CN101235757A - 氧气传感器加热器控制方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于氧气传感器加热器的控制系统。该控制系统包括：被动加热器控制模块，其在第一工作循环产生加热器控制信号，并测量所述氧气传感器加热器的阻抗。废气温度映射模块将所述阻抗映射到废气温度。主动加热器控制模块在第二工作循环基于所述废气温度产生加热器控制信号。

Description

氧气传感器加热器控制方法和系统
技术领域
本发明涉及用于控制氧气传感器加热器的方法和系统。
背景技术
这一部分的内容仅仅是提供与本公开相关的背景技术，并不构成现有技术。
发动机控制系统基于开环或闭环反馈控制方法供给到发动机的空气和燃料。开环控制方法通常在特定的操作条件下开始，例如起动、冷发动机运行、重载情形、大开节气门和插入诊断事件等。发动机控制系统通常使用闭环控制方法将空气/燃料混合物保持在或接近理解化学计量的空气/燃料比。闭环燃料控制基于废气中的氧气含量指令所需的燃料供给。废气中的氧气含量通过位于发动机下游的氧气传感器确定。
氧气传感器产生与废气中氧气含量成比例的电压信号。氧气传感器通常将废气中的氧气含量与外面空气中的氧气含量作比较。当废气中未燃烧的氧气量增加时，传感器的电压输出下降。大多数氧气传感器在其可有效操作之前必须加热。氧气传感器中具有的加热器元件将传感器加热到所需的操作温度。
由于温度剧增，可能会发生氧气传感器的破裂。该破裂被认为是由于燃料产生的和排气系统载运的水滴与氧气传感器的陶瓷元件相接触引起的。当发动机变热时，排气系统中会具有湿气。在某些情形下，通过的气流中产生的湿气可与氧气传感器直接接触。如果此时元件已经达到足够热的温度，那么水滴可引起陶瓷元件破坏。
发明内容
因此，提供了一种用于氧气传感器加热器的控制系统。所述控制系统包括：被动加热器控制模块，其在第一工作循环产生加热器控制信号，并测量所述氧气传感器加热器的阻抗。废气温度(EGT)映射模块将所述阻抗映射到废气温度。主动加热器控制模块在第二工作循环基于所述废气温度产生加热器控制信号。
在其它特征中，提供了一种发动机系统。所述发动机系统包括发动机。在所述发动机的下游布置有至少一个氧气传感器，其中所述氧气传感器包括氧气传感器加热器。控制模块测量所述氧气传感器加热器的阻抗，将所述阻抗映射到废气温度，并且基于所述废气温度和露点温度阈值延迟所述氧气传感器加热器的激活。
在其它特征中，提供了一种控制氧气传感器加热器的方法。所述方法包括：测量氧气传感器加热器的阻抗；将所述阻抗映射到废气温度；基于所述废气温度和露点温度阈值有选择地延迟所述氧气传感器加热器的激活；以及一旦所述废气温度超过所述露点温度阈值就激活所述氧气传感器加热器。
根据下文中所提供的详细描述，本发明适用性的其它方面也是显而易见的。应当理解，其详细描述和具体实例仅仅是示意性目的，而不是限制本公开的范围。
附图说明
本文所示的附图仅仅是示意性目的，而不是以任何方式限制本公开的范围。
图1为包括氧气传感器加热器控制系统的车辆的功能框图；
图2为氧气传感器加热器控制系统的数据流程图；
图3A和3B示出了根据被动控制和主动加热器控制方法之一产生的控制信号；
图4表示废气温度和估计的废气温度的曲线图；
图5为示出氧气传感器加热器控制方法的流程图。
具体实施方式
实质上，下列优选实施例的描述仅仅是示意性的，而绝不是限制本发明及其应用或使用。为简便起见，附图中使用相同的附图标记来表示相似的元件。如本文所使用的，术语模块指的是特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或硬件程序的处理器(共享、专用或群组的)和存储器、组合逻辑电路或提供所述功能的其它合适部件。
现在参考图1，车辆10包括控制模块12、发动机14、燃料系统16和排气系统18。节气门20与控制模块12通信，以控制流入发动机14的进气歧管15的空气。发动机14产生的扭矩量与流入发动机14的空气量(MAF)成比例。当A/F比高于化学计量A/F比时，发动机14运行于稀薄燃烧情形(即，燃料减少)。当A/F比小于化学计量A/F比时，发动机14运行于浓燃烧情形。发动机14中的内部燃烧产生从发动机14流向排气系统18的废气，该排气系统18处理废气，并将废气释放到大气中。控制模块12与燃料系统16通信，以控制发动机14的燃烧供给。
排气系统18包括排气歧管22、催化转化器24和一个或多个氧气传感器。催化转化器24通过增加碳氢化合物(HC)和碳氧化合物(CO)的氧化率和氮氧化合物(NOx)的还原率。为了能够氧化，催化转化器24需要氧气。氧气传感器给控制模块提供指示废气中氧气水平的反馈。基于氧气传感器信号，控制模块努力将空气和燃料控制在所需的空气到空气(A/F)比，以提供最佳的发动机性能，以及提供最佳的催化转化器性能。基于一个或多个氧气传感器反馈信号控制空气和燃料指的是以闭环模式操作。应当理解，本公开设想了可位于排气系统18内各种位置的各种氧气传感器。
在具体实施例中，如图1中所示，排气系统包括位于催化转化器24上游的入口氧气(O2)传感器26和位于催化转化器24下游的出口氧气(O2)传感器28。入口O2传感器26与控制模块12通信，并测量进入催化转化器24的废气流的O2含量。出口O2传感器28与控制模块12通信，并测量离开催化氧化器24的废气流的O2含量。控制模块12基于入口和出口氧气传感器信号控制空气和燃料，使得在废气中具有足够水平的O2，以在催化转化器24中开始氧化。
氧气传感器26、28包括允许传感器更加快速地达到所需操作温度、并且在怠速或低发动机负载期间保持所需温度的内部加热元件。如图1中所示，入口O2传感器26和出口O2传感器2 8分别包括O2加热器30、32。控制模块12基于本公开的氧气传感器加热器控制系统和方法控制O2加热器30、32的供电。
现在参考图2，数据流程表示出了可嵌在控制模块12内的氧气传感器加热器控制系统的各种实施例。根据本公开的氧气传感器加热器控制系统的各种实施例可包括任意数量嵌在控制模块12内的子模块。所示子模块可结合和/或另外定位，以在变热情形期间相似地控制O2加热器30、32的功能。可从车辆10(图1)感测系统的输入，从车辆10(图1)内的其它控制模块(未示出)接收，和/或通过控制模块12内的其它子模块(未示出)确定。在各种实施例中，图2的控制模块12包括启动模块33、被动加热器控制模块35、废气温度(EGT)映射模块34和主动加热器控制模块36。
启动模块33有选择地使被动加热器控制模块35能够通过启动标记42控制至少一个O2加热器30、32。启动模块33监测发动机变热情形，并且一旦符合发动机变热条件就将启动标记42设定为TRUE。否则，启动标记42保持设定为FALSE。发动机变热条件可基于但不限于发动机停机时间、进气温度和发动机冷却液温度。
被动加热器控制模块35通过加热器控制信号46控制至少一个O2加热器30、32，以测量O2加热器的阻抗。被动加热器控制模块35在最小工作循环产生加热器控制信号46，使得在最小化O2加热器的自加热时可测量阻抗44。被动加热器控制模块35基于预定时间和/或频率确定所述工作循环。所述时间和/或频率可基于控制系统和加热器特性确定。图3A示由被动加热器控制模块35产生的典型加热器控制信号100。如图所示，在较小的频率指令最小的工作循环。在产生加热器控制信号之后，可基于流向加热器的电流48(安培数)和氧气传感器的电压50测量O2加热器的阻抗44。例如，可从基本的电学公式确定阻抗44：
V＝I*R→R＝V/I
其中V等于电压，I等于电流。在共同转让的美国专利No.6,586,711中公开了测量O2加热器阻抗的方法和系统，并且通过参考并入本文。
再参考图2，EGT映射模块34将测量的阻抗44映射到O2加热器温度或O2元件温度之一。在各种实施例中，测量的阻抗44基于由阻抗44确定的查寻表映射到O2加热器温度。这样，EGT映射模块34将O2加热器温度或O2元件温度与废气温度联系起来。如图4的曲线图中所示，得自测量阻抗的废气温度106沿着实际废气温度104的轨迹。
再参考图3，EGT映射模块34基于废气温度设定主动加热器标记54。更特别地，一旦废气温度超过露点温度阈值52，那么主动加热器标记54就设定为TRUE。否则主动加热器标记54保持设定为FALSE。等待直到废气温度超过露点温度52为止，给O2传感器上存在的水提供充分的延迟以蒸发。应当理解，可基于O2加热器特性预先确定露点温度阈值。
一旦主动加热器标记54为TRUE，主动加热器控制模块36就产生激活O2加热器的加热器控制信号46。如图3B中所示，主动加热器控制模块36在工作循环产生足以保持O2传感器的操作温度的加热器控制信号102。基于电流48和电压50确定工作循环。一旦通过加热器控制信号46激活了O2加热器，控制模块12就开始根据闭环控制方法控制燃料和空气。
现在参考图5，流程图示出了由图2的控制模块12执行的氧气传感器加热器控制方法。该方法可在发动机变热条件期间周期性地运行。如果在200存在变热条件，那么控制在202根据足以测量阻抗的时间和/或频率指令O2加热器的加热器控制信号。在204，控制基于应用的电压和电流损耗测量O2加热器阻抗。在206，控制将测量的阻抗映射到废气温度(EGT)。在208估计EGT。如果在208EGT大于预定的露温度阈值，那么在210，控制激活根据主动加热器控制方法的O2加热器。
否则，控制返回，并在202继续根据被动加热器控制方法指令加热器控制信号。一旦在210打开O2传感器，并且O2传感器的操作温度达到预定阈值，那么可开始闭环控制。在激活加热器之前，执行开环控制。应当理解，如果在200不存在变热条件，那么控制可跳过202-208的被动加热器控制，并在210基于主动加热器控制方法操作加热器。
应当理解，上面进行的所有比较可依据所选的比较值以各种形式执行。例如，在各种实施例中，“大于”的比较可执行为“大于或等于。
本领域的技术人员从前面的描述应当理解，本发明广泛的教导可以多种形式执行。因此，尽管根据其特定实施例描述了本发明，但是由于通过对附图、说明书和所附权利要求的研究，其它修改对于技术人员也是显而易见的，所以本发明的实际范围不应当这样限制。

Claims (17)

1.一种用于氧气传感器加热器的控制系统，包括：
被动加热器控制模块，其在第一工作循环产生加热器控制信号，并测量所述氧气传感器加热器的阻抗；
废气温度(EGT)映射模块，其将所述阻抗映射到废气温度；以及
主动加热器控制模块，其在第二工作循环基于所述废气温度产生加热器控制信号。
2.如权利要求1所述的系统，还包括启动模块，其监测发动机变热条件，并使所述被动控制模块能够在所述第一工作循环基于所述变热条件产生所述加热器控制信号。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述被动加热器控制模块通过测量电流损耗和应用的电压来测量所述阻抗。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述第一工作循环小于所述第二工作循环。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述第一工作循环和所述第二工作循环基于时间和频率中至少一个确定。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述第二工作循环指令为激活所述氧气传感器加热器。
7.一种发动机系统，包括：
发动机；
至少一个氧气传感器，其布置在所述发动机的下游，其中所述氧气传感器包括氧气传感器加热器；以及
控制模块，其测量所述氧气传感器加热器的阻抗，将所述阻抗映射到废气温度，并且基于所述废气温度和露点温度阈值有选择地延迟所述氧气传感器加热器的激活。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述控制模块通过在所述氧气传感器最小工作循环产生加热器控制信号、并测量应用的电压和电流损耗来测量所述阻抗。
9.如权利要求7所述的系统，其中所述控制模块基于时间阈值和频率阈值中的至少一个通过开始给氧气传感器加热器供电来测量所述阻抗。
10.如权利要求7所述的系统，其中所述控制模块基于发动机变热条件开始给所述氧气传感器加热器供电。
11.如权利要求7所述的系统，其中当所述废气温度超过所述露点温度阈值时，所述控制模块开始向所述氧气传感器加热器供电以激活所述氧气传感器加热器。
12.如权利要求7所述的系统，其中所述露点温度阈值基于氧气传感器加热器特性预先确定。
13.一种控制氧气传感器加热器的方法，包括：
测量氧气传感器加热器的阻抗；
将所述阻抗映射到废气温度；
基于所述废气温度和露点温度阈值有选择地延迟所述氧气传感器加热器的激活；以及
一旦所述废气温度超过所述露点温度阈值就激活所述氧气传感器加热器。
14.如权利要求13所述的方法，还包括监测发动机变热条件，其中一旦发生所述发动机变热条件，就进行测量和延迟。
15.如权利要求13所述的方法，还包括基于最小工作循环开始向所述氧气传感器加热器供电，其中所述测量基于所述供电进行。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述开始向氧气传感器加热器供电的步骤是基于预定时间和预定频率中的至少一个。
17.如权利要求13所述的方法，还包括当所述废气温度超过所述露点温度阈值时基于闭环控制方法控制燃料和空气。
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