用于使可加热的废气探头快速达到运行准备就绪状态的方法技术

本发明专利技术涉及用于使可加热的废气探头快速达到运行准备就绪状态的方法。一种用于使可加热的废气探头、尤其是陶瓷探头快速达到运行准备就绪状态的方法，该探头在给定的运行温度、尤其在给定的内阻额定值时运行，其特征在于，所述探头直到基本达到最大许用热机械负荷通过以第一电压U1(2)加载加热，然后以小于第一电压U1(2)的第二电压U2(3)加载，并且接着以最好斜面形增加的电压(4)加载，直到达到探头准备运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于使可加热的废气探头、尤其是陶瓷探头快速达到运行准备就 绪状态的方法。
技术介绍
以各种方式使用用于确定物理特性的传感器或测量计。例如在内燃机的排气管中 可以设有温度、炭黑和气体传感器，它们与催化器和调节器相结合能够有效地清洁废气。尤其借助于所谓的λ传感器或λ探头以λ = 1在废气中调节化学计算的空 气-燃料比。在此通过空气系数(Luftzahl)描述空气与燃料的质量比。λ是实际输入的 混合物的空气系数与在化学计算的混合物中的空气系数的商数。在汽油作为燃料时为了完 全燃烧燃料需要14. 7的空气系数。作为λ传感器通常使用的传感器以具有固体电极的氧-浓度原电池原理为基础。 陶瓷在所谓的激活温度时变得通导氧离子。由于在陶瓷的两侧上的不同的氧含量产生所谓 的能斯脱电压。这个电压是对陶瓷两个侧面的氧分压比例的对数值。由于在内燃机废气中 的剩余氧含量与输送到内燃机的混合物的空气/燃料比例的关系能够通过测量废气中的 氧含量推断输送到内燃机的空气/燃料比例。在氧探头的电极上的氧分压不同时，形成能斯脱电压，它与分压比例的对数成比 例。如果在电极上施加一个电压，它大于或小于能斯脱电压，由此添加氧离子流到一个或另 一个电极。因此位于电极里面的空腔可能充满氧或者没有氧。现在这样构造所谓的宽带λ探头，这样设置第一电极对，使一个电极处于废气里 面。另一电极设置在空腔(测量气体空间)里面，它与废气通过扩散栅连接。第二电极对的 另一电极同样设置在这个空腔里面。第二电极对的第二电极设置在连接到环境空气的基准 气体空间里面。在第二电极对上测量的电压作为能斯脱电压是测量空间中氧分压的尺度。 一个比较电路比较能斯脱电压与理论电压并且这样长时间地调节第一电极对之间的电压， 直到能斯脱电压由于氧从空腔排出或输入对应于给定的理论电压。在此泵浦电流(下面称 为主泵浦电流ΙΑ，它作为调节参数对于这个调节是必需的)是废气中的氧浓差的尺度。基准气体空间可以通过低的连续的基准泵浦电流供氧。由此产生对流，它阻止来 自例如发动机室的气体和“电极毒气”进入到基准气体室里面，这些气体可能改变能斯脱电 压。如果基准泵浦电流保持微小，则能斯脱电压基本不受其影响。对于感应功能所需的氧离子流的前提是一定的探头陶瓷温度。在这个温度以下离 子流是不足够的，由此感应信号是失真的。因此在获得可评价的感应信号以前，需要将探头 加热到一定的温度、所谓的理论温度或标准温度。陶瓷探头的理论温度一般位于650°C至 850°C的范围。为了能够与环境条件无关地达到这个标准温度，电加热探头。为此例如设有 一个集成到传感器里面的加热器，例如由钼制成。设置在氧离子导体上的两个电极之间的内阻是探头温度的尺度并且可以用于调节加热器。为了尽可能提前响应探头并由此尽可能提前提供可使用的测量信号，需要快速 地加热传感器。快速的信号使用性对于遵守废气标准是必需的。已知，当例如已经提及的 内阻低于给定的额定值的时候，感应信号有效地释放并因此显示出，达到给定的温度、尤其 是探头的理论温度。通常只有当内阻下降到给定的阈值以下，才接通主泵浦电流和基准泵 浦电流。内阻在探头加热期间超过多个数量级地变化，一般内阻在兆欧范围中开始。其调 节额定值一般位于百欧范围。为了可以准确地调节额定值，根据分辨率规定一个围绕额定 值的窄范围。由此开始加热时不测量内阻。在加热探头的状态在燃烧时可能产生水蒸汽，它在废气管的冷表面上冷凝。如果 现在水滴碰到热的传感器表面，局部的温度差可能导致高的热应力，它们可能导致探头损 坏。这种现象称为所谓的“热冲击”。为了排除这种热冲击，通常使探头以低温(所谓的“保护加热”)在这些状态中运 行，其中期待着低的废气温度并因此期待水在废气管里面。这个措施的缺陷是，探头在这些 状态未准备好运行。只有当达到不再有水位于内燃机废气里面的状态，探头才被加热到标 准温度。公开文献DE 10 2006 012 476 Al描述了一种用于使传感器运行的方法，其中传 感器首先被加热到所谓的耐冲击温度，其中耐冲击温度高于理论温度。这个方法利用所谓 的耐冷效应在耐冲击温度时传感器元件的表面这样热，使得自然地在水滴与传感器表面 之间构成蒸汽膜。由此防止水滴接触传感器元件的表面，它可能导致损伤陶瓷。接着使传 感器在第二温度时运行，以该温度实现测量运行。这个第二温度最好是传感器的理论温度。 尽管耐冲击温度已经允许传感器运行。但是缺陷是，耐冲击温度使探头处于明显的热机械 负荷下。探头陶瓷、例如二氧化锆的热机械负荷随着温度的增加而提高。其机械拉应力强 度随着温度的增加而下降。因此加热到耐冲击温度尽管可能避免热冲击，但是探头陶瓷本 身明显受到负荷，因此由于有限的热机械稳定性可能导致探头损坏。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种用于实现废气探头的运行准备就绪状态的方法，它一 方面允许非常快速的信号可用性或者说非常快速地释放感应信号，另一方面保证探头的良 好地运行同时避免损坏探头。这个目的一种通过具有权利要求1特征的方法得以实现。按照本专利技术的方法用于使废气探头、尤其是陶瓷探头快速达到运行准备就绪状 态，该探头应在给定的运行温度、尤其在给定的内阻额定值时运行。按照本专利技术所述探头 通过以第一电Su1加载加热直到基本达到最大许用热机械负荷，之后它以小于第一电压U1 的第二电压U2加载。Wu1到队的过渡可以作为跃变或者作为基本单调下降的电压曲线执 行。接着以最好斜面形增加的电压这样长时间地加载探头，直到探头达到运行准备就绪状 态。如果感应信号、尤其是主泵浦电流Ia不失真或可以分析，则达到探头运行准备就绪状 态或信号准备就绪。其在达到内阻额定值以前也可以已是这种情况。已知扩散栅的扩散常 数和与此相关的主泵浦电流的温度关系并且可以通过温度和因此内阻的指数函数描述。就 此而言“不失真”或者说“可以分析”也可指通过指数函数修正的主泵浦电流。通过按照本专利技术触发废气探头的加热能够非常快速同时对于探头良好地 (schonend)达到运行准备就绪状态。由此达到非常快速地释放废气探头信号，从而在内燃 机投入运行后快速可靠地获得废气值并且可以在减少废气中的有害物及最佳化燃烧方面 调节燃烧。在按照本专利技术的方法的优选扩展方案中对于给定的时间区间实现以第一电压U1 加载。该时间区间最好这样选择，从而利用最大允许的热机械负荷，用于达到尽可能快速地 加热，而探头陶瓷的热机械载荷不太大。在此最大允许的热机械负荷描述不导致探头陶瓷 的损伤的热机械负荷。最好试验地和/或通过仿真确定在本专利技术意义上给定的且尤其最大 的用于以电压U1加载的时间区间。在此给定的时间区间取决于相应的探头陶瓷，因为不同 的陶瓷显示出不同的热机械承载性。在以第一电压仏或以第一电压水平加载期间探头的温度迅速提高。一旦在探头 中达到最大允许的热机械应力，即，只要在探头陶瓷中通过高温产生的应力还不会导致损 伤探头体，就转换到第二较低的电压水平(U2)。从仏到队的过渡以一级或多级或基本单调 减小地执行。在这个阶段(U2)期间在探头体中产生的热机械应力降低。接着再提高电压， 直到达到对于探头运行所需的温度、即尤其是理论温度或者说与这个理论温度对应的内阻 额定值。最好斜面形地在第二电压水平U2后本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于使可加热的废气探头、尤其是陶瓷探头快速达到运行准备就绪状态的方法，该探头能在给定的运行温度、尤其在给定的内阻额定值时运行，其特征在于，所述探头基本直到达到最大允许热机械负荷通过以第一电压Ｕ１（２）加载而加热，然后以小于第一电压Ｕ１（２）的第二电压Ｕ２（３）加载，并且接着以最好斜面形增加的电压（４）加载，直到达到运行准备就绪状态。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：C·韦迪耶，R·海因，S·罗德瓦尔德，J·坎特斯，B·克拉默，
申请(专利权)人：罗伯特博世有限公司，
类型：发明
国别省市：DE