[發明專利]氧傳感器元件變黑檢測

在審

• 申請號: 201710023179.6
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106988904A
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: M·麥奎林;G·蘇爾尼拉;R·E·索蒂斯;D·A·馬克萊德;J·J·維爾加
• 申請（專利權）人: 福特環球技術公司
• 主分類號: F02D41/14
• 分類號: F02D41/14;G01N27/417
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 徐東升,趙蓉民

技術領域

本發明總體涉及用于檢測氧傳感器中的熱老化(thermal aging)和/或變黑(blackening)的方法和系統。

背景技術

進氣傳感器和/或排氣傳感器可以被操作以提供各種進氣成分和排氣成分的指示。例如，通用排氣氧傳感器(UEGO)的輸出可以被用于確定排氣的空燃比(AFR)。同樣地，氧傳感器可以被設置在發動機進氣道中來確定進氣的濕度或被再循環到進氣的排氣的組分。進氣含氧量和排氣含氧量的指示可以被用于調節各種發動機運轉參數，諸如燃料加注。作為一個示例，根據排氣AFR可以反饋控制對汽缸加注燃料以獲得目標燃燒AFR，該目標燃燒AFR使排氣排放控制裝置的運轉效率最大化。因此，氧傳感器的測量準確度可以受氧傳感器中的元件劣化的嚴重影響，例如，受由傳感器元件變黑或熱老化的嚴重影響。氧傳感器元件變黑是一種劣化形式，這種劣化形式可能由于使用高電壓和/或可變電壓而發生，并且還可由于低氧和水條件而發生。熱老化是另一種劣化形式，這種劣化形式可由于傳感器在一段時間周期連續運轉而發生。

各種方法已經被使用來檢測氧傳感器劣化，尤其是涉及變黑和熱老化的劣化。在由Verdier等人在US20120167656A1中示出的一個示例方法中，可以將電壓加載到被連接到加壓室(pump cell)(在使用雙室傳感器的情況下)傳感器的電極的端子或者加載到被連接到排氣傳感器的組合的加壓室和測量室(在使用單室傳感器的情況下)的電極的端子上，并且隨后監測流過所述室的加壓電流(pumping current)。在不同的時間點，可以將同量級的電壓加載到該端子上并且估算出加壓電流的差值。如果該加壓電流差值大于閾值，則可以推測出由于室電極的至少一個變黑導致了氧傳感器劣化。

本文作者意識到上述方法可能存在的問題。作為一個示例，在兩個不同的時間點加載電壓之后，加壓電流的變化可以由于熱老化或元件變黑而發生。因此，在Verdier等人的方法中，不可能區分出傳感器的熱老化和傳感器元件變黑。根據熱老化和/或元件變黑的發生，需要針對使用該傳感器進行的未來的氧估計采取不同的糾正措施。通過將不恰當的糾正措施應用到UEGO傳感器，傳感器劣化可以被加速并且使用傳感器得到的氧估計的準確度可以降低，由此影響發動機性能。

發明內容

本文作者已經提出一種方法，通過這種方法可以至少部分解決上述問題。用于車輛發動機的一種示例方法，其包括在加載電壓之后通過監測的氧傳感器的加壓室(pump cell)和能斯特室(Nemst cell)的每個的阻抗的變化來區分氧傳感器的熱老化和變黑。以此方式，氧傳感器變黑能夠被更容易地識別且被迅速地處理。

作為一個示例，氧傳感器的加壓室和能斯特室的每個的阻抗可以被監測并且用于檢測和區分傳感器熱老化和傳感器元件變黑。在隨著時間多次使用之后，在氧傳感器中可能發生熱老化(也被稱為去晶粒效應(de-graining effect))。由于存在于加壓室的電極中的材料的變化(例如，氧化鋯(ZrO2)變為鋯(Zr))，可以發生變黑。在傳感器的電極上可以觀察到暗色的累積(例如，金屬鋯Zr的累積)，這可以被稱為變黑。交流電(AC)電壓可以伺機地(opportunistically)或周期性地加載到氧傳感器的加壓室和能斯特室中的每個并且通過測量各自加壓電流以生成頻率掃描可以估計這些室的對應的阻抗。經過一段時間加壓室和能斯特室的每個的阻抗可能由于發熱而降低。根據阻抗隨著時間的變化可以檢測熱老化。然而，在一段時間之后和在多次使用之后，由熱老化導致的阻抗變化(在加壓室和能斯特室中都可觀察到)可以穩定。對每個室進一步加載電壓不可以顯示出阻抗的任何進一步的降低。如果在加壓室的電極中存在變黑，那么在熱老化穩定之后，則進一步加載更高峰值電壓的AC電壓可以顯示加壓室阻抗的顯著變化。從觀察到的加壓室阻抗相對于加壓室阻抗的前次測量(諸如在上次掃描期間)的變化量可以估計變黑的程度。另外，當對能斯特室加載相同的AC電壓時，阻抗沒有任何進一步的變化，這進一步確認在加壓室中觀察到的電阻的變化是由于變黑造成的而不是由于任何進一步的熱老化。在熱老化的檢測之后，在使用傳感器進行氧估計期間使用的補償因子可以被更新。相比之下，在檢測傳感器變黑時，在未來的氧估計期間，可以使用較低的目標電壓(參考電壓)和用于參考電壓加載的保守變化率(ramp rate)。并且，診斷碼(標記)可以被設定來通知使用者劣化。