CN109073591A - 用于操作探针的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于操作内燃发动机探针的方法，所述内燃发动机探针被设计成用于确定气体混合物的气体浓度并且其包括至少一个泵电极。所述方法具有以下步骤：控制在所述至少一个泵电极上的第一泵电流（IP1）从而调节第一泵电压（V1）；控制在所述至少一个泵电极上的第二泵电流（IP2）从而调节高于所述第一泵电压（V1）的第二泵电压（V2）；基于所述第一泵电流（IP1）和第二泵电流（IP2）为所述探针确定老化因子；以及基于所确定的老化因子更改所述探针的特性。

Description

用于操作探针的方法

技术领域

本发明涉及一种用于操作内燃发动机探针的方法，该内燃发动机探针被实施成确定气体混合物的气体浓度，所述探针包括至少一个泵电极，并且具体地，涉及一种为探针确定老化因子并且基于确定的老化因子更改探针的特性的方法。

背景技术

为了确定内燃发动机中气体混合物的气体浓度，已知的是使用专门实施的探针（例如，氧气或者氧化氮传感器）以便能够按照优化的方式设置内燃发动机的操作参数。然而，这些探针在操作持续的过程期间会老化，即测量准确度会劣化。这种劣化会对应地导致整个内燃发动机的控制的劣化。

现有技术已经公开了在内燃发动机的超速切断阶段（overrun cut-off phase）期间对探针的特性进行更改。然而，在超速切断阶段期间的氧气浓度很大程度上取决于存在的湿度，所以因此这种更改应该仅优选地在低空气温度下实施，在这种低空气温度下会减小湿度对氧气浓度的影响。

DE 103 12 440 A1已经公开了一种用于贫内燃发动机的排放控制方法，其中，基于模型引入了再生操作阶段。此处，该模型捕获氧化氮存储催化转化器的状态变量。另外，在氧化氮存储催化转化器的下游确定氧化氮化合物的浓度，并且将其与氧化氮存储催化转化器的从该模型获得的模型值相关联，以便形成差。借助于该差值来确定氧化氮存储催化转化器的老化因子。

进一步地，DE 10 2006 011 722 B3已经公开了一种校正λ探针的输出信号的方法，尤其考虑到了由内燃发动机所吸入的空气的湿度。由此已知的该方法包括：识别内燃发动机的超速切断阶段并且在该超速切断阶段中借助于宽带λ探针捕获排气组成，从而能够相对于已知的排气组成来校准宽带λ探针，捕获由内燃发动机所吸入的空气的湿度，并且计算宽带λ探针的特性的校准因子（包括捕获的排气组成和捕获的湿度）。

DE 10 2013 221 407 A1公开了一种基于湿度来调节由燃烧发动机发出的排气流中的氧气传感器测量结果的方法。该方法包括监测由湿度传感器获得的周围空气的相对湿度。基于该相对湿度对氧气传感器处的比湿度建模。基于在氧气传感器处的建模的比湿度来调节氧气传感器测量结果。

DE 10 2012 206 476 A1已经提出了一种操作用于捕获测量气体空间中的气体的氧气组分的传感器元件的方法。该传感器元件包括至少一个第一电极和至少一个第二电极。第一电极和第二电极通过至少一个固体电解质连接。该方法包括确定至少一个参考水蒸汽压力的至少一个蒸汽压力确定步骤和借助于传感器元件按照电化学的方式确定气体中的水蒸气的至少一个比例的至少一个校准测量步骤。使用参考水蒸气压力和在校准测量步骤中确定的水蒸气的比例来实施传感器元件的校准。

US 2015/101327 A1公开了一种用于在发动机的选择的操作状况期间（在该状况期间不燃烧燃料）准确地学习零点的氧气传感器的方法和系统。学得的零点被用于得到EGR流并且对应地调节EGR阀。而且，基于学得的零点来诊断泄漏的EGR阀。

发明内容

本发明基于如下目的：提供一种用于操作内燃发动机探针的方法，该内燃发动机探针被实施成确定气体混合物的气体浓度，利用该方法，可以按照优化的方式操作探针。

该目的由根据独立权利要求1所述的方法来实现。在从属权利要求中详细说明了有利配置。

本发明基于如下构思：独立于当前的条件来更改探针的特性，其中，具体地，例如，不一定需要存在附加的湿度传感器或者预设的条件，诸如存在参考蒸汽压力或者水蒸气饱和气体。具体地，本发明基于施加至探针的泵电流，优选地在内燃发动机的超速切断阶段期间，借助于该泵电流，再加上存在的氧气，所有存在的水都可以被分解为氧气和氢气，其中，继而可以将从水分解得到的氧气电离并泵送出去。

因此，在无缺陷的探针的情况下，该泵电流应该指示约21%的氧气值，因为这是空气中的氧气的标准比例。在老化的（即，有缺陷的）传感器的情况下，泵电流会指示更低的氧气浓度。然而，通过使用根据本发明的方法，可以由此确定对应的老化因子，并且在借助于老化因子对特性进行更改的情况下，传感器可以继续以最大可能的准确度被操作。

因此，根据本发明，公开了一种用于操作内燃发动机探针的方法，该内燃发动机探针被实施成确定气体混合物的气体浓度，所述探针包括至少一个泵电极。根据本发明的方法包括：控制在该至少一个泵电极处的第一泵电流，以便获得第一电压；控制在该至少一个泵电极处的第二泵电流，以便获得第二电压，所述第二电压至少部分地大于第一电压；基于第一泵电流和第二泵电流为探针确定老化因子；以及基于所确定的老化因子更改探针的特性。

此处，控制第一泵电流和第二泵电流并且为探针确定老化因子可以独立于气体混合物中的主导条件（尤其是与参考蒸汽压力或者水蒸气饱和气体混合物有关的条件）而被实施。

在根据本发明的方法的有利配置中，选取第二泵电压，以便使得第二泵电压足以将空气中含有的处于气态的水分解为氧气和氢气。进一步地，第二泵电流对所有的氧气（即原本存在的氧气和在泵电极处对水进行分解得到的氧气）进行电离，并且所述氧气然后可以扩散通过固体电解质或者从其中泵送出去。

优选地，选择第一泵电压，以便使得第一泵电压不足以对水进行分解。换言之，在泵电极处的第一泵电流仅仅对原本存在的氧气进行电离，并且不存在将水分解为氧气和氢气。

由于对第一泵电压和第二泵电压的所述选择，可以确定气体混合物中的水含量，并且然后通过对应减去对应的第一和第二泵电流进行补偿。具体地，除了气体混合物中存在的氧气之外，第二泵电压被实施成另外地对水进行分解。因此，与第二电压对应的第二泵电流应该指示与约21%的氧气浓度对应的值，其独立于气体混合物中的湿度。然而，如果对应的第二泵电流偏离待显示的21%，可以借助于本方法确定探针的老化因子，并且可以使用所述老化因子来更改探针的特性。此处，本发明基于如下发现：探针的老化因子对第一泵电流和第二泵电流这两者具有相似的影响。

在根据本发明的方法的有利配置中，老化因子可以按照如下确定：

其中：

是探针的老化因子，

是第一泵电流，

是第二泵电流，

是水浓度和泵电流之间的比例因子，以及

是氧气浓度与泵电流之间的比例因子。

根据另外的优选配置，根据本发明的方法进一步包括：在对第一泵电流和第二泵电流进行控制之后，控制第三泵电流，以便获得第一泵电压。仅在第三泵电流被确定为偏离第一泵电流小于阈值时才更改探针的特性。

使用该优选配置，可以确保气体混合物处于几乎稳定的状态下并且气体混合物内不存在动力。通过示例的方式，可被归入动力的是内燃发动机处于动态，例如在气体混合物中存在不期望的成分，例如，诸如燃料。

优选地，上面提到的阈值是第一泵电流的约5%，优选地约1%，更优选地约0.5%。因此，如果超过阈值，则可以假设气体混合物受到动力影响，并且因此不允许确定老化因子并且更改探针的特性，或者不应该实施这种操作。

在根据本发明的方法的另外的优选配置中，借助于低通滤波器对老化因子进行滤波，以便确定滤波后的老化因子。由此确定的滤波后的老化因子然后可以被用在内燃发动机的正常操作期间，以便校正或者更改借助于泵电流确定的氧气浓度。通过示例的方式，在最简单的情况下，测得的泵电流在内燃发动机的正常操作期间可以除以滤波后的老化因子，并且然后可以通过特性被转化为氧气浓度或者λ。

此处，可能有利的是，如果滤波后的老化因子降低成低于预定老化阈值，则探针被检测为发生故障。由于除以滤波后的老化因子，如上面已经提到的，如果未达到预定的老化阈值，那么对特性的更改可能会变得太大并且可能会导致探针的更改的和补偿的测量结果不准确。因此，例如，如果未达到该预定的老化阈值，则探针应该被检测为发生故障，并且这将会要求更换探针。

可替代地，确定的（未滤波的）老化因子能够已经经历其有效性的测试。通过示例的方式，如果确定的（未滤波的）老化因子超过预定值，则探针可以被检测为存在缺陷。在这种配置中，由于此时探测可以已经被检测为发生故障，所以可以省略借助于低通滤波器对老化因子进行滤波的步骤。

根据本发明的方法优选地在内燃发动机的超速切断阶段期间被实施。具体地，在内燃发动机的这种超速切断阶段期间可以进行如下假设：在内燃发动机的进气道和排气道中几乎仅存在空气并且因此存在稳定的状态。如果检测到引入了动力，例如，如果超速切断阶段被提早中断，则应该终止并且不应该实施根据本公开的探针特性的更改方法。

附图说明

本发明的另外的特征和目的在考虑随附的单个附图（图1）时对本领域的技术人员来说将变得显而易见。图1示出了根据本发明的方法的示例性流程图。

具体实施方式

下面将参照图1描述根据本发明的示例性方法。此处，按照示例性方式参照设置在内燃发动机的进气道中的氧气传感器。然而，此处应该清楚地注意到的是，例如，本文描述的方法可以进一步与具有线性λ探针测量能力的氧化氮传感器一起使用。

根据图1，该方法开始于步骤100，并且然后到达步骤110，在该步骤中确定内燃发动机是否处于预定的能够更改的操作状态下，在此期间可以实施对氧气传感器的特性的更改。通过示例的方式，在步骤110中存在询问：内燃发动机是处于超速切断阶段还是发动机连续运行。在发动机连续运行期间，仅在传感器位置处排气几乎无氧化氮时才发生该更改。

如果在步骤110中确定内燃发动机处于不能够更改的操作状态下，则该方法到达步骤140，并且终止该方法。如果在步骤110中确定内燃发动机处于能够更改的操作状态下，则该方法到达步骤112。

在步骤112中，在内燃发动机的超速切断阶段期间，在氧气传感器的泵电极处控制第一泵电流IP1，以便在第一泵电流IP1处于稳定状态下时获得第一泵电压V1。优选地，选择第一泵电压V1，以便使得在泵电极处的第一泵电流仅对空气中原本存在的氧气进行电离并且不对通过将空气中含有的水分解成氧气和氢气得到的氧气进行电离。通过示例的方式，第一泵电压处于约400 mV与约500 mV之间的范围内，具体地为约450 mV。

在随后的步骤114中，在氧气传感器的泵电极处控制第二泵电流IP2，以便获得第二泵电压V2，所述第二泵电压基本上大于第一泵电压V1。优选地，第二泵电压V2对应于最大可施加的电压并且被选择为使得：除了空气中原本存在的氧气之外，也借助于泵电极处的第二泵电流对通过将水分解成氧气和氢气而获得的氧气进行电离。具体地，第二泵电压V2足以将空气中存在的处于气态的水分解成氧气和氢气。通过示例的方式，第二泵电压V2处于约800 mV与约1000 mV之间的范围内，具体地为约900 mV。

因此，当第一泵电压V1被控制成达到第二泵电压V2时，第一泵电流IP1增加到第二泵电流IP2。

在随后的步骤116中，控制第三泵电流IP3，以便在氧气传感器的泵电极处再次获得第一泵电压V1。如上面已经描述的，第一泵电压V1处于约400 mV与约500 mV之间的范围内，优选地为约450 mV。

优选地控制相应的泵电压V1、V2、V3，直到相应的泵电流IP1、IP2、IP3已经达到稳定状态并且随后保持几乎恒定。通过示例的方式，如果在预定时间段（例如，1秒）内与平均值的偏差小于1%，优选地小于0.5%，则相应的泵电流可以被假设为是恒定的。

在步骤120中，存在询问：第三泵电流IP3是否偏离第一泵电流IP1预定阈值。具体地，在两个不同时间询问控制的泵电流IP1和IP3的偏差是为了检查内燃发动机的进气道和排气道中吸入的空气是否处于静态状态。更确切地说，步骤120中的询问是为了确定内燃发动机是否仍然处于超速切断阶段。因此，如果第一泵电流IP1和第三泵电流IP3几乎相同，则可以确定内燃发动机仍然处于超速切断阶段或者过去处于超速切断阶段而在自诊断期间未被中断。如果第三泵电流IP3偏离第一泵电流IP1预定阈值，则可以推断内燃发动机不再处于静态状态和/或在探针位置处的空气混合物仍然含有氧化氮或者燃料。

如果在步骤120中确定第三泵电流IP3偏离第一泵电流IP1大于预定阈值，则该方法到达步骤140，并且终止该方法。然而，如果在步骤120中确定第三泵电流IP3偏离第一泵电流IP1小于预定阈值，则该方法到达步骤122。

在步骤122中确定氧气传感器的老化因子a。通过确定第一泵电流IP1和第二泵电流IP2，可以通过形成这两个泵电流之间的差来确定空气中的水含量。具体地，如上面已经提到的，选择第二泵电压V2，以便可以借助于第二泵电流IP2在泵电极处将空气中存在的水分解成氧气和氢气，其中，与空气中原本存在的氧气一起在泵电极处对来自分解的水的氧气进行分解，并且所述氧气将能够扩散在氧气传感器中或者作为氧气离子被泵送出去。与之相反，选择第一泵电压V1，以便仅对空气中原本存在的氧气进行分解，并且不能存在对空气中含有的水的任何分解。因此，可以通过形成这两个泵电流IP1和IP2之间的差来推断空气的湿度。

老化因子a对第一泵电流IP1（当确定空气中的氧气浓度时）和第二泵电流IP2具有相等的影响，该第二泵电流IP2用于结合第一泵电流IP1来确定湿度。

下面提出了公式(I)、(II)、(III)和(IV)，所述公式表示氧气浓度、第一泵电流IP1、第二泵电流IP2和空气中的氧气或者水组分之间的关系：

(I)

(II)

(III)

(IV)

其中：

是探针的老化因子，

是第一泵电流，

是第二泵电流，

是空气中的氧气浓度（在内燃发动机的超速切断阶段期间）

是空气中的水浓度（在内燃发动机的超速切断阶段期间）

是水浓度与对通过水分解获得的氧气进行电离导致的泵电流（IP2-IP1）之间的比例因子，以及

是氧气浓度与对原本存在的氧气进行电离导致的泵电流（IP1）之间的比例因子。

可以如下所示通过从数学上对公式(I)、(II)、(III)和(IV)的方程组进行求解来确定老化因子a：

(V)

借助于公式(V)计算得到的老化因子然后可以用于更改氧气传感器特性。此处，在各个超速切断阶段期间通过低通滤波器对确定的老化因子进行滤波并且将其应用于更改氧气传感器特性。在氧气传感器的正常操作期间，滤波后的老化因子然后可以被用于通过泵电流来校正测得的氧气浓度。在最简单的情况下，将在氧气传感器的正常操作期间测得的泵电流除以滤波后的老化因子并且然后通过该特性将其分配给对应的氧气浓度。

通过示例的方式，可以如下所示使用公式(VI)来确定当前待被使用的老化因子：

(VI)

其中：

是当前的老化因子，

是之前确定的老化因子，

是最新确定的老化因子，以及

F 是低通滤波器的加权因子（一般来说，在0和1之间）。

在随后的步骤130中，存在询问：滤波后的老化因子是否降低成低于预定老化阈值。检查未达到是由于如下事实：如上所述对滤波后的老化因子进行了除法以便确定氧气浓度。

如果在步骤130中确定滤波后的老化因子降低成低于预定老化阈值，则该方法到达步骤134，在步骤134中，将氧气传感器诊断为发生故障。在步骤134之后，该方法到达步骤140，并且终止该方法。

然而，如果在步骤130中确定滤波后的老化因子未降低成低于预定老化阈值，则该方法到达步骤132，并且使用滤波后的老化因子来更改氧气传感器的特性和在氧气传感器的正常操作期间确定的氧气浓度，直到对氧气传感器实施根据本发明提供的本方法的进一步的、下一次老化更改。

如上所述，根据本发明的方法基于在施加第二泵电流IP2时将第二泵电压V2控制成更高的值的想法。此处，该第二泵电流应该指示几乎21%，因为来自空气的氧气和从水中分解出来的氧气这两者都被泵送出去了并且应该达到该百分比。然而，如果第二泵电流显示更低的值，该更低的值被假设为21%并且氧气传感器的另外的测量值相应地更改。仅在更改处于阈值（见图1中的步骤134）之上的情况下，将传感器诊断为发生故障。在这种情况下，可能有必要更换氧气传感器。

如上面已经描述的，参照图1，根据本发明的方法也可以用于具有线性λ探针测量能力的氧化氮传感器中。此处，通过第二腔室中的参考电压来控制来自第一腔室的泵电流，以便第一腔室中的参考电压首先处于例如450 mV并且其次处于例如900 mV。同样在此处，继而可以通过泵电流和在超速切断阶段中的泵电流差来确定老化因子，所述老化因子能够借助于低通滤波器被转化为滤波后的老化因子，并且氧化氮传感器的特性能够被相应地更改。

Claims (10)

1.一种用于操作内燃发动机探针的方法，所述内燃发动机探针被实施成确定气体混合物的气体浓度，所述探针包括至少一个泵电极，其中，所述方法包括以下步骤：

-控制在所述至少一个泵电极处的第一泵电流（IP1），以便获得第一泵电压（V1）；

-控制在所述至少一个泵电极处的第二泵电流（IP2），以便获得第二泵电压（V2），所述第二泵电压大于所述第一泵电压（V1）；

-基于所述第一泵电流（IP1）和所述第二泵电流（IP2）为所述探针确定老化因子；以及

-基于所确定的老化因子更改所述探针的特性。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，选取所述第二泵电压（V2），以便所述第二泵电压（V2）足以将空气中含有的水分解为氧气和氢气。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，选取所述第一泵电压（V1），以便所述第一泵电压（V1）不足以将空气中含有的水分解为氧气和氢气。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述老化因子如下确定：

其中：

是所述探针的所述老化因子，

是所述第一泵电流，

是所述第二泵电流，

是水浓度和所述泵电流之间的比例因子，以及

是氧气浓度和所述泵电流之间的比例因子。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括：

-在对所述第一泵电流（IP1）和第二泵电流（IP2）进行控制之后，控制第三泵电流（IP3），以便获得所述第一泵电压（V1），

其中，仅在所述第三泵电流（IP3）被确定为偏离所述第一泵电流（IP1）小于预定阈值时才更改所述探针的所述特性。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述预定阈值是所述第一泵电流（IP1）的约5%，优选地约1%，更优选地约0.5%。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，借助于低通滤波器对所述老化因子进行滤波，以便确定滤波后的老化因子。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，如果所述滤波后的老化因子降低成低于预定老化阈值，则所述探针被检测为发生故障。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法在所述内燃发动机的超速切断阶段期间被实施。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法独立于与水蒸气压力和参考蒸汽压力有关的空气组成被实施。