiv ist und der Sondenin nenwiderstand, der ein Maß für die Sondentemperatur dar stellt, einen bestimmten Schwellenwert unterschritten hat.To measure this pump current time T_PI is too low decide whether the lambda control is active and the probe resistance, which is a measure of the probe temperature has fallen below a certain threshold.

Wenn die Sonde kalt ist, besitzt sie einen sehr hohen Innen widerstand (typische Werte liegen im MΩ-Bereich) und als Sondensignal steht keine meßbare Spannung zur Verfügung, die ausgewertet werden könnte. An der Auswerteelektronik stellt sich eine Spannung ein, die sich aus der Beschaltung der Son de ergibt. Wird die Sonde durch die Abgase und/oder durch die elektrische Heizung erwärmt, beginnt die Sonde zu arbeiten und gibt eine Spannung ab, die abhängig ist von der Luftzahl Lambda und der Temperatur. Die Temperatur ist aber nach einer bestimmten Zeit annähernd stabil. Es wird deshalb abgefragt, ob der Sondeninnenwiderstand RLS den Schwellenwert C_RLS_PRE_MIN unterschritten hat und damit eine warme, be triebsbereite Sonde vorliegt. Der Schwellenwert C_RLS_PRE_MIN wird abhängig vom Sondentyp appliziert.When the probe is cold, it has a very high interior resistance (typical values are in the MΩ range) and as There is no measurable voltage available to the probe signal could be evaluated. At the evaluation electronics a tension arising from the wiring of the Son de results. If the probe is exposed to the exhaust gases and / or the heated electric heater, the probe begins to work and emits a voltage that depends on the air ratio Lambda and the temperature. But the temperature is after one approximately stable at a certain time. It is therefore queried whether the probe internal resistance RLS the threshold C_RLS_PRE_MIN has fallen below and thus a warm, be operational probe is present. The threshold C_RLS_PRE_MIN is applied depending on the probe type.

Ist die Lambdaregelung aktiv und der Sondeninnenwiderstand RLS kleiner oder gleich diesem Schwellenwert C_RLS_PRE_MIN, so wird weiter abgefragt, ob das Sondensignal VLS oberhalb des mittleren maximalen Wertes VLS_MMV_MAX oder unterhalb des mittleren minimalen Wertes VLS_MMV_MIN liegt. If the lambda control is active and the probe internal resistance RLS less than or equal to this threshold C_RLS_PRE_MIN, it is further queried whether the probe signal VLS is above the mean maximum value VLS_MMV_MAX or below the mean minimum value VLS_MMV_MIN.

Somit lassen sich folgende Fälle unterscheiden:
The following cases can thus be distinguished:

a)

- Lambda control active

- RLS ≦ C_RLS_PRE_MIN

- VLS <VLS_MMV_MAX

Die Pumpstromzeit T_PI wird dabei berechnet durch die Formel T_PI = VLS_CYC_AFL.C_FAC_T_PI.The pump current time T_PI is calculated using the formula T_PI = VLS_CYC_AFL.C_FAC_T_PI.

Mit VLS_CYC_AFL ist der Magerbereich bezeichnet, d. h. dieje nige Zeit während der das Sondensignal ein mageres Gemisch anzeigt und die mittels eines Zeitzählers gemessen wird. Mit C_FAC_T_PI ist das Tastverhältnis bezeichnet, das sich aus dem mittleren Pumpstrom (z. B. 20 µA Dauerpumpstrom) und der Wahl der Amplitude des kurzzeitig angelegten Pumpstromes (z. B. 1 mA) ergibt.
VLS_CYC_AFL denotes the lean area, ie the time during which the probe signal indicates a lean mixture and which is measured by means of a time counter. C_FAC_T_PI denotes the pulse duty factor, which results from the mean pump current (e.g. 20 µA continuous pump current) and the choice of the amplitude of the short-term pump current (e.g. 1 mA).

a)

- Lambda control active

- RLS ≦ C_RLS_PRE_MIN

- VLS <VLS_MMV_MIN

Die Pumpstromzeit T_PI wird dabei berechnet durch die Formel T_PI = VLS_CYC_AFR.C_FAC_T_PI.The pump current time T_PI is calculated using the formula T_PI = VLS_CYC_AFR.C_FAC_T_PI.

Mit VLS_CYC_AFR ist der Fettbereich bezeichnet, d. h. diejeni ge Zeit während der das Sondensignal ein fettes Gemisch an zeigt und die mittels eines Zeitzählers gemessen wird. Mit C_FAC_T_PI ist wiederum das bereits oben definierte Tastver hältnis bezeichnet.VLS_CYC_AFR denotes the fat range, i. H. diejeni time during which the probe signal turns on a rich mixture shows and which is measured by means of a time counter. With C_FAC_T_PI is, in turn, the probe defined above relationship designated.

Die Pumpstromzeit T_PI muß in beiden Fällen innerhalb eines begrenzten Bereiches liegen:
The pump current time T_PI must be within a limited range in both cases:

C_TP_I_MIN < T_PI < C_TP_I_MAXC_TP_I_MIN <T_PI <C_TP_I_MAX

Die minimale Pumpstromzeit C_T_PI_MIN muß eingehalten werden, weil der Meßvorgang der Sondenspannung eine gewisse Zeitspanne erfordert. Die maximale Pumpstromzeit C_T_PI_MAX darf nicht überschritten werden, da ansonsten die Sonde geschädigt werden könnte. Da in der Formel zur Berechnung der Pumpstrom zeit T_PI über die Zeiten VLS_CYC_AFL und VLS_CYC_AFR die Re gelfrequenz der Lambdaregelung einfließt, kann es in bestimm ten Betriebspunkten mit sehr kleinen Regelfrequenzen und da mit sehr hohen Periodendauern vorkommen, daß der Pumpstrom PI so lange eingeschaltet bleibt, daß die Sonde geschädigt oder sogar zerstört wird.The minimum pump current time C_T_PI_MIN must be observed because the measuring process of the probe voltage takes a certain amount of time requires. The maximum pump current time C_T_PI_MAX is allowed not be exceeded, otherwise the probe will be damaged could be. Because in the formula for calculating the pump current time T_PI over the times VLS_CYC_AFL and VLS_CYC_AFR the Re of the lambda control, it can be determined in operating points with very low control frequencies and there occur with very long periods that the pump current PI remains switched on for so long that the probe is damaged or is even destroyed.

a)

- Lambda control active

- RLS <C_RLS_PRE_MIN

- VLS <VLS_MMV_MAX or VLS <VLS_MMV_MIN

Die Pumpstromzeit T_PI berechnet sich dabei nach der Formel
The pump current time T_PI is calculated using the formula

T_PI = C_T_PI_MINT_PI = C_T_PI_MIN

Bei einer noch kalten Sonde hat man nicht die Möglichkeit wie bei einer warmen Sonde (Fälle a.) und b.)) die Zeiten VLS_CYC_AFL und VLS_CYC_AFR zu messen. Deshalb wird aus Si cherheitsgründen mit der minimalen Pumpstromzeit gearbeitet.If the probe is still cold, you do not have the option of how for a warm probe (cases a.) and b.)) the times VLS_CYC_AFL and VLS_CYC_AFR to measure. Therefore Si safety reasons worked with the minimum pump current time.

Bei aktiver Lambdaregelung ist der Beginn und die Dauer des Pumpvorganges abhängig von der Regelfrequenz des Lambdareg lers gewählt. Wenn der Lambdaregler nicht aktiv ist, ist der Pumpvorgang auch nicht vom Sondensignal abhängig und bei der Berechnung der Pumpstromzeit muß nur unterschieden werden, ob die Sonde warm oder kalt ist. Der Pumpvorgang muß nicht durch die Schwellen VLS_MMV_MAX oder VLS_MMV_MIN getriggert werden, sondern kann immer dann erfolgen, wenn es nötig ist.With active lambda control, the start and duration of the Pumping process depends on the control frequency of the Lambdareg lers chosen. If the lambda controller is not active, the is Pumping process also does not depend on the probe signal and at Calculation of the pump current time only has to be differentiated whether the probe is warm or cold. The pumping process does not have to go through the thresholds VLS_MMV_MAX or VLS_MMV_MIN are triggered, but can always be done when necessary.

a)

- Lambda controller not active

- RLS ≦ C_RLS_PRE_MIN (warm probe)

In diesem Fall wird als Pumpstromzeit ein applizierbarer Standardwert C_T_PI_STND gewählt, der durch Untersuchungen am Prüfstand ermittelt wird:

T_PI = C_T_PI_STND
In this case, an applicable standard value C_T_PI_STND is selected as the pump current time, which is determined by tests on the test bench:

T_PI = C_T_PI_STND

a)

- Lama controller not active

- RLS <C_RLS_PRE_MIN (cold probe)

Hat der die Temperatur der Sonde widerspiegelnde Innenwider stand den Schwellenwert C_RLS_PRE_MIN noch nicht unterschrit ten, so wird nur während der minimalen Pumpstromzeit gepumpt, die gerade noch eine Messung der Sondenspannung erlaubt:
If the internal resistance reflecting the temperature of the probe has not yet fallen below the threshold value C_RLS_PRE_MIN, pumping is only carried out during the minimum pump current time, which still allows measurement of the probe voltage:

T_PI = C_T_PI_MIN.T_PI = C_T_PI_MIN.

Die Pumpstromphase bei nicht aktiver Lambdaregelung beginnt immer mit einer Pause, während bei aktiver Lambdaregelung das Überschreiten der Schwellen VLS_MMV_MAX oder VLS_MMV_MIN als Triggerereignis benutzt wird und sofort mit der Pumpstrompha se begonnen wird.The pump current phase begins when lambda control is not active always with a break, while with active lambda control the Exceeding the thresholds VLS_MMV_MAX or VLS_MMV_MIN as Trigger event is used and immediately with the pump current pha se is started.

Die Pause zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pumpstromphasen ergibt sich in allen Fällen zu
The pause between two successive pump current phases results in all cases

Claims

1. A method for determining the internal resistance of an electrically heated, operating on the principle of galvanic oxygen concentration cell with solid electrolyte oxygen probe, the output signal of which changes abruptly with a stoichiometric air / fuel ratio and which serves as an input variable for a lambda controller of a lambda control device .
with a concentration cell and an oxygen pump cell, the concentration cell being acted upon by a measurement gas and the oxygen pump cell being charged with a reference gas of a predetermined oxygen concentration,
with an energy source (VCC) for generating a pump current (PI) so that the pumping action is carried out to provide the reference gas,
the oxygen pump cell is supplied with a clocked pump current (PI), the pump current phases (T_PI) being synchronized with the lambda regulator frequency in such a way that the pump current phases (T_PI) when threshold values are exceeded or undershot (VLS_MMV_MAX, VLS_MMV_MIN), which are characteristic of a stable signal (VLS) of the thing, start and be maintained for a predetermined period of time (C_T-PI_MIN), which results in a change in the output signal (VLS),
the output signal of the oxygen probe (VLS) is detected before and after the pump current phase (T_PI) and from this the internal resistance (RLS) of the oxygen probe is determined and
the internal resistance (RLS) is used to regulate the temperature of the oxygen probe.

2. The method according to claim 1, characterized in that the duty cycle (C_FAC_T_PI) for the pump current (PI) be is correct due to a permanent pump depending on the probe structure current and the maximum permissible, short-term pump electricity.

3. The method according to claim 1, characterized in that the internal resistance (RLS) is determined according to the following relationship:
With:
RVOR = series resistor
VLS_UP _n = measured voltage before the pump current phase
VLS_UP_PI _{n + 1} = measured voltage after the pump current phase
VCC = supply voltage that generated the pump current PI via the series resistor RVOR
VOFF = offset voltage.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
when the lambda control is active, the internal resistance (RLS) of the probe is compared with a threshold value (C_RLS_PRE_MIN) which characterizes an operational probe,
if this threshold (C_RLS_PRE_MIN) for the internal resistance (RLS) is undershot, it is then checked whether the probe signal (VLS) lies above the threshold value representing a mean maximum probe voltage (VLS_MMV_MAX) or below the threshold value representing a mean minimum probe voltage (VLS_MMV_MIN)
depending on this, the pump current phase (T_PI) is determined differently.

5. The method according to claim 4, characterized in that the pump current phase (T_PI) is determined when the threshold value (VLS_MMV_MAX) is exceeded
T_PI = VLS_CYC_AFL.C_FAC_T_PI.
with VLS_CYC_AFL = time during which the probe signal indicates lean
C_FAC_T_PI = duty cycle

6. The method according to claim 4, characterized in that the pump current phase (T_PI) is determined when the threshold value (VLS_MMV_MIN) is undershot
T_PI = VLS_CYC_AFR.C_FAC_T_PI.
with VLS_CYC_AFR = time during which the probe signal shows fat
C_FAC_T_PI = duty cycle

7. The method according to any one of claims 4-6, characterized records that the pump current phase (T_PI) by a lower Threshold (C_T_PI_MIN) and an upper threshold (C_T_PI_MAX) is limited.

8. The method according to any one of claims 1-3, characterized in that
when the lambda control is active, the internal resistance (RLS) of the probe is compared with a threshold value (C_RLS_PRE_MIN) which characterizes an operational probe,
if this threshold value (C_RLS_PRE_MIN) for the internal resistance (RLS) is exceeded, a probe that is not yet operational is concluded,
it is then checked whether the probe signal (VLS) is above the threshold value representing a mean maximum probe voltage (VLS_MMV_MAX) or below the threshold value representing a mean minimum probe voltage (VLS_MMV_MIN) and
in both cases the pump current phase (T_PI) is determined regardless of the times during which the probe signal (VLS) indicates lean or rich:
T_PI = C_T_PI_MIN
with C_T_PI_MIN = minimum pump current time

9. The method according to claim 1, characterized in that
in the case of non-active lambda control, the internal resistance (RLS) of the probe is compared with a threshold value (C_RLS_PRE_MIN) characterizing an operational probe,
if the temperature falls below this threshold, the pump current phase (T_PI) is determined as:
T_PI = C_T_PI_STND
with C_T_PI_STND = applicable standard value,
If this threshold value is exceeded, the pump current phase (T_PI) is determined to:
T_PI = C_T_PI_MIN
with C_T_PI_MIN = minimum pump current time

10. The method according to any one of claims 5-9, characterized in that the pause between two pump current phases (T_PI) is determined