CN101078381B - 气体传感器的劣化信号产生装置和模拟劣化信号的方法 - Google Patents

Abstract

一种气体传感器的劣化信号产生装置和模拟劣化信号的方法，用于模拟由处于劣化状态的气体传感器输出的劣化信号，该气体传感器基于来自内燃发动机的排气中的特定成分的浓度，检测该排气的空燃比，该劣化信号产生装置包括这里所定义的基准信号获取单元、这里所定义的基准信号存储单元、这里所定义的延迟时间设置单元以及这里所定义的信号延迟产生单元。

Description

气体传感器的劣化信号产生装置和模拟劣化信号的方法

技术领域

本发明涉及一种气体传感器的劣化信号产生装置，用于模拟由处于劣化状态下的气体传感器输出的检测信号(劣化信号)，该气体传感器基于来自内燃发动机的排气中的特定成分的浓度，检测该排气的空燃比。 

背景技术

气体传感器是众所周知的。它们安装在汽车发动机等内燃发动机的排气通道中，以基于排气中的特定成分的浓度，检测排气的空燃比。这种气体传感器的传感器元件利用流过该元件本身的电流的幅值或该元件上的电压根据排气中的特定元素的浓度而二值或线性变化的事实，来检测排气的空燃比。从气体传感器输出的检测信号传送到ECU(electronic control unit，电子控制单元)，ECU基于由此而接收到的检测信号，执行发动机中燃料喷射量调整等空燃比的反馈控制。 

在该气体传感器中，因为传感器元件暴露到排气通道的排气中，所以在长时间使用后，传感器元件由于老化而劣化。在这种情况下，参照ECU的开发，采用即使对于从处于劣化状态的气体传感器获得的检测信号也能够将对空燃比反馈控制的参数确定为最佳的设计，使得即使当气体传感器劣化到某种程度时也能保持对空燃比反馈控制的精度。例如，进行加速耐久试验以提供处于不同劣化程度的气体传感器。根据该检测信号和从正常气体传感器检测到的信号，预测从处于不同劣化程度的气体传感器获得的劣化信号的瞬时状态，从而设置用于控制的参数。 

当测试实际的车辆以检查排气的净化状态时，为了检查即使采用劣化的气体传感器时由ECU所执行的对空燃比的反馈控制是否适当，将通过上述加速耐久试验已经劣化的气体传感器安装在实际车辆中。然而，很难通过加速耐久试验如所希望的那样来构造每一个气体传感器，以使传感器再现这种试验要使用的多种劣化状态。此外，每次进行试验时在不同的劣化状态之间切换气体传感器非常繁琐。在这种情况下，开发了能够模拟来自气体传感器的劣化信号的劣化信号产生装置(劣化模拟器)(例如，参见日本特开2004-93957号公报)。 

这种劣化信号产生装置介于安装在实际车辆中的正常气体传感器(即用作劣化信号产生的基准的气体传感器)和ECU之间。该装置处理输入到该装置的检测信号以模拟劣化信号，并向ECU输出劣化信号。具体地，在日本特开2004-93957号公报中公开的劣化信号产生装置通过改变检测信号的增益或延迟该检测信号的应答特性，生成模拟的劣化信号。 

本发明要解决的问题

在大多数情况下，气体传感器安装在设置于排气通道下游的净化器的附近。因此，当通过对燃料喷射量的调整来改变提供给内燃发动机的混合物的目标空燃比时，具有新空燃比的混合物在发动机(燃烧室)中燃烧之后到达气体传感器需要一定的时间。为此，在混合物的目标空燃比进行变化的定时和从气体传感器输出的检测信号开始出现变化的定时之间存在延时(延迟)。 

当气体传感器用了很长的一段时间后，气体传感器的保护器(具体来说是覆盖传感器元件外围的带有气体流通孔的保护器)可能随时间而劣化，例如气体流通孔阻塞等。当气体传感器如上所述劣化时，通过气体流通孔替换保护器中的气体变慢。 因此，当与来自未劣化的气体传感器的检测信号相比时，来自该气体传感器的检测信号开始随混合物的目标空燃比的变化而变化需要更长的时间(延迟时间)。为此，当考虑到气体传感器的劣化状态而开发ECU时，不注意上述延迟时间随着所经过的时间而变化(增加)的事实，就无法开发出能够促进对空燃比的更准确的反馈控制的ECU。然而，尽管在日本特开2004-93957号公报中公开的劣化信号产生装置可以模拟具有可变增益和应答特性的劣化信号，但是通过该装置无法模拟来自气体传感器的这种延迟时间变化的劣化信号。 

为了解决上述问题做出了本发明，本发明的目的是提供一种气体传感器的劣化信号产生装置，该气体传感器基于来自内燃发动机的排气中的特定成分的浓度，检测该排气的空燃比，该装置能够模拟由气体传感器输出的劣化信号并输出具有一些延迟的劣化信号。 

发明内容

(1)为了实现上述目的，本发明提供一种气体传感器的劣化信号产生装置，用于模拟由处于劣化状态的气体传感器输出的劣化信号，该气体传感器基于来自内燃发动机的排气中的特定成分的浓度，检测排气的空燃比，该劣化信号产生装置包括： 

基准信号获取单元，其连接到用于输出产生劣化信号的基准信号的、结构与所述气体传感器相同的基准传感器，所述基准信号与所述排气中的特定成分的浓度相关联，所述基准信号获取单元以恒定的时间间隔获取所述基准信号； 

基准信号存储单元，用于按照获取的顺序存储由所述基准信号获取单元获取的所述基准信号； 

延迟时间设置单元，用于设置在延迟所述基准信号随着提 供给内燃发动机的混合物的目标空燃比的变化而变化的开始点的状态下输出所述信号的延迟时间；以及 

信号延迟产生单元，用于产生在与由所述延迟时间设置单元设置的所述延迟时间相对应的获取次数之前的存储在所述基准信号存储单元中的所述基准信号作为所述劣化信号。 

(2)本发明提供一种根据第(1)项的气体传感器的劣化信号产生装置，其中，所述延迟时间设置单元被配置成能够设置不同类型的延迟时间，即在所述目标空燃比从富侧变化到贫侧的情况下延迟所述基准信号的变化开始的富-贫延迟时间和在所述目标空燃比从贫侧变化到富侧的情况下延迟所述基准信号的变化开始的贫-富延迟时间。所述信号延迟产生单元包括： 

富-贫信号延迟输出单元，用于输出在与所述富-贫延迟时间相对应的获取次数之前的存储在所述基准信号存储单元中的所述基准信号； 

贫-富信号延迟输出单元，用于输出在与所述贫-富延迟时间相对应的获取次数之前的存储在所述基准信号存储单元中的所述基准信号；以及 

劣化信号选择产生单元，用于在由所述基准信号获取单元获取的所述基准信号的值已从富侧变化到贫侧时，产生从所述富-贫信号延迟输出单元输出的所述基准信号作为所述劣化信号，以及在由所述基准信号获取单元获取的所述基准信号的值已从贫侧变化到富侧时，产生从所述贫-富信号延迟输出单元输出的所述基准信号作为所述劣化信号。 

(3)本发明提供一种根据第(2)项的气体传感器的劣化信号产生装置，还包括空燃比变化开始点检测单元，该单元用于基于由所述基准信号获取单元获取的多个所述基准信号，检测作为所述基准信号随着所述目标空燃比从富侧变化到贫侧而变化 的开始点的富-贫变化开始点和作为所述基准信号随着所述目标空燃比从贫侧变化到富侧而变化的开始点的贫-富变化开始点。 

所述劣化信号选择产生单元在所述富-贫变化开始点进行切换，使得产生从所述富-贫信号延迟输出单元输出的所述基准信号作为所述劣化信号，并在所述贫-富变化开始点进行切换，使得产生从所述贫-富信号延迟输出单元输出的所述基准信号作为所述劣化信号。 

(4)本发明提供一种根据第(3)项的气体传感器的劣化信号产生装置，其中，所述空燃比变化开始点检测单元执行对所述基准信号的微分处理，并检测超过所述目标空燃比从富侧变化到贫侧的阈值的所述基准信号的微分值作为所述富-贫变化开始点，以及检测超过所述目标空燃比从贫侧变化到富侧的阈值的微分值作为所述贫-富变化开始点。 

(5)本发明提供一种根据第(1)～(4)项中的任一项的气体传感器的劣化信号产生装置，包括： 

增益因子设置单元，用于设置用于输出增益变化的所述基准信号的增益因子；以及 

增益改变单元，用于通过将所述基准信号乘以由所述增益因子设置单元设置的所述增益因子来改变所述基准信号的增益。 

(6)本发明提供一种根据第(5)项的气体传感器的劣化信号产生装置，其中，所述增益因子设置单元被配置成能够设置不同类型的增益因子，即在所述基准信号的值比预定阈值贫时用于改变所述基准信号的增益的贫增益因子和在所述基准信号的值比所述预定阈值富时用于改变所述基准信号的增益的富增益因子。 

在判断为所述基准信号的值比所述预定阈值贫时，所述增益改变单元将所述基准信号乘以所述贫增益因子；在判断为所述基准信号的值比所述预定阈值富时，所述增益改变单元将所述基准信号乘以所述富增益因子。 

(7)本发明提供一种根据第(1)～(6)项中的任一项的气体传感器的劣化信号产生装置，包括： 

转变率设置单元，用于设置用于输出应答特性变化的所述基准信号的转变率，所述应答特性随着所述目标空燃比的变化而变化；以及 

转变时间改变单元，用于通过将所述基准信号乘以由所述转变率设置单元设置的所述转变率，来改变所述基准信号的所述应答特性。 

(8)本发明提供一种根据第(7)项的气体传感器的劣化信号产生装置，其中，所述转变率设置单元被配置成能够设置不同类型的转变率，即在所述目标空燃比从富侧变化到贫侧的情况下用于改变所述基准信号的所述应答特性的富-贫转变率和在所述目标空燃比从贫侧变化到富侧的情况下用于改变所述基准信号的所述应答特性的贫-富转变率。 

在由所述基准信号获取单元获取的所述基准信号的值从富侧变化到贫侧时，所述转变时间改变单元将所述基准信号乘以所述富-贫转变率，在由所述基准信号获取单元获取的所述基准信号的值从贫侧变化到富侧时，所述转变时间改变单元将所述基准信号乘以所述贫-富转变率。 

本发明提供一种根据第(3)项或第(4)项的气体传感器的劣化信号产生装置，包括： 

保持信号存储单元，用于存储在所述富-贫变化开始点产生的所述劣化信号作为富-贫保持信号，并存储在所述贫-富变化 开始点产生的所述劣化信号作为贫-富保持信号；以及 

保持信号输出单元，用于当在所述富-贫变化开始点之后产生的所述劣化信号的值大于所述富-贫保持信号的值时，输出所述富-贫保持信号作为所述劣化信号，输出所述富-贫保持信号，直到在所述富-贫变化开始点之后产生的所述劣化信号的值变成等于或小于所述富-贫保持信号的值为止；以及当在所述贫-富变化开始点之后产生的所述劣化信号的值小于所述贫-富保持信号的值时，输出所述贫-富保持信号作为所述劣化信号，输出所述贫-富保持信号，直到在所述贫-富变化开始点之后产生的所述劣化信号的值变成等于或大于所述贫-富保持信号的值为止。 

本发明还提供一种模拟由处于劣化状态的气体传感器输出的劣化信号的方法，所述气体传感器被配置成基于来自内燃发动机的排气中的特定成分的浓度检测所述排气的空燃比，所述方法包括：由基准信号获取单元获取基准信号，所述基准信号获取单元连接到用于输出产生劣化信号的基准信号的、结构与所述气体传感器相同的基准传感器，所述基准信号与所述排气中的特定成分的浓度相关联，所述基准信号获取单元被配置成以恒定的时间间隔获取所述基准信号；按照获取的顺序将由所述基准信号获取单元获取的所述基准信号存储在基准信号存储单元；由延迟时间设置单元通过延迟所述基准信号随着提供给内燃发动机的混合物的目标空燃比的变化而变化的开始点来设置输出所述基准信号的延迟时间；以及由信号延迟产生单元产生在与由所述延迟时间设置单元设置的所述延迟时间相对应的获取次数之前的存储在所述基准信号存储单元中的所述基准信号作为所述劣化信号。 

根据第(1)项的劣化信号产生装置可以通过以任意设置的 延迟时间的延迟输出从基准信号获取的基准信号，来产生劣化信号。不需要通过加速耐久试验如所希望的那样来构造气体传感器，以使传感器再现多种劣化状态，在这多种劣化状态下，来自气体传感器的检测信号以不同的延迟时间开始随着提供给内燃发动机的混合物的目标空燃比的变化而变化。不需要开发使用这种考虑了上述不同的延迟时间的气体传感器的系统(例如，ECU)。即，可以仅通过将基准传感器连接到根据本发明的劣化信号产生装置，获得如上所述具有可以自由变化的延迟时间的劣化信号。因此，可以在短时间内顺利地开发出能够精确地反馈控制空燃比的系统。 

根据气体传感器的污染状态(例如，主要由于包含在排气中的Pb成分而导致的污染状态，或者主要由于包含在排气中的Si成分而导致的污染状态)，当目标空燃比变化到富侧时以及当目标空燃比变化到贫侧时，可以以不同的延迟时间输出检测信号。在该情况下，使用根据第(2)项的劣化信号产生装置，使得当目 标空燃比变化到富侧时可以产生以基于贫-富延迟时间的延迟输出的劣化信号，当目标空燃比变化到贫侧时可以产生以基于富-贫延迟时间的延迟输出的劣化信号。 

从第(3)项所提出的发明显而易见，当切换具有不同延迟时间的劣化信号时，优选地，通过检测基准信号随着目标空燃比变化到贫侧而开始变化的富-贫变化开始点以及检测基准信号随着目标空燃比变化到富侧而开始变化的贫-富变化开始点，来确定切换的定时。 

为了检测基准信号随着目标空燃比的变化而变化的开始点，从第(4)项所提出的发明显而易见，可以对基准信号进行微分处理，并且可将微分值与阈值进行比较以识别各开始点。因此，可以通过简单的方法准确地检测各开始点。 

根据第(5)项所提出的发明，可以通过来自基准传感器的基准信号模拟劣化信号，该劣化信号反映由气体传感器输出的检测信号的增益的下降。因此，劣化信号产生装置可具有更高的多样性。还可以产生延迟时间可随着基准信号增益的变化而变化的劣化信号。因此，可以根据气体传感器的各种劣化模式产生劣化信号。 

根据第(6)项所提出的发明，用于改变基准信号的增益的增益因子可以设置为不同的值，即比预定阈值富的基准信号的富增益因子和比预定阈值贫的基准信号的贫增益因子。因此可以模拟来自以下气体传感器的劣化信号，即仅当排气的空燃比处于富侧时输出劣化信号的气体传感器以及当排气的空燃比处于富侧和当空燃比处于贫侧时输出处于不同劣化程度的劣化信号的气体传感器。因此，可以根据气体传感器的各种劣化模式产生劣化信号。 

根据第(7)项所提出的发明，可以根据基准传感器的基准信 号模拟反映由气体传感器输出的信号的应答特性的降低的劣化信号。因此，劣化信号产生装置可以具有更高的多样性。还可以产生延迟时间可随着基准信号应答特性的变化而变化的劣化信号，甚至产生基准信号的增益变化的劣化信号。因此，可以根据气体传感器的各种劣化模式产生劣化信号。 

术语“应答特性”是指由气体传感器输出的检测信号在随着目标空燃比以预定值(不限于理论空燃比)为分界从富侧变化到贫侧或从贫侧变化到富侧而开始变化之后达到预设值所需要的时间。变化所需的时间越短(变化进行得越快)，应答特性越高。 

根据第(8)项所提出的发明，可以将改变基准信号的应答特性的转变率设置为不同的值，即当目标空燃比从贫侧变化到富侧时用于改变基准信号的应答特性的贫-富转变率和当目标空燃比从富侧变化到贫侧时用于改变基准信号的应答特性的富-贫转变率。因此可以模拟来自以下气体传感器的劣化信号，即仅当目标空燃比从富侧变化到贫侧时输出劣化信号的气体传感器以及输出处于不同劣化程度的劣化信号的气体传感器。因此，可以根据气体传感器的各种劣化模式产生劣化信号。 

参照通过其产生劣化信号的基准信号，在贫-富变化开始点发生从由贫-富信号延迟输出单元输出的基准信号向由富-贫信号延迟输出单元输出的基准信号的切换。此时，如果通过富-贫信号延迟输出单元输出的基准信号的值大于通过贫-富信号延迟输出单元输出的基准信号的值，则由此产生的劣化信号的值可在富-贫变化开始点从下降状态暂时上升，之后信号值可能下降。即，信号可能以波动的方式变化。在这种情况下，根据第(9)项所提出的发明，在富-贫变化开始点以及该点之后，用富-贫保持信号代替由富-贫信号延迟输出单元产生的劣化信号。结果，劣化信号的值从下降状态变化到恒定状态，然后再 次进入下降状态，从而可以防止信号以波动的方式变化。类似地，可以在贫-富变化开始点以及该点之后，用贫-富保持信号代替由贫-富信号延迟输出单元输出的劣化信号，这使得可以防止所产生的劣化信号的值以波动的方式变化。因此，当由劣化信号产生装置输出的劣化信号用于第二目的时，不存在信号异常等问题的危险。 

附图说明

图1是示出作为本发明实施方式中的劣化信号产生器的例子的传感器模拟器1的示意性结构的框图。 

图2是EEPROM 12的存储区的结构的概念图。 

图3是RAM 13的存储区的结构的概念图。 

图4是用于说明劣化信号产生程序的全体操作流程的流程框图。 

图5是示出劣化信号产生程序的主程序的流程图。 

图6是增益处理子程序的流程图。 

图7是移动平均处理子程序的流程图。 

图8是峰值检测处理子程序的流程图。 

图9是平均峰值计算处理子程序的流程图。 

图10是阈值检查处理子程序的流程图。 

图11是应答特性处理子程序的流程图。 

图12是第一过冲(overshoot)检查处理子程序的流程图。 

图13是应答增速处理(response speed increasing process)子程序的流程图。 

图14是应答减慢处理(response slow-down process)子程序的流程图。 

图15是延迟处理子程序的流程图。 

图16是第二过冲检查处理子程序的流程图。 

图17是延迟上升处理(delay increasing process)子程序的流程图。 

图18是延迟下降处理(delay decreasing process)子程序的流程图。 

图19是示出通过在富(rich)侧和贫(lean)侧之间交替目标空燃比而获得的、沿时间轴绘制的基准信号的例子的曲线图。 

图20是示出通过改变图19所示的基准信号的富侧增益而获得的劣化信号的例子的曲线图。 

图21是示出通过改变图19所示的基准信号的贫侧增益而获得的劣化信号的例子的曲线图。 

图22是示出通过改变图19所示的基准信号的富侧应答特性而获得的劣化信号的例子的曲线图。 

图23是示出通过改变图19所示的基准信号的贫侧应答特性而获得的劣化信号的例子的曲线图。 

图24是为了说明第一过冲检查处理，以放大的比例示出图23中由圆圈Q表示的部分的曲线图。 

图25是为了说明第一过冲检查处理，以放大的比例示出图23中由圆圈Q表示的部分的另一个曲线图。 

图26是示出通过改变图19所示的基准信号的富侧延迟时间而获得的劣化信号的例子的曲线图。 

图27是示出通过改变图19所示的基准信号的贫侧延迟时间而获得的劣化信号的例子的曲线图。 

图28是为了说明第二过冲检查处理，以放大的比例示出图27中由圆圈R表示的部分的曲线图。 

图29是为了说明第二过冲检查处理，以放大的比例示出图27中由圆圈R表示的部分的另一个曲线图。 

图30是示出通过在富侧和贫侧均改变图19所示的基准信号的增益、应答特性和延迟时间而获得的劣化信号的例子的曲线图。 

附图标记的说明

附图中用于表示各种结构特征的附图标记包括： 

1：传感器模拟器；2：基准传感器；11：CPU；12：EEPROM；13：RAM；60：输入单元；121：设置值存储区；132：变量存储区；Vin：基准信号；Vout：劣化信号；RichDelayTime：贫-富延迟时间；LeanDelayTime：富-贫延迟时间；Du：微分值；UpThreshold：当空燃比从贫侧变化到富侧时使用的阈值；DownThreshold：当空燃比从富侧变化到贫侧时使用的阈值；RichGain：富增益率；LeanGain：贫增益率；GainThreshold：阈值；RichTimeConstant：贫-富转变率；LeanTimeConstant：富-贫转变率；Vbase：富-贫保持信号，贫-富保持信号。 

具体实施方式

现在，参照附图说明根据本发明的劣化信号产生器的具体实施例。图1是示出作为本发明实施方式中的劣化信号产生器的例子的传感器模拟器1的示意性结构的框图。可以使用氧传感器、通用空燃比传感器或NOx传感器作为连接到根据本发明的劣化信号产生器的气体传感器。在本实施例中，使用λ型氧传感器作为这种传感器的例子，并基于使用正常λ型氧传感器(未劣化)作为基准传感器2的假设进行说明。尽管由于所用的λ型氧传感器是众所周知的类型而不对其进行详细说明，但是具体地基于使用如在日本特开2004-138599号公报中所公开的圆柱形氧传感器的假设进行说明。 

如图1所示，传感器模拟器1是介于作为安装在汽车的排气 通道(未示出)中的氧传感器的基准传感器2和对汽车进行电子控制的ECU 3之间的装置。基准传感器2根据流过排气通道的排气中的氧浓度输出检测信号，并将该检测信号输入到传感器模拟器1作为基准信号。传感器模拟器1通过执行稍后说明的劣化信号产生程序来处理输入的基准信号以产生劣化信号，并将该信号输出给ECU 3。基于输入的劣化信号，ECU 3对未示出的发动机进行控制(例如，调整由喷射器喷射的燃料的喷射量和喷射定时，以及调整点火定时)。ECU 3还向基准传感器2的加热器电路(未示出)提供加热器驱动电压以快速地激活传感器元件(未示出)并使该传感器元件在激活后稳定。 

传感器模拟器1包括设置在未示出的壳体中的微型计算机10，该微型计算机具有用于控制其本身的CPU 11、用于存储稍后说明的劣化信号产生程序的可重写EEPROM 12和用于暂时存储各种数据的RAM 13。微型计算机10的CPU 11、EEPROM 12和RAM 13具有众所周知的结构。稍后将说明EEPROM 12和RAM 13的存储区的结构。 

A/D转换器30和D/A转换器50连接到微型计算机10，其中A/D转换器30对通过输入接口20从基准传感器2输入的基准信号进行A/D转换，D/A转换器50对由稍后说明的劣化信号产生程序产生的劣化信号进行D/A转换以通过输出缓冲器40将该劣化信号输出到ECU 3。用于允许用户输入劣化信号产生程序所使用的设置值的输入单元60以及用于对显示单元80执行显示控制的显示控制单元70还连接到微型计算机10，其中显示单元80用于显示输入设置值以允许对该输入设置值进行确认。例如，使用推动开关(push-switch)或旋转开关(rotary switch)作为输入单元60，使用LCD显示器作为显示单元80。尽管未示出，传感器模拟器1还包括电源电路。 

稍后说明的劣化信号产生程序在从基准信号产生劣化信号时以子程序为单位执行多个处理，并在处理过程中产生各种中间信号。在劣化信号产生程序中，使用RAM 13的变量存储区132中所存储的多个变量，在子程序之间交换中间信号。在本实施例中，为了方便，存储在一个子程序中作为变量处理的中间信号的处理可被称为“输出”，将作为变量存储的中间信号读到另一个子程序中的处理可被称为“输入”。 

现在参照图2和图3说明EEPROM 12的存储区和RAM 13的存储区的示意性结构。图2是EEPROM 12的存储区的结构的概念图。图3是RAM 13的存储区的结构的概念图。 

如图2所示，在EEPROM 12中设置设置值存储区121、程序存储区122和初始值存储区123。在设置值存储区121中，存储稍后说明的7个变量(RichGain、LeanGain、GainThreshold、RichTimeConstant、LeanTimeConstant、RichDelayTime和LeanDelayTime)的设置值，并且这7个变量的设置值由劣化信号产生程序使用。用户从输入单元60输入任意的值作为该设置值，然后将这些值存储在EEPROM 12中，因此即使当电源断开时，这些值也能保存。劣化信号产生程序存储在程序存储区122中。EEPROM 12的使用实现了适合升级的灵活结构。此外，EEPROM 12设置有各种未示出的存储区。 

如图3所示，在RAM 13中设置工作区131和变量存储区132。工作区131是读入并展开劣化信号产生程序的存储区，并且是用于执行程序的区域。在变量存储区132中存储以下说明的各种变量和计数值，并且在执行劣化信号产生程序时使用这些变量和计数值。 

现在对由劣化信号产生程序使用的变量和计数值进行说明。“Vin”表示用于存储从基准传感器2获得的基准信号的电压 的变量，将该变量的初始值设为0。“GainThreshold”表示存储用于根据基准信号的电压判断排气的空燃比处于富侧和贫侧中的哪一侧的阈值的变量，设置用户预先指定的值作为该变量的初始值。“RichGain”表示用于存储当排气的空燃比处于富侧时为了获得第一中间信号(电压Vint1)而与基准信号的电压相乘的增益因子的变量，设置用户指定的值作为该变量的初始值。“LeanGain”表示用于存储当排气的空燃比处于贫侧时为了获得第一中间信号(电压Vint1)而与基准信号的电压相乘的增益因子的变量，设置用户指定的值作为该变量的初始值。“Vint1”表示用于存储通过改变基准信号的电压Vin的增益而获得的第一中间信号的电压的变量，将该变量的初始值设为0。 

“prevVin”表示用于存储和保存所获取的最新的且用于下一次操作(1毫秒后)的基准信号的电压Vin的变量，将该变量的初始值设为0。“Vdiff”是用于存储基准信号的微分值的变量，该微分值是作为前一次所获取的基准信号的电压prevVin和最近所获取的基准信号的电压Vin之间的差的近似值而获得的，将该变量的初始值设为0。“prevVdiff[i]”表示用于存储从前第99次计算出的微分值prevVdiff[99]到前一次计算出的微分值prevVdiff[1]的99个变量，存储0作为每个变量的初始值。“VdiffSum”表示用于存储从前第99次计算出的微分值prevVdiff[99]到前一次计算出的微分值prevVdiff[1]与最新计算出的微分值Vdiff的和的变量，将该变量的初始值设为0。“i”是用于指定微分值prevVdiff[i]的存储区和稍后说明的电压prevVint3[i]的存储区的变量，将该变量的初始值设为1。“du”是用于存储从前第99次(99毫秒前)获取的基准信号的微分值到最新获取的基准信号的微分值的100个微分值的平均值的变量，将该变量的初始值设为0。 

“StepCount”表示为了获得1秒内的上升峰值tmpUpPeak和下降峰值tmpDownPeak而测量经过1秒的计数值，将该变量的初始值设为0。“tmpUpPeak”表示用于存储作为在最近的1秒内的平均微分值du的最大值的上升峰值的变量，将该变量的初始值设为0。“tmpDownPeak”表示用于存储作为在最近的1秒内的平均微分值du的最小值的下降峰值的变量，将该变量的初始值设为0。“prevUpPeak1”表示用于存储前一次(1秒前)获得的1秒内的上升峰值的变量，将该变量的初始值设为0。“prevUpPeak2”表示用于存储上上次(2秒前)获得的1秒内的上升峰值的变量，将该变量的初始值设为0。“prevDownPeak1”表示用于存储前一次(1秒前)获得的1秒内的下降峰值的变量，将该变量的初始值设为0。“prevDownPeak2”表示用于存储上上次(2秒前)获得的1秒内的下降峰值的变量，将该变量的初始值设为0。“UpPeak”表示用于存储在最近三次获取中(最近3秒中)的上升峰值(tmpUpPeak、prevUpPeak1、prevUpPeak2)的平均值的变量，将该变量的初始值设为0.005。“DownPeak”表示用于存储在最近三次获取中(最近3秒中)的下降峰值(tmpDownPeak、prevDownPeak1、prevDownPeak2)的平均值的变量，将该变量的初始值设为-0.005。“UpThreshold”是用于存储为了检测排气的空燃比从贫侧变化到了富侧而与表示基准信号中的变化的平均值du相比较的阈值的变量。计算作为变量UpPeak的0.15倍的值，并存储该值作为该变量。“DownThreshold”是用于存储为了检测排气的空燃比从富侧变化到了贫侧而与表示基准信号中的变化的平均值du相比较的阈值的变量。计算作为变量DownPeak的0.15倍的值，并存储该值作为该变量。 

“state”表示指示排气的空燃比的状态的标志，存储-1表示随着提供给发动机(未示出)的混合物的目标空燃比从富侧变化到贫侧而检测到基准信号的变化的状态(以下称为“下降状态”)。相反，存储1表示随着目标空燃比从贫侧变化到富侧而检测到基准信号的变化的状态(以下称为“上升状态”)。“prevState1”表示用于存储前一次(1毫秒前)所确定的“state”标志的值以将该值用于阈值检查处理的标志。

“RichTimeConstant”表示用于存储贫-富转变率的变量，该贫-富转变率用于在随着基准信号的变化而检测到空燃比从贫侧变化到富侧的状态下，改变基准信号(本实施例中的第一中间信号)的应答特性，将该变量的初始值设为0。“LeanTimeConstant”表示用于存储富-贫转变率的变量，该富-贫转变率用于在随着基准信号的变化而检测到空燃比从富侧变化到贫侧的状态下，改变基准信号(本实施例中的第一中间信号)的应答特性，将该变量的初始值设为0。“α”表示在改变基准信号(本实施例中的第一中间信号)的应答特性的表达式中使用的系数，并存储使用上述转变率计算出的值。“Vint2”表示用于存储通过改变基准信号(本实施例中的第一中间信号)的应答特性而获得的第二中间信号的电压的变量，将该变量的初始值设为0。“prevVint2”表示用于存储和保存作为执行最新的应答特性处理的结果而获得的且用于下一次操作(1毫秒后)的第二中间信号的电压Vint2的变量，将该变量的初始值设为0。 

“prevState2”表示为了保存前一次(1毫秒前)所确定的“state”标志的值并在第一过冲检查处理中使用该值而存储的标志。“Vbase”表示存储用于在第一过冲检查处理中校正第二中间信号的电压Vint2的校正电压的变量。进行该校正使得在基准信号的电压Vin随着目标空燃比的变化而转变期间，在应答特性处理过程中，当电压的变化方向随转变率的变化而暂时反转(例如，从高电位变化到低电位反转为从低电位变化到高电位)时， 不会发生波动变化。该变量类似地用于第二过冲检查处理，以存储用于校正输出劣化信号的电压Vout的校正电压，并将该变量的初始值设为0。“CheckFlag”表示当在第一过冲检查处理和第二过冲检查处理中需要使用变量“Vbase”校正电压时存储1的标志，将该标志的初始值设置为0。“Vint3”表示用于存储通过在第一过冲检查处理中校正第二中间信号的电压Vint2而产生的第三中间信号的电压的变量，将该变量的初始值设为0。 

“prevVint3[i]”(i＝0，1，2，...，600)表示601个变量，用于存储和保存通过应答特性处理和第一过冲检查处理在最近的600毫秒内每毫秒一次获得的第三中间信号的电压Vint3，并用于在延迟处理中在通过延迟时间(RichDelayTime或LeanDelayTime)延迟的定时输出电压。将每个变量的初始值设为0。“RichDelayTime”表示用于存储贫-富延迟时间的变量，该贫-富延迟时间用于在已经检测到由于基准信号的变化使得空燃比从贫侧变化到富侧的状态下，以0～600毫秒的延迟范围输出基准信号(本实施例中的第三中间信号)。将该变量的初始值设置为0。“LeanDelayTime”表示用于存储富-贫延迟时间的变量，该富-贫延迟时间用于在已经检测到由于基准信号的变化使得空燃比从富侧变化到贫侧的状态下，以0～600毫秒的延迟范围输出基准信号(本实施例中的第三中间信号)。将该变量的初始值设置为0。“prevState3”表示为了保存前一次(1毫秒前)所确定的“state”标志的值并在第二过冲检查处理中使用该值而存储的标志。“Vint4”表示用于存储在检测到由于基准信号的变化使得空燃比从贫侧变化到富侧的状态下、通过以[RichDelayTime]毫秒的延迟输出第三中间信号而获得的第四中间信号的电压的变量。将该变量的初始值设置为0。“Vint5”表示用于存储在检测到由于基准信号的变化使得空燃比从富侧变化到贫侧的状态下、通过以[LeanDelayTime]毫秒的延迟输出第三中间信号而获得的第五中间信号的电压的变量。将该变量的初始值设置为0。“prevVint5”表示用于存储和保持作为前一次(1毫秒前)的劣化信号而选择的第五中间信号的电压Vint5的变量，将该变量的初始值设置为0。“Vout”表示用于存储作为执行劣化信号产生程序的结果、从基准信号产生的劣化信号的电压的变量，存储0作为该变量的初始值。此外，RAM 13设置有未示出的各种存储区。 

具有该结构的传感器模拟器1根据稍后说明的图5～18的流程图所示的劣化信号产生程序的执行，1毫秒1次地从基准传感器2获取基准信号，处理该基准信号以产生劣化信号，并将该劣化信号输出到ECU 3。在对劣化信号产生程序详细说明之前，参照图4所示的流程框图，对劣化信号产生程序的操作进行简要的说明。图4是用于说明劣化信号产生程序的全体操作流程的流程框图。 

如图4所示，劣化信号产生程序由4个处理模块，即增益处理模块101、上升/下降检测模块102、应答特性处理模块103和延迟处理模块104构成。 

增益处理模块101进行改变(放大或衰减)输入到其的基准信号(电压Vin)的增益的处理。根据电压Vin是大于还是小于预定阈值GainThreshold，以不同的增益因子RichGain和LeanGain放大或衰减电压Vin。将通过放大或衰减基准信号(电压Vin)获得的第一中间信号(电压Vint1)输出到应答特性处理模块。增益处理模块101对应于稍后说明的劣化信号产生程序的流程图(参见图5)中的增益处理(S3)。 

上升/下降检测模块102进行检测开始点的处理，在该开始点处，来自基准传感器2的基准信号(电压Vin)开始随着目标空燃比从富状态变化到贫状态或者从贫状态变化到富状态而变 化。基于对输入基准信号(电压Vin)进行微分处理的结果，确定上述“state”标志的值。保持“state”标志的值，直到随着目标空燃比的变化检测到基准信号的下一次变化为止。即，“state”标志的值变化的定时构成上述开始点。上升/下降检测模块102对应于稍后说明的劣化信号产生程序的流程图(参见图5)中的用于获得基准信号的微分值du的移动平均计算处理(S5)、用于获得阈值UpPeak和DownPeak的峰值检测处理(S6)以及阈值检查处理(S7)。 

应答特性处理模块103进行改变增益已由增益处理模块101改变的第一中间信号(电压Vint1)的应答特性的处理。当目标空燃比从富侧变化到贫侧时，电压从在富侧处于稳定状态的氧传感器输出的电压变化为在贫侧处于稳定状态的氧传感器输出的电压。类似地，该说明适用于目标空燃比从贫侧变化到富侧的情况。在本实施例中使用的术语“应答特性”是指在电压开始随着目标空燃比的变化而变化之后该电压达到预定值所用的时间(变化速度)。应答特性越高，变化所需的时间越短(变化越快)。因此，当氧传感器劣化时，应答特性下降，电压的变化需要更长的时间。 

应答特性处理模块103通过使用下面所示的表达式1改变由增益处理模块101获得的第一中间信号(电压Vint1)的应答特性，来获得第二中间信号(电压Vint2)。 

Vint2＝(1-α)×Vint1+α×prevVint2        表达式1 

其中，prevVint2表示在前一次采样时计算出的电压Vint2的值。 

为了允许在上升状态和下降状态下通过使用不同的转变率改变应答特性，使用贫-富转变率RichTimeConstant和富-贫转变率LeanTimeConstant，并使用下面所示的表达式2和3计算系 数α。 

在随着目标空燃比从贫侧变化到富侧而检测到基准信号的变化的状态(上升状态)下： 

α＝exp{-1/(1+RichTimeConstant/Ts)}    表达式2 

在随着目标空燃比从富侧变化到贫侧而检测到基准信号的变化的状态(下降状态)下： 

α＝exp{-1/(1+LeanTimeConstant/Ts)}    表达式3 

其中，Ts表示采样间隔，在本实施例中为1毫秒。 

应答特性处理模块103还进行第一过冲检查处理。例如，当目标空燃比从富侧变化到贫侧时，λ型氧传感器输出的电压从高电位变化为低电位。此时，作为执行应答特性改变处理的结果，电压可能暂时从低电位变化为高电位(变化方向反转)，因此变化可能处于波动的形式。过冲检查处理是校正作为最终输出信号的第三中间信号(电压Vint3)使得在第三中间信号(电压Vint3)的方向改变时不发生暂时反转的处理。应答特性处理模块103对应于稍后说明的劣化信号产生程序的流程图(参见图5)中的应答特性处理(S9)和第一过冲检查处理(S10)。 

接下来，延迟处理模块104对应答特性已经由应答特性处理模块103改变的第三中间信号(电压Vint3)的延迟时间进行改变，以将所得到的信号作为劣化信号(电压Vout)输出。在该处理模块中，存储和保存了一组从600毫秒前输入的电压开始直到此时输入的电压Vint3为止的第三中间信号的电压Vint3。当空燃比的状态处于富侧(上升状态)时，产生在由贫-富延迟时间RichDelayTime所指定的延迟时间过去之前输入的第三中间信号(电压Vint3)作为第四中间信号(电压Vint4)。类似地，当空燃 比的状态处于贫侧(下降状态)时，产生在由富-贫延迟时间LeanDelayTime所指定的延迟时间过去之前输入的第三中间信号(电压Vint3)作为第五中间信号(电压Vint5)。 

此外，以与上述第一过冲检查处理类似的方式，进行第二过冲检查处理以校正处于上升状态的第四中间信号(电压Vint4)和处于下降状态的第五中间信号(电压Vint5)，从而产生并输出劣化信号(电压Vout)。延迟处理模块104对应于稍后说明的劣化信号产生程序(参见图5)中的延迟处理(S11)和第二过冲检查处理(S13)。 

如这样所述，由本实施例中的劣化信号产生程序来实现通过在各处理模块处理基准信号而产生劣化信号的步骤。现在根据图5～18的流程图并参照图19～30的曲线图，对通过执行劣化信号产生程序将基准信号处理为劣化信号的步骤进行说明。 

图5是示出劣化信号产生程序的主程序的流程图。图6是增益处理子程序的流程图。图7是移动平均处理子程序的流程图。图8是峰值检测处理子程序的流程图。图9是平均峰值计算处理子程序的流程图。图10是阈值检查处理子程序的流程图。图11是应答特性处理子程序的流程图。图12是第一过冲检查处理子程序的流程图。图13是应答增速处理子程序的流程图。图14是应答减慢处理子程序的流程图。图15是延迟处理子程序的流程图。图16是第二过冲检查处理子程序的流程图。图17是延迟上升处理子程序的流程图。图18是延迟下降处理子程序的流程图。以下，流程图中的各步骤将缩写为“S”。 

图19是示出通过在富侧和贫侧之间交替目标空燃比而获得的、沿时间轴绘制的基准信号的例子的曲线图。图20是示出通过改变图19所示的基准信号的富侧增益而获得的劣化信号的例子的曲线图。图21是示出通过改变图19所示的基准信号的贫侧 增益而获得的劣化信号的例子的曲线图。图22是示出通过改变图19所示的基准信号的富侧应答特性而获得的劣化信号的例子的曲线图。图23是示出通过改变图19所示的基准信号的贫侧应答特性而获得的劣化信号的例子的曲线图。图24是为了说明第一过冲检查处理，以放大的比例示出图23中由圆圈Q表示的部分的曲线图。图25是为了说明第一过冲检查处理，以放大的比例示出图23中由圆圈Q表示的部分的另一个曲线图。图26是示出通过改变图19所示的基准信号的富侧延迟时间而获得的劣化信号的例子的曲线图。图27是示出通过改变图19所示的基准信号的贫侧延迟时间而获得的劣化信号的例子的曲线图。图28是为了说明第二过冲检查处理，以放大的比例示出图27中由圆圈R表示的部分的曲线图。图29是为了说明第二过冲检查处理，以放大的比例示出图27中由圆圈R表示的部分的另一个曲线图。图30是示出通过在富侧和贫侧均改变图19所示的基准信号的增益、应答特性和延迟时间而获得的劣化信号的例子的曲线图。 

由用户向传感器模拟器1输入各种设置值。具体地，所述设置值包括用于改变基准信号的增益的富侧和贫侧增益因子(分别用作变量RichGain和LeanGain的值)以及增益阈值(用作变量GainThreshold的值)、用于改变基准信号的应答特性的富侧和贫侧转变率(分别用作变量RichTimeConstant和LeanTimeConstant的值)、用于改变基准信号的变化的开始点的富侧和贫侧延迟时间(分别用作变量RichDelayTime和LeanDelayTime的值)。通过操作输入单元60设置这些值，并将其存储在EEPROM 12的设置值存储区121中，该EEPROM 12即使在传感器模拟器的电源关闭时也能够保存先前输入的设置值以便以后使用。 

当通过将图5所示的劣化信号产生程序从EEPROM 12的程 序存储区122读入RAM 13的工作区131来执行该劣化信号产生程序时，传感器模拟器1开始从基准传感器2的基准信号产生劣化信号。根据图5所示的劣化信号产生程序，首先在步骤S1进行初始化处理，之后在步骤S2，处理等待在每一毫秒接收到的复位信号。在本实施例中，未示出的定时器程序与劣化信号产生程序并行执行，并在每一毫秒输出复位信号。处理等待，直到接收到复位信号为止，并在接收到复位信号时进入步骤S3。然后，顺序地调用并执行步骤S3～S13的处理的子程序，以基于从基准传感器2获取的基准信号产生劣化信号并将该信号输出到ECU 3。在步骤S13的处理之后，再次进入步骤S2以等待接收下一个复位信号。即，在每一毫秒进行用于将基准信号处理为劣化信号的步骤S3～S13的处理。以下说明劣化信号产生程序的处理的具体内容。 

在初始化处理中，对劣化信号产生程序所使用的各种变量进行初始化(S1)。如下进行该初始化。读取在EEPROM 12的初始值存储区123中存储的上述初始值，并将其存储在RAM 13的变量存储区132的各存储区中作为各变量的值。从EEPROM 12的设置值存储区121中读取上述由用户预先设置的7个变量(RichGain，LeanGain，GainThreshold，RichTimeConstant，LeanTimeConstant，RichDelayTime，和LeanDelayTime)的值，并将其存储在变量存储区132的各存储区中作为各变量的值。参照劣化信号产生程序的步骤S 1和后续步骤的处理，将变量的值从与处理相关联的变量的存储区中全部读出，并写入与处理相关联的变量的存储区中。然后，处理等待接收复位信号(S2：否)，并且当接收到复位信号时调用增益处理的子程序(S2：是，S3)。在步骤S1，CPU 11读取由用户通过输入单元60预先输入的、并存储和保存在EEPROM 12中的延迟时间RichDelayTime和 LeanDelayTime，以允许劣化信号产生程序使用这些变量，并将它们存储在RAM 13的变量存储区中。因此，CPU 11对应于根据本发明的“延迟时间设置单元”。在步骤S1，类似地CPU 11读取由用户通过输入单元60预先输入的、并存储和保存在EEPROM 12中的增益因子RichGain和LeanGain，以允许劣化信号产生程序使用这些变量，并将它们存储在RAM 13的变量存储区中。因此，CPU 11对应于根据本发明的“增益因子设置单元”。在步骤S1，CPU 11还读取由用户通过输入单元60预先输入的、并存储和保存在EEPROM 12中的转变率RichTimeConstant和LeanTimeConstant，以允许劣化信号产生程序使用这些变量，并将它们存储在RAM 13的变量存储区中。因此，CPU 11对应于根据本发明的“转变率设置单元”。 

增益处理

增益处理是将基准信号的电压Vin分别乘以与排气的空燃比处于富侧和贫侧相关的不同的增益因子RichGain和LeanGain，以获得第一中间信号(电压Vint1)。如上所述，本实施例的基准传感器2是λ型氧传感器。已知，当排气的空燃比处于富侧时，暴露于排气中的λ型氧传感器具有约0.9V的输出电压；当该空燃比处于贫侧时，具有约0.05V的输出电压。当混合物的目标空燃比在富侧和贫侧之间约1秒1次地进行交替时，如图19所示，来自λ型氧传感器或者基准传感器2的基准信号的电压约1秒1次地在约0.05V和约0.9V之间发生突然变化。 

在图6所示的增益处理中，首先获取通过A/D转换器30输入的基准传感器2的输出电压，并将该电压存储为变量Vin(S21)。将由此获取的基准信号的电压Vin与由用户预先设置的阈值GainThreshold相比较(S22)。由于如上所述基准信号的电压在约0.05V和约0.9V之间变化，因此通常将阈值GainThreshold设置在 基本上处于这两个电压中间的0.45V。当电压大于阈值GainThreshold(S22：是)时，判断为所获取的基准信号的电压是由处于富侧的空燃比产生的电压。然后，将超过阈值GainThreshold的基准信号电压的部分乘以增益因子RichGain，以计算仅其富侧增益变化了的第一中间信号(电压Vint1)(S23)。具体地，计算“GainThreshol+(Vin-GainThreshold)×RichGain”，并将该结果存储为Vint1。图20示出仅当空燃比处于富侧时改变基准信号的增益的例子。在图20中，点划线表示第一中间信号(电压Vint1)的曲线图，与由虚线表示的基准信号(电压Vin)的曲线图相比，该第一中间信号的电压仅当基准信号具有高于作为“GainThreshold”的0.45V的电压时才衰减。当基准信号的电压是0.45V或更小时，第一中间信号的曲线图与基准信号的曲线图一致。在步骤S21从基准传感器2获取基准信号并将该基准信号存储为电压Vin的CPU 11对应于本发明的“基准信号获取单元”。 

如图6所示，当电压Vin低于阈值GainThreshold(S22：否，S25：是)时，类似地判断为所获取的基准信号的电压是由处于贫侧的空燃比产生的电压。然后，将小于阈值GainThreshold的基准信号电压的部分乘以增益因子LeanGain，以计算仅其贫侧增益变化了的第一中间信号(电压Vint1)(S26)。具体地，计算“GainThreshold-(GainThreshold-Vin)×LeanGain”，并将该结果存储为Vint1。图21示出仅当空燃比处于贫侧时改变基准信号的增益的例子。在图21中，点划线表示第一中间信号(电压Vint1)的曲线图，与由虚线表示的基准信号(电压Vin)的曲线图相比，该第一中间信号的电压仅当基准信号具有小于作为“GainThreshold”的0.45V的电压时才放大。当基准信号的电压是0.45V或更大时，第一中间信号的曲线图与基准信号的曲线图一致。通过步骤S23或S26的处理改变基准信号的增益的CPU 11对 应于本发明的“增益改变单元”。 

如图6所示，当电压Vin等于阈值GainThreshold(S22：否，S25：否)时，不执行改变基准信号的增益的处理，存储电压Vin作为第一中间信号的电压Vint1(S27)。当如这样所述获得第一中间信号的电压Vint1(S23，S26或S27)时，处理进入步骤S29。当作为增益改变的结果，电压Vint1超出了电压的适当范围，即不低于0V且低于5V的范围时，进行校正以将电压保持在适当的范围内。具体地，当电压Vint1为5V或更大(S29：是)时，存储4.99V作为电压Vint1(S30)。另一方面，当电压Vint1低于0V(S29：否，S31：是)时，存储0V作为电压Vint1(S33)。当电压Vint1不低于0V且低于5V(S29：否，S31：否)时，判断为电压Vint1是适当的值，不进行校正。在电压Vint1这样校正(S30/S33/S31：否)之后，处理返回主程序。可以任意地设置第一中间信号的电压的适当范围。 

移动平均处理

然后，图5所示的主程序调用移动平均处理的子程序(S5)。移动平均处理是为了在稍后说明的阈值检查处理(S7)中判断空燃比的变化，即是从富侧变化到贫侧还是从贫侧变化到富侧，而获得表示基准信号的变化的微分值的平均值du的处理。为了避免由于基准信号在短期内的显著变化(波动)而导致在阈值检查处理中的错误判断，将微分值的平均值du计算为通过执行最新移动平均处理而获得的基准信号的微分值Vdiff加上通过执行先前的99次移动平均处理而获得的基准信号的微分值prevVdiff[1]～prevVdiff[99]的100个微分值的平均值。 

如图7所示，在移动平均处理中，初始化在该子程序中使用的变量VdiffSum，并存储0作为该变量(S41)。接下来，通过“Vin-prevVin”计算最新获取的基准信号的电压Vin和前一次(1 毫秒前)获取的基准信号的电压prevVin之间的差，并存储该差作为最新获取的基准信号的微分值Vdiff(S42)。由于如上所述在每一毫秒获取基准信号，因此通过表达式“Vin-prevVin”获得作为近似值的微分值Vdiff。将由此计算出的微分值Vdiff存储为作为和值的变量VdiffSum，以获得100个微分值的平均值(S43)。 

在后续的步骤S45～S49，执行将基准信号的先前99个微分值prevVdiff[1]～prevVdiff[99]顺序地相加到和VdiffSum中的处理。首先，在步骤S45，存储1作为变量i(S45)。接下来，存储通过将前第i次微分(在这种情况下，为前一次微分)计算出的微分值prevVdiff[i(1)]相加到和VdiffSum而获得的值，作为新的和值VdiffSum(S46)。然后，将变量i的值增加到2(S47)，由于满足i≤99(S49：是)，因此之后处理返回步骤S46。然后，类似地执行将微分值prevVdiff[i(2)]相加到和VdiffSum的处理。当变量i的值超过99(S49：否)时，这一系列的处理终止。在处理执行之后，存储“Vdiff+prevVdiff[1]+prevVdiff[2]+...+prevVdiff[99]”的计算结果，作为和VdiffSum。因此，存储100个微分值的和，例如最新获取的基准信号的微分值和先前获取的基准信号的99个微分值的和，作为和VdiffSum。在步骤S50，将该和除以100以计算平均值，并存储该结果作为平均微分值du(S50)。 

在后续的步骤S51～S57，执行处理以更新在执行下一次移动平均处理时将被用于计算微分值的平均值的微分值prevVdiff[i]。首先，在步骤S51，存储99作为变量i(S51)。接下来，执行存储prevVdiff[i-1(98)]作为微分值prevVdiff[i(99)]的处理(S53)。然后，变量i的值减少到98(S54)，由于满足i≥2(S55：是)，因此之后处理返回步骤S53。然后，类似地执行将prevVdiff[i-1(97)]存储为微分值prevVdiff[i(98)]的处理。继续这一系列的处理，直到变量i的值下降到低于2(S55：否)为止，存 储微分值prevVdiff[98]～prevVdiff[1]的值，以分别覆盖和更新微分值prevVdiff[99]～prevVdiff[2]的值。最后，存储最新计算出的微分值Vdiff，以覆盖微分值prevVdiff[1]，该更新终止(S57)。此外，当执行下一次的移动平均处理时，存储基准信号的电压Vin作为要在步骤S42使用的前一次的基准信号的电压prevVin(S58)，然后处理返回主程序。 

峰值检测处理

接下来，图5所示的主程序调用峰值检测处理的子程序(S6)。峰值检测处理是用于获得在稍后说明的阈值检查处理(S7)中使用的、表示基准信号变化的微分值的平均值du的阈值UpThreshold和DownThreshold的处理，阈值UpThreshold允许对空燃比是否已从贫侧变化到富侧进行判断，阈值DownThreshold允许对空燃比是否已从富侧变化到贫侧进行判断。由于微分值的平均值du的变化依赖于所用传感器的类型，因此在每一秒识别平均值du的最大值(上升峰值)和最小值(下降峰值)。因此，进行处理以通过基于过去3秒内的上升峰值和下降峰值的平均计算阈值UpThreshold和DownThreshold，来识别适合于该传感器的阈值UpThreshold和DownThreshold。 

如图8所示，峰值检测处理检查用于测量1秒的计数值StepCount，在这1秒期间，对峰值进行采样。当该计数值小于1000时，判断为正在进行峰值的采样(S61：是)。当通过移动平均处理而获得的微分值的平均值du在进行采样的这1秒期间大于作为最大值存储的上升峰值tmpUpPeak(S62：是)时，存储平均值du作为tmpUpPeak以更新上升峰值(S63)。当微分值的平均值du在进行采样的这1秒期间等于或小于上升峰值tmpUpPeak(S62：否)并且小于作为最小值存储的下降峰值tmpDownPeak(S65：是)时，类似地存储平均值du作为 tmpDownPeak以更新下降峰值(S66)。当微分值的平均值du不大于上升峰值tmpUpPeak(S62：否)并且不小于下降峰值tmpDownPeak(S65：否)时，不更新峰值。在执行上述任何处理(S63或S66或S65：否)之后，计数值StepCount增加1(S67)，然后处理返回主程序。 

如上所述，在每一毫秒执行图5中的主程序的步骤S3～S13的处理。因此，也在每一毫秒执行图8中的峰值检测处理的步骤S67，并且计数值StepCount继续增加。在步骤S1的初始化处理(参见图5)之后或在稍后说明的步骤S70复位计数值StepCount之后，在每一毫秒重复主程序的处理。当在1秒过去之后计数值StepCount达到1000(S61：否)时，调用平均峰值计算处理的子程序(S69)。 

如图9所示，在平均峰值计算处理中，检查在最近的1秒内检测到的上升峰值tmpUpPeak是否大于在上1秒内检测到的上升峰值prevUpPeak1的1/3(S91)。当值tmpUpPeak为等于或小于prevUpPeak1的1/3的值(S91：否)时，判断为在最近的1秒内检测到的上升峰值tmpUpPeak是噪声。然后，存储在上1秒内检测到的上升峰值prevUpPeak1的0.9倍的值作为tmpUpPeak(S92)，处理进入步骤S93。当值tmpUpPeak为大于prevUpPeak1的1/3的值(S91：是)时，处理直接进入步骤S93。在步骤S93，计算最新检测到的三个上升峰值的平均值。具体地，计算“(tmpUpPeak+prevUpPeak1+prevUpPeak2)/3”，并存储计算结果作为平均上升峰值UpPeak(S93)。 

对下降峰值执行类似的处理。具体地，当在最近的1秒内检测到的下降峰值tmpDownPeak等于或大于在上1秒内检测到的下降峰值prevDownPeak1的1/3(S95：否)时，判断为在最近的1秒内检测到的下降峰值tmpDownPeak是噪声。然后，存储在上1 秒内检测到的下降峰值prevDownPeak1的0.9倍的值作为tmpDownPeak(S96)，处理进入步骤S97。当值tmpDownPeak为小于prevDownPeak1的1/3的值(S95：是)时，处理直接进入步骤S97。在步骤S97，类似地计算最新检测到的三个下降峰值的平均值。具体地，计算“(tmpDownPeak+prevDownPeak1+prevDownPeak2)/3”，并存储计算结果作为平均下降峰值DownPeak(S97)。 

然后，当1秒后执行下一次平均峰值计算处理时，更新在计算平均上升峰值和平均下降峰值时使用的各变量。具体地，存储在上1秒内检测到的上升峰值prevUpPeak1和下降峰值prevDownPeak1，以覆盖在上上次的1秒内检测到的上升峰值prevUpPeak2和下降峰值prevDownPeak2。存储在最近的1秒内检测到的上升峰值tmpUpPeak和下降峰值tmpDownPeak，以覆盖在上1秒内检测到的上升峰值prevUpPeak1和下降峰值prevDownPeak1。此外，存储0作为tmpUpPeak和tmpDownPeak，以复位上升峰值和下降峰值(S99)。 

之后，当处理返回图8所示的峰值检测处理子程序时，存储0作为计数值StepCount，以复位用于检测下1秒内的上升峰值和下降峰值的时间测量(S70)。在后续的步骤S71～S81，进行校正，以将在平均峰值计算处理中获得的平均上升峰值UpPeak和平均下降峰值DownPeak保持在各自适当值的范围内。具体地，当平均上升峰值UpPeak不小于0并且不大于0.0067(S71：否，S74：否)时，该平均上升峰值UpPeak被判断为适当。当峰值UpPeak小于0(S71：是)时，将0.005存储为峰值UpPeak(S73)。当峰值UpPeak大于0.0067(S71：否，S74：是)时，将0.0067存储为峰值UpPeak(S75)。 

在校正峰值UpPeak(S73，S75，S74：否)之后，处理进入步 骤S77，以对峰值DownPeak执行类似的校正。具体地，当平均下降峰值DownPeak不小于-0.0067并且不大于0(S77：否，S79：否)时，该平均下降峰值DownPeak被判断为适当。当峰值DownPeak大于0(S77：是)时，将-0.005存储为峰值DownPeak(S78)。当峰值DownPeak小于-0.0067(S77：否，S79：是)时，将-0.0067存储为峰值DownPeak(S81)。在同样如这样所述校正峰值DownPeak(S78，S81，S79：否)之后，处理进入步骤S82。 

在步骤S82，执行获得在后续的阈值检查处理(S7)中要使用的阈值UpThreshold和DownThreshold的处理(S82)。在本实施例中，设置平均上升峰值UpPeak的0.15倍的值作为阈值UpThreshold，设置平均下降峰值DownPeak的0.15倍的值作为阈值DownThreshold。之后，处理返回主程序。存储当最后执行步骤S82的处理时所计算出的值作为如上所述获得的阈值UpThreshold和DownThreshold，直到计数值StepCount小于1000为止，并且在后续的阈值检查处理中将使用这些值。 

阈值检查处理

接下来，图5所示的主程序调用阈值检查处理的子程序(S7)。阈值检查处理是将在移动平均处理中获得的基准信号的微分值的平均值du与在峰值检测处理中获得的阈值UpThreshold和DownThreshold相比较以判断平均值是上升还是下降的处理。 

如图10所示，阈值检查处理是复制并存储“state”标志中的值prevState1以在当前处理中使用该值的处理(S101)，其中prevState1是表示在前一次(1毫秒前)执行的阈值检查处理中判断的空燃比变化的检测结果的“state”标志的值。接下来，将平均值du与上阈值UpThreshold进行比较。当平均值du超过上阈值 UpThreshold(S102：是)时，判断为基准信号的电压急剧增大，空燃比已从贫侧变化到富侧或处于上升状态，并在“state”标志中存储1(S103)。类似地，当平均值du小于下阈值DownThreshold时，判断为基准信号的电压急剧下降，空燃比已从富侧变化到贫侧或处于下降状态，并在“state”标志中存储-1(S106)。当平均值du不小于下阈值DownThreshold并且不大于上阈值UpThreshold(S102：否，S105：否)时，不对前一次判断的标志值进行改变。在如这样所述判断空燃比的状态(S103/S106/S105：否)之后，将当前的“state”标志值存储为prevState1，以在下一次阈值检查处理中使用该值(S107)，然后，处理返回主程序。当在步骤S102平均值du被判断为超过上阈值UpThreshold或处于上升状态并且新设置1作为“state”标志的值时的时间点是根据本发明的“贫-富变化开始点”。当在步骤S105平均值du被判断为小于下阈值DownThreshold或处于下降状态并且新设置-1作为“state”标志的值时的时间点是根据本发明的“富-贫变化开始点”。在步骤S102和S105执行该判断处理的CPU11对应于根据本发明的“空燃比变化开始点检测单元”。 

现在参照图19的曲线图说明在阈值检查处理中的操作的具体例子。当目标空燃比从贫侧变化到富侧时，基准信号的电压(输出电压)如区间A-B所示急剧上升。具体地，基准信号的微分值的平均值du足够大，从而满足关系du＞UpThreshold，因此平均值du被判断为在该区间内上升，并在“state”标志中存储1。在基准信号的电压达到约0.9V并稳定的区间B-C，尽管基准信号的微分值的平均值du接近于0，但它不下降到低于下阈值DoWnThreshold。在该区间中，由于已经从“prevState1”标志复制的“state”标志的前一次的值保持原样，因此“state”标志为1，并保持上升状态。当目标空燃比从富侧变化到贫侧时，基准信 号的电压如区间C-D所示急剧下降。基准信号的微分值的平均值du是满足关系du＜DownThreshold的较大的负值，该平均值被判断为在该区间下降。因此，在“state”标志中存储-1。在基准信号的电压达到约0.05V并稳定的区间D-E，尽管基准信号的微分值的平均值du接近于0，但它不下降到低于下阈值DownThreshold。在该区间中，由于已经从“prevState1”标志复制的“state”标志的前一次的值保持原样，因此“state”标志为-1，并保持下降状态。在步骤S9的应答特性处理、步骤S10的第一过冲检查处理和步骤S13的第二过冲检查处理中，使用如这样所述判断的空燃比的状态。 

应答特性处理

接下来，图5所示的主程序调用应答特性处理的子程序(S9)。应答特性处理是通过根据空燃比的状态即上升状态或下降状态，使用转变率RichTimeConstant或LeanTimeConstant改变基准信号(电压Vin)(或第一中间信号(通过本实施例的增益处理获得的电压Vint1))的应答特性，来获得第二中间信号(电压Vint2)的处理。 

在图11所示的应答特性处理中，参照在阈值检查处理中获得的“state”标志的值以检查该值是否大于0(S111)。在上升状态中，“state”标志为1(S111：是)，选择贫-富转变率RichTimeConstant。使用上述表达式2计算系数α，并存储计算结果(S112)。在下降状态中，“state”标志为-1(S111：否)，类似地选择富-贫转变率LeanTimeConstant。使用上述表达式3计算系数α，并存储计算结果(S113)。 

然后，使用上述表达式1计算通过改变第一中间信号的电压Vint1的应答特性获得的第二中间信号的电压Vint2(S115)。此时，通过执行步骤S112或S113的处理计算系数α，使用作为在 前一次应答特性处理中存储的电压Vint2的prevVint2作为表达式1中的变量。之后，处理返回主程序。使用在步骤S112或S113的处理计算出的系数α在步骤S115的处理中改变基准信号(本实施例中的第一中间信号)的应答特性的CPU 11对应于本发明的“转变时间改变单元”。 

第一过冲检查处理

当空燃比变化时，用于计算第二中间信号的转变率(RichTimeConstant或LeanTimeConstant)切换到另一转变率(LeanTimeConstant或RichTimeConstant)。在检测到基准信号随着空燃比的变化而变化的定时，发生该转变率的切换，基准信号的电压Vin(本实施例中的第一中间信号的电压Vint1)可能在该定时已经开始显著变化(上升或衰减)。为此，所计算出的第二中间信号的电压Vint2的变化方向可能在该定时暂时地反转。例如，当空燃比从贫侧变化到富侧时，第二中间信号的电压Vint2从低电位变化为高电位。然而，在上述定时，可能暂时地发生从高电位到低电位的变化，所得到的信号波形可能以波动形式变化。图24的曲线图示出了这种波形的例子。 

参照图24，检测出空燃比处于贫侧，因此判断出空燃比在定时F之前处于下降状态。因此，将-1存储在“state”标志中，输出使用转变率LeanTimeConstant计算出的下降时间信号(由图24中的双点划线示出，并且由于RichTimeConstant＝0而与基准信号(未示出)一致)作为第二中间信号(电压Vint2)。在定时F或在定时F之后，当检测到空燃比已变化到富侧时，判断为空燃比处于上升状态，“state”标志变成1。因此，输出使用转变率RichTimeConstant计算出的上升时间信号(由图24中的点划线示出)作为第二中间信号(电压Vint2)。在定时F，处于下降状态的第二中间信号的电压Vint2高于处于上升状态的第二中间信号的电压Vint2。作为所述信号的组合输出的第二中间信号(电压Vint2)画出如下曲线，该曲线在定时F当由于信号处于上升状态而使电压应当反向增加时，该信号的电压显著地低于它应当所在的电压(如图24的箭头所示)，之后该电压逐渐上升。

第一过冲检查处理从定时F处的值开始，校正在定时F之后不顾电压处于上升状态的事实而发生的电压的任何下降。当空燃比从富侧变化到贫侧时，也进行类似的校正。具体地，校正电压，使得在空燃比已经从贫侧变化到富侧并且基准信号的电压由此上升时不会发生暂时的电压下降，并且使得在空燃比已经从富侧变化到贫侧并且基准信号的电压由此下降时不会发生暂时的电压上升。参照图24所示的具体例子，保存紧挨在定时F之前(1毫秒前)处于下降状态的电压Vint2的值作为校正值Vbase，通过以校正值Vbase代替定时F和定时G之间的时间段期间的处于上升状态的电压Vint2来进行校正，直到电压Vint2的值与校正值Vbase一致为止。结果，在图25所示的例子中，通过第一过冲检查处理获得的第三中间信号(电压Vint3)画出如下曲线(图25中的实线所示)，该曲线在从定时F到定时G之间的时间段期间，用表示恒定电压(Vbase)的直线来代替。 

为了通过如上所述校正电压Vint2来获得电压Vint3，图5所示的主程序调用第一过冲检查处理的子程序(S10)。在第一过冲检查处理中，如图12所示，首先参考在阈值检查处理中获得的“state”标志的值，以检查该值是否大于0(S121)。以图24所示的曲线图为例进行说明，检测出空燃比处于在从富侧变化到贫侧之后的状态(下降状态)，并且“state”标志为-1(S121：否)。因此，调用应答减慢处理的子程序(S123)。 

在图14的应答减慢处理中，参照存储和保存了表示前一次(1毫秒前)的空燃比转变的状态的“state”标志的值的标志prevState2的值，以检查该值是否大于0(S151)。由于在定时F之前标志prevState2为-1(S151：否)，因此判断为在前一次和当前的检测中空燃比处于贫侧，并且空燃比没有发生变化，然后处理直接进入步骤S155。在空燃比的状态(“state”标志的值)发生变化之前，“CheckFlag”的值为0(S155：否)，照原样存储第二中间信号的电压Vint2作为第三中间信号的电压Vint3(S161)。然后，处理返回图12所示的第一过冲检查处理的子程序。将“state”标志的值存储并保存在prevState2标志中，以在下一次执行第一过冲检查处理时使用该值。此外，存储并保存第二中间信号的电压Vint2作为电压prevVint2，以在下一次执行应答特性处理时使用电压Vint2的值(S125)，处理返回主程序。 

当在每一毫秒重复主程序的处理之后定时F(参见图24)到来时，检测到空燃比从贫侧变化到富侧，将1存储在“state”标志中。然后，图12所示的第一过冲检查处理调用应答增速处理的子程序(S121：是，S122)。 

在图13所示的应答增速处理中，由于在定时F(参见图24)之前用于存储“state”标志的值的prevState2标志的值为-1(S131：是)，因此判断为空燃比的状态已经从贫侧变化到富侧。复制并存储作为前一次(1毫秒前)计算出的处于下降状态的第二中间信号的电压Vint2的电压prevVint2的值，作为用于在需要校正时代替电压Vint2的值的校正值Vbase(S132)。此外，将1存储在“CheckFlag”中(S133)。 

接下来，由于在步骤S135“CheckFlag”为1(S135：是)，因此判断为必须对电压Vint2的值进行校正，并检查电压Vint2是否小于校正值Vbase(S136)。在定时F，由于使用转变率RichTimeConstant计算出的电压Vint2的值小于校正值Vbase，因此必须对电压Vint2进行校正(S136：是)。然后，存储校正值Vbase 作为电压Vint3(S137)，处理返回第一过冲检查处理的子程序。 

在定时F以及定时F之后，由于空燃比处于富侧，因此“state”标志指示1，在第一过冲检查处理中连续调用应答增速处理的子程序(图12中的S121：是)。由于当上升状态继续时同样存储1作为“prevState2”标志(S131：否)，因此将校正值Vbase保持为当在定时F执行应答增速处理时所存储的值。此外，由于当上升状态继续时将1持续存储在“CheckFlag”中(S135：是)，因此如在定时F和定时G(参见图24)之间的时间段中所见，用校正值Vbase代替电压Vint2(S136：是)，获得如上所述由直线近似的电压Vint3(参见图25)(S137)。 

当时间进一步过去达到定时G时，由于电压Vint2的值等于或大于校正值Vbase，因此图13所示的应答增速处理从步骤S136进入步骤S139(S136：否)。由于不需要校正电压Vint2，因此存储电压Vint2作为电压Vint3(S139)，并将0存储在“CheckFlag”中(S140)。然后，处理返回到第一过冲检查处理的子程序。 

在定时G和定时G之后，由于空燃比仍然处于富侧，因此“state”和“prevState2”标志都指示1。在第一过冲检查处理中连续调用应答增速处理的子程序(图12中的S121：是)。在应答增速处理中，由于“CheckFlag”为0，因此照原样存储电压Vint2作为Vint3(S131：否，S135：否，S141)，并且处理返回第一过冲检查处理的子程序。 

图23示出表示如这样所述产生的第三中间信号(电压Vint3)的曲线图的例子。在图23中，基准信号(电压Vin)既没有经过增益处理又没有经过与空燃比从贫侧变化到富侧相关的应答特性处理。图23示出了第三中间信号(电压Vint3)的曲线图(图中由点划线表示)与基准信号(电压Vin)的曲线图(图中由虚线表示)之间的比较。通过对在检测到空燃比从富侧变化到贫侧时(该情况对应于图19中的区间C-E)所产生的第二中间信号(电压Vint2)执行第一过冲检查处理，产生第三中间信号。使用富-贫转变率LeanTimeConstant计算出的第三中间信号具有劣化的应答特性，应当理解，信号的电压Vint3从高电位变化到低电位比基准信号的电压Vin从高电位变化到低电位要花更长的时间。还观察到通过第一过冲检查处理校正电压Vint3以防止在电压从高电位变化到低电位期间发生该电压暂时地从低电位变化到高电位。

图14所示的应答减慢处理是与上面所述并且在图13中示出的应答增速处理处于对称关系的处理，当空燃比已从富侧变化到贫侧时执行该应答减慢处理。因此，在应答增速处理的步骤S131～S141中的处理分别对应于在应答减慢处理的步骤S151～S161中的处理。除了在步骤S151和S156的不等号反向之外，这两个处理在内容上彼此相同。具体地，如图14所示，在基于基准信号的变化检测到空燃比从富侧变化到贫侧(state＝-1，prevState2＝1)的定时(S121：否，S123(参见图12)，S151：是)，将作为前一次(1毫秒前)保存的电压Vint2的电压preVint2存储为校正值Vbase(S152)，将1存储在“CheckFlag”中(S153)。当电压Vint2的值大于校正值Vbase并且因此需要校正(S155：是，S156：是)时，存储校正值Vbase作为电压Vint3以用校正值Vbase代替电压Vint2(S157)。之后，保持用校正值Vbase代替电压Vint2(S151：否，S155：是，S156：是，S157)。在校正值Vbase等于或大于电压Vint2(S156：否)的定时以及该定时之后，由于不需要校正电压Vint2，因此存储电压Vint2作为电压Vint3(S159)，并将0存储在“CheckFlag”中(S160)。由于之后空燃比保持在贫侧，因此“state”和“prevState2”标志都为-1(S121： 否，S123(参见图12)，S151：否)，并且“CheckFlag”为0(S155：否，S161)。因此，照原样存储电压Vint2作为电压Vint3。 

图22示出表示在此时产生的第三中间信号(电压Vint3)的曲线图的例子。在图22中，基准信号(电压Vin)既没有经过增益处理又没有经过与空燃比从贫侧变化到富侧相关的应答特性处理。图22示出了第三中间信号(电压Vint3)的曲线图(图中由点划线表示)与基准信号(电压Vin)的曲线图(图中由虚线表示)之间的比较。通过对在检测到空燃比从贫侧变化到富侧时(该情况对应于图19中的区间A-C)所产生的第二中间信号(电压Vint2)执行第一过冲检查处理，产生第三中间信号。使用贫-富转变率RichTimeConstant计算出的第三中间信号具有劣化的应答特性，应当理解，信号的电压Vint3从低电位变化到高电位比基准信号的电压Vin从低电位变化到高电位要花更长的时间。 

延迟处理

当第一过冲检查处理中止并且处理返回图5所示的主程序时，调用延迟处理的子程序(S11)。延迟处理是通过延迟作为经本实施例的应答特性处理获得的第三中间信号(电压Vint3)的基准信号(电压Vin)随着目标空燃比从贫侧变化到富侧或者从富侧变化到贫侧而变化的开始点，以使中间信号在延迟了设置为贫-富延迟时间RichDelayTime或富-贫延迟时间LeanDelayTime的量的定时输出，来获得第四中间信号(电压Vint4)或第五中间信号(电压Vint5)的处理。 

在图15所示的延迟处理中，将通过应答特性处理和第一过冲检查处理所获得的第三中间信号的电压Vint3存储在电压prevVint3[0]中(S171)。如上所述，prevVint3[i](i＝0，1，2，...，600)表示用于存储和保存在最多600毫秒期间获得的电压Vint3的值的601个存储区。从前一次(1毫秒前)执行的延迟处理获得的电 压Vint3的值到前第600次(600毫秒前执行的)的延迟处理获得的电压Vint3的值，被保存在与之相关联的存储区中。通过当前的延迟处理获得的电压Vint3的值保存在上述存储区prevVint3[0]中。在步骤S171，CPU 11将基准信号(本实施例中的第三中间信号)的电压Vint3存储在存储区prevVint3[0]中，以使电压按照在后续的步骤S175～S179的处理中的获取顺序存储在存储区prevVint3[i]中。CPU 11对应于本发明的“基准信号存储单元”。 

接下来，参照用于延迟基准信号随着目标空燃比从贫侧变化到富侧而变化的开始点的贫-富延迟时间RichDelayTime。延迟时间RichDelayTime是由用户预先设置在0～600毫秒的范围内的延迟时间。从由prevVint3[RichDelayTime]指定的存储区读取在[RichDelayTime]毫秒之前保存的第三中间信号的电压Vint3的值。当检测到排气的空燃比从贫侧变化到富侧或上升状态时，存储该值作为以[RichDelayTime]毫秒的延迟输出的第四中间信号的电压Vint4(S172)。类似地，参照富-贫延迟时间LeanDelayTime，以从由prevVint3[LeanDelayTime]指定的存储区读取在[LeanDelayTime]毫秒之前保存的第三中间信号的电压Vint3的值。当检测到排气的空燃比从富侧变化到贫侧或下降状态时，存储该值作为以[LeanDelayTime]毫秒的延迟输出的第五中间信号的电压Vint5(S173)。如稍后将详细说明，当检测到空燃比从贫侧变化到富侧导致了基准信号的变化时，选择第四中间信号作为由传感器模拟器1输出的劣化信号。类似地，当检测到空燃比从富侧变化到贫侧导致了基准信号的变化时，选择第五中间信号作为由传感器模拟器1输出的劣化信号。在步骤S172和S173，CPU 11分别从prevVint3[RichDelayTime]和prevVint3[LeanDelayTime]读取[RichDelayTime]毫秒前和[LeanDelayTime]毫秒前获得的基准信号(本实施例中的第三中间信号)的电压Vint3，并将这些电压分别存储为第四中间信号的电压Vint4和第五中间信号的电压Vint5，以将它们作为劣化信号输出。因此，CPU 11对应于本发明的“信号延迟产生单元”。

在后续的步骤S175～S179中，执行更新存储区prevVint3[i]的处理，以允许在执行下一次延迟处理时使用它们。首先，在步骤S175存储600作为变量i(S175)。然后执行处理，以将存储区prevVint3[i-1(599)]的值存储在存储区prevVint3[i(600)]中(S176)。然后，变量i减少到599(S177)，并且由于满足i≥1(S179：是)，处理返回步骤S176。然后，类似地执行将存储区prevVint3[i-1(598)]的值存储在存储区prevVint3[i(599)]中的处理。继续这一系列的处理，直到变量i的值小于1为止(S179：否)，将存储区prevVint3[599]～prevVint3[0]中的值分别存储在存储区prevVint3[600]～prevVint3[1]中，以覆盖和更新后面的存储区。然后处理返回主程序。 

第二过冲检查处理

当空燃比变化时，选择第五中间信号或第四中间信号，而不是在变化之前选择的第四中间信号或第五中间信号，作为劣化信号。在检测到基准信号随着空燃比的变化而变化的定时，发生从第四中间信号到第五中间信号的切换或从第五中间信号到第四中间信号的切换。如上所述，第四中间信号的电压Vint4或第五中间信号的电压Vint5可能在该定时已经开始显著地变化(上升或衰减)。为此，在上述定时，劣化信号的电压Vout的变化方向可能暂时反转。例如，当目标空燃比从富侧变化到贫侧时，劣化信号的电压Vout从高电位变化为低电位。然而，在上述定时可能发生从低电位到高电位的变化，所产生的信号波形可能具有波动形式的变化。图28中的曲线图代表这种现象的例子。 

参照图28，检测出空燃比处于富侧，判断出空燃比在定时H之前处于上升状态。因此，将1存储在“state”标志中，选择由点划线表示的第四中间信号(电压Vint4)作为要被输出的劣化信号的信号(由于在图28所示的例子中，RichDelayTime＝0，因此该信号与基准信号一致)。在检测出从富侧变化到贫侧的定时H，判断为空燃比处于下降状态，“state”标志为-1。因此，用由双点划线表示的第五中间信号代替第四中间信号，以提供作为劣化信号的信号输出。在定时H，第四中间信号的电压Vint4低于0.9V。即，电压已经开始从表示空燃比处于富侧的稳定状态的约0.9V向表示空燃比处于贫侧的稳定状态的约0.05V变化。相反，在定时H第五中间信号的电压Vint5是[LeanDelayTime]毫秒前检测到的第三中间信号的电压Vint3(图28所示的例子中的基准信号的电压Vin)。更具体地，在对应于图28中从定时H开始到定时I为止的时间段的富-贫延迟时间之前，电压Vint5约为0.9V。结果，输出图28所示的第四中间信号和第五中间信号的组合作为劣化信号。该信号画出如下曲线，该曲线在定时H当电压应当处于下降状态并且因此应当向下变化时，该电压显著地高于它应当所在的电压(如箭头所示)，之后该电压开始下降。 

第二过冲检查处理从定时H处的值开始，校正在定时H之后不顾电压处于下降状态的事实而发生的电压的任何上升。当空燃比从贫侧变化到富侧时，也进行类似的校正。具体地，对电压进行校正，使得在空燃比已经从贫侧变化到富侧并且基准信号的电压由此上升时不会发生暂时的电压下降，并且使得在空燃比已经从富侧变化到贫侧并且基准信号的电压由此下降时不会发生暂时的电压上升。参照图28所示的具体例子，保存紧挨在定时H之前(1毫秒前)的电压Vint4的值作为校正值Vbase，通过以校正值Vbase代替定时H和定时I之间的时间段期间的电压 Vint5来进行校正，直到电压Vint5的值与校正值Vbase一致为止。结果，在图29所示的例子中，通过第二过冲检查处理获得的劣化信号(电压Vout)画出如下曲线(由图29的实线所示)，该曲线在从定时H到定时I之间的时间段期间，用表示恒定电压(Vbase)的直线来代替。 

为了通过如上所述校正经过了延迟处理的第四中间信号和第五中间信号来获得劣化信号，图5所示的主程序调用第二过冲检查处理的子程序。在第二过冲检查处理中，如图16所示，首先参考在阈值检查处理中获得的“state”标志的值，以检查该值是否大于0(S181)。以图28所示的曲线图为例进行说明，在定时H到来之前，判断出空燃比已经从贫侧变化到富侧(上升状态)，“state”标志为1(S181：是)。因此，调用延迟上升处理的子程序(S182)。CPU 11根据“state”标志的值选择延迟上升处理或延迟下降处理，从而产生第四中间信号或第五中间信号作为劣化信号。因此，CPU 11对应于本发明的“劣化信号选择产生单元”。 

在图17所示的延迟上升处理中，参照存储和保存了表示前一次(1毫秒前)检测到的空燃比的转变状态的“state”标志的值的标志prevState3的值，并检查该值是否小于0(S191)。由于在定时H到来之前，标志prevState3的值为1(S191：否)，因此判断为空燃比在前一次和当前的检测中已经处于富侧，并判断为空燃比没有发生变化，处理直接进入步骤S195。在空燃比的状态(“state”标志的值)发生变化之前，“CheckFlag”的值为0(S195：否)，表示“state”标志为1的上升状态。因此，选择第四中间信号作为劣化信号，并存储电压Vint4作为电压Vout(S201)。然后，处理返回图16所示的第二过冲检查处理的子程序。此外，分别存储和保存“state”标志、电压Vint4和电压Vint5的值，作为状态prevState3、电压prevVint4和电压prevVint5(S185)，并且处理返 回主程序。 

当在每一毫秒重复在主程序中的处理并且定时H(参见图28)到来时，判断出空燃比已经从富状态变化到贫状态，在“state”标志中存储-1。然后，在图16所示的第二过冲检查处理中调用延迟下降处理的子程序(S181：否，S183)。 

在图18所示的延迟下降处理中，由于在定时H(参见图28)之前用于存储“state”标志的值的标志prevState3具有值1(S211：是)，因此判断为空燃比的状态已经从富变到贫。然后，复制并存储作为前一次(1毫秒前)选择和保存的第四中间信号的电压Vint4的电压prevVint4的值作为当电压Vint5要被校正时代替电压Vint5的校正值Vbase(S212)。并且，将1存储在“CheckFlag”中(S213)。在步骤S212，CPU 11复制并存储前一次的第四中间信号的电压prevVint4作为与本发明的“富-贫保持信号”相对应的校正值Vbase。在稍后说明的步骤S192，CPU 11同样复制并存储前一次的第五中间信号的电压prevVint5作为与本发明的“贫-富保持信号”相对应的校正值Vbase。因此，CPU 11对应于本发明的“保持信号存储单元”。 

在步骤S215，由于“CheckFlag”为1(S215：是)，因此为了判断是否校正电压Vint5的值而检查电压Vint5是否大于校正值Vbase(S216)。由于在定时H(参见图28)电压Vint5的值大于校正值Vbase，因此必须校正电压Vint5(S216：是)。然后，存储校正值Vbase作为最终输出的劣化信号的电压Vout(S217)，并且处理返回第二过冲检查处理的子程序。 

在定时H以及定时H之后，由于空燃比处于贫侧，因此“state”标志显示-1，在第二过冲检查处理中连续调用延迟下降处理的子程序(图16中的S181：否)。由于当下降状态继续时同样将-1存储在标志prevState3中(S211：否)，因此将校正值Vbase 保持为在定时H的延迟下降处理中已经存储的值。此外，由于1一直存储在“CheckFlag”中(S215：是)，因此如从定时H到定时I(参见图28)期间所见，以校正值Vbase代替电压Vint5(S216：是)，从而以与上述方式类似的方式获得由直线近似的电压Vout(S217)。CPU 11存储在步骤S212保存的校正值Vbase作为要在步骤S217输出的劣化信号的电压Vout，类似地，CPU 11存储在步骤S192保存的校正值Vbase作为要输出的劣化信号的电压Vout。因此，CPU 11对应于本发明的“保持信号输出单元”。 

当时间过去从而达到定时I时，由于电压Vint5的值等于或小于校正值Vbase，因此图18所示的延迟下降处理从步骤S216进入步骤S219(S216：否)。由于不需要校正电压Vint5，因此存储电压Vint5作为电压Vout(S219)，并将0存储在“CheckFlag”中(S220)。然后，处理返回第二过冲检查处理的子程序。 

由于在定时I以及定时I之后，空燃比保持在贫侧，因此标志“state”和“prevState3”都为-1。然后，在第二过冲检查处理中连续调用延迟下降处理的子程序(图16中的S181：否)。在延迟下降处理中，由于“CheckFlag”为0，因此照原样存储电压Vint5作为电压Vout(S211：否，S215：否，S221)，并且处理返回第二过冲检查处理的子程序。CPU 11复制并存储电压Vint5作为电压Vout，使得在步骤S219和S221将第五中间信号作为劣化信号输出。因此，CPU 11对应于“富-贫信号延迟输出单元”。 

图27示出表示如这样所述产生的劣化信号(电压Vout)的曲线图的例子。在图27中，基准信号(电压Vin)不经过增益处理、应答特性处理和与目标空燃比从贫侧变化到富侧有关的延迟处理中的任何一个。图27示出了劣化信号(电压Vout)的曲线图(图中由点划线表示)和基准信号(电压Vin)的曲线图(图中由虚线表示)之间的比较。当检测到空燃比从富侧变化到贫侧时(该情况对应于图19中的区间C-E)，通过对所选择的第五中间信号执行第二过冲检查处理，产生劣化信号。应当理解，当基准信号的电压Vin从高电位变化到低电位时，以与富-贫延迟时间LeanDelayTime相等的延迟输出劣化信号(电压Vout)。还观察到，通过第二过冲检查处理校正电压Vout以防止在电压从低电位变化到高电位期间发生电压从高电位暂时变化到低电位。

图17所示的延迟上升处理是与上面所述并且在图18中示出的延迟下降处理处于对称关系的处理，当空燃比已从贫侧变化到富侧时执行该延迟上升处理。因此延迟下降处理中步骤S211～S221的处理分别对应于延迟上升处理中步骤S191～S201的处理。 

执行该处理以选择第四中间信号(电压Vint4)作为要输出的劣化信号(电压Vout)。具体地，如图17所示，在基于基准信号的变化检测出空燃比从贫侧变化到富侧的定时(state＝1，prevState3＝-1)(S181：是，S182(参见图16)，S191：是)，存储作为前一次(1毫秒前)选择和保存的电压Vint5的电压prevVint5，作为校正值Vbase(S192)，并将1存储在“CheckFlag”中(S193)。当电压Vint4的值小于校正值Vbase并因此需要校正(S195：是，S196：是)时，存储用于代替电压Vint4的校正值Vbase，作为劣化信号的电压Vout(S197)。之后，继续校正值Vbase对电压Vint4的代替(S191：否，S195：是，S196：是，S197)。在校正值Vbase等于或小于电压Vint4(S196：否)的定时以及该定时之后，由于不需要校正电压Vint4，因此存储电压Vint4作为电压Vout(S199)，并将0存储在“CheckFlag”中(S200)。由于之后空燃比保持在富侧，因此“state”和“prevState3”标志都为1(S181：是，S 182(参见图16)，S191：否)，并且“CheckFlag”为0。因此，照原样存储电压Vint4作为电压Vout(S195：否，S201)。在步骤S199 和S201复制并存储电压Vint4作为电压Vout使得第四中间信号作为劣化信号输出的CPU 11对应于本发明的“贫-富信号延迟输出单元”。 

图26示出表示在此时产生的劣化信号(电压Vout)的曲线图的例子。在图26中，基准信号(电压Vin)不经过增益处理、应答特性处理和与目标空燃比从富侧变化到贫侧有关的延迟处理中的任何一个。图26示出了劣化信号(电压Vout)的曲线图(图中由点划线表示)和基准信号(电压Vin)的曲线图(图中由虚线表示)之间的比较。当检测到空燃比从贫侧变化到富侧时(该情况对应于图19中的区间A-C)，通过对所选择的第四中间信号执行第二过冲检查处理，产生劣化信号。应当理解，当基准信号的电压Vin从低电位变化到高电位时，以与贫-富延迟时间RichDelayTime相等的延迟输出劣化信号(电压Vout)。还观察到，通过第二过冲检查处理校正电压Vout以防止在电压从低电位变化到高电位期间发生电压从高电位暂时变化到低电位。 

如上所述，执行劣化信号产生程序，以对基准信号(电压Vin)进行增益处理、应答特性处理和延迟处理，从而产生劣化信号(电压Vout)。图30示出表示劣化信号(Vout)(图中由点划线表示)的曲线图。尽管电压根据目标空燃比的变化而变化，但是劣化信号具有电压变化比表示基准信号(图中由虚线表示)的曲线图中的电压变化慢的信号波形。在增益处理、应答特性处理和延迟处理中的任何一个中，当空燃比处于富侧以及当空燃比处于贫侧时，可以使用不同的参数，从而允许不同地设置对信号的处理内容。 

本发明不局限于上述实施例，并且可以以各种方式进行变形。例如，可以设置USB或RS232C接口等输入/输出接口，以允许使用适当的线缆与个人计算机连接，这允许输入、显示和 检查设置值。来自基准传感器2的基准信号或所产生的劣化信号可以通过输入/输出接口输出到个人计算机，以允许在个人计算机上产生和监视这些信号的输出波形。显然，作为选择，输出波形可以显示在显示单元80上。 

可以在EEPROM 12的设置值存储区121中存储设置值的多种组合。具体地，由此可以读取适合于作为例如空燃比传感器或NOx传感器等基准传感器2使用的各传感器的设置值，这使得可以消除在每次切换要连接的传感器时重新输入设置值所需的时间和劳动。显然，可以使用通用ROM而不是EEPROM 12，并且可以将这种设置值的组合保存在通用ROM中作为预设值。 

在本实施例中，图4所示的处理模块，即增益处理模块、应答特性处理模块和延迟处理模块按所列出的顺序执行。可以相互独立地执行这些模块，并且可以按任意的顺序执行这些模块。然而，可以在应答特性处理模块和延迟处理模块之前执行上升和下降检测模块。 

在步骤S1的初始化处理中，将可由用户设置的7个变量(RichGain，LeanGain，GainThreshold，RichTimeConstant，LeanTimeConstant，RichDelayTime和LeanDelayTime)从EEPROM 12的设置值存储区121复制到RAM 13的变量存储区132，并在后续的处理中参考存储在变量存储区132中的值。作为选择，对这7个变量可以参考存储在设置值存储区121中的值。因此，当用户在执行劣化信号产生程序期间对任意的设置值进行改变时，该改变的结果可以立即反映在所产生的劣化信号中。 

在本实施例中，通过执行劣化信号产生程序，基于软件从基准信号产生劣化信号。作为选择，可以通过制造构成逻辑电路的模拟或数字硬件电路来产生劣化信号。 

本发明可以应用于能够模拟由处于传感器的劣化状态的通 用空燃比传感器和NOx传感器等各种传感器产生的劣化信号的劣化信号产生装置。 

该申请基于在2006年5月24日提交的日本专利申请JP2006-143453号，其全部内容通过引用包含在本文中。 

Claims (11)

1.一种气体传感器的劣化信号产生装置，用于模拟由处于劣化状态的气体传感器输出的劣化信号，所述气体传感器被配置成基于来自内燃发动机的排气中的特定成分的浓度，检测所述排气的空燃比，所述劣化信号产生装置包括：

基准信号获取单元，其连接到用于输出产生劣化信号的基准信号的、结构与所述气体传感器相同的基准传感器，所述基准信号与所述排气中的特定成分的浓度相关联，所述基准信号获取单元被配置成以恒定的时间间隔获取所述基准信号；

基准信号存储单元，用于按照获取的顺序存储由所述基准信号获取单元获取的所述基准信号；

延迟时间设置单元，用于通过延迟所述基准信号随着提供给内燃发动机的混合物的目标空燃比的变化而变化的开始点来设置输出所述基准信号的延迟时间；以及

信号延迟产生单元，用于产生在与由所述延迟时间设置单元设置的所述延迟时间相对应的获取次数之前的存储在所述基准信号存储单元中的所述基准信号作为所述劣化信号。

2.根据权利要求1所述的气体传感器的劣化信号产生装置，其特征在于，

所述延迟时间设置单元被配置成能够分别设置在所述目标空燃比从富侧变化到贫侧的情况下延迟所述基准信号的变化开始的富-贫延迟时间和在所述目标空燃比从贫侧变化到富侧的情况下延迟所述基准信号的变化开始的贫-富延迟时间；以及所述信号延迟产生单元包括：

富-贫信号延迟输出单元，用于输出在与所述富-贫延迟时间相对应的获取次数之前的存储在所述基准信号存储单元中的所述基准信号；

贫-富信号延迟输出单元，用于输出在与所述贫-富延迟时 间相对应的获取次数之前的存储在所述基准信号存储单元中的所述基准信号；以及

劣化信号选择产生单元，用于在由所述基准信号获取单元获取的所述基准信号的值已从富侧变化到贫侧时，产生从所述富-贫信号延迟输出单元输出的所述基准信号作为所述劣化信号，以及在由所述基准信号获取单元获取的所述基准信号的值已从贫侧变化到富侧时，产生从所述贫-富信号延迟输出单元输出的所述基准信号作为所述劣化信号。

3.根据权利要求2所述的气体传感器的劣化信号产生装置，其特征在于，包括：

空燃比变化开始点检测单元，用于基于由所述基准信号获取单元获取的多个所述基准信号，检测作为所述基准信号随着所述目标空燃比从富侧变化到贫侧而变化的开始点的富-贫变化开始点和作为所述基准信号随着所述目标空燃比从贫侧变化到富侧而变化的开始点的贫-富变化开始点，其中，

所述劣化信号选择产生单元被配置成在所述富-贫变化开始点进行切换，使得产生从所述富-贫信号延迟输出单元输出的所述基准信号作为所述劣化信号，并被配置成在所述贫-富变化开始点进行切换，使得产生从所述贫-富信号延迟输出单元输出的所述基准信号作为所述劣化信号。

4.根据权利要求3所述的气体传感器的劣化信号产生装置，其特征在于，所述空燃比变化开始点检测单元被配置成执行对所述基准信号的微分处理，并被配置成检测超过所述目标空燃比从富侧变化到贫侧的阈值的所述基准信号的微分值作为所述富-贫变化开始点，以及检测超过所述目标空燃比从贫侧变化到富侧的阈值的微分值作为所述贫-富变化开始点。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的气体传感器的劣化信 号产生装置，其特征在于，包括：

增益因子设置单元，用于设置用于输出增益变化的所述基准信号的增益因子；以及

增益改变单元，用于通过将所述基准信号乘以由所述增益因子设置单元设置的所述增益因子来改变所述基准信号的增益。

6.根据权利要求5所述的气体传感器的劣化信号产生装置，其特征在于，

所述增益因子设置单元被配置成能够分别设置在所述基准信号的值比预定阈值贫时用于改变所述基准信号的增益的贫增益因子和在所述基准信号的值比所述预定阈值富时用于改变所述基准信号的增益的富增益因子；以及

在判断为所述基准信号的值比所述预定阈值贫时，所述增益改变单元被配置成将所述基准信号乘以所述贫增益因子；在判断为所述基准信号的值比所述预定阈值富时，所述增益改变单元被配置成将所述基准信号乘以所述富增益因子。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的气体传感器的劣化信号产生装置，其特征在于，包括：

转变率设置单元，用于设置用于输出应答特性变化的所述基准信号的转变率，所述应答特性随着所述目标空燃比的变化而变化；以及

转变时间改变单元，用于通过将所述基准信号乘以由所述转变率设置单元设置的所述转变率，来改变所述基准信号的所述应答特性。

8.根据权利要求7所述的气体传感器的劣化信号产生装置，其特征在于，

所述转变率设置单元被配置成能够分别设置在所述目标空 燃比从富侧变化到贫侧的情况下用于改变所述基准信号的所述应答特性的富-贫转变率和在所述目标空燃比从贫侧变化到富侧的情况下用于改变所述基准信号的所述应答特性的贫-富转变率；以及

在由所述基准信号获取单元获取的所述基准信号的值从富侧变化到贫侧时，所述转变时间改变单元被配置成将所述基准信号乘以所述富-贫转变率，在由所述基准信号获取单元获取的所述基准信号的值从贫侧变化到富侧时，所述转变时间改变单元被配置成将所述基准信号乘以所述贫-富转变率。

9.根据权利要求3或4所述的气体传感器的劣化信号产生装置，其特征在于，包括：

保持信号存储单元，用于存储在所述富-贫变化开始点产生的所述劣化信号作为富-贫保持信号，并存储在所述贫-富变化开始点产生的所述劣化信号作为贫-富保持信号；以及

保持信号输出单元，用于当在所述富-贫变化开始点之后产生的所述劣化信号的值大于所述富-贫保持信号的值时，输出所述富-贫保持信号作为所述劣化信号，输出所述富-贫保持信号，直到在所述富-贫变化开始点之后产生的所述劣化信号的值变成等于或小于所述富-贫保持信号的值为止；以及当在所述贫-富变化开始点之后产生的所述劣化信号的值小于所述贫-富保持信号的值时，输出所述贫-富保持信号作为所述劣化信号，输出所述贫-富保持信号，直到在所述贫-富变化开始点之后产生的所述劣化信号的值变成等于或大于所述贫-富保持信号的值为止。

10.一种模拟由处于劣化状态的气体传感器输出的劣化信号的方法，所述气体传感器被配置成基于来自内燃发动机的排气中的特定成分的浓度检测所述排气的空燃比，所述方法包括： 

由基准信号获取单元获取基准信号，所述基准信号获取单元连接到用于输出产生劣化信号的基准信号的、结构与所述气体传感器相同的基准传感器，所述基准信号与所述排气中的特定成分的浓度相关联，所述基准信号获取单元被配置成以恒定的时间间隔获取所述基准信号；

按照获取的顺序将由所述基准信号获取单元获取的所述基准信号存储在基准信号存储单元；

由延迟时间设置单元通过延迟所述基准信号随着提供给内燃发动机的混合物的目标空燃比的变化而变化的开始点来设置输出所述基准信号的延迟时间；以及

由信号延迟产生单元产生在与由所述延迟时间设置单元设置的所述延迟时间相对应的获取次数之前的存储在所述基准信号存储单元中的所述基准信号作为所述劣化信号。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，

分别设置在所述目标空燃比从富侧变化到贫侧的情况下延迟所述基准信号的变化开始的富-贫延迟时间和在所述目标空燃比从贫侧变化到富侧的情况下延迟所述基准信号的变化开始的贫-富延迟时间；

在由所述基准信号获取单元获取的所述基准信号的值已从富侧变化到贫侧时，产生在与所述富-贫延迟时间相对应的获取次数之前所存储的基准信号作为所述劣化信号；以及

在由所述基准信号获取单元获取的所述基准信号的值已从贫侧变化到富侧时，产生在与所述贫-富延迟时间相对应的获取次数之前所存储的基准信号作为所述劣化信号。 

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