CN110318870A - 用于清洁排气系统中的传感器的装置和方法以及包括这种装置的车辆 - Google Patents

Abstract

一种适用于从包括燃烧发动机的车辆的排气系统中的排气传感器去除烟灰的装置，其中该装置包括设置在排气管道中的流体出口，并且该流体出口适用于将一股流体冲击在排气传感器上。本发明的优点是可以容易地清洁排气传感器，以确保来自传感器的正确读数。

Description

用于清洁排气系统中的传感器的装置和方法以及包括这种装 置的车辆

技术领域

本发明涉及一种用于清洁包括燃烧发动机的车辆的排气系统中的传感器的装置、车辆和方法。

背景技术

包括内燃机的车辆受到多种不同的立法要求和规定的约束。这些要求和规定中的一些涉及燃料消耗和废气排放。不同的国家或市场可能有不同的要求，但大多数都包括具体的测试周期，其用于给出关于车辆的燃料消耗和废气排放的指示。在另一个测试中，测量废气排放以便控制车辆的排气后处理系统的效率。排气后处理系统的一部分是λ(lambda)传感器，其用于测量内燃机中的排气氧浓度，以便计算并且如果需要的话则动态地调整空气/燃料比，使得催化转换器可以最佳地工作，以及确定催化转换器是否正常运行。

可能发生的一个问题是车辆的后处理系统中的传感器的表面(例如，λ传感器的表面)可能被污染。随着时间的推移，烟灰可能沉积在传感器表面上。如果太多烟灰沉积在传感器表面上，则传感器的测量结果可能不正确。取决于例如车辆的行驶条件，这个问题可能或多或少是显著的。如果车辆以适中的速度行驶短的间隔，则更多的烟灰可能沉积在传感器表面上。如果车辆以高速行驶较长的时间间隔，则由于更高的温度和更高的气流，烟灰可能不会沉积。

已知的是，通过将传感器加热到高温以便从传感器的表面去除沉积的烟灰，从而清洁设置在排气通道中的传感器。该解决方案在排气温度高时起作用，但不适用于内燃机。因此，存在改善能够清洁车辆的排气后处理系统中的传感器的表面的装置和方法的空间。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种适用于清洁排气传感器的装置。本发明的另一个目的是提供一种包括这种装置的车辆。本发明的又一个目的是提供一种用于清洁排气传感器的方法。

在关于装置的权利要求1的特征部分中、在关于车辆的权利要求7中以及在关于方法的权利要求9中描述了根据本发明的解决问题的方案。其它权利要求包含创造性装置、车辆和方法的有益的进一步发展。权利要求还包含用于执行这种方法的计算机程序和计算机程序产品。

在适用于从包括燃烧发动机的车辆的排气系统的排气传感器去除烟灰的装置中，由于该装置包括设置在排气系统中的流体出口，并且该流体出口适用于将一股流体引导至排气传感器上，从而实现了本发明的目的。

通过用于清洁排气传感器的装置的第一实施方式，可以以简单且节约成本的方式去除沉积在排气传感器上的烟灰。当烟灰沉积在排气传感器上时，传感器的读数将变得较不准确，并且取决于烟灰的量，读数甚至可能是无用的。如果传感器的读数不准确，则喷射到发动机中的燃料的量可能不正确，这将导致燃烧发动机的空气/燃料比太浓或太稀。这将进而降低废气减排，并将降低燃料效率，并且甚至可能损坏催化转化器。排气传感器的一个示例是λ传感器。

在一个示例中，流体出口设置在车辆的排气系统中，在排气传感器的上游。流体出口的喷嘴被引导至排气传感器的有效传感器部分。当确定要清洁排气传感器时，即要去除排气传感器上的烟灰时，将一股短暂的流体引导至排气传感器上。该股流体相对较短，并且优选地短于一秒。该股流体的压力相对较高，并且优选地为至少1bar。流体出口可包括一个或多个喷嘴，从该一个或多个喷嘴中引导出该股流体。当使用多个喷嘴时，可以清洁更大面积的传感器，或者甚至可以清洁其它部件，诸如排气再循环阀。

由于烟灰的粘附力相对较弱，所以该股流体将导致烟灰机械地脱落。当使用空气或空气/液体混合物作为流体时，空气中额外的氧气还将有助于烟灰在一定程度上氧化，这将有助于进一步清洁排气传感器。当流体是气体和液体的混合物时，例如空气和20％的水的混合物，空气在被喷注时将含有蒸汽。蒸汽可以有助于进一步清洁排气传感器。该股流体被引导至λ传感器的保护罩上，该保护罩设有若干开口以允许排气进入λ传感器，使得排气可以到达陶瓷传感器元件的传感器表面。在这种情况下，该股流体将去除覆盖保护罩的开口的烟灰。该流体还可以去除沉积在λ传感器的传感器表面上的烟灰。

在另一个实施方式中，流体出口设置在排气传感器内。在这种情况下，该股流体将在保护罩内喷射，并且流体将从内侧去除沉积在开口上的烟灰。流体还有助于去除沉积在排气传感器的传感器表面上的任何烟灰。

在用于清洁车辆的排气系统中的排气传感器的方法中，包括将一股流体引导至排气传感器上的步骤。在用于清洁车辆的排气系统中的排气传感器的方法的进一步发展中，包括附加的步骤：测量至少一个烟灰影响参数，并通过将至少一个烟灰影响参数与预定阈值进行比较来确定排气传感器是否需要清洁。

通过该方法的第一实施方式，该方法将能够从排气传感器去除烟灰。流体脉冲可包括单股流体或可包括一系列多股短暂的流体。通过这种方法，来自排气传感器的读数将是正确的。通过去除沉积在排气传感器的保护罩的开口上的烟灰，排气将能够进入排气传感器并到达排气传感器的传感器表面。

车辆可包括柴油燃烧发动机或汽油燃烧发动机。车辆可以仅由燃烧发动机提供动力，或者可以是混合动力车辆。该方法可以在车辆行驶时和燃烧发动机运行时执行，或者在燃烧发动机关闭时执行。该方法还可以在燃烧发动机已经关闭之后并且仍然温暖时执行，或者在燃烧发动机启动之前并且是冷的时执行。

附图说明

下面将参考附图更详细地描述本发明，其中

图1示出了根据本发明的用于清洁车辆的排气传感器的第一装置，

图2示出了根据本发明的用于清洁车辆的排气传感器的第二装置，

图3示出了根据本发明的包括用于清洁车辆的排气传感器的装置的车辆，以及

图4示出了用于清洁车辆的排气传感器的创造性方法的示意性流程图。

【附图标记说明】

1：装置

2：空气出口

3：排气管道

4：排气传感器

5：催化转化器

6：保护罩

7：控制阀

8：空气容器

9：压缩机

10：控制单元

20：车辆

21：燃烧发动机

22：歧管

具体实施方式

本发明的具有下述进一步发展的实施方式仅被视为示例，并且不以任何方式限制由专利权利要求所提供的保护的范围。使用的流体可以是气体、液体、或气体和液体的混合物。在所描述的示例中，将使用空气作为流体的示例。

图1示出了用于清洁包括燃烧发动机的车辆的排气传感器的装置的第一实施方式，图2示出了用于清洁包括燃烧发动机的车辆的排气传感器的装置的第二实施方式，并且图3示出了包括用于清洁排气传感器的装置的车辆。

车辆20包括燃烧发动机21，其可以是柴油发动机、汽油发动机或使用液化天然气或压缩天然气的发动机。车辆可以仅由燃烧发动机提供动力，或者可以是混合动力车辆。燃烧发动机包括设置在燃烧发动机的排气侧的排气管道3。该排气管道可以是车辆的排气歧管22的一部分。

装置1包括设置在排气管道3中的空气出口2。排气传感器4也设置在排气管道3中。排气传感器4可以是适合设置在排气系统中的任何传感器。在本说明书中，λ传感器将用作排气传感器4的示例。λ传感器用于测量内燃机的排气氧浓度，以便计算和动态地调整空气/燃料比，使得催化转化器能够最佳地工作。在示出的示例中，λ传感器设置在催化转化器5的上游，以便在排气通过催化转化器5之前测量排气。这将允许发动机的控制系统来调整空气/燃料比，从而优化催化转化器的运行。还可以将λ传感器4设置在催化转化器5的下游，或者将第二λ传感器4设置在催化转化器5的下游，以便确定催化转化器5是否正常运行。

由于λ传感器4设置在任何排气后处理系统上游的排气流中，因此λ传感器4将经受燃烧发动机的所有排放。这些排放中的一些可能沉积在λ传感器的表面上，这取决于例如排气温度和排放类型。对于柴油发动机，碳氢化合物的冷凝物可能在较低温度下沉积，并且灰尘颗粒可能在较高温度下沉积。在足够高的温度下，传感器表面将足够热以防止颗粒沉积并且还可能烧掉已沉积的颗粒。对于以相对低的速度行驶的车辆，例如在城市中以低的发动机速度行驶的车辆，存在相对大量的烟灰将沉积在λ传感器上的风险。例如，如果环境温度低，则烟灰的量增加。

λ传感器4包括陶瓷传感器元件，其测量排气中的氧气量和空气中的氧气量之间的差。空气管道可以将环境空气引导至陶瓷传感器的一侧，并且传感器的另一侧经受排气。在一个示例中，陶瓷传感器是内侧经受环境空气并且外侧经受排气的小圆柱体。陶瓷传感器元件是敏感的，并且因此由金属的保护罩保护。保护罩包括允许排气到达陶瓷元件的传感器表面的多个开口。当烟灰沉积在传感器上时，开口可能被部分地覆盖，这将减少进入传感器的排气流，或者开口可能被烟灰完全堵塞，使得没有排气可以进入传感器。随着进入传感器的排气流减少或被阻塞，排气中的氧气量的测量值将是不正确的，这将进而导致燃料喷射系统向燃烧发动机供应不正确的空气/燃料混合物。λ传感器4的朝向燃烧发动机的一侧，即λ传感器的上游侧将更多地经受排气，并且更多的烟灰将沉积在该侧上而不是另一侧上。保护罩中的上游侧的开口更可能被烟灰覆盖或堵塞。

因此，空气出口2的喷嘴设置在λ传感器4的上游。空气出口被引导至λ传感器4的保护罩6，其中流体出口2的孔口面向要清洁的排气传感器的保护罩6。当确定要清洁λ传感器4，即要去除λ传感器上的烟灰时，将一股短暂的空气或几股空气引导至λ传感器的保护罩上。基于例如烟灰层、实际的燃烧发动机以及用于该股空气的压缩机来确定空气的股数。烟灰层取决于各种烟灰影响参数，包括车辆速度、发动机速度、发动机输出功率，发动机BMEP、发动机类型、启动次数、空气压缩机类型、λ传感器使用年限、自上次清洁λ传感器以来的电机运行小时数、环境温度、环境湿度、地理区域、自上次清洁以来的行驶距离、自上次清洁以来的日历时间等。制动平均有效压力(BMEP)是根据发动机的测量的测力计扭矩而计算出的数字。当车辆正在行驶和燃烧发动机正在运行时，或者当燃烧发动机关闭时，可以将一股空气引导至λ传感器上。此外，在燃烧发动机关闭之后并且仍然温暖时，或者在燃烧发动机启动之前并且是冷的时，可以将该股空气引导至λ传感器。

空气脉冲可以相对较短，并且在一个示例中短于1秒，并且优选地短于0.5秒。如果使用太多空气，则λ传感器的读数或其老化将受到喷注的空气中的氧气量的影响。空气脉冲的空气压力可以相对较高，并且优选地为至少1.1bar，更优选地为至少2.0bar。在一个示例中，该股空气是100ms长并且空气压力是1.5bar。在另一个示例中，空气压力较低并且空气脉冲较长。在1.1bar的状态下，空气脉冲可以是2秒。也可以将多于一股的空气引导至λ传感器上。例如可以将一系列五阵短暂的空气引导至传感器上，其中每阵空气例如是200ms，并且每阵空气之间的时间间隔是300ms。

在一个示例中，该股空气的压缩空气由设置在车辆中的强制增压装置提供。在示出的示例中，使用压缩机9。压缩机可以例如是涡轮增压器、曲柄驱动的增压器、或者可以是某种单独的空气泵。可以从压缩机9直接供应压缩空气，或者空气可以存储在小的压力容器8中。该装置包括设置在空气出口上游的控制阀7。控制阀7是具有快速响应时间的开关阀，当要将一股空气引导至保护罩上时，可以打开该控制阀。阀7的快速打开时间是有利的，诸如获得类似阶跃函数的空气脉冲。控制阀可以例如是包括螺线管的电动阀。控制阀可以由电子控制单元10控制，电子控制单元10优选地集成在发动机的现有控制单元中。使用排气作为流体也是可能的。重要的是排气是清洁的，并且出于这个原因，在车辆的排气后处理系统之后获取排气。例如可以使用在排气后处理系统的下游获取的低压EGR气体

空气出口2可以包括一个或多个空气喷嘴，从该一个或多个空气喷嘴吹出若干股空气。当使用多个空气喷嘴时，可以清洁较大面积的λ传感器，或者可以从不同方向清洁λ传感器，这将提高装置的效率。这还可以清洁设置在排气系统中的其它部件，诸如排气再循环阀、排气再循环热交换器等。

由于烟灰的粘附力相对较弱，该股空气将导致烟灰机械地脱落。该股空气的速度优选地高于或远高于排气的速度，这将允许该股空气从λ传感器4的保护罩去除烟灰颗粒。一股空气也可以去除已经沉积在λ传感器的实际传感器表面上的烟灰。喷射的空气中含有的过量氧气将进一步有助于通过氧化来除去烟灰。

当使用空气作为流体时，喷注的空气也可以与液体混合，例如水或特定清洁液体，使得该股空气在喷注时将含有蒸汽。蒸汽可以有助于进一步清洁λ传感器的保护罩。包括比如水的较高密度流体的一股空气可以更有效地去除烟灰。喷注的流体也可以是液体，例如水或特定清洁液体。当喷注液体时，液体将作为包括小液滴的喷雾被喷注。可以根据应用来定制液滴的尺寸和分布。当单独使用或与空气结合使用清洁液体时，一种可能性是在燃烧发动机启动之前，例如当湿度高时将清洁液引导至λ传感器上，以防止烟灰在λ传感器上积聚。

在第二实施方式中，空气出口2设置在λ传感器内，其中空气出口2定位在λ传感器的保护罩6下方。在这种情况下，该股空气将在保护罩内、在保护罩6和陶瓷传感器元件之间喷射。空气出口可包括多于一个的空气喷嘴。该股空气将从λ传感器4的内侧吹走沉积在保护罩的开口上的烟灰。该股空气还将有助于吹走已经沉积在陶瓷传感器元件的传感器表面上的任何烟灰。

图4示出了用于清洁车辆20的排气系统中的排气传感器的方法的示例的示意性流程图。该方法可以在车辆处于行驶状态时执行。为了确定是否以及何时清洁排气传感器，可以测量至少一个烟灰影响参数。将测量的烟灰影响参数值与预定阈值进行比较，并且根据该比较，确定是否以及何时清洁排气传感器。可用于确定是否以及何时清洁排气传感器的烟灰影响参数包括车辆速度、发动机速度、发动机输出功率、发动机BMEP、发动机类型、启动次数、空气压缩机类型、λ传感器使用年限、自上次清洁λ传感器以来的电机运行小时数、环境温度、环境湿度、地理区域、自上次清洁以来的行驶距离、自上次清洁以来的日历时间等。在一个示例中，测量车辆的行驶距离并且例如每3000公里清洁一次排气传感器，或者测量日历时间并且每6个月清洁一次排气传感器。在其它示例中，测量多个发动机参数和一些行驶条件并与预定阈值进行比较。一些行驶条件将导致烟灰沉积在排气传感器上，而对于某些行驶条件，没有或者仅有限量的烟灰将沉积。该方法可以在车辆行驶时和燃烧发动机运行时执行，或者在燃烧发动机关闭时执行。该方法还可以在燃烧发动机已经关闭之后并且仍然温暖时执行，或者在燃烧发动机启动之前并且是冷的时执行。

该方法的步骤优选地由包含在车辆的电子控制单元中并在其中运行的计算机程序和计算机程序产品执行。

在步骤100中，测量至少一个烟灰影响参数。

在步骤110中，通过将测量的至少一个烟灰影响参数与预定值进行比较来确定排气传感器是否需要清洁。(多个)测量值和(多个)阈值的比较由车辆的电子控制单元执行。

在步骤120中，从电子控制单元向可控制的阀发送信号。控制阀打开并持续预定时间间隔，该预定时间间隔是优选地小于1秒并且优选地小于0.5秒的短时间间隔。

在步骤130中，一股空气被引导至排气传感器，这将去除沉积在排气传感器上的烟灰。烟灰也可以被空气中的氧气氧化。

在步骤140中，控制阀关闭。

如果确定一系列多股空气对于排气传感器的清洁是最佳的，则可以重复步骤120至140若干次。步骤100至110可以是可选的。在一个示例中，无论沉积在λ传感器上的烟灰的量如何，每6个月将一股空气引导至排气传感器上一次。通过以短于所需的固定间隔将一股空气引导至λ传感器上，防止了烟灰在λ传感器上累积。

本发明不应被视为受限于上述实施方式，在随后的专利权利要求的范围内可以进行多个附加的变型和修改。

Claims (15)

1.一种装置(1)，所述装置适用于从设置在包括燃烧发动机的车辆的排气系统中的排气传感器(4)去除烟灰，其特征在于，所述装置(1)包括设置在排气管道(3)中的流体出口(2)，并且所述流体出口(2)适用于将一股流体引导至所述排气传感器(4)上。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流体出口(2)定位在所述排气传感器(4)的上游。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述流体出口(2)包括多个喷嘴。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括在所述流体出口(2)上游的阀(7)，控制单元(10)被构造为打开和关闭所述阀，以便使所述流体出口(2)能够将一股流体排放至所述排气传感器(4)。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流体出口(2)定位在所述排气传感器(4)内。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的装置，其特征在于，所述一股流体短于1秒。

7.一种车辆(20)，所述车辆包括根据权利要求1至5中的任一项所述的装置。

8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述车辆还包括适用于向所述流体出口(2)供应流体的强制增压装置或专用泵(9)。

9.一种用于从包括燃烧发动机的车辆的排气系统中的传感器去除烟灰的方法，所述方法包括以下步骤：

-将一股流体引导至排气传感器上。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述流体是空气。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述流体是液体或者是空气和液体的混合物。

12.根据权利要求9至11中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下附加步骤：测量至少一个烟灰影响参数，并通过将所述至少一个烟灰影响参数与预定阈值进行比较来确定所述排气传感器是否需要清洁，所述烟灰影响参数是以下中的一个或多个：车辆速度、发动机速度、发动机输出功率、发动机BMEP、发动机类型、启动次数、空气压缩机类型、λ传感器使用年限、自上次清洁λ传感器以来的电机运行小时数、环境温度、环境湿度、地理区域、自上次清洁以来的行驶距离、自上次清洁以来的日历时间。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述一股流体的长度小于1秒。

14.一种计算机程序，包括用于当所述程序在计算机上运行时执行权利要求9-13中的任一项的所有步骤的程序代码模块。

15.一种计算机程序产品，包括存储在计算机可读介质上的用于当所述程序产品在计算机上运行时执行权利要求9-13中的任一项的所有步骤的程序代码模块。