CN103122798A - 传感器控制装置和传感器控制系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种传感器控制装置和传感器控制系统，该传感器控制装置用于连接至氧传感器，所述氧传感器包括：感测元件，用于测量内燃机的进气中的氧浓度；以及加热器，用于对所述感测元件进行加热，所述传感器控制装置包括：检测单元，用于检测从所述感测元件输出的与氧浓度相对应的输出信号；以及计算单元，用于计算对所述氧浓度进行计算时所使用的输出信号的补偿系数。在所述内燃机处于运转中并且处于能够对所述进气中的氧浓度进行估计的特定运转状态的情况下，所述计算单元收集计算所述补偿系数时所使用的补偿信息。还公开了一种包括氧传感器和所述传感器控制装置的传感器控制系统。

Description

传感器控制装置和传感器控制系统
技术领域
本发明涉及如下一种传感器控制装置和传感器控制系统，其中该传感器控制装置和传感器控制系统例如测量内燃机的诸如充气混合物等的对象测量气体中的特定成分的浓度，并且适合用于对氧传感器的输出信号进行补偿。
背景技术
在近年的内燃机中，为了提高燃料经济性并减少排气中所包含的有害物质的目的，通常进行针对作为燃料相对于进气的比率的空气燃料比的控制、特别是针对燃料相对于进气中所包含的氧的比率的控制。当进行该控制时，需要测量进气的体积。例如，已知有使用用于测量进气的体积的空气质量流量传感器的方法。该空气质量流量传感器用于配备有进气节流阀的内燃机中，并且可用于测量根据运转状态而改变的气缸内进气体积。
另一方面，在柴油发动机和直喷式汽油发动机等中没有设置进气节流阀，并且气缸内进气体积基本恒定。此外，在具有用于使燃烧后的排气中的一部分再循环到进气内的排气再循环装置(以下称为“EGR装置”)的柴油发动机中，进气中所包含的氧的比率由于再循环用排气的量(以下称为“EGR量”)而改变。换句话说，气缸内氧进入量改变。
在这种情况下，难以仅使用上述的空气质量流量传感器来对空气燃料比进行精确控制。也就是说，在仅使用空气质量流量传感器的空气燃料比的控制中，是在假定进气中所包含的氧的比率例如与空气中所包含的氧的比率相同的前提下来计算气缸内氧进入量。由于在配备有EGR装置的内燃机中进气中所包含的氧的比率改变，因此可能无法精确地计算气缸内氧进入量。
为了解决上述问题，使用用于测量进气中所包含的氧浓度的氧传感器，并且已提出了计算气缸内氧进入量的技术(例如，参见日本特开平JP-A-H02-221647)。在该技术中，通过利用空气质量流量传感器测量气缸内进气体积并且进一步利用氧传感器测量进气的氧浓度来计算气缸内氧进入量。对于空气燃料比的控制，考虑根据如上所计算出的氧的量来控制喷入气缸或进气口内的燃料的量的前馈控制以提供良好结果。
专利文献1：日本特开平JP-A-H02-221647
发明内容
发明要解决的问题
已知，在如上所述使用氧传感器的情况下，需要补偿例如由于该氧传感器的劣化所引起的输出值的变化。特别地，在氧传感器仅配置在进气系统内的情况下，需要高的氧传感器精度。此外，与氧传感器配置在进气系统和非进气系统内的情况相比，补偿的必要性提高。由于该原因，JP-A-H02-221647中所公开的技术还在内燃机停止之后对氧传感器的输出值进行补偿。
然而，在对氧传感器的输出值进行补偿的情况下总是消耗电力，并且在车辆的情况下，该电力是从所安装的电池供给的。当如JP-A-H02-221647中所公开的、在内燃机停止之后进行补偿的情况下电池的电力不足时，担心无法以精确状态进行补偿。更特别地，可能发生无法充分驱动氧传感器的加热器的情况、或者无法精确地控制感测元件的温度的情况。此外，即使在进行补偿的情况下，也担心由于消耗了电池的电力而导致该电池容易耗尽。
因此，本发明的目的是提供如下一种传感器控制装置和传感器控制系统，其中该传感器控制装置和传感器控制系统能够在抑制连同内燃机一起安装的电池的电力消耗的情况下，抑制配备有加热器的氧传感器的测量精度劣化。
在第一方面(1)中，已通过提供以下来实现本发明的上述目的：一种传感器控制装置，用于连接至氧传感器，所述氧传感器包括：感测元件，用于测量内燃机的进气中的氧浓度；以及加热器，用于对所述感测元件进行加热，所述传感器控制装置包括：检测单元，用于检测从所述感测元件输出的与所述氧浓度相对应的输出信号；以及计算单元，用于计算对所述氧浓度进行计算所使用的输出信号的补偿系数，其中，在所述内燃机处于运转中并且处于能够对所述进气中的氧浓度进行估计的特定运转状态的情况下，所述计算单元收集计算所述补偿系数时所使用的补偿信息。
根据本发明的传感器控制装置，在内燃机处于运转中并且处于能够对进气中的氧浓度进行估计的特定运转状态的情况下，进行关于计算补偿系数所使用的补偿信息的收集。因此，可以计算和更新用于基于该补偿信息对感测元件的输出信号进行补偿的补偿系数。因而，即使在感测元件的输出信号的值和进气中的氧浓度之间的对应关系中、由于例如感测元件的劣化而发生偏差，也可以通过使用计算单元中所计算出的补偿系数对该输出信号进行补偿来消除该相应对应关系的偏差。另外，在本发明中，如上所述，在内燃机处于运转中的情况下，计算单元收集计算补偿系数所使用的补偿信息。计算单元计算和更新输出信号的补偿系数的时刻可以是内燃机处于运转中的时刻并且可以是内燃机处于非运转状态的时刻。没有特定限制该时刻。
此外，在本发明的传感器控制装置中，由于在利用内燃机驱动发电机并且连同该内燃机一起安装的电池被充电的情况下、计算单元收集上述补偿信息，因此与在内燃机停止的情况下收集补偿信息的情况相比，可以抑制该电池的电力消耗。换句话说，能够对进气中的氧浓度进行估计的特定运转状态是预先存储在计算单元中的氧浓度和进气中的氧浓度相同的状态。此外，内燃机处于运转中的状态例如是指在钥匙不为熄火(OFF)状态的情况下驱动内燃机的状态(包括怠速运转状态)。此外，对内燃机驱动了特定时间段的情况下的状态包括在内燃机处于运转中的状态内，而与在该内燃机安装在车辆中的情况下该车辆是否行驶无关。
在本发明的传感器控制装置(1)的优选实施例(2)中，所述特定运转状态是设置在排气再循环装置中的用于控制再循环用排气的量的控制阀的开度小于预定开度的状态，其中所述排气再循环装置用于使所述内燃机的排气中的一部分再循环至所述进气内，将所述控制阀的开度小于所述预定开度的情况下的所述进气中的氧浓度预先存储在所述计算单元中，以及在所述控制阀的开度小于所述预定开度的情况下，所述计算单元收集所述补偿信息。
这样，通过将特定运转状态定义为排气再循环装置的控制阀的开度小于预定开度的状态，可以基于预先存储在计算单元中的氧浓度和控制阀的开度之间的关系来更加精确地进行该计算。换句话说，可以基于在预先存储在计算单元中的氧浓度和进气中的氧浓度彼此一致的状态下所收集到的补偿信息来计算补偿系数。此时，控制阀的开度小于预定开度的状态例示出基本无需考虑由于排气的再循环所引起的进气中的氧浓度的变化的状态。
在传感器控制装置(2)的另一优选实施例(3)中，所述特定运转状态是所述内燃机的运转状态处于怠速运转状态的状态，将所述控制阀的开度小于所述预定开度、并且所述内燃机处于所述怠速运转状态的情况下的氧浓度预先存储在所述计算单元中，以及在所述内燃机处于所述怠速运转状态的情况下，所述计算单元收集所述补偿信息。
这样，通过将特定运转状态定义为排气再循环装置的控制阀的开度小于预定开度的状态、并且还定义为内燃机处于怠速运转状态的状态，可以基于预先存储在计算单元中的氧浓度来更加精确地计算补偿系数。
也就是说，在内燃机处于怠速运转的情况下，与在高负荷状态下驱动内燃机的情况相比，进入内燃机的进气的流量体积减少。然后，在配置有感测元件的区域中，进气的流速下降，并且此外，进气的压力接近空气压力。通常，感测元件的输出信号依赖于感测元件的温度，并且还依赖于周围压力。通过使进气的流速下降来减少因进气而消除的感测元件的热量，由此容易将温度控制为预定恒定温度并且容易使输出信号稳定。同样，通过将感测元件周围的压力控制为预定恒定压力、即接近空气压力的压力，容易使输出信号稳定。这样，可以通过在使输出信号稳定之后收集补偿信息来进行更加精确的校正系数的计算。
此外，在发动机处于怠速的情况下，施加至内燃机的负荷小。窜气(即，例如从内燃机的气缸和活塞之间的间隙泄漏的排气)的量也小。在使窜气混入进气内的情况下，在估计进气中的氧浓度时产生误差。在内燃机处于怠速的情况下收集补偿信息时，窜气的影响小。因而，例如，与当使发动机在高负荷状态下运转时收集补偿信息的情况相比，可以计算精度高的补偿系数。
另外，本发明中的“怠速运转状态”是指发动机在没有输出有效功率的情况下进行转动的状态。具体地，“怠速运转状态”是指满足以下条件中的任一个的运转状态：1)加速踏板在未被踩踏的情况下处于几乎无负荷状态(包括车辆以因转矩经由转矩转换器被传递至车轮所引起的非常低的速度行驶的状态(即，滑移(creep)状态))；2)内燃机处于预热运转状态；以及3)车辆的换挡杆处于空档位置。
在传感器控制装置(3)的另一优选实施例(4)中，在所述怠速运转状态持续了预定时间段的情况下，所述计算单元收集所述补偿信息。这样，可以在感测元件的输出信号更加稳定的条件下收集补偿信息。此外，可以在窜气量非常小的条件下收集补偿信息。因此，可以以较高的精度计算补偿系数。
在根据上述(2)～(4)中任一项的传感器控制装置的又一优选实施例(5)中，其中，预先存储在所述计算单元中的所述控制阀的开度小于所述预定开度的运转状态下的氧浓度是所述控制阀关闭的情况下所述进气中的氧浓度，以及在所述控制阀关闭的情况下，所述计算单元收集所述补偿信息。
这样，可以通过预先存储在排气再循环装置的控制阀关闭的情况下进气中的氧浓度来更加精确地计算补偿系数，其中在上述控制阀处于关闭状态的情况下，计算单元收集补偿信息。控制阀处于关闭状态的状态是指进气中不存在再循环用排气的量的状态，并且是指使排气中的一部分再循环至进气内所经由的通路被控制阀完全遮挡的状态。换句话说，将进气中的特定气体的浓度估计为与空气中的特定气体的浓度相同。因而，可以以更高的精度确定在控制阀关闭的状态下进气中的特定气体的浓度，并且还可以以更高的精度对输出信号进行补偿。
在根据上述(1)～(2)中任一项的传感器控制装置的又一优选实施例(6)中，其中，将作为所述感测元件针对所述特定运转状态下的氧浓度的输出信号的基本值预先存储在所述计算单元中，以及其中，所述计算单元存储在所述特定运转状态下检测到的多个输出信号，计算所存储的多个输出信号的平均值，并且在预先存储的基本值和所述平均值之间的差大于预定值的情况下，更新所述补偿系数。
这样，通过仅在基本值和平均值之间的差偏离预定范围的情况下才更新补偿系数，可以降低由于针对补偿系数的过度更新而导致测量氧浓度时的精度进一步下降的风险。
在第二方面中，还通过提供以下来实现本发明的上述目的：氧传感器，其包括：感测元件，用于测量内燃机的进气中的氧浓度，以及加热器，用于对所述感测元件进行加热；状态测量单元，用于输出与所述内燃机的运转状态相对应的状态信号；判断单元，用于基于所述状态信号来判断所述内燃机是否处于特定运转状态；以及根据上述第一方面(1)所述的传感器控制装置，其中，所述传感器控制装置的所述计算单元基于所述判断单元的判断结果来收集所述补偿信息。
根据本发明第二方面的传感器控制系统，可以在抑制连同内燃机一起安装的电池的电力消耗的情况下抑制氧传感器的测量精度劣化。另外，如下信号例示出该传感器控制系统的各种优选实施例：代表与内燃机处于运转中的运转状态相对应的状态信号的、用于估计进气中的氧浓度的信号；表示排气再循环装置中的用于控制再循环用排气的量的控制阀的开度的信号；以及与发动机的转数有关的信号等。
发明的效果
根据本发明的传感器控制装置和传感器控制系统，可以在抑制连同内燃机一起安装的电池的电力消耗的情况下抑制配备有加热器的氧传感器的测量精度劣化。这是因为，基于在内燃机处于运转中并且处于能够对进气内的氧浓度进行估计的运转状态的情况下所收集的补偿信息来计算补偿系数。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的传感器控制系统的整体结构的示意图。
图2是图1所示的氧传感器的结构的框图。
图3是说明图1的传感器控制系统中用于对补偿系数进行补偿的处理的流程图。
图4是说明用于对补偿系数进行补偿的处理的另一实施例的流程图的主要部分。
图5是根据本发明第二实施例的传感器控制系统的整体结构的示意图。
附图标记说明
用于标识这些附图中的各种特征的附图标记包括以下。
1,101传感器控制系统
10,110氧传感器
11感测元件
12,112氧传感器控制单元(氧传感器控制装置)
13检测单元
15计算单元
17加热器
20开度传感器(状态测量单元)
21节流阀开度传感器(状态测量单元)
30每分钟转数传感器(状态测量单元)
40发动机(内燃机)
43ECU(判断单元)
50EGR装置(排气再循环装置)
53EGR阀(控制阀)
具体实施方式
第一实施例
通过参考图1~3来说明根据本发明第一实施例的传感器控制系统。然而，本发明不应当被理解为限制于该实施例。图1是描述根据本实施例的传感器控制系统的整体结构的示意图。
本实施例的传感器控制系统1设置在作为配备有EGR装置(排气再循环装置)50的内燃机的柴油发动机(以下称为“发动机”)40中。传感器控制系统1基于来自用于测量进气中的氧浓度的氧传感器10的输出信号Ip以及存储在发动机控制单元43中的补偿系数Ipcomp来进行用于获取（计算）进气中的氧浓度的计算处理。
此外，传感器控制系统1对补偿系数Ipcomp进行补偿并且控制通过该计算处理所获取的氧浓度的精度的下降。这是在如下情况下进行的：例如由于构成氧传感器10的感测元件11的劣化而导致通过该计算处理所获取的氧浓度的精度下降。此外，由于感测元件11的劣化所引起的影响在配备有发动机40的车辆行驶了几千km~几万km之后趋于变得明显，因而并不总是进行针对补偿系数Ipcomp的更新。
在传感器控制系统1中主要设置有：氧传感器10；EGR开度传感器(状态测量单元)20，用于检测EGR装置50的EGR阀53的开度；节流阀开度传感器(状态测量单元)21，用于检测节流阀45的开度；以及每分钟转数传感器30(状态测量单元)，用于检测发动机40的每单位时间的转数。
氧传感器10设置在进入发动机40的进气流动所经由的通路(换句话说，供给针对发动机40的燃烧室的充气混合物所经由的进气通路)中，并且是用于测量进气中的氧浓度的传感器。更具体地，氧传感器10设置在位于将进气流和由EGR装置50进行再循环的排气结合到一起之后的位置处的进气歧管44中。此外，用于控制空气的流量体积的节流阀45设置在进气歧管44中的仅空气流动所经由的区域中、换句话说，设置在进气歧管44的上游区域中。
此外，在发动机40中设置有：多个气缸41，其中在这些多个气缸41中进气和燃料的空气燃料混合物燃烧；喷射器42，用于将燃料喷入各气缸41内；以及发动机控制单元43(以下称为“ECU 43”)，用于控制发动机40。图1示出配备有四个气缸41的发动机40的示例，但没有特别限制发动机40所配备有的气缸41的数量。
在发动机40中，安装有上述的进气歧管44，并且安装有在气缸41内的空气燃料混合物燃烧之后排气流动所经由的排气歧管46。在排气歧管46中配置有用于测量排气中所包含的氧浓度的排气含氧传感器47。
在EGR装置50中主要设置有：EGR通路51，用于连接至排气歧管46和进气歧管44，以使得能够使来自排气歧管46的排气再循环至进气歧管44；EGR冷却器52，用于使经由EGR通路51进行再循环的排气的温度下降；以及EGR阀(控制阀)53，用于控制经由EGR通路51进行再循环的排气的流量体积。
图2是图1的氧传感器10的结构的框图。
如图2所示，在氧传感器10中主要设置有：感测元件11，用于测量进气中的氧浓度；加热器17，用于对感测元件11进行加热；以及氧传感器控制单元(氧传感器控制装置)12，用于对从感测元件11输出的输出信号Ip进行补偿。
在感测元件11中，输出信号Ip根据进气中的氧浓度而线性地改变。该感测元件具有如下的两单元型结构：其中在具有氧离子传导性并且包含氧化锆作为主要成分的固体电解质层的正面和背面上，层压有氧泵单元和电动势检测单元，在各单元中分别设置有一对电极。由于两单元型的感测元件11是众所周知的，因此省略了详细说明，但其概要说明如下。这两个单元以在氧泵单元和检测单元之间插入间隔层的方式层压，其中在该间隔层上形成有中间具有凹部的测量室以及用于将进气引入该测量室内的多孔扩散率限制构件。氧泵单元的一个电极配置在测量室外，并且另一个电极配置在测量室内。此外，电动势检测单元的一个电极配置在该室内，并且另一个电极通过以下所述的加热器17的层压层而与外部空气绝缘，并且被暴露至用作基准的氧浓度气氛。此外，通过氧传感器控制单元12所进行的驱动控制(电流施加控制)来驱动感测元件11。具体地，对供给至氧泵单元的泵电流的电流施加状态进行控制，从而以由电动势检测单元基于测量室内的氧浓度所生成的电动势(电位)作为目标值。此时，将流经氧泵单元的泵电流输出作为输出信号Ip，并且输出信号Ip是依赖于氧浓度的信号。
此外，加热器17层压在感测元件11中的电动势检测单元侧上，并且被加热以使氧泵单元和电动势检测单元启动。加热器17具有将耐热元件插入包围用的两个介电层内的众所周知的结构。两个介电层各自的主要成分均是氧化铝。
氧传感器控制单元12例如对感测元件11和加热器17进行驱动控制(电流施加控制)，并且构成氧传感器10。此外，在从感测元件11输出的输出信号Ip和进气中的氧浓度之间的对应关系发生改变的情况下，氧传感器控制单元12更新用于对输出信号Ip进行补偿的补偿系数Ipcomp。另外，使用众所周知的电路结构来进行利用氧传感器控制单元12的针对感测元件11和加热器17的电流施加控制，因此省略了针对该电流施加控制的说明。
氧传感器控制单元12主要包括：检测单元13，用于检测从感测元件11输出的输出信号Ip；输入单元14，其输入有来自ECU(判断单元)43的诸如怠速开关等的控制信号；计算单元15，用于进行与计算氧浓度时所使用的输出信号Ip有关的补偿处理；以及作为可重写非易失性存储器(EEPROM)的存储单元16。
检测单元13具有用于检测感测元件11的输出信号Ip的电路，并且例如具有用于去除噪声的滤波电路等。将检测单元13所检测到的输出信号Ip输入至计算单元15。
将从ECU 43输出的与特定运转状态有关的控制信号、更具体为在如下情况下所输出的控制信号输入至输入单元14：ECU43(基于从EGR开度传感器20和节流阀开度传感器21输出的开度信号(状态信号)以及从每分钟转数传感器30输出的每分钟转数信号(状态信号))判断为氧传感器10周围的进气中的氧浓度处于被认为是约为空气中的氧浓度的特定状态。另外，在本实施例中，使用检测单元13和输入单元14分开配置的示例来说明检测单元13和输入单元14。然而，检测单元13和输入单元14可以一体化集成到接口单元内并且没有特别限制这两个单元的结构。
计算单元15是具有CPU(中央处理单元)、ROM、RAM和输入/输出接口等的微计算机，并且通过执行存储在ROM中的控制程序来进行诸如与感测元件11的输出信号Ip有关的补偿系数Ipcomp的计算和更新等的计算处理。另外，以下说明计算单元15中的计算处理。
EGR开度传感器20是用于检测EGR阀53的开度的传感器并将该开度信号输出至ECU 43。节流阀开度传感器21是用于检测节流阀45的开度的传感器并将该开度输出至ECU 43。作为EGR开度传感器20和节流阀开度传感器21，可以使用具有各种测量形式的传感器，并且没有特别限制这些传感器的测量形式。
每分钟转数传感器30是用于检测发动机40的转数的传感器，并将每分钟转数信号输出至ECU 43。作为每分钟转数传感器30，可以使用具有各种测量形式的传感器，并且没有特别限制这些传感器的测量形式。
接着，参考图3来说明具有上述结构的传感器控制系统1中用于根据感测元件11的输出信号Ip来更新补偿系数Ipcomp的补偿处理。另外，用于使用补偿系数Ipcomp来根据感测元件11的输出信号Ip计算氧浓度的方法与众所周知的用于将输出信号Ip乘以补偿系数Ipcomp的方法相同，因此省略了针对该方法的说明。
在向传感器控制系统1供给电力并且用于对补偿系数Ipcomp进行补偿的处理开始的情况下，如图3的流程图所示，计算单元15进行用于读出存储在计算单元15的存储单元16中的最新的补偿系数Ipcomp的处理(S 10)。另外，在传感器控制系统1的初始状态下，将预先设置的补偿系数作为最新的补偿系数Ipcomp存储在存储单元16中。
随后，在使计算单元15的电源接通的情况下，计算单元15进行用于将补偿Ipn样本的变量n的值清除为“1”的处理(S11)，并且进行用于将补偿Ipavz平均值的变量z的值重置为“1”的处理(S12)。此外，计算单元15进行用于将表示感测元件11是否启动的启动标志的值清除为“0”的处理(S13)。
在上述S11~S13的初始设置处理结束的情况下，计算单元15进行如下处理(S14)，其中该处理用于判断是否输入了在判断为发动机40处于怠速运转状态的情况下从ECU 43输出的怠速开关信号。ECU 43中的关于发动机40是否处于怠速运转状态的判断是通过判断发动机40是否处于在没有输出有效功率的情况下进行转动的状态来进行。具体地，通过判断是否满足以下条件中的任一个来进行该判断：1)加速踏板在未被踩踏的情况下处于几乎无负荷状态(包括车辆处于因转矩经由转矩转换器被传递至车轮所引起的非常低的速度的状态(即，滑移状态))；2)内燃机处于预热运转状态；以及3)车辆的换挡杆处于空档位置。另外，可以通过判断发动机40的运转状态是否处于低每分钟转数状态或低负荷状态来进行该判断。具体地，可以基于从每分钟转数传感器30输入的每分钟转数信号来判断发动机40的运转状态是否处于低每分钟转数状态，并且可以基于从节流阀开度传感器21输入的节流阀开度信号来判断发动机40的运转状态是否处于低负荷状态。
在S14的判断中，在判断为没有输入怠速开关信号的情况下(在“否”的情况下)，计算单元15返回至上述步骤S10并且重复上述计算处理。
另一方面，在判断为输入了怠速开关信号的情况下(在“是”的情况下)，计算单元15进行用于判断感测元件11是否启动的处理(S15)。也就是说，进行如下处理，其中该处理用于判断启动标志的值是表示感测元件11没有启动的“0”还是表示感测元件11已启动的“1”。
在判断为感测元件11没有启动的情况下(在“否”的情况下)，计算单元15对用于对感测元件11进行加热的加热器17进行传感器预加热控制处理(S16)。具体地，对加热器17进行电流施加控制处理，以使加热器17将感测元件11加热至该感测元件11即使附着有水也不会被损坏的温度，并且维持该温度。
在进行了传感器预加热控制处理之后、或者在S15的判断处理中在判断为感测元件11已启动的情况下(在“是”的情况下)，计算单元15进行用于判断感测元件11的温度是否超过露点的处理(S17)。在判断为感测元件11的温度没有超过露点的情况下(在“否”的情况下)，计算单元15返回至S17并且重复用于判断感测元件11的温度是否超过露点的处理。换句话说，重复S17的判断处理，直到感测元件11的温度超过露点为止。
在判断为感测元件11的温度超过露点的情况下，计算单元15进行针对加热器17的传感器主电流施加处理(S18)。该传感器主电流施加处理是如下处理：PWM(脉冲宽度调制)控制供给至加热器17的电力，以使得感测元件11的阻抗(特别是电动势检测单元的阻抗)是预先存储的目标阻抗。换句话说，该传感器主电流施加处理用于控制供给至加热器17的电力，以使得感测元件11的温度达到预先定义的目标温度。
当传感器主电流施加处理开始时，计算单元15进行用于判断感测元件11是否启动的处理(S19)。具体地，通过将感测元件11(电动势检测单元)的阻抗和预先存储的与启动有关的阈值进行比较来判断感测元件11是否启动。另外，可以采用如下众所周知的技术，其中该技术用于基于在将电流的变化的恒定值供给至电动势检测单元的情况下所检测到的电压的变化来检测感测元件11(电动势检测单元11)的阻抗。在S19的判断处理中，在判断为感测元件11没有启动的情况下(在“否”的情况下)，计算单元15返回至上述的S19并且重复进行用于判断感测元件11是否启动的处理。
在S19的判断处理中，在判断为感测元件11已启动的情况下(在“是”的情况下)，计算单元15进行用于将启动标志的值设置为表示感测元件11已启动的“1”的处理(S20)。换句话说，进行使得计算单元15能够识别感测元件11的启动经历的处理。
随后，计算单元15进行用于判断在使EGR装置50的电源断开之后是否已经过了充足时间的处理(S21)。换句话说，进行如下处理，其中该处理用于判断在使EGR装置50的EGR阀53关闭之后，是否已经过了使在氧传感器10周围流动的进气中的排气的浓度稳定所用的时间。具体地，计算单元15基于从EGR开度传感器20输入的开度信号来判断是否已使EGR装置50的电源断开。此外，测量在已使EGR装置50的电源断开之后所经过的时间，并且进行用于判断所经过的时间是否是充足时间的处理。在S21的判断处理中，在判断为没有经过充足时间的情况下(在“否”的情况下)，计算单元15返回至上述的S13并且重复进行上述处理。
在S21的判断处理中，在判断为已经过了充足时间的情况下(在“是”的情况下)，计算单元15进行用于判断发动机40的怠速运转状态是否持续了预定时间段的处理(S22)。换句话说，进行用于判断是否已经过了使氧传感器10周围的进气的压力和流速稳定所需的时间的处理。具体地，计算单元15进行如下处理，其中该处理用于判断：(i)输入来自ECU 43的怠速开关信号的时间段是否持续了预定时间段、或者(ii)在输入了怠速开关信号之后所经过的时间是否已达到预定时间段。在S22的判断处理中，在判断为怠速运转状态没有持续预定时间段的情况下(在“否”的情况下)，计算单元15返回至上述的S13并且重复进行上述处理。
在S22的判断处理中，在判断为怠速运转状态已持续了预定时间段的情况下(在“是”的情况下)，计算单元15进行用于获取作为补偿系数的计算中所使用的输出信号Ip的Ipn样本(补偿信息)的处理(S23)。作为Ipn样本所获取的输出信号Ip是从感测元件11输出的还被称为“原始信号(fresh signal)”的输出信号Ip。具体地，所获得的输出信号Ip作为Ipn样本存储在存储单元16中。
随后，计算单元15进行用于更新补偿Ipn样本的变量n的值的处理。具体地，进行用于使变量n的值一次增加1的值的处理。在更新了变量n的值的情况下，计算单元15进行用于判断变量n的值是否已达到11的处理(S25)。换句话说，进行用于判断获取到补偿Ipn样本的次数是否已达到10的处理。在n没有达到11的情况下(在“否”的情况下)，计算单元15返回至上述的S13，并且重复进行上述处理。
在n已达到11的情况下(在“是”的情况下)，计算单元15进行用于通过计算来获取作为Ipn样本的平均值的Ipavz的处理(S26)。具体地，通过用于对存储在存储单元16中的最新的10个Ipn值进行平均的处理(运算平均处理)来计算该平均值Ipavz。
计算单元15将所计算出的平均值Ipavz存储在存储单元16中(S27)。随后，计算单元15进行用于将补偿Ipn样本的变量n的值重置为“1”的处理(S28)，并且进行用于更新补偿Ipavz平均值的变量z的处理(S29)。换句话说，进行用于使变量z的值一次增加1的值的处理。
随后，计算单元15进行用于判断是否输入了在判断为点火钥匙处于熄火（OFF）状态的情况下从ECU 43输出的熄火信号(S30)。在判断为没有输入熄火信号的情况下(在“否”的情况下)，计算单元15返回至上述的S13并且重复进行上述处理。
在判断为输入了熄火信号的情况下(在“是”的情况下)，计算单元15开始用于更新补偿系数Ipcomp的值的处理。首先，计算单元15进行用于判断变量z的值是否达到4的处理(S31)。换句话说，进行用于判断计算(获取)存储在存储单元16中的平均值Ipavz的次数是否达到3的处理。在变量z中的z没有达到4的情况下(在“否”的情况下)，计算单元15在不进行用于更新补偿系数Ipcomp的处理的情况下结束该补偿处理。另一方面，在变量z中的z达到4的情况下(在“是”的情况下)，进行如下计算处理，其中该计算处理用于从存储单元16读出最新的三个平均值Ipavz并且获取作为针对平均值Ipavz的平均处理(运算平均处理)的结果的平均值Ipavzave。
在计算出平均值Ipavzave的情况下，计算单元15进行用于判断作为如下差(该或差的绝对值)的误差是否在预定值的预定范围内(小于T1)的处理(S33)，其中该差（或差的绝对值）是作为通过将平均值Ipavzave乘以补偿系数Ipcomp的结果的值与预先存储在计算单元15中的氧浓度的值(基本值)之间的差(或差的绝对值)。在上述误差在预定范围内(小于T1)的情况下(在“是”的情况下)，计算单元15进行用于将平均值Ipavzave的值清除为“0”的处理(S34)。
在上述误差在预定范围外(T1以上)的情况下(在“否”的情况下)，计算单元15进行用于更新到此为止所使用的补偿系数Ipcomp的值的处理(S35)。具体地，进行用于通过将预先存储在计算单元15中的基本值除以平均值Ipavzave来计算新的补偿系数Ipcomp的处理，并且进行用于将该新的补偿系数Ipcomp作为随后要使用的补偿系数Ipcomp存储(更新)到存储单元16中的处理。如上所述，一旦传感器控制系统1中针对补偿系数Ipcomp的补偿完成，该处理就完成。
根据配备有具有上述结构的氧传感器控制单元12的传感器控制系统1，基于如下的Ipn样本来进行补偿系数Ipcomp的计算，其中该Ipn样本是在发动机40的运转状态为运转中的状态、并且为可以估计进气中的氧浓度的状态的情况下(在S21和S22各自中作出肯定判断的情况下)所收集的。由于该情况，即使在感测元件11的输出信号的值和进气中的氧浓度之间的对应关系中由于感测元件11的劣化而可能发生偏差，也可以消除该相应对应关系的偏差。这可以通过进行用于使用计算单元15中所计算出的补偿系数Ipcomp对输出信号Ip进行补偿的处理来实现。
可以通过使可以估计进气中的氧浓度的特定状态改变为使EGR装置50的EGR阀53关闭的状态来收集高精度的Ipn样本。
也就是说，EGR阀53关闭的状态是在进气内不存在再循环的排气的状态。换句话说，进气中的氧浓度是可以估计为与空气中的氧浓度相同的状态。由于该情况，可以以高精度确定在EGR阀53关闭的状态下进气中的氧浓度并且可以收集高精度的Ipn样本。
此外，可以通过使可以估计进气中的氧浓度的特定状态改变为发动机40处于怠速的运转状态来收集高精度的Ipn样本。
也就是说，在发动机40处于怠速运转的情况下，与发动机40处于高负荷状态下的运转的情况相比，针对发动机40的进气的流量体积减少。然后，在感测元件11所位于的位置中，进气的流速下降并且进气的压力接近空气压力。通常，输出信号Ip是来自感测元件11的依赖于感测元件温度并且还依赖于周围压力的输出。通过使进气的流速下降来减少因进气而消除的感测元件11的热量。结果，容易将感测元件11的温度控制为预定恒定温度，并且容易使输出信号Ip稳定。同样，通过将感测元件11周围的压力控制为预定恒定压力、即近似空气压力，容易使输出信号Ip稳定。因而，可以通过使输出信号Ip稳定、然后收集Ipn样本来进行更加精确的补偿。
此外，发动机40处于怠速运转的情况是施加至发动机40的负荷小的情况，并且是窜气量小的情况。在窜气混入进气内的情况下，这成为估计进气中的氧浓度时所发生的误差的来源。通过在发动机40处于怠速运转的情况下收集Ipn样本，窜气的影响变小。结果，例如，与当发动机40在高负荷状态下运转时收集Ipn样本的情况相比，可以计算高精度的补偿系数Ipcomp。
此外，发动机40的进气的状态达到平衡状态所用的时间缩短。这是因为，对比于在发动机40停止的情况下收集Ipn样本的情况，计算单元15在发动机40处于运转中的情况下收集Ipn样本。由于该情况，可以缩短在计算单元15中计算补偿系数Ipcomp所需的时间，并且可以抑制电池的电力消耗。此外，与在发动机40停止的情况下收集Ipn样本的情况相比，由于在利用发动机40驱动发电机、并且连同发动机40一起安装的电池被充电的情况下收集Ipn样本，因此可以抑制电池的电力消耗。
通过仅在预先存储在计算单元15中的氧浓度的值和作为将平均值Ipavzave乘以补偿系数Ipcomp的结果所获得的值之间的差在预定范围外(T1以上)的情况下才进行用于更新补偿系数Ipcomp的处理，与进行补偿系数Ipcomp的过度更新的情况相比，使测量氧浓度时的精度下降的风险有所降低。
此外，与上述实施例相同，可以使用EGR装置50的EGR阀53关闭的情况作为可以估计进气中的氧浓度的情况。此外，EGR阀53的开度可以处于小于如下预定开度的状态，其中在该预定开度的情况下，预先存储在计算单元15中的氧浓度和进气中的氧浓度被视为彼此一致。
此外，在本实施例中，使用如下示例说明了补偿系数Ipcomp：在将熄火信号输入至计算单元15之后、换句话说在发动机40停止之后，开始用于更新补偿系数Ipcomp的值的处理。然而，用于更新补偿系数Ipcomp的值的处理可以在发动机40处于运转中的情况下开始。也就是说，在发动机40处于运转中的情况下必须收集Ipn样本以计算补偿系数Ipcomp。然而，在本实施例中，没有特别限制用于使用Ipn样本(平均值Ipavzave)来计算补偿系数Ipcomp的处理的定时。
此外，与上述实施例相同，可以基于S33中的一次判断结果来进行用于更新补偿系数Ipcomp的值的处理(S35)。如图4的流程图所示，可以在S33中的判断结果证明三次为“否”之后第一次进行用于更新补偿系数Ipcomp的值的处理。具体地，在S33中的判断结果证明为“否”的情况下，进行用于对该判断结果证明为“否”的次数m计数的处理(S41)。之后，进行用于判断该判断结果证明为“否”的次数是否为3以上的处理(S42)。在该判断结果证明为“否”的次数m为3以上的情况下，进行用于更新补偿系数Ipcomp的值的处理。在该判断结果证明为“否”的次数m小于3的情况下，该补偿处理结束，并且下一补偿处理开始。
此外，在S33中的判断结果证明为“是”的情况下，进行用于使平均值Ipavzave的值清除为“0”的处理(S34)，然后进行用于使S33中的判断结果证明为“否”的次数m清除为“0”的处理(S43)。这样，可以抑制因误判断所引起的用于更新补偿系数Ipcomp的值的处理。
第二实施例
接着，通过参考图5来说明根据本发明第二实施例的传感器控制系统。本实施例的传感器控制系统的基本结构与第一实施例的基本结构相同，但关于氧传感器控制单元所配置的位置与第一实施例不同。因此，在本实施例中，通过参考图5来说明氧传感器控制单元的位置，并且省略了针对其它部件的说明。
如图5所示，传感器控制系统101主要包括：配备有感测元件11的氧传感器110，用于测量进气和加热器17中的氧浓度；EGR开度传感器20，用于检测EGR装置50的EGR阀53的开度；节流阀开度传感器21；每分钟转数传感器30，用于检测发动机40的转数；以及氧传感器控制单元(氧传感器装置)112，用于对从感测元件11输出的输出信号Ip进行补偿。
也就是说，本实施例与感测元件11和氧传感器控制单元12设置在氧传感器10中的第一实施例的不同之处在于：在本实施例中，氧传感器控制单元112不是设置在氧传感器110中。在本实施例中，使用氧传感器控制单元112配置在用于控制发动机40的ECU 43中的示例来说明氧传感器控制单元112。
与第一实施例的氧传感器控制单元12相同，氧传感器控制单元112在发动机40处于运转中的情况下收集Ipn样本。此外，氧传感器控制单元112进行用于对补偿系数Ipcomp进行补偿并且使得能够精确地计算氧浓度的处理。氧传感器控制单元112主要包括：感测元件11；检测单元13，其除了构成对加热器17进行驱动控制(电流施加控制)的电路以外，还检测输出信号Ip；输入单元14；计算单元15，用于进行与输出信号Ip有关的补偿处理；以及存储单元16(参考图2)。
在具有上述结构的传感器控制系统101中用于对补偿系数Ipcomp进行补偿的处理与根据第一实施例的传感器控制系统1中的补偿处理相同，因而省略了针对该处理的说明。
已经参考上述实施例详细说明了本发明。然而，本发明不应当被理解成被限制为以上实施例。本领域的技术人员还应当明白，可以对如以上示出并进行了说明的本发明的形式和具体内容进行各种改变。这些改变包括在所附权利要求书的精神和范围内。
本申请基于2011年11月17日提交的日本专利申请2011-251701和2012年9月28日提交的日本专利申请2012-217061，在此通过引用包含这两个申请的全部内容。

Claims (7)

1.一种传感器控制装置，用于连接至氧传感器，所述氧传感器包括：感测元件，用于测量内燃机的进气中的氧浓度；以及加热器，用于对所述感测元件进行加热，所述传感器控制装置包括：
检测单元，用于检测从所述感测元件输出的与所述氧浓度相对应的输出信号；以及
计算单元，用于计算对所述氧浓度进行计算所使用的所述输出信号的补偿系数，
其中，在所述内燃机处于运转中并且处于能够对所述进气中的氧浓度进行估计的特定运转状态的情况下，所述计算单元收集计算所述补偿系数时所使用的补偿信息。
2.根据权利要求1所述的传感器控制装置，其中，
所述特定运转状态是设置在排气再循环装置中的用于控制再循环用排气的量的控制阀的开度小于预定开度的状态，其中所述排气再循环装置用于使所述内燃机的排气中的一部分再循环至所述进气内，
将所述控制阀的开度小于所述预定开度的情况下的所述进气中的氧浓度预先存储在所述计算单元中，以及
在所述控制阀的开度小于所述预定开度的情况下，所述计算单元收集所述补偿信息。
3.根据权利要求2所述的传感器控制装置，其中，
所述特定运转状态是所述内燃机的运转状态处于怠速运转状态的状态，
将所述控制阀的开度小于所述预定开度、并且所述内燃机处于所述怠速运转状态的情况下的氧浓度预先存储在所述计算单元中，以及
在所述内燃机处于所述怠速运转状态的情况下，所述计算单元收集所述补偿信息。
4.根据权利要求3所述的传感器控制装置，其中，
在所述怠速运转状态持续了预定时间段的情况下，所述计算单元收集所述补偿信息。
5.根据权利要求2至4中任意一项所述的传感器控制装置，其中，
预先存储在所述计算单元中的所述控制阀的开度小于所述预定开度的运转状态下的氧浓度是所述控制阀关闭的情况下所述进气中的氧浓度，以及
在所述控制阀关闭的情况下，所述计算单元收集所述补偿信息。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的传感器控制装置，其中，
将作为所述感测元件针对所述特定运转状态下的氧浓度的输出信号的基本值预先存储在所述计算单元中，以及
所述计算单元存储在所述特定运转状态下检测到的多个输出信号，计算所存储的多个输出信号的平均值，并且在预先存储的基本值和所述平均值之间的差大于预定值的情况下，更新所述补偿系数。
7.一种传感器控制系统，包括：
氧传感器，所述氧传感器包括：
感测元件，用于测量内燃机的进气中的氧浓度，以及
加热器，用于对所述感测元件进行加热；
状态测量单元，用于输出与所述内燃机的运转状态相对应的状态信号；
判断单元，用于基于所述状态信号来判断所述内燃机是否处于特定运转状态；以及
根据权利要求1至4中任意一项所述的传感器控制装置，
其中，所述传感器控制装置的所述计算单元基于所述判断单元的判断结果来收集所述补偿信息。
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