CN101609342A - 用于控制氧气传感器的加热器的控制系统和方法 - Google Patents
用于控制氧气传感器的加热器的控制系统和方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种用于控制氧气传感器的加热器的控制系统和方法。该控制系统包括：比率模块，用于周期性地确定流经加热元件的电流的变化率；温度调节模块，用于周期性地将该变化率与比率值进行比较。温度调节模块基于这变化率和比率值的比较，在额定温度和低于额定温度的矫正温度之间选择性地调节氧气传感器的操作温度。本发明也提供一种用于加热元件的相关控制方法。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2008年6月20日提交的美国临时申请61/074,274的权益。上述申请的公开内容在此纳入作为参考。
技术领域
本发明涉及内燃机的控制系统，更具体地涉及氧气传感器的加热器控制。
背景技术
在此提供的背景技术说明总体上是为了提供本发明的背景。在该背景技术部分中所描述的当前被称为发明人所获得的工作成果以及本说明书的各个方面，除非另有证明它们在本申请提交时属于现有技术，否则既没有明确地也没有隐含地承认它们是抵触本发明的现有技术。
现参照图1，其显示了发动机系统100的功能模块图。发动机系统100包括发动机102，该发动机可以通过燃烧含空气的燃料产生动力。典型地，空气通过进气歧管104被吸入到发动机102中。节流阀106可用于改变被吸入进气歧管104的空气的体积。空气与燃料混合形成空气和燃料(A/F)的混合物，燃料可由一个或多个燃料喷嘴108分散开。A/F混合物在发动机102的一个或多个汽缸(例如汽缸110)中燃烧。A/F混合物的燃烧可由火花塞112提供的火花启动。燃烧产生的废气可从汽缸排至排气系统114。
排气系统114可包括一个或多个氧气传感器，例如氧气传感器116，该传感器可用于测量废气中氧气的含量。氧气传感器116可通过螺纹旋入设在排气系统114中的孔中，由此可置于废气流中。氧气传感器可以输出对应于废气中的氧气含量的电压。为了保证可靠的输出电压，期望在特定温度(例如灵敏度温度)之上操作氧气传感器116。因此，氧气传感器116可包含从加热器电源118接收电力的加热器。加热器可用于提供补充热量，由此偏置氧气传感器116于处在灵敏度温度之上的操作温度范围内。
发动机控制模块(ECM)120可用于控制发动机系统100的操作。ECM120可接收氧气传感器116的输出电压以及来自其他传感器122的信号。其他传感器122可包括例如歧管绝对压力(MAP)传感器和进气温度(IAT)传感器。基于氧气传感器116的输出电压，ECM120可通过调整节流阀106和燃料喷嘴108调节A/F混合物。ECM120也可基于从其他传感器122接收的信号调节A/F混合物。
发动机102启动时，氧气传感器116的温度可能低于灵敏度温度。因此，氧气传感器116的输出电压在发动机启动后一段时间内可能不可靠。当认为氧气传感器116的输出电压不可靠时，ECM120调节A/F混合物可以独立于氧气传感器116的输出电压。
废气和加热器产生的热量可用于将氧气传感器116的温度提高到灵敏度温度之上。但是，对于发动机启动后的一段时间内，排气系统114内存在的冷凝水可由废气携带而与氧气传感器116接触。接触到氧气传感器116的液体水可引起对氧气传感器116的热冲击。对氧气传感器116的反复热冲击可导致氧气传感器116破裂并导致氧气传感器116过早失效。
发明内容
本发明提供一种控制系统及方法，用于检测可能已与氧气传感器接触的液体水，并用于在降低功率下操作氧气传感器的加热器以改善对氧气传感器的热冲击。
本发明的一种形式是提供一种用于氧气传感器中使用的加热元件的控制系统。该控制系统包括：周期性地确定流经加热元件的电流的变化率的比率模块；温度调节模块，其周期性地将这变化率与一种比率值比较，并该基于变化率和比率值的比较在额定温度和低于该额定温度的矫正温度之间选择性地调节氧气传感器的操作温度。在一个例子中，矫正温度可低于氧气传感器的热冲击温度。在另一个例子中，操作温度可为检测元件的操作温度，且矫正温度可高于检测元件的灵敏度温度。
一方面，这控制系统可进一步包括电源模块，该电源模块基于功率控制信号向加热元件供电，温度调节模块生成功率控制信号以调节操作温度。
另一方面，当变化率大于或等于比率值时，温度调节模块朝着矫正温度调节操作温度。当变化率的C个连续值大于或等于比率值时，温度调节模块可朝着矫正温度调节操作温度，C为大于零的整数。
另一方面，当变化率为正时，温度调节模块朝着矫正温度调节操作温度。在一个例子中，当变化率的Z个连续数目为W的最近值大于或等于比率值时，温度调节模块可朝着矫正温度调节操作温度，Z和W为大于零的整数。在另一个例子中，当变化率的至少T个连续数目为S的最近值为正时，温度调节模块可朝着矫正温度调节操作温度，T和S为大于零的整数。
另一方面，温度调节模块等待到电流大于或等于第一电流阈值且小于或等于第二电流阈值时才比较变化率和比率值，第一电流阈值小于第二电流阈值。
本发明的另一种形式是提供一种氧气传感器中使用的加热元件的控制方法，该控制方法包括：周期性地确定流经加热元件的电流的变化率；周期性地将这变化率与一种比率值比较；基于这变化率和比率值的比较，在额定温度和低于该额定温度的矫正温度之间选择性地调节氧气传感器的操作温度。
一方面，选择性地调节操作温度包括，选择性地向加热元件施加额定功率和矫正功率。
另一方面，选择性地调节操作温度包括，当变化率大于或等于比率值时朝着矫正温度调节操作温度。在一个例子中，选择性地调节工作温度可包括，当变化率的C个连续值大于或等于比率值时朝着矫正温度调节操作温度，C为大于零的整数。
另一方面，选择性地调节操作温度包括当变化率为正时朝着矫正温度调节操作温度。在一个例子中，选择性地调节操作温度可包括，当变化率的Z个连续数目为W的最近值大于或等于比率值时朝着矫正温度调节操作温度，Z和W为大于零的整数。在另一个例子中，选择性地调节操作温度可包括，当变化率的至少T个连续数目为S的最近值为正时朝着矫正温度调节操作温度，T和S为大于零的整数。
另一方面，控制方法进一步包括周期性地将电流与第一电流阈值和第二电流阈值比较，第一电流阈值小于第二电流阈值；以及等待到电流大于或等于第一电流阈值且小于或等于第二电流阈值时开始该变化率和比率值的周期性比较，第一电流阈值小于第二电流阈值。
通过本文下面的描述，本发明的更多应用领域将变得很明显。应该理解的是，这些详细说明和具体例子仅为了说明目的，而没有意图限制本发明的范围。
附图说明
本发明通过详细说明和附图将会得到更加全面的了解，其中：
图1为根据现有技术的发动机系统的功能模块图；
图2为示例性氧气传感器的局部剖面图；
图3为根据本发明的原理的发动机系统的功能模块图；
图4为图3所示加热器控制模块的功能模块图；
图5为描述由根据本发明原理的加热器控制模块执行的示例性控制步骤的流程图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅为示例性的，绝没有意图限定本发明及其应用或用途。为了清楚起见，附图中使用的相同附图标记将用于标识相似元件。本文所使用的词组“A、B、C中的至少一个”应解释为一种使用非排他性的逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应该理解的是，方法中的这些步骤可以不同顺序执行而不会背离本发明的原理。
本文所使用的术语“模块”是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(通用、专用或群)和存储器、组合逻辑电路和/或其他提供所述功能的合适组件。
本发明提供一种控制系统和方法，用于通过监测施加给氧气传感器所包含的加热器的电流来检测可能已接触该氧气传感器的液体水。本发明还提供一种控制系统和方法，用于在降低的功率下操作加热器以改善对氧气传感器的热冲击，同时维持可靠的氧气传感器输出。
具体参考图2，其显示了示例性的氧气传感器116。氧气传感器116可包括由一个或多个支撑管134所支撑的位于外壳132内的检测元件组件130。检测元件组件130可为几种常用类型。例如，检测元件组件130可为窄带型或宽带型。窄带氧气传感器，例如锥形氧化锆传感器，基于废气中的氧气含量而生成非线性(即二元的)输出电压。窄带氧气传感器生成的输出电压可用于确定发动机102是否在不饱和或饱和状态下操作。宽带氧气传感器，例如平板式氧化锆传感器，基于废气中的氧气含量而生成总体为线性的输出电压。因此，宽带氧气传感器可用于确定废气中氧气精确含量以及发动机是否在不饱和或饱和状态下操作。本文所讨论的检测元件组件130为平板式氧化锆传感器类型的宽带氧气传感器。
因此，检测元件组件130总体上可为具有检测元件140的扁平的、细长的元件，检测元件140布置在由外壳132限定的检测腔142内的一端上。检测元件140可包括集成加热元件144。所包括的加热元件144可提供补充热量以将检测元件140加热至高于该检测元件的灵敏度温度的温度范围内。例如，加热元件144可用于将检测元件140加热至高于350℃的温度。加热元件144可由例如铂或钨的不同材料制成。材料的选择可基于检测元件组件130为窄带还是宽带型。
布置在相反一端上的接触固定器146可将检测元件140的电极(未显示)和加热元件144连接到氧气传感器116的电线148上。电线148可包括四股或更多股线，这取决于检测元件140和加热元件144的具体构造。
外壳132的形状总体上可为圆柱形，该外壳包括压配合到一端上的传感器罩160和压配合到相反端上的保护套筒162。外壳132可进一步包括外螺纹，该外螺纹可用于将氧气传感器116固定至排气系统114，使得检测元件140与废气接触。可以使用传感器罩160保护检测元件140免收废气的直接冲击。传感器罩160可包括一起限定内部和外部开孔170、172的内罩166和外罩168，废气可从该内部和外部开孔170、172进入腔142中。
开孔170、172大小可变。可以对开孔170、172定位和确定大小以使检测元件组件130对废气中氧气含量的变化而生成特定的响应。此外，可以对开孔170、172定位和确定大小以影响检测元件组件130对液体水冲击的热响应。换言之，液体水可与检测元件组件130接触的量和位置可依开孔170、172的位置和大小而定，并由此影响检测元件组件130的热响应。
冷凝水可因各种原因而出现在排气系统114中。例如，当废气温度低于该废气的露点时冷凝水就会存在。汇集在排气系统114的部件(例如催化转化器(未显示))中的水也会导致冷凝水的出现，并且该冷凝水被从一个发动机操作循环携带到下一个发动机操作循环。
排气系统114中的冷凝水可在发动机操作期间被夹带在废气中。夹带在废气中的液体水可能进入腔142并与检测元件组件130接触，从而导致对检测元件组件130的热冲击。对氧气传感器116的反复热冲击可能引起检测元件组件130破裂并导致检测元件组件130提早失效。
因此，本发明提供一种检测可能出现在腔142内的液体水的控制系统和方法。此外，本发明提供一种控制系统和方法，用于在降低的功率下操作加热元件144以改善对检测元件组件130的热冲击事件，同时维持氧气传感器116的正常操作。
前述目标可通过监测施加给加热元件144的电流而实现。更具体地，可通过监测施加给加热元件144的电流的时间变化率检测出现在检测元件组件130中的液体水。当液体水接触检测元件组件130并随后蒸发时，接触检测元件组件130的液体水对检测元件组件130具有暂时的冷却效应。因为用于形成加热元件144的金属(例如铂和钨)的电阻随温度降低而降低，所以当液体水接触检测元件组件130时，施加给加热元件的电流就会暂时上升。
通过监测施加给加热元件144的电流，就可能检测到存在于检测元件组件130上的液体水，并采取补救控制措施以抑制对检测元件组件130的各种组件的热冲击。补救控制措施可包括暂时降低施加给加热元件144的功率(例如电压)。降低功率可以降低检测元件组件130的操作温度。更具体地，降低功率可以使检测元件组件130的操作温度低于检测元件组件130的热冲击温度并高于检测元件140的灵敏度温度。这样就可抑制热冲击事件，同时保证检测元件140的可靠输出。
具体参考图3，其显示了根据本发明的原理的示例性发动机系统200。发动机系统200可包括由发动机控制模块(ECM)202控制的发动机102，该ECM 202具有改进的O2传感器控制系统。
空气通过进气歧管104被吸入发动机102。吸入进气歧管104的空气体积可以使用节流阀106来改变。空气与燃料混合形成空气和燃料(A/F)混合物，该燃料由一个或多个燃料喷嘴108分散开。这A/F混合物在汽缸110中燃烧。图显示了单个汽缸110，但发动机102可包括两个或更多汽缸。A/F混合物的燃烧可由火花塞112提供的火花而启动。燃烧期间产生的废气可从汽缸排到排气系统114。
排气系统114可包括氧气传感器116以测量废气中的氧气量。图显示了单个氧气传感器，但是发动机系统200可包括两个或更多的氧气传感器，这些氧气传感器定位在沿着排气系统114的不同位置上。氧气传感器116向ECM202输出电压(VO2)，该电压可用于确定废气中的氧气量。氧气传感器116包括加热元件144。加热元件144可从加热器电源模块204接收电力。
ECM202可用于控制发动机系统100的操作。ECM202可接收氧气传感器116的输出电压，以及来自发动机102的其他传感器122的信号。基于氧气传感器116的输出电压和从其他传感器122接收的信号，ECM202可通过调节节流阀106和燃料喷嘴108来调节A/F混合物。
ECM202也可用于控制加热元件144的操作。更具体地，ECM202可包括加热器控制模块210，该加热器控制模块210可连接至加热器电源模块204。加热器控制模块210可向加热器电源模块204输出加热器电压指令信号(Vh)。加热器控制模块210改变Vh可以提高或降低加热元件144的温度以改善对检测元件组件130的热冲击。
例如，在发动机102启动后的一段时间内，加热器控制模块210生成的操作加热元件144的Vh可以将检测元件组件130的温度维持在第一温度下。第一温度可低于氧气传感器116的热冲击温度。随后，在发动机102中已吸入累积质量的吸入空气后，加热器控制模块210生成的操作加热元件114的Vh可以将检测元件组件130的温度维持在高于第一温度的第二温度下。第二温度可高于氧气传感器116的热冲击温度和/或灵敏度温度。由受让人共同拥有的美国非临时申请12/132,653公开了前述氧气传感器加热器控制策略的控制系统和方法，其公开内容在此全文引入以作参考。
此外，当加热器控制模块210确定冷凝水已接触检测元件组件130时，加热器控制模块210生成的Vh可使加热元件144在降低的功率下操作。这样加热器控制模块210就可以生成Vh以朝着低于额定温度的矫正温度调节检测元件组件130的操作温度。更具体地，加热器控制模块210生成的Vh可以朝着矫正温度来调节检测元件140和加热元件144的操作温度。
具体参考图4，加热器控制模块210可包括基准模块212、比率模块214、比率比较模块216和温度调节模块218。基准模块212从加热器电源模块204接收电流信号(Ih，in)并确定检测元件组件130是否已达到基准操作状态。基准模块212可以各种方式确定检测元件组件130是否已达到基准操作状态。例如，当Ih，in介于与检测元件组件130的预期操作温度相关的额定电流值的预定界限之间时，基准模块可以确定检测元件组件130已达到基准工作状态。基准模块212可生成表明检测元件组件130是否已达到基准操作状态的BASE信号。基准模块212可以向温度调节模块218输出基准(BASE)信号。
比率模块214从加热器电源模块204接收Ih，in并确定施加给加热元件144的电流的时间变化率(Ih，rate)。比率模块214可以向比率比较模块216输出Ih，rate。
比率比较模块216从比率模块214接收Ih，rate并确定冷凝水是否已接触到检测元件组件130以及是否会引起冲击事件。当Ib，rate过大(例如在阈值之上)时，比率比较模块216可以确定冷凝水已接触检测元件组件130。比率比较模块216可生成表明Ih，rate是否被认为过大的冲击(SHOCK)信号。比率比较模块216可向温度调节模块218输出SHOCK信号。
温度调节模块218接收Ih，in、BASE信号和SHOCK信号，并确定加热器电压指令信号(Vh)，该加热器电压指令信号可用于调节施加给加热元件144的功率，由此提高或降低加热元件144的温度。温度调节模块218可基于Ih，in、BASE信号和SHOCK信号确定Vh。温度调节模块218也可从ECM202的不同模块接收其他信号。例如，温度调节模块218可接收的信号例如是但不限于：表明发动机102速度和运行时间的信号，表明吸入空气的温度和质量流量的信号，以及表明发动机系统200是否正常运行的控制标记。温度调节模块218可进一步基于它所接收的其他信号来确定Vh。温度调节模块218可以向加热器电源模块204输出Vh。
回头参考图3，加热器电源模块204可用于基于从ECM接收来的加热器电压指令信号(Vh)来调整施加给加热元件144的功率。例如，加热器电源模块204可调整施加给加热元件144的电压和电流中的一个或多个。本文所讨论的和图中所显示的是，加热器电源模块204调整施加给加热元件144的电压。
因此，加热器电源模块204基于从ECM202接收的加热器电压指令信号(Vh)来调整施加给加热元件144的电压(Vh，in)。加热器电源模块204可以各种方式调整电压。例如，加热器电源模块204可调整施加给加热元件144的电压(Vh，in)幅值。可选地，加热器电源模块204可改变施加给加热元件144的电压(Vh，in)的占空比。这样加热器电源模块204可用于基于Vh来调整施加给加热元件144的功率。如前面所讨论的，加热器电源模块204也可向ECM202提供表明施加给加热元件144的电流(Ih，in)的电流信号。
具体参考图5，其显示了示例性的控制方法300。控制方法300可作为其他正常加热器功率控制方法的补充控制方法来实施。这里使用的额定加热器功率控制是指控制加热元件144以将检测元件140维持在高于检测元件140的灵敏度温度的预期操作温度范围内。例如，额定加热器功率控制可用于将检测元件140的温度维持处在650℃左右之内。
该控制方法300可通过使用本文所描述的ECM202的各种模块来实施。控制方法300可在发动机102启动之后周期性间隔地运行(即执行)。例如，控制方法300可以六毫秒或更长的周期间隔运行。可选地，控制方法300可基于特殊事件的发生而运行(即基于事件的)。例如，一旦ECM202产生表明加热元件114应被通电的运行标记，控制方法300即可运行。又例如，一旦发动机102的闭环控制开始时，控制方法300即可运行。这里所讨论的控制方法300是作为对额定加热器功率控制的补充控制方法来实施的，并在发动机102启动之后以六毫秒的周期性间隔来运行。
根据控制方法300的控制开始于步骤302，在步骤302中控制初始化方法300所用的控制参数，例如Ih，rate、BASE、SHOCK和Vh。在步骤302中，控制可将前述参数的值设为默认值。默认值可对应额定加热器功率控制。
控制前进到步骤304中，在这里控制确定进入条件是否满足。如图所示，如果进入条件满足，控制前进到步骤306；否则当前控制循环的控制结束，控制则循环后退。进入条件可包括发动机102的各种操作条件以及操作加热元件144的指令是否已经生成。
例如，进入条件可取决于发动机102是否已达到预定的发动机速度(例如RPM)和/或表明发动机102正常工作的控制标记是否已生成。进入条件可取决于发动机和/或进气的温度是否低于预定的温度。进入条件可取决于发动机已运行的时间是否短于预定时间值或发动机已吸入的累积进气量是否少于预定的质量。
通常，进入条件将在发动机102启动后的一段时间内得到满足，此时存在液体水接触氧气传感器116的危险，而加热元件144已开始在额定加热器功率下操作。换言之，当加热元件144在额定加热器功率控制下超过最小占空比地进行操作，就可满足总的进入条件。
在步骤306中，控制确定是否满足任何退出标准。如果退出标准未满足，控制则前进到步骤308中，否则控制前进到步骤310中，在步骤310中控制维持额定加热器功率控制。当存在维持额定加热器功率控制的最重要理由时，退出标准就可满足，这种最重要理由可包括禁止加热元件144的操作。例如，退出标准可包括是否已产生关于氧气传感器116的诊断故障。
在步骤308中，控制基于由加热器电源模块204生成的Ih，in信号确定基准电流值。基准电流值可通过监测Ih，in信号并对该Ih，in值应用一种或多种滤波方法来产生。滤波方法可包括一阶延迟滤波器。滤波方法也可包括通过Ih，in值的指数加权移动平均值来对Ih，in信号进行慢滤波。在步骤308中，控制可在ECM202的存储器中存储基准电流值以便在后续控制步骤可取回。
在步骤312中，控制基于步骤308中产生的一个或多个基准电流值来确定加热元件144是否已获得稳定操作。在步骤312中，控制可生成表明是否已达到稳定基准的BASE信号。通常，当检测元件140已进入预期操作温度范围内一段时间后，控制将确定已达到稳定基准。当加热元件144的突入电流已稳定时，控制也可确定已达到稳定基准。这里使用的突入电流是指在加热元件144的初始操作期间迅速升高的电流。
控制可以各种方式确定是否已经达到稳定基准。例如，当步骤308中所确定的X个连续数目为Y的基准电流值介于最小和最大基准电流值之间(例如，Ibase，min＜基准值＜Ibase，max)时，控制可确定基准是稳定的。最小和最大基准电流值可基于加热元件144在预期操作温度范围内操作时的额定电流而定。额定电流值可例如是介于0.6和0.7安培之间。当控制到达步骤312时，最小和最大基准电流值可基于加热元件144的期望功率而定，该期望功率与发动机102的上次操作以及发动机102的特定操作条件相关。X、Y、Ibase，min和Ibase，max的值都可通过发动机系统200的开发测试而确定并存储在存储器中作为控制方法300所用的校准值。
在步骤314中，控制基于Ih，in确定施加给加热元件144的电流的时间变化率(Ih，rate)。控制可以多种方式确定Ih，rate的值。控制可使用由加热器电源模块204生成的Ih，in信号或使用步骤308中确定的基准电流值来确定Ih，rate。用于确定Ih，rate的时间段可以是连续控制循环之间的一段时间(例如6毫秒)或者可以为超过连续控制循环之间的时间段的预定时间段。例如，确定Ih，rate所用的时间段可为大约一秒。在步骤314中，控制可在存储器中存储Ih，rate的值。
在步骤316中，控制确定加热器电流是否发生过度增加，过度增加表明液体水可能已接触检测元件组件130。更具体地，控制基于在步骤314中确定的一个或多个Ih，rate的值与电流比率阈值(Irate，thresh)的比较来确定加热器电流是否已发生过大增加。如果控制确定电流已发生过度增加，控制则前进到步骤318中，否则控制前进到步骤320中。在步骤316中，控制可生成SHOCK信号，该SHOCK信号表明控制是否已确定加热器电流发生过度增加。
控制可以多种方式确定加热器电流是否已发生过度增加。例如，控制可将在步骤314中确定的最近Ih，rate值与Irate，thresh进行比较。如果最近Ih，rate值大于Irate，thresh，则控制可确定电流已发生过度增加。可选地，控制可将连续数目为W的Ih，rate最近值与Irate，thresh进行比较。如果预定Z个连续数目为W的Ih，rate的最近值都大于Irate，thresh，则控制可确定电流已发生过度增加。W、Z和Irate，thresh的值可通过发动机系统200的研究测试来确定，并作为控制方法300所用的校准值存储在存储器中。
在步骤318中，控制使加热元件144在降低的加热器功率下操作，作为降低检测元件组件130的温度的矫正措施，由此抑制热冲击。控制可以调整功率以朝着矫正温度调节检测元件组件130的操作温度。控制可进一步调整功率以将检测元件组件130的操作温度维持处于矫正温度。
因此，在步骤318中，控制可生成操作加热元件144的Vh，in，以将检测元件组件130的温度维持低于检测元件组件130的热冲击温度并高于检测元件140的灵敏度温度。当检测元件组件130的热冲击温度低于检测元件140的灵敏度温度时，控制可生成Vh，in以将检测元件140的温度维持在等于或仅高于灵敏度温度的温度。如图所示，从步骤318开始，当前控制循环的控制结束，控制则循环后退并在步骤314中开始下一个控制循环。
在步骤320中，控制确定控制当前是否正在使加热元件144在降低的加热器功率下操作。如果控制当前正在使加热元件144在降低的加热器功率下操作，控制则前进到步骤322中，否则控制前进到步骤310中。
在步骤322中，控制确定加热器电流是否持续增加，持续增加表明检测元件组件130上仍可能存在液体水。更具体地，控制基于步骤314中确定的一个或多个Ih，rate值的比较来确定加热器电流是否持续增加。如果控制确定加热器电流持续增加，控制前进到步骤318中，在这里控制继续维持降低的加热器功率，否则控制前进到步骤310中。
控制可以多种方法确定加热器电流是否持续增加。例如，如果步骤314中确定的最近Ih，rate值为正(即Ih，rate的当前值)，控制则可确定加热器电流在持续增加。可选地，控制可评估连续数目为S的Ih，rate最近值。如果预定T个连续数目为S的Ih，rate最近值为正，则控制可以确定电流在持续增加。在U个Ih，rate最近值不为正情况下，控制可以确定电流没有在持续增加。S、T和U的值可通过发动机系统200的开发测试来确定并作为控制方法300所用的校准值存储在存储器中。
在步骤310中，控制在额定加热器功率控制下操作加热元件144。如图所示，从步骤310开始，当前控制循环的控制结束，控制则循环后退，在步骤306中开始下一个控制循环。
通过前述方法，控制方法300可用于检测氧气传感器116中存在的液体水，并用于调整加热元件144的操作以改善对检测元件组件130的各种组件的热冲击。因此，控制方法300也可用于提高氧气传感器116的耐久性和可靠性。
本领域技术人员通过上述描述可以意识到本发明的广泛教导可以多种形式实现。因此，尽管公开内容包括具体实例，但是本发明的实际范围不应受到如此的限定，因为本领域的技术人员通过对附图、说明和下述权利要求的研究可以很容易地找到其他的修改方式。
Claims (20)
1.一种用于氧气传感器中使用的加热元件的控制系统，包括：
比率模块，周期性地确定流经所述加热元件的电流的变化率；以及
温度调节模块，其周期性地将所述变化率与一种比率值比较，并且基于所述变化率和所述比率值的所述比较结果，在额定温度和低于所述额定温度的矫正温度之间选择性地调节所述氧气传感器的操作温度。
2.一种氧气传感器控制系统，包括：
权利要求1所述的控制系统；
氧气传感器，其包括所述加热元件；以及
电源模块，其基于功率控制信号向所述加热元件供电，所述温度调节模块生成所述功率控制信号以调节所述操作温度。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：当所述变化率大于或等于所述比率值时，所述温度调节模块朝着所述矫正温度调节所述操作温度。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于：当所述变化率的数目为C个的连续值大于或等于所述比率值时，所述温度调节模块朝着所述矫正温度调节所述操作温度，C为大于零的整数。
5.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于：当所述变化率为正时，所述温度调节模块朝着所述矫正温度调节所述操作温度。
6.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于：当所述变化率的Z个连续数目为W的最近值大于或等于所述比率值时，所述温度调节模块朝着所述矫正温度调节所述操作温度，Z和W为大于零的整数。
7.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于：当所述变化率的至少T个连续数目为S的最近值为正时，所述温度调节模块朝着所述矫正温度调节所述操作温度，T和S为大于零的整数。
8.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于：所述温度调节模块等待到所述电流大于或等于第一电流阈值且小于或等于第二电流阈值时才比较所述变化率和所述比率值，所述第一电流阈值小于所述第二电流阈值。
9.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于：所述矫正温度低于所述氧气传感器的热冲击温度。
10.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于：所述操作温度是检测元件的操作温度，且所述矫正温度大于所述检测元件的灵敏度温度。
11.一种用于氧气传感器中使用的加热元件的控制方法，包括：
周期性地确定流经所述加热元件的电流的变化率；
周期性地将所述变化率和一种比率值比较；以及
基于所述变化率和所述比率值的所述比较，在额定温度和低于额定温度的矫正温度之间选择性地调节所述氧气传感器的操作温度。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于：所述选择性地调节操作温度包括选择性地向所述加热元件施加额定功率和矫正功率，所述额定功率对应于所述额定温度，所述矫正功率对应于所述矫正温度。
13.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于：所述选择性调节所述操作温度包括当所述变化率大于或等于所述比率值时朝着所述矫正温度调节所述操作温度。
14.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于：所述选择性调节所述操作温度进一步包括，当所述变化率的C个连续值大于或等于所述比率值时，朝着所述矫正温度调节所述操作温度，C为大于零的整数。
15.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于：所述选择性地调节所述操作温度进一步包括，当所述变化率为正时朝着所述矫正温度调节所述操作温度。
16.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于：所述选择性地调节所述操作温度进一步包括，当所述变化率的Z个连续数目为W的最近值大于或等于所述比率值时，朝着所述矫正温度调节所述操作温度，Z和W为大于零的整数。
17.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于：所述选择性地调节所述操作温度进一步包括，当所述变化率的至少T个连续数目为S的最近值为正时，朝着所述矫正温度调节所述操作温度，T和S为大于零的整数。
18.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于，进一步包括：
周期性地将所述电流与第一电流阈值和第二电流阈值比较，所述第一电流阈值小于所述第二电流阈值；以及
等待到所述电流大于或等于所述第一电流阈值且小于或等于第二电流阈值才开始所述变化率和所述比率值的周期性的所述比较。
19.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于：所述矫正温度低于所述氧气传感器的热冲击温度。
20.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于：所述操作温度是检测元件的操作温度，所述矫正温度大于所述检测元件的灵敏度温度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120620 Termination date: 20200622 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |