CN117233236A - 用于λ传感器的自校准的方法和排气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于λ传感器(18,20,26)的自校准的方法，其中测量λ传感器(18,20,26)的泵送电流(Ip)，测量λ传感器(18,20,26)的泵送电压(Up)，检查由测量的泵送电流(Ip)和测量的泵送电压(Up)组成的一对值是否位于指定的容差范围(33)内，并且在该对值位于特性曲线规格的容差范围(33)之外的情况下，借助于λ传感器(18,20,26)的泵送电压(Up)进行λ值(λ)的调节，并且在基本上调节的状态下，测量λ传感器(18,20,26)的另外的泵送电流(Ip)，并且从该另外的泵送电流(Ip)导出泵送电流偏移(32)。因此，执行λ传感器(18,20,26)的精确的自校准，从而能够在由内燃机驱动的机动车辆中实现良好的排气后处理。

Description

用于λ传感器的自校准的方法和排气系统
技术领域
本发明涉及一种用于由内燃机驱动的机动车辆的排气系统的λ传感器(Lambdasonde，过量空气系数传感器)的自校准的方法以及为此目的配置的排气系统，在该方法和排气系统的相应辅助下可以支持排气后处理。
背景技术
从DE 10 2019 215 819 A1中已知，通过形成由λ传感器的测量的泵送电流(Pumpstrom)和测量的泵送电压(Pumpspannung)组成的多对值，通过借助该多对值计算回归曲线，并且在回归曲线超出由为泵送电流规定的阈值限定的容差范围的情况下，计算用于自校准的泵送电流偏移——在所述自校准处补偿曲线再次处于容差范围内——来执行λ传感器的自校准。
持续需要改进由内燃机驱动的机动车辆中的排气后处理。
发明内容
本发明所解决的问题是展示能够在由内燃机驱动的机动车辆中实现良好的排气后处理的措施。
根据本发明，该问题通过具有下文所描述的对应方面的特征的方法以及排气系统来解决。本发明的优选配置在本发明的实施方案和以下描述中详细说明，在每种情况下，这些配置可以单独或组合地构成本发明的一个方面。
本发明的一个方面涉及一种用于由内燃机驱动的机动车辆的排气系统的λ传感器的自校准的方法，其中测量被设置用于检测λ值(Lambdawerts)的λ传感器的泵送电流，测量所述λ传感器的与泵送电流相关的泵送电压，检查由测量的泵送电流和测量的泵送电压组成的一对值是否位于所述泵送电流和所述泵送电压之间的相关性的特性曲线规格的指定的容差范围内，以及在所述一对值位于所述特性曲线规格的容差范围之外的情况下，借助于所述λ传感器的所述泵送电压而不是所述λ传感器的所述泵送电流进行所述λ值的调节，并且在基本上调节的状态下，测量所述λ传感器的另外的泵送电流，特别是从所述泵送电压计算的泵送电流，并且为了所述λ传感器的所述自校准，从所述另外的泵送电流导出泵送电流偏移，以补偿所述λ传感器的和/或属于所述λ传感器的电缆束的泄漏电流和/或故障电流。
在λ传感器、特别是宽带λ传感器的情况下，通常可能在操作期间在λ传感器中和/或在属于λ传感器的电缆束中出现传导损坏，这可能导致泄漏电流和/或故障电流。因为在基于λ传感器的泵送电流调节内燃机的λ的情况下，假定在泵送电流Ip＝0.0mA下的燃烧空气比(供给的燃烧空气与化学计量燃烧所需的燃烧空气的比率)的λ值λ＝1.0，λ传感器将具有错误的、过富(fett)的λ值，这在基于该λ传感器的测量值进行调节干预之后将导致内燃机比实际预期的操作更贫(mager)，并且因此导致燃烧污染物的量更高。泄漏电流导致在定义的测量点——特别是在泵送电压Up＝0mV——处的泵送电流偏移，这可以通过被称为“自校准”的测量泵送电流的校正来适配和考虑。
然而，已经发现，在排气系统中可能存在不同的混合物影响，并且可通过调节干预来故意设置偏离λ值λ＝1.0的燃烧空气比例如，在组均衡中，其中调节不同发动机组的燃烧空气比，使得发动机组的相应燃烧产物的混合物满足期望的λ值，特别是λ＝1.0。这导致λ传感器有意地在明显远离泵送电压Up＝0mV的其中函数Up＝f(Ip)不是陡峭的而是平坦的操作范围内操作。在Up与Ip关系的大体上S形特性曲线的该相当平坦的范围中，待确定的泵送电流偏移作为受波动影响的泵送电压和/或受波动影响的泵送电流的函数变化很大。因此，在这种情况下，自校准所需的泵送电流偏移仅被非常不准确地确定，这将导致不充分的自校准和受损的排气后处理。
如果在该方法中出现由传导损坏引起的泄漏电流和/或故障电流，在来自泵送电流和泵送电压的所述一对值位于相关特性曲线(特别是采用Up＝f(Ip)的方式)的容差范围之外的情况下，不立即测量泵送电流偏移。相反，首先部分地基于泵送电压来确定λ值，这偏离了另外基于泵送电流的测量。在基于泵送电压确定的λ值的辅助下，继续在λ传感器的辅助下提供λ调节。只有当实现优选地对应于状态λ＝1.0的充分调节的状态时，才确定另外的泵送电流，特别地从测量的泵送电压计算该泵送电流。在对应于λ＝1.0的测量点中，Ip＝0.0mA对于泵送电流应该是真实的，从而可以从该另外的泵送电流直接读取泵送电流偏移。在调节状态下λ＝1.0的不同测量点中，泵送电流偏移可以根据该另外的泵送电流与针对该测量点存储的特性λ＝f(Ip)的值的差确定，其中λ值被确定为λ＝f(Up)。代替在怀疑故障时立即确定泵送电流偏移，在确定泵送电流偏移之前基于泵送电压首先激活用于λ值的调节状态，使得安全地避免了在λ传感器的不利操作点中对泵送电流偏移的错误确定，并且通过λ传感器的自校准实现由内燃机驱动的机动车辆中的良好排气后处理，因此更准确地执行了该自校准。
特别地由容差曲线界定的容差范围之外的点(由于偏移的传感器特性曲线而出现)可以被描述为不可信的。特别地，这对于高于最大提供的泵送电压Up,Max以及低于最小提供的泵送电压Up,Min的点也起作用，这些点因此位于实际自校准的接通(Einschaltung)范围之外。在这些值欠冲(Unterschreiten)或过冲的情况下，容差急剧增加，使得无故障适配是不可能的，然而可以清楚地看出存在泵送电流的偏移。后者的量化以及因此关于偏移是否被适配或诊断为故障和输出的决定，可以通过自校准功能在下游确定。另外，为了不将Up/Ip测量值的分散不正确地解释为由于动态或类似影响引起的偏移，存在一种用于消除对故障的怀疑的鲁棒方法。因此，有可能将在一定程度上与参考特性曲线不同的测量值的正常分散与故障偏移区分开。
特别地，在λ传感器的自校准之后，代替λ传感器的泵送电压，使用由泵送电流偏移校正的λ传感器的泵送电流，以便检测λ值。因此，作为泵送电压的函数的λ值的确定仅在从确定怀疑故障到随后的自校准的时间窗口中执行。因此，泵送电压仅在测量的泵送电流值看起来不可信时使用。因此，在常规操作中，λ值可以作为λ传感器的泵送电流的函数被简单且准确地测量。
优选地，λ传感器被配置为宽带λ传感器。因此，与开关型(Sprungsonde)传感器相比，λ传感器可以测量多个λ值，从而可以存在λ传感器的操作点的许多不同的测量点，特别是在怀疑故障时泵送电流偏移的即时测量不准确的操作点，并且该方法可以提供更好和更准确的结果。
本发明的另一方面涉及一种用于由内燃机驱动的机动车辆的排气系统，该排气系统具有：第一λ传感器，该第一λ传感器用于检测内燃机的第一发动机组的第一λ值；第二λ传感器，该第二λ传感器用于检测内燃机的第二发动机组的第二λ值；发动机组控制系统，该发动机组控制系统用于调节第一发动机组和第二发动机组，使得对于第一发动机组和第二发动机组实现基本上相等的λ值，其中第一λ传感器包括被设置为执行该方法的第一自校准调节器，该第一自校准调节器可以如所描述的那样被开发或扩展，并且/或者第二λ传感器包括被设置为执行该方法的第二自校准调节器，该第二自校准调节器可以如所描述的那样被开发或扩展。
第一λ传感器和第二λ传感器可以引起组均衡，其中调节不同发动机组的燃烧空气比，使得相应地相关联的发动机组的相应燃烧产物的混合物满足期望的λ值，特别是λ＝1.0，以便用故意过富的燃烧来补偿故意过贫的燃烧和/或为所有发动机组设置相同的λ值，这特别适合于特定的行驶状况。因此，第一λ传感器和第二λ传感器可以有意地在某个操作点处操作，在该操作点，在怀疑故障时泵送电流偏移的即时测量将是不准确的，并且自校准调节器可以提供更好和更准确的结果。代替在怀疑故障时立即确定泵送电流偏移，在确定泵送电流偏移之前基于泵送电压首先激活用于λ值的调节状态，使得安全地避免了在λ传感器的不利操作点中对泵送电流偏移的错误确定，并且通过λ传感器的自校准实现由内燃机驱动的机动车辆中的良好排气后处理，作为结果更准确地执行了该自校准。
特别优选地，在第一λ传感器和第二λ传感器的下游设置用于化学地转化燃烧污染物的排气催化转化器，并且在排气催化转化器的输出侧设置催化转化器λ传感器，该催化转化器λ传感器特别地被配置为开关型传感器。通过比较紧接在排气催化转化器之前和紧接在排气催化转化器之后的λ值，可以监测排气催化转化器的正确操作。在这种情况下，如果确定排气催化转化器的不利操作，这特别地导致不充分的排气后处理，则可以触发调节干预，这特别地影响内燃机中燃烧的λ值。该控制干预继而可以由第一λ传感器和第二λ传感器监测和/或调节。
特别地，催化转化器λ传感器经由调节装置连接到第一λ传感器和/或第二λ传感器，以根据在催化转化器λ传感器的辅助下确定的λ调节干预对第一λ传感器和/或第二λ传感器进行自校准。由第一λ传感器和/或第二λ传感器确定的λ值的合理性测试可以使用催化转化器λ传感器来执行。这里，催化转化器λ传感器可以触发第一λ传感器和/或第二λ传感器的故障怀疑，并且可以触发基于上述方法的自校准。
优选地，在排气催化转化器的输入侧上设置催化剂前λ传感器，该催化剂前λ传感器特别地被配置为宽带λ传感器，其中催化剂λ传感器经由调节装置连接到催化剂前λ传感器，以根据借助催化剂λ传感器确定的λ调节干预对催化剂前λ传感器进行自校准。特别地，催化转化器λ传感器可能导致怀疑催化转化器前λ传感器故障，并可能导致基于上述方法的自校准。
特别优选地，催化剂前λ传感器包括第三自校准调节器，该第三自校准调节器被设置为执行该方法，该第三自校准调节器可以如所描述的那样被开发或扩展。可以测量催化剂λ传感器的泵送电流，以便根据其导出催化剂λ传感器的泵送电流偏移。附加地或另选地，可以测量催化剂前λ传感器的泵送电流，以便根据其导出催化剂前λ传感器的泵送电流偏移。
本发明的另一方面涉及一种用于由内燃机驱动的机动车辆的排气系统，该排气系统具有：排气催化转化器，该排气催化转化器用于化学地转化内燃机的燃烧污染物；催化转化器前λ传感器，该催化转化器前λ传感器设置在排气催化转化器的输入侧上并且特别地被配置为宽带λ传感器；以及/或者催化剂λ传感器，该催化剂λ传感器设置在排气催化剂的输出侧上，其中催化剂前λ传感器包括被设置为执行该方法的第三自校准调节器，该第三自校准调节器可以如所描述的那样被开发或扩展。
可以测量催化剂λ传感器的泵送电流，以便根据其导出催化剂λ传感器的泵送电流偏移。附加地或另选地，可以测量催化剂前λ传感器的泵送电流，以便根据其导出催化剂前λ传感器的泵送电流偏移。代替在怀疑故障时立即确定泵送电流偏移，在确定泵送电流偏移之前基于泵送电压首先激活用于λ值的调节状态，使得安全地避免了在催化转化器λ传感器或催化剂前λ传感器的不利操作点中对泵送电流偏移的错误确定，并且通过催化转化器λ传感器或催化转化器前λ传感器的自校准实现由内燃机驱动的机动车辆中的良好排气后处理，作为结果更准确地执行了该自校准。
附图说明
在优选实施方案示例的基础上，参考附图，通过下面的示例来解释本发明，其中下面呈现的特征可以单独地和组合地代表本发明的一个方面。
附图示出：
图1是排气系统的示意性原理图，
图2是λ传感器的泵送电压/泵送电流特性曲线的示意图，
图3是λ值的时间曲线的示意图；并且
图4是在组均衡中不同λ传感器的泵送电压/泵送电流特性曲线的示意图。
具体实施方式
图1所示的排气系统10可以设置在由内燃机驱动的机动车辆中。机动车辆可以包括内燃机12，在例示的实施方案中，该内燃机具有第一发动机组14和第二发动机组16，第一发动机组和第二发动机组中的每一者都可以在特定的λ值下单独操作。在内燃机12的下游可以设置第一λ传感器18和第二λ传感器20，第一λ传感器特别地被配置为宽带λ传感器以便测量第一发动机组14的λ值，第二λ传感器特别地被配置为宽带λ传感器以便测量第二发动机组14的λ值。第一λ传感器18和第二λ传感器20可以用于组均衡，其中第一发动机组14和第二发动机组16的燃烧空气比被调节，使得发动机组14、16的相应燃烧产物的混合物满足期望的λ值，特别地λ＝1.0，以便为所有发动机组14、16设置适合于特定行驶状况的相同的λ值。
来自发动机组14、16的排气可以在第一λ传感器18和第二λ传感器20的下游汇合之后被馈送到排气涡轮增压器的排气涡轮机22。排气可以从排气涡轮机22供应到排气催化转化器24，以便化学地转化燃烧污染物。为此，在排气催化转化器24的输入侧可以设置特别地被配置为宽带λ传感器的催化剂前λ传感器26，在排气催化转化器24的输出侧可以设置特别地被配置为开关型传感器的催化剂λ传感器28。
如图2所示，在燃烧空气比的λ值λ＝1.0的正常工作的λ传感器中，在大约0mV的泵送电压Up下，存在大约0.0mA的泵送电流Ip。相关性Up＝f(Ip)导致大体上S形的特性曲线30，该特性曲线在泵送电流Ip＝0.0mA周围的区域中具有陡峭的曲线，并且在该区域之外具有平坦的曲线。如果发生可导致泄漏电流和/或故障电流的传导损坏，则对于λ值λ＝1.0和相关联的泵送电压Up＝0mV，存在不同于Ip＝0.0mA的泵送电流Ip。这导致故障特性曲线34，该故障特性曲线从特性曲线30偏移一泵送电流偏移32，即，从特性曲线30周围指定的容差范围33偏移一泵送电流偏移32。
例如，如图3所示，当使用故障特性曲线34在第一λ传感器18上确定λ值时，Δλ的切换导致由第一λ传感器18测量的第一λ值曲线36。然后，组均衡调节用于第一发动机组14和第二发动机组16的燃料供应和新鲜空气供应，使得第一λ值流量传感器18和第二λ传感器20两者都递送相同的泵送电流Ip并且因此递送假定相同的λ值，从而导致对于第一λ值曲线36和由第二λ传感器20测量的第二λ值曲线38的相等测量的泵送电流Ip。然而，由于第一λ传感器18的缺陷，实际的第一λ值曲线40明显更低并且位于更富的范围内。
如图4所示，由组均衡引起的第一λ传感器18和第二λ传感器20的泵送电流Ip的调节导致第一λ传感器18和第二λ传感器20的操作点移位到与第二λ值曲线38相关联的特性曲线30和与第一λ值曲线36相关联的故障特性曲线34的平坦区域中。由于平坦区域中泵送电流Ip对泵送电压Up的强烈依赖性，分散范围内的泵送电压Up的变化已经导致泵送电流Ip的显著变化，从而只能非常不准确地确定泵送电流偏移32。
因此，在这种情况下，假设λ值Δ被确定为用于第一λ传感器18的自校准的泵送电压Up的函数，等待特别地对应于λ＝1.0的λ值和泵送电压Up＝0mV的调节状态，并且仅在调节状态下确定泵送电流偏移32。在这种状态下，λ传感器18、20的操作点处于特性曲线30、34的陡峭区域中，从而能够以更高的精度确定泵送电流偏移32。在以这种方式确定的泵送电流偏移32的辅助下，可以执行第一λ传感器18的自校准，并且随后可以作为第一λ传感器18的泵送电流Ip函数再次无偏移地确定λ值Δ。执行自校准的该过程也可以提供给第二λ传感器20和/或催化转化器前λ传感器26。

Claims (9)

1.一种用于由内燃机驱动的机动车辆的排气系统(10)的λ传感器(18,20,26)的自校准的方法，其中
测量被设置用于检测λ值(λ)的所述λ传感器(18,20,26)的泵送电流(Ip)，
测量所述λ传感器(18,20,26)的与所述泵送电流(Ip)相关的泵送电压(Up)，
检查由测量的泵送电流(Ip)和测量的泵送电压(Up)组成的一对值是否位于所述泵送电流(Ip)和所述泵送电压(Up)之间的相关性的特性曲线规格的指定的容差范围(33)内，以及
在所述一对值位于所述特性曲线规格的所述容差范围(33)之外的情况下，借助于所述λ传感器(18,20,26)的所述泵送电压(Up)而不是所述λ传感器(18,20,26)的所述泵送电流(Ip)进行所述λ值(λ)的调节，并且在基本上调节的状态下，测量所述λ传感器(18,20,26)的另外的泵送电流(Ip)，并且为了所述λ传感器(18,20,26)的所述自校准，从所述另外的泵送电流(Ip)导出泵送电流偏移(32)，以补偿所述λ传感器(18,20,26)的泄漏电流和/或故障电流和/或属于所述λ传感器(18,20,26)的电缆束的泄漏电流和/或故障电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述λ传感器(18,20,26)的所述自校准之后，代替所述λ传感器(18,20,26)的所述泵送电压(Up)，使用由所述泵送电流偏移(32)校正的所述λ传感器(18,20,26)的所述泵送电流(Ip)，以便检测λ值(λ)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述λ传感器(18,20,26)被配置为宽带λ传感器。
4.一种用于由内燃机驱动的机动车辆的排气系统(10)，所述排气系统具有：
第一λ传感器(18)，所述第一λ传感器用于检测内燃机(12)的第一发动机组(14)的第一λ值；
第二λ传感器(20)，所述第二λ传感器用于检测所述内燃机(12)的第二发动机组(16)的第二λ值；
发动机组控制系统，所述发动机组控制系统用于调节所述第一发动机组(14)和所述第二发动机组(16)，使得对于所述第一发动机组(14)和所述第二发动机组(16)实现基本上相等的λ值，
其中所述第一λ传感器(18)包括被设置为执行根据权利要求1至3中的一项所述的方法的第一自校准调节器，并且/或者所述第二λ传感器(20)包括被设置为执行根据权利要求1至3中的一项所述的方法的第二自校准调节器。
5.根据权利要求4所述的排气系统(10)，其中在所述第一λ传感器(18)和所述第二λ传感器(20)的下游设置用于化学地转化燃烧污染物的排气催化转化器(24)，并且在所述排气催化转化器(24)的输出侧设置催化转化器λ传感器(28)，所述催化转化器λ传感器特别地被配置为开关型传感器。
6.根据权利要求5所述的排气系统(10)，其中所述催化转化器λ传感器(28)经由调节装置连接到所述第一λ传感器(18)和/或所述第二λ传感器(20)，以根据借助于所述催化转化器λ传感器(28)确定的λ调节干预对所述第一λ传感器(18)和/或所述第二λ传感器(20)进行自校准。
7.根据权利要求6所述的排气系统(10)，其中在所述排气催化转化器(24)的输入侧上设置催化剂前λ传感器(26)，所述催化剂前λ传感器特别地被配置为宽带λ传感器，其中所述催化转化器λ传感器(28)经由调节装置连接到所述催化剂前λ传感器(26)，以根据借助于所述催化转化器λ传感器(28)确定的λ调节干预对所述催化转化器前λ传感器(26)进行自校准。
8.根据权利要求5或6所述的排气系统(10)，其中所述催化剂前λ传感器(26)包括第三自校准调节器，所述第三自校准调节器被设置为执行根据权利要求1至3中的一项所述的方法。
9.用于由内燃机驱动的机动车辆的排气系统(10)，所述排气系统具有：
排气催化转化器(24)，用于化学地转化内燃机(12)的燃烧污染物，
催化剂前λ传感器(26)，所述催化剂前λ传感器设置在所述排气催化转化器(24)的输入侧上并且特别地被配置为宽带λ传感器；以及/或者催化转化器λ传感器(28)，所述催化转化器λ传感器设置在所述排气催化转化器(24)的输出侧上，
其中所述催化转化器前λ传感器(26)包括第三自校准调节器，所述第三自校准调节器被设置为执行根据权利要求1至3中的一项所述的方法。
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