[发明专利]废气传感器装置、发动机控制装置以及发动机控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种废气传感器装置、一种发动机控制装置以及一种发动机控制方法。

背景技术

虽然可以在任意的废气传感器装置上使用，但是在汽车应用方面对本发明以及基于本发明的问题进行解释。

由于不断更加严格的废气立法，用于有害气体的极限值必须进一步降低。在此主要问题是，在发动机的冷启动阶段中产生了大部分未处理排放物(HC、CO、NO_X...)，也就是只要发动机还是比较冷的时候。为了遵守所要求的低极限值，急迫地需要废气传感器尤其氧传感器的及早的使用准备就绪。相反，在发动机冷启动阶段中引起传感器的水冲击(氧传感器的热冲击)的较高危险。也就是在最后的运行周期之后，水积聚在排气管路中，水在重新启动时由于冷的排气管路没有作为水蒸气、而是作为小水滴凝聚在传感器上。因为完全准备就绪的氧传感器具有680℃以上的工作温度，所以热冲击现象(热机械载荷以及应力)出现在陶瓷的传感器元件中。作为对策，氧传感器在发动机启动时没有加热或者只是缓慢地加热(例如用30秒以上的加热时间)或者说以固定斜率分步加热。然而，这种延迟的加热策略至少应用如此长的时间，直到在氧传感器的安装位置上达到露点结束。在此，露点结束是开始不再存在冷凝水的时间点或者说开始克服包含在废气中的水冷凝的时间点。如果在氧传感器的安装位置上达到露点结束，那么氧传感器尽可能快地加热到工作温度(大约680℃)，因为此时只存在水冲击(热冲击)的降低了的危险。

在达到废气中的露点结束以及氧传感器的680℃以上的工作温度之前，发动机处于不受控制的状态，在该状态中产生大部分未处理排放物。在此，在传感器机构中氧传感器的所需要的高的使用温度是基础。只有在680℃以上的温度时才会在以钇稳定的二氧化锆(电解质)中出现足够高的氧离子传导能力，该氧离子传导能力提供了传感器信号(电流)。

目前，没有公开与成本相关的传感器理念或者说测量策略，通过所述传感器理念或者说测量策略可获得在冷启动阶段中关于包含在废气中的氧浓度的信息。

基于半导体的对气体敏感的场效应晶体管(ChemFET)越来越多地用在气体传感机构中。具有较宽的能带间隙的半导体材料、例如碳化硅(SiC)以及氮化镓(GaN)尤其适合于用在废气中。在此，用被探测的气体进行的加载通常会导致从源极到漏极流过晶体管的电流(通道电流)的改变。在US 5,698,771中公开了这样的基于碳化硅的作为碳氢气体检测装置的ChemFET。

发明内容

在权利要求1中定义的按本发明的废气传感器装置、按权利要求7所述的发动机控制装置以及按权利要求11所述的发动机控制方法具有这样的优点，即可以在露点结束之前在比氧传感器中低得多的温度下检测氧气，优选在100℃以上已经进行检测，因为ChemFET测量原理基于所涉及的气体种类在对气体敏感的电极上的吸附，并且由此能够在较低的温度下实现调节以用于将有害物质排放降低到最低限度。

ChemFET尤其能够在自100℃开始的传感器温度下以足够的尺度探测氧气。在此，废气温度可以等于或者低于废气传感器温度。由此，直接在发动机启动之后在ChemFET废气传感器的冷的状态中在几秒内(典型地在毫秒范围内，在所有情况下少于五秒)运行准备就绪。在传感器温度较低时排除了热冲击。由此能够非常早地将氧气信号用于发动机调节。这确保了发动机的更好的燃烧并且降低了有害物质排放。由此，也可以引起废气后处理系统例如柴油氧化催化器、颗粒滤清器、DeNO_X系统、NSC催化器或者SCR催化器的成本优化的设计。这在较小的结构尺寸中、催化活性的组分的更少的使用中以及DeNO_X系统中起作用，所述催化活性的组分例如是用于氧化氮、NO_X等的低温存储材料。

因为ChemFET能够在较小的结构尺寸中以及高度并行的半导体过程中成本较低地进行制造，所以优选在一个传感器基体上使用多个对气体敏感的场效应晶体管。例如不仅可以考虑以多个结构相同的对氧气敏感的ChemFET的形式的冗余的形式用于提高故障安全性，也可以考虑对气体敏感的具有不同的敏感性的场效应晶体管的组合用于检测废气中不同的气体(NO_X、HC、NH₃、O₂...)，例如用于控制横向敏感性，也就是说ChemFET对多种不同的测试气体的响应。

在从属权利要求中提到的特征涉及本发明的主题的有利的改进方案以及改善方案。

附图说明