专利名称：用于确定内燃机废气中的气体组分的方法和装置的制作方法
用于确定内燃机废气中的气体组分的方法和装置现有技术本发明涉及一种如独立权利要求前序部分所述的用于确定内燃机 废气中的气体组分的方法和装置。内燃机通过空气燃料混合物在化学计算平衡状态附近运行，例如汽车中 的奥托发动机。这种具有尤其是在欧洲和美国满足目前排气要求的内燃 机的汽车具有排气管路，它具有至少一个催化器和两个或多个废气探测 器用于确定空气燃料比例，或者与这个空气燃料比例对应的空气系数Lambda。在典型的结构中直接在废气弯管下游设置第一废气探测器，它 称为"调节探测器"，在流动方向上在这个探测器后面设置(三元)催化 器并且在催化器下游设置另 一废气探测器，它称为"导引探测器 (Fuehnmgssonde )，，。在调节探测器上建立有用于补偿混合物成分的大预控误差的快速 Lambda调节装置。导引探测器用于重叠的第二调节回路，称为控制调 节装置，它用于补偿调节探测器的控制以及基于减少排放地优化混合物 组成。已知多种形式的废气探测器。例如在Vieweg出版社的专业书籍 "BOSCH Kraftfahrtechnisches Taschenbuch (博世汽车技术手册)"2003 年第25版第133、 134页中描述了这种废气探测器。在那里描述的 Lambda探测器提供用于在燃烧过程废气中的空气系数Lambda的数据。 所述Lambda探测器的工作原理涉及具有固体电解质的电氧浓差电池。 表面配有由透气的柏层制成的电极。通过铂层的催化活化使废气通过再 而燃烧置于平衡，由此调节氧气局部压力平衡。目前基本使用两种类型的废气探测器，即跳跃探测器(Sprung-sonde)和宽带探测器(Breitbandsonde)。跳跃探测器是氧气浓度传感 器并且按照能斯脱原理(Nernst-Prinzip)工作。在此测量电解质上的电 位差，电解质在一面处于废气下，而在另一面处于标准气体(空气)下。 为此在两面上将电极涂覆到电解质上。电位差以探测器信号输出。探测器特性曲线，即探测器信号在空气系数Lambda上的曲线在Lambda- 1 时明显下降。因此这种探测器也称为跳跃探测器。宽带探测器具有多层陶资(Mehrschichtkeramik)。它主要由能斯脱 探测器的组合而组成，即由起到电池作用的浓度探测器、以及极限电流 电池或泵电池组成。通过能斯脱电池，也称为传感电池，如同Lambda 探测器一样测量废气与标准气体之间的电位差。从外部给在原理上与公 知的浓差电池一样的泵电池施加电压。这个电压产生称为泵电流的电 流，通过它取决于极性输送氧离子。电子调节电路的作用是，泵电池总 是将正好这样多的氧气输送到与传感电池接触的废气容积或者从废气 容积排出，使得在废气容积中产生Lambda-1的状态，其中在贫油范围 中，即在空气过剩时泵出氧气，而在富油状态中，即在燃料过剩时输送 氧气。通过调节电路设定的泵电流取决于废气中的空气系数Lambda。 它形成宽带探测器的输出信号。由Vieweg出版社的专业书籍"BOSCH Kraftfahrtechnisches Taschenbuch (博世汽车技术手册)"2003年第25版 第133、 134页给出跳跃探测器以及宽带探测器和其传感器信号的建立， i青参阅该文献。或者使用跳跃探测器或者使用宽带探测器作为调节探测器。作为导 引探测器通常使用跳跃探测器。两种探测器类型的信号尽管首先取决于废气的Lambda值，但是对 于相同的Lambda也受到不同废气组成的影响，其中这种影响对于两种 探测器类型是不同的。这种影响以所谓的相对于特定废气组分的横向敏 感性为基础。因此尤其在富油状态起到影响 一氧化碳(CO )与氢气(H2) 之间的比例的作用。这个比例在未处理废气中在很大程度上保持恒定。 但是在催化器下游这个比例可以根据催化器覆层、催化器老化程度和运 行点改变。这导致不利地影响Lambda探测器信号。因此本发明的目的是，给出一种用于确定内燃机废气中气体组分的 方法和装置，它们不仅检测空气系数Lambda,而且也可以确定一氧化 碳(CO)浓度和氢气(H2)浓度。本发明的优点这个目的通过独立权利要求的特征得以实现。有利的变型方案和改 进方案是基于独立权利要求的从属权利要求的内容。本发明利用两种探测器类型的不同横向敏感性，由此在催化器下游的废气中不仅测量出空气系数Lambda,而且测量氧气(02)、 一氧化 碳(CO)和氢气(H2)的特有浓度。为此，由设置在催化器下游的废 气中的跳跃探测器的信号和紧挨着跳跃探测器设置在废气中的宽带探 测器的同时检测到的信号来推断出废气的单个气体组分的浓度。为此优选根据跳跃探测器的信号与一氧化碳(CO)浓度和氢气(H2) 浓度的关系，并且根据宽带探测器的信号与一氧化碳(CO)浓度和氢气 (H2)浓度的关系推断出一氧化碳(CO)和氢气(H2)浓度。该浓度 可以用于多种目的。 一方面其有利地用于补偿所述的横向敏感性并由此 用于准确地确定空气系数Lambda。由此能够改善控制调节。由单个气 体组分的浓度还可以确定催化器的老化状态，尤其是用于实现车载诊 断。气体组分的浓度优选也有利地用于以公知的模型支持的混合气调节 来修正催化器模型。附图本发明的其它优点和特征是下面的本发明实施例描述和附图的内 容。附图中
图1示出按照本发明的用于确定内燃机废气中的气体组分的装置， 图2a示出跳跃探测器与CO和H2浓度的关系， 图2b示出宽带探测器与CO和H2浓度的关系。实施例的说明在内燃机100的排气管路105中直接在(未示出的)废气弯管下 游设置第一废气探测器110,其输出信号输送到控制装置200。这个废 气探测器110用作所谓的调节探测器。以其信号为基础进行快速Lambda 调节，用于补偿混合物成分中的大的预控误差。接着调节探测器IIO是三元催化器120。在催化器120下游还具有 另一跳跃探测器130以及宽带探测器140，该宽带探测器140直接靠近 上述另一跳跃探测器130设置在废气里面。上述另一跳跃探测器130和 宽带探测器140的输出信号同样输送到控制装置200。在催化器12下游对于富油运行实际上只产生还原的废气组成成分， 对于贫油运行实际上只产生氧化的废气组成成分， 一方面产生氧气(02)(还原的废气组成成分)，另一方面产生一氧化碳(CO)和氢气(H2) (氧化的废气组成成分)。换言之不同时在废气中产生还原的和氧化的 气体组分。因此在贫油范围中宽带探测器140的信号可以用于确定氧气 (02)浓度并且通过这种方式确定空气系数Lambda。而在富油范围中必须同时确定一氧化碳(CO)和氢气(H2)浓度。 为此使用在图2a、 2b中示出的跳跃探测器130和宽带探测器140的探 测器信号与一氧化碳(CO)浓度和氢气(H2)浓度的关系。跳跃探测 器130的探测器信号与一氧化碳(CO)和氢气(H2)浓度的函数关系 显然不同于宽带探测器14 0的探测器信号与 一 氧化碳(C O )和氢气(H 2) 浓度的函数关系。这些函数关系例如可以通过特性曲线族的形式存储在 控制装置200里面。也可以近似出一氧化碳(CO)以及氢气(H2)浓 度的探测器信号的函数关系，并且将相应的函数寄存在控制器200里面。 现在，在控制器200中通过反转这些函数确定所找到的一氧化碳(CO) 浓度以及所找到的氢气(H2)浓度，从而由两个探测器信号和其与浓度 的函数关系可以求得浓度。在有利的实施例中可以使两个传感器130、 140以多层陶瓷的形式 集成在唯一的探测器里面。为此宽带探测器是适用的。这个宽带探测器 用于对用于测量泵电池上的电压的装置进行补充。这个电压是外部废气 与调节到Lambda = 1时的废气容积之间的能斯脱电压(Nerstspannung ) 和与泵电流成比例的电压分量之和。根据泵电池的欧姆电阻特性，计算出泵电流中的这个电压分量。通过从总电压中减去这个电压分量得到信 号电压，它除去偏移量具有跳跃探测器的特性。上述计算或者可以在集 成的电路回路中进行，该电路回路实现电子调节电路用于在废气容积调 节Lambda-1,或者上述计算在独立的处理器，例如发动机控制器中实 现。也可以选择在宽带探测器上设置附加的电极，用于测量外部废气与 标准气体之间的能斯脱电压。
权利要求
1.一种用于确定内燃机废气中的气体组分的方法，其特征在于，由设置在废气流中的宽带探测器(140)的信号和设置在废气流中的跳跃探测器(130)的信号推断出废气中单个气体组分的浓度，尤其是至少一种与氧气不同的气体组分的浓度。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述宽带探测器(140) 和跳跃探测器(130)设置在排气歧管的相同位置上，或者相互紧挨着 布置。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，推断出一氧化碳 (CO)和氬气(H2)的浓度。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，由跳跃探测器的信号与 一氧化碳(CO)和氢气(H2)浓度的关系以及由宽带探测器(140)的 信号与一氧化碳(CO)和氬气(H2)浓度的关系推断出一氧化碳(CO) 和氢气(H2)的浓度。
5. —种用于确定内燃机废气中气体组分的装置，其特征在于设置在 废气中的宽带探测器(140)、设置在排气歧管中的跳跃探测器(130) 和电路单元，该电路单元同时检测和分析宽带探测器(140)的信号和 跳跃探测器(130)的信号。
6. 如权利要求5所述的装置，其特征在于，所迷跳跃探测器(130) 和宽带探测器(140)是唯一的多层陶瓷的一部分。
7. 如权利要求5所述的装置，其特征在于，所迷宽带探测器(140) 和跳跃探测器(130)这样设置在排气歧管里面，使得在它们间没有催 化器。
全文摘要
在一种用于确定内燃机废气中的气体组分的方法中，由设置在废气流中的宽带探测器的信号和设置在废气流中的跳跃探测器的信号推断出废气中单个的气体组分的浓度，尤其是至少一种与氧气不同的气体组分的浓度。
文档编号F02D41/14GK101263290SQ200680033484
公开日2008年9月10日 申请日期2006年8月1日 优先权日2005年9月13日
发明者C·翁德, E·施奈贝尔, H·P·盖林, R·霍特泽尔, T·S·奥肯萨勒 申请人:罗伯特·博世有限公司