[发明专利]用于氧传感器的方法和系统

说明书

本申请涉及用于氧传感器的方法和系统，提供用于减少由于电压偏移到过电位区域中而引起的氧传感器的黑化的方法和系统。在可变电压操作期间将传感器从下限电压转变到上限电压之前，通过对传感器加热器设置的调整降低传感器的操作温度。温度的降低增加了在进入过电位区域之前可用于传感器的温度的范围。

技术领域

本发明整体涉及用于减少氧传感器的黑化的发生的方法和系统。

背景技术

进气传感器和/或排气传感器可操作以提供各种进气成分和排气成分的指示。例如，来自通用排气氧(UEGO)传感器的输出可用来确定排气的空燃比(AFR)。进气氧含量和排气氧含量的指示可用来调整各种发动机操作参数，诸如加注燃料。因此，氧传感器的测量准确度可受到氧传感器中的元件的劣化(诸如由于传感器元件黑化)的显著影响。氧传感器元件黑化是一种劣化形式，其可由于当产生高于阈值的电流时在处于传感器元件的过电位区域的电压下操作传感器而发生。

已经使用各种方法来减少氧传感器元件的黑化。在由Tsukada等人在US20120001641中示出的一个示例方法中，氧传感器的氧泵浦电池中使用的泵浦电压可被限制在阈值电压内。阈值电压可对应于电池的过电位区域的边界。在传感器的可变电压操作期间，其中传感器操作在较高电压和较低电压之间移位，较低操作电压和较高操作电压中的每一个不可超过阈值电压。

本文的发明人已经认识到上述方法的潜在问题。作为一个示例，通过将泵浦电压限制到阈值极限，可降低传感器的氧含量测量的准确度。所需的泵浦电压可基于诸如气体浓度的因素改变，并且固定的上阈值电压限制可不利地影响传感器操作。此外，黑化的可能性可基于传感器的操作温度而变化，并且在较高的操作温度下，即使在阈值电压内操作，也可发生传感器元件的黑化。本发明人还认识到，由于在转变为较高电压期间电池过冲目标泵浦电压，在可变电压模式下操作传感器可导致黑化。过冲电压可将传感器置于过电位区域(即，处于较高电压可导致传感器中的电解质由于从传感器中除去氧而被部分电解的区域)。

在用于控制氧传感器元件中的黑化的替代方法中，可使用较低的斜升(ramping)速率以在UEGO传感器电池中获得期望的较高电压，使得电压过冲到过电位区域的可能性较低。然而，本发明人也认识到这种方法的潜在问题。例如，使用较低的斜升速率增加操作电压可以是耗时的，并且导致由传感器执行的测量的延迟，从而不利地影响传感器的操作。

发明内容

本发明人已经认识到，当传感器的操作温度降低时，跨过过电位区域的电压阈值增加。因此，通过降低传感器的操作温度，在引发传感器黑化之前可升高黑化传感器所需的电压，以使传感器能够在较大的电压范围内操作。在一个示例中，上述问题可通过用于发动机的方法来解决，该方法包括：在氧传感器的可变电压操作期间，在从较低操作电压转变到较高操作电压之前，通过将氧传感器的操作温度从第一温度降低到第二温度，减少氧传感器元件的黑化的发生。以这种方式，通过在UEGO传感器的可变电压操作期间调整UEGO传感器温度，可减少由于过电位区域引起的UEGO电池的移动，从而降低传感器黑化的可能性。

作为一个示例，在当排气UEGO传感器以可变电压模式操作(诸如用于排气氧含量估计)时的条件期间，至少在将UEGO传感器电压从较低的标称电压上升到上限电压之前，可降低UEGO传感器的温度。通过降低传感器温度，过电位区域的边界可朝向较高的绝对电压移位。基于参数，诸如传感器的当前温度，以及期望的较高电压和过电位电压的温度修改后的边界之间的差值，可确定UEGO温度的降低量。通过调整耦接到UEGO传感器的加热器元件的设置可进行UEGO温度的降低，使得加热器产生较少的热量。如果确定仅通过降低UEGO温度不可以将过电位区域的边界移位到期望的水平(诸如，由于较高的环境温度或由于其他温度约束)，则可将上限电压限制为等于或低于过电位区域的边界的阈值电压。然后，较低的电压斜升速率可用来获得阈值范围内的较高电压，以便减少电压过冲。