CN106460696A - 用于运行废气探测器的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行内燃机废气通道中的废气探测器的方法，其中，所述废气探测器具有用于实现所述废气探测器中的测量单元的标称温度的至少一个加热元件，并且其中，为了稳定测量单元中的温度而调节加热功率，所述方法包括下列步骤：a)选出(11)废气探测器的运行点，在该运行点下，并联电路的输出电压相应于集成在控制单元中的电压源的反电压，该并联电路由废气探测器在所述测量单元的电接线部的输出端上的探测器电压和集成在控制单元中的电压源的反电压形成；b)在步骤a)中选出的运行点上读取(12)所述并联电路的输出电压，其中，该并联电路的输出电压相应于集成在所述控制单元中的电压源的反电压；以及c)使用(13)在步骤b)中读取的供应电压用作实际反电压。本发明此外设置了用于实施所述方法的相应装置。由此提供了这样的可能性，即，以如下方式来运行废气探测器，即，所述实际反电压能够被获知并在此准确地考虑可能的允差。同时，改善了推导出的参量的信号品质并也改善了探测器信号的诊断的选择性。

Description

用于运行废气探测器的方法和装置

技术环境

本发明涉及一种用于运行内燃机废气通道中的废气探测器的方法，其中，所述废气探测器具有至少一个加热元件，所述加热元件用于实现废气探测器中的测量单元的标称温度。此外，本发明涉及一种计算机程序，其设置用于实施所述方法的每个步骤；以及涉及一种机器可读的存储介质，所述计算机程序存储在该存储介质上。本发明还涉及一种用于实施所述方法的装置。

背景技术

为了减少汽油机轿车中的排放，通常使用3元催化器作为废气净化设备，但仅当以高精度调整空燃比λ时，废气净化设备才充分转化废气。为此目的，借助前置于废气净化设备的废气探测器来测量空燃比λ。这类废气净化设备的存氧能力用于在稀油阶段中接收氧气并在富油阶段中又给出氧气。由此实现：可以转化废气的能被氧化的有害气体成分。后接于废气净化设备的废气探测器在此用于监测废气净化设备的存氧能力。存氧能力必须在车载诊断系统(OBD)的范畴内被监控，其原因是：存氧能力是废气净化设备的转化能力的标尺。为了确定存氧能力，要么首先在稀油阶段中以氧气充注废气净化设备并紧接着在废气中的λ值已知的富油阶段中在考虑流过的废气量的情况下将废气净化设备排空；要么首先在富油阶段中排空废气净化设备的氧气并紧接着在在废气中的λ值已知的稀油阶段中在考虑流过的废气量的情况下以氧气充注该废气净化设备。当后接于废气净化设备的废气探测器探测到不再能够由废气净化设备存储的氧气时，终止稀油阶段。同样，当废气探测器探测到富油废气流过时，终止富油阶段。废气净化设备的存氧能力相应于在富油阶段期间为了排空而供应的还原剂的量或相应于在稀油阶段期间为了充注而供应的氧气的量。由前置的废气探测器的信号和从其他传感器信号所获知的废气质量流算出准确的量。

在当今的发动机控制系统中，λ探测器用于感测废气中的氧气浓度并用于发动机的λ调节。在此，区分成：连续的探测器或也称为宽带λ探测器；以及两点式λ探测器或称为阶跃式探测器。λ探测器基于具有固态电解质的电镀氧浓度单元。所述固态电解质典型地在大致350℃的活性温度下对于氧离子是传导的。探测器的标称温度一般明显更高，典型地处在650℃至850℃之间。在一温度的情况下，λ探测器准备就绪并发动机控制器系统中的要求得以满足，所述温度处在所述活性温度与探测器的标称温度之间。现有技术的宽带λ探测器和其结构例如在DE 10 2008 042 268 A1中描述。

只要探测器准备就绪，就可以使用探测器信号来调节和诊断。尤其可在探测器准备就绪时才激活λ调节。因为起作用的λ调节导致有害物质排放的减少，所以在发动机启动之后必须尽可能快地达到λ探测器准备就绪的状态。

出于该原因，一般主动地电加热探测器。为此，λ探测器具有由控制器来操控的电加热元件。通常是由氧化锆制成的传感器元件，该传感器元件具有集成的铂加热元件。

两点式λ探测器的工作原理基于将废气电极上的氧分压与参考电极上的氧分压进行比较。产生与废气中的氧分压相关的探测器电压。

在发动机控制器中一般有一个电压源，该电压源与两点式λ探测器并联。该电压源产生恒定的反电压并具有与冷的探测器相比较小的内电阻。因为探测器本身同样构成电压源，所以涉及两个电压源的并联电路。该并联电路的输出电压可以被测量并是探测器电压与所述反电压的叠加，其中，具有小的内电阻的电压源的电压占主要地位。

反电压的标称值在控制器软件中被使用在多个部位上。在通常的系统中，借助于反电压例如计算与温度无关的探测器信号。诊断也使用所述反电压。例如，为了识别探测器信号回路中的中断，将所测探测器电压与反电压的标称值比较。

在实践中，所述反电压是具有允差的。它的实际值可能偏离标称值。为此的原因是在控制器中用于产生反电压的构件的允差。由于实际反电压与反电压的标称值的偏差，推导出的参量、例如与温度无关的探测器信号失真。此外，反电压的允差在所有的比较中都必须被考虑，以便例如避免错误诊断。

发明内容

根据本发明的第一方面，本发明的方法包括下列步骤：

a)选出废气探测器的运行点，在该运行点，并联电路的输出电压相应于集成在控制单元中的电压源的反电压，所述并联电路由废气探测器在测量单元的电接线部的输出端上的探测器电压和集成在控制单元中的电压源的反电压并联而成；

b)读取在步骤a)中选出的运行点的情况下所述并联电路的输出电压，在该运行点，该并联电路的输出电压相应于集成在所述控制单元中的电压源的反电压；以及

c)使用步骤b)中读取的输出电压作为实际反电压。

“输出电压相应于反电压”的表述在后面尤其意味着：输出电压的可能的值域与反电压的可能的值域相交。在上下文中尤其可获知类似的或完全一致的值域并从而可获知类似的或完全一致的电压。

因此，在一个限定的运行点上测量实际反电压，在该运行点没有由所接的探测器带来任何影响。所测反电压被存储在控制器中并替代标称值用在控制器软件中。有利地，借助于所测反电压算出的参量的信号品质比在使用反电压的标称值时更好。在探测器的低温运行时，反电压所起的影响特别大，尤其在该低温运行中，算出的探测器信号的精度进一步改善。因此改善λ调节的品质并降低燃料消耗和排放。诊断的稳健性也被提高。在包含将探测器电压与反电压比较的诊断中，当替代反电压的标称值地使用所测的反电压时，实现较高的选择性，这是因为电接线部的允差不必考虑或至少不必在该环境中考虑。

本发明的构思在于不需要在每个情况下都调节加热功率。根据本发明的方法在原理上也以对加热功率的纯预控制来发挥功能。有利地，在根据本发明的方法中也可以使用不加热的探测器。根据本发明提供用于运行废气探测器的可能性，其中，能够获知实际反电压并在此合适地考虑可能的允差。同时，改善推导出的参量的信号品质并且也改善探测器信号的诊断的选择性。

根据本发明的一优选实施例，在预先确定的运行条件下选出运行点，其中，所述预先确定的运行条件包括以下状态中的至少一个状态：废气探测器未接上以及废气探测器是冷的。“冷的废气探测器”的表述在后面尤其针对废气探测器在小于100℃的温度下的运行来使用。

根据本发明的一优选实施例，通过模拟数字转换器(ADC)来确定在测量单元的电接线部的输出端上的探测器电压。在此测量两个电压源的并联电路的输出电压，所述两个电压源包括：产生反电压并可以集成在控制单元中的电压源；以及废气探测器的测量单元的电压源。为了进一步处理，可以借助于ADC将废气探测器的信号转换为相应的数字信号。

根据本发明的一优选实施例，使用所述实际反电压来进行废气探测器的λ确定和/或λ调节。因此可使得能实现更精确的λ调节。因此，λ调节的接通条件可以设计得不那么严格。因此，λ调节可以更多次地被激活，这有助于降低燃料消耗和减少有害物质排放。

根据本发明的一优选实施例，在计算与温度无关的探测器信号时使用所述实际反电压。在此，探测器信号可以是探测器电压。在计算时使用所测的且被存储的反电压，以便改善与温度无关的探测器信号的精度。有利地可以使在诊断中用来将探测器电压与反电压进行比较的电压阈值适配所测反电压，以便改善诊断的选择性。

根据本发明的一优选实施例，使用宽带λ探测器、两点式λ探测器、另外的废气探测器或废气传感器作为废气探测器。在所提到的废气探测器中，特别重要的是：为了获得最佳功能将这些废气探测器非常快速地加热到它们的最佳运行温度。在此可以设置，以所介绍的方法和其变型方案来运行每个安装在内燃机废气通道中的λ探测器。原则上，所述方法也可以被应用于其他废气探测器、例如NO_x传感器或具有与温度相关的输出信号的气体传感器。这类气体传感器也可以安装在其他部位、例如进气通道中。尤其在具有TSP(ThermalShock Protection)保护层的废气探测器中可以通过根据本发明的方法显著地减少内燃机的冷排放。

根据第二方面，提供一种计算机程序，该计算机程序实施根据本发明的第一方面的方法的所有步骤，尤其是当在计算机或控制器上实施该计算机程序时。该计算机程序使得能够在控制器中实施本发明第一方面的方法，而不必对该控制器进行结构上的改变。

根据本发明的第三方面，提供一种机器可读的存储介质，所述计算机程序被存储在该存储介质上。

根据本发明的第四方面，提供用于运行内燃机废气通道中的废气探测器的装置，其中，废气探测器具有用于实现废气探测器中的测量单元的标称温度的至少一个加热元件，其中，设置有控制单元或上级的发动机控制器来实施根据本发明的第一方面的方法。因此，在控制器软件中替代标称值地使用所测或所算出的实际反电压。因为不能直接测量控制器中的反电压，所以在以下运行条件下测量由反电压源和探测器电压源组成的并联电路的输出电压：在所述运行条件下，所述输出电压几乎不受所接的探测器影响或完全不受所接的探测器影响。理想的条件在探测器未接上的情况下给出，但是在冷的探测器的情况下也给出这种前提条件。因为在冷的探测器中，探测器的内电阻非常高，典型地与反电压源的内电阻相比非常多地高出10MΩ，而反电压源的内电阻典型地具有大致50kΩ的值。因为施加在ADC上的电压是探测器电压与反电压的叠加，其中，具有较小内电阻的电压占主要地位，所以在该情况下在ADC上测量纯反电压。有利地，探测器的能斯特电压并且因此在其中发生所述测量的废气λ不产生影响。

附图说明

在后面根据优选实施例参考附图详细解释本发明。

图1在示意图中示出技术环境，在该技术环境中应用根据本发明的第一优选实施例的根据本发明的方法；以及

图2示意性图解根据本发明的第一优选实施例的根据本发明的方法的方法步骤。

具体实施方式

图1示意性地以汽油机的例子示出可使用根据本发明的第一优选实施例的根据本发明的方法的技术环境，该方法用于废气探测器1、5的信号调整。通过空气供应装置6给内燃机3供应空气并以空气质量测量器7来确定空气的质量。空气质量测量器7可以实施为热膜空气质量测量器。内燃机3的废气通过废气通道2排出，其中，沿废气的流动方向在内燃机3后面设置废气净化设备9。所述废气净化设备9通常包括至少一个催化器。

为了控制内燃机3，设置有发动机控制器4，一方面该发动机控制器通过燃料配量装置8给内燃机3供应燃料而另一方面则给该发动机控制器供应空气质量测量器7的信号和布置在废气通道2中的废气探测器5的信号以及布置在废气导出部2中的另一废气探测器1的信号。废气探测器5在第一优选实施例中确定供应给内燃机3的燃料空气混合物的实际λ值。废气探测器5可以实施为宽带λ探测器或连续λ探测器。废气探测器1确定废气净化设备9之后的废气组成成分。废气探测器1可以构造为阶跃探测器或两点式λ探测器。

废气探测器5具有带集成加热元件的测量单元来作为主要部件，该测量单元提供与废气通道2中的氧气含量相关的输出信号，该输出信号用作λ调节的输入信号。在此，测量单元可以实施为能斯特单元。λ调节装置通常是发动机控制器4的组成部分。相应地，替代于废气探测器5或附加于该废气探测器可以将废气探测器1与其加热元件以及其测量单元接到发动机控制器4上。

下面基于实施为两点式λ探测器的废气探测器1的示例阐释根据本发明的方法。该方法适宜地也可以应用到具有与温度相关的输出信号的另外的废气探测器上。

通常，在控制器或发动机控制装置4中存在电压源，该电压源与废气探测器1并联。该电压源产生恒定的反电压并具有与冷的探测器1相比很小的内电阻。因为废气探测器1本身同样是电压源，所以涉及两个电压源的并联电路。该并联电路的输出电压可以借助于ADC来测量并且是废气探测器1的能斯特电压与所述反电压的叠加，其中，具有小的内电阻的电压源的电压占主要地位。在冷的探测器的情况下，探测器具有高的内电阻，从而使得反电压占主导。而在探测器很热时，内电阻非常小，从而使得探测器的能斯特电压占主导。

位于控制器中的电压源产生恒定的反电压。该反电压例如在具有被泵送的氧基准的两点式λ探测器的情况下为1.6V而在没有被泵送的氧基准的探测器的情况下为0.45V。反电压典型地通过电压分配器由所述控制器中能提供的固定电压、例如5V或3.3V产生。固定电压以及电压分配器的电阻一般具有允差。在本发明的第一优选实施例中，实际反电压处于例如1.3V与1.9V之间的范围内。

图2示意性地图解根据本发明的第一优选实施例的根据本发明的方法的方法步骤。在开始10所述方法之后，在第一步骤11中选出废气探测器1的一个运行点，在该运行点的情况下，由废气探测器1的探测器电压和集成在控制单元4中的电压源的反电压构成的并联电路的输出电压相应于集成在所述控制单元4中的电压源的反电压。为此，必要时对连续的运行点进行观察直至有一运行点满足前面提到的条件。在第二步骤12中，读取在第一步骤中选出的运行点的情况下并联电路的输出电压。在第三步骤13中，在方法结束14之前，将第二步骤12中读取的输出电压用作实际反电压。

根据本发明的另外的优选实施例，在生产线末端进行的车辆装配之后在发动机第一次启动之前实施所述反电压的测量。在此，要么接上所述探测器，要么保持不接所述探测器。这种测量能够非常简单地集成到生产线末端上的流程中，这是因为该测量仅需要短的时间来测量电压，通常小于一秒。根据本发明的另外的优选实施例，当通过相应的接通条件确保探测器是冷的(例如在内燃机的足够长时间的停机时间之后)时，在车辆寿命中也重复对反电压的测量。通过有规律地重复测量来识别和考虑反电压的长时间漂移。在此有利地，将反电压的测量值持久地存储在控制器中并替代标称值地用在控制器软件中。

Claims (9)

1.一种用于运行内燃机(3)废气通道(2)中的废气探测器(1)的方法，其中，所述废气探测器(1)具有至少一个加热元件，所述加热元件用于实现所述废气探测器(1)中的测量单元的标称温度，所述方法包括以下步骤：

a)选出(11)所述废气探测器(1)的一个运行点，在该运行点的情况下，由所述废气探测器(1)的在所述测量单元的电接线部的输出端上的探测器电压和集成在控制单元(4)中的电压源的反电压组成的并联电路的输出电压相应于所述集成在控制单元(4)中的电压源的所述反电压；

b)读取(12)在步骤a)中选出的运行点的情况下所述并联电路的输出电压，其中，该并联电路的输出电压相应于所述集成在控制单元(4)中的电压源的所述反电压；以及

c)使用(13)在步骤b)中读取的输出电压作为实际反电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在预先确定的运行条件下选出所述运行点，其中，所述预先确定的运行条件代表以下状态中的至少一个状态：废气探测器(1)未接上和/或废气探测器(1)是冷的。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过模拟数字转换器来确定在所述测量单元的电接线部的输出端上的所述探测器电压。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述实际反电压被用于所述废气探测器(1)的λ确定和/或λ调节。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在计算与温度无关的探测器信号时使用所述实际反电压。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使用宽带λ探测器、两点式λ探测器、其他废气探测器或气体传感器来作为废气探测器(1)。

7.一种计算机程序，其设置用于实施根据权利要求1至6中任一项所述的方法的每个步骤。

8.机器可读的存储介质，根据权利要求7所述的计算机程序存储在所述机器可读的存储介质上。

9.一种用于运行内燃机(3)废气通道(2)中的废气探测器(1)的装置，其中，所述废气探测器(1)具有用于实现所述废气探测器(1)中的测量单元的标称温度的至少一个加热元件，其中，加热功率是能够调节的，用于稳定所述测量单元的温度，其中，设置有控制单元(4)或上级的发动机控制装置来实施根据权利要求1至6中任一项所述的方法。