CN102939452B - 用于监测燃烧发动机系统中的湿度传感器的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于监测燃烧发动机中环境湿度传感器的方法和装置，其中环境湿度传感器的监测通过比较由所述湿度传感器测量的环境湿度和根据发动机系统中至少另一个传感器，例如NOX、λ和/或氧气传感器的氧气测量结果确定的环境湿度来完成。所述比较使用在燃料切断状态中所述至少另一个传感器的氧气信号读数的偏差来完成，在该燃料切断状态中所述另一个传感器的偏离或偏差与环境湿度的变化相关。

Description

用于监测燃烧发动机系统中的湿度传感器的方法和装置

发明领域

本发明涉及使用燃烧发动机中其它传感器例如NOx、λ(lambda)和/或氧气传感器的氧气测量结果来监测发动机中湿度传感器的方法和装置。

现有技术描述

内燃机的NOx排放明显地受环境空气的湿度影响。例如，在中欧，夏季和冬季之间环境湿度的变化可导致NOx排放高达20％的变化。

因此，可使用传感器以修正概念上环境湿度的影响，其中原始的NOx排放被计算而不是使用NOx传感器。环境空气的相对或绝对湿度通过湿度传感器测量，以能够精确预测发动机的NOx排放。这使湿度传感器成为排放的相关构件，因此其需要针对独立的计算/传感器而被监测和复核，因为排放规定和法律要求对在排放上具有影响的所有构件进行监测。

通常，信号监测使用来自两个或多个独立源例如测量结果和/或模型的过多信息来建立，其读数可被相互复核。然而，环境湿度传感器的监测是特别困难的，因为没有明显的装置可被用于环境湿度的众多确定。

在NOx排放的情形下，如果仅有一个NOx传感器被用于排气管线中，则计算的NOx排放与测量的NOx排放之间的比较是强制性的。该比较对于监测NOx传感器读数的可靠性来说是必要的。然而，湿度传感器不能通过该方式被同时且独立地监测。另外，多于一个湿度传感器的使用是明显成本高的而且因而应该避免。

用于复核环境湿度的可能解决方案应该是多于一个NOx传感器的使用。然而，在此情形下，环境湿度传感器的使用不再是必须的。

发明概述

因此，本发明的主要目的是提供克服了上述问题/缺陷的用于监测燃烧发动机中湿度传感器的方法和装置。

本发明的基本观点是通过根据燃烧发动机中其它传感器，例如NOx、λ和/或氧气传感器的氧气测量结果确定环境湿度来监测发动机中的环境湿度传感器。

如构成本说明书整体部分的所附权利要求中所述的，这些和其它目的借助于使用燃烧发动机中其它传感器，例如NOx、λ和/或氧气传感器的氧气测量结果来监测发动机中湿度传感器的方法和装置来实现。

附图简述

从仅以示例但非限制性示例方式给出的以下详述中，并参照附图阅读，本发明将变得完全清楚，附图中：

图1显示了本发明用于其中的发动机系统的示意图；

图2显示了用作调整算法的监测操作的流程图。

优选实施方式详述

环境湿度在NOx排放上的主要影响真实地反映了在增加湿度的情形下减小了氧气的可用性。换句话说，环境空气中氧气的浓度随着湿度的增加而减小。因此，局部燃烧温度在气缸中降低，其最终导致了更低的NOx排放。

在很多发动机管理系统中，NOx、λ或氧气传感器被用于发动机的排气装置中。在燃料停止输送期间，即当燃料喷射被关闭时，例如当交通工具在下山行驶时，λ和/或氧气传感器测量环境空气的氧气浓度。该氧气浓度明显地依赖于环境湿度。

因此，总的来说，NOx、λ或氧气传感器提供了关于环境湿度水平的独立信息，其能够被用于检测环境湿度信号的可靠性。

更具体地，在很多发动机管理系统中，NOx传感器的使用是强制性的，以确保持续的操作位于法律强制的NOx排放限制以下。

对于例如SCR(选择性催化还原)催化剂或LNT(稀燃NOx吸附器，leanNOxtrap)的后处理系统来说，不仅知道尾管的NOx浓度，而且知道系统上游的NOx浓度是关键的。此浓度可以使用第二NOx传感器获得，或者其能够使用发动机的传感器信息，例如压力、温度、燃料量、发动机速度等进行计算。另外，环境湿度是关键的量，因为其明显地影响NOx的排放。环境湿度的增加导致了NOx排放的减小。原因在于相对氧气浓度随着更高的环境湿度而减小，这在发动机循环中导致了更低的局部燃烧温度。

具体地，当只有一个NOx传感器用于后处理装置的下游并且另外进行上游NOx浓度的计算时，此两者可以在催化剂失活的阶段期间比较，以监测NOx传感器的精度。然而，因为NOx排放的计算直接依赖于湿度传感器的读数，所以需要湿度传感器的独立监测。

如上所述，NOx、λ或氧气传感器被广泛地用于燃烧发动机的排气管中或者甚至用于吸气区域中。另外，一些传感器例如NOx传感器还提供了λ和/或氧气的信号。因此，环境湿度传感器的监测能够通过源自发动机中其它传感器，例如那些NOx、λ或氧气传感器的氧气测量的环境湿度的确定而进行。

为了本发明的目的，NOx、λ或氧气测量装置的位置可以在发动机的排放或吸入系统中的任何地方，甚至如果有的话，可以在后处理系统的下游。

图1显示了具有环境湿度和NOx、λ或氧气传感器的可能位置的典型发动机系统设置的非限制性示例。典型的发动机系统包括吸入系统1，其连接到中间冷却器2和EGR冷却器3的输出管。发动机的排出系统4被引到EGR冷却器和涡轮5的输入端，涡轮5的输出端引入后处理系统。中间冷却器2的输入来自由涡轮提供动力的压缩机6。

发动机系统的其它构型是可能的，例如不具有EGR系统，或者具有两级涡轮，具有或不具有后处理系统等。

湿度传感器7可被放置在压缩机6的输入端或在吸入系统1处。

一个或多个氧气或λ或NOx传感器8可被放置在EGR冷却器3(如果有)或中间冷却器2的输出管处，或者在涡轮5的输出端，或者在涡轮下游的任何位置，即后处理系统中任何装置(还原器、过滤器等)的上游和下游。

如果存在两级涡轮，则氧气或λ传感器可被放置在两个涡轮之间，或者放置在两级涡轮的输出端。

因为环境湿度与环境氧气浓度成反比例，所以NOx、λ或氧气传感器的氧气测量读数反应了环境湿度。然而，该效果仅在小范围数值内是可见的，并且具有氧气传感器的精确校准，这使得操作很困难。

例如，欧洲的环境湿度在大约1和20g/kg范围内变化。其对应于大约0.16％至3.2％的环境空气中水的浓度。由于空气中氧气/氮气的比率为大约20/80，这导致氧气浓度的变化大约为0.032％至0.67％。

因此，需要一种定义明确的状态，其中能够确定对应于环境湿度的氧气测量中的变化，即已知的、定义明确的状态，其中λ/NOx/氧气传感器的偏离或偏差能够相关于环境湿度的变化。

可能的非限制性示例是使用燃料停止输送的状态。在此阶段期间，大部分空气出现在排气管线中。在这些状态下，NOx、λ或氧气传感器信号的氧气测量是缓慢调节的，因此其对应于定义明确的氧气浓度，例如20.9％，如果干燥空气被假设为参照物的话，其为空气的氧气浓度。

由于该调整而导致的偏差主要依赖于环境湿度。因此，环境信号的有效性能够使用调整算法的偏差而被监测。

参照图2，给出了可能的调整算法的流程图的非限制性示例。

在程序块20中根据依赖于发动机中的具体条件，例如燃料量、空气量、气体压力、发动机速度、温度等等的传感器或模型信息21，最终修正并过滤在λ或NOx或氧气传感器8的输出端位置测量的氧气值。

最终修正或过滤的值在燃料喷射切断的状态下通过切断状态23的控制器22(或者任何其它明确定义的操作状态，其中环境湿度的影响能够被提取)，并被引入用于限制到达输出端的数值范围的控制程序块24，其回送至切断控制器的其它输入端，用于切断之外的状态。控制程序块的输出被复核(25)，用于关于设立的参照氧气值26的差值，以用于在切断状态中传感器的输出：该差值被转换(27)成计算的湿度值，该计算的湿度值与通过湿度传感器7测量的湿度值进行比较(28)。具有或不具有阈值的差值提供了偏差，该偏差可被用于发出警报或错误信号29。

用于确定环境湿度的上述方法完全独立于湿度传感器并且因而对于监测目的来说是可接受的。

湿度信号有效性的处理可以有利地在发动机的ECU(电子控制单元)中完成。

因此，本发明可以有利地在包括程序代码设备(programcodemeans)的计算机程序中完成，该程序代码设备用于当该程序在计算机上运行时执行本方法的一个或多个步骤。为此，本专利还将覆盖该计算机程序和包括记录信息的计算机可读媒介，该计算机可读媒介例如为包括用于当该程序在计算机上运行时执行该方法的一个或多个步骤的程序代码设备的计算机可读媒介。

对于本领域技术人员来说，在考虑了公开其优选实施方式的说明书和附图以后，本主题发明的很多变化、修改、改变和其它使用以及应用将变得清楚。不偏离本发明精神和范围的所有的这些变化、修改、改变和其它用途以及应用被视为由本发明所覆盖。

将不描述其它的实施细节，因为本领域技术人员能够从上述的教导中实施本发明。

Claims (10)

1.用于监测燃烧发动机系统中的湿度传感器的方法，包括比较由所述湿度传感器测量的环境湿度和根据所述发动机系统中至少另一个传感器的氧气测量结果确定的环境湿度的步骤，其中所述比较是在其中所述另一个传感器的偏离或偏差与环境湿度的变化相关的状态下，使用所述至少另一个传感器的氧气信号读数的偏差而完成的。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述状态是所述发动机系统中燃料切断的状态。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述至少另一个传感器包括NOX传感器或λ传感器和/或氧气传感器。

4.如之前权利要求中任一项所述的方法，其中在所述比较的步骤以前，根据氧气测量结果确定的所述环境湿度被根据依赖于所述发动机系统中具体条件的传感器信息来修正和过滤。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述具体条件包括燃料量、空气量、气体压力、发动机速度和温度。

6.用于监测燃烧发动机系统中的湿度传感器的装置，所述发动机系统包括所述湿度传感器、吸入系统和排出系统，以及在所述吸入系统或在所述排出系统中测量氧气的至少另一个传感器，所述装置包括用于实施根据之前权利要求中任一项所述的方法的设备。

7.如权利要求6所述的装置，其中所述吸入系统(1)连接到中间冷却器(2)的输出端，并且所述排出系统(4)连接到至少一个涡轮(5)的输入端，所述湿度传感器(7)放置在压缩机的输入端处或者放置在所述吸入系统(1)处，所述至少另一个传感器放置在所述中间冷却器(2)的输出端处或者放置在所述吸入系统(1)处，或者放置在所述至少一个涡轮(5)的输出端处，所述装置包括用于实施根据权利要求1或2所述的方法的设备。

8.如权利要求7所述的装置，其中所述发动机系统包括位于所述排出系统(4)和所述吸入系统(1)以及所述中间冷却器(2)的输出端之间的EGR冷却器(3)，所述至少另一个传感器放置在所述EGR冷却器的输出端处或者放置在所述中间冷却器(2)的输出端处，或者放置在所述吸入系统(1)处，或者放置在所述至少一个涡轮(5)的输出端处。

9.如权利要求7所述的装置，其中所述至少一个涡轮(5)是两级涡轮。

10.如权利要求6-9中任一项所述的装置，其中所述至少另一个传感器包括NOX传感器或λ传感器和/或氧气传感器。