CN107559083A - 一种动态的汽车氧传感器加热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动态的汽车氧传感器加热方法，根据发动机燃料组分和环境温度动态确定氧传感器加热时间，从而能在保证发动机尽快启动闭环控制的前提下，尽可能避免氧传感器遇水激冷碎裂，达到降低故障率和排放的目的。

Description

一种动态的汽车氧传感器加热方法
技术领域
本发明属于车用发动机替代燃料应用领域，具体涉及一种动态的甲醇汽油汽车氧传感器加热方法。
背景技术
燃料在汽车发动机内燃烧后会生成水，在高温条件下，水以气态存在；在低温启动时，由于排气管内温度较低，这些生成的水会凝结成水滴。这些生成的水滴，有可能会进入安装在排气管内的氧传感器的内部。而目前车用的氧传感器为了快速达到工作温度，使车辆进入闭环控制，通常具有自加热功能。当发动机刚启动后，排气管内温度较低，排气会凝结生成液态水，此时进行氧传感器自加热的话，可能会造成氧传感器内部的锆元件(陶瓷体)遇到排气管中的液态水而炸裂的情况；但如果为了避免损坏氧传感器，太晚进行加热，则会推迟发动机进入闭环控制的时间，使发动机怠速排放上升。
为解决这一问题，多数电喷汽油机通过对启动时，氧传感器安装位置处的排气温度进行测试，找出排气中水会产生凝结的温度的存在时间范围，即露点存在的时间范围，并使发动机氧传感器加热时间避开这一时间段。
目前我国存在大量使用甲醇的汽车，并且有可能采用灵活燃料汽车(FFV)的方式，使用不同比例的甲醇汽油；由于甲醇与传统汽油理化特性的不同，其在燃烧反应后生成水的比例更大，根据理论计算，纯甲醇完全燃烧生成的水的质量分数为汽油的1.5倍左右，很明显，使用甲醇燃料后，排气中水蒸汽浓度会发生显著的变化，其露点温度也会随着水蒸气浓度上升而提高。另外随着排气中水蒸气浓度上升，排气的比热容也随之上升，因此排气温度的加热升温则变得更加困难；另外由于甲醇较高的汽化潜热(大约是汽油的3倍)，造成启动时气缸内温度明显下降，燃烧温度也随之下降，这也导致排出发动机缸外的排气温度比汽油有明显下降；以上分析说明，使用甲醇时，发动机排气温度升温较慢、排气露点温度高，这导致使用甲醇时，排气中不存在冷凝水的温度会比使用汽油有明显推迟，且随着甲醇汽油中甲醇比例的变化发生变化。
综上所述，如果在汽车使用甲醇汽油，且交替使用不同比例的甲醇汽油时，如果不根据排气中露点变化调整氧传感器加热时间，则会造成氧传感器的损坏。
目前国内醇类灵活燃料汽车(FFV)的相关专利主要集中在冷启动策略、空燃比调整以及燃料识别的软件及硬件设计上，没有与本专利相同或相似的涉及到具体氧传感器加热方法的相关专利。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动态的汽车氧传感器加热方法，可以根据燃料成分的变化调整汽车(例如甲醇汽油汽车)的氧传感器加热策略，减少氧传感器的损坏。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
1)利用燃料成分识别传感器确定汽车含醇汽油燃料中的醇含量；利用温度传感器确定汽车所处的环境温度；
2)根据所述醇含量和环境温度以及预先标定结果计算汽车排气的露点结束时间；所述标定结果是以不同的环境温度及燃料中不同的醇含量为自变量，以汽车排气的露点平衡状态存在时间范围的终点为因变量进行实验标定而得到的；优选的，所述燃料中的醇含量的变化范围为0～100％，所述环境温度的变化范围为-20～50℃；
3)在汽车排气时间达到所述露点结束时间后，对汽车排气管内的氧传感器开始进行加热。
优选的，所述燃料选自甲醇汽油。
优选的，所述露点结束时间通过对预先标定结果进行查表或差分运算而得到。
优选的，所述预先标定结果记录在汽车的ECU中。
优选的，所述汽车选自灵活燃料汽车。
本发明的有益效果体现在：
本发明中根据燃料组分和环境温度动态确定氧传感器加热起始时间，使氧传感器的加热起始时间能够根据燃料成分进行调整，可以减少排气管中凝结水对氧传感器造成的损坏，降低发动机运行成本。同时，本发明中氧传感器的加热时间根据燃料成分进行调整，可以使氧传感器尽快进入工作温度，减少开环控制的时间，减少污染物的排放。
附图说明
图1为燃料中甲醇含量与氧传感器处排气温度变化特性(曲线)的关系图；M50表示甲醇体积含量为50％的甲醇汽油，M100表示纯甲醇。
图2为灵活使用甲醇汽油时氧传感器加热控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。所述实施例是对本发明的解释，而不是限定。
参见图1，在研究中发现，汽车使用诸如甲醇汽油等燃料时其排气温度、水含量、露点平衡等一系列特性与使用纯汽油有明显不同；但目前对氧传感器的加热控制方法依然是针对普通汽油设置的，不会考虑燃料类型，这样会造成氧传感器遇液态水后激冷破裂。因此本实施例提出一种根据甲醇汽油中甲醇含量及环境温度，动态调整排气管内氧传感器启动加热时间的方法，以减少氧传感器冷态等待时间及损坏概率。
进一步研究发现，甲醇汽油汽车所处环境温度及油箱内甲醇汽油中甲醇含量(％，体积分数)可作为自变量与氧传感器加热起始时间(即露点平衡状态存在时间范围的终点，作为因变量)构成一定的函数关系，参见表1。表1需要通过一系列汽车标定实验测试得出，只适用于同型号汽车。此实验可以同其他标定实验同步进行，不增加额外的标定成本。实验结束后，将得出的表1作为控制MAP写入发动机控制单元中，长期使用。
表1.不同环境温度、不同甲醇含量燃料的氧传感器加热MAP(斜体数字的单位为：秒)
基于以上发现，本发明提出的甲醇汽油汽车氧传感器加热方法的输入量为环境温度(℃)及油箱内甲醇汽油中甲醇含量(％，体积分数)；输出量为氧传感器加热起始时间。具体包括以下步骤(参见图2)：
1)利用实验标定出氧传感器加热控制MAP。MAP为一双自变量表格，双自变量分别为环境温度(℃)及油箱内甲醇汽油中甲醇含量(％)；因变量为氧传感器加热启动时间(s)，并将此MAP写入汽车ECU。
2)环境温度传感器及燃料成分识别传感器检测出环境温度(℃)及燃料中甲醇含量(％)，并将信号输出至汽车ECU。
3)ECU根据步骤2)中的环境温度(℃)及燃料中甲醇含量(％)，在MAP中查表(表格列或行之间区域的数据通过差分计算得出)，得出氧传感器加热控制时间(启动加热时刻)。
4)ECU向氧传感器输出加热控制信号。
本发明与现有技术相比，具有以下特点：
1)本发明中氧传感器的加热时间可根据燃料中甲醇含量进行调整；
2)本发明中氧传感器的加热时间可根据环境温度进行调整；环境温度可由发动机已有的进气温度传感器测得，不需要额外增加成本；
3)本发明可扩展至乙醇或其他含氧的、汽化潜热高的醇类燃料或可引发排气温度、水含量变化明显的汽油替代燃料；
4)本发明适用于发动机的前氧及后氧传感器的加热动态控制；在氧传感器安装位置变化或排气管材料变化(明显影响传热效果情况下)后，需要重新进行实验标定；
5)本发明对于使用不同比例的甲醇汽油燃料的灵活燃料汽车，可有效降低加热型氧传感器的故障率，减少开环控制时间，减少排气污染。

Claims (7)

1.一种动态的汽车氧传感器加热方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)利用燃料成分识别传感器确定汽车含醇汽油燃料中的醇含量；利用温度传感器确定汽车所处的环境温度；
2)根据所述醇含量和环境温度以及预先标定结果计算汽车排气的露点结束时间；所述标定结果是以不同的环境温度及燃料中不同的醇含量为自变量，以汽车排气的露点平衡状态存在时间范围的终点为因变量进行实验标定而得到的；
3)在汽车排气时间达到所述露点结束时间后，对汽车排气管内的氧传感器开始进行加热。
2.根据权利要求1所述一种动态的汽车氧传感器加热方法，其特征在于：所述步骤2)中，燃料中的醇含量的变化范围为0～100％。
3.根据权利要求2所述一种动态的汽车氧传感器加热方法，其特征在于：所述燃料选自甲醇汽油。
4.根据权利要求1所述一种动态的汽车氧传感器加热方法，其特征在于：所述步骤2)中，环境温度的变化范围为-20～50℃。
5.根据权利要求1所述一种动态的汽车氧传感器加热方法，其特征在于：所述露点结束时间通过对预先标定结果进行查表或差分运算而得到。
6.根据权利要求1所述一种动态的汽车氧传感器加热方法，其特征在于：所述预先标定结果记录在汽车的ECU中。
7.根据权利要求1所述一种动态的汽车氧传感器加热方法，其特征在于：所述汽车选自灵活燃料汽车。
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