CN1004504B - 内燃机空燃比检测装置 - Google Patents

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Abstract

在供给内燃机混合气的空燃比传感器中有一个用于在排放气体中检测残留氧气浓度的检测器并用检测器的输出，由修补过量空气系数表确定空燃比。还备有附加空气引入装置，它在通过节气门的气流速度等于声速的条件下，可以相应某一时间间隔将预定量的空气引入发动机中。氧气浓度检测器由比较其引入附加空气前和引入附加空气后的输出而得到校准。根据本发明，不受氧气浓度检测器老化损耗的影响，可准确地测定混合气空燃比。

Description

内燃机空燃比检测装置
本发明涉及一个内燃机空燃比检测装置，此装置能修正供给发动机的混合气空燃比的测量误差，此误差是由使用周期长而引起老化磨损造成的。
众所周知，老化磨损件连接着空燃比检测仪，能引起供给内燃机的混合气空燃比的测量误差。为了对此进行改进，例如，如日本专利公开号NO58-57050所公布的，提出了一个校正方法，根据此方法，由老化磨损引起的误差由连接到排气管上的空燃比检测装置在排气管充满新鲜空气的状态下产生的输出信号得到修正。然而，在短时间内产生这种状态是非常困难的。在先有技术的方法中，若新鲜空气不完全充满排气管，检测装置的输出信号作为校正检测装置的参考值就变得不适当了。此外，确认排气管是否已经完全充满空气也是不容易的。
本发明的目的是要提供一个空燃比检测装置，能够容易地修正由老化磨损引起的误差，并精确地确定发动机的混合气的空燃比。
本发明的特点在于，在检测混合气空燃比的装置中有一检测发动机排放气体中残余氧气浓度的装置，并通过浓度检测装置的输出与事先制备的过量空气系数表相比较确定空燃比，在发动机稳定运转状态的某一时间间隔内，向发动机引入附加空气，除了最初通过气流表和节气门吸入发动机中的空气不算外，在附加空气引入之前后，从浓度检测装置获得的输出信号被处理，根据处理结果可确定空燃比。
本发明另外的目的和特点，通过阅读说明书和附图就会明白，且将在权利要求中指出。附图的简要说明。
图1是表明本发明使用的残余氧气浓度检测器结构的简图;
图2表示图1所示的氧气浓度检测器传感部分的局部结构详图;
图3a至3c是图1所示的氧气浓度检测器工作的说明图;
图4a至4b是表明相对有过量空气系数时的氧气浓度检测器输出特性的实例的图形;
图5是表明另一种残余氧气浓度检测器结构的简图;该检测器也能用于本发明中;
图6根据本发明的实施方案用图示法表明了空燃比检测装置的布局;
图7和图8是用于解释图6所示的实施方案的工作原理图;
图9是表明图6所示的实施方案的工作部分的流程图，其中，工作部分的说明直到获得修正因子KG时为止;
图10是表明图6所示的实施方案的另一工作部分的流程图，其中，有使用修正因子KG修正氧气浓度检测器输出的工作说明;
图11是解释过量空气系数表的实例的图;
图12是表明修正工作改进的流程图，其中，过量空气系数的内容根据修正因子KG被重写;
图13a至13c和图14是解释本发明另一个实施方案的工作原理图;
图15是根据图13a至13C和图14解释的工作原理表明另一实施方案工作的流程图;
图16是解释本发明又一实施方案的工作原理图;
图17和图18是又一个实施方案的工作的说明图;
图19是根据图16解释的工作原理表明的又一实施方案的工作流程图;
图20和图21表示本发明实验结果的实例。
在解释本发明的实施方案以前，将对应用于空燃比检测装置的本发明进行说明。但是必须注意，适用于本发明的装置不仅限于下面所描述的内容。
参照图1，图1表明空燃比检测装置中使用的残余氧气浓度检测器（下文简称空燃比A/F传感器）的布局。众所周知，浓度检测器检测内燃机排气体中保存的残余氧气浓度。此时供给发动机的混合气空燃比是从浓度检测器的输出值确定的。
图中参考序号2表示浓度检测器的传感部分，它用简单的形式表示以便容易了解工作原理。详细过程将在后面参考图2解释。传感部分2由具有氧离子导电性和多孔的固体电解质件4和扩散阻力层6组成，扩散阻力层6与件4接触。初电极8连接于件4的一个表面上，此表面暴露于大气中。在件4的另一表面上连接有次电极10，此表面与扩散阻力层6一起，形成一个界面。在下面会详细阐明，因为内燃机的排放气体穿过多孔层6，所以件4的另一表面与排放气体接触。
一对开关12和14连接到初电极8上，形成匹配，类似地另一对开关16和18连接到次电极10上形成匹配。自保电路20通过开关12与初电极8连接，当开关12接通时，它接收出现在初电极8上的电势E′，即使在开关12断开期间也将其自保。电势E′引向微分集成电路22，在微分集成电路中与参考值E比较。电路22根据E和E′的差别产生一输出电压，并通向缓冲电路24。根据电路22的输出，当开关12断开且开关14闭合时，缓冲电路24便向电极8施加电压。缓冲电路24的输出电压也由自保电路26自保，此输出电压就变成浓度检测器的输出信号VT。当开关16闭合时，次电极10的电位保持在地线电位，当开关18闭合时，次电极10的电位通过缓冲电路28保持为常数VPG。
参考序号30表示一个控制着开关12至18的开关过程和后面将详述的用于检测空燃比的算术逻辑过程的处理部件。处理部件30由通常的微处理机构成，它为内燃机其它各种控制提供用途，例如，燃油喷射控制，点火正时控制等等。上述的开关过程的控制只是微处理机功能所实行的一部分。在处理部件30的控制下，开关12、16是同时打开或闭合的，开关14、18也是同时工作，但与开关12、16恰恰相反。
传感部分2的主要部件的详细构造如图2所示，其中，与图1相同的参考序号均表示相同的部件。固体电解质件4制成空心的，在其顶部有筒形部分32，筒形部分32的一端是封闭的。初电极8连接到封闭顶部区域的内表面，新鲜空气是从大气中引入到件4的空心区域的。电极8与外部电路用导线连接，为使图形简单，省略未画。扩散阻力层6处于筒形部分32的外部表面上并在初电极8的位置附近。次电极10被连接到筒形部分32的外部表面上，以便由层6覆盖住。导线还将电极10与外部电路连在一起，图中未画出。
固体电解质件4，除了其上的筒形部分32外，总体上是由一个适当的支撑件34支撑和覆盖的。筒形部分32由保护件36围绕，在保护件36的部分中备有孔38。因而构成的传感部分2被连接到内燃机的排气管上，以这种方式，由保护件36围绕的筒形部分32通过位于排气管内的排气管壁40。用这种结构，排气管内的废气通过孔38进入由件36围绕的室内，以便使扩散阻力层6易受排放气体的影响。此外，在工作期间，由加热器43将电极8和10的附近加热至大约750℃。
参考下图3a至3c，将对上面提到的残留氧气浓度检测器的工作过程进行解释。首先，响应于来自处理部件30的信号，开关12、16闭合，开关14、18断开。图3a表示出此时的电路情况。在这种情况下，由于电极10接地，只在电极8处出现电势E′，它与大气和排放气体之间氧气的局部压力的差值成正比。电势E′由自保电路20自保，并与微分集成电路22中的参考值E比较。电路22根据E和E′之间的差值产生输出电压。为方便起见，在下文将这种情况称为第一种工作状态。
接下来，响应于来自处理部件30的信号，开关12、16打开，开关14、18闭合。图3b表示了此时的电路情况。在这种情况下，电极10维持常电压VPG，而与电路22的输出成比例的电压VT′施加于电极8上。所以，如果电压VT′高于电压VPG，电流便以图中所示的右向箭头的方向流过固体电解质4，借此，排放气体中的氧气被引出到大气中。如果电压VT′低于电压VPG，电流便以图中所示的左向箭头的方向流过件4，由此氧气从大气中被引入到排放气体中。这种情况称为第二种工作状态。
顺便说一下，电压VT′是由第一种工作状态中参考值E和电势E′之间测量的差值确定的。所以，电压VT′被控制到以使电势E′与参考值E相等。这样的事实意味着电极10附近氧气的分压保持在与参考值E相符合的数值上。特别地，参考值E调整为大约0.4伏。这样电势的选择意味着电极10附近氧气的分压保持为10-12标准大气压，在这种状况下，排放气体中氧分子的浓度几乎为零。所以，电压VT′与排放气体中包含的渗入到多孔层6中的氧气浓度成正比。此电压VT′由自保电路26自保，且以其中的输出作为浓度信号VT。
图3c是一个曲线图，表示出与前面所讲的和时间相对应的工作过程。即，相应于时间T1，第一种工作状态导通，此后，相应于时间T2，实行第二种工作状态。如果内燃机中燃烧的混合气较稀，则排气中的残留氧气浓度较高，那么在大气和排放气体之间氧气的分压差值就变得较小。因此，在第一种工作状态下测得的电势E′较低，所以E和E′之间的差值变大，较高的电压VL施加到电极8上作为第二种工作状态的VT′。相反地，当混合气浓时，排放气体中氧气的浓度低，电势E′变高，所以，E和E′间的差值变小，较低的电压VR施加到电极8上，作为第二种工作状态的VT′。
图4a是一个曲线图，表示上面描述的残留氧气浓度检测器的输出特性，其中，纵座标表示检测器的输出电压VT，横座标表示过量空气系数入。众所周知，过量空气系数入表示燃烧1公斤燃料的实际空气量与理论空气量之比，而燃料完全燃烧时的理论空燃比为14.7因此，λ＝1.0即意味着实际空燃比与理论空燃比相等。在理想空燃比条件下运转的内燃机的排放气体不包含任何残留氧气，这是因为发动机内的混合气被完全燃烧。结果，电极10附近氧气的分压变得等于10-2大气压，电势E′与参考值E（0.4伏）相等，所以，输出电压VT也与常电压VPG相等。
在λ＞1.0的区域（稀混合气），氧气的分压变得很高，因为，在排放气体中存有过量的残留氧气，所以，输出电压VT随着残留氧气的浓度而增加。在λ＜1.0的区域（浓混合气），氧气浓度检测器的输出电压由排放气体中保存的可燃成分控制。可燃成分主要由一氧化碳、氢气和碳氢化合物组成。由于在扩散阻力层6中这些成分的扩散程度不同于氧气在扩散阻力层中的扩散程度，所以，在这一区域的浓度检测器的增益系数BK不同于在λ＞1.0的区域的增益系数K。
在图4a中，所示的输出特性在各自的区域中好象呈线性变化，然而，实际的特性是如图4b中所示的曲线为非线性的，这是由于电阻率在很大程度上取决于在扩散阻力层6内的位置。此外，在多层6的气孔率由于长时间的使用已经被阻塞的情况下，输出特性发生变化，如图中的曲线b所示（虚线表示）。另一方面，在一部分多孔层6已被清净的情况下，输出特性的变化如曲线c所示（点划线表示）。
由此可见，输出特性由于传感部分2的老化损耗而变化。然而，从图4b将会明白，输出电压VPG的末端，在此端λ＝1.0，所以从不会变化，即使传感部分2已遭到上面提到的老化损耗。这是因为电极10附近氧气的分压得到控制，以便能够与理想空燃比A/F的情况下的氧气的分压相等。换句话说，在大气和排放气体之间的氧气在λ＝1.0时不会出现移动，因此，无电流流过固体电解质件4，所以VT′保持在VPG的水平上。
在图1所示的残留氧气浓度检测器中，单一的传感部件2被使用，被接通，并可在第一种工作状态和第二种工作状态中共同使用。如果传感部件由两套固体电解质件组成，每一套均有一对电极，各自用于各自的工作状态，那么，与传感部件相连的电路结构将变得更简单。
图5示出了这样一种型式的残留氧气浓度检测器，与图1中相同的数字表示相同的部件。在此检测器中，两对电极81、101和82、102分别与两个固体电解质件41和42连接。两套这种机构的传感部件确定一个小室，小室有小孔48，通过孔48排放气体引入到小室中。于是，连接有电极101、102的件41、42的表面暴露在排放气体中。件41、42的相反表面暴露于大气中。用这种结构引入到小室的排放气体中的氧气分压P9可以从图1所示的检测器的相同方式得到检测。输出特性与图4a或4b所示的输出特性相同。所以，本发明的空燃比A/F传感器通过利用这种型式的残留氧气浓度检测器也能实现。
上述两种型式的检测器均是可以测量空气系数λ＜1.0和λ＞1.0的两个区域的氧气浓度的检测器。然而，本发明对所谓的稀混合气传感器也适用，稀混合气传感器也是经常使用的并只能测量λ＝1.0或λ＞1.0的区域的氧气浓度。
现在参考图6，根据本发明的实施方案，对空燃比传感器进行说明。
在图6中，参考号50表示空气滤清器，它由进气管54与发动机52连接。进气管54安有空气流量计56，节气门58和燃油喷射器60，次序如图所示。设有旁通道62，使空气流量表56和节气门58分流，附加空气通过旁通道被引入到发动机52中。通道62在其出口端有一个螺线喷口64，由螺线线圈66驱动，它控制着附加空气从其中流过的信号。
空气流量表56测量最初从中流过的空气量，并向处理部件30产生一个输出信号Sa。在此实施方案中，采用热电阻线式的空气流量传感器，当然，其它型式的空气流量计，例如，叶片式或进气岐管压力式的也可以使用。节气门58上连接有喉口开关（未示出），当节气门58关闭时，喉口开关向处理部件30产生一个输出信号St处理部件30接收到信号Sa、St和其它的后面将说明的信号时，执行预定的处理程序，并向燃油喷射器60产生一个燃油喷射信号Sf，向螺线线圈66产生一个喷口控制信号Sv。当喷口64打开时，相应于预定的时间把用于后面将说明的校正运转的附加空气引入到发动机52中。也可以用其它方法将附加空气引入，例如，相应于预定的时间把节气门58打开某一角度。燃油喷射控制信号Sf是阀开启时间Tf（喷射时间）的信号，在此期间，喷油器60的喷油阀打开，燃油被喷向吸入的空气。
参考号68表示排气管，氧气浓度检测器的传感部件2以已经叙述过的方法连接到排气管上。参考号70表示检测器的激励电路，它除不包括传感部件2外包括了图1或图5的结构的所有部件，也就是说，传感部件2和激励电路70形成这些图中所示的氧气浓度检测器。因此，用于确定空燃比的浓度信号VT是从激励电路70输出的。此信号VT被输送到处理部件30中。从中间开关72的信号也被施加到处理部件30中，中间开关装备在传动装置上（未示出）。此信号意味着传动装置处于中间位置。另一个送到处理部件30的信号是表示发动机52转速n的信号。
下面将对此实施方案进行解释。在图中所示的结构中，所谓的基本喷射时间是根据来自气流表56和发动机52转速n的信号Sa计算的。基本喷射时间可由多种信号修正，例如，空燃比信号VT，发动机52的温度和其它需要所需控制性能的信号，尽管图中未将它们标出。喷射时Tf就是由这样的修正工作过程获得的。根据各种已知的算法，处理部件30可执行这些运算工作过程。此外，由于获得喷射时间Tf的方法和本发明完全无关，所以反过来说，本发明并不局限于确定喷射时间Tf的任一方法，在此，有关获得喷射时间Tf的方式的进一步说明则省略不述。
以本实施方案为特征的第一阶段的工作是在发动机通过节气门58的初级气流的流速等于声速的工作条件下才实行。当发动机52处于怠速和节气门58处于怠速供油角度时，就产生这样的条件。此外，在这种条件下，Pn＞＞Pm的关系被确定，其中Pn是节气门58进气侧面一侧的进气管54内的压力，Pm是节气门58出气一侧的进气管54内的压力。喷口64的出口直径是这样选择的以至前述的压力关系既使当附加空气通过喷口64引入到节气门58的出口一侧时，仍保持不变。如果上面提到的压力关系总能满足的话，通过空气流量表56的最初空气流量既使附加空气通过喷口64引入也不会发生变化，所以，信号Sa也不变化。
如此，若附加空气流过喷口64的速度与声速相等，则通过旁通道62引入的空气量△Qa由如下公式表示：
Figure 86106698_IMG2
（1）
其中a表示喷口64的开口面积，r表示特定的比热系数，ρ表示空气密度（取决于温度）。如公式（1）显而易见的，如果压力Po和温度（因此也是密度）几乎不变的话，空气量△Qa仅作为喷口64的开口面积的函数，可以精确地获得。此外如果由压力Po和温度进行修正的话，既使它们已经发生变化，更精确的空气量△Qa可以被确定。
现在假定在喷口64闭合期间，由空气流量表56测量的最初空气量是QaO。那么，相应于时间Tfo进行燃油喷射，燃油喷射量为Qfo（＝QaO/n）。此外假定喷口64在时间t1打开，附加空气量△Qa被引入节气门58的出气一侧，喷口64在时间t2关闭。在此情况假若象已经描述的这样，则通过空气流量表56的最初空气量不变并等于QaO。所以，根据QaO计算的要喷射的燃油量Qfo不变，结果，供给发动机52的混合气的空燃比发生变化。由打开喷口64产生的空燃比的变化表示如下：
（打开前） （打开后）
QaO/QfO （QaO+△Qa）/QfO
在本发明中，残留氧气浓度检测器的老化损耗是由喷口64打开前后空燃比的差值得到的。下面参考图7，将说明检测老化损耗方法的原理。此检测工作是在发动机52在λ＝1.0的条件下运转时进行的。发动机52的这种运转条件可以由反馈控制产生，由它将浓度检测器的输出电压VT调整为与电压VPG相等。这是为了利用浓度检测器的输出电压尽管老化损耗在λ＝1.0的点上从不发生变化的事实。由固定此点，就能够知道在检测工作期间喷射的燃油量Qf。
在这种条件下，残留氧气浓度检测器的输出电压V0在喷口64关闭期间用下式表示：
V0＝K QaO/QfO （2）
其中K是氧气浓度检测器的增益系数。此外，氧气浓度检测器的输出电压V1在喷口64打开时用下列公式表示。
V1＝K（Qao+△Qa）/Qfo （3）
输出电压V0和V1之间的差值如下：
V1-V0＝K△Qa/QfO （4）
即，打开喷口64引起的入的变化是△Qa/QfO，响应该变化化，氧气浓度检测器的输出电压的变化为V1-V0。这在图7中已表明。进而，上述的公式（4）变形如下。
K＝（V1-V0）Qfo/△Qa （5）
由于△Qa可以从公式（1）获得，如已经提到过Qfo是已知的，增益系数K从上式（5）中可以确定。因而，获得的增益系数K是氧气浓度检测器在目前时间的增益系数，由于老化损耗在检测器增益系数中以变化的形式出现，所以，为了知道检测器的老化损耗，被检测的目前增益系数K与原增益系数比较。
图8是一时间曲线图，表示各部分的信号或变量的变化和将其数据传送给处理部件30的计时。首先，在喷口64关闭期间（参看图8（e），氧气浓度检测器的输出电压V0被读入处理部件30。在时间t1点，喷口64被打开（参看图8（a）。虽然既使当喷口64打开时，空气流量表56的输出信号Sa和供给发动机52的燃油量Qf不变化（参看图8（b）和（d），但是吸入到发动机52中的吸入量Qa从QaO增加△Qa（参看图8（c））。在喷口64打开后的时间tw，检测器的输出电压V1读入到处理部件30（参看图8（e））。时间tw选为延续的，直至喷口64打开后足够使气流变为稳定时为止。在已经读入了电压V1后，喷口64在时间t2点再次关闭（参看图8（a）。
上面描述的用于知道氧气浓度检测器的损耗情况的喷孔64的控制和算术逻辑运算，是由处理部件30执行的。处理部件30的工作过程将参照图9所示的流程图进行说明。还有，因为在此工作过程中氧气浓度检测器的损耗和其程度得到检测并获得修正因子，所以以下图9所示的工作过程被称为标准过程。
起动后在第100步要区别发动机52是否处在怠速状态。此判别根据来自发动机的转速和中间开关72的信号而进行。若发动机处于怠速状态，则进行到第102步，否则便结速。在第102步骤，要寻找用于校准过程的标记CAFLAG是否为O。这是当用于校准过程的所有必要的数据已被读入时所用的标记。当标记CAFLAG为0时，程序继续执行至第104步，否则，由于校准过程已完成，程序便结束。
由重复第104和106步骤，发动机52进入λ＝1.0的运转状态。发动机52在这样的运转条件下，在那时供给的燃油量Qfo发动机52的转速No和氧气浓度检测器的输出电压Vo被依次读出（108、110、112步）。在114步骤，发动机的转速再次读出，并在116步，发动机转速N的变化是否保持在预定的范围内得到检验。此步是为了进一步确定发动机52的工作状态没有从前一步的时间的工作状态变化，在前一步，用于校准过程的必要的数据已被取出。如果工作状态变化的话，各步读出的数据就成为无效的，所以，进一步的过程便停止。若工作状态没有变化，则进行到118步。
在118步，待喷射的燃油量Qf固定在108步读出的数值Qfo0之后，喷孔64在120步被打开。程序122和124步是一计时器操作。所以，在从喷孔64打开的时间tw以后，依次执行126和128步。由此，氧气浓度检测器的输出电压V1和转速N被读出。在130步，发动机52的转速N再次得到检验。此步与116步的目的相同。如果转速N变化，程序便结束。假定转速N的变化保持在预定的范围内，在132步的标记CAFLAG便被置值1，这意味着用于校准过程的必要的数据读入已完成。
在已经把必要的数据输送给处理部件30后，已经获得的和储存在上一校准过程的原增益系数Ko从134步的存储中读出。在136步，新的增益系数Kn在前步读出的数据的基础上，根据公式（5）而被计算。下一步K0和Kn间的比值KG在138步得到计算。比值KG在下文被称为修正因子。这样，如果获得的修正因子KG不等于1，即，新的增益系数KN与原增益系数K0不等，这样的事实意味着氧气浓度检测器损耗了。如果损耗的话，例如，多孔层6的堵塞严重的话，根据损耗程度，新增益系数Kn小于原增益系数K0。所以，因子KG相应于其比值成为不同于1的数值。换句话说，因子KG可以说是表示检测器损耗的程度的。因此，因子KG可以用来修正根据由损耗的检测器测量的数值确定的空燃比。
参考图10，将对修正错误测量值和对确定修正空燃比的工作过程进行描述。
顺便提一下，取多孔层6的孔隙已经被堵塞的情况（参看图4b中的虚线）作为例子，在λ＞1.0的范围内实际测量的电压值表明低于正常值（图4b中的实线），而在λ＜1.0的范围内，实际测量的电压值表明高于正常值。此外，如果层6的一部分已脱落，那么，上面提到的检测器输出电压与λ的关系曲线就变为相反的了。所以，修正工作过程必须相应于λ＜1.0和λ＞1.0的各自范围内分别进行。
首先，氧气浓度检测器的输出电压VT在150步骤时读出，而在第152步骤输出电压VT与当λ＝1.0时的输出电压VPG相比较。当VT小于VPG时，即，在λ＜1.0的范围，程序执行到154步骤，在这一步，由VPG减去VT得到差值VD。在156步骤，由图9的工作过程获得的修正因子KG与差值VD相乘而获得修正值VG。此外，在158步骤由VPG减去VG得到修正的VTC。回到152步骤当VT大于VPG时，即，在λ＞1.0的范围，程序执行154′步。在154′步骤的过程中，所进行的工作与154至158步骤的过程相似，然而，差值VD是由VT减去VPG得到的，修正的VTC是由VG和VPG相加得到的。所以，根据修正的VTC，在160步骤检查过量空气系数表（λ-表）这在下面将详细描述。由此，鉴定了正确的空燃比并用于准确的燃油喷射控制。
图11是表示λ-表的一个实例，此表配置于处理部件的储存器中，并相应氧气浓度检测器的输出电压VT有地址。在所示的例子中，地址N，N+1，……N+n分配给λ＜1.0范围的输出电压VT，而地址M，……M+n-1，M+n分配给λ＞1.0范围的输出电压VT。此外，相应于电压VPG（λ＝1.0）的地址是No。在各自地址的储存位置，储存了相应λ。如果储存的λ是根据非损耗的氧气浓度检测器的正常输出电压预先确定的正确数值的话，相应于修正的VTC读出的λ值表示正确的数值。
在上面描述的实施方案中，图10的修正程序在每次氧气浓度检测器的输出电压输给处理部件30时执行。然而，本发明的效果或予想目的在修正因子KG一旦已经由图9的校准程序获得后，由图11所示重写λ-表的内容也能完成。下面将描述重写λ-表的内容的方法，参考图12。
首先，在162步骤，计算修正因子KG的倒数值KG′。接着，在164步骤，储存在λ-表的地址N的λ值被读出。在从166至170步骤的过程中，以与图10的流程图相应过程相似的方法获得修正的VTC。在172步骤，已经在164步骤读出的λ值相应于修正的VTC被储存到λ-表的地址中。换句话说，相应于修正的VTC的地址内容由已经在164步骤读出的λ值重写。此后，地址值N在174步骤加上1，并在176步骤鉴别地址N是否已经到N+n。若没有，则程序返回到164步骤，反复执行上述的过程直到地址值N变成N+n时止。当地址值N达到N+n时，程序执行178步骤。上述的164至176步骤的过程是重写储存在λ-表的地址N至N+n的内容的过程。即，此过程重写了λ-表的λ＜1.0的范围。
完成176步骤后，开始执行178步骤，在这一步，储存在λ-表的地址M中的λ值被读出。在从180至184步骤的过程中，以与图10的流程图的相应过程相似的方法获得修正的VTC。在186步骤，已经在178步骤读出的λ值相应于在184步骤得到修正的VTC被储存到λ-表的地址中。也就是，相应于修正的VTC的地址内容由已经在178步骤读出的λ值重写。此后，地址值M在188步骤加1，在190步骤判别地址值M是否已经达到M+n。若没有，则程序返回到178步骤，反复执行178至188步骤的过程，直到地址值M变成M+n时止。当地址值M达到M+n时程序结束。由178步骤开始的程序重写了储存在λ-表的地址M至M+n的内容。换句话说，可以重写λ-表的λ＞1.0的范围。
由此可见，根据氧气浓度检测器的损耗程度一旦λ-表被修正，从λ-表读出的λ值能够马上用于随后的燃油喷射控制。
在前面描述的实施方案中，氧气浓度检测器的输出电压的修正是使用修正因子KG或其倒数KG7进行的，此修正因子是根据检测器的原增益系数K0和新增益系数Kn获得的，用于燃油喷射控制的λ值是根据修正的电压VTC确定的。另一个实施方案将在下面进行描述，此实施方案中的氧气浓度检测器的自身增益是根据检测损耗程度得到修正的。
首先，参考图13和图14，将解释另一实施方案的工作原理。此实施方案利用这样的事实，相对于同一λ值的输出电压VT′可以由改变如图1所示的通向开关12至18的信号的开关时间，即，改变VT′施加于电极8的持续时间而得到变化。换句话说，氧气浓度检测器的增益根据通向开关12至18的信号的开关时间而变化。图13a示出了时间周期T1和T2之间的标准关系。以图3c的同样方式，相应于时间T1开关12、16闭合，开关14、18打开（第一种工作状态），相反，相应于时间T2，开关12，16打开，而14、18闭合（第二种工作状态）。
象图13b所示的，如果相应于第二种工作状态的时间周期T2变为比T2延长的T2′，则氧气浓度检测器的增益变小，如图14中的虚线所示。这是因为，如果第二种工作状态的时间周期延长，则有足够数量的氧气，即使带有很少量的电流流过件4，可以通过大气和排放的气体之间的固体电解质件4传递。相反，如果第二种工作状态的时间周期缩短如图13c所示的T2″，则检测器的增益变大，如图14中的双点划线所示。其原因如下，当第二种工作状态的时间周期缩短时，流过件4的电流增加，为了把电极8的电势保持在0.4伏，就必须保证有足够数量的氧气传递。而且，从图13a到13c将会明白，第一种工作状态的时间周期T1不变化。
此外，还要说明，当λ＝1.0时，在上面描述的任何情况下，氧气浓度检测器的输出电压保持为VPG。
接下来将解释本实施方案的工作过程，此实施方案利用上面提到的工作原理，参考图15，它示出的是一个工作流程图。
因为，从开始到读出氧气浓度检测器的输出电压V1与在图9中的100至126步相同，所以，在此图省略这些详细步骤。而且，此时读出的输出电压V1被表示为V1（新），另一方面，以前时间读出的输出电压V1被表示为V1（原）。在已经读出V1（新）后，便在192步与V1（原）比较。如果V1（原）大于V1（新），则第二种工作状态的时间周期T2减小，直到V1（原）与V1（新）相等时为止（194步和196步）。当V1（新）变为与V1（原）相等时的时间周期T2就是用于随后第二种工作状态使用的时间周期。相反，当V1（原）小于V1（新）时，第二种工作状态的时间周期T2增加，直到V1（原）与V1（新）相等时为止（194′和196′步）。象上面提到的一样，当V1（新）变为与V1（原）相等时的时间周期T2就是随后第二种工作状态所使用的时间周期。
在第二种工作状态的时间周期已经确定后，发动机的转速N在第198步读出，转速的变化在200步得到检验。当转速的变化在预定范围内时，标记CAFLAG形成数值1，程序结束。如果转速的变化超过预定范围，则程序结束而不形成标记CAFLAG。
根据此实施方案，不需要重写λ-表的操作，因此，随后的过程变得较简单。
在图10和图12所示的实施方案中，为了确定正确的λ值，使用了从原来的和新的增益系数K0和Kn计算的修正因子KG或它的倒数KG′。从上面提到用于计算增益系数K的公式（5）中明显地看出了通过旁通道62引入的附加空气量△Qa和喷射燃油量Qfo包含在公式中作为变量。例如，在公式（5）的变量中，附加空气量△Qa在使用很长时间周期后由于这样或那样的原因可以变化。而且，喷射的燃油量Qfo不真能总是足够精确的，因此，如果可能的话，总是希望Qfo不作为变量以计算增益系数K。下面还将解释一个实施方案，其中，修正因子KG不使用附加空气量△Qa和喷射的燃油量Qfo便可得到。
首先对这个实施方案的工作原理进行解释，参照图16，它表示该实施方案的工作过程的时间图。
首先，将发动机52置于怠速状态，喷孔64关闭（参看图16（a））。这时，吸入到发动机中的空气量Qa为Qao（参看图16（b））。在这种状态下，λ值调整为λo（＝1.0）（参看图16（d））。这是由反馈控制完成的，由此，氧气浓度检测器的输出电压被控制而变为V0（＝VPG）（参看图16（c））。结果，供给发动机的燃油量是Qfo（参看图16（c））。此时的工作状态称为状态1（S1）。
下面，当油量Qf保持为Qfo（参看图16（c）），喷孔64打开时（参看图16（a）），附加空气量△Qa被引入发动机52中（参看图16（b））。此时吸入到发动机中的总空气量Qaa用下式表示。
Qaa＝Qao+△Qa （6）
正象已经说明过的，虽然喷孔64是打开的，但是，因为通过节气门58的最初的气流速度与声速相等，所以，由空气流量计56测量的数值未发生变化并与QaO一致。因此，根据空气流量表56的信号（参看图16（c））。计算的燃油量Qfo也不发生变化。相应地，吸入到发动机52中的混合气变稀，λ值变为大于λ＊（＝1.0）的λ1（参照图16（d））。这时氧气浓度检测器的输出电压变为大于V0（＝VPG）的V1（参看图16（e））。此工作状态表示为图中的状态2（S2）。
此后，在喷孔64打开的状态下，λ值再次调整为λ0（＝1.0）（参看图16（d））。结果，因为吸入到发动机52中的空气量Qa保持在Qaa（参看图16（b）），所以，燃油量增加△Qf（参看图16（c））。所供给的燃油总量Qfa用如午公式表示：
Qfa＝Qfo+△Qf （7）
在这个时候，氧气浓度检测器的输出电压变为V0（＝VPG）（参看图16（e））。此时的工作状态称为状态3（S3）。
此后，当燃油量Qf保持在Qfa时（参看图16（c）），喷孔64再次关闭（图16（a））。由此，发动机52吸入的空气量Qa恢复为Qao（图16（b））。供给发动机52的混合物变浓，λ值变为比λ0（＝1.0）小的λ2（图16（d））。氧气浓度检测器的输出电压V2变成比V0（＝VPG）小的V2（参看图16（d））。这个最后的工作状态在图中表示为状态4（S4）。
图17是表示上面提到的工作状态变化的图。图中横座标表示供给发动机52的燃油量Qf，纵座标表示发动机52吸入的空气量Qa。图中虚线表示发动机52吸入混合气的理想配比的空燃比的线（Qa/Qf＝14.7）因此，λ＝1.0的工作状态处于这条虚线上。虚线上面的范围表示混合气稀，虚线下面的范围表示混合气浓。上面讲的工作过程从虚线上的点S1（Qfo、Qao）开始。由打开喷孔64，燃油量Qf保持在Qfo，工作状态就移向点S2。然后，燃油量Qf增加△Qf，空气量Qa保持在Qaa，所以，λ值变为λ0（＝1.0）。由此，工作状态达到虚线上的点S3（Qfa、Qaa）。此后，喷孔64再次关闭。空气量Qa，由于喷孔64的闭合空气量Qa减少为△Qa。所以，工作状态为点S4（Qfa，Qao）。
图18表示上面提到的氧气浓度检测器输出特性的工作过程。图中，实线a表示检测器损耗前的最初特性，虚线b表示检测器在其损耗后的特性。这里取多孔层6被堵塞的情况作为损耗的实例。从图中能明显看出，在S1和S3的状态下，氧气浓度检测器的输出电压在两种特性的情况下均相同，并等于V0（＝VPG）。在S2和S4的状态下，检测器的输出电压在特性a和b之间存在着差别。
当λ大于1.0为λ＊时，即稀混合气区域，氧气浓度检测器的输出电压在特性a中是V1，而在特性b中低于V1变成V1′。另一方面，当λ小于1.0为λ2时，即浓混合气区域，检测器的输出电压在特性a中是V2，而在特性b中高于V2变成V2′。检测器的输出电压的变化表示老化损耗的程度，所以，校准工作可以根据此变化实施。使用上面提到的工作原理的校准方法如下所述。
就特性a而论，在S1的状态下，空气量Qa和燃油量Qf之间存在如下关系：
QaO/Qfo＝c （8）
其中，因为λ＝1.0，所以，相应于理想配比空燃比，C＝14.7。
在S2的状态下，由于增加空气量△Qa，所以确定了如下关系：
K（Qao+△Qa）/Qfo＝V1-V0 （9）
其中，K表示氧气浓度检测器在λ＞1.0范围的增益系数。
在状态S3，因为λ＝1.0，喷孔64打开，所以确立如下关系：
（QaO+Qa）/Qfa＝＊ （10）
其中，Qfo＝Qfo+△Qf。
在状态S4，喷孔64关闭，燃油量Qf保持为Qfa。所以，确定如下的关系：
βKQaO/Qfa＝V0-V2 （11）
其中，βK表示氧气浓度检测器在λ＜1.0范围内的增益系数。
从上面的公式（8）至（11），获得的增益系数K由下面的公式表示：
（12）
同样，相应于已经损耗的氧气浓度检测器的输出特性b，也能获得增益系数K′。由下面公式表示。
Figure 86106698_IMG4
（13）
相应地，作为原增益系数和新增益系数的比值得到的修正因子KG如下：
Figure 86106698_IMG5
（14）
获得的修正因子KG当然能使用于图10和图12所示的校正工作过程。从公式（14）能看出，此公式只包括测量值作为变量，所以，修正因子KG的获得并不受QaO和QfO的作用及喷孔64的开口面积的影响。
接下来，将说明根据前面提到的工作原理，处理部件30的工作过程。参照图19，它表示此工作过程的流程图。
在204步，判别发动机52是否处于怠速状态，在206步，检查标记CAFLAG的数值。如果发动机未处于怠速状态或者CAFLAG数值为1时，则不执行下一步程序。若发动机52处于怠速状态和CAFLAG的数值为0，则执行随后的程序。也就是，由执行208和210步，λ值变为1.0，以产生S1的状态。在212和214步，读出氧气浓度检测器的输出电压V0和燃油量Qfo，在216步，将燃油量Qf固定在QfO。
在218步，打开喷孔64以产生S2状态。220步在进一步确定发动机52还处于怠速状态以后，检测器的输出电压V1在222步读出。这时，若发动机52没有处于怠速状态，则不执行下一步程序。在已经读出输出电压V1后，执行224和226步，λ值再次成为1.0。由此产生S3状态。228步读出S3状态下的燃油量Qfa，并在230步再次确定发动机52处于怠速状态。当发动机52未处于怠速状态时，程序结束。如果，发动机52处于怠速状态，则在232步读出检测器的输出电压V0。
此后，在228步读出的燃油量Qf，在234步固定为Qfo，在236步，喷孔64关闭。结果，产生S4的状态。在238步再次检验发动机52是否处于怠速状态。当发动机52没有处于怠速状态时，不执行下一步的程序。若发动机仍处于怠速状态，则在240步读出检测器的输出电压V2。由执行随后的242和244步，工作状态又恢复到原来的状态S1。所以，在246步，目前的增益系数K′首先根据在214、222、232和240步读出的V0、V1和V2按公式（12）计算。另外，以前计算的增益系数或存于储存器的最初增益系数K被读出，由K与K′之比就可计算修正因子KG。在计算修正因子KG以后，在248步，标记CAFLAG形成值1，程序结束。
本发明应用于实际内燃机的实验结果如图20所示。从图中就会明白，过量空气系数λ和氧气浓度检测器的输出电压VT根据工作状态而变化，然而，象上面描述的空气流量计56的输出信号一点儿不变化，因为，通过其中的空气流速等于声速。图21表示氧气浓度检测器在其损耗前（即，最初的输出特性）的输出特性和其损耗后的输出特性以及校准后的输出特性之间的比较。校准的输出特性是由修正损耗后的特性得到的，修正损耗的特性是由图20所示的工作过程中的氧气浓度检测器的实际输出值计算的修正系数进行的。从这个比较中就会看出，校准的特性与损耗前的，也就是最初的输出特性能很快地重合。根据空燃比两特性之间的差别只有1%至2%。
通过对上面实施方案的描述，校准工作在发动机的怠速状态中就已进行。而校准工作的计时并不受发动机怠速时间的限制。每当发动机处于稳定状态运转时，校准工作便可以进行。
象上面描述的，根据本发明的空燃比传感器，由氧气浓度检测器老化损耗产生的空燃比测量误差，可以容易并准确地得到修正，所以使发动机得到准确的控制是可能的。
不脱离本发明所包含的范围，可以对上述的装置和过程进行某些改进，其意图是上面描述的或相应附图所表明的内容应理解成为说明性的，而不是限定的理解。

Claims (32)

1、一种内燃机空燃比检测装置，包括安装在发动机进气管上、根据发动机工作状况调节其开度、从而控制吸入发动机的最初空气量的节气门，安装在发动机排气管上、用于检测在发动机排放气体中残留氧气浓度的检测装置，和处理单元，该单元具有一空燃比与残留氧化浓度相对的空气过量系数表，并用检索过量系数表与浓度检测装置的输出来确定空燃比，
其特征在于：
进一步备有除最初空气吸入到发动机之外用于将预定量的附加空气引入到发动机的装置，及
处理单元控制上述引入装置，在发动机具有初始空气的速度保持在与声速基本相等的稳定运转中，将附加空气以预定的期间引入到发动机，并根据在浓度检测装置输出信号之前和在引入附加空气以确定空燃比之后执行预确定处理，其中由浓检测装置导致的错误得到校正。
2、根据权利要求1所确定的空燃比检测装置，其中，上述的引入装置，包括桥接空气流量表和节气门的旁通道和一个喷孔，它相应于来自处理部件的信号，控制空气从旁通道流过的信息。
3、根据权利要求1确定的空燃比检测装置，其中，附加空气引入发动机是由相应某一时间把节气门的开启角度由现在的角度进一步加大一点进行的。
4、根据权利要求1确定的空燃比检测装置，其中，由浓度检测装置在其通常的工作过程中产生的输出值根据处理结果得到修正，用此修正的输出值可以修补过量空气系数表。
5、根据权利要求1确定的空燃比检测装置，其中，过量空气系数表的内容是根据处理过程每次执行的处理结果重写的，过量空气系数表是用浓度检测装置在其通常工作过程中的输出值直接修补的。
6、根据权利要求1确定的空燃比检测装置，其中，处理部件的处理过程包括如下步骤：
第一步，调整供给发动机混合气体的空燃比大体上为理想配比值;
第二步，读出供给发动机的燃油量和浓度检测装置的输出值;
第三步，将燃油量固定在第二步读出的数值，并将附加空气引入到发动机中;
第四步，读出浓度检测装置的输出值;和
第五步，根据第二步和第四步读出的输出值计算浓度检测装置的增益系数，将计算的增益系数与先前计算的增益系数比较得到修正系数，用它来确定空燃比。
7、根据权利要求6确定的空燃比检测装置，其中，在第五步前面，还有一步要确定发动机转速变化是否保持在预定范围内，如果转速的变化超过预定的范围，则停止执行下面的步骤。
8、根据权利要求6确定的空燃比检测装置，其中，第四步是在引入附加空气的某一时间间隔后执行的。
9、根据权利要求6确定的空燃比检测装置，其中，浓度检测装置在其通常工作期间产生的输出值根据修正因子而被修正，用此修正的输出值修补过量空气系数表。
10、根据权利要求6确定的空燃比检测装置，其中，过量空气系数表的内容是根据每次执行处理过程的修正因子重写的，过量空气系数表是用浓度检测装置在其通常工作期间的输出值直接修补的。
11、根据权利要求1确定的空燃比检测装置，其中，上述处理部件的处理过程包括下列步骤：
第一步，调整供给发动机的混合气的空燃比大体上为理想配比值;
第二步，读出供给发动机的燃油量和浓度检测装置的输出值;
第三步，将燃油量固定在第二步读出的数值，此后，将附加空气引入到发动机中;
第四步，读出浓度检测装置的输出值;
第五步，把供给发动机混合气的空燃比大体上调整为理想配比值;
第六步，读出燃油量和浓度检测装置的输出值;
第七步，将燃油量固定在第六步读出的数值，此后，停止引入附加空气;
第八步，读出浓度检测装置的输出值;
第九步，根据在第二、第四、第六和第八步读出的输出值，计算浓度检测装置的增益系数，并用此增益系数与先前的以同样方式计算的增益系数相比较，并存储以获得修正因子，用它来确定空燃比。
12、根据权利要求11确定的空燃比检测装置，其中，在读出浓度检测装置的输出值步骤之前;还有一步要确定发动机转速变化是否保持在预定范围内，如果发动机转速的变化超过预定的范围，则停止执行随后的步骤。
13、根据权利要求11确定的空燃比检测装置，其中，浓度检测装置在其通常工作期产生的输出值根据修正因子而被修正，用此修正的输出值修补过量空气系数表。
14、根据权利要求11确定的空燃比检测装置，其中，过量空气系数表的内容是根据每次执行处理过程的修正系数重写的，过量空气系数表由浓度检测装置在其通常工作期间的输出值直接修补的。
15、根据权利要求1确定的空燃比检测装置，其中，浓度检测装置的增益系数是这样调整的，在引入附加空气的时候，浓度检测装置的输出值变成与先前引入附加空气时已经读出的和储存的浓度检测装置的输出值相等。
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