CN103527288B - 用于修正两点式λ传感器的特征曲线的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于相对于两点式λ传感器的参考电压‑λ特征曲线来修正在内燃机的废气通道中布置的两点式λ传感器的电压‑λ特征曲线的方法，其中修正了λ=1时相对于参考电压‑λ特征曲线的特征曲线偏差，其中从参考电压‑λ特征曲线上的值对出发朝向λ=1改变了输入内燃机的空气/燃料混合物的成分，以及其中由空气/燃料混合物的成分的变化而推断出λ的实际值。本发明还涉及一种用于执行所述方法的装置。根据本发明对两点式λ传感器的工作参数进行调整的优点在于，消除了偏差的起因。所追求的不仅是通过电压‑λ特征曲线向参考特征曲线位移而补偿偏差。还要完全补偿可能导致电压‑λ特征曲线由于公差或老化引起的歪曲的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于相对于两点式λ传感器的参考电压-λ特征曲线来修正在内燃机的废气通道中布置的两点式λ传感器的电压-λ特征曲线的方法，其中修正了λ=1时相对于参考电压-λ特征曲线的特征曲线偏差，其中从参考电压-λ特征曲线上的值对出发朝向λ=1改变了输入内燃机的空气/燃料混合物的成分，以及其中由空气/燃料混合物的成分的变化推断出λ的实际值。
本发明还涉及一种用于相对于两点式λ传感器的参考电压-λ特征曲线来修正在内燃机的废气通道中布置的两点式λ传感器的电压-λ特征曲线的装置，其中修正了λ=1时相对于参考电压-λ特征曲线的特征曲线偏差，其中设置了控制装置，所述控制装置从参考电压-λ特征曲线上的值对出发朝向λ=1改变了输入内燃机的空气/燃料混合物的成分，以及由空气/燃料混合物的成分的变化推导出λ的实际值，以及其中控制装置设置用于调节两点式λ传感器的工作参数。
背景技术
在内燃机的废气系统中使用λ传感器以优化有害物质排放以及废气后处理。λ传感器确定了废气的氧气含量，这被用于调节输入内燃机的空气－燃料混合物以及进而调节催化器之前的废气λ（值）。在此通过λ调节循环如此调节内燃机的空气和燃料输入，即实现了通过设置在内燃机的废气通道中的催化器对废气后处理来说最佳的废气成分。在汽油机中通常调节至λ为1，即空气与燃料的化学当量比为1。从而可以使得内燃机的有害物质排放最小化。
使用不同形式的λ传感器。在也称为跳跃式传感器（Sprungsonde）或能斯特传感器的两点式λ传感器中，当λ=1时电压-λ特征曲线具有跳跃式的走向。因此其基本上允许了在内燃机以燃料过剩运行时的浓废气（λ<1）和以空气过剩运行时的稀废气（λ>1）之间的区分并且使得废气能被调节至λ为1。
宽带-λ传感器—也称为连续或线性λ传感器—实现了在围绕λ等于1的宽范围中对废气中λ值的测量。因此例如内燃机也可以被调控至空气过剩的稀燃运行。
通过传感器特征曲线的线性化，还可以利用成本较低的两点式λ传感器在受限的λ范围内实现在催化器之前持续的λ调节。对此的前提条件为，在两点式λ传感器的传感器电压和λ之间存在明确的相互关系。这种相互关系必须在两点式λ传感器的整个使用寿命中存在，因为否则调节的精确度不足，且会出现不允许的高排放。然而由于两点式λ传感器的老化效应和制造公差未满足该前提条件。因此大多利用双点-调节在催化器之前使用两点式λ传感器。其缺点是，在对稀或浓空气－燃料混合物来说必要的运行方式中仅能预控地设定目标λ、而不能调节目标λ例如用于催化器诊断或用于部件保护。
为了校准两点式λ传感器的电压-λ特征曲线，以便两点式λ传感器在整个使用寿命上都能用于连续的调节，已知了多种不同的方法。
由DE3827978已知了，通过在内燃机推力切断滑行中混合气稀化时调整传感器电压来相对于两点式λ传感器的参考电压-λ特征曲线对当前电压-λ特征曲线的、在整个λ范围上恒定的电压偏移进行确定和补偿。文献DE102010027984A1还描述了一种用于驱动内燃机的废气设备的方法，其中由废气传感器检测在废气通道中流动的废气的至少一个参数。在此设计了，在内燃机的未发生燃料喷射和燃烧的工作状态中，在废气传感器的上游借助于配属于废气设备的新鲜空气供给装置向废气通道输入新鲜空气，以及在该过程期间和/或之后调整废气传感器。
然而，仅当电压偏移不仅在推力切断滑行中混合气稀化时在相应地含氧的废气中而且在整个λ范围中表现为程度相同，才能足够好地补偿电压偏移。当电压偏移的起因唯一时才会是这种情况。然而，在大多数情况下对电压-λ特征曲线相对于参考电压-λ特征曲线的偏差来说存在多个叠加的起因。它们在不同的λ范围内表现为程度不同，因此电压偏移与废气λ相关地变化。在浓和稀的λ范围内起因尤其表现为程度不同。这种与λ相关的电压偏移可以通过在推力切断滑行中混合气稀化时进行的调整而被不充分地补偿。该方法的另一个缺点在于，现代的发动机设计越来越少地具有滑行阶段，这限制了这种滑动调整的可能性。
文献DE3837984描述了一种方法，利用这种方法可以通过借助于安置在下游的第二λ传感器的引导控制来补偿电压-λ特征曲线的λ-1-点移位。
文献DE19860463描述了一种用于查明内燃机在以预定的相对于λ=1的额定距离运行时的燃料/空气混合物的成分的方法，在所述方法中相对于λ=1的实际距离通过瞬时地调节成分以及分析λ传感器的得到的反应而查明。在此设计了：
-首先沿至λ=1的方向跳跃式调节了定义的值，然后以定义的变化速度进一步改变λ值，直至λ传感器出现反应，
-以及由跳跃式调节的值、变化速度和直至λ传感器出现反应的时间来查明实际距离。
该方法实现了识别两点式λ传感器的电压-λ特征曲线的偏移。缺点在于，当确定与λ=1的实际距离时未考虑不同的λ范围中的差异。这会使结果强烈歪曲，从而不满足对利用催化器之前的两点式λ传感器进行持续的λ调节来说必要的精确度，必须利用该精确度识别特征曲线偏移。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可靠的用于减小两点式λ传感器的电压偏移的方法，以便能实现利用两点式λ传感器进行持续的λ调节。
本发明的目的还在于，提供一种用于执行所述方法的装置。
本发明的涉及所述方法的目的如此实现，即在考虑由值对（Wertepaar）得到的λ值和λ的实际值之间的偏差的情况下如此调节两点式λ传感器的工作参数，使得修正两点式λ传感器的电压-λ特征曲线和参考电压-λ特征曲线之间的偏差。在此，参考电压-λ特征曲线表明了在不考虑制造公差的情况下两点式λ传感器的输出电压和标准化工作参数下正常的两点式λ传感器中的λ值之间的相互关系。根据本发明对两点式λ传感器的工作参数进行调整的优点在于，消除了偏差的起因。所追求的不仅是通过电压-λ特征曲线向参考特征曲线位移而补偿偏差。还要完全补偿可能导致电压-λ特征曲线由于公差或老化引起的歪曲的影响。准确地考虑了歪曲的相加或相乘的作用。准确地考虑了在传感器特征曲线的走向中不同程度表现的歪曲，尤其是稀λ范围和浓λ范围中的差异。
像已经描述的那样，当确定当前的λ值时能以值对为出发点从值λ=1开始，并由调节来确定当前的λ值。可选地，也能以λ=1为出发点从值对开始并由调节来确定当前的λ值。
在没有额外的阶段的情况下该方法能应对推力切断滑行中混合气稀化，因此也适合用于不具有或仅具有少的滑行阶段的发动机设计。利用该方法可以使用价廉的两点式λ传感器用于在催化器之前精确的持续的λ调节。
通过如下方式实现了特别精确地确定λ的实际值：从参考电压-λ特征曲线上的值对出发，至少在围绕λ=1的范围内利用空气/燃料混合物的成分的斜坡状变化进行超出λ=1时空气/燃料混合物的成分的变化；并且直至达到两点式λ传感器的、与λ=1对应的输出电压时由空气/燃料混合物的成分的变化来确定所述值对中的实际λ。在此，在值对中可以已经开始该斜坡状走向。在更快速的方法变型中，首先可以进行直至λ=1附近的跳跃式λ变化，并且以及随后利用斜坡状走向越过λ=1。
在该方法的改进设计中，由两点式λ传感器的电压-λ特征曲线和参考电压-λ特征曲线的走向之间的偏差来推断出至少一个引起该偏差的工作参数。在另一种方法中，有针对性地调整该引起该偏差的工作参数。
如果在调节工作参数时对电压-λ特征曲线的之前适配进行调整，则可以进一步改善电压-λ特征曲线的修正。例如，当识别了待修正的工作参数、如温度时，在推力切断推力切断滑行中混合气稀化（Schubabschaltung）期间对电压-λ特征曲线的恒定的偏移进行了调整，则必须取消传感器特征曲线的稀燃范围（Magerast）中的恒定修正。稀燃范围中的这种修正完全通过对两点式λ传感器的温度调整来实现。
在所述方法的优选特点中，利用如下步骤以迭代法对电压-λ特征曲线进行修正：
-确定λ的实际值以及其相对于参考电压-λ特征曲线的偏差；
-在考虑所述偏差的情况下调节两点式λ传感器的工作参数；
-对电压-λ特征曲线的之前适配进行调整。
由此可以特别好地修正电压-λ特征曲线和参考电压-λ特征曲线之间的差异。
如果电压偏移的修正通过重复的测量和/或通过重复的测量和平均或者在相同的值对时进行过滤或者通过在不同的值对时进行测量来检测可信性，则能够减小测量值获取时信号干扰和公差的影响。
老化效应或者公差导致的偏差仅极缓慢地出现。因此有利地在重新调节两点式λ传感器的工作参数之前使用在内燃机的之前的工作循环中设定的、工作参数的值，和/或考虑把在内燃机的之前的工作循环中设定的工作参数的值用于可信性检查。通过这种方式在工作循环之初已经有被良好修正的电压-λ特征曲线供使用。
如果之前的行驶循环中尚不存在两点式λ传感器的工作参数的修正，则有利地有针对性地调节待检查的值对。如果之前的行驶循环中已经存在修正，则可以通过在内燃机的工作中出现值对时进行电压偏移的修正进行可信性检查。在这种情况下不必对内燃机运行进行主动干预。
两点式λ传感器的温度影响电压-λ特征曲线。因此有利的是，通过输入两点式λ传感器的加热装置的功率来调整作为工作参数的、两点式λ传感器的温度。
由在λ<1的范围内电压-λ特征曲线相对于参考电压-λ特征曲线的第一位移与在λ>1的范围内电压-λ特征曲线相对于参考电压-λ特征曲线的第二位移的比例而推断出两点式λ传感器的温度作为待调整的工作参数，由此可以确定通过调整两点式λ传感器的温度对电压-λ特征曲线进行修正。典型地，两点式λ传感器的温度变化表现为在浓范围(Fettast)中是在稀燃范围中六倍的信号变化。在修正时优选考虑，通过对传感器特征曲线的恒定偏移的、之前进行的补偿已经完全补偿了稀燃范围中的偏移，而在浓范围中的偏移仅典型地被补偿了1/6。因此，对于通过调整温度进行的修正来说，有利地首先可以取消这种之前进行的补偿。
本发明的涉及所述装置的目的如此实现，即在控制装置中设计了程序流或开关电路，其设计用于在考虑由值对得到的λ值和λ的实际值之间的偏差的情况下以下述方式被设置用于调节两点式λ传感器的工作参数：修正两点式λ传感器的电压-λ特征曲线和参考电压-λ特征曲线之间的偏差。如此进行的修正的优点在于，消除了由于公差或老化导致的偏差的起因以及不需要精确了解偏差的相加或相乘的份额。
附图说明
下面根据附图中示出的实施例详细阐述本发明。附图示出：
图1示出了两点式λ传感器的电压-λ图表。
具体实施方式
图1示出了两点式λ传感器的电压-λ图表10，其中沿着电压轴11和λ轴16绘出了两点式λ传感器（Zweipunkt－Lambdasonde）的输出电压。参考电压-λ特征曲线13在标准条件下适用于新出厂的两点式λ传感器。在遵循参考电压-λ特征曲线13的情况下，也可以利用在废气通道中布置在催化器之前的价廉的两点式λ传感器在一定的λ范围内进行对输入内燃机的空气-燃料混合物的持续调节。不仅在λ<1的浓范围12中还是在λ>1的稀范围15中都存在两点式λ传感器的输出电压之间的明确的相互关系。
由于公差以及老化出现了偏差，该偏差不允许为此长久地使用两点式λ传感器。如果例如由于制造公差、由于老化以及由于两点式λ传感器的温度升高而出现了特征曲线的变化，则得到电压-λ特征曲线14。该电压-λ特征曲线由于恒定偏移的匹配而不会转变为参考电压-λ特征曲线13。在这种情况下，制造公差引起了稀范围15中和浓范围12中的升高（Abhebung）。温度的升高附加地引起了浓范围12中的下降。如果仅借助于沿着电压轴11的特征曲线移位进行修正，则仅能修正一部分的温度引起的偏差。在稀范围15中可完全修正，而在浓范围12中典型地仅修正了特征曲线歪曲的1/6。利用根据本发明的方法如此匹配两点式λ传感器的温度，即在整个浓范围12和稀范围15上朝向参考电压-λ特征曲线13来修正电压-λ特征曲线14。
Claims (11)
1.一种用于相对于两点式λ传感器的参考电压-λ特征曲线（13）来修正在内燃机的废气通道中布置的两点式λ传感器的电压-λ特征曲线（14）的方法，其中修正了在λ=1时相对于所述参考电压-λ特征曲线（13）的特征曲线偏差，其中从所述参考电压-λ特征曲线（13）上的值对出发朝向λ=1改变了输入所述内燃机的空气/燃料混合物的成分，以及其中由所述空气/燃料混合物的成分的变化而推断出λ的实际值，其特征在于，在考虑由所述值对得到的λ值和λ的实际值之间的偏差的情况下如此调节所述两点式λ传感器的工作参数，使得修正所述两点式λ传感器的所述电压-λ特征曲线（14）和所述参考电压-λ特征曲线（13）之间的偏差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述参考电压-λ特征曲线（13）上的值对出发，至少在围绕λ=1的范围内利用所述空气/燃料混合物的成分的斜坡状变化进行超出λ=1时所述空气/燃料混合物的成分的变化；并且直至达到所述两点式λ传感器的、与λ=1对应的输出电压时由所述空气/燃料混合物的成分的变化来确定所述值对中的实际λ。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由所述两点式λ传感器的所述电压-λ特征曲线（14）和所述参考电压-λ特征曲线（13）的走向之间的偏差来推断出至少一个引起所述偏差的工作参数。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在调节所述工作参数时对所述电压-λ特征曲线（14）的之前适配进行调整。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用如下步骤以迭代法对所述电压-λ特征曲线（14）进行修正：
-确定λ的实际值以及其相对于所述参考电压-λ特征曲线（13）的偏差；
-在考虑所述偏差的情况下调节所述两点式λ传感器的工作参数；
-对所述电压-λ特征曲线（14）的之前适配进行调整。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，电压偏移的修正通过在相同的值对时重复的测量和/或通过重复的测量和平均或者过滤来检测可信性，或者通过在不同的值对时进行测量来检测可信性。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在重新调节工作参数之前使用在所述内燃机的之前的工作循环中设定的、工作参数的值，和/或考虑把在所述内燃机的之前的工作循环中设定的工作参数的值用于可信性检查。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，有针对性地来调节待检查的值对，和/或关于在所述内燃机的工作中出现的值对进行所述电压偏移的修正。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，作为工作参数来调整所述两点式λ传感器的温度。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由在λ<1的范围内所述电压-λ特征曲线（14）相对于所述参考电压-λ特征曲线（13）的第一位移与在λ>1的范围内所述电压-λ特征曲线（14）相对于所述参考电压-λ特征曲线（13）的第二位移的比例而推断出所述两点式λ传感器的温度作为待调整的工作参数。
11.一种用于相对于两点式λ传感器的参考电压-λ特征曲线（13）来修正在内燃机的废气通道中布置的两点式λ传感器的电压-λ特征曲线（14）的装置，其中修正了λ=1时相对于所述参考电压-λ特征曲线（13）的特征曲线偏差，其中设置了控制装置，所述控制装置从所述参考电压-λ特征曲线（13）上的值对出发朝向λ=1改变了输入所述内燃机的空气/燃料混合物的成分，以及由所述空气/燃料混合物的成分的变化而推导出λ的实际值，并且其中所述控制装置设置用于调节所述两点式λ传感器的工作参数，其特征在于，在所述控制装置中设计了程序流或开关电路，其在考虑由所述值对得到的λ值和λ的实际值之间的偏差的情况下以下述方式被设置用于调节所述两点式λ传感器的工作参数：修正所述两点式λ传感器的所述电压-λ特征曲线（14）和所述参考电压-λ特征曲线（13）之间的偏差。
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