CN103529112B - 利用气体传感器确定空气系数Lambda的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
利用气体传感器确定空气系数Lambda的方法和设备。利用具有陶瓷测量元件的气体传感器来确定空气系数Lambda的方法，其中该气体传感器的输出电压在Lambda在围绕Lambda=1的范围中变化的情况下跳跃式改变，以及其中该气体传感器具有取决于该气体传感器的温度的跃变电压。涉及该方法的本发明任务通过以下方式解决，根据该气体传感器的温度为在低于1的Lambda与高于1的Lambda之间的极限设定针对所述跃变电压的阈值。本发明还涉及用于执行该方法的设备。该方法和该设备使得可以在低于根据现有技术的温度时就已经可以运行具有陶瓷测量元件的气体传感器，并且从而减小启动内燃机与准备好Lambda调节之间的持续时间。由此可以减小燃料消耗，也可以减小不期望废气成分的产量。
Description
技术领域
本发明涉及利用具有陶瓷测量元件的气体传感器确定空气系数（Luftzahl）Lambda的方法，其中该气体传感器的输出电压在Lambda在围绕Lambda=1的范围中改变时跳跃式地改变，并且其中气体传感器具有取决于该气体传感器的温度的跳跃电压。
本发明还涉及利用具有陶瓷测量元件的气体传感器确定空气系数Lambda的设备，该设备具有用于分析气体传感器的输出电压的控制设备，其中气体传感器的输出电压具有在围绕Lambda=1的范围中跳跃式地改变的特征线，并且其中气体传感器具有取决于该气体传感器的温度的跳跃电压。
背景技术
法律规章规定了对内燃机废气的组成进行监视以遵守极限值。为此，在废气中借助经调节的三通道催化剂将诸如氮氧化物和一氧化碳的不期望物质转换为被看做是不危险的物质，如水蒸汽、二氧化碳和氮气。该转换的前提在于，输送给内燃机的空气-燃料混合物位于围绕一种化学计量组成的特定组成范围中。该组成用参数Lambda=1来表示。利用设置在内燃机的废气通道中的废气传感器（例如以宽带Lambda探测器的形式）来监视空气-燃料混合物的组成，该废气探测器确定氧气分压。宽带Lambda探测器尤其是由确定氧气浓度的能斯特室（Nernst-Zelle）、调整氧气浓度的泵室、与这两个室连接的空腔以及可以将废气从废气通道扩散到空腔中的扩散屏障组成。在替换的实施方式中，氧气浓度利用Lambda跃变探测器（也称为两点Lambda探测器）来确定，该Lambda跃变探测器的在围绕Lambda=1的狭窄范围中的信号展示了输出信号的跳跃式变化。
在两种情况下，Lambda探测器都基于在温度高于350℃（即所谓的激活温度）情况下对于氧离子来说变得可传导的固体电解质。也称为标称温度的废气探测器的工作温度典型地在650℃与850℃之间。从其开始Lambda探测器准备好运行并且满足发动机控制***中的要求的温度位于激活温度与探测器的标称温度之间。从该温度开始，Lambda调节可以被激活并且有助于减小内燃机废气中不期望成份的产量。因此为了减小废气排放，一方面Lambda探测器必须尽可能快速地达到合适的温度，并且另一方面必须尽可能快速地识别出运行准备。该识别基于Lambda探测器的温度的测量。
Lambda跃变探测器可以被构造为，使得截取固体电解质处的电压，其中一侧被暴露给内燃机的废气，并且另一侧被暴露给作为参考气体的外部空气。由WO2009/156007已知这样的装置，其中作为参考气体使用抽送的氧气参考。WO2009/156007描述了用于在内燃机的废气区域中测量废气的Lambda探测器，该Lambda探测器包含第一电极（20），该第一电极被布置在与废气相连的测量气体空腔（18）中，该Lambda探测器包含第二电极（24），该第二电极经由传导氧离子的固体电解质（22）与第一电极（20）连接并且被布置在参考气体通道（26）中，其特征在于，在参考气体通道（28）中设置有针对性地形成的氧气存储器（40,50,62,70）。这样的Lambda跃变探测器由制造商Bosch以名称“LSF Xfour”销售。
Lambda探测器的温度对其输出信号以及对在确定空气-燃料混合物的组成时的精确度的影响是已知的。由DE102008005110A1已知一种利用Lambda调节***在内燃机的废气设备中运行至少一个Lambda探测器的方法，该Lambda调节***用于调节内燃机的燃烧过程的燃料/空气混合比，其中该废气设备具有至少一个用于加热Lambda探测器的加热元件，该加热元件在一个方法步骤中被加热并且通过加热元件控制装置调节地加热该加热元件，其特征在于，
·在第一组步骤中使用和/或检测Lambda探测器的以下参数中的至少两个；
施加定义的或未定义的加热功率；
-检测Lambda探测器的加热元件的欧姆电阻；
-检测Lambda探测器的信号电极的欧姆电阻；
-检测Lambda探测器的电传感器信号；
·在第二组步骤中从至少一个所检测的参数值中确定或检测所检测的参数的变化，
·在第三组步骤中分别将所检测参数的所确定的变化与针对一个或多个所使用的和/或所检测的其它参数的期望相关变化的预给定参考值相比较，并且利用该比较的结果来继续第四组步骤，以及
·在第四组步骤中确定校正值，其中从参考值储备设备中取出至少一个运行参考值并且用特定的校正值来补充Lambda探测器的运行额定值。
该方法以及所属的控制的目标是对Lambda探测器的输出信号在由制造引起的散射或老化的影响以及尤其还有Lambda探测器内阻的温度特性方面进行校正。在该步骤中没有引入Lambda探测器的测量范围向更低运行温度的扩展。
本发明的任务是提供用于更快速地实现废气探测器的运行准备的方法。
此外本发明的任务还有提供用于执行该方法的设备。
发明内容
本发明的涉及方法的任务通过以下方式解决，即根据气体传感器的温度为在低于1的Lambda与高于1的Lambda之间的极限设定针对跃变电压的阈值。Lambda跃变探测器的陶瓷测量元件在预给定Lambda的情况下具有输出电压与陶瓷的温度的依赖关系。针对Lambda值=1的电压也与温度有关。在超过700℃的范围中跃变温度才近似恒定并且示例性地位于455mV的值处。这是在运行温度处于超过700℃的范围中的情况下使用这样的气体传感器的原因之一。当达到该运行温度时内燃机的Lambda调节才可能变得有效。因此为了将内燃机出产的不期望物质的产量最小化，必须尽可能早地实现气体传感器的运行准备。虽然气体传感器被以电的方式并且通过废气加热，但是在实现所述运行温度之前还是经过了相当长的时间段，并且有利的是在更低的温度时就已经可以使用该气体传感器。根据本发明，这是通过从陶瓷测量元件的温度为300℃起就确定针对浓混合物和针对稀混合物的电压并且通过从这些电压中根据温度为在低于1的Lambda与高于1的Lambda之间的极限设定针对跃变电压的阈值来实现的。
在本方法的一种构型中，确定在内燃机的废气通道中的空气系数Lambda或者确定在废气探测器的经由扩散屏障与该废气通道连接的测量空间中的空气系数Lambda。由此可以将本方法应用于废气通道中的Lambda跃变探测器或者应用于宽带Lambda探测器的能斯特室。
一种特别鲁棒和成本低廉的实施方式规定，从气体传感器的陶瓷测量元件的内阻中确定气体传感器的温度。在该实施方式中，不需要附加的温度传感器并且直接在陶瓷部件处确定温度。
如果基于对气体传感器的温度的变化曲线的预测或者对陶瓷测量元件的内阻的变化曲线的预测来设定针对跃变电压的阈值，则可以减少温度测量的次数并且从而减小气体传感器的极化，所述极化可能影响测量结果。此外通过使用预测值可以减小电干扰的影响。
如果通过测量温度或内阻来检验和/或校正针对气体传感器的温度的变化曲线或针对陶瓷测量元件的内阻的变化曲线的预测，则可以将该预测与气体传感器位置处的热流入和热流出的当前比例相匹配。该预测在此以公式的形式或者以表格的单个值的形式存在。
通过在陶瓷测量元件的温度处于300℃与600℃之间的范围中、优选处于低于500℃的范围中的情况下使用所述气体传感器，实现了特别快速的运行准备。在该温度范围中，附加地减小了气体传感器的失效概率，因为陶瓷测量元件在此对来自废气中的冷凝水的水击作用是不灵敏的。
本发明的涉及设备的任务通过以下方式解决，即控制设备包含用于根据陶瓷测量元件的温度为在低于1的Lambda与高于1的Lambda之间的气体传感器输出电压的极限确定阈值的装置。由于具有固体电解质的气体传感器的输出电压在预给定Lambda的情况下取决于温度，因此根据本发明可以将气体传感器的工作范围扩展到低温，其方式是通过针对该温度范围的计算规则、值表格或电路装置来确定气体传感器的输出电压的与温度有关的阈值，该阈值将低于1的Lambda的范围与高于1的Lambda的范围分开。在该控制设备中，可以在学习阶段中设定所述阈值并且在运行中通过与当前的变化（例如由气体传感器的老化引起）适配来加以调整。
一种特别价格低廉的布置规定，气体传感器被构造为两点Lambda探测器。
如果废气传感器具有抽送的氧气参考，则该废气传感器与外部空气中的混合物无关，并且减小可能影响测量精度的气体传感器上的沉淀。
在优选的应用中，将根据描述用于确定内燃机废气通道中的氧气含量的设备或方法用于确定输送给内燃机的空气-燃料混合物的组成。本发明能够减小内燃机的燃料消耗和有害物质产量。
附图说明
下面借助图中所示的实施例详细阐述本发明。其中：
图1示出气体传感器的温度和内阻的关联的图，
图2示出气体传感器的信号图。
具体实施方式
图1在沿着温度轴17和电阻轴11的电阻图10中示出具有基于固体电解质的陶瓷测量元件的气体传感器的内阻的温度变化曲线12。
对于电阻变化曲线12特征性的是随着温度的增加电阻值的剧烈下降。在该电阻图10中绘出电阻额定值15，在该电阻额定值15时达到通过温度表征的气体传感器的工作点16。此外绘出运行准备温度14，该运行准备温度根据现有技术必须在Lambda调节准备好之前被达到。向该运行准备温度14分配电阻最大值13，从该电阻最大值13开始控制装置确定Lambda调节的运行准备。
图2示出具有电压轴21和温度轴27的信号图20，沿着这些轴绘出气体传感器的输出电压。第一下部曲线22示出在气体传感器处于预给定的稀混合气体中时输出电压的温度依赖性。第一上部曲线24示出该气体传感器在预给定的浓混合气体中的输出电压的温度依赖性。取决于温度的信号阈值23对于所观察的气体传感器来说是在稀范围与浓范围之间的阈值处的输出电压。借助该比较电压还可以在温度明显低于图1中的运行准备温度14的情况下将气体传感器的输出信号用于Lambda调节。由此可以缩短启动内燃机与开始Lambda调节之间的持续时间并且可以减小不期望废气成分的产量。
第二下部曲线25示出当另一种结构类型的气体传感器暴露于预给定的稀混合气体时该气体传感器的输出电压的取决于温度的变化曲线。与第二下部曲线25相关的第二上部曲线26示出当气体传感器暴露于预给定的浓混合气体时该气体传感器的输出电压的变化曲线。同样，从这些曲线中可以推导出阈值电压，从而该传感器类型在低于当前使用的温度时就已经也可以被用于调节了。
Claims (11)
1.利用具有陶瓷测量元件的气体传感器来确定空气系数Lambda的方法，其中该气体传感器的输出电压在Lambda在围绕Lambda=1的范围中变化的情况下跳跃式改变，以及其中该气体传感器具有取决于该气体传感器的温度的跃变电压，其特征在于，根据该气体传感器的温度为在低于1的Lambda与高于1的Lambda之间的极限设定针对所述跃变电压的阈值。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，确定在内燃机的废气通道中的空气系数Lambda或者确定在废气探测器的经由扩散屏障与该废气通道连接的测量空间中的空气系数Lambda。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，从气体传感器的陶瓷测量元件的内阻中确定该气体传感器的温度。
4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，基于对所述气体传感器的温度的变化曲线的预测或者对所述陶瓷测量元件的内阻的变化曲线的预测来设定针对所述跃变电压的阈值。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，通过测量所述温度或所述内阻来检验和/或校正对所述气体传感器的温度的变化曲线或对所述陶瓷测量元件的内阻的变化曲线的预测。
6.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在所述陶瓷测量元件的温度处于300℃与600℃之间的范围中的情况下使用所述气体传感器。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，在所述陶瓷测量元件的温度处于低于500℃的范围中的情况下使用所述气体传感器。
8.利用具有陶瓷测量元件的气体传感器来确定空气系数Lambda的设备，具有用于分析该气体传感器的输出电压的控制设备，其中该气体传感器的输出电压具有在围绕Lambda=1的范围中跳跃式改变的特征线，以及其中该气体传感器具有取决于该气体传感器的温度的跃变电压，其特征在于，该控制设备包含用于根据所述陶瓷测量元件的温度为在低于1的Lambda与高于1的Lambda之间的气体传感器输出电压的极限确定阈值的装置。
9.根据权利要求8的设备，其特征在于，所述气体传感器被构造为两点Lambda探测器。
10.根据权利要求8或9的设备，其特征在于，废气传感器具有抽送的氧气参考。
11.将根据上述权利要求之一的用于确定内燃机废气通道中的氧气含量的设备或方法用于确定输送给内燃机的空气-燃料混合物的组成的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |