CN109863392B - 用于运行λ探测器的控制单元 - Google Patents

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Abstract

一种用于运行具有电化学电池(401)的λ探测器的控制单元，其中，所述电化学电池(401)具有第一电极(342)、第二电极(343)和布置在所述电极(342，343)之间的固体电解质，其中，所述λ探测器借助施加在所述电化学电池(401)的电极(342，343)之间的泵电压(303)保持在极限电流运行中，由此，产生通过所述电化学电池(401)的与废气中的残余氧成比例的泵电流(304)，其中，将输入电位(UA)施加到所述电化学电池(401)的第一电极(342)上，其中，根据所产生的泵电流(304)追踪所述输入电位(UA)，其中，借助与所述电化学电池(401)串联连接的测量电阻(345)求取所述泵电流(304)，其中，所述电化学电池(401)的第二电极(343)直接地或通过所述测量电阻与虚拟地(355)连接，其中，根据所述输入电位(UA)改变所述虚拟地(355)的电位。

Description

用于运行λ探测器的控制单元
技术领域
本发明涉及一种用于运行具有电化学电池的λ探测器的控制单元。
背景技术
由DE 10 2013 224 811 A1已经已知一种控制单元，该控制单元用于运行内燃机的废气后处理***的单电池宽带λ探测器，该控制单元借助泵电压保持在极限电流运行中，由此，产生与废气中的残余氧成比例的泵电流，其中，根据所产生的泵电流追踪(nachführen)泵电压。
在此，借助所存储的特性曲线由泵电流确定泵电压，该泵电流借助与虚拟地连接的测量电阻求取，该虚拟地用作电流源和/或电流宿(Stromsenke)并且提供恒定的电压。
发明内容
本发明基于如下任务：改善预先已知的控制单元的准确性、运行安全性以及与预给定的λ探测器的兼容性。
该任务通过一种具有权利要求1的特征的控制单元来解决。在此，本发明首先从如下认知出发：为了使具有电化学电池的λ探测器运行在极限电流运行中，在施加在其上的泵电压方面存在彼此冲突的边界条件。一方面，虚拟地的电位(以下也称为虚拟地)必须选择得尽可能小，以便不给由可用供给电压给定的电压预算造成非常大的负担，使得在泵电流大的情况下对输入电位的充分追踪不再完全可能。另一方面，即使在富油运行(Fettbetrieb)中，虚拟地的电位也始终必须大于最大期望泵电流在测量电阻上的电压降。
根据本发明，这种冲突通过如下方式来化解：根据输入电位改变虚拟地的电位。
尤其当输入电位减小时，虚拟地的电位增大，并且，当输入电位增大时，虚拟地的电位减小。
尤其在贫油运行(Magerbetrieb)中时——例如出现相对较大的泵电流以及在测量电阻上出现(与此关联的)电压降时，虚拟地的电位相对较低，从而可以维持极限电流运行。
另一方面，尤其在富油运行中，虚拟地的电位相对较高并且可能超过泵电流在测量电阻上的电压降。
无论如何，借助根据本发明的方法可以使用具有相对较高阻值的测量电阻(例如至少20至600欧姆)。
例如可能并且有利的是，根据输入电位如此改变虚拟地的电位，使得当输入电位以值
Figure BDA0002033414750000021
减小时，该虚拟地的电位例如以该值增大。同样可能的是，虚拟地的电位根据输入电位如此改变，使得当输入电位以处于
Figure BDA0002033414750000022
与
Figure BDA0002033414750000024
之间的值减小时，该虚拟地的电位例如以
Figure BDA0002033414750000023
增大。
可以快速地且可靠地通过模拟电路或者数字电路根据输入电位改变虚拟地的电位，其方式例如是：虚拟地通过具有至少一个运算放大器的电路实施，该运算放大器的反相输入端及其输出端通过第一电阻彼此连接，并且该运算放大器的反相输入端还通过第二电阻与输入电位连接。
在扩展方案中，可以设置，将恒定的电位施加到运算放大器的同相输入端上，从而虚拟地的电位具有值VM＝UB-(UA-UB)*R1/R2，其中，VM是虚拟地的电位，UB是施加在运算放大器的同相输入端上的恒定电位，UA是输入电位，R1是第一电阻的欧姆电阻，并且R2是第二电阻的欧姆电阻。
优选的是：1/3R1<R2<3R1，尤其R1＝R2。
附图说明
图1示出根据本发明的控制单元的方框图，
图2示出如下模拟电路：该模拟电路用于根据输入电位UA改变虚拟地VM的电位。
具体实施方式
在图1中示出具有根据本发明的电路装置或者具有这种电路装置的根据本发明的控制单元，该控制单元用于运行优选之前描述的单电池极限电流探测器330。已知的极限电流探测器330通过IPE连接端343(内部泵电极、第二电极)以及所提到的ALE连接端342(外部泵电极或排气电极、第一电极)与该电路装置连接。
极限电流探测器330用于产生泵电流(Ip)304。如已知那样，由极限电流探测器330确定的泵电流304是对废气中的残余氧含量的度量。在Ip＝0的情况下，λ＝1。如果空气-燃料混合物相对贫油(λ>1)，则泵电流304在探测器内部从废气电极(ALE)342流至极限电流探测器330的内部泵电极(IPE)。相反地，如果混合物相对富油(λ<1)，则泵电流304向相反的方向流动。
电压发生器315用于借助滤波器(尤其低通滤波器305)产生泵电压(Up)303，其中，取决于相应的泵304的泵电压303的值能够以已知的方式借助脉冲宽度调制(PWM)信号307调整(“Up-追踪”)。在当前的实施例中，泵电流304由泵电流发生器405提供，该泵电流发生器可以通过第四开关(T4)400与电路的后续部分断开。
如由虚线380说明那样，这种泵电流发生器405和第四开关400不一定是必需的，因为原则上也可以由微控制器310提供泵电流304。
PWM信号307由电压发生器315所提供并且在当前实施例中处于约20至30kHz的频率范围内。然而应注意，本发明或者其应用不限于该频率范围。发生器315布置在内部的或外部的微控制器(μC)310中。此外，可以通过第一低通滤波器305使如此调整的泵电压303平滑。通过第二低通滤波器306和模拟/数字转换器(ADC)320将泵电压303重新读回到微控制器中。
借助测量电阻345确定泵电流304。在例如出于准确性原因而必要时，例如可以借助(未示出的)差分放大器或借助已经存在于微控制器310中的ADC 320增大测量电阻上下降的电压值。借助存储在微控制器310中的特性曲线325，由泵电流304以能够调整的在时间延迟产生待产生的泵电压303。
为了使泵电流(Ip)304可以在所提到的两个电流方向395上流动，在测量电阻345后面布置有“虚拟地”(VM)355。在当前的实施例中，虚拟地355不仅用作电流源而且也用作电流宿并且在测量电阻345后面提供电位，因此该虚拟地提供如下电位：该电位不直接取决于泵电流355并且就此而言是固定的或恒定的。在例如出于准确性原因而必要时，可以通过附加布置的第三低通滤波器370重新读回该电压值。如由虚线375说明那样，VM值的读回仅仅是优选的，然而对于电路装置的工作方式而言不是必须的。
为了使电流在探测器内部也可以从第二电极343流至第一电极342，ALE 342上的电压值必须小于IPE 343上的电压值。因为仅在这种情况下才能够在富油废气中实现这种反向的电流流动。根据本发明，恒定电压的值(即虚拟地355的电位)取决于输入电位UA：当输入电位UA减小时，虚拟地的电位增大，并且反之亦然。
根据本发明，因为根据产生的泵电流304追踪输入电位UA，所以也导致虚拟地355的电位受到泵电流355的间接影响。但是，这种影响仅仅是间接的并且不改变虚拟地的本质：虚拟地是如下固定电位：该固定电位不直接取决于泵电流Ip并且就此而言是固定的或者恒定的。
可以通过在图2中所示的模拟电路实现虚拟地355的电位与输入电压UA的相关性。替代地，可以实现一种数字电路。
在该示例中，泵电流发生器405和虚拟地355都实现成运算放大器电路。
在此，虚拟地355分配有运算放大器OP1，该运算放大器的反相输入端OP1-及其输出端OP1A通过第一电阻R1彼此连接，并且该运算放大器的反相输入端OP1-还通过第二电阻R2与输入电位UA连接。在该示例中，输入电位UA通过由低通滤波器305平滑的PWM输入信号307给定。UB是施加在运算放大器OP1的同相输入端OP+上的恒定电位。该电位可以由单独的电压源提供或者通过分压器从另一已提到的电压截取。虚拟地355的电位具有值VM，其中：
VM＝UB-(UA-UB)*R1/R2
在特殊示例中，R1＝R2，即VM＝2UB-UA。
测量电阻可以具有20至600欧姆的欧姆电阻。
通过选择电阻R1和R2，不仅能够实现电化学电池401的对称操控，而且也能够实现电化学电池的非对称操控。尤其能够实现：仅在由输入电压UA操控的部分区域中改变虚拟地355，并且虚拟地在其他情况下具有恒定的(即与输入电压无关的)值。
显然，根据本发明的电路装置不仅可以构造有分立的部件而且也可以集成在专用集成电路(ASIC)中。

Claims (6)

1.一种用于运行具有电化学电池(401)的λ探测器的控制单元，其中，所述电化学电池(401)具有第一电极(342)、第二电极(343)以及布置在这些电极(342，343)之间的固体电解质，其中，所述λ探测器借助施加在所述电化学电池(401)的电极(342，343)之间的泵电压(303)保持在极限电流运行中，由此，产生通过所述电化学电池(401)的与废气中的残余氧成比例的泵电流(304)，其中，将输入电位(UA)施加到所述电化学电池(401)的第一电极(342)上，其中，根据所产生的泵电流(304)追踪所述输入电位(UA)，其中，借助与所述电化学电池(401)串联连接的测量电阻(345)求取所述泵电流(304)，其中，所述电化学电池(401)的第二电极(343)直接地与虚拟地(355)连接，其中，根据所述输入电位(UA)改变所述虚拟地(355)的电位。
2.根据权利要求1所述的控制单元，其特征在于，当所述输入电位(UA)减小时，所述虚拟地(355)的电位增大，和/或，当所述输入电位(UA)增大时，所述虚拟地(355)的电位减小。
3.根据权利要求1或2所述的控制单元，其特征在于，通过模拟电路或数字电路根据所述输入电位(UA)改变所述虚拟地(355)的电位。
4.根据以上权利要求中任一项所述的控制单元，其特征在于，所述虚拟地(355)通过具有至少一个运算放大器(OP1)的电路实施，所述运算放大器的反相输入端(OP1-)以及所述运算放大器的输出端(OP1A)通过第一电阻(R1)彼此连接，并且所述运算放大器的反相输入端(OP1-)还通过第二电阻(R2)与所述输入电位(UA)连接。
5.根据权利要求4所述的控制单元，其特征在于，将恒定的电位(UB)施加到所述运算放大器(OP1)的同相输入端(OP1 +)上，从而所述虚拟地(355)的电位具有如下值：
VM＝UB-(UA-UB)*R1/R2，
其中，VM是所述虚拟地(355)的电位，UB是施加到所述运算放大器(OP1)的同相输入端(OP1+)上的恒定电位(UB)，UA是所述输入电位(UA)，R1是所述第一电阻(R1)的欧姆电阻，并且R2是所述第二电阻(R2)的欧姆电阻。
6.根据以上权利要求中任一项所述的控制单元，其特征在于，通过以负反馈运行的运算放大器(OP2)提供所述输入电位(UA)。
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