用于使得设置在内燃机排气道中的二元λ探测器工作的方法和装置制造方法
【专利摘要】一种二元λ探测器，其具有设置在废气侧的第一电极和与基准空气容腔相邻地设置的第二电极。该探测器还配设有在电学方面设置在第一和第二电极之间的电流源。第一和第二电极之间的电势差形成二元λ探测器的测量信号(MS)。在二元λ探测器的测量工作中，电流源在测量工作状态(MBZ)下工作，并提供测量信号(MS)。为了调节基准空气容腔中的预定氧气浓度，使得电流源在再生工作状态(RGBZ)下工作，确切地说，按照对基准空气容腔中的氧气浓度的调节而工作。若满足预定的条件且存在内燃机的惯性运行工作状态，就使得电流源在测量工作状态(MBZ)下工作，并根据二元λ探测器的测量信号(MS)求取用于电流源的再生工作状态(RGBZ)的调节信号(STS)，用以调节基准空气容腔中的预定氧气浓度。
【专利说明】用于使得设置在内燃机排气道中的二元λ探测器工作的 方法和装置
[0001] 本发明涉及用于使得设置在内燃机排气道中的二元λ探测器工作的方法和装 置。
[0002] 在其中设有内燃机的汽车的有害物质排放方面的法律规定日益严格，这要求在内 燃机运行时的有害物质排放保持得尽可能小。其实现方式一方面可以为，减小在内燃机的 相应气缸中的空气/燃油混合物燃烧期间产生的有害物质排放。另一方面为，在内燃机中 使用废气后处理系统，这些系统把在相应气缸中的空气/燃油混合物的燃烧过程期间产生 的有害物质排放物转变成无害物质。为此采用废气催化器，其把一氧化碳、碳氢化合物和氧 化氮转变为无害物质。无论对在燃烧期间产生有害物质排放物予以有针对性的影响，还是 利用废气催化器高效地转变有害物质成分，都以非常精确地调节相应气缸中的空气/燃油 比例为前提。
[0003] 相关地例如采用二元λ探测器。在燃烧之前由空气和燃油的混合物产生的废气 流经二元λ探测器时，如果所述混合物在化学计量混合物周围的很窄的范围内变化，则所 述二元λ探测器的测量信号具有相当大的斜率。而当在燃烧之前由空气和燃油的混合物 产生的废气处于在化学计量混合物周围的窄范围之外，所述测量信号就会具有很平坦的走 势。
[0004] 由DE 10 2006 014 697 Α1已知一种用于汽车的λ探测器，它包括至少一个设置 在固体电解质中的基准电极和遭受废气的废气电极，该废气电极带有多孔的陶瓷层。还设 置有电路设备，通过它可在基准电极与废气电极之间产生流至废气电极的氧气流，氧气流 的大小根据扩散透过多孔层的气体流来调整，从而发生有针对性的λ阶跃偏移。
[0005] 本发明的目的在于，提出一种方法和一种装置，其有助于内燃机可靠地且少排放 地运行。
[0006] 所述目的通过独立权利要求的特征得以实现。本发明的有利改进在从属权利要求 中给出。
[0007] 根据第一方面，本发明的特征在于一种用于使得设置在内燃机的排气道中的二元 入探测器工作的方法和一种对应的装置。该二元λ探测器具有设置在废气侧的第一电极 和与基准空气容腔相邻地设置的第二电极。它还配设有电流源，该电流源在电学方面设置 在第一和第二电极之间。第一和第二电极之间的电势差形成二元λ探测器的测量信号。在 二元λ探测器的测量工作期间，电流源在测量工作状态下工作，并提供测量信号。该测量 信号例如可以在λ控制中使用。
[0008] 为了在二元λ探测器的再生工作中调节基准空气容腔中的预定氧气浓度，使得 电流源在再生工作状态下工作，确切地说，按照对基准空气容腔中的预定氧气浓度的调节 而工作。使得电流源在再生工作状态下工作，由此把氧离子从排气道输送至基准空气容腔， 或者相反，进而相应地影响基准空气容腔中的氧气浓度。
[0009] 若满足预定的条件，就在内燃机的禁止燃油供给的惯性运行工作状态下使得电流 源在测量工作状态下工作，并根据二元λ探测器的测量信号求取用于电流源的再生工作 状态的调节信号，用以调节基准空气容腔中的预定氧气浓度。通过这种方式能简单地利用 如下认识：在内燃机的惯性运行工作状态下，排气道中的氧气浓度大致等于空气的氧气浓 度，确切地说，没有废气的影响。通过这种方式为基准空气容腔中的预定氧气浓度给出了一 个基准，因而可以根据二元λ探测器的测量信号简单地求取用于电流源的再生工作状态 的调节信号，其目的是，调节基准空气容腔中的预定氧气浓度。调节信号例如可以包括通过 电流源注入的电流的流向，和/或通过电流源待注入的电流的用于相应的氧离子输送的持 续时间。
[0010] 预定的条件例如可以分别在经过预定的时段之后得到满足。该条件可以基本上独 立于二元λ探测器的内燃机再生运行的当前存在情况而得到满足。如果该条件也在再生 运行期间得到满足，于是也存在惯性运行的工作状态，则再生工作状态结束，电流源在测量 工作状态下工作，接下来又在再生工作状态下工作，于是这可以相应地多次交替地进行。 [0011] 采用该做法能以简单的方式抑制所谓的探测器污染，这种探测器污染例如会在二 元λ探测器长期地富油工作时产生。此外，通常与外界空气例如通过相应的供应管路连通 的基准容腔也会因以此方式侵入的污物而承受负担，例如因一氧化碳或二氧化碳而承受负 担。
[0012] 因而可以有助于二元λ探测器的可靠工作，进而有助于测量信号在测量工作状 态下非常精确地表示燃烧之前混合物的空气燃油比例，由该比例得出流经二元λ探测器 的废气。
[0013] 电流源尤其是一种可通断的电流源，必要时尤其也可以是一种可调节的电流源。
[0014] 根据第二方面，本发明的特征在于一种用于使得二元λ探测器工作的方法和一 种对应的装置。第二方面与第一方面的区别是，代替电流源而设置有电压源。
[0015] 本发明的实施例将参照附图予以详述。其中：
[0016] 图1示出具有二元λ探测器的内燃机排气道；和
[0017] 图2为废气探测器的工作程序流程图。
[0018] 内燃机具有多个气缸，这些气缸分别配设有至少一个气体进口阀，借助所述气体 进口阀可调节空气供给。相应的气缸还配设有相应的喷射阀，借助所述喷射阀可向相应气 缸的燃烧室供给燃油。内燃机还具有排气道1 (图1)，废气可经由所述排气道从气缸的相应 燃烧室中排出。相关地，内燃机具有相应的气体出口阀，通过所述气体出口阀可控制废气从 燃烧室排放到排气道1中。
[0019] 在排气道1中设置有二元λ探测器3。该二元λ探测器3具有设置在废气侧的 第一电极5和与基准空气容腔9相邻地设置的第二电极7。在第一电极5和第二电极7之 间有个固体电解质11，该固体电解质例如包括二氧化锆。在固体电解质的温度较高时，例如 约650°时，氧离子就会透过固体电解质11扩散，确切地说，根据在排气道1中流动的废气 和位于基准空气容腔9中的气体的相应的局部氧气压力进行扩散。
[0020] 基准空气容腔9与内燃机的外界连通，优选通过供应管路13进行连通，该供应管 路例如可以包括软管和/或也可以内置到二元λ探测器3的电缆引入机构中。供应管路 13经过设计，从而空气能经由它进入到基准空气容腔9中，所述空气尽可能没有由内燃机 区域中的燃油或机油引起的废气或者碳氢化合物以及由内燃机中的燃烧过程引起的废气 的污物。
[0021] 然而，这种污物却有可能并非所愿地进入到基准空气容腔中，例如因供应管路上 的不密封而进入，或者在内燃机很长时间地富油运行时也会进入。这在根本上会导致所谓 的探测器污染，那样一来，基准空气容腔9中的氧气浓度就会特别明显地不同于预定的氧 气浓度。预定的氧气浓度尤其是在内燃机周围的空气中，进而在也被内燃机为了燃烧过程 而吸入的空气中的自然氧气浓度。
[0022] 二元λ探测器3还配设有电流源15,该电流源在电学方面设置在第一和第二电极 5、7之间。电流源15可通断，优选也可调节。其相应的工作通过调节信号STS来控制。
[0023] 此外，在电学方面在第一和第二电极5、7之间设置有测量信号产生器17,该测量 信号产生器量取第一和第二电极5、7之间的电势差，并据此产生二元λ探测器3的测量信 号。
[0024] 还设置有控制装置19,二元λ探测器3的测量信号MS在输入侧被供应给所述控 制装置，但基本上也可以供应配设给内燃机的其它传感器的其它测量信号。控制装置19被 设计用于根据供应给它的测量信号来产生用于内燃机调节器的调节信号，这些调节器例如 可以是喷射阀、节流阀、废气反馈阀等。此外，控制装置19还被设计用来产生用于电流源15 的调节信号STS。
[0025] 控制装置19具有数据和程序存储器，在该数据和程序存储器中存储着用于内燃 机运行的一个或多个程序，这些程序于是可以在内燃机运行期间得到处理。为此，控制装置 19还具有计算单元，该计算单元尤其包括微处理器和/或控制器。另外，控制装置19还具 有一个或多个输出级。
[0026] 为了使得二元λ探测器3工作，在控制装置19的数据和程序存储器中存储着程 序，该程序将在下面参照图2予以详述。
[0027] 该程序以步骤S1开始，因而例如在时间上紧接于内燃机发动机起动。在步骤S1 中例如可以对各种不同的变量进行初始化。
[0028] 在步骤S3中检查内燃机是否处于合适的工作状态，在该工作状态下，对于其它功 能比如λ控制来说，二元λ探测器3的测量信号MS并非强制需要。如果处理步骤S3时 内燃机未处于合适的工作状态或者合适状态之一，就在步骤S5中继续处理。
[0029] 在步骤S5中，二元λ探测器3进行测量工作，在测量工作中，电流源15在测量工 作状态ΜΒΖ下运行，且提供测量信号MS。该测量信号然后例如用于进行λ控制。
[0030] 在测量工作状态ΜΒΖ下特别是将电流源15去激活，这通过相应设计的调节信号 STS来控制。但原则上也可以规定所述电流源为了测量工作状态ΜΒΖ而激活。
[0031] 在步骤S6中检查二元λ探测器是否进行再生。所述再生例如可以在从最近一次 进行再生以来经过预定的时段之后进行，和/或根据所识别到的二元λ探测器3的探测器 污染进行，和/或根据从最近一次进行再生以来所经过的预定的行驶路段进行。
[0032] 替代地或附加地，在二元λ探测器所提供的测量信号表明贫油运行时，若-必要 时考虑到气体行进时间-希望内燃机富油运行，则也可以进行再生。替代地或附加地，在第 一和第二电极5、7之间的电势差为负时，若-必要时考虑到气体行进时间-希望内燃机富 油运行，则也可以进行再生。
[0033] 如果在步骤S6中识别到未进行再生，则在步骤S5中继续处理。
[0034] 否则就在步骤S7中检查预定的条件是否得到满足及内燃机是否存在惯性运行的 工作状态，在这种惯性运行中，禁止向相应气缸的燃烧室供应燃油，因而在排气道中并无废 气，而是有来自内燃机外界的空气。
[0035] 预定的条件例如可以在进行再生期间经过预定的另一时段之后得到满足。如果预 定的条件得到满足且在步骤S7中存在惯性运行的工作状态，则在步骤S9中继续处理，在该 步骤中，电流源在测量工作状态MBZ下工作，并根据二元λ探测器3的测量信号MS求取用 于电流源再生工作状态的调节信号STS，用来调节基准空气容腔9中的氧气浓度。
[0036] 相关地利用了如下认识：在惯性运行期间，排气道中的气体混合物的氧气浓度基 本上等于内燃机外界空气的氧气浓度。因此在这种情况下，排气道1中的气体混合物通过 这种方式形成了用于调节基准空气容腔9中的预定氧气浓度的基准，因而适宜用来在电流 源的再生工作状态下求取用于该电流源的调节信号STS。相关地例如可以求取用于再生工 作状态的预定的电流强度，和/或也求取在再生工作状态RGBZ下流经电流源15的相应强 度的电流的注入持续时间。
[0037] 如果步骤S7的预定条件未满足，且必要时根据内燃机是否处于其惯性运行的工 作状态，则在步骤SI 1中继续处理，在该步骤中，为了调节基准空气容腔9中的预定氧气浓 度，使得电流源15在再生工作状态RGBZ下工作，确切地说，按照对基准空气容腔中的预定 氧气浓度的调节进行工作，其中调节信号STS根据在步骤S9中求取的调节信号来调节。如 果从相应地识别到进行再生起尚未处理步骤S9,则调节信号STS可以首先具有另一预定值 和/或走势。在处理步骤S11之后，重新在步骤S3中继续处理。
[0038] 最晚在相应的步骤S5、S9或S11中停留可预定的时段之后，重新在步骤S3中继续 处理。
[0039] 例如可以当在步骤S9中确定出达到或者大约达到基准空气容腔9内的预定氧气 浓度时结束进行再生。
[0040] 电流源以及测量信号产生器也可以相互独立地基本上设置在二元λ探测器之 夕卜，因而比如设置在控制装置19中。但它们也可以各自地构造有或者两个都在一个结构单 元中构造有二元λ探测器。
[0041] 测量工作状态ΜΒΖ不同于再生工作状态RGBZ，确切地说，其区别尤其在于，电流源 在测量工作状态ΜΒΖ下被去激活，或者采用与在再生工作状态RGBZ下不同的方式被激活， 而电流源在再生工作状态RGBZ下被激活。
[0042] 替代地，也可以代替电流源15而设置有电压源，电压源于是具有适当地电串联的 电阻。用于根据电压源的工作状态注入相应的电流。否则电压源就相应地与针对电流源所 述的做法类似地进行工作。
【权利要求】
1. 一种用于使得设置在内燃机的排气道（1)中的二元λ探测器（3)工作的方法，该二 元λ探测器具有设置在废气侧的第一电极（5)和与基准空气容腔（9)相邻地设置的第二 电极（7)及在电学方面设置在第一和第二电极（5、7)之间的电流源（15)，其中，第一和第二 电极（5、7)之间的电势差形成二元λ探测器⑶的测量信号（MS)，其中： -在二元λ探测器（3)的测量工作中，使得电流源（15)在测量工作状态（MBZ)下工 作，并提供测量信号（MS); -为了调节基准空气容腔（9)中的预定氧气浓度，使得电流源（15)在再生工作状态 (RGBZ)下工作，确切地说，按照对基准空气容腔（9)中的预定氧气浓度的调节而工作； -若满足预定的条件，就在内燃机的禁止燃油供给的惯性运行工作状态下使得电流源 (15)在测量工作状态（MBZ)下工作，并根据二元λ探测器（3)的测量信号求取用于电流源 (15)的再生工作状态（RGBZ)的调节信号（STS)，用以调节基准空气容腔（9)中的预定氧气 浓度。
2. -种用于使得设置在内燃机的排气道（1)中的二元λ探测器（3)工作的方法，该二 元λ探测器具有设置在废气侧的第一电极（5)和与基准空气容腔（9)相邻地设置的第二 电极（7)及在电学方面设置在第一和第二电极（5、7)之间的电压源（15)，其中，第一和第二 电极（5、7)之间的电势差形成二元λ探测器⑶的测量信号（MS)，其中： -在二元λ探测器（3)的测量工作中，使得电压源（15)在测量工作状态（MBZ)下工 作，并提供测量信号（MS); -为了调节基准空气容腔（9)中的预定氧气浓度，使得电压源（15)在再生工作状态 (RGBZ)下工作，确切地说，按照对基准空气容腔（9)中的预定氧气浓度的调节而工作； -若满足预定的条件，就在内燃机的禁止燃油供给的惯性运行工作状态下使得电压源 (15)在测量工作状态（MBZ)下工作，并根据二元λ探测器（3)的测量信号求取用于电压源 (15)的再生工作状态（RGBZ)的调节信号（STS)，用以调节基准空气容腔（9)中的预定氧气 浓度。
3. -种用于使得设置在内燃机的排气道（1)中的二元λ探测器（3)工作的装置，该 二元λ探测器具有设置在废气侧的第一电极（5)和与基准空气容腔（9)相邻地设置的第 二电极（7)及在电学方面设置在第一和第二电极（5、7)之间的电流源（15)，其中，第一和第 二电极（5、7)之间的电势差形成二元λ探测器（3)的测量信号（MS)，其中该装置被设计用 于： -在二元λ探测器（3)的测量工作中，使得电流源（15)在测量工作状态（MBZ)下工 作，并提供测量信号（MS); -为了调节基准空气容腔（9)中的预定氧气浓度，使得电流源（15)在再生工作状态 (RGBZ)下工作，确切地说，按照对基准空气容腔（9)中的预定氧气浓度的调节而工作； -若满足预定的条件，就在内燃机的禁止燃油供给的惯性运行工作状态下使得电流 源（15)在测量工作状态（MBZ)下工作，并根据二元λ探测器的测量信号求取用于电流源 (15)的再生工作状态（RGBZ)的调节信号（STS)，用以调节基准空气容腔（9)中的预定氧气 浓度。
4. 一种用于使得设置在内燃机的排气道（1)中的二元λ探测器（3)工作的装置，该 二元λ探测器具有设置在废气侧的第一电极（5)和与基准空气容腔（9)相邻地设置的第 二电极（7)及在电学方面设置在第一和第二电极（5、7)之间的电压源（15)，其中，第一和第 二电极（5、7)之间的电势差形成二元λ探测器（3)的测量信号（MS)，其中该装置被设计用 于： -在二元λ探测器（3)的测量工作中，使得电压源（15)在测量工作状态（MBZ)下工 作，并提供测量信号（MS); -为了调节基准空气容腔（9)中的预定氧气浓度，使得电压源（15)在再生工作状态 (RGBZ)下工作，确切地说，按照对基准空气容腔（9)中的预定氧气浓度的调节而工作； -若满足预定的条件，就在内燃机的禁止燃油供给的惯性运行工作状态下使得电压 源（15)在测量工作状态（MBZ)下工作，并根据二元λ探测器的测量信号求取用于电压源 (15)的再生工作状态（RGBZ)的调节信号（STS)，用以调节基准空气容腔（9)中的预定氧气 浓度。
【文档编号】G01N27/417GK104105860SQ201280059012
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2012年11月27日 优先权日:2011年11月29日
【发明者】S·施莱格尔, J·帕格尔 申请人:大陆汽车有限公司