專利名稱：用于確定內(nèi)燃機廢氣中的氣體組分的方法和裝置的制作方法
用于確定內(nèi)燃機廢氣中的氣體組分的方法和裝置現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明涉及一種如獨立權(quán)利要求前序部分所述的用于確定內(nèi)燃機 廢氣中的氣體組分的方法和裝置。內(nèi)燃機通過空氣燃料混合物在化學(xué)計算平衡狀態(tài)附近運行，例如汽車中 的奧托發(fā)動機。這種具有尤其是在歐洲和美國滿足目前排氣要求的內(nèi)燃 機的汽車具有排氣管路，它具有至少一個催化器和兩個或多個廢氣探測 器用于確定空氣燃料比例，或者與這個空氣燃料比例對應(yīng)的空氣系數(shù)Lambda。在典型的結(jié)構(gòu)中直接在廢氣彎管下游設(shè)置第一廢氣探測器，它 稱為"調(diào)節(jié)探測器"，在流動方向上在這個探測器后面設(shè)置(三元)催化 器并且在催化器下游設(shè)置另 一廢氣探測器，它稱為"導(dǎo)引探測器 (Fuehnmgssonde )，，。在調(diào)節(jié)探測器上建立有用于補償混合物成分的大預(yù)控誤差的快速 Lambda調(diào)節(jié)裝置。導(dǎo)引探測器用于重疊的第二調(diào)節(jié)回路，稱為控制調(diào) 節(jié)裝置，它用于補償調(diào)節(jié)探測器的控制以及基于減少排放地優(yōu)化混合物 組成。已知多種形式的廢氣探測器。例如在Vieweg出版社的專業(yè)書籍 "BOSCH Kraftfahrtechnisches Taschenbuch (博世汽車技術(shù)手冊)"2003 年第25版第133、 134頁中描述了這種廢氣探測器。在那里描述的 Lambda探測器提供用于在燃燒過程廢氣中的空氣系數(shù)Lambda的數(shù)據(jù)。 所述Lambda探測器的工作原理涉及具有固體電解質(zhì)的電氧濃差電池。 表面配有由透氣的柏層制成的電極。通過鉑層的催化活化使廢氣通過再 而燃燒置于平衡，由此調(diào)節(jié)氧氣局部壓力平衡。目前基本使用兩種類型的廢氣探測器，即跳躍探測器(Sprung-sonde)和寬帶探測器(Breitbandsonde)。跳躍探測器是氧氣濃度傳感 器并且按照能斯脫原理(Nernst-Prinzip)工作。在此測量電解質(zhì)上的電 位差，電解質(zhì)在一面處于廢氣下，而在另一面處于標(biāo)準(zhǔn)氣體(空氣)下。 為此在兩面上將電極涂覆到電解質(zhì)上。電位差以探測器信號輸出。探測器特性曲線，即探測器信號在空氣系數(shù)Lambda上的曲線在Lambda- 1 時明顯下降。因此這種探測器也稱為跳躍探測器。寬帶探測器具有多層陶資(Mehrschichtkeramik)。它主要由能斯脫 探測器的組合而組成，即由起到電池作用的濃度探測器、以及極限電流 電池或泵電池組成。通過能斯脫電池，也稱為傳感電池，如同Lambda 探測器一樣測量廢氣與標(biāo)準(zhǔn)氣體之間的電位差。從外部給在原理上與公 知的濃差電池一樣的泵電池施加電壓。這個電壓產(chǎn)生稱為泵電流的電 流，通過它取決于極性輸送氧離子。電子調(diào)節(jié)電路的作用是，泵電池總 是將正好這樣多的氧氣輸送到與傳感電池接觸的廢氣容積或者從廢氣 容積排出，使得在廢氣容積中產(chǎn)生Lambda-1的狀態(tài)，其中在貧油范圍 中，即在空氣過剩時泵出氧氣，而在富油狀態(tài)中，即在燃料過剩時輸送 氧氣。通過調(diào)節(jié)電路設(shè)定的泵電流取決于廢氣中的空氣系數(shù)Lambda。 它形成寬帶探測器的輸出信號。由Vieweg出版社的專業(yè)書籍"BOSCH Kraftfahrtechnisches Taschenbuch (博世汽車技術(shù)手冊)"2003年第25版 第133、 134頁給出跳躍探測器以及寬帶探測器和其傳感器信號的建立， i青參閱該文獻。或者使用跳躍探測器或者使用寬帶探測器作為調(diào)節(jié)探測器。作為導(dǎo) 引探測器通常使用跳躍探測器。兩種探測器類型的信號盡管首先取決于廢氣的Lambda值，但是對 于相同的Lambda也受到不同廢氣組成的影響，其中這種影響對于兩種 探測器類型是不同的。這種影響以所謂的相對于特定廢氣組分的橫向敏 感性為基礎(chǔ)。因此尤其在富油狀態(tài)起到影響 一氧化碳(CO )與氫氣(H2) 之間的比例的作用。這個比例在未處理廢氣中在很大程度上保持恒定。 但是在催化器下游這個比例可以根據(jù)催化器覆層、催化器老化程度和運 行點改變。這導(dǎo)致不利地影響Lambda探測器信號。因此本發(fā)明的目的是，給出一種用于確定內(nèi)燃機廢氣中氣體組分的 方法和裝置，它們不僅檢測空氣系數(shù)Lambda,而且也可以確定一氧化 碳(CO)濃度和氫氣(H2)濃度。本發(fā)明的優(yōu)點這個目的通過獨立權(quán)利要求的特征得以實現(xiàn)。有利的變型方案和改 進方案是基于獨立權(quán)利要求的從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。本發(fā)明利用兩種探測器類型的不同橫向敏感性，由此在催化器下游的廢氣中不僅測量出空氣系數(shù)Lambda,而且測量氧氣(02)、 一氧化 碳(CO)和氫氣(H2)的特有濃度。為此，由設(shè)置在催化器下游的廢 氣中的跳躍探測器的信號和緊挨著跳躍探測器設(shè)置在廢氣中的寬帶探 測器的同時檢測到的信號來推斷出廢氣的單個氣體組分的濃度。為此優(yōu)選根據(jù)跳躍探測器的信號與一氧化碳(CO)濃度和氫氣(H2) 濃度的關(guān)系，并且根據(jù)寬帶探測器的信號與一氧化碳(CO)濃度和氫氣 (H2)濃度的關(guān)系推斷出一氧化碳(CO)和氫氣(H2)濃度。該濃度 可以用于多種目的。 一方面其有利地用于補償所述的橫向敏感性并由此 用于準(zhǔn)確地確定空氣系數(shù)Lambda。由此能夠改善控制調(diào)節(jié)。由單個氣 體組分的濃度還可以確定催化器的老化狀態(tài)，尤其是用于實現(xiàn)車載診 斷。氣體組分的濃度優(yōu)選也有利地用于以公知的模型支持的混合氣調(diào)節(jié) 來修正催化器模型。附圖本發(fā)明的其它優(yōu)點和特征是下面的本發(fā)明實施例描述和附圖的內(nèi) 容。附圖中

圖1示出按照本發(fā)明的用于確定內(nèi)燃機廢氣中的氣體組分的裝置， 圖2a示出跳躍探測器與CO和H2濃度的關(guān)系， 圖2b示出寬帶探測器與CO和H2濃度的關(guān)系。實施例的說明在內(nèi)燃機100的排氣管路105中直接在(未示出的)廢氣彎管下 游設(shè)置第一廢氣探測器110,其輸出信號輸送到控制裝置200。這個廢 氣探測器110用作所謂的調(diào)節(jié)探測器。以其信號為基礎(chǔ)進行快速Lambda 調(diào)節(jié)，用于補償混合物成分中的大的預(yù)控誤差。接著調(diào)節(jié)探測器IIO是三元催化器120。在催化器120下游還具有 另一跳躍探測器130以及寬帶探測器140，該寬帶探測器140直接靠近 上述另一跳躍探測器130設(shè)置在廢氣里面。上述另一跳躍探測器130和 寬帶探測器140的輸出信號同樣輸送到控制裝置200。在催化器12下游對于富油運行實際上只產(chǎn)生還原的廢氣組成成分， 對于貧油運行實際上只產(chǎn)生氧化的廢氣組成成分， 一方面產(chǎn)生氧氣(02)(還原的廢氣組成成分)，另一方面產(chǎn)生一氧化碳(CO)和氫氣(H2) (氧化的廢氣組成成分)。換言之不同時在廢氣中產(chǎn)生還原的和氧化的 氣體組分。因此在貧油范圍中寬帶探測器140的信號可以用于確定氧氣 (02)濃度并且通過這種方式確定空氣系數(shù)Lambda。而在富油范圍中必須同時確定一氧化碳(CO)和氫氣(H2)濃度。 為此使用在圖2a、 2b中示出的跳躍探測器130和寬帶探測器140的探 測器信號與一氧化碳(CO)濃度和氫氣(H2)濃度的關(guān)系。跳躍探測 器130的探測器信號與一氧化碳(CO)和氫氣(H2)濃度的函數(shù)關(guān)系 顯然不同于寬帶探測器14 0的探測器信號與 一 氧化碳(C O )和氫氣(H 2) 濃度的函數(shù)關(guān)系。這些函數(shù)關(guān)系例如可以通過特性曲線族的形式存儲在 控制裝置200里面。也可以近似出一氧化碳(CO)以及氫氣(H2)濃 度的探測器信號的函數(shù)關(guān)系，并且將相應(yīng)的函數(shù)寄存在控制器200里面。 現(xiàn)在，在控制器200中通過反轉(zhuǎn)這些函數(shù)確定所找到的一氧化碳(CO) 濃度以及所找到的氫氣(H2)濃度，從而由兩個探測器信號和其與濃度 的函數(shù)關(guān)系可以求得濃度。在有利的實施例中可以使兩個傳感器130、 140以多層陶瓷的形式 集成在唯一的探測器里面。為此寬帶探測器是適用的。這個寬帶探測器 用于對用于測量泵電池上的電壓的裝置進行補充。這個電壓是外部廢氣 與調(diào)節(jié)到Lambda = 1時的廢氣容積之間的能斯脫電壓(Nerstspannung ) 和與泵電流成比例的電壓分量之和。根據(jù)泵電池的歐姆電阻特性，計算出泵電流中的這個電壓分量。通過從總電壓中減去這個電壓分量得到信 號電壓，它除去偏移量具有跳躍探測器的特性。上述計算或者可以在集 成的電路回路中進行，該電路回路實現(xiàn)電子調(diào)節(jié)電路用于在廢氣容積調(diào) 節(jié)Lambda-1,或者上述計算在獨立的處理器，例如發(fā)動機控制器中實 現(xiàn)。也可以選擇在寬帶探測器上設(shè)置附加的電極，用于測量外部廢氣與 標(biāo)準(zhǔn)氣體之間的能斯脫電壓。
權(quán)利要求
1.一種用于確定內(nèi)燃機廢氣中的氣體組分的方法，其特征在于，由設(shè)置在廢氣流中的寬帶探測器(140)的信號和設(shè)置在廢氣流中的跳躍探測器(130)的信號推斷出廢氣中單個氣體組分的濃度，尤其是至少一種與氧氣不同的氣體組分的濃度。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述寬帶探測器(140) 和跳躍探測器(130)設(shè)置在排氣歧管的相同位置上，或者相互緊挨著 布置。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，推斷出一氧化碳 (CO)和氬氣(H2)的濃度。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，由跳躍探測器的信號與 一氧化碳(CO)和氫氣(H2)濃度的關(guān)系以及由寬帶探測器(140)的 信號與一氧化碳(CO)和氬氣(H2)濃度的關(guān)系推斷出一氧化碳(CO) 和氫氣(H2)的濃度。
5. —種用于確定內(nèi)燃機廢氣中氣體組分的裝置，其特征在于設(shè)置在 廢氣中的寬帶探測器(140)、設(shè)置在排氣歧管中的跳躍探測器(130) 和電路單元，該電路單元同時檢測和分析寬帶探測器(140)的信號和 跳躍探測器(130)的信號。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所迷跳躍探測器(130) 和寬帶探測器(140)是唯一的多層陶瓷的一部分。
7. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所迷寬帶探測器(140) 和跳躍探測器(130)這樣設(shè)置在排氣歧管里面，使得在它們間沒有催 化器。
全文摘要
在一種用于確定內(nèi)燃機廢氣中的氣體組分的方法中，由設(shè)置在廢氣流中的寬帶探測器的信號和設(shè)置在廢氣流中的跳躍探測器的信號推斷出廢氣中單個的氣體組分的濃度，尤其是至少一種與氧氣不同的氣體組分的濃度。
文檔編號F02D41/14GK101263290SQ200680033484
公開日2008年9月10日 申請日期2006年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月13日
發(fā)明者C·翁德, E·施奈貝爾, H·P·蓋林, R·霍特澤爾, T·S·奧肯薩勒 申請人:羅伯特·博世有限公司