用于在内燃发动机或这种发动机的排气后处理系统中的传感器的氧泵电池的改进的控制方法和设备技术方案

描述了一种用于控制在内燃发动机或这种发动机的排气后处理系统中的传感器的氧泵电池的方法，其包括在从发动机操作数据计算的排气成分的特性的基础上向泵电池中的电流的反馈控制添加估计预期氧泵电流的另一前馈控制路径的步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于在内燃发动机或这种发动机的排气后处理系统中的传感器的氧泵电池的改进的控制方法和设备。现有技术的描述必须遵守电流和将来的排放法规的内燃发动机利用后处理系统和/或排气再循环(EGR)系统，以便将NOx排放减小到法律所強制的限制以下。这两种类型的系统都依靠固态氧、NOx和\ (lambda)传感器。这些传感器包含电化学泵，其中氧离子穿过固态电解质电池被抽吸。如图I中所示，\传感器包含具有空气的參考空腔I和具有排气的测量空腔2。排气穿过扩散势垒3进入测量空腔。使用固态电解质的泵电池4存出于空腔2和排气侧之间。通过泵电池4，氧气从电池被电化学地抽出，或者抽吸到用于汽油系统的电池中。电位入传感器电池5存出在于參考空腔I和測量空腔2之间。等价于氧离子流的泵电池4的泵电流被控制，使得从电位\传感器电池5获得的、在參考空腔和測量空腔之间的电化学电势6被保持在恒定水平。通常，这个水平对应于測量空腔中接近于零的氧气浓度。泵电池的泵电流与排气中的氧气浓度強烈地相关。因此，氧气浓度可从泵电流中获得。如图2中所示，氧传感器的结构类似于图I的 ' 传感器的结构。氧传感器不保持在測量空腔(2)和參考空腔(I)之间的恒定的电化学电势6，而相反，电化学电势6使用在泵电池4中的恒定的泵电流在两个界限分明的水平之间斜升和斜降。氧气浓度可然后从两个电势水平之间的升降时间中获得。如图3中所示，NOx传感器显示了具有空气的參考空腔1，以及具有相关的电化学泵的至少两个连续的測量空腔。排气穿过扩散势垒9进入第一測量空腔8。第一測量空腔的第一泵电池10展示对氧气的选择性，使得NOx不被影响。使用此泵，氧气几乎全部从第一空腔8中的气体中去除。包含小量氧气和NOx的剩余气体穿过第二扩散势垒12进入第ニ测量空腔11。第二泵电池13被设计成使得泵电流与来自该气体和离解的NOx的氧离子流相关。因此，第二电池13的泵电流与NOx浓度強烈地关联，并因而可用于其測定。以上所述的所有传感原理依赖于稳定的泵电流反馈控制回路。在发动机的瞬时操作期间，氧气含量可能非常强烈且迅速地变化，这导致控制回路中的严重的干扰及随其的不稳定的传感器信号。通常，在瞬时操作期间，传感器信号不是可靠的，尤其是在柴油机环境下，其中氧气浓度的预期变化非常明显。在通常以恒定的空气/燃料比操作的汽油和天 然气发动机中，这样的变化仅仅在燃料切断阶段期间发生。因此在已知传感器中，在瞬时阶段期间减小的可靠性使得非线性过滤技术是必要的，然而这可能明显地减慢并且也干扰传感器的响应，并因而干扰发动机中的反馈控制回路的带宽。专利技术概述因此，本专利技术的主要目的是提供一种用于在内燃发动机或这种发动机的排气后处理系统中的传感器的氧泵电池的改进的控制方法和设备。本专利技术的基本构想是使用发动机的过程数据通过前馈路径改进固态电解质传感器设备中的氧泵电流的控制器。优选地，将使用空气/燃料比、氧气浓度、NOx浓度或者从发动机操作数据计算的排气的其他特征来估计预期氧泵电流。优选地，将使用特征化排气状态的物理量例如温度、压力、湿度、发动机速度、燃料量、压カ脉动来预料并补偿预期氧泵电流的可能扰动和偏差。这些以及另外的目的通过如所附权利要求中所述的用于在内燃发动机或这种发动机的排气后处理系统中的传感器的氧泵电池的改进的控制方法和设备来实现，其中所附权利要求形成本描述的整体部分。附图简述 本专利技术从仅作为示例性而非限制性的例子给出的、參考附图被阅读的以下详细描述中变得完全清楚，在附图中图I显示已知类型的入传感器的示意图；图2显示已知类型的氧传感器的示意图；图3显示已知类型的NOx传感器的示意图；图4显示根据本专利技术的包括额外的前馈路径的泵电流控制器的示意图；图5显示电位\传感器的输出电压与\值的关系曲线的可能趋势；图6显示根据本专利技术的额外的前馈路径的更详细的示意图。附图中相同的參考数字和字母表示相同或在功能上等效的部件。优选实施方式详述根据本专利技术，发动机操作数据被使用，以便提高氧泵控制器的性能。这允许传感器响应的明显加速，其又増加在瞬时阶段期间的传感器精度，并从而允许控制回路带宽的扩展。对于一般发动机管理和后处理系统来说，近似的氧气部分压カ和/或空气/燃料比(入)是关键的量。因此，此信息在发动机控制单元中总是有用的。因为这些量可从喷射的燃料和汽缸中的氧气的流量直接计算，它在影响安装在发动机汽缸出口下游的传感器之前总是可用的。因此，该信息可用于借助于前馈控制器来预先调节氧泵电流。使用这样的装置，反馈控制器仅需要使局部的扰动呈平稳状态。这又允许简单过滤算法的使用和随其的控制回路带宽的明显扩展。參照图4，已知的泵电流控制器包括通过加法器42确定电压41，该电压41由电位电池(附图说明图1、2、3中的5)的输出电压和从电压设定点起的基准电压43之间的差给出。后者以本质上已知的方式确定。例如,在lambda (入)和NOx传感器中，此电压通常在450mV左右，其相应于化学计量，即，过剩的氧气和过剩的还原剂(C0、H2、HC等)都不存在的情形。參照图5,显不了 lambda (A)(空气/燃料比)与电位X传感器中的输出电压的关系曲线的一般趋势在中心点我们有(450mV)，入=I (化学计量，其中仅N2、H20、C02等存在);对于入〈I (过量的H2、C0、HC等)，输出电压增加；对于入>1 (过量的02、N0x等)，输出电压降低。 电压41被带到泵电流控制器44的输入，成为泵电池(图I、2中的4和图3中的13)中的电流。泵电流控制器44的构成是已知的。在已知的控制器中，电流控制器44的输出是提供给泵电池的唯一贡献。也如以上所述的，在泵电池(图1、2、3中的4、13)的输出处的电流在已知类型的测量块45中被測量，该测量块45在泵电池上施加的电压的输出处给出。根据本专利技术，来自交通工具的电子控制単元的估计參数\ 46被带到泵电流估计器47的输入，除了泵电流控制器44的输出以外，泵电流估计器47的输出也用作前馈控制，有助于期望电流和因此泵电池中的电压的确定。參照图6，參数入46在块61中以已知的方式例如从进入汽缸的新鲜空气质量的输入测量值、注射的燃料质量和汽缸出口处的再循环排气的质量来估计。泵电流估计器47包括块62，其基于输入数据，即空气/燃料比的估计參数入46以及还有气体质量流的其他输入测量值例如氧气和NOx浓度、管道容积、气压、气体温度、湿度、发动机速度、燃料量、压カ脉动来估计从汽缸到传感器的输送时间延迟。可例如从汽缸出口和传感器位置之间的容积中的气体质量并从气体质量流通过使前面的量除以后面的量来获得时间延迟。使用公知的气体方程，所存储的气体质量又可从压力、温度和管道容积来计算。除了在泵电流估计器47中以外，还存在\參数和所测量的气体中的氧气浓度之间(块63)以及氧气浓度和泵电流之间(块64)的关系的可用表格。这些关系被预加载并依赖于特定的系统设置，即都在发动机和所使用的传感器上。这些表格的例子可在第7版的博世(Bosch)汽车手册(ISBN978-0-470-51936-3)中找到。考虑估计的输送时间延迟，两条曲线在输出48处给出在块63和64中的相关參数的预期值，并最后给出该时刻的泵电流，在该时刻预期稳定地保持电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：西奥菲尔·奥肯萨勒，
申请(专利权)人：依维柯发动机研究公司，
类型：发明
国别省市：