CN101725425B - 用于确定氧传感器加热器电阻的系统和方法 - Google Patents

用于确定氧传感器加热器电阻的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于确定氧传感器加热器电阻的系统和方法。一种发动机控制模块，包括排气加热模块、温度确定模块和电阻测量模块。排气加热模块以预定转速运行发动机从而产生具有预定温度的排气。排气对氧传感器的加热元件进行加热。温度确定模块依据预定转速确定加热元件被加热到预定温度的时间。电阻测量模块确定加热元件被加热到预定温度时加热元件的电阻。

Description

用于确定氧传感器加热器电阻的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2008年10月30日提交的美国临时申请No.61/109,645的权益。通过引用将上述申请的内容并入本文。
技术领域
本发明涉及用于校准排气系统部件的控制系统，并且更具体地涉及确定氧传感器加热器的电阻。
背景技术
此处的背景资料陈述是为了大体上介绍本发明的背景。背景技术部分在一定程度上描述了目前指定的发明人的工作，并且描述的特征并不限制为提交申请时的现有技术，这些描述既不明示也不暗示为与本发明相反的现有技术。
包含内燃机的车辆会产生带有不同氧浓度的排气。车辆可包括一个或多个氧传感器来监控排气中的氧浓度。氧传感器通常包含传感器元件和加热元件。传感器元件在达到预定传感器温度(例如600℃)之后进行有效工作。发动机控制模块会致动加热元件以将传感器元件加热到预定传感器温度。
发动机控制模块依据加热元件的电阻和加热元件模型确定加热元件处于预定传感器温度。发动机控制模块依据施加给加热元件的电压和流过加热元件的电流确定加热元件的电阻。加热元件模型依据加热元件的电阻提供加热元件的温度。
加热元件的电阻在氧传感器之间会变化。因此，当氧传感器安装在车辆中时，应当确定每个氧传感器的加热元件模型。通常，特定氧传感器的加热元件模型是在冷起动之后依据加热元件的电阻而确定的，此时车辆处于环境温度(例如20℃)。
发明内容
一种发动机控制模块，包括排气加热模块、温度确定模块和电阻测量模块。排气加热模块使发动机以预定转速运行从而产生具有预定温度的排气。排气对氧传感器的加热元件进行加热。温度确定模块依据预定转速确定加热元件被加热到预定温度的时间。电阻测量模块确定加热元件被加热到预定温度时加热元件的电阻。
一种发动机控制方法，包括使发动机以预定转速运行以产生具有预定温度的排气以及利用排气加热氧传感器的加热元件。该方法还包括依据预定转速确定加热元件被加热到预定温度的时间。此外，该方法包括，当加热元件被加热到预定温度时，确定加热元件的电阻。
附图说明
本文描述的附图只用作说明的目的，并不意图以任何方式限制本发明的范围。
图1是本发明的车辆系统的原理框图。
图2是本发明的发动机控制模块的原理框图。
图3是图表，示出本发明的依据预定发动机转速的排气温度和氧传感器加热元件温度。
图4是流程图，示出本发明的用于确定氧传感器加热器电阻的方法的步骤。
具体实施方式
下列描述本质上只是示例性的，并且不用于限制本发明、应用或用途。应当理解，在所有附图中，相同的附图标记代表相同或相应的部件和特征。本文所用的术语“模块”是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路和/或其它的提供所述功能的适当部件。
通常，在冷起动期间，氧传感器加热元件的电阻是确定的，因为加热元件处于已知温度(例如，环境温度)。新近驱动的车辆在已经停机了一段持续时间(例如8-10小时)之后才会达到冷启动条件。因此，当车辆行驶到维修车间时，氧传感器加热元件的电阻可能不会得到确认，除非车辆在维修车间保持停机一段持续时间。不能将车辆留在维修车间一段持续时间的车辆所有者可以将具有未定电阻的氧传感器加热元件留在维修车间。如果在车辆在维修车间外面已经冷起动之后加热元件被发现有毛病，那车辆所有者就会有麻烦。
本发明的加热元件电阻确定系统确定高温下的加热元件的电阻。怠速期间，该系统使发动机以预定发动机转速运行，以产生预定排气温度。该系统停用加热元件，以使得加热元件达到预定排气温度。该系统确定在预定排气温度下加热元件的电阻，并且依据预定排气温度下的电阻确定加热元件模型。该系统在维修车间中能在一段短时间内测试氧传感器加热元件的功能性，而不用等着冷起动。因此，该系统可以用来在维修车间中的新就位之后确定氧传感器加热元件的电阻。
现在参照图1，示例性车辆系统20包括驱动变速器26的内燃机22。尽管示出的是点燃式发动机，但也可以设想压燃式发动机。节气门34调节进入进气歧管32的气流。进气歧管32内的空气被分入气缸36。在发动机运行期间，发动机控制模块30可停用一个或多个选定的气缸36’。当发动机控制模块30没有启动相应的燃料喷射器38以将燃料喷入选定气缸36’时，选定气缸36’就停用了。当发动机控制模块30启动相应的燃料喷射器38以将燃料喷入气缸36时，气缸36就启用了。每个气缸36可包括火花塞40用来点燃空气/燃料混合物。替换性地，可以在柴油机应用中用压缩来点燃空气/燃料混合物。尽管图1示出了四个气缸36，但发动机22可以具有更多或更少的气缸36。例如，可以设想具有5、6、8、10、12和16个气缸的发动机。发动机22还可以设有主动燃料管理系统(未示出)以停用与选定气缸36’相对应的进气门和排气门54、58。
发动机控制模块30与车辆系统20的部件相通信。车辆系统20的部件包括如本文所述的发动机22、传感器和致动器。发动机控制模块30可实施本发明的加热元件电阻确定系统。
空气从入口42流过质量流量(MAF)传感器44，例如，质量流量计。MAF传感器44产生MAF信号，该MAF信号表示空气流过MAF传感器44的速率。进气通过节气门34被定量供应给发动机22。只是举例来说，节气门34可以是在入口42内旋转的蝶阀。根据由操作者和/或控制器指令的发动机运行点致动节气门34。节气门位置传感器(TPS)46产生TPS信号，该TPS信号表示节气门34的位置。
歧管压力(MAP)传感器48放置在位于节气门34与发动机22之间的发动机进气歧管32中。MAP传感器48产生MAP信号，该MAP信号表示歧管绝对空气压力。位于进气歧管32中的进气温度(IAT)传感器50产生以进气温度为依据的IAT信号。
发动机曲轴(未示出)以发动机转速旋转，或以与发动机转速成比例的速度旋转。曲轴传感器52检测曲轴的位置并且产生曲轴位置(CSP)信号。CSP信号可取决于曲轴转速和气缸事件。只是举例来说，曲轴传感器52可以是可变磁阻传感器。可以使用其它合适的方法检测发动机转速和气缸事件。
进气门54选择性地打开和关闭来使空气能够进入气缸36。进气凸轮轴(未示出)调节进气门位置。活塞(未示出)在气缸36内压缩空气/燃料混合物。发动机控制模块30致动燃料喷射器38以喷射燃料到气缸36中。发动机控制模块30还可致动火花塞40以开始空气/燃料混合物的燃烧，由此驱动气缸36中的活塞。替换性地，可以在柴油机中用压缩来点燃空气/燃料混合物。活塞驱动曲轴以产生驱动转矩。当排气门58处于打开位置时，会迫使气缸36内的燃烧废气经由排气歧管56排出。排气凸轮轴(未示出)调节排气门位置。尽管只示出单个进气门和排气门54、58，但是，发动机22可针对每个气缸36具有多个进气门和排气门54、58。
排气歧管56可具有排气歧管空气温度(EMT)传感器59。EMT传感器59可产生EMT信号，该EMT信号表示排气温度。发动机22可具有冷却系统，该冷却系统循环发动机冷却剂。发动机冷却剂温度(ECT)传感器60可产生ECT信号，该ECT信号表示发动机冷却剂温度。ECT传感器60可位于发动机22内或发动机冷却剂循环的其它位置，例如散热器(未示出)。
车辆系统20可具有用来处理排气的催化转化器62。车辆系统20可具有装在排气歧管56中的氧传感器72。尽管只示出单个氧传感器72，但是，车辆系统20可以具有两个或更多氧传感器72。氧传感器72产生氧水平信号来表征排气中的氧浓度。发动机控制模块30可致动燃料喷射器38并且根据氧水平信号确定催化转化器62的效率。
氧传感器72可具有传感器元件74和加热元件76。加热元件76将传感器元件74加热到预定的传感器温度。该预定的传感器温度可以是传感器元件74有效工作的温度(例如，600℃)。加热元件76可具有电加热的导线。加热元件76可位于传感器元件74的附近，从而使传感器元件74和加热元件76处于相同温度。加热器电源78向加热元件76供给加热器电压和加热器电流。加热器电压和加热器电流可一起称作“加热器功率”。发动机控制模块30致动加热器电源78以产生加热器功率。发动机控制模块30可致动加热器电源78以将加热元件76加热到预定的传感器温度。
现在参照图2，发动机控制模块30具有排气加热模块80、温度确定模块82和电阻测量模块84。发动机控制模块30从车辆系统20接收输入信号。输入信号包括MAF、TPS、MAP、IAT、CSP、EMT、ECT和氧水平信号。这些输入信号在后文被称作“车辆系统信号”。发动机控制模块30处理这些车辆系统信号，并且产生输出给车辆系统20的定时的发动机控制指令。例如，发动机控制指令可致动节气门34、燃料喷射器38、火花塞40和加热器电源78。
排气加热模块80致动加热器电源78以停用加热元件76。在停用时，不对加热元件76进行电加热。通过限制供给加热元件76的加热器功率，加热器电源78可使加热元件76停用。例如，通过供给低的加热器功率，加热器电源78使加热元件76停用。加热器电源78还可以通过不向加热元件76供给加热器功率来使加热元件76停用。当加热元件76被停用时，加热元件76被排气加热。
当加热元件76被停用时，在怠速期间，排气加热模块80以预定发动机转速运行发动机22。只是举例来说，预定发动机转速可以是高发动机转速(例如，2500RPM)。排气加热模块80可致动燃料喷射器38、节气门34和火花塞40以获得预定发动机转速。
温度确定模块82确定排气是否被加热到预定排气温度。温度确定模块82以排气温度模型为依据可确定排气被加热到预定排气温度。排气温度模型可确定以预定发动机转速为依据的一时间间隔。这个时间间隔可以是从发动机起动到排气被加热到预定排气温度时的间隔。只是举例来说，对于2500RPM的发动机转速，这个预定排气温度可以是600℃，这个时间间隔可以是250秒。如果车辆系统20具有EMT传感器59，温度确定模块82还可以EMT信号为依据确定排气被加热到预定排气温度。
加热元件76的温度可等于排气温度，因为当加热元件76停用时，加热元件76被排气加热。例如，当加热元件76停用时，加热元件76可只被排气加热。温度确定模块82以排气温度模型为依据确定加热元件76被加热到预定排气温度。例如，温度确定模块82确定在所述时间间隔之后加热元件76被加热到预定排气温度。
替换性地，如果车辆系统20具有EMT传感器59，温度确定模块82以EMT信号为依据可确定加热元件76被加热到预定排气温度。当EMT信号表示排气处于预定排气温度时，温度确定模块82就可确定加热元件76处于预定排气温度。
现在参照图3，图表示出了依据预定发动机转速的排气和加热元件76的温度。加热元件76的温度可等于排气的温度。预定发动机转速大约为2500RPM。在所述时间间隔(也就是250秒)之后，排气和加热元件76的温度达到预定排气温度。
排气温度模型可以是以图3所示数据或其它数据为依据。只是举例来说，当排气加热模块80使发动机以2500RPM运行时，以图3为依据的排气模型可确定在250秒之后，加热元件76达到预定排气温度。图3示出对于单个预定发动机转速的时间间隔，然而，也可以预期其它的预定发动机转速。
再参照图2，当加热元件76处于预定排气温度时，电阻测量模块84致动加热器电源78以启用加热元件76。电阻测量模块84致动加热器电源78以向加热元件76施加预定电压。当加热器电源78向加热元件76施加预定电压时，电阻测量模块84测量由加热器电源78供给的电流量。电阻测量模块84基于所供电流量和预定电压确定加热元件76的电阻。通过将预定电压除以电流量，电阻测量模块84可确定加热元件76的电阻。电阻测量模块84在施加预定电压之后立即确定加热元件76的电阻，以防止在确定电阻之前对加热元件76进行电加热。
电阻测量模块84基于加热元件76的电阻和加热元件的温度(也就是预定排气温度)，确定氧传感器72的加热元件模型。通过从在预定排气温度时加热元件76的电阻推断加热元件76的温度和电阻，电阻测量模块84可确定加热元件模型。以数学函数或查询表为依据，电阻测量模块84可推断加热元件76的温度和电阻。例如，以线性温度-电阻函数为依据，电阻测量模块84可推断加热元件的温度和电阻。加热元件模型可具有数学函数和/或查询表，其将加热元件76的电阻与加热元件76的温度相关联。
现在参照图4，用于确定氧传感器加热器电阻的方法100在步骤101处开始。在步骤102处，排气加热模块80停用加热元件76。在步骤104处，在怠速期间，排气加热模块80使发动机22以预定发动机转速运行。在步骤106处，温度确定模块82以时间间隔和EMT信号中的至少一个为依据确定排气温度是否已达到预定排气温度。如果为否，方法100就重复步骤106。如果为是，方法100就继续到步骤108。在步骤108处，电阻测量模块84启用加热元件76并且测量加热元件76的电阻。在步骤110处，电阻测量模块84确定以加热元件76的电阻为依据的加热元件模型。方法100在步骤112处结束。
现在本领域技术人员能够从上文的描述知道，可以以多种形式实施本发明的宽泛教导。因此，尽管本发明包含特定例子，但是，本发明的实际范围不会因此受到限制，因为对本领域技术人员来说，通过研究附图、说明书和下列权利要求可以很明显地得到其它变型。

Claims (16)

1.一种发动机控制模块，其特征在于，包括：
排气加热模块，其使发动机以预定转速运行从而产生具有预定温度的排气，其中，所述排气对氧传感器的加热元件进行加热；
温度确定模块，其依据所述预定转速确定所述加热元件被加热到所述预定温度的时间；和
电阻测量模块，其确定所述加热元件加热到所述预定温度时所述加热元件的电阻。
2.如权利要求1所述的发动机控制模块，其中，在使所述发动机以所述预定转速运行之前，所述排气加热模块停止所述加热元件的电加热。
3.如权利要求1所述的发动机控制模块，其中，所述发动机以所述预定转速运行一预定时间间隔，该预定时间间隔从发动机起动时开始并且在所述排气被加热到所述预定温度时结束。
4.如权利要求1所述的发动机控制模块，其中，所述温度确定模块依据由排气歧管空气温度传感器产生的温度信号确定所述加热元件被加热到所述预定温度的时间。
5.如权利要求1所述的发动机控制模块，其中，当所述加热元件被加热到所述预定温度时，所述电阻测量模块启动所述加热元件的电加热。
6.如权利要求1所述的发动机控制模块，其中，当向所述加热元件施加电压时，所述电阻测量模块通过测量流过所述加热元件的电流来确定所述加热元件的所述电阻。
7.如权利要求1所述的发动机控制模块，其中，所述电阻测量模块依据所述电阻和所述预定温度确定所述加热元件的电阻-温度关系。
8.如权利要求7所述的发动机控制模块，其中，当测得所述加热元件的运行电阻时，依据所述电阻-温度关系确定所述加热元件的运行温度。
9.一种发动机控制方法，包括：
使发动机以预定转速运行以产生具有预定温度的排气；
使用所述排气加热氧传感器的加热元件；
依据所述预定转速确定所述加热元件被加热到所述预定温度的时间；以及
当所述加热元件被加热到所述预定温度时，确定所述加热元件的电阻。
10.如权利要求9所述的方法，还包括，在使所述发动机以所述预定转速运行之前，停止所述加热元件的电加热。
11.如权利要求9所述的方法，还包括，使所述发动机以所述预定转速运行一预定时间间隔，该预定时间间隔从发动机起动时开始并且在所述排气被加热到所述预定温度时结束。
12.如权利要求9所述的方法，还包括，依据由排气歧管空气温度传感器产生的温度信号确定所述加热元件被加热到所述预定温度的时间。
13.如权利要求9所述的方法，还包括，当所述加热元件被加热到所述预定温度时，启动所述加热元件的电加热。
14.如权利要求9所述的方法，还包括，当向所述加热元件施加电压时，通过测量流过所述加热元件的电流来确定所述加热元件的所述电阻。
15.如权利要求9所述的方法，还包括，依据所述电阻和所述预定温度确定所述加热元件的电阻-温度关系。
16.如权利要求15所述的方法，还包括，在测得所述加热元件的运行电阻之后，依据所述电阻-温度关系确定所述加热元件的运行温度。
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