CN101715510A - 用于废气传感器的加热器控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

氧浓度传感器(28)布置在发动机排气通道中。检测内燃机中使用的燃料中的酒精浓度。基于检测的酒精浓度设定目标阻抗。检测氧浓度传感器(28)的传感器元件的实际阻抗。控制废气传感器的加热器输出，使得所述实际阻抗变得等于目标阻抗，从而由阻抗表示的传感器的温度变得等于由目标阻抗表示的目标温度。

Description

用于废气传感器的加热器控制装置和方法

技术领域

本发明涉及用于废气传感器的加热器控制装置和加热器控制方法。

背景技术

已知一种内燃机，在发动机排气通道内设有废气传感器，该废气传感器根据废气中特定成分的量或浓度产生输出，例如，根据废气中的氧浓度产生输出的氧浓度传感器，并且基于氧浓度传感器的输出电压控制空燃比。但是，前述废气传感器的输出根据传感器元件的温度而变化。

为克服该问题，在一种已知的内燃机中，氧浓度传感器设有电加热器，其用于加热传感器元件，使得传感器元件的温度保持在预定目标温度(见日本专利申请公开No.2005-2974(JP-A-2005-2974))。在这种技术中，传感器元件的温度由传感器元件的阻抗表示。因此，预先设定表示目标温度的目标阻抗，并检测传感器元件的实际阻抗，且控制电加热器的输出，使得实际阻抗变得等于目标阻抗。

但是，传感器元件的阻抗根据发动机中使用的燃料的特性而变化。具体地，在发动机中使用的燃料为例如含有酒精的汽油的情况下，传感器元件的阻抗会根据燃料中的酒精浓度而变化。这是因为废气的成分根据燃料中的酒精浓度而变化，并且，例如由氧化锆形成的电解质部分的电阻抗根据废气中含有的成分而变化。因此，即使实际阻抗保持在目标阻抗，根据发动机中使用的燃料的特性的不同，也可能传感器元件的实际温度并未保持在目标温度。这意味着废气传感器的输出并不一定准确。

发明内容

本发明的第一方面涉及一种用于配备有加热器的废气传感器的加热器控制装置，所述废气传感器设置在内燃机的排气通道内。所述加热器控制装置包括：检测装置，其用于检测所述内燃机中使用的燃料的特性；设定装置，其用于基于检测到的所述燃料的特性来设定目标阻抗；以及控制装置，其用于控制所述废气传感器的加热器输出，使得所述废气传感器的传感器元件的阻抗变得等于所设定的目标阻抗。该加热器控制装置控制成使得由所述阻抗表示的所述传感器元件的温度变得等于由所述目标阻抗表示的目标温度。

本发明的第二方面涉及一种用于配备有加热器的废气传感器的加热器控制方法，所述废气传感器设置在内燃机的排气通道内。所述加热器控制方法包括检测所述内燃机中使用的燃料的特性的步骤、基于检测到的燃料特性来设定所述废气传感器的传感器元件的目标阻抗的步骤、以及控制所述废气传感器的加热器输出使得所述废气传感器的传感器元件的阻抗变得等于所设定的目标阻抗的步骤。

不管发动机中使用的燃料的特性如何，传感器元件的温度都可保持在目标温度，因此可保持废气传感器的输出的准确度。

附图说明

参考附图，从下面具体实施例的描述可清楚本发明的前述及其它目的、特征和优点，其中相同的附图标记用于表示相同的元件，并且其中：图1为内燃机的总图；图2为示出氧浓度传感器的输出电压的曲线图；图3为从概念上示出氧浓度传感器的构造的图；图4为示出传感器元件的阻抗Z的曲线图；图5为示出目标阻抗ZT的脉谱图(map)的曲线图；以及图6为用于执行传感器温度控制程序的流程图。

具体实施方式

图1示出了发动机主体1、气缸体2、气缸盖3、活塞4、燃烧室5、进气门6、进气口7、排气门8、排气口9和火花塞10。各气缸的进气口7通过相应的一个进气支管11连接到稳压罐12上。稳压罐12通过进气管13连接到空气滤清器14上。在进气管13内布置有空气流量计15和由步进电机16驱动的节气门17。另外，各进气口7附装有燃料喷射阀18。燃料喷射阀18连接到共轨19。共轨19通过燃料泵20连接到燃料罐21，燃料泵20允许控制从其排出的量。共轨19附装有燃料压力传感器22。从燃料泵20排出的量被控制成使得由燃料压力传感器22检测到的共轨19内的燃料压力变得等于目标压力。另外，燃料罐20附装有用于检测燃料罐20内的燃料特性的燃料特性传感器23。

在本发明的一个实施例中，使用通过混合汽油与酒精得到的含有酒精的汽油。这样，燃料中的酒精浓度可从例如零至百分之百变化。因此，在该实施例中，燃料特性传感器23由根据燃料中的酒精浓度产生输出的酒精浓度传感器构造而成。

另一方面，气缸的排气口9通过排气歧管24相应的支管以及排气管25连接到催化器26上。催化器26连接到排气管27上。在排气管25中附装有废气传感器28。

废气传感器28根据废气中特定成分的量或浓度产生输出。在本发明的实施例中，废气传感器28由根据废气中的氧浓度产生输出电压的氧浓度传感器构成。当废气中的氧浓度低时，氧浓度传感器28的输出电压V基本变为零(伏特)，当氧浓度高时基本达到1.0(伏特)，如图2中所示。顺带地，在图2中，当空燃比为理论空燃比时，产生的输出电压V图示为VR。这里应当理解，废气中的氧浓度表示空燃比，当输出电压V基本为零(伏特)时，空燃比浓(rich)，当输出电压V为1.0(伏特)时，空燃比稀(lean)。另外，当空燃比变化穿过理想空燃比时，输出电压V急剧地变化。

图3从概念上示出了氧浓度传感器28的构造。如图3中所示，氧浓度传感器28包括传感器元件28a和电加热器28b。传感器元件28a产生前述输出电压V。另一方面，电加热器28b设置用于调节传感器元件28a的温度。当电加热器28b的输出增大时，传感器元件28a的温度升高。当电加热器28b的输出减小时，传感器元件28a的温度降低。

再参考图1，电子控制单元30由包括ROM(只读存储器)32、RAM(随机存取存储器)33、CPU(中央处理单元或微处理器)34、输入端口35和输出端口36的数字计算机构成。它们通过双向总线31彼此连接。加速器踏板39连接到载荷传感器40上，该载荷传感器产生与加速器踏板39的踩下量成正比的输出电压。空气流量计15、燃料压力传感器22、酒精浓度传感器23、氧浓度传感器28的传感器元件28a和载荷传感器40的输出电压通过相应的AD转换器38输入到输入端口35。另外，曲轴角度传感器41在曲轴每旋转例如30°时产生一次输出脉冲，并且该输出脉冲被输入到输入端口35。CPU 34基于曲轴角度传感器41的输出脉冲计算发动机转速Ne。另一方面，输出端口在36通过相应的驱动电路38连接到火花塞10、步进电机16、燃料喷射阀17和燃料泵20。

如果氧浓度传感器28的传感器元件28a的温度低于其激活温度，那么氧浓度传感器28的输出电压可能变得不稳定，即，氧浓度传感器28的输出电压可能无法准确地表示废气中的氧浓度。因此，根据本发明的实施例，控制传感器元件28a的温度以保持在高于或等于激活温度的目标温度。

在这种情形下，传感器元件28a的温度可由传感器元件28a的阻抗表示。在本发明的实施例中，设定表示目标温度的目标阻抗，并且检测表示传感器元件28a的实际温度的实际阻抗，电加热器28b的输出是例如反馈式控制的，使得所述实际阻抗变得等于目标阻抗。

但是，传感器元件28a的阻抗根据燃料中的酒精浓度而变化。具体地，如图4中所示，虽然传感器元件28a的温度T是固定的，但是燃料中的酒精浓度CA越高，就导致传感器元件28a的阻抗Z越大，酒精浓度CA越低，导致阻抗Z越小。

在根据本发明的实施例中，目标阻抗Z是根据燃料中的酒精浓度CA而变化的。具体地，如图5中所示，目标阻抗ZT设定为随着酒精浓度CA升高而变大。结果，不管酒精浓度CA如何，传感器元件28a的实际温度都可保持在目标温度，因此可保持氧浓度传感器28的输出准确度。目标阻抗ZT以图5中所示脉谱图的形式预先存储在ROM 32中。

从前面的描述可总结出，检测内燃机中使用的燃料的特性，并基于检测到的燃料特性设定目标温度，并且控制废气传感器的加热器输出，使得废气传感器的传感器元件的阻抗变得等于目标阻抗，从而由阻抗表示的传感器元件的温度变得等于由目标阻抗表示的目标温度。

图6示出了该实施例的传感器温度控制程序。在每个预先确定的设定时间通过中断(interrupt)来执行该程序。

参考图6，首先在步骤100中，通过酒精浓度传感器23检测燃料中的酒精浓度CA。随后在步骤101中，从图5所示的脉谱图得到目标阻抗ZT。随后在步骤102中，计算实际阻抗ZA。具体地，检测传感器元件28a的电压和电流，并从电流和电压计算实际阻抗ZA。随后在步骤103中，控制电加热器28b的输出，使得实际阻抗ZA变得等于目标阻抗ZT。

在前面的实施例中，通过燃料特性传感器检测燃料特性。但是，也可想到用于检测燃料特性的各种其它方法。例如，可基于在执行空燃比反馈修正时发生的空燃比摆动中心的偏差来检测所述燃料特性。另外，还可允许仅在进行重新添加燃料之后立即检测一次燃料特性，并省略燃料特性的检测，直到进行下一次重新添加燃料时为止。

在所示实施例中，控制器使用通用处理器。本领域的技术人员应当理解，可使用单个特定用途集成电路(例如，ASIC)来实现控制器，所述特定用途集成电路具有用于整体系统水平控制的主或中央处理器部分和专用于在中央处理器部分的控制下执行各种不同具体计算、功能和其它程序的单独部分。控制器可为多个单独的专用或可编程集成的或其它电子电路或装置(例如，硬连线的电子或逻辑电路，例如分立元件电路，或可编程逻辑装置，例如PLD、PLA、PAL或类似物)。控制器可适当地编程以单独或连同一个或多个外围(例如集成电路)数据和信号处理装置与通用计算机一起使用，所述通用计算机例如是微处理器、微控制器或其它处理器装置(CPU或MPU)。总之，能够执行本文所述程序的有限态机器的任意装置或装置组件都可用作控制器。分布式处理结构可用于最大数据/信号处理能力和速度。

Claims (6)

1.一种用于配备有加热器的废气传感器的加热器控制装置，所述废气传感器设置在内燃机的排气通道内，所述加热器控制装置包括：

检测装置，其用于检测所述内燃机中使用的燃料的特性；

设定装置，其用于基于检测到的所述燃料的特性来设定所述废气传感器的传感器元件的目标阻抗；以及

控制装置，其用于控制所述废气传感器的加热器输出，使得所述废气传感器的传感器元件的阻抗变得等于所设定的目标阻抗，从而由所述传感器元件的阻抗表示的所述传感器元件的温度变得等于由所述目标阻抗表示的目标温度。

2.如权利要求1所述的加热器控制装置，其中所述检测装置设在燃料箱内。

3.如权利要求1或2所述的加热器控制装置，其中所述检测装置为酒精浓度传感器。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的加热器控制装置，其中所述控制装置通过控制所述加热器输出来控制所述加热器的温度。

5.一种用于配备有加热器的废气传感器的加热器控制方法，所述废气传感器设置在内燃机的排气通道内，所述加热器控制方法包括：

检测所述内燃机中使用的燃料的特性；

基于检测到的燃料特性来设定所述废气传感器的传感器元件的目标阻抗；以及

控制所述废气传感器的加热器输出，使得所述废气传感器的传感器元件的阻抗变得等于所设定的目标阻抗。

6.一种用于配备有加热器的废气传感器的加热器控制装置，所述废气传感器设置在内燃机的排气通道内，所述加热器控制装置包括：

检测装置，其检测所述内燃机中使用的燃料的特性；

设定装置，其基于检测到的所述燃料的特性来设定目标阻抗；以及

控制器，其控制所述废气传感器的加热器输出，使得所述废气传感器的传感器元件的阻抗变得等于所设定的目标阻抗，从而由所述传感器元件的阻抗表示的传感器元件的温度变得等于由所述目标阻抗表示的目标温度。

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