專利名稱：用于在內燃發(fā)動機或這種發(fā)動機的排氣后處理系統(tǒng)中的傳感器的氧泵電池的改進的控制 ...的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于在內燃發(fā)動機或這種發(fā)動機的排氣后處理系統(tǒng)中的傳感器的氧泵電池的改進的控制方法和設備?，F(xiàn)有技術的描述必須遵守電流和將來的排放法規(guī)的內燃發(fā)動機利用后處理系統(tǒng)和/或排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)，以便將NOx排放減小到法律所強制的限制以下。這兩種類型的系統(tǒng)都依靠固態(tài)氧、NOx和\ (lambda)傳感器。這些傳感器包含電化學泵，其中氧離子穿過固態(tài)電解質電池被抽吸。如圖I中所示，\傳感器包含具有空氣的參考空腔I和具有排氣的測量空腔2。排氣穿過擴散勢壘3進入測量空腔。使用固態(tài)電解質的泵電池4存出于空腔2和排氣側之間。通過泵電池4，氧氣從電池被電化學地抽出，或者抽吸到用于汽油系統(tǒng)的電池中。電位入傳感器電池5存出在于參考空腔I和測量空腔2之間。等價于氧離子流的泵電池4的泵電流被控制，使得從電位\傳感器電池5獲得的、在參考空腔和測量空腔之間的電化學電勢6被保持在恒定水平。通常，這個水平對應于測量空腔中接近于零的氧氣濃度。泵電池的泵電流與排氣中的氧氣濃度強烈地相關。因此，氧氣濃度可從泵電流中獲得。如圖2中所示，氧傳感器的結構類似于圖I的 ' 傳感器的結構。氧傳感器不保持在測量空腔(2)和參考空腔(I)之間的恒定的電化學電勢6，而相反，電化學電勢6使用在泵電池4中的恒定的泵電流在兩個界限分明的水平之間斜升和斜降。氧氣濃度可然后從兩個電勢水平之間的升降時間中獲得。如圖3中所示，NOx傳感器顯示了具有空氣的參考空腔1，以及具有相關的電化學泵的至少兩個連續(xù)的測量空腔。排氣穿過擴散勢壘9進入第一測量空腔8。第一測量空腔的第一泵電池10展示對氧氣的選擇性，使得NOx不被影響。使用此泵，氧氣幾乎全部從第一空腔8中的氣體中去除。包含小量氧氣和NOx的剩余氣體穿過第二擴散勢壘12進入第ニ測量空腔11。第二泵電池13被設計成使得泵電流與來自該氣體和離解的NOx的氧離子流相關。因此，第二電池13的泵電流與NOx濃度強烈地關聯(lián)，并因而可用于其測定。以上所述的所有傳感原理依賴于穩(wěn)定的泵電流反饋控制回路。在發(fā)動機的瞬時操作期間，氧氣含量可能非常強烈且迅速地變化，這導致控制回路中的嚴重的干擾及隨其的不穩(wěn)定的傳感器信號。通常，在瞬時操作期間，傳感器信號不是可靠的，尤其是在柴油機環(huán)境下，其中氧氣濃度的預期變化非常明顯。在通常以恒定的空氣/燃料比操作的汽油和天 然氣發(fā)動機中，這樣的變化僅僅在燃料切斷階段期間發(fā)生。因此在已知傳感器中，在瞬時階段期間減小的可靠性使得非線性過濾技術是必要的，然而這可能明顯地減慢并且也干擾傳感器的響應，并因而干擾發(fā)動機中的反饋控制回路的帶寬。發(fā)明概述
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種用于在內燃發(fā)動機或這種發(fā)動機的排氣后處理系統(tǒng)中的傳感器的氧泵電池的改進的控制方法和設備。本發(fā)明的基本構想是使用發(fā)動機的過程數(shù)據(jù)通過前饋路徑改進固態(tài)電解質傳感器設備中的氧泵電流的控制器。優(yōu)選地，將使用空氣/燃料比、氧氣濃度、NOx濃度或者從發(fā)動機操作數(shù)據(jù)計算的排氣的其他特征來估計預期氧泵電流。優(yōu)選地，將使用特征化排氣狀態(tài)的物理量例如溫度、壓力、濕度、發(fā)動機速度、燃料量、壓カ脈動來預料并補償預期氧泵電流的可能擾動和偏差。這些以及另外的目的通過如所附權利要求中所述的用于在內燃發(fā)動機或這種發(fā)動機的排氣后處理系統(tǒng)中的傳感器的氧泵電池的改進的控制方法和設備來實現(xiàn)，其中所附權利要求形成本描述的整體部分。附圖簡述 本發(fā)明從僅作為示例性而非限制性的例子給出的、參考附圖被閱讀的以下詳細描述中變得完全清楚，在附圖中圖I顯示已知類型的入傳感器的示意圖；圖2顯示已知類型的氧傳感器的示意圖；圖3顯示已知類型的NOx傳感器的示意圖；圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的包括額外的前饋路徑的泵電流控制器的示意圖；圖5顯示電位\傳感器的輸出電壓與\值的關系曲線的可能趨勢；圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的額外的前饋路徑的更詳細的示意圖。附圖中相同的參考數(shù)字和字母表示相同或在功能上等效的部件。優(yōu)選實施方式詳述根據(jù)本發(fā)明，發(fā)動機操作數(shù)據(jù)被使用，以便提高氧泵控制器的性能。這允許傳感器響應的明顯加速，其又増加在瞬時階段期間的傳感器精度，并從而允許控制回路帶寬的擴展。對于一般發(fā)動機管理和后處理系統(tǒng)來說，近似的氧氣部分壓カ和/或空氣/燃料比(入)是關鍵的量。因此，此信息在發(fā)動機控制單元中總是有用的。因為這些量可從噴射的燃料和汽缸中的氧氣的流量直接計算，它在影響安裝在發(fā)動機汽缸出口下游的傳感器之前總是可用的。因此，該信息可用于借助于前饋控制器來預先調節(jié)氧泵電流。使用這樣的裝置，反饋控制器僅需要使局部的擾動呈平穩(wěn)狀態(tài)。這又允許簡單過濾算法的使用和隨其的控制回路帶寬的明顯擴展。參照圖4，已知的泵電流控制器包括通過加法器42確定電壓41，該電壓41由電位電池(

圖1、2、3中的5)的輸出電壓和從電壓設定點起的基準電壓43之間的差給出。后者以本質上已知的方式確定。例如,在lambda (入)和NOx傳感器中，此電壓通常在450mV左右，其相應于化學計量，即，過剩的氧氣和過剩的還原劑(C0、H2、HC等)都不存在的情形。參照圖5,顯不了 lambda (A)(空氣/燃料比)與電位X傳感器中的輸出電壓的關系曲線的一般趨勢在中心點我們有(450mV)，入=I (化學計量，其中僅N2、H20、C02等存在);對于入〈I (過量的H2、C0、HC等)，輸出電壓增加；對于入>1 (過量的02、N0x等)，輸出電壓降低。
電壓41被帶到泵電流控制器44的輸入，成為泵電池(圖I、2中的4和圖3中的13)中的電流。泵電流控制器44的構成是已知的。在已知的控制器中，電流控制器44的輸出是提供給泵電池的唯一貢獻。也如以上所述的，在泵電池(圖1、2、3中的4、13)的輸出處的電流在已知類型的測量塊45中被測量，該測量塊45在泵電池上施加的電壓的輸出處給出。根據(jù)本發(fā)明，來自交通工具的電子控制単元的估計參數(shù)\ 46被帶到泵電流估計器47的輸入，除了泵電流控制器44的輸出以外，泵電流估計器47的輸出也用作前饋控制，有助于期望電流和因此泵電池中的電壓的確定。參照圖6，參數(shù)入46在塊61中以已知的方式例如從進入汽缸的新鮮空氣質量的輸入測量值、注射的燃料質量和汽缸出口處的再循環(huán)排氣的質量來估計。泵電流估計器47包括塊62，其基于輸入數(shù)據(jù)，即空氣/燃料比的估計參數(shù)入46以及還有氣體質量流的其他輸入測量值例如氧氣和NOx濃度、管道容積、氣壓、氣體溫度、濕度、發(fā)動機速度、燃料量、壓カ脈動來估計從汽缸到傳感器的輸送時間延遲?？衫鐝钠壮隹诤蛡鞲衅魑恢弥g的容積中的氣體質量并從氣體質量流通過使前面的量除以后面的量來獲得時間延遲。使用公知的氣體方程，所存儲的氣體質量又可從壓力、溫度和管道容積來計算。除了在泵電流估計器47中以外，還存在\參數(shù)和所測量的氣體中的氧氣濃度之間(塊63)以及氧氣濃度和泵電流之間(塊64)的關系的可用表格。這些關系被預加載并依賴于特定的系統(tǒng)設置，即都在發(fā)動機和所使用的傳感器上。這些表格的例子可在第7版的博世(Bosch)汽車手冊(ISBN978-0-470-51936-3)中找到?？紤]估計的輸送時間延遲，兩條曲線在輸出48處給出在塊63和64中的相關參數(shù)的預期值，并最后給出該時刻的泵電流，在該時刻預期穩(wěn)定地保持電位電池5 (圖4)的電壓水平是必要的。泵電流估計器對于以上所述的三種類型的傳感器是相同的。不同之處可能是傳感器所強加的條件，即擴散勢壘的阻力。進入空腔的氧氣量需要被抽走。因此，穿過勢壘的穩(wěn)定狀態(tài)的氧分子流等于氧離子流。根據(jù)本發(fā)明，改進的控制方法包括使用發(fā)動機的過程數(shù)據(jù)通過前饋路徑來改進固態(tài)電解質傳感器設備中的氧泵電流的控制器。優(yōu)選地，將使用空氣/燃料比、氧氣濃度、NOx濃度，或者從發(fā)動機操作數(shù)據(jù)計算的排氣的其他特征來估計預期氧泵電流。優(yōu)選地，將使用特征化排氣狀態(tài)的物理量例如溫度、壓力、濕度、發(fā)動機速度、燃料量、壓カ脈動來預料并補償預期氧泵電流的可能擾動和偏差。本發(fā)明的方法可通過包括程序編碼裝置的計算機的程序有利地實現(xiàn)，當此程序在計算機上運行吋，程序編碼裝置用于實現(xiàn)該方法的ー個或多個步驟。因此，要理解，保護范圍擴展到計算機的這樣的程序，且除了其中有所記錄的信息的計算機可讀裝置以外，所述計算機可讀裝置還包括程序編碼裝置，當此程序在計算機上運行時，程序編碼裝置用于實現(xiàn)該方法的ー個或多個步驟。借助于本發(fā)明，實現(xiàn)了很多優(yōu)勢-增加了固體電解質傳感器例如氧、\或NOx傳感器中的泵電流控制器的帶寬；
-氧、X或NOx傳感器的更快響應；
-氧、入或NOx傳感器的提高的精度，尤其是在瞬時操作和燃料切斷期間；排氣條件(入、NOx濃度)的改進的控制；后處理系統(tǒng)(例如SCR)和EGR的改進的控制，以及因而改進的排放控制。在考慮了公開本發(fā)明優(yōu)選實施方式的說明書和附圖以后，對于本領域技術人員來說，本發(fā)明的很多變化、修改、改變和其他使用及應用將變得明顯。不偏離本發(fā)明的精神和范圍的所有這樣的變化、修改、改變和其他使用及應用被認為由本發(fā)明涵蓋。另外的實現(xiàn)細節(jié)將不被描述，因為本領域技術人員能夠從以上描 述的教導中開始實現(xiàn)本發(fā)明。
權利要求
1.一種用于控制在內燃發(fā)動機或這種發(fā)動機的排氣后處理系統(tǒng)中的傳感器的氧泵電池的方法，包括在根據(jù)發(fā)動機操作數(shù)據(jù)計算的排氣的特性的基礎上向所述泵電池中的電流的反饋控制添加估計預期氧泵電流的另一前饋控制路徑的步驟。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中所述前饋控制路徑包括 -在所述排氣的所述特性的基礎上估計從汽缸到所述傳感器的氣體流的輸送時間延遲； -使用所述輸送時間延遲來識別在表格中的所述預期氧泵電流，所述表格給出空氣/燃料比(入)參數(shù)和氧氣濃度之間的關系以及所述氧氣濃度和所述預期氧泵電流之間的關系。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的方法，其中所述排氣的所述特性包括空氣/燃料比(入)的計算值和排氣質量流的可用值，包括氧氣和NOx份額、管道容積、氣壓、氣體溫度、濕度、發(fā)動機速度、燃料量、壓カ脈動中的ー個或多個。
4.一種用于控制在內燃發(fā)動機或這種發(fā)動機的排氣后處理系統(tǒng)中的傳感器的氧泵電池的系統(tǒng)，包括 -所述泵電池中的電流的反饋控制電路(44 )， -在根據(jù)發(fā)動機操作數(shù)據(jù)計算的排氣的特性的基礎上的預期氧泵電流的前饋控制估計電路(47)。
5.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述前饋控制評估電路(47)包括 -用于在所述排氣的所述特性的基礎上估計從汽缸到所述傳感器的氣體流的輸送時間延遲的電路(62)； 確定所述預期氧泵電流的電路(63、64)，所述電路(63、64)在所述輸送時間延遲的基礎上識別在表格中的所述預期氧泵電流，所述表格給出空氣/燃料比(入)參數(shù)和氧氣濃度之間的關系以及所述氧氣濃度和所述預期氧泵電流之間的關系。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的系統(tǒng)，其中所述排氣的所述特性包括空氣/燃料比(入)的計算值和排氣質量流的可用值，包括氧氣和NOx份額、管道容積、氣壓、氣體溫度、濕度、發(fā)動機速度、燃料量、壓カ脈動中的ー個或多個。
7.一種計算機程序，包括計算機程序編碼裝置，所述計算機程序編碼裝置適合于當所述程序在計算機上運行時執(zhí)行權利要求I至3的所有步驟。
8.一種計算機可讀介質，具有記錄在其上的程序，所述計算機可讀介質包括程序編碼裝置，所述計算機程序編碼裝置適合于當所述程序在計算機上運行時執(zhí)行權利要求I至3的所有步驟。
全文摘要
描述了一種用于控制在內燃發(fā)動機或這種發(fā)動機的排氣后處理系統(tǒng)中的傳感器的氧泵電池的方法，其包括在從發(fā)動機操作數(shù)據(jù)計算的排氣成分的特性的基礎上向泵電池中的電流的反饋控制添加估計預期氧泵電流的另一前饋控制路徑的步驟。
文檔編號G01N27/406GK102667462SQ201080058575
公開日2012年9月12日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權日2009年12月23日
發(fā)明者西奧菲爾·奧肯薩勒 申請人:依維柯發(fā)動機研究公司