CN103237974B - 用于识别阶跃λ探测器的运行准备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于识别阶跃λ探测器的运行准备的方法，所述阶跃λ探测器配属于内燃机，检测探测器的内阻作为用于所述探测器的运行准备的标准，对此通过为探测器施加脉动的电流来测量所述内阻，根据所述探测器的状态选择所述脉动的电流的频率（1、2、3、4）。

Description

用于识别阶跃λ探测器的运行准备的方法

技术领域

本发明涉及一种用于识别阶跃λ探测器的运行准备的方法，其中，将探测器的内阻作为用于探测器的运行准备的标准进行测量。

背景技术

为了检测内燃机的废气中的氧浓度在当今的马达控制系统中使用λ探测器。借助λ探测器确定内燃机废气中的氧的浓度，从而就可以通过λ调节回路如此调节内燃机的空气供给和燃料供给，从而通过设置在内燃机的废气通道中的催化器的废气后处理可以达到废气的最佳组成。

公开了不同形式的λ探测器。对于也被称为阶跃λ探测器的两点λ探测器来说，特征曲线在λ=1时具有阶跃式地下降。阶跃探测器在此基本上允许具有燃料盈余的内燃机的运行时的富油废气与具有空气盈余的内燃机运行时的贫油废气之间进行区分。一种所谓的宽带λ探测器、也被称为连续的或者线性的λ探测器，可在围绕λ=1的宽广范围内测量废气中的λ值。因此宽带λ探测器例如也可用于将内燃机调节到具有空气盈余的贫油运行。

通常，λ探测器以具有固体电解质的电镀氧浓度电池为依据。固体电解质具有能够在高温时能电解地输送氧离子的特性，由此产生了电压。通过这种特性可确定两种不同的气体、特别是废气流和氧气参照物（Sauerstoffreferenz）的区别。固体电解质典型地在大约350℃的活化温度时对于氧离子来说是导电的。通常探测器的额定温度明显更高，典型地在650℃和850℃之间。然而，λ探测器在额定温度以下时就已达到运行准备，并且满足马达控制系统的要求。因此，λ探测器准备运行的温度处于探测器的活化温度和额定温度之间。

只要探测器准备运行，探测器信号就可用于调节目的和诊断目的。首先只有在探测器准备运行时才能激活λ调节。因为激活的λ调节对于减少内燃机的废气中的有害物质的排放是决定性的，所以在马达起动后应尽可能快地达到λ探测器的运行准备。此外，也应尽可能快地识别λ探测器的运行准备。

通常，用于识别准备运行的λ探测器的标准是：超过探测器的确定的温度阈值。只要探测器足够的热，就进行运行准备。

为了识别运行准备，通常在宽带λ探测器中测量陶瓷温度。只要陶瓷温度超过可预先设定的阈值，就能够由此推断出：探测器准备运行。对陶瓷温度的测量可通过直接的或者间接的测量完成。例如通过测量探测器的内阻就能够间接地推断出探测器的温度。在测量出探测器的内阻之后通过明确的特性曲线就可将测量值换算成相应的陶瓷温度。内阻的测量可通过高频率的、例如3kHz的交流电从马达起动开始进行，而在此不会不允许地强烈地影响探测器信号。借此对于宽带λ探测器来说实际上能够无滞后地识别探测器的运行准备。

对于阶跃λ探测器来说，通常陶瓷温度不能作为测量值使用。此外，阶跃λ探测器装置通常配备有更简单的电气布线，所述电气布线不允许从马达起动开始就对内阻进行高频的交流电测量。因此在阶跃λ探测器中通常通过为探测器加载脉冲形的电流来测量电阻。由如此测得的内阻，特别是借助相应的特性曲线推断出陶瓷温度。然而，这种用于测量电阻的脉冲形的电流通过由此引起的探测器的极化会导致探测器信号的失真（Verzerrung）。这种极化在探测器上产生了一种比由于废气λ所期待的更高的电压。特别是在冷的探测器中极化的作用特别强烈，并且在冷的探测器中极化的消失也仅仅是缓慢的。如果直到下一次加载脉冲之前极化还未完全消失，则会引起探测器电压的进一步的振荡，从而探测器信号就不再能使用了。因此，通常只有当探测器足够热时、也就是通常在达到探测器运行准备之后才测量阶跃λ探测器的内阻。因此，通过脉冲形的电流测量内阻不能考虑用于真正地识别运行准备。

为了在阶跃λ探测器中识别运行准备还公开了另一种间接的方法。在此当探测器电压离开规定的静止位置时就识别出探测器的运行准备，其中将探测器电压和反电压之间的偏差度（Grad）确定为探测器温度的尺度。为此目的在内燃机的控制设备中使用产生恒定的反电压的电压源，并且与探测器并联。测量并联电路的输出电压并且示出了探测器电压和反电压的叠加，其中，具有更小内阻的电压源的电压占具了优势。

冷探测器具有高的内阻，从而反电压占据了优势。热探测器具有小的内阻，从而在这种情况中探测器电压占具了优势。也就是说当并联电路的可测电压与反电压有偏差时可从中推断出热的探测器的结论。只要这个偏差超过可预先设定的阈值，即可识别探测器的运行准备。这种方法的优点是，这种被动方法不影响探测器电压。然而，探测器电压也取决于实际的废气成分，从而这也对探测器电压和反电压之间的偏差程度有影响。因此，采用这种方法根据废气λ不同地快速识别探测器的运行准备，这样就会引起运行准备识别滞后，这对通过后来的λ调节的活化的废气再处理会产生不利的影响。此外对此不利的是，会将探测器错误地解释为准备运行的探测器，因为探测器电压和反电压的偏差也有可能是由探测器故障引起的。因此，为了提高这种方法的鲁棒性已经考虑了附加的标准，这些附加的标准允许推断出探测器的运行准备，例如加热状态或者自从马达起动以来供给给探测器的热量。然而通过考虑这些附加的标准使探测器运行准备的识别进一步滞后，并且随之出现的废气后处理和产生的排放方面的缺点。

发明内容

因此本发明的任务是，提供一种经过改进的、用于识别阶跃λ探测器的运行准备的方法。这种方法应该可靠地并且快速地识别阶跃λ探测器的运行准备，并且对探测器信号没有不利影响。该任务通过如权利要求1的主题的、用于识别阶跃λ探测器的运行准备的方法来解决。由从属权利要求中能够得出该方法的优选的设计方案。

根据本发明的、用于识别阶跃λ探测器的运行准备的方法使用探测器的内阻的测量作为探测器的运行准备的标准。探测器的内阻直接与探测器陶瓷的温度有关，因此可用作探测器温度的尺度。因为探测器的运行准备与固体电解质的温度有关，所以可将可测量的内阻用作探测器运行准备的标准。内阻随温度的增加而下降。因此，特别是当内阻低于可预先设定的阈值时可识别探测器的运行准备。根据本发明通过给探测器提供脉动的电流来测量内阻，其中，根据探测器的状态选择脉动的电流的频率。在这种意义中脉动的电流不是交流电，即电流改变它的方向或者说改变它的极性。更确切的说，脉动的电流是具有有待变化的频率的脉冲形的电流，其中例如接通时间保持恒定，而断开时间根据探测器的状态而变化。也就是说，在恒定的脉冲持续时间中更高的频率意味着尤其更短的断开时间，这样就以更短的时间间隔连续地产生脉冲。通常，采用阶跃λ探测器的通常的电气布线就可给阶跃λ探测器提供一种脉动的电流，从而根据本发明的方法就不需要其它的软件部件，并且可使用本来就已存在的电气布线。

优选根据探测器的状态选择较低的和/或更高的和/或进一步提高的频率。根据探测器的状态，特别是根据探测器的温度选样脉动的电流的频率具有如下好处，即可考虑通过设置电流脉冲所引起的探测器中的极化效应。特别当探测器是冷的时极化效应比较强烈，并且持续时间比较长，从而对于冷的探测器来说，优选较低地选择电流脉冲的频率，并且因此不会引起极化效应的叠加。

在根据本发明的方法的一种优选的设计方案中，在起动内燃机之后利用脉动的电流的较低频率测量探测器的内阻。所施加的电流脉冲的较低频率造成，在新的脉冲达到探测器之前所引起的极化（Polarisation）可能消失。其优点在于，在探测器中不会出现所引起的极化的“摆动（Aufschaukelung）”。对其中所求得的测量值进行如下的检验，即探测器是否存在前面所述的运行准备，也就是说，是否差不多达到探测器运行准备所要求的温度。只要所测量的内阻能推断出上述结论，则利用电流脉冲的更高的频率测量内阻。在探测器的这种状态中陶瓷的温度已经如此高，从而由电流脉冲所引起的极化不强烈地发挥作用。这样探测器信号也就不会发生不必要的失真。通过所测量的更高的频率很快地检测到探测器的变化，这样就可以没有滞后地识别出低于内阻的可预先设定的阈值。因此，只要低于可预先设定的阈值就可推断出达到探测器的运行准备的结论。根据本发明的内阻测量或者用于内阻测量施加的脉动的电流的频率的匹配具有如下优点：在探测器比较冷时所引起的探测器的极化效应局限于最小限度。通过在探测器温度升高时提高频率可几乎无滞后地识别探测器的温度提高。在探测器的这种状态中极化效应明显更弱，并且不会造成信号显著的失真或者干扰，从而在探测器的这种情况中电流脉冲的更高的频率并非是有害的。

在根据本发明的方法的一种特别优选的设计方案中，只有当一个或者多个测量参量和/或调制的参量表明探测器已达到一定的最小温度时，才进行第一次内阻测量。只要能推断出探测器的可预先设定的最小温度的结论，就第一次利用脉动的电流的低的频率测量内阻。通过探测器的已达到的最小温度探测器的通过所施加的电流脉冲所引起的极化就不会很强烈，并且持续时间不会很长，从而探测器信号因此不会没必要度强烈地失真。

以特别优选的方式对推断出探测器达到运行准备的结论进行可靠性检测，其做法是：在第一次推断出达到运行准备的结论后进一步提高用于内阻测量的电流脉冲的频率，并且将在这其中求得的内阻数值用于推断探测器的达到的温度。通过这一措施以非常快的方式在没有显著的滞后的情况下确保识别出运行准备。

此外，在推断出达到探测器的运行准备的结论之后可利用低的频率测量内阻。特别是在考虑探测器温度时为了检测探测器的状态的其它变化这么做通常是足够的。在此，低的测量频率保证了所施加的电流脉冲对探测器信号的影响，特别是对由此引起的极化的影响尽可能地小。特别是通过低的频率不会引起极化的叠加，其中在探测器的这种状态中，或者说在探测器的达到的温度中极化效应本来就是小的。

根据阶跃式探测器的相应的设计方案和几何形状选择用于内阻测量的脉动的电流的相应频率，也就是特别低的频率、较高的频率以及进一步提高的频率。例如在通常的阶跃式探测器中低的频率大约为0.5Hz到大约5Hz，优选大约1Hz到大约3Hz。特别优选的是低的频率为2Hz。更高的频率例如可处于大约5.5Hz到大约15Hz之间，优选在大约8Hz到大约12Hz之间，特别优选为10Hz。进一步提高的频率可处于大约15.5Hz和大约25Hz之间，优选处于大约18Hz到大约22Hz之间。特别优选为20Hz。根据相应的探测器的设计方案这些频率也是可以变化的。

如上所述，在根据本发明的方法的一个优选的设计方案中在真正激活内阻测量之前对一个或者多个测量参量和/或调制的参量进行如下的检验：是否达到探测器的可预先设定的最小温度。这些参量可以是例如是废气温度和/或废气质量流的废气特性参量或者例如是探测器电压的探测器参量的绝对值、梯度和/或积分。从通常可用在内燃机的控制器中的数值中得出有关探测器的温度的第一次说明。通过这一措施后续的内阻测量就不会导致探测器不必要的强烈的极化效应，这种效应通常仅仅在冷的探测器中才出现。只要测量参量或者调制的参量可推断出下述结论：探测器已达到最小温度、例如大约600℃，则通过内阻测量的极化效应就不再如此强烈，从而通过此措施必然会干扰探测器。在这个第一阶段中，例如也可进行这样一种内阻测量，即利用电流脉冲的一种很小的频率、例如1Hz进行内阻测量。通过这种很低的频率一方面对探测的极化效果是合适的，并且另一方面能够借助这种内阻测量以非常简单的方式确定探测器的温度。

为了推断出探测器已达到运行准备的结论优选检验：所测得的内阻是否低于可预先设定的阈值。因为探测器的内阻与探测器温度或者探测器的陶瓷温度直接有关，例如可借助相应的特征曲线从已测量的内阻中推断出探测器温度，所以这种探测器温度又直接与探测器的运行准备有关。优选只有在多次测量中、特别是在多次连续的测量中都低于可预先设定的阈值，那么则推断出达到运行准备的结论。通过此措施进一步地提高了根据本发明的方法的鲁棒性，因为一次测量错误不会导致错误地推断出运行准备。在一种特别优选的实施方式中在第一次低于可预先设定的阈值后就提高用于内阻测量的电流脉冲的频率。通过此措施可进一步提高识别运行准备的速度，因为可更快地生成测量结果，从而就可以几乎毫无延迟地识别或者说可靠地检验λ探测器的运行准备。

总之，根据本发明的具有内阻测量的方法使用了一种用于探测器的运行准备标准，这种标准直接与传感器元件的温度有关。借助多次快速连续的测量检验这个标准，以便能够识别探测器的运行准备。不需要引起延时的附加标准或者昂贵的可靠性检测，从而根据本发明的方法就能快速而可靠地识别探测器的运行准备。根据本发明的方法的特别的优点是：识别探测器的运行准备与废气的成分无关。对于传统的、例如关于反向电压分析探测器电压的运行准备识别方法来说，当废气λ发生变化时，会引起识别探测器的运行准备的延迟。在根据本发明的方法中排除了这种情况，因为根据本发明的方法的标准只是探测器陶瓷的温度或者说是与它有关联的探测器的内阻，而这与废气成分没有关系。也就是说，在根据本发明的方法中即使废气成分有变化也不会出现延迟识别运行准备的情况。在根据本发明的方法中也不会如在现有技术中公开的方法中那样将探测器错误以错误的方式解释为已准备好运行的探测器。

根据本发明的方法是将探测器的内阻的非常可靠的标准用作探测器温度的尺度，进而用作探测器的运行准备的尺度，其中根据本发明通过如下方法使得在探测器中通过内阻测量所引起的极化效应最小化：使用于内阻测量所施加的电流脉冲的频率与探测器的状态相匹配。因此，根据本发明的方法与传统的方法相比较显著更加快速和更加可靠地识别探测器的运行准备，而不会负面地影响探测器信号，或者使探测器信号失真。这种方法还允许在尽可能最早的时刻激活λ调节。其结果是导致排放更小，因为可使马达起动与激活λ调节之间的阶段尽可能地短，其中特别是在这一阶段中排放过高。

此外，本发明还包括计算机程序，当在计算机或者控制器上运行所述计算机程序时，所述计算机程序就实施根据本发明的方法的所有步骤。最后，本发明还包括具有程序代码的计算机程序产品。当在计算机或者控制器上运行所述程序时，将所述程序代码存储在机器可读的载体上以实施根据本发明的方法。所述控制器例如可以是机动车的或者说内燃机的中央控制器。本发明的作为计算机程序或者计算机程序产品的设计方案具有如下的特别好处：在使用根据本发明的方法时不必在机动车中安装其它的部件。根据本发明的用于识别阶跃λ探测器的运行准备的方法可以使用阶跃λ探测器的通常的布线，从而不必安装其它的部件。只需要实现例如相应的计算机程序，从而具有这种特别优点的根据本发明的方法也可用在现有的汽车中。

本发明的其它优点和特征能够由以下对实施例的描述并结合附图得出。在此，各个特征能够分别单个地或者相互组合地实现。

附图说明

在附图中示出：

图1是根据按本发明的方法的运行准备识别的示意性的时间流程图。

具体实施方式

根据本发明的方法将阶跃λ探测器的内阻用作识别达到探测器运行准备的标准。在探测器内阻和探测器元件温度之间存在着一种明确的相互关系，其中当探测器内阻同时低于相应的电阻阈值时，探测器元件温度就超过一定的温度阈值。当探测器的内阻降低到一定阈值以下时就达到了探测器的运行准备。根据本发明，在探测准备运行之前就已经测量了探测器的内阻。只有通过在探测器运行准备之前进行测量才能无延迟地识别出达到探测器的运行准备。通过给探测器施加脉动的电流测量探测器内阻。为了避免由于探测器的极化对内阻测量产生负面影响，根据本发明取决于探测器的状态选择所施加的电流脉冲的频率。在此优选如此选择该频率或者说如此激活内阻测量，从而尽可能少地影响探测器信号。脉动的电流的频率的这种匹配允许从马达起动时起就测量内阻，其中在这种情况中利用低的或者非常低的频率施加脉动的电流。在此可以如此实现电流脉冲的频率变化，从而使得脉冲持续时间分别保持恒定，并且改变脉冲之间的间距。例如脉冲持续时间为3毫秒，每个脉冲的开始之间的持续时间为600毫秒。例如通过缩短各个脉冲的开始之间的持续时间来提高频率。

以特别优选的方式，只有在确定的或者说可预先设定的时间的结束之后才能够测量内阻，也就是说，在这种时间结束之前电流脉冲的频率等于零。在这种确定的时间结束之后可以此为依据，即探测器已经如此的热，从而可以忽略极化的影响。

特别有利的是，当一个或者多个测量参量或者经过调制的参量表明，探测器如此的热，从而可以忽略极化的影响时才起动内阻的测量，也就是说，将电流脉冲的频率从零置为大于零。例如废气特征参量或者探测器特征参量的绝对值、梯度或者积分能够给用作对此的标准。只要借助这些参量可以推断出探测器的最小温度，于是激活和实施内阻测量。例如为此可以施加2Hz的电流脉冲的频率。如下检验可由此测量的内电阻值是否低于可预先设定的阈值，从而就可以推断出探测器的运行准备。特别优选的是在即将达到运行准备之前就提高测量频率，例如提高到10Hz。通过这一措施可显著地提高用于识别运行准备的方法的速度，从而更快地识别出已达到的运行准备。在识别出运行准备之后，通常利用更低的频率、例如2Hz就足够测量内阻了。

在一种特别优选的实施方式中，在达到表明即将达到探测器的运行准备标准之前。利用低频率、例如1Hz进行测量。通过此措施将极化对探测器的影响保持在低水平。只要假定马上达到运行准备，就提高内阻测量的频率、例如提高到10Hz。在这种关键性的阶段加快测量值的生成，这样就可几乎无滞后地识别出达到的运行准备。在可确定的运行准备之后又能够利用更低的频率、例如2Hz进行测量。

在第一次达到用于探测器运行准备的标准之后，也就是低于预先设定的内阻阈值之后可以特别优选的方式再一次地提高频率、例如提高到20Hz。采用这种做法可在很短的时间内对已识别的运行准备进行可靠性检验（Plausibilisierung）。在可靠性检验之后将探测器评价为已作好运行准备。紧接着又可利用更低的频率、例如2Hz继续进行测量。

通过这种内阻测量的、与相应的探测器类型相匹配的激活和频率可将对探测器电压的影响最小化、特别是随着内阻测量而出现的探测器的极化效应尽可能地保持低水平。在这种情况下，根据本发明的方法一方面将探测器的内阻测量的可靠性用作用于运行准备或者说用于探测器温度的标准。另一方面通过内阻测量尽可能少地使探测器信号受到影响并且失真。

当所述探测器并非由于单次的、其中所测量的内阻低于可预先设定的阈值的测量，而将探测器评价为运行准备时，而是在多次连续的测量中内阻分别低于阈值时，能够以特别有利的方式对识别运行准备的鲁棒性（Robustheit）进行最优化。为了缩短以多次连续测量的形式连续检验可靠性所需的时间，以特别有利的方式规定：只要第一测量值低于阈值就提高内阻测量的频率。

接下来在阶跃λ探测器中，借助识别运行准备的、在图1中示意性地示出的流程图，以示例性的方式对根据本发明的方法的实施进行解释。在马达起动（时刻1）之后利用电流脉冲的低频率、例如1Hz激活内阻测量。当内阻降低到1千欧姆以下时，频率提高到10Hz（时刻2）。在低于1000欧姆的阈值时探测器即将达到运行准备。通过提高频率立刻生成测量值，从而就能非常快地识别运行准备。在这一时刻探测器已经如此热，从而通过内阻测量所引起的极化在100毫秒内完全消失。当内阻下降到低于400欧姆时频率提高到20Hz（时刻3）。通过在这一时刻提高测量频率能够尽快地对测量结果的可靠性进行评估。在这一时刻探测器已如此的热，从而在50毫秒内极化完全消失。例如当在三个连续进行的测量中内阻分别小于400欧姆（时刻4）时，则显示出探测器的运行准备。紧接着可将内阻测量频率例如减小到2Hz。这通常对于诊断目的和对于探测器的加热调节来说是足够的。

Claims (19)

1.一种用于识别阶跃λ探测器的运行准备的方法，所述阶跃λ探测器配属于内燃机，其特征在于，检测所述探测器的内阻作为用于所述探测器的运行准备的标准，其中通过为所述探测器施加脉动的电流来测量所述内阻，根据所述探测器的状态选择所述脉动的电流的频率（1、2、3、4）。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，选择较低的频率（1）和/或更高的频率（2）和/或进一步提高的频率（3）作为所述脉动的电流的频率。

3.按照权利要求2所述的方法，其包括以下方法步骤：

- 在起动内燃机后利用所述脉动的电流的较低的频率（1）测量所述内阻，并且借助测量值检验：是否能够推断出所述探测器不久即将进行运行准备的结论；

- 只要能够推断出探测器不久即将进行运行准备的结论，就利用所述脉动的电流的更高的频率测量（2、3）所述内阻；并且

- 当所测量出的内阻低于可预先设定的阈值时，则推断出所述探测器达到运行准备的结论。

4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，在内燃机起动以后并且在测量所述内阻之前，如下所述分析一个或者多个测量参量和/或调制的参量，即是否达到所述探测器的可预先设定的最小温度，其中在达到所述最小温度之后开始测量所述内阻。

5.按照权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，利用所述脉动的电流的进一步提高的频率（3）进行另一次内阻测量以对已达到的运行准备进行可靠性检验。

6.按照权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，在推断出达到运行准备的结论之后，利用所述脉动的电流的较低的频率（4）测量所述内阻。

7.按照权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述较低的频率（1、4）为0.5Hz到5Hz。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，所述较低的频率（1、4）为1Hz到3Hz。

9.按照权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述更高的频率（2）为5.5Hz到15Hz。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述更高的频率（2）为8Hz到12Hz。

11.按照权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述进一步提高的频率（3）为15.5Hz到25Hz。

12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，所述进一步提高的频率（3）为18Hz到22Hz。

13.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述一个或者多个测量参量和/或调制的参量是废气特征参量或者探测器特征参量的绝对值、梯度和/或积分。

14.按照权利要求13所述的方法，其特征在于，所述废气特征参量是温度和/或质量流量。

15.按照权利要求13所述的方法，其特征在于，所述探测器特征参量是探测器电压。

16.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，为了推断出所述探测器达到运行准备的结论要检验：测量出的内阻是否低于可预先设定的阈值。

17.按照权利要求16所述的方法，其特征在于，为了推断出所述探测器达到运行准备的结论要检验：测量出的内阻是否在多次测量中低于可预先设定的阈值。

18.按照权利要求17所述的方法，其特征在于，所述多次测量是连续的测量。

19.按照权利要求17所述的方法，其特征在于，在第一次低于可预先设定的阈值后就提高所述脉动的电流的频率。