[發明專利]用于使可加熱的廢氣探頭快速達到運行準備就緒狀態的方法

有效

• 申請號: 201010601517.8
• 申請日: 2010-12-20
• 公開（公告）號: CN102103117A
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發明（設計）人: C·韋迪耶;R·海因;S·羅德瓦爾德;J·坎特斯;B·克拉默
• 申請（專利權）人: 羅伯特.博世有限公司
• 主分類號: G01N27/409
• 分類號: G01N27/409
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 曹若;梁冰

技術領域

本發明涉及一種用于使可加熱的廢氣探頭、尤其是陶瓷探頭快速達到運行準備就緒狀態的方法。

背景技術

以各種方式使用用于確定物理特性的傳感器或測量計。例如在內燃機的排氣管中可以設有溫度、炭黑和氣體傳感器，它們與催化器和調節器相結合能夠有效地清潔廢氣。

尤其借助于所謂的λ傳感器或λ探頭以λ＝1在廢氣中調節化學計算的空氣-燃料比。在此通過空氣系數(Luftzahl)描述空氣與燃料的質量比。λ是實際輸入的混合物的空氣系數與在化學計算的混合物中的空氣系數的商數。在汽油作為燃料時為了完全燃燒燃料需要14.7的空氣系數。

作為λ傳感器通常使用的傳感器以具有固體電極的氧-濃度原電池原理為基礎。陶瓷在所謂的激活溫度時變得通導氧離子。由于在陶瓷的兩側上的不同的氧含量產生所謂的能斯脫電壓。這個電壓是對陶瓷兩個側面的氧分壓比例的對數值。由于在內燃機廢氣中的剩余氧含量與輸送到內燃機的混合物的空氣/燃料比例的關系能夠通過測量廢氣中的氧含量推斷輸送到內燃機的空氣/燃料比例。

在氧探頭的電極上的氧分壓不同時，形成能斯脫電壓，它與分壓比例的對數成比例。如果在電極上施加一個電壓，它大于或小于能斯脫電壓，由此添加氧離子流到一個或另一個電極。因此位于電極里面的空腔可能充滿氧或者沒有氧。

現在這樣構造所謂的寬帶λ探頭，這樣設置第一電極對，使一個電極處于廢氣里面。另一電極設置在空腔(測量氣體空間)里面，它與廢氣通過擴散柵連接。第二電極對的另一電極同樣設置在這個空腔里面。第二電極對的第二電極設置在連接到環境空氣的基準氣體空間里面。在第二電極對上測量的電壓作為能斯脫電壓是測量空間中氧分壓的尺度。一個比較電路比較能斯脫電壓與理論電壓并且這樣長時間地調節第一電極對之間的電壓，直到能斯脫電壓由于氧從空腔排出或輸入對應于給定的理論電壓。在此泵浦電流(下面稱為主泵浦電流I_A，它作為調節參數對于這個調節是必需的)是廢氣中的氧濃差的尺度。

基準氣體空間可以通過低的連續的基準泵浦電流供氧。由此產生對流，它阻止來自例如發動機室的氣體和“電極毒氣”進入到基準氣體室里面，這些氣體可能改變能斯脫電壓。如果基準泵浦電流保持微小，則能斯脫電壓基本不受其影響。

對于感應功能所需的氧離子流的前提是一定的探頭陶瓷溫度。在這個溫度以下離子流是不足夠的，由此感應信號是失真的。因此在獲得可評價的感應信號以前，需要將探頭加熱到一定的溫度、所謂的理論溫度或標準溫度。陶瓷探頭的理論溫度一般位于650℃至850℃的范圍。為了能夠與環境條件無關地達到這個標準溫度，電加熱探頭。為此例如設有一個集成到傳感器里面的加熱器，例如由鉑制成。

設置在氧離子導體上的兩個電極之間的內阻是探頭溫度的尺度并且可以用于調節加熱器。為了盡可能提前響應探頭并由此盡可能提前提供可使用的測量信號，需要快速地加熱傳感器。快速的信號使用性對于遵守廢氣標準是必需的。已知，當例如已經提及的內阻低于給定的額定值的時候，感應信號有效地釋放并因此顯示出，達到給定的溫度、尤其是探頭的理論溫度。通常只有當內阻下降到給定的閾值以下，才接通主泵浦電流和基準泵浦電流。

內阻在探頭加熱期間超過多個數量級地變化，一般內阻在兆歐范圍中開始。其調節額定值一般位于百歐范圍。為了可以準確地調節額定值，根據分辨率規定一個圍繞額定值的窄范圍。由此開始加熱時不測量內阻。

在加熱探頭的狀態在燃燒時可能產生水蒸汽，它在廢氣管的冷表面上冷凝。如果現在水滴碰到熱的傳感器表面，局部的溫度差可能導致高的熱應力，它們可能導致探頭損壞。這種現象稱為所謂的“熱沖擊”。

為了排除這種熱沖擊，通常使探頭以低溫(所謂的“保護加熱”)在這些狀態中運行，其中期待著低的廢氣溫度并因此期待水在廢氣管里面。這個措施的缺陷是，探頭在這些狀態未準備好運行。只有當達到不再有水位于內燃機廢氣里面的狀態，探頭才被加熱到標準溫度。