CN101289966B - 用于内燃机的氧传感器输出校正装置 - Google Patents

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Abstract

一种校正装置，用于校正氧传感器例如安装在内燃机的排气管中以测量废气中包含的氧浓度的A/F传感器的输出中的误差。该装置工作以确定与燃料切断事件开始之后排气管中实际氧浓度相关的给定参数，并且还基于作为对应于被认为正确地表示实际氧浓度的氧传感器的输出的参数的给定参数来确定氧浓度相对应的输出。该装置对燃料切断事件过程中氧传感器的输出进行采样并且基于氧传感器的采样输出和氧浓度相对应的输出来确定校正系数以在校正发动机未经历燃料切断时氧传感器的输出中使用。

Description

用于内燃机的氧传感器输出校正装置
技术领域
本发明总体上涉及用于内燃机的氧传感器输出校正装置，它设计成切断燃料进入发动机的供给以将氧传感器置于排气管内的大气或新鲜空气中并且对氧传感器的输出采样以确定用于校正或补偿输出中误差的校正系数。
背景技术
存在各种技术用于将氧传感器安装在内燃机的排气管内并且对由此的指示包含在废气排放中的氧浓度的输出进行采样以执行给定的控制任务来改进排放量。例如，已知用于汽油机的发动机控制系统，它们设计成对氧传感器的输出采样以确定充入发动机的空气燃料混合物的空气燃料比并且以空气燃料比反馈控制方式使之与目标值一致来控制废气排放的质量。还已知用于柴油机的发动机控制系统，它们设计成控制EGR(废气再循环)阀的操作以增强催化剂清洁废气排放的能力。
通常，典型的氧传感器具有由此的输出由于操作中的个体可变性或其老化而具有误差的问题。为了减轻这种问题，已经提出了技术来对氧传感器在其中发动机经历燃料切断的燃料切断事件过程中的输出采样，用于基于内燃机的运行过程中燃料切断将导致排气管的内部将被放入大气中的事实而校正或补偿当发动机不经历燃料切断(这在下文中也被称为在大气下的校正模式)时氧传感器的输出中的误差。
日本专利首次公布No.2007-32466教导了一种内燃机控制系统，它设计成在每单位时间氧传感器的输出的变化在燃料切断事件过程中已经下降低于预先选择的阈值或是在燃料切断事件开始之后充入发动机的进入空气的累计量已经增大到预先选择的阈值之上时执行在大气下的校正模式。
在上面的公布中教导的发动机控制系统是基于燃烧气体通常在燃料切断开始之后与新鲜空气放置在排气管内而设计的，因此使用在燃料切断开始之后采样的由此的输出，保证补偿氧传感器输出中误差的精度。
该申请的发明者测量的燃料切断开始之后排气管内氧浓度的实际变化并且发现废气花费来完全地替换为新鲜空气的时间即在排气管内的氧浓度与新鲜空气内的氧浓度(即，20.9％)一致之前消耗的时间很长，这可能导致排气管内的氧浓度在完成燃料切断之前不会达到新鲜空气内的氧浓度，因此导致在大气下的校正模式中精度的降低。该申请的发明者测量的燃料切断开始之后排气管内氧浓度的实际变化并且发现废气花费来完全地替换为新鲜空气的时间即在排气管内的氧浓度与新鲜空气内的氧浓度(即，20.9％)一致之前消耗的时间很长，这可能导致排气管内的氧浓度在完成燃料切断之前不会达到新鲜空气内的氧浓度，因此导致在大气下的校正模式中精度的降低。发明者已经观察到，在燃料切断开始之后，排气管内的氧浓度会花费十(10)或更多分钟来达到新鲜空气内的氧浓度(即，20.9％)。
发明内容
因此本发明的主要目的是避免现有技术中的弊病。
本发明的另一个目的是提供一种用于安装在内燃机的排气管中的氧传感器的输出的校正装置，它设计成改进上面描述的在大气下的校正模式。
根据本发明的一个方面，提供了一种校正装置用于校正安装在内燃机的排气管中的氧传感器的输出中的误差以测量废气中包含的氧浓度。该校正装置包括：(a)氧浓度相关参数确定电路，确定与在其中发动机经历燃料切断的燃料切断事件开始之后从内燃机喷入排气管中的废气中包含的实际氧浓度相关的给定参数；(b)氧浓度相对应的输出确定电路，基于由所述氧浓度相关参数确定电路确定的给定参数来确定氧浓度相对应的输出，该氧浓度相对应的输出是对应于表示实际氧浓度的氧传感器的输出的参数；和(c)校正系数确定电路，在需要进入校正模式时，对燃料切断事件过程中氧传感器的输出进行采样并且基于氧传感器的采样输出和由氧浓度相对应的输出确定电路确定的氧浓度相对应的输出来确定校正系数，以在校正当发动机未经历燃料切断时氧传感器的输出中使用。
通常，在燃料切断事件之后，排气管内的气体被逐渐替换为新鲜空气。当排气管内的氧浓度在燃料切断事件完成之前并未达到新鲜空气中的氧浓度时，它会导致传感器电流中的误差和在大气下的校正模式中精度的降低。为了避免该问题，氧浓度相对应的参数确定电路工作来确定与废气中包含的实际氧浓度相关的给定参数。氧浓度相对应的输出确定电路使用给定参数来确定被认为对应于正确地表示实际氧浓度的氧传感器的输出的氧浓度相对应的输出。当需要进入校正模式时，校正系数确定电路对燃料切断事件过程中氧传感器的输出进行采样，并且基于例如氧传感器的采样输出和氧浓度相对应的输出之差确定校正系数。校正系数被用于补偿当发动机不经历燃料切断时氧传感器的输出中的误差。
在本发明的优选方式中，氧浓度相关参数确定电路测量在燃料切断事件开始之后充入发动机的进入空气的累计量并且界定该累计量为与实际氧浓度相关的给定参数。进入空气量可以通过通常安装在发动机的进气管中的气流计测量，或是通过使用表示发动机运行状况例如发动机的进气管中的压力和发动机转速的其它参数来确定。
或者氧浓度相关参数确定电路可以测量从燃料切断事件开始之后的经过时间并且将经过时间界定为与实际氧浓度相关的给定参数。作为给定参数的经过时间优选地用在每单位事件的进入空气量保持恒定的情况下。
氧浓度相对应的输出确定电路具有表示氧浓度相对应的输出和与实际氧浓度相关的给定参数的值之间关系的映射并且通过使用该映射利用查找确定氧浓度相对应的输出。
氧浓度相对应的输出确定电路可以基于由氧浓度相关的参数确定电路确定的给定参数和燃料切断事件开始之后的发动机转速来确定氧浓度相对应的输出。特别地，在燃料切断事件过程中发动机转速中的变化通常会导致排气管内氧浓度改变方式的变化。例如，当发动机转速增大时，氧浓度迅速地改变为大气中的氧浓度。相反地，当发动机转速减小时，氧浓度会缓慢地改变。换句话说，氧浓度的变化率取决于充入发动机的进入空气的累计量。因此，可以通过将燃料切断事件开始之后的发动机转速用作附加的参数来确定氧浓度相对应的输出，以此来消除在校正由于氧浓度中取决于进入空气的累计量的这种变化造成的氧传感器输出中的误差。
另外，排气管内氧浓度的改变方式通常在发动机的暖机之前和之后不同。确定发动机是否已经暖机是通过监视发动机内冷却剂的温度实现的。因此，氧浓度相对应的输出确定电路可以确定燃料切断事件开始之后发动机冷却剂的温度并且界定冷却剂温度为与实际氧浓度相关的给定参数。
排气管内的压力可以根据发动机的瞬时运行状况改变。排气管内压力的变化将导致氧传感器输出中的误差。为了消除这种误差，氧浓度相对应的输出确定电路可以得到在燃料切断事件开始之后从发动机喷射的废气压力并且基于废气压力确定是否已经进入校正模式。
例如，当废气压力大于给定阈值时，氧浓度相对应的输出确定电路可以禁止进入校正模式。
排气管内的压力也可以根据充入发动机的进入空气量而改变。氧浓度相对应的输出确定电路可以确定在燃料切断事件开始之后充入发动机的进入空气量来表示废气压力并且当进入空气量大于给定阈值时禁止进入校正模式。
校正系数确定电路可以将校正系数存储在备用存储器中作为学习值。
附图说明
通过下文给出的详细说明和本发明的优选实施例的附图可以更好地理解本发明，然而，不应该认为这些是用于将本发明限于特定的实施例，而是仅仅用于解释和理解的目的。
附图中：
图1是显示依照本发明的第一实施例的发动机控制系统的示意图；
图2是显示充入内燃机中的空气燃料混合物的空气燃料比与从由图1的发动机控制系统用于控制空气燃料比的A/F传感器输出的传感器电流之间的关系的曲线图；
图3是显示由于老化或A/F传感器的个体可变性而改变或不同的传感器电流与A/F比关系的曲线图；
图4是显示从A/F传感器输出的传感器电流中的时序变化和在开始其中内燃机经历燃料切断的燃料切断事件开始之后排气管中废气的压力的曲线图；
图5是显示作为从其中内燃机经历燃料切断的燃料切断事件开始的经过时间的函数的废气中氧浓度中变化的曲线图；
图6是在其中排气管中的氧浓度在完成燃料切断事件之前达到新鲜空气中的氧浓度、氧浓度未达到新鲜空气中的氧浓度和A/F传感器在操作中具有个体可变性或是老化的情形下，作为A/F传感器的输出的传感器电流中的变化的曲线图；
图7是表示充入内燃机的进入空气的累计量和燃料切断开始之后排气管内氧浓度之间的关系的曲线图；
图8、9、10和11显示了将由图1的发动机控制系统执行来确定校正系数或增益以用于校正从A/F传感器的输出的程序的流程图；
图12是显示充入内燃机的进入空气的累计量和被认为对应于排气管中氧的实际浓度的作为从A/F传感器的输出的值的校正参考值之间关系的曲线图；
图13是显示针对发动机转速而言废气中氧的浓度和从开始燃料切断之后的经过时间之间关系的曲线图；
图14是显示针对发动机转速而言在开始燃料切断之后充入内燃机的进入空气的累计量和被认为对应于排气管中氧的实际浓度的作为从A/F传感器的输出的值的校正参考值之间关系的曲线图；并且
图15是显示针对于发动机转速而言从开始燃料切断的经过时间与被认为对应于排气管中氧的实际浓度的作为从A/F传感器的输出的值的校正参考值之间关系的曲线图。
具体实施方式
参见附图，其中，相似的参考数字在几个图中指的是相同的部件，尤其是与图1相同的部件，其中显示了设计成控制机动车多缸内燃机10的操作的依照本发明的第一实施例的发动机控制系统。发动机控制系统是由电控元件(ECU)40实现的并且工作来控制喷射到发动机10中的燃料量和安装在发动机10中的火花塞的点火定时。
发动机10具有进气管11和连接到其上的排气管24。空气过滤器12安装在进气管11中。气流计13布置在空气过滤器12下游来测量充入发动机10的进入空气的流速。节气门阀14布置在气流计13的下游。节气门阀14被节气门驱动器15例如直流电动机关闭或打开。节气门阀14的开口程度或打开位置由建造在节气门阀14中的节气门位置传感器监视。稳压罐16布置在节气门阀14下游并且其中安装测量稳压罐16中压力(即，进气管11中压力)的进气歧管压力传感器17。进气歧管18连接在稳压罐16和发动机10的每个气缸之间。燃料喷射器19安装在进气歧管18中，每个燃料喷射器19用于气缸发动机10中的一个气缸。燃料喷射器19均由螺线管操作的阀制造并且工作来分别在发动机10的进气口附近喷射燃料。
进气阀21和排气阀22安装在发动机10的每个气缸的进气和排气口中。当进气阀21被打开时，燃料和空气的混合物被充入发动机10的相应一个燃烧室23中。当排气阀24被打开时，废气被排放到排气管24中。
火花塞27安装在发动机10的气缸盖中，每个火花塞27用于发动机10中的一个气缸。当需要点燃燃料时，ECU 40通过装配有点火线圈的点火装置在给定的点火定时向相应的一个火花塞27施加高压，这样会在火花塞27的中心和接地电极之间生成火花以点燃燃烧室23内的空气燃料混合物。
三元催化器31安装在排气管24中以将有害排放物例如CO、HC和NOx转换成无害或低害的产物。A/F传感器32安装在三元催化器31上游，它工作来测量废气中包含的作为充入发动机10中的混合物的空气燃料比的函数的氧(O2)的浓度。A/F传感器32装备有平面型检测设备，该检测设备由固体电解质层的叠片形成，而固体电解质由氧化锆(ZrO2)和扩散阻力层制成。该检测设备还具有一对附着到固体电解质层的相对表面上的电极并且响应沿着电极施加的电压以生成作为氧浓度的函数的电流。该检测设备还具有附着在其上的加热器，该加热器工作来将该检测设备加热直至期望的活化温度。A/F传感器32可以为已知结构，并且在此省略了对它的详细说明。
冷却剂温度传感器33和曲柄角传感器35安装在发动机10的气缸体中。冷却剂温度传感器33工作来测量发动机冷却剂的温度并且将其指示信号输出给ECU 40。曲柄角传感器35工作来向ECU 40输出发动机10的曲柄轴在给定间隔角(例如，30°CA)处的矩形曲柄角信号。发动机控制系统还包括加速器位置传感器36、大气压传感器37和换档位置传感器38。加速位置传感器36工作来测量驾驶员在加速器踏板(未显示)上的力或加速器踏板的位置并且向ECU 40输出其指示信号。大气压传感器37工作来测量大气压并且向ECU 40输出其指示信号。换档位置传感器38工作来测量传动装置(未显示)的档位(即，换档杆的位置)并且向ECU 40输出其指示信号。
ECU 40包括基本上由CPU、ROM、RAM、EEPROM等构成的典型微型计算机41并且工作来执行存储在ROM中的发动机控制程序，从而基于发动机10的当前运行状况执行燃料喷射控制任务等。特别地，微型计算机41监视进气歧管压力传感器17、冷却剂温度传感器33、曲柄角传感器35、A/F传感器32、加速器位置传感器36、大气压传感器37和换档位置传感器38的输出并且确定作为将喷射到发动机10的每个气缸中的燃料量的喷射量和燃料被喷射到发动机10的每个气缸中的点火正时以启动燃料喷射器19和点火装置。微型计算机41计算喷射量，从而以反馈控制的方式使由A/F传感器32的输出确定的混合物的实际空气燃料比与基于发动机10的当前运行状况确定的目标值一致。
ECU 40还包括传感器控制电路42，它测量作为废气中包含的氧浓度的函数的流经A/F传感器32的检测设备的电极的电流的传感器电流并且使用给定的放大系数来放大它以生成传感器电流信号。传感器控制电路42向微型计算机41输出传感器电流信号。图2显示了充入发动机10的混合物的空气燃料比和由A/F传感器32生成的传感器电流之间的关系。例如，当空气燃料比显示理想化学当量值(即，14.7∶1)时，换句话说，当废气中氧的浓度为零(0)％时，传感器电流将为0mA。当空气燃料比显示大气等效值即在其中A/F传感器32对氧浓度与大气等效的废气采样时，换句话说，当废气中氧的浓度为20.9％时，传感器电流将为I1mA。
传感器控制电路42还以外加电压方式工作以改变作为传感器电流的瞬时值的函数的将被施加到A/F传感器32的检测设备上的电压，并且以加热器控制方式工作以控制将被施加到建立在A/F传感器32中的加热器上的励磁电流以控制A/F传感器32的检测设备的激活态。
通常，流经A/F传感器32的电极的传感器电流会随着A/F传感器32的老化而变化或是具有将导致传感器电流和充入发动机10的混合物的空气燃料比的相应值之间关系变化的个体可变性。图3显示了由于A/F传感器32的老化或个体可变性而改变或不同的传感器电流与A/F比关系。实心曲线(即，与图2中所示相同的曲线)指示参考或基本传感器输出特性P1，它表示传感器电流和混合物的空气燃料比的值之间的正确关系。交替的长和短划曲线和链双虚曲线指示由于A/F传感器32的老化或个体可变性而偏离基本特性的传感器输出特性P2和P3。例如，在其中空气燃料比显示大气等效值的情形中，换句话说，当废气中氧的浓度为20.9％时，基本传感器输出特性P1中的传感器电流为I1mA，而传感器输出特性P2和P3中的那些传感器电流为I2和I3。应该注意到在所示实例中，当空气燃料比具有理想化学当量值时，传感器输出特性P1、P2和P3中的传感器电流全部为0mA。图3的曲线图显示了当由A/F传感器32生成的传感器电流发生变化时，它会导致确定废气中氧浓度或计算充入发动机10的混合物的空气燃料比值的误差。
为了补偿这种误差，该实施例的发动机控制系统以在大气下的校正模式工作以在符合发动机10的给定运行状况时终止燃料通过燃料喷射器19喷射到发动机10中并且消除传感器电流或A/F传感器32的输出(即，废气内的氧浓度，在这种燃料切断期间当空气燃料比对应于大气时测量的)和空气燃料比的对应值之间的偏差。特别地，当加速器踏板被释放时，这样加速器位置传感器36的输出就在零(0)级别，并且发动机10的转速为例如1,000rpm或更多，微型计算机41切断燃料喷射到发动机10中以将排气管24的内部带入大气中，测量A/F传感器32的输出，并且基于A/F传感器32的测量输出和依照下面的等式(1)的在大气下的参考值来确定校正增益(即，校正系数)。在大气下的参考值是被放入大气中的A/F传感器32的输出，它表示20.9％的氧浓度。
校正增益＝在大气下的参考值/在燃料切断过程中实际生成的传感器电流(1)
校正增益是用于校正由A/F传感器32生成的传感器电流与基本传感器输出特性P1中的传感器电流的偏差的传感器输出校正系数。例如，在空气燃料比反馈控制方式中，微型计算机41使用校正增益校正从A/F传感器32输出的传感器电流，并且基于校正的传感器电流计算充入发动机10的混合物的实际空气燃料比。这会补偿源于A/F传感器32的个体变化或老化而在A/F传感器32输出中的误差以保证空气燃料比反馈控制的精度。
校正增益作为学习值在微型计算机的EEPRON或备用RAM中存储和更新。
本申请的发明者已经发现，当排气管24中的压力在燃料切断过程中不会变得恒定时，它将导致确定在大气下的校正模式中校正增益的精度的降低。特别地，紧接着在燃料切断开始之后，典型的发动机控制系统会完全地闭合节气门阀14，这样排气管24内的压力就接近大气压。如果节气门阀14在燃料切断开始之后并不紧接着完全闭合，排气管24中的压力就保持在大气压之上，这将导致由A/F传感器32生成的传感器电流中的误差以及在大气下的校正模式中精度的降低。
图4显示了在燃料切断之后传感器电流中变化的具体实例。
在供给发动机10的燃料在时间t1处切断之后，由A/F传感器32生成的传感器电流会增大。当传感器电流在排气管24中的压力(即，废气的压力)会聚在等于大气压的水平时，它将具有误差ΔIL。我们已经发现，误差ΔIL取决于废气的压力，并且当废气压力处于较高水平时，传感器电流的值总体上大于当废气压力处于较低水平时的值。
为了消除确定校正增益时传感器电流中的上述误差的不利影响，ECU 40被设计成在燃料切断开始之后对废气压力进行采样并且允许或禁止确定校正增益。特别地，基于废气压力取决于充入发动机10的空气量，ECU 40计算使用进气歧管压力传感器17的输出测量的进气管11中空气压力和使用曲柄角传感器35的输出测量的发动机10的转速的乘积，并且基于乘积(即，进入空气量＝进气管11中的压力×发动机10的转速)确定吸入发动机的进入空气量。当进入空气量大于给定值时，ECU 40确定废气压力相对较高，即，传感器电流中的误差非常大，并且禁止在大气下的校正模式。
此外，当发动机10的转速相对较高或传动装置在相对低速的换档位置中时，进入空气量通常很大，这样废气的压力将会很高。与上面类似，这会导致在大气下的校正模式中精度的降低。因此，ECU 40设计成当发动机10的转速大于例如1500rpm或传动装置位于比三档位置更低的换档位置中时禁止在大气下的校正模式。
另外，在燃料切断开始后排气管24中的压力下降至几乎为大气压后，节气门阀14的打开位置改变以改变进入空气量，它将导致废气压力的变化，因此导致传感器电流中的误差。因此，ECU 40设计成基于每单位时间充入发动机10中的进入空气量(或进入空气量的累计值)计算进入空气量的变化率，并且在进入空气量的变化率大于给定值时禁止在大气下的校正模式。换句话说，当进入空气量中的变化率下降到低于给定值并且保持一段预先选择的时间时，微型计算机41会抑制A/F传感器32的输出被校正。
通常，在燃料切断开始之后，排气管24内的气体被逐渐替换为新鲜空气。气体被完全替换为新鲜空气所花费的时间，即在排气管24中的氧浓度与空气中的氧浓度(即20.9％)一致之前所耗费的时间通常很长，这会导致排气管24中的氧浓度在燃料切断完成之前不会达到新鲜空气中的氧浓度。导致排气管24中的气体花费很长时间来完全地替换为新鲜空气的因素被认为是粘附到发动机10的进气口的壁上的燃料或是窜漏气体。当排气管24中的氧浓度在燃料切断完成之前并未达到新鲜空气中的氧浓度时，它会导致传感器电流中的误差和在大气下的校正模式中精度的降低。发明者已经发现，如图5中所示，排气管24中的氧浓度在燃料切断开始之后的十(10)或更多分钟内不会达到新鲜空气中的氧浓度(即，20.9％)。
因此，ECU 40设计成将燃料切断开始之后充入发动机10中的进入空气的总量或累计量作为与排气管24中的实际氧浓度相关的参数计算，并且基于它来确定校正参考值作为校正由A/F传感器32生成的传感器电流中使用的与氧浓度对应的值，如后面详细地描述的那样。ECU 40使用传感器电流的瞬时值和校正参考值依照下面的等式(2)计算校正增益。
校正增益＝校正参考值/燃料切断过程中的传感器电流(2)
上面描述的等式(1)用于使用作为常数的在大气下的参考值计算校正增益，而等式(2)用于使用作为变量的校正参考值来计算校正增益。如下面将描述的那样，ECU 40使用等式(2)来确定校正值。
图6显示了燃料切断开始之后传感器电流中的变化。曲线L1指示其中排气管24中的压力在燃料切断开始之后完全地降低至大气压的情形下传感器电流中的变化。曲线L2指示其中排气管24中的氧浓度在燃料切断开始之后并未完全地增大至大气中的氧浓度的情形下传感器电流中的变化。如曲线L1所示，传感器电流中的变化对于确定校正增益很理想。如曲线L2所示，传感器电流中的变化是在A/F传感器32处于期望的情况下但是排气管24中的压力完全降低至大气压时发生的。曲线L3指示在其中A/F传感器32具有个体可变性或是老化的情形中传感器电流中的变化。
当如曲线L2所示的排气管24中的氧浓度的实际变化不同于曲线L1所示的理想变化时，将会导致在大气下的校正模式中基于在大气下的参考值和使用A/F传感器32的输出直接测量的传感器电流来确定校正增益的误差。然而，可以通过使用利用A/F传感器32的输出直接测量的传感器电流和校正参考值(即，被视为正确地对应于排气管24内氧浓度的A/F传感器32的输出)确定校正增益来消除这种误差。
图7是表示充入发动机10的进入空气的累计量和燃料切断开始之后排气管24内氧浓度之间关系的曲线图。曲线图是通过绘制进入空气的累计量和当发动机10以给定驱动方式操作时测量的氧浓度之间的对应形成的。该曲线图显示了充入发动机10的进入空气的累计量与排气管24内氧浓度具有的相关性可以近似为曲线LK。
图8、9和10显示了当发动机10经历燃料切断时在大气下的校正模式中将由ECU 40的微型计算机41以例如10毫秒的间隔执行的一系列逻辑步骤或程序，以对由A/F传感器32产生的传感器电流进行校正。
在进入该程序以后，例程进行图8中的步骤101，其中，它确定现在是否切断向发动机10的燃料供给。如果获得应答为“是”，例程就会进行到步骤102，其中确定燃料切断开始之后充入发动机10中的进入空气的总量或累计量。特别地，在图11的步骤201中，使用进气管11中的压力和发动机10的转速的乘积计算充入发动机10中的进入空气量(即，体积流量m3/sec)。例程进行到步骤202，其中对步骤201中确定的进入空气的量进行光滑。例程进行到步骤203，其中总计或合并经光滑的进入空气量。特别地，在步骤203中，在步骤202中光滑的进入空气的量转换成每单位时间的值，然后添加到前一个程序循环中计算的进入空气量的值上。
回来参见图8，如果在步骤101处获得意味着发动机10并未经历燃料切断的应答“否”，例程然后就进行到步骤103，其中，在前一个程序循环之前计算的进入空气的累计量的值被复位为零(0)。
在步骤102之后，例程进行到一连串步骤104至106以确定是否已经满足进入在大气下的校正模式的条件。特别地，在步骤104中，微型计算机41读取建立在其中的存储器中关于发动机控制系统操作的诊断数据并且确定发动机控制系统是否正确地操作。如果得到的应答为“是”，那么例程就进行到步骤105，其中确定A/F传感器32是否处于激活态。该确定可以通过以已知方式监视A/F传感器32的检测设备的阻抗做出，如果获得的应答为“是”，例程然后进行到步骤106中，其中确定传动装置的档位是否处于速度高于或等于三档速度位置的任意位置中。如果获得的应答为“是”，那么例程进行到步骤107，其中校正许可标记F1设置为一(1)，即，高电平。或者，如果在步骤104、105和106中的至少一个或是步骤103之后获得的应答为“否”，例程就进行到步骤108，其中校正许可标记F1设置为零(0)，即，低电平。
在步骤107或步骤108以后，例程进行到步骤109，其中计算并且光滑传感器电流的平均值。特别地，由A/F传感器32生成的传感器电流对于给定的曲柄角会以例如几毫秒的间隔采样并且进行平均。例如，在其中发动机10是四缸内燃机并且当前程序循环是在进入程序之后立即执行的第一循环的情形下，微型计算机41对于从第一气缸#1中的活塞开始燃烧冲程的180°CA以给定的时间间隔对传感器电流进行采样并且对采样的值进行平均。在当前程序循环是第二循环时，微型计算机41对于从第三气缸#3中的活塞开始燃烧冲程的180°CA以给定的时间间隔对传感器电流进行采样并且对采样的值进行平均。类似地，分别地得到第三和第四程序循环中第二和第四气缸#2和#4中燃烧冲程的传感器电流的平均值。如果针对发动机10的所有气缸#1到#4以这种方式计算的传感器电流的平均值的任意一项在给定的容许范围之外，它就会被光滑处理以落在容许范围内。微型计算机41或者可以对于从第一气缸#1中的活塞开始燃烧冲程的720°CA以给定的时间间隔对传感器电流进行采样并且在每次执行程序时对它们进行平均，因此得到对于发动机10的所有气缸#1到#4中的燃烧冲程进行采样的传感器电流值的平均值。微型计算机41然后对这种平均值进行光滑处理从而落在容许范围内。
随后，例程进行到一系列步骤110、111和113以确定在燃料切断开始之后已燃烧的气体是否已经完全从排气管24中排出，这样排气管24就充满新鲜空气，因此导致传感器电流的稳定或是不使用传感器电流的平均值的光滑值。
特别地，在步骤110中，确定在该程序循环中计算的传感器电流的平均值的光滑的值(n)减去在前一个程序循环中计算的传感器电流的平均值的光滑值(n-1)是否小于给定值Th。这种电流改变小于给定值Th意味着传感器电流被置于稳定状态中，即传感器电流在燃料切断开始之后保持恒定。如果在步骤110中获得的应答为“是”，那么例程就进行到步骤111，其中传感器电流稳定性计数递增。或者，在步骤110中获得的应答为“否”意味着传感器电流尚未变得稳定，然后例程就进行到步骤112，其中传感器电流稳定性计数复位为零(0)。
在步骤111或112之后，例程进行到步骤113，其中，传感器电流稳定性计数的值被采样以确定在传感器电流被置于稳定状态即在步骤110中获得的应答为“是”之后是否已经经过给定的一段时间。如果获得的应答为“否”，那么例程就进行到图9的步骤125，其中校正执行标记F2被设置为零(0)。
或者，如果在步骤113中获得的应答为“是”，然后例程就进行到图9中的步骤114。在允许进入在大气下的校正模式之后，即校正许可标记F1被设置为一(1)之后，会执行一系列步骤114至117来计算时间。
特别地，在步骤114中，确定校正许可标记F1是否显示一(1)。如果获得的应答为“是”，那么例程就进行到步骤115，其中校正许可计数递增。或者，如果获得的应答为“否”，那么例程就进行到步骤116，其中校正许可计数复位为零(0)。在步骤115或116之后，例程进行到步骤117，其中校正许可计数的值被采样以确定在校正许可标记F1被设置为一(1)之后是否已经经过给定的时间段。如果获得的应答为“否”，那么例程就进行到步骤125，其中校正执行标记F2被设置为零(0)。
或者，如果在步骤117中获得的应答为“是”，那么例程就进行到一系列步骤118和119以基于进入空气量和发动机10的转速确定排气管24中的压力是否接近大气压。特别地，在步骤118中，确定充入发动机10的进入空气量是否小于或等于给定参考值。如果得到的应答是“是”，那么例程就进行到步骤119，其中确定发动机10的转速是否小于或等于给出参考值。在步骤118中使用的参考值预先选择为进入空气量，它表示排气管24中的压力接近大气压。在步骤119中使用的参考值预先选择为例如1500rpm。
在步骤118或119中获得的应答为“否”意味着排气管24内的压力高于大气压，然后例程进行到步骤125，其中校正执行标记F2被复位为零(0)。或者，在步骤118和119中获得的应答均为“是”意味着排气管24内的压力置于大气压附近，然后例程进行到步骤120。
一系列步骤120至123确定进入空气量是否处于稳定状态。特别地，在步骤120中，在前一个程序循环中计算的进入空气量的值被从该程序循环中计算的值中减去以确定充入发动机10的进入空气量的变化率。接下来，确定该变化率是否小于或等于给定值。获得的应答为“是”意味着进入空气量的变化率很小，然后例程进行到步骤121，其中进入空气量稳定性计数递增。或者，如果获得的应答为“否”，那么例程就进行到步骤122，其中进入空气量稳定性计数被复位为零(0)。
在步骤121或122之后，例程进行到步骤123，其中，进入空气量稳定性计数的值被采样以确定进入空气量是否被置于稳定状态，即，是否在给定的时间内保持恒定。如果获得的应答为“否”，那么例程就进行到步骤125，其中校正执行标记F2被复位为零(0)。或者，如果获得的应答为“是”，那么例程就进行到步骤124，其中校正执行标记F2被设置为一(1)。
从上面的描述显而易见，一系列步骤109至125确定排气管24中的压力是否下降到大气压并且是否保持稳定。在确定排气管24内的压力保持在大气压时，校正执行标记F2被设置为一(1)以允许传感器电流被校正，如下文详细地描述的那样。
在步骤124之后，例程进行到图10的步骤126，其中确定校正执行标记F2是否为一(1)。获得的应答为“是”意味着排气管24内的压力保持在大气压，然后例程进行到步骤127，其中基于在步骤102中确定的进入空气的累计量计算校正参考值。例如，使用映射通过查找确定校正参考值，如图12所示。图12中的校正参考值被选取成随着进入空气的累计量的增大而增大并且收敛于在大气下的参考值。
校正参考值或者可以依照界定进入空气的累计量和校正参考值之间关系的公式算术地确定。
例程进行到步骤128，其中校正增益如上所述使用现在测量的传感器电流的值和在步骤127中得到的校正参考值依照等式(2)确定。例程进行到步骤129，其中校正增益的平均值被计算并且存储在EEPROM中作为学习值。特别地，在当前程序循环是在进入程序之后立即执行的第一循环时，校正增益存储在EEPROM而未被平均。在当前程序循环是第二循环时，在前一个程序循环中得到的校正增益和在该程序循环中得到的校正增益被平均而且存储在EEPROM中。
在步骤126中获得的应答为“否”意味着校正执行标记F2＝0，然后例程进行到步骤130，其中确定校正执行标记在该程序循环中是否已经从一(1)改变为零(0)。做出该确定以确定保持在大气压的排气管24内压力的状态是否已经改变为不稳定或者是否燃料切断是否刚刚完成。如果在步骤130中获得的应答为“是”，那么例程进行到步骤131，其中，校正增益的平均值由上限和下限保护。换句话说，校正增益的平均值被校正以落在上至下限的给定范围内。
以上面的方式得到的校正增益用于校正由A/F传感器32在空气燃料比反馈控制方式中(即，当发动机10未经历燃料切断时)输出的传感器电流。特别地，当ECU 40处于空气燃料比反馈控制方式中时从A/F传感器32的输出中采样的传感器电流的值乘以校正增益并且用于确定充入发动机10的混合物的空气燃料比。
通过上面的论述，显而易见，发动机控制系统在大气下的校正模式中工作以将在燃料切断开始之后充入发动机10的进入空气的累计量计算为与排气管24中的实际氧浓度相关的参数，从而确定作为正确地对应于废气中的氧浓度的A/F传感器32的输出的校正参考值，并且基于传感器电流的瞬时值和校正参考值来计算校正增益。这会消除在确定源于排气管24中的实际氧浓度和燃料切断开始之后大气中氧浓度之差的校正增益中的误差，因此即使在排气管24中的氧浓度在燃料切断完成之前不会下降到大气压时，也能保证校正A/F传感器32的输出的精度，这会提高控制将以反馈方式充入发动机10中的混合物的空气燃料比的精度。
如图12中所示的映射在ECU 40中制备，它列出校正参考值和与排气管24中的实际氧浓度相关的进入空气的累计量之间的关系。因此，仅仅通过循环地对进入空气量进行采样就可以很容易地实现对校正参考值的确定。
当被采样为燃料切断开始之后关于废气压力的数据的进入空气量大于给定值时，ECU 40禁止计算校正增益，因此消除了在大气下的校正模式中源于排气管24中压力变化的误差。
需要执行在大气下的校正模式或计算校正增益的条件为：当进入空气量小于给定值时；当发动机10的转速低于给定值时；当传动装置的档位被放入高速位置中时；和当充入发动机10的进入空气量在燃料切断开始之后处于稳定状态即进入空气量的变化率基本上保持恒定时。特别地，由A/F传感器32生成的传感器电流仅仅在排气管24内的压力已经降低到大气压附近并且保持稳定时才会被校正，因此增大了A/F传感器32的输出的校正中的精度。
在确定进入空气量是否小于给定值之前确定传感器电流在燃料切断开始之后是否处于稳定状态，因此允许在排气管24中的气体在燃料切断开始之后已经替换为新鲜空气时进入在大气下的校正模式。
在大气下的校正模式中确定的校正增益存储在备用存储器例如EEPROM中作为学习值，因此保证补偿传感器电流中源于A/F传感器32的个体可变性或老化的误差的稳定性。
下面将描述不同于第一实施例的第二实施例。
在燃料切断过程中发动机10的转速中的变化会导致排气管24内氧浓度改变方式的变化。例如，当发动机10的转速增大时，如图13中所示，氧浓度会迅速地改变为大气中的氧浓度。相反地，当发动机10的转速减小时，氧浓度会缓慢地改变。换句话说，氧浓度的变化率取决于充入发动机10的进入空气的累计量。
为了消除在校正由A/F传感器32生成的传感器电流时由取决于进入空气累计量的氧浓度中的上述变化造成的误差，该实施例的ECU 40被设计成在图10的步骤127中基于进入空气的累计量和使用例如图14中所示的映射的发动机10的转速来确定校正参考值。特别地，校正参考值被确定成当进入空气的累计量或发动机10的转速之一增大时变大并且达到在大气下的参考值。该校正参考值也可以通过使用多个映射查找来确定，其中每个映射均表示针对发动机10的一个预定转速的进入空气的累计量和校正参考值之间的关系。
发动机控制系统也可以如下文所述进行修改。
通常，在燃料切断开始之后排气管24中的氧浓度与从燃料切断开始的经过时间具有相关性。因此，氧浓度可以确定为这种经过时间的函数。例如，如图5中所示，排气管24内氧浓度会随着发动机10经历燃料切断的经过时间F/C改变。因此，ECU 40可以设计成在其中存储如图15中所示的校正参考值和经过时间F/C之间的关系并且一旦进入在大气下的校正模式就监视从燃料切断开始的时间以计算校正参考值用于确定校正增益以用于校正由A/F传感器32生成的传感器电流。优选地在每单位时间的充入发动机10的进入空气量为常数的情况进行该校正。
另外，排气管24内氧浓度的改变方式通常在发动机10的暖机之前和之后不同。确定发动机10是否已经暖机是通过监视发动机10内冷却剂的温度实现的。ECU 40可以设计成基于燃料切断开始之后发动机10内冷却剂的温度计算校正参考值。例如，当发动机10内冷却剂的温度较低时，即发动机10在冷态下启动时，排气管24内氧浓度通常会很慢地改变，这样就会花费很长时间来与新鲜空气中的氧浓度一致。因此ECU 40优选地设计成基于氧浓度在发动机10暖机之前和之后之间的上述差别而计算校正参考值。
当符合四种条件时，ECU 40如上所述工作以执行在大气下的校正模式或计算校正增益：(1)当进入空气量小于给定值时；(2)当发动机10的转速低于给定值时；(3)当传动装置的档位被放入高速位置中时；和(4)当充入发动机10的进入空气量在燃料切断开始之后处于稳定状态即进入空气量的变化率基本上为零(0)时。可替换的是，ECU 40也可以设计成省略第二到第四种条件(2)到(4)的全部或者它们中的至少一个校正模式。
ECU 40也可以设计成在节气门阀14于燃料切断开始之后完全闭合时允许进入在大气下的校正模式以计算校正增益。这是因为当节气门阀14完全关闭时，它将导致进入发动机10的燃烧室中的空气被限制，因此导致从发动机10喷入排气管24中的压力的变化降低并且保证在大气下的校正模式中的精度。
如上所述，充入发动机10的进入空气量通过将发动机10的转速与排气管24内的压力相乘得到，但是也可以使用安装在进气管11内的气流计13直接测量得到。排气管24内的压力可以通过间接计算或是通过将压力传感器安装在排气管24内并且由此采样输出而直接测量。从发动机10喷出的废气的压力通常取决于大气压并且因此也会优选地考虑到大气压传感器37的输出而测量。
ECU 40也可以设计成在满足两种条件而不是上面的四种条件(1)至(4)时执行在大气下的校正模式或计算校正增益，这两种条件是：当从燃料切断开始已经经过给定时间时；和当传感器电流在燃料切断开始之后被置于稳定状态中时。特别地，在燃料切断开始之后无论排气管24中废气压力如何，ECU 40可以执行在大气下的校正模式以基于排气管24内氧浓度或与之相关的参数(例如，进入空气的累计量)以计算校正参考值，并且基于校正参考值和传感器电流的值来确定校正增益。
发动机控制系统可以用于直喷汽油机或自燃柴油机。柴油机可以不装备节气门阀，但是通常具有将一部分废气返回进气管的EGR设备。EGR设备通常装备有EGR阀。当EGR阀打开时，它将导致排气管24内废气压力的变化。因此ECU 40优选地工作来使用关于排气管24内废气压力的数据来执行在大气下的校正模式。
柴油机通常具有安装在排气管中的废气净化器例如DPF(柴油机微粒过滤器)。排气管中布置有用于使DPF复原的压力传感器。ECU 40可以从压力传感器采样输出以确定废气的压力。
尽管已经通过优选实施例公开了本发明以易于更好地理解本发明，但是应当理解，本发明能够在不脱离本发明的原理的前提下以多种方式实现。因此，应当理解本发明包括在不脱离如所附权利要求书中所述的本发明的原理的前提下能够实现所示实施例的所有可能的实施例和改进。

Claims (10)

1.一种用于校正氧传感器的输出中误差的校正装置，所述氧传感器安装在内燃机的排气管中测量废气中包含的氧浓度，所述校正装置包括：
氧浓度相关参数确定电路，确定与在其中发动机经历燃料切断的燃料切断事件开始之后从内燃机排入排气管中的废气中包含的实际氧浓度相关的给定参数；
氧浓度相对应的输出确定电路，基于由所述氧浓度相关参数确定电路确定的给定参数来确定氧浓度相对应的输出，该氧浓度相对应的输出是对应于表示实际氧浓度的氧传感器的输出的参数；和
校正系数确定电路，在需要进入校正模式时，对燃料切断事件过程中氧传感器的输出进行采样并且基于氧传感器的采样输出和由所述氧浓度相对应的输出确定电路确定的氧浓度相对应的输出来确定校正系数，以在校正当发动机未经历燃料切断时氧传感器的输出中使用。
2.如权利要求1所述的校正装置，其特征在于，所述氧浓度相关参数确定电路测量在燃料切断事件开始之后充入发动机的进入空气的累计量并且界定该累计量为与实际氧浓度相关的给定参数。
3.如权利要求1所述的校正装置，其特征在于，所述氧浓度相关参数确定电路测量从燃料切断事件开始的经过时间并且界定该经过时间为与实际氧浓度相关的给定参数。
4.如权利要求1所述的校正装置，其特征在于，所述氧浓度相对应的输出确定电路具有表示氧浓度相对应的输出和与实际氧浓度相关的给定参数的值之间关系的映射并且通过使用该映射利用查找确定氧浓度相对应的输出。
5.如权利要求1所述的校正装置，其特征在于，所述氧浓度相对应的输出确定电路基于由所述氧浓度相关参数确定电路确定的给定参数和在燃料切断事件开始之后的发动机转速来确定氧浓度相对应的输出。
6.如权利要求1所述的校正装置，其特征在于，所述氧浓度相对应的输出确定电路确定燃料切断事件开始之后发动机冷却剂的温度并且界定冷却剂温度为与实际氧浓度相关的给定参数。
7.如权利要求1所述的校正装置，其特征在于，所述氧浓度相对应的输出确定电路确定在燃料切断事件开始之后从发动机排出的废气压力并且基于废气压力确定是否已经进入校正模式。
8.如权利要求7所述的校正装置，其特征在于，当废气压力大于一给定阈值时，所述氧浓度相对应的输出确定电路禁止进入校正模式。
9.如权利要求7所述的校正装置，其特征在于，所述氧浓度相对应的输出确定电路确定在燃料切断事件开始之后充入发动机的进入空气量来表示废气压力并且当进入空气量大于一给定阈值时禁止进入校正模式。
10.如权利要求1所述的校正装置，其特征在于，所述校正系数确定电路将校正系数作为学习值存储在备用存储器中。
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