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    公开号:WO1989001623A1
    申请号:PCT/DE1988/000504
    申请日:1988-08-18
    公开日:1989-02-23
    发明作者:Lothar Raff；Eberhard Schnaibel；Michael Westerdorf
    申请人:Robert Bosch Gmbh；
    IPC主号:G01N27-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren, Anwendung desselben und Vorrichtung zur Lambda¬ werterfassung
    [0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen des Lambda- wertes, wie er von- einer Lambdasonde geliefert wird, die zum Beispiel im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin Anwendungen eines sol¬ chen Verfahrens und eine Vorrichtung zum Durchführen des Ver¬ fahrens.
    [0003] Stand der Technik
    [0004] Der Wert der von einer Lambdasonde gelieferten Spannung hängt nicht nur vom Lambdawert am Ort der Sonde, sondern auch von deren Temperatur ab. Besonders stark ist die Abhängigkeit im Fettast. Durch den Temperaturgang werden die Meßergebnisse so stark verfälscht, daß unterhalb einer gewissen Temperatur die von der Sonde gelieferten Spannungen gar nicht zum Regeln ausgenutzt werden. Um die Einschaltschwelle zu erkennen, ab der die Werte genutzt werden, wird z. B. der Innenwiderstand der Sonde gemessen, der mit zunehmender TemDeratur abnimmt.
    [0005] Ein Verfahren zur Innenwiderstandsmessung ist in der nach dem Prioritätstag der vorliegenden Anmeldung veröffentlichten Patentanmeldeschrift EP 0 258 543 A2 beschrieben. Die Son¬ denspannung wird einmal im unbelasteten Zustand und dann unter Belastung durch einen Lastwiderstand mit vorgegebenem Widerstandswert gemessen. Aus den beiden Spannungen und dem bekannten Widerstandswert wird der aktuelle Innenwiderstand, berechnet. Dieser wird mit einem Schwellwert verglichen, und dann, wenn der aktuelle Wert unter dem Schwellwert liegt, werden die Spannungswerte zur Lambdaregelung verwendet.
    [0006] Ein einfacheres Verfahren, bei dem die Temperaturabhängig¬ keit des Innenwiderstandes ausgenutzt wird, das es jedoch nicht erforderlich macht, den Innenwiderstand konkret auszu¬ rechnen, ist aus DE 33 19 432 A1 (US 4.528.957) bekannt. Das bekannte Verfahren nutzt die Tatsache, daß sich die an einem mit der Sonde in Reihe liegenden Lastwiderstand abgegriffene Spannung nicht nur dann ändert, wenn sich die Sondenspannung aufgrund von La bdawertschwankungen ändert, sondern daß dies auch dann der Fall ist, wenn sich der Inneπwiderstand ändert. Es ist daher gar nicht erforderlich, mit Hilfe des Lastwider¬ standes den Innenwiderstand auszurechnen, sondern es reicht aus, die am Lastwiderstand abgegriffene Spannung mit einem Spannungsschwellwert zu vergleichen, um die Sondenbereitschaft zu erkennen. Tatsächlich sind zwei Schwellen erforderlich, da bei gleichem Innenwiderstand zwei unterschiedliche Spannungen geliefert werden können, abhängig davon, ob der Sonde gerade Abgas zugeführt wird, das von fettem oder magerem Gemisch herrührt.
    [0007] Bei den genannten Verfahren zur Sondenbereitschaftserkennung sind die Schwellwerte so gelegt, daß Regelbereitschaft der Sonde erst dann erkannt wird, wenn sich der Inneπwiderstand nur noch wenig ändert und demgemäß das Meßergebnis kaum mehr verfälscht.
    [0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Lambdawerterfassung anzugeben, das bereits bei tieferen Tem- peraturen als bisher zuverlässig arbeitet. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, Anwendungen für dieses Verfahren anzugeben. Letztlich liegt der Erfindung die Auf¬ gabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung eines sol¬ chen Verfahrens zu nennen.
    [0009] Vorteile der Erfindung
    [0010] Die Erfindung ist für das Verfahren durch die Merkmale von Anspruch 1, für Anwendungen durch die Merkmale der Ansprüche 8 oder 9 und für die Vorrichtung durch die Merkmale von An¬ spruch 11 gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausge¬ staltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 - 7. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Anwendungen ist durch die Merkmale von Anspruch 10 gegeben.
    [0011] Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß der Innenwiderstand der Sonde bestimmt wird und der Innen¬ widerstand berücksichtigt wird, wenn aus der Sondenspannung der Lambdawert bestimmt wird. Dazu kann entweder die gemes¬ sene Sondenspannung mit Hilfe des Innenwiderstandes korri¬ giert werden und dann der Lambdawert aus der korrigierten Spannung bestimmt werden, oder es kann aus der gemessenen Sondenspannung der Lambdawert bestimmt werden und dieser wird mit Hilfe des Innenwiderstandes korrigiert. Besonders vorteilhaft ist es, den Lambdawert dadurch zu bestimmen, daß dieser aus einem Lambdawert-Sondenspannung-Innenwider- stand-Kennfeld bestimmt wird, wobei die Sondenspannung die Spannung der Sonde im unbelasteten Zustand ist.
    [0012] Der Innenwiderstand läßt sich mit einfachen baulichen Ma߬ nahmen mit Hilfe eines Lastwiderstandes bestimmen. Beson¬ ders schnelle Messungen sind dann möglich, wenn eine vor¬ gegebene Fremdspannuπg an die Sonde gelegt wird und der Innenwiderstand aus dieser Spannung und dem fließenden Strom berechnet wird.
    [0013] Das erfindungsgemäße Verfahren liefert bei der Anwendung zur Lambdaregelung bessere Regelungsergebnisse und bei der Anwen¬ dung in einem Meßgerät zuverlässigere Meßergebnisse als bis¬ herige Verfahren. Für die genannten Anwendungen ist es von Vorteil, wenn in einem weiten Temperaturbereich gearbeitet werden kann. Um dies zu ermöglichen, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zur Lambdawerterfassung vor, daß die Belastung durch einen Lastwiderstand mit Widerständen un¬ terschiedlicher Widerstandswerte erfolgt, abhängig vom je¬ weils vorliegenden Innenwiderstand der Sonde, also abhängig vom jeweils vorliegenden Temperaturbereich. Der Wert des Lastwiderstandes wird jeweils so gewählt, daß die Sonde..nicht übermäßig belastet wird, damit sie keinen Schaden nimmt. Ins¬ besondere für den Anwendungsfall der Regelung ist eine Wei¬ terbildung von Bedeutung, die vorsieht, daß der Wert des Lastwiderstandes so gewählt wird, daß sich die Spannung der wieder unbelasteten Sonde bis zum nächsten Abtasten weit¬ gehend erholt.
    [0014] Das erfindungsgemäße Verfahren ist im gesamten Arbeitsbereich einer Sonde, also vom Mageren bis ins Fette anwendbar. Da je¬ doch die Temperaturabhängigkeit im mageren Bereich und im Bereich um Lambda = 1 relativ gering ist, sieht eine vorteil¬ hafte Weiterbildung der Anwendungen vor, daß in diesen Berei¬ chen das Umrechnen von Spannungswerten auf Lambdawerte linear ohne Berücksichtigen einer Temperaturabhängigkeit erfolgt.
    [0015] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lambdawerterf ssung weist ein Mittel zum Erfassung der Spannung der unbelasteten Sonde, ein Mittel zum Bestimmen des Innenwiderstandes der Sonde und außerdem ein Kennfeld auf, zum Auslesen eines zu den gemesse¬ nen Spannungswerten gehörigen Lambdawertes.
    [0016] Zeichnung
    [0017] Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren ver¬ anschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vor¬ richtung;
    [0018] Fig, ein Kennfeld in schematischer Darstellung für den gesamten La bdabereich;
    [0019] Fig. 3 und 4 jeweils ein Kennfeld für den fetten Bereich, und zwar für den Bereich relativ niedriger bzw. für den Bereich relativ hoher Sondentemperaturen;
    [0020] Fig. 5 ein Diagramm zum Erläutern unterschiedlicher Er¬ fassungsbereiche für Lambdawerte; und
    [0021] Fig. ein Blockschaltbild zum Erläutern von Anwendungs¬ fällen, in denen eine Lambdawerterfassung unter Berücksichtigung des Innenwiderstandes der Lambda¬ sonde eine Rolle spielt.
    [0022] Darstellung der Ausführungsbeispiele
    [0023] Das vorgeschlagene Verfahren, dessen Anwendungen und die Vor¬ richtung zur Durchführung desselben machen den stark tempera¬ turabhängigen Fettast und den weniger stark temperaturabhän¬ gigen Magerast von Lambdasonden , insbesondere solchen vom Nernst-Typ (ohne und mit Beheizung), mit geringem Aufwand nutzbar. Dem liegt zugrunde, daß ein eindeutig reproduzier¬ barer Zusammenhang zwischen der Sondenspannuπg Uς, der Son¬ dentemperatur Ts und Lambda besteht. Eine Lambdabestimmung ist demnach aus U~ und T<- möglich dadurch, daß aus einem über diesen Größen aufgespannten Kennfeld der entsprechenden Lambdasonde der Lambda-Wert im jeweiligen Betriebspunkt in¬ terpoliert wird. Da der Innenwiderstand R. der Sauerstoff- sonde wiederum eine Funktion der Temperatur Tς derselben ist, ist es auch möglich, ersatzhalber ein über Uς und R, der Sauerstoffsonde aufgespanntes Kennfeld zum Bestimmen des La bda-Wertes heranzuziehen. Das Verfahren sieht vor, daß in einem ersten Schritt die Sondenspannung Uς unter vernachläs¬ sigbarer Last als LeerlaufSpannung bestimmt wird, und daß in einem zweiten Schritt die Sondenspannung U. der mit einem Meßwiderstand R, belasteten Sauerstoffsonde gemessen wird und daraus mittels einer einfachen Rechenroutine der Innen¬ widerstand R- ermittelt wird.
    [0024] Anhand des Blockschaltbildes von Fig. 1 werden nun eine Vor¬ richtung und das mit ihr durchführbare Verfahren näher er¬ läutert. Mit 10 ist die Lambdasonde gekennzeichnet, die die Sondenurspannungsquelle (Uς) 10as den temperaturabhängigen Innenwiderstand (R-) 10b derselben sowie - falls die Lambda¬ sonde beheizt werden soll - ein elektrisches Heizelement 10c umfaßt, mit dem die Sonde bei Bedarf auf eine übliche Be¬ triebstemperatur von 500 °C - 800 °C hochgeheizt werden kann. Die Ausgangsklemmen A und B der Sonde sind an die beiden Ein¬ gänge 17 und 18 eines Differenzverstärkers 15 mit sehr hohem Innenwiderstand geführt. Eine der beiden Eingangsklemmen die¬ ses Verstärkers, hier die Klemme 18, ist vorzugsweise mit der Fahrzeugmasse verbunden. Zwischen den Ausgangsklemmen A und B liegt ein elektrisch ansteuerbarer Schalter 12, dessen eine Schaltstrecke 13 über einen Lastwiderstand 11 vom Widerstands¬ wert R. mit der Ausgangsklemme A verbunden ist, und dessen andere Schaltstrecke 14 mit dem einen Eingang des Verstär¬ kers 16 und mit der Fahrzeugmasse verbunden ist. Der Aus¬ gang des Verstärkers 16, der vorzugsweise durch eine starke Gegenkopplung nur geringe, aber fast konstante Verstärkung aufweist, ist auf einen Aπalog/Digital-(A/D-)Eingangskanal 20 einer Eiπgangs/Ausgangs-(I/0-)Schπittstelle 21 eines Mikro¬ rechners 22 geführt; die große I/0-Schnittstelle 21 weist im allgemeinen noch weitere A/D-Eingänge 23 auf. Ein Ausgangs¬ kanal 24 des Mikrorechners 22 ist mit der Steuerelektrode 15 des elektrischen Schalters 12 verbunden. Ein weiterer Aus¬ gangskanal 26 ist mit einer entsprechenden Steuerelektrode 28 eines elektrischen Schalters 27 verbunden, dessen Schalt- strecke 29 und 30 mit dem Heizelement 10c in Serie geschal¬ tet und an eine Versorgungsspannung 31 angelegt sind. Wenn das Heizelement fehlt, fehlen auch die anderen soeben genann¬ ten Schaltungsteile. Die I/O-Schnittstel le 21 des Mikrorech¬ ners 22 weist in der Regel noch weitere Verbindungen 25 zum Ansteuern von Verbrauchern auf.
    [0025] Die Sondenspannung Uς wird nun regelmäßig in kurzer zeitli¬ cher Abfolge, in praxi etwa alle 10 ms abgetastet, d. h. über den A/D-Eingangskanal 20 in den Mikrorechner 22 eingelesen und dort weiterverarbeitet und ausgewertet. Die sich daraus beispielhaft ergebende Abtastfrequenz in der Größenord¬ nung von 100 Hz gewährleistet sowohl eine noch ausreichende Zeitauflösung des Signals der Lambdasonde als auch eine noch ausreichende Grenzfrequenz eines entsprechend ausgelegten Abgasregelkreises, falls das Sondensignal zu einer solchen Regelung dient. Um die Dynamik eines darin enthaltenen Reg¬ lers nicht merklich zu verschlechtern, findet die "Testbe¬ lastung" der Lambdasonde mit dem Lastwiderstand R, während eines Zeitintervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden der vorerwähnten regelmäßigen Abtastzeitpunkte statt, d. h. während einer Dauer <10 ms, z.B. 5 ms. Um Memory-Effekte (temperaturabhängige Verfälschung der Sondencharakteristik durch eine vorausgegangene hohe Strombelastung) der verwen¬ deten Lambdasonde nicht in störendem Maße wirksam werden zu lassen, ist der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Test¬ belastungen der Lambdasonde erheblich größer, beispielhaft in der Größenordnung 1 s gewählt, woraus sich dann eine Wieder¬ holfrequenz besagter Testbelastungen von 1/2 Hz ergibt. Es stellt sich damit beispielhaft ein Belastungsverhältnis von > 1/200 ein und demgemäß ein wünschenswert geringer Durch¬ schnittswert des der Sonde entnommenen Stromes, so daß deren Stromalterung gering bleibt.
    [0026] Das Bestimmen des temperaturveränderlichen Innenwiderstan¬ des R. der Lambdasonde geschieht nun derart, daß zwei im Ab- stand zweier regelmäßiger Abtastzeitpunkte, also beispiel¬ haft im Abstand von 10 ms erfaßte Spannungen UL und Us gemäß folgender Formel per Rechnerprogramm verknüpft werden:
    [0027]
    [0028] Dabei werden die Soπdenspannung U, unter Belastung und die unmittelbar darauffolgend gemessene LeerlaufSpannung Uς näherungsweise als "gleichzeitig" betrachtet, was aufgrund der gegenüber -der regelmäßigen Abtastperiodendauer wesentlich größeren thermischen Zeitkonstanten der Lambdasonde zulässig ist.
    [0029] Der errechnete Sondeninnenwiderstand R. dient als Parameter in einem Kennlinienfeld, in dem Lambdawerte abhängig von der gemessenen unbelasteten Sondenspannung Uς abgelegt sind. Ein solches Lambda-Kennfeld ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Liegt der gemessene Innenwiderstand zwischen zwei abgespei¬ cherten Kennlinien, findet eine Interpolation statt. Diese wird periodisch während jeder Abtastperiode zwischen zwei regelmäßigen Erfassungen der unbelasteten Sondenspannung Uς durchgeführt, und zwar jeweils mit dem zuletzt ermittelten Innenwiderstandswert als ins Kennfeld eingegebene Korrektur¬ größe bis zur jeweils nächsten, beispielhaft nach spätestens 1 s erneut stattgefundenen Ermittlung des dann aktuellen Son- deninnenwiderstandes als neuer Kennfeldeingangskorrektur- größe. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Mikrorech¬ ner als wesentlicher Bestandteil eines entsprechenden Abgas¬ regelkreises durch die Stützstellenerfassung zur Aktualisie¬ rung des Innenwiderstandes und damit der Korrektur der Son¬ denspannung nur geringfügig belastet wird, und dennoch ein an die thermische Zeitkonstante der Lambdasonde angepaßtes, hinreichend schnelles Aktualisieren der Sondencharakteristik in Bezug auf einen einzuregelnden Lambda-Wert des Abgases erfolgt. Während Fig. 2 eine schematische Kennfelddarstellung für den gesamten Lambdabereich ist, stellen die Fig. 3 und 4 konkrete Kennfelddiagramme für den fetten Lambdabereich für zwei un¬ terschiedliche Temperaturbereiche dar. Wie aus Fig. 3 erkenn¬ bar, ändern sich bei niedrigen Temperaturen, d. h. im darge¬ stellten Fall bei Temperaturen zwischen 500 °C und 550 °C, die Lambdawerte nur wenig in Abhängigkeit vom Innenwiderstand. Bei den hohen Temperaturen gemäß dem Diagramm von Fig. 4, d. h. im Beispielsfall bei Temperaturen zwischen 650 °C und 900 °C sind die Schwankungen dagegen erheblich. So entspricht eine bei unbelasteter Sonde gemessene Spannung Uς von 860 mV bei 900 °C einem Lambdawert von etwa 0,75, während sie bei 650 °C Sondentemperatur etwa einem Lambdawert von 0,95 ent¬ spricht. Dies macht deutlich, daß es das dargestellte Verfah¬ ren nicht nur ermöglicht, bereits bei niedrigeren Temperatu¬ ren als bisher zuverlässige Lambdawerte zu ermitteln, sondern daß es auch dazu in der Lage ist, genauere Meßergebnisse als bisher in einem Temperaturbereich zu liefern, in dem auch nach herkömmlichen Vorstellungen Sondenbereitschaft bestand. Das Verfahren ermöglicht es somit, stetige Regelung auch im fetten Bereich auszuführen, z. B. zur Warmlauf- oder Vollast¬ regelung. Außerdem kann die beschriebene Lambdaerfassung mit Vorteil bei einem Lambda-Meßgerät verwendet werden.
    [0030] Es wird darauf hingewiesen, daß in den Fig. 3 und 4 nur je¬ weils drei Kennlinien für unterschiedliche Innenwiderstände aufgetragen sind. In der Praxis wird man vor allem im höheren Temperaturbereich, in dem die Variation groß ist, mehr Kenn¬ linien verwenden, um Interpolationsfehler nicht zu groß wer¬ den zu lassen. Auch wird man möglichst viele Stützstellen entlang der Abszisse verwenden. Die Grenzen für die Zahl der Stützstellen und die Zahl der Kennlinien pro Kennfeld sind durch die Kapazität des verwendeten Kennfeldspeichers gege¬ ben. In Fig. 5 sind Sondenkennlinien für verschiedene Sondentem¬ peraturen eingezeichnet. In der Darstellung laufen die Lambda¬ werte auf der Abszisse und die Spanπungswerte der unbelaste¬ ten Sonde auf der Ordinate, also genau vertauscht gegenüber den Darstellungen gemäß den Fig. 2 - 4. Die Kennlinien sind in drei Bereiche untergliedert, und zwar in einen oberen Spannungsbereich oberhalb etwa 650 mV für fette Lambdawerte, einen unteren Bereich unterhalb etwa 100 mV für magere Lambda¬ werte und einen dazwischen liegenden Bereich zur Regelung auf Lambda = 1. Im unteren und im mittleren Bereich besteht nur geringe Temperaturabhängigkeit der Kennlinien, weswegen diese durch jeweils eine einzige Kennlinie im jeweiligen Bereich vertreten werden. Im oberen Bereich werden dagegen die zuvor beschriebenen Kennfelder für unterschiedliche Tem¬ peraturbereiche verwendet.
    [0031] Ein Funktionsbild für eine Erfassungseinrichtung für Lambda¬ werte, die eine Kennlinienaufteilung gemäß Fig. 5 verwendet, ist in Fig. 6 dargestellt und wird im folgenden erläutert.
    [0032] Die in Fig. 6 enthaltene Sonde 10 ist wahlweise mit einem von drei Lastwiderständen 11o, 11m oder 11u belastbar, abhängig davon, ob der Innenwiderstand R. einen Wert R. für einen oberen Temperaturbereich, R. für einen mittleren Temperatur¬ bereich bzw. R- für einen unteren Temperaturbereich aufweist, Die Lastwiderstände im Ausführungsbeispiel haben Widerstände von 500 Ohm, 2000 Ohm bzw. 5000 Ohm für den oberen, mittleren bzw. unteren Temperaturbereich. Diese Widerstände werden je¬ doch nur dann der Lambdasonde 10 zugeschaltet, wenn die Son- denspaπnung im oberen Bereich der Kennlinie gemäß Fig. 5 liegt, also höher als 650 mV ist. Diese Bedingung ist in Fig. 6 als Eingangsbedingung an einem Und-Glied 32 darge¬ stellt. Dem anderen Eingangs des Und-Gliedes wird eine Takt¬ spannung zugeführt, die durch ein Signal gegeben ist, das während 5 ms hohen Pegel und dann für 1 s niedrigen Pegel aufweist. Der Schalter 12 zum Zuschalten der Lastwiderstände wird demgemäß dann, wenn die Sondenspannung oberhalb 650 mV liegt, alle ϊ s für 5 ms durch eine Schalteransteuerung 33 geschlossen. Wie bereits anhand von Fig. 1 erläutert, ist die Schalteransteuerung Teil des Mikrorechners 22.
    [0033] Die an der Sonde 10 abgegriffene Spannung wird durch den Ver¬ stärker 16 verstärkt und über einen Spannungsschalter 34 an ein Berechnungsmittel 35 geliefert. Der Spannungsschalter 34 wird zusammen mit dem Lastwiderstandsschalter 12 geschaltet. Bei zugeschalteter Last erhält das Berechnungsmittel 35 dem¬ gemäß die unter Belastung ermittelte Spannung U. , während es ansonsten die Spannung U<- der unbelasteten Sonden enthält. Es errechnet aus diesen Werten gemäß der oben erläuterten Gleichung (1) den Innenwiderstand R. der Sonde. Abhängig vom Wert des Innenwiderstandes wird, wie bereits oben erläutert, einer der Lastwiderstände 11o, 11m oder 11 u der Sonde 10 zu¬ geschaltet. Ebenfalls abhängig vom genannten Wert wird eines von drei Kennfeldern auf einen Fett-Schalter 37 geschaltet. Die drei Kennfelder 36o, 36m und 36u entsprechen wiederum oberem, mittlerem und unterem Temperaturbereich. Das Kenn¬ feld 36u entspricht also dem Kennfeld gemäß Fig. 3, während das Kennfeld 36o dem Kennfeld von Fig. 4 entspricht.
    [0034] Die Spannung Uς der unbelasteten Sonde wird nicht nur dem Be¬ rechnungsmittel 35 und den Kennfeldern 36. i zugeführt, son¬ dern auch einer Linearisierungstabelle 38 für Lambda = 1 und einer Mager-Linearisierungstabel le 39. Diese Tabellen nehmen die anhand von Fig. 5 erläuterten Linearisierungen vor. Ihre Ausgangswerte werden auf einen Schalter 40 für Werte um Lambda = 1 bzw. auf einen Mager-Schalter 41 gegeben. Der Fett- Schalter 37, der Schalter 40 für Werte von Lambda etwa 1 und der Mager-Schalter 41 sind mit dem Ausgang 42 der Vorrichtung zur Lambdawerterfassung gemäß Fig. 6 verbunden. Welcher der drei Schalter geschlossen wird, hängt vom Spannungswert Uς der unbelasteten Sonde ab. Bei Spannungen über 650 mV wird der Fett-Schalter 37, bei Spannungen unter 100 mV der Mager- Schalter 41 und bei Spannungen dazwischen der Schalter 40 für Werte um Lambda = 1 geschlossen.
    [0035] Die Vorrichtung gibt somit bei Spannungen unter 100 mV Lambda¬ werte aus der Mager-Linearisierungstabelle 39 aus, dagegen bei Spannungen zwischen 100 mV und 650 mV Lambdawerte aus der Linearisierungstabelle 38 für Lambda = 1 und für Spannungen oberhalb von 650 mV Werte aus den Kennfeldern 36.i, abhängig davon, welcher Temperaturbereich, d. h. welcher Innenwider- Standsbereich gerade vorliegt.
    [0036] Die Funktionsblöcke der Vorrichtung gemäß Fig. 6 sind soweit wie möglich in den Mikrorechner 22 gemäß Fig. 1 integriert.
    [0037] Wie oben erläutert, wird die Sonde nur alle 1 s für jeweils 5 ms belastet. Die unbelastete Sonde wird dagegen alle 10 ms abgetastet. Dies bedeutet, daß sich die Sondenspannung nach der Belastung relativ schnell erholen muß, damit für das nächste Abtasten der Spannung der unbelasteten Sonde der ge¬ messene Wert nicht durch die vorhergehende Belastung noch verfälscht ist. Das Erfordernis des schnellen Erholens wird dadurch ermöglicht, daß für verschiedene Innenwiderstands- bereiche unterschiedliche Lastwiderstände gewählt sind, und zwar umso höhere Lastwiderstände je höher der Innenwiderstand ist. Die Anzahl der anzuwendenden Lastwiderstandsbereiche hängt also von der Erholgeschwindigkeit der Sonde und der Ab¬ tastgeschwindigkeit ab. Es können demgemäß auch mehr oder we¬ niger Bereiche als im Ausführungsbeispiel, also mehr oder we¬ niger als drei Bereiche, verwendet werden. Die Innenwiderstandsberechnung muß nicht notwendigerweise nach der oben angegebenen Gleichung (1) erfolgen, sondern sie hängt von der Beschaltung der Sonde ab. So kann die Innenwiderstandsbestim ung mit beliebigen Last-Netzwerken erfolgen, z. B. mit solchen, wie sie in EP 0 258 543 A2 be¬ schrieben sind.
    [0038] Beim Ausführungsbeispiel wird eine Lambdawerterfassung unter Berücksichtigung des Sonden-Innenwiderstandes nur für den Bereich fetter Lambdawerte durchgeführt. Dies hängt mit dem verwendeten Sondentyp zusammen, der im mageren Bereich nur geringe Temperaturabhängigkeit aufweist. Wie bereits oben erwähnt, kann das beschriebene Verfahren jedoch in allen Meßbereichen angewandt werden.
    [0039] Von großem Vorteil beim beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der einfache Aufbau, der neben dem ohnehin vorhandenen Mikrorechner lediglich den Lastwiderstand 11 und den Schal¬ ter 12 benötigt, um den Innenwiderstand bestimmen zu kön¬ nen. Problematisch ist allerdings, daß die Spannung der un¬ belasteten Sonde dann ungenau gemessen wird, wenn sie ab¬ getastet wird, wenn sich die Sonde von einer Belastung noch nicht voll erholt hat. Auch ist zu beachten, daß die Span¬ nungen Uς und U, im unbelasteten bzw. belasteten Zustand nicht gleichzeitig sondern nacheinander gemessen werden und nur als gleichzeitig gemessen betrachtet werden. Diese Vor¬ gehensweise ist im mageren und fetten Lambdawertbereich ziem¬ lich unproblematisch, da sich in diesen Bereichen die Son¬ denspannungen innerhalb des zeitlichen Meßabstandes nicht erheblich ändern. Im Bereich um Lambda = 1 können im genann¬ ten geringen zeitlichen Versatz zwischen den beiden Messun¬ gen jedoch erhebliche Spannungssprünge auftreten, wenn eine Sonde mit ausgeprägtem Sprungverhalten verwendet wird.
    [0040] Die genannten zeitlichen Probleme sind dann beseitigt, wenn der Innenwiderstand der Sonde nicht durch Belasten derselben ermittelt wird, sondern wenn er gesondert dadurch bestimmt wird, daß eine vorgegebene Spannung an die Sonde gelegt wird, der durch die Sonde fließende Strom gemessen wird und aus der vorgegebenen Spannung und dem gemessenen Strom der Innen¬ widerstand errechnet wird. Vorzugweise wird als Spannung eine Wechselspannung verwendet, z. B. von 2000 Hz. Der flies¬ sende Wechselstrom kann leicht von dem durch die Sonden-EMK hervorgerufenen Strom abgetrennt werden und dann ausgewertet werden. Die Innenwiderstandsbestimmung nach diesem Verfahren kann in Intervallen von einigen wenigen Sekunden, z. B. 2 s erfolgen. Dies, weil sich der Sondeninnenwiderstand nur rela¬ tiv langsam ändert. Die Sondenspannung der unbelasteten Sonde wird dagegen viel häufiger abgetastet, z. B. alle 10 ms Die gemessene Sondenspannung ist in keinem Fall durch eine vorherige Belastung verfälscht.
    [0041] Dasselbe gilt, wenn ein Wechselstrom mit bekanntem Effektiv¬ wert durch die Sonde geschickt wird, die Effektivspannung an der Sonde oder einem Hil s iderstand gemessen wird und aus Strom und Spannung der Innenwiderstand de*r Sonde be¬ rechnet wird.
    [0042] Beim Ausführungsbeispiel wurde davon ausgegangen, daß der Lambdawert aus einem Kennfeld ausgelesen wird. Diese Vorge¬ hensweise hat den Vorteil geringer Rechnerbelastung. Theore¬ tisch ist es jedoch genauso gut möglich, die gemessene Son¬ denspannung mit Hilfe einer mathematischen Funktion unter Berücksichtigung des Innenwiderstandes zu korrigieren. Die mathematische Funktion drückt dabei den Zusammenhang zwi¬ schen Innenwiderstand und Sondenspannung aus. Entsprechend ist es auch möglich, aus der gemessenen Sondenspannung im unbelasteten Zustand der Sonde zunächst den Lambdawert zu bestimmen und diesen mit Hilfe einer mathematischen Funktion zu korrigieren. In diesem Fall stellt die Funktion den Zu¬ sammenhang zwischen Lambdawert und Innenwiderstand dar.
    权利要求:
    Claims Ansprüche
    1. Verfahren zur Lambdawerterfassung, mit Hilfe einer Lambda¬ sonde, mit folgendem Schritt:
    - Erfassen der Spannung Uς der unbelasteten Sonde, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h olgende weitere Schritte:
    - Bestimmen des Innenwiderstandes R. der Sonde und
    - Bestimmen des Lambdawertes aus der Spannung Uς der unbe¬ lasteten Sonde unter Berücksichtigung des Innenwiderstandes
    2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Bestimmen des Lambdawertes dadurch erfolgt, daß ein
    Lambdawert Uς-R. -Kennfei d mit den jeweiligen Werten der
    Spannung Uς der unbelasteten Sonde und des Innenwiderstandes adressiert wird und der zugehörige Lambdawert unmittelbar oder durch Interpolation ausgelesen wird.
    3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e c h n e t , daß zum Bestimmen des Innenwiderstandes eine vorgegebene Span¬ nung an die Sonde gelegt wird, der durch die Sonde fließende Strom gemessen wird und aus der vorgegebenen Spannung und dem Strom der Innenwiderstand berechnet wird oder ein be¬ kannter Strom an die Sonde gelegt wird und aus dem an einem Widerstand, vorzugsweise der Sonde selbst, abgegriffenen Spannungswert der Innenwiderstand der Sonde bestimmt wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zum Bestimmen des Innenwiderstandes die Sonde in Intervallen mit einem Lastwiderstand belastet wird, die Spannung U, der belasteten Sonde gemessen wird und aus dem Lastwiderstands¬ wert und den Spannungen Uς und U. der unbelasteten bzw. belasteten Sonde der Innenwiderstaπd berechnet wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e c h n e t , daß mit abnehmendem Innenwiderstand R. der Wert des Lastwider¬ standes erniedrigt ird.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e c h n e t , daß das Erniedrigen des Lastwiderstandes durch Zuschalten unter¬ schiedlicher Widerstände mit jeweils vorgegebenem Wider¬ standswert erfolgt.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e c h n e t , daß der jeweilige Wert des Lastwiderstandes so gewä'hlt wird, daß sich die Spannung der wieder unbelasteten Sonde bis zum näch¬ sten Abtasten weitgehend erholt.
    8. Anwendung des Verfahrens gemä'ß einem der Ansprüche 1 b s 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß es zur Lambdawerterfassung für eine Lambdaregelung, insbeson¬ dere für eins Lambdaregel ung im fetten Lambdabereich verwen¬ det wi d.
    9. Anwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e c h n e t , daß es zur Lambdawerterfassung für ein Lambdaanzei gegerät, ins¬ besondere für die Anzeige im fetten Bereich verwendet wird.
    10. Anwendung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Lambdabereich um 1 und/oder im mageren Lambdabereich die Lambdawerterfassung durch lineares Umwandeln der jeweils gemessenen Sondenspannung Uς ohne Belastung in einen Lambda¬ wert erfolgt.
    11. Vorrichtung zur Lambdawerterfassung, mit
    - einem Mittel zum Erfassen der Spannung Uς der unbelasteten Sonde g e k e n n z e c h n e t d u r c h
    - ein Mittel zum Bestimmen des Innenwiderstandes R. der Sonde und
    - ein Lambdawert-Uς-R . -Kennfei d zum Bestimmen des Lambda- wertes aus der gemessenen Spannung Uς der unbelasteten Sonde und dem bestimmten Innenwiderstand R
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    法律状态:
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DEP3727573.9||1987-08-19||
    DE19873727573|DE3727573A1|1987-08-19|1987-08-19|Verfahren und einrichtung zur warmlauf-, vollast- und magerregelung einer brennkraftmaschine bei vorgegebenem lambda-wert|KR1019890700657A| KR970003279B1|1987-08-19|1988-08-18|람다값 검출 프로세스와 그 장치 및 사용법|
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