使廢氣探頭運行的方法和用於實施這方法的裝置的製作方法

2023-10-06 05:14:09 1

專利名稱：使廢氣探頭運行的方法和用於實施這方法的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於使廢氣探頭運行的方法，這探頭布置在內燃機的廢氣部位 裡，和涉及一種用於實施此方法的裝置。本發明的主旨也是一種電腦程式以及一種電腦程式產品。
背景技術：
在DE199 41 051 Al中說明了一種寬帶λ探頭，它具有一個測量室，這測量室通 過擴散阻隔層與廢氣聯繫。在傳感器室裡布置了一個內部泵電極，它用一個外部泵電極和 一個位於泵電極之間的傳導氧離子的電解質構成一個泵單元。用這個泵單元可以使氧離子 通過電解質從測量室裡泵送出來或者泵入測量室裡。在泵單元旁有一個測量單元，這單元 位於內部泵電極和一個參照氣體電極之間，其中在內部泵電極和一個參照氣體電極之間同 樣也布置了一種傳導氧離子的電解質。測量單元相當於一個能斯特單元，在這單元中當熱 力學平衡時，在內部泵電極和參照氣體電極之間形成的電位差，與所要試驗的氣體在測量 室裡的分壓力和所要試驗的氣體在空氣參照中的分壓之比值的對數成比例。測量廢氣入 的目的是這樣來影響測量室裡的氧氣分壓，從而使能斯特_電位恆定地保持在一個規定 的值，這個值優選相當於λ =1。線路布置用於保證泵電流能夠流動。泵電流的極性和數 值大小取決於，規定的能斯特-電位超出或者低於多大的值。產生的泵電流是廢氣λ的一 個尺度。在DE 10 2004 061 355 Al裡介紹了一種用於使一個布置在內燃機的一個廢氣部 位裡的寬帶λ探頭運行的方法，這探頭既含有一個泵單元又有一個測量單元。一種線路裝 置這樣調節流過泵單元的泵電流，從而在測量單元裡產生一種規定的能斯特_電壓。泵電 流是廢氣中空氣_燃料比的一個尺度。能斯特_電壓的可靠檢測通過如下方法來達到在 測量時暫時斷開泵電流，從而使測量單元在斷開時在泵電流迴路上不受載。泵電流的斷開 只是短時地進行，從而保證了泵電流的調節。在DE 102 16 724 Cl中同樣也說明了一種用於使一個布置在內燃機的一個廢氣 部位裡的寬帶λ探頭運行的方法，在此方法中在λ探頭的泵單元上加有一個泵電壓，這電 壓根據在測量單元上出現的能斯特-電壓而調節，並且根據廢氣中的氧氣含量在泵單元產 生一個正的或負的泵電流。為了也在內燃機稀薄混合氣運轉中，在一種燃料補噴入時，保持 寬帶λ探頭的測量靈敏度，在燃料補噴入時重複地使泵電壓轉換極性，從而有時出現一個 泵電壓，這電壓使氧離子泵入測量單元裡，其在那裡可以使由於燃料補噴入而產生的碳氫 化合物氧化。在DE 4321 243 Al中同樣也說明了一種用於使一個布置在內燃機的一個廢氣部 位裡的寬帶λ探頭運行的方法，在此方法中流過泵單元的泵電流規定在一種周期運行的 範圍裡。只要測量單元上出現的能斯特-電壓小於閾值，設計使泵電壓或者說泵電流斷開。 閾值這樣規定，使得泵電壓的斷開在運行狀態下出現，在這些狀態下寬帶λ探頭的溫度還 低於一個名義溫度，在這名義溫度時λ探頭未準備好運行。
在DE103 16 645 Al中說明了一種用於使寬帶λ探頭運行的裝置，這裝置同樣也 既有一個泵單元又有一個測量單元。設有一個恆定電源，它提供泵電流，用這泵電流加載泵 單元。恆定電源例如至少提供兩種不同大小的泵電流。此外還說明了一種具有交變的接通 階段和斷開階段的周期性運行，其中為了調整平均泵電流接通階段或斷開階段的持續時間 取決於在測量單元上出現的能斯特_電壓來規定。泵電流的斷開，根據原理，只是在斷開狀 態時在周期運行範圍裡出現。沒有對泵電流較長的斷開進行說明。在DE 101 63 912 Al中同樣也說明了一種布置在內燃機的廢氣部位裡的寬帶λ 探頭，這探頭含有一個泵單元和一個測量單元。按照一種實施例泵電流周期性轉換極性。極 性轉換應該使得λ探頭的陶瓷體中的極化作用減小，並且避免探頭信號受到由此引起的 影響。按照另一種實施例，可以設計在內燃機運行間斷期間使泵電壓斷開。同時可以使探 頭加熱裝置繼續工作，或者為了節省能源使其斷開。如在前面所述的DE 4321 243 Al中還 可以設計，在λ探頭的溫度過低時使泵電壓斷開。

發明內容
按照本發明的方式用於使一個布置在內燃機的一個廢氣部位裡的加熱的廢氣探 頭運行，在其中在測量運行期間給廢氣探頭的一個泵單元的泵電極提供一個泵信號，這個 信號可以實現在泵單元裡的氧離子運輸，其特徵在於，在廢氣探頭的給定的運行待命時，此 時廢氣探頭被加熱到一個名義溫度，而且在內燃機運行時，如果不需要廢氣探頭的測量信 號的話，那麼就取決於內燃機的運行狀態至少有時切斷泵信號。按照本發明的方式避免了在內燃機規定的運行狀態期間廢氣探頭高的負載，並且 因此阻止了廢氣探頭的老化。內燃機的至少可以有時斷開泵信號的運行狀態是這樣的運行狀態，在這運行狀態 下可以一時地放棄由廢氣探頭提供的測量信號。當取消測量信號時實施內燃機的一種有控 制的運行，代替一種受調節的運行。作為內燃機的特殊運行狀態，在這些運行狀態下泵信號應該被斷開，尤其是可以 規定這樣的運行狀態，它們或者造成高的氧濃度和/或導致廢氣通道裡高的壓力。作為廢氣探頭尤其是設計成λ探頭或者NOx-探頭。在這樣的探頭中廢氣部位裡 高的氧含量導致高的泵信號，這信號導致對泵單元的泵電極的高負載。此外在廢氣部位裡 的高壓力導致對泵單元的泵電極的相應負載。泵單元的泵電極的高負載可以使有害物容易進入泵單元裡，這些有害物可能造成 廢氣探頭的中毒，直至破壞。這種負面影響通過按照本發明的方式來很大程度地避免。按照本發明的方式因而可以擴展對廢氣探頭的壽命要求。按照本發明的方式的有利的改進設計和設計方案可見從屬權利要求。第一種設計方案規定泵信號至少有時被斷開，如果廢氣部位裡的氧濃度超過 了一個氧濃度閾值的話。廢氣部位裡的高氧濃度尤其是對於一種λ探頭或者對於一種 NOx-探頭來說，引起一種高的泵信號，這信號導致對泵單元的泵電極的高負載，這用有利的 設計方案來避免。廢氣部位裡的高氧濃度按照本發明被理解為內燃機的運行狀態。另一個設計方案規定了 泵信號至少有時被斷開，如果內燃機在斷開了燃料輸入 時處於滑行運行的話。這種設計方案與第一種設計方案有交叉，因為在內燃機滑行運行時，
4通常在廢氣部位裡出現高的氧濃度，它可以一直達到21%，對應於周圍空氣裡的氧濃度。對 滑行運行的考慮可以使泵信號在達到廢氣部位裡的高氧濃度之前就斷開。另一種設計方案規定泵信號至少有時被斷開，如果內燃機在一種穩定的運行狀 態下運行的話。為了校驗穩定運行狀態的存在，優選考慮內燃機的轉速以及負載。這種設計方案的改進設計規定了 在泵信號被斷開之前，穩定狀態必須已存在至 少一個規定的最小運行持續時間。另一種設計方案規定泵信號至少有時被斷開，如果一個布置在內燃機的廢氣部 位裡的廢氣閥關閉了的話。一個這樣的廢氣閥尤其設計在商用車的廢氣部位裡，它被關閉 用於加強發動機的制動作用。在廢氣閥關閉時在廢氣部位裡可能出現升高的壓力，這同樣 也可能導致泵單元的泵電極的高負載。廢氣閥的位置或者說關閉按照本發明來說同樣也應 該是內燃機的一種運行狀態。按照本發明的用於實施這方法的裝置首先涉及一種專門設立的控制儀，它包含有 實施這方法的裝置。控制儀尤其是包含有一種運行狀態求得裝置用於求得內燃機的運行狀態，以及一 種泵信號規定裝置用於為廢氣探頭提供泵信號。控制儀優選包含有至少一個電存儲器，其中將方法步驟存儲作為控制儀程序。按照本發明的電腦程式規定按照本發明的方法的所有步驟都被實施，如果其 在一個計算機上運行的話。按照本發明的電腦程式產品具有一種存儲在機器可讀載體上的程序碼，它實施 按照本發明的方法，如果程序在計算機上運行的話。本發明的一個實施例表示於附圖中並在以下的說明中詳細敘述。


附圖表示了進行按照發明的方法的技術周圍環境。
具體實施例方式附圖表示了一個內燃機10，在其廢氣部位12裡布置了一個廢氣探頭14。廢氣探 頭14包含有一個泵單元16，在這泵單元上布置了泵電極18，20，其中一個泵電極18受到廢 氣的作用。廢氣傳感器14此外還包含有一個測量單元22，在這單元上布置了測量電極24， 26。在泵單元16和測量單元22之間設有一個測量室28，它通過一個進風通道30與廢 氣相連，其中在進風通道30和測量室28之間布置了一個擴散阻隔層32。測量單元22的一 個電極26布置在一個參照空氣通道34裡。設有一個加熱元件36用於加熱廢氣探頭14。在廢氣部位12裡設有一個廢氣閥38，它由一個閥門調整驅動裝置40操縱，後者由 一個閥門信號KI觸發。廢氣傳感器14為控制儀50提供測量信號UN。控制儀50為加熱元件36提供加熱 功率HZ，為泵單元16的泵電極18，20提供一個泵信號SP，其中這泵信號SP是一個泵電壓 UP或者說一個泵電流IP。將測量信號UN提供給一個測量信號評價裝置52，此外還給這裝置提供一個氧濃度_閾值Lim% _02，而且它提供一個氧濃度_釋放信號_02，這個信號提供給一個泵 信號規定裝置54。泵信號規定裝置54此外還得到一個由加熱_規定裝置56所提供的溫度釋放信號 FG_te, 一個廢氣閥釋放信號FG_KI，一個內燃機滑行運行(Schiebebetrieb)-釋放信號FG_ SA以及一個穩定運行_釋放信號FG_Sta，並且提供泵信號SP作為泵電壓UP或者說泵電流 IP。加熱-規定裝置56根據一個露點-下移終端TPE以及根據廢氣傳感器14的加熱 元件36的名義溫度te_Soll規定加熱功率HZ，並提供溫度釋放信號FG_te。內燃機滑行運行-釋放信號FG_SA以及穩定運行_釋放信號FG_Sta取決於內燃 機10的轉速n，內燃機10的負載L，最小運行持續時間ti_Min，轉速評價準則Lim_n以及負 載評價準則Lim_L由一個運行狀態求得裝置58提供。實施例從作為廢氣探頭14的寬帶λ探頭出發，正如它例如在開頭所列的DE102 16 724 Cl裡或者在DE199 41 051 Al裡詳細所述的那樣。另一個廢氣探頭14例如可以是 一個NOx-探頭。對於在實施例中所示的寬帶λ探頭14來說，力求在測量室28裡調整設定 入=1。作為一個調節迴路的實際參數考慮這在測量電極24，26之間出現的測量信號UN， 這信號在這實施例中是能斯特電壓UN。先決條件是在測量室28裡有一種化學計算的混 合物，而在參照空氣通道34裡有環境空氣，能斯特電壓UN達到大約450mV。一種與測量室28裡的化學計算的混合物有偏差的氧氣濃度通過在泵電極18，20 上加上泵信號SP，和一種因此而可能的在泵單元16裡的氧離子的運輸來克服。當氧多餘時 發生從測量室28至廢氣的氧離子運輸，而在氧缺少時則發生從廢氣至測量室28的氧離子 運輸。氧離子運輸通過在泵電極18，20上加泵信號SP而進行，其中泵信號SP可以預先規 定為驅動的泵電壓UP，這電壓產生一個泵電流IP。同樣地可以規定一個泵電流IP，從而調 定一個泵電壓UP。在這兩種情況下兩個參數可以分別加以限制，以便尤其是限制泵單元16 的負載。兩個參數UP，IP可以稱為泵信號SP。泵電流IP在測量室28裡氧多餘時定義為正，而在測量室28裡氧不足時則相應地 定義為負。在測量室28裡的化學計算時出現了泵電流IP的零通過。為了使廢氣探頭14運行也設有加熱規定裝置56，它取決於露點-下移終端TPE以 及取決於廢氣傳感器14的規定的名義溫度te_Soll給加熱元件36提供加熱功率HZ。只是 當露點下移在廢氣部位12裡過去時，才優選加熱廢氣探頭14，因此由此出發在廢氣部位 12裡不再能夠出現溼氣或者水滴，它們可能在一定條件下會損害廢氣探頭12的陶瓷部件。 可能的露點下移的終端由露點_下移終端TPE給出信號。在廢氣探頭14運行期間始終給 加熱元件36提供加熱功率HZ，從而任何時刻都做好運行準備。名義溫度te_Soll這樣來規 定，使得泵單元16可以充分地傳導氧離子。優選調節到名義溫度te_Soll，其中溫度實際值 可以根據對加熱元件36的內電阻或者泵單元16或者測量單元22的內電阻的採集來得出。 名義溫度例如是780°C +/-50°C。在內燃機10運行期間可能在廢氣部位12裡出現一些情況。它們導致尤其是經受 廢氣作用的泵單元16的泵電極18的高負載。這些狀態例如是在廢氣部位12裡出現高的 氧濃度或者高壓力時的狀態。高的氧濃度例如出現在內燃機10滑行運行期間，這時內燃機10的轉速η高於一
6個轉速閾值，然而其中內燃機10不要求負載。在這種情況下中斷向內燃機10的燃料輸入。 因此可能在廢氣部位12裡出現氧濃度的升高，可以一直達到21%，相當於環境空氣的氧濃度。如果在一定情況下存在有的廢氣閥38藉助於閥門調整驅動裝置40取決於閥門信 號KI而關閉的話，則在廢氣部位12裡可能出現高的壓力。一種這樣的廢氣閥38優選設置 在商用車的廢氣部位12裡。通過廢氣閥38的關閉給內燃機10加上一個升高的廢氣壓力， 從而在滑行運行時出現更高的制動力矩。所述的運行狀態導致泵電極18，20，尤其是經受廢氣作用的泵電極18的負載升 高，這是由於可能出現高的泵電壓UP或者說高的泵電流IP，這導致泵單元16溫度的相應升 高。尤其是在泵電極18，20附近的部位受到威脅，來自廢氣的異物可以容易地鑽入這部位 裡，這種異物可能造成廢氣探頭14的中毒，直至破壞。按照本發明為了避免廢氣探頭14的高負載，尤其是泵單元16或者說泵電極18，20 的高負載，設計了在規定的內燃機10運行狀態下，至少有時將泵信號SP也就是泵電壓UP 或者說泵電流IP斷開，其中然而內燃機10運行並使廢氣探頭14保持在名義溫度te_Soll 上。如果不需要反映廢氣中氧濃度的測量信號UN，在這裡是能斯特電壓UN，那麼可以至少 總是使泵信號SP斷開。這樣的運行狀態例如是已經提到的內燃機10的滑行運行以及在廢 氣閥38關閉時內燃機10的運行。這裡應該將廢氣閥38的位置，或者說尤其是其關閉，如 上所述，理解為內燃機10的運行狀態。如果加熱規定裝置56提供的溫度釋放信號FG_te表示廢氣探頭14加熱到了其 名義溫度te_Soll，那麼泵信號規定裝置54提供泵信號SP。只是在這種情況下應該取決於 內燃機10的某些運行狀態而斷開泵信號SP。提供廢氣閥釋放信號FG_KI是特別簡單的，這信號可以是與閥門信號KI相同，或 者可以簡單地由此獲得。內燃機10的運行狀態在運行狀態求得裝置58裡求得。內燃機10的滑行運行優 選根據內燃機10的轉速η以及根據要由內燃機10施加的負載L來確定。如果確定了滑行 運行，那麼運行狀態求得裝置58就提供滑行運行_釋放信號FG_SA，它給泵信號確定裝置 54發出信號表示可以使泵信號SP斷開。廢氣閥釋放信號FG_KI或者說滑行運行_釋放信號FG_SA的準備好表示了內燃機 10的一種運行狀態，其中在廢氣探頭14出現高負載之前，可以使泵信號SP斷開。此外然而也可以在廢氣部位12裡已經測量到高的氧氣濃度時斷開泵信號SP。為 此測量信號評價裝置54將測得的氧濃度與一個氧濃度_閾值Lim_% 02進行比較，並取決 於比較結果將氧濃度_釋放信號FG_% 02提供給泵信號確定裝置54。廢氣的狀態，尤其是 氧濃度因此應該，如上所述，在本發明意義上理解為內燃機10的運行狀態。在已經說明過的內燃機10的運行狀態中，或者說在廢氣部位12裡出現的狀態時， 可以由此出發不需要由廢氣探頭14提供的測量信號UN，例如氧氣濃度的一個尺度或者在 內燃機10廢氣裡的NOx-濃度，因此可以斷開泵信號SP，因而暫時不再保證廢氣探頭14準 備好測量。由於加熱元件36然而還被加熱，因此通過準備提供泵信號SP可以在需要時立 即又給廢氣探頭14提供測量信號UN。內燃機10的另一種運行狀態，此時測量信號UN並不一定需要，是一種穩定的運行
7狀態，其中由廢氣探頭14提供的測量信號UN應該只是有小的變化或者甚至沒有變化。運 行狀態求得裝置58例如根據內燃機10的轉速η以及負載L求出內燃機10的一種穩定運 行狀態，這轉速和負載用轉速評價準則Lim_n或者說負載評價準則Lim_L來評價。轉速評價準則Lim_n或者負載評價準則Lim_L例如對應於轉速η或者說負載L的 梯度的一個規定的最大值。轉速評價準則Lim_n或者說負載評價準則Lim_L此外例如還可 以規定作為差值，其中作為形成差值的基礎規定了內燃機10的當前的轉速η或者說當前的 負載，它們在規定的時間之後與對應的參數進行比較。如果存在內燃機10的至少近似的穩 定運行狀態的條件，那麼運行狀態求得裝置58就提供穩定運行-釋放信號FG_Sta，這信號 可以促使泵信號確定裝置54將泵信號SP至少有時斷開。優選設計一種校驗，看穩定的運行狀態是否存在至少一段確定的時間。為此規定 與最小運行持續時間ti-Min進行比較，後者提供給運行狀態求得裝置58。作為比較的基礎 考慮了內燃機10的規定的穩定運行狀態的開始。
權利要求
1.用於使加熱的廢氣探頭(14)運行的方法，這探頭布置在內燃機(10)的廢氣部位 (12)裡，其中在測量運行期間，給廢氣探頭(14)的泵單元(16)的泵電極(18，20)提供泵信 號(SP，UP, IP)，這個泵信號可以實現在泵單元(16)裡的氧離子運輸，其特徵在於，在廢氣 探頭(14)給定的準備好運行時，此時廢氣探頭(14)被加熱到名義溫度(te_Soll)，而且在 內燃機(10)運行時，如果不需要廢氣探頭(14)的測量信號(UN)的話，那麼就取決於內燃 機(10)的運行狀態(KI，Lim_% 02，η, L)至少有時切斷泵信號(SP，UP, IP)。
2.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，泵信號(SP，UP,IP)至少有時被斷開，如果 廢氣部位(12)裡的氧濃度超過了氧濃度閾值Lim_% 02的話。
3.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，泵信號(SP，UP,IP)至少有時被斷開，如果 內燃機(10)在斷開了燃料輸入時處於滑行運行的話。
4.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，泵信號(SP，UP,IP)至少有時被斷開，如果 內燃機(10)在穩定的運行狀態下的話。
5.按權利要求4所述的方法，其特徵在於，進行校驗，看穩定的運行狀態是否已存在至 少規定的最小運行持續時間(ti-Min)；而且泵信號(SP，UP, IP)只是在經過最小運行持續 時間(ti-Min)之後才被斷開。
6.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，泵信號(SP，UP,IP)至少有時被斷開，如果 布置在內燃機(10)的廢氣部位(12)裡的廢氣閥(38)關閉了的話。
7.用於使加熱的廢氣探頭(14)運行的裝置，這探頭布置在內燃機(10)的廢氣部位 (12)裡，其中在測量運行期間，給廢氣探頭(14)的泵單元(16)的泵電極(18，20)提供泵信 號(SP，UP, IP)，這個泵信號可以實現在泵單元(16)裡的氧離子運輸，其特徵在於，至少設 有一個用於實施按權利要求1至6中之一所述的方法而專門設置的控制儀(50)，它包含有 用於實施這方法的機構(52，54，56，58)。
8.按權利要求7所述的裝置，其特徵在於，作為機構(52，54，56，58)設有運行狀態求得 器(58)用於求得內燃機(10)的運行狀態和泵信號規定器(54)用於提供泵信號(SP，UP, IP)。
9.電腦程式，它實施按照權利要求1至6中之一所述方法的所有步驟，如果程序在計 算機上運行的話。
10.電腦程式產品，具有存儲在機器可讀載體上的程序代碼，用於實施按照權利要求 1至6中之一所述的方法，如果程序在計算機上運行的話。
全文摘要
建議了一種用於使加熱的廢氣探頭(14)運行的方法，這探頭布置在內燃機(10)的廢氣部位(12)裡，在此方法中在測量運行期間，給廢氣探頭(14)的泵單元(16)的泵電極(18，20)提供泵信號(SP，UP，IP)，這個信號可以實現在泵單元(16)裡的氧離子運輸，並且建議了用於實施此方法的裝置，這裝置的特徵在於，在廢氣探頭(14)給定的運行準備時，此時廢氣探頭(14)加熱到一個名義溫度(te_soll)，而且在內燃機(10)運行時，如果不需要廢氣探頭(14)的測量信號(UN)的話，那麼就取決於內燃機(10)的運行狀態(KI，Lim_％O2，n，L)至少有時切斷泵信號(SP，UP，IP)。
文檔編號G01N27/407GK102003295SQ20101027140
公開日2011年4月6日 申請日期2010年9月1日 優先權日2009年9月2日
發明者M·布赫霍爾茨 申請人:羅伯特.博世有限公司