CN108223158B - 用于控制氧传感器的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于控制氧传感器的装置和方法。该种用于控制氧传感器的装置包括：发动机，其配置为燃烧燃料并且产生动力；氧传感器，其配置为测量在燃烧燃料时产生的排放气体的空燃比，并且该氧传感器包括加热器；以及控制器，其配置为：在发动机起动之后，验证发动机起动环境是否满足空燃比控制点的设置模式进入条件；当发动机起动环境满足设置模式进入条件时使加热器工作，使得加热器温度达到预定的温度范围；在维持加热器的工作状态的同时监测加热器温度；验证加热器温度是否改变，以及基于验证的结果来设置空燃比控制点。

Description

用于控制氧传感器的装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请基于2016年12月14日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0170221号并要求该申请的权益，上述申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及一种用于控制氧传感器的装置，其监测氧传感器的温度以提前空燃比(air-fuel ratio)控制点，本发明还涉及一种用于控制氧传感器的方法。
背景技术
近年来，环境问题在增多，为了减少从汽车排放的排放气体，关于排放气体排放的规定越来越严格。由于排放气体排放的规定收紧，在发动机冷起动期间控制排放气体是很重要的。为此，在氧传感器(仅在高于特定温度时激活该氧传感器)上安装加热器，并且将氧传感器进行加热，从而使得氧传感器的激活变快。
然而，在发动机冷起动期间，在低于露点温度时，由排放系统装置(处于冷态，与蒸汽接触)形成冷凝物。在冷凝物与以高温加热的氧传感器的陶瓷端部接触的情况下，由于热冲击氧传感器会损坏。
因此，需要在排气口中的冷凝物的量在发动机起动之后显著减少的时间点处加热氧传感器。
在常规情况下，针对每种车辆类型测量露点，并且在每种车辆类型上执行建模过程，但是，由于露点受到车辆环境的影响，激活氧传感器的进入时间点会延迟。
作为另一种方式，基于冷却剂的温度，在消耗特定量的燃料之后，激活氧传感器，或者当特定量的燃料在开环回路中持续消耗时，在露点时段中空燃比控制会被限制。结果，形成了关于排放气体的排放规定以及燃料经济性不可控的时段。
发明内容
本发明致力于解决现有技术中出现的上述问题，同时又完整地保持了由现有技术所实现的优点。
本发明在一方面提供一种用于控制氧传感器的装置，其监测氧传感器的温度以提前空燃比控制点，本发明还提供一种用于控制氧传感器的方法。
本发明解决的技术问题不限于前述问题，根据下面的描述，本发明所属领域的技术人员将会清楚地理解本文中未提到的任何其他的技术问题。
根据本发明的一个方面，一种用于控制氧传感器的装置包括：发动机，其配置为燃烧燃料并且产生动力；氧传感器，其配置为测量在燃烧燃料时产生的排放气体的空燃比，并且该氧传感器包括加热器；以及控制器，其配置为：在发动机起动之后，验证发动机起动环境是否满足空燃比控制点的设置模式进入条件；当发动机起动环境满足设置模式进入条件时使加热器工作，使得加热器温度达到预定的温度范围；在维持加热器的工作状态的同时，监测加热器温度；验证加热器温度是否改变，以及基于验证的结果来设置空燃比控制点。
所述发动机起动环境包括：加热器温度和发动机停止时间。
所述设置模式进入条件包括加热器温度需要等于或低于周围空气温度的条件。
所述设置模式进入条件包括发动机停止时间需要等于或大于临界时间的条件。
当加热器温度没有改变时，在维持加热器的工作状态的同时，控制器验证总体加热器维持时间是否大于空燃比控制延迟时间。
当总体加热器维持时间大于空燃比控制延迟时间时，该控制器将空燃比控制延迟时间更新并设置为总体加热器维持时间。
当加热器温度改变时，控制器在预定的时间期间额外地维持加热器的工作状态，以监测加热器温度。
当发动机起动环境不满足设置模式进入条件时，所述控制器验证是否在发动机起动之后经过了预定的空燃比控制延迟时间。
当经过了预定的空燃比控制延迟时间时，所述控制器使氧传感器工作。
根据本发明的一个方面，一种用于控制氧传感器的方法包括：在发动机起动之后，验证发动机起动环境是否满足空燃比控制点的设置模式进入条件；当发动机起动环境满足设置模式进入条件时，使氧传感器的加热器工作，以使加热器温度达到预定的温度范围；当加热器温度达到预定的温度范围时，在维持加热器的工作状态的同时监测加热器温度；以及基于加热器温度是否改变来设置空燃比控制点。
该方法进一步包括，在验证发动机起动环境是否满足设置模式进入条件之前：当车辆通电时，测量周围空气温度和相对湿度；在测量周围空气温度和相对湿度之后，起动发动机；以及在发动机起动之当后经过了加热器启动延迟时间时，使氧传感器的加热器工作。
基于周围空气温度和相对湿度确定来加热器启动延迟时间。
验证所述发动机起动环境是否满足设置模式进入条件包括：验证加热器温度是否等于或低于周围空气温度。
验证所述发动机起动环境是否满足设置模式进入条件包括：验证发动机停止时间是否等于或大于临界时间。
设置所述空燃比控制点包括：当加热器温度没有改变时，在维持加热器的工作状态的同时，验证总体加热器维持时间是否大于空燃比控制延迟时间；当总体加热器维持时间大于空燃比控制延迟时间时，将空燃比控制延迟时间更新并设置为总体加热器维持时间。
当所述发动机起动环境不满足设置模式进入条件时，在经过了空燃比控制延迟时间之后，使氧传感器工作。
附图说明
通过随后结合附图所呈现的具体描述，本发明的以上和其它目的、特征以及优点将会更明显，在这些附图中：
图1为示出了根据本发明的示例性实施方案的氧传感器控制装置的框图；
图2为示出了根据本发明的示例性实施方案的氧传感器控制方法的流程图；以及
图3为示出了根据本发明的示例性实施方案的空燃比控制点的示意图。
具体实施方式
贯穿整个说明书，除了明确地指出相反的情况，术语“包含”、“组成”和/或“包括”指的是存在所述元件，但是不排除一个或多个其他元件的存在或添加。
另外，该说明书中描述的比如“部件”、“部分”、“模块”等等的术语指的是执行至少一种功能或操作的综合结构的单元，并且凭借硬件或软件或硬件和软件的组合来实现。另外，此处所使用的单数形式“一个”、“该”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚指明了另外的情况。
下文中，将参考所附附图对本发明的示例性实施方案进行详细的描述。
图1为示出了根据本发明的示例性实施方案的氧传感器控制装置的框图。
参照图1，所述氧传感器控制装置包括：燃料箱110、喷射器120、发动机130、排气管140、氧传感器150和控制器160。
燃料箱110为用于存储车辆燃料的钢质容器，在燃料箱110中设有泵，以产生燃料压力，并且在燃料箱110的上部设置有气体出口。在该气体出口处安装有减压阀。燃料箱110可以存储压缩天然气(compressed natural gas，CNG)并且可以由高压储气瓶来实现。
喷射器120是燃料喷嘴，在喷射器120中设有电磁阀，该电磁阀响应于从控制器150输出的喷射信号而喷射燃料。喷射器120将存储在燃料箱110中的燃料喷射到发动机130的每一个汽缸(燃烧室)。
发动机130燃烧其汽缸中的燃料，并且使活塞往复运动以产生机械动力输出。发动机130提供需要驱动车辆车轮的动力。
随着发动机130燃烧燃料，排气管140排出产生的排放气体。
氧传感器150安装在排气管140中，以测量经由排气管140排出的排放气体中包含的含氧量。换言之，氧传感器150测量空燃比(空气重量/燃料重量)。氧传感器150可以由氧化锆氧传感器(zirconia oxygen sensor)、二氧化钛氧传感器(titania oxygen sensor)或宽带氧传感器(broadband oxygen sensor)来实现。例如，氧传感器150可以由通用的排气氧传感器(universal exhaust gas oxygen，UEGO)来实现。
氧传感器150包括加热器151。加热器151以预定的温度(比如，大约600℃至大约800℃)来加热氧传感器150，使得泵单元和感测单元可以平稳运行，其中所述泵单元使得氧传感器150的氧离子可以移动，所述感测单元测量排放气体中剩余的氧的浓度。在这种情况下，控制器160凭借脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)方法来控制流过加热器151的电流。
控制器160是发动机控制单元(engine control unit，ECU)，其控制喷射器120以调节供应到发动机130的汽缸的燃料量。控制器160基于排放气体中包含的氧的量(其由氧传感器150测量)来控制喷射器120的操作时间，以调节燃料量。换言之，控制器160从目标燃料量中减去由氧传感器150测量的燃料量以计算燃料量的误差，并且基于计算的误差来校正目标燃料量，从而调节供应到发动机130的燃料量。
在达到露点之前的发动机起动初始时，控制器160使氧传感器150停用，并且在这种情况下，持续地消耗恒定量的燃料。露点指的是如下时间点，在该时间点处，在经过了预定的时间之后，加热器151工作，以防止氧传感器150由于发动机初始起动时的冷凝物而受到热冲击损坏。
控制器160包括处理器161和存储器162。
处理器161控制控制器160的整体操作。存储器162存储程序并且输入/输出用于控制器160的操作的数据。
存储器162可以存储加热器启动延迟时间、加热器维持时间、空燃比控制延迟时间(氧传感器控制延迟时间)、临界温度变化量、设定数据等等。存储器162可以存储由安装在车辆中的传感器(比如，温度传感器、湿度传感器等等)所测量的数据。
存储器162可以凭借闪存存储器、硬盘、安全数字(secure digital，SD)卡、随机存取存储器(random access memory，RAM)、只读存储器(read only memory，ROM)和网络存储中的至少一种储存器来实现。
当源电压应用于车辆时，处理器161利用车辆中安装的温度传感器(未示出)和湿度传感器(未示出)来测量周围空气温度和相对湿度。处理器161基于测量的周围空气温度和测量的相对湿度来计算加热器启动延迟时间。
之后，处理器161使发动机150起动以使车辆行驶。也即，处理器161控制喷射器120并且将燃料供应至发动机150的汽缸以使发动机150工作。
在使发动机150起动之后，处理器161验证是否经过了加热器启动延迟时间。当在发动机150起动之后经过了加热器启动延迟时间时，处理器161使氧传感器150的加热器151工作以加热氧传感器150。换言之，当在发动机150起动之后经过预定的时间时，处理器161使加热器151工作。
处理器161验证发动机起动环境是否满足用于进入设置模式的条件(对空燃比控制点进行设置的进入条件)，来对空燃比控制点进行设置。这里，设置模式进入条件是加热器温度(氧传感器的温度)等于或低于周围空气温度或者发动机停止时间(发动机停止之后经过的时间)等于或大于临界时间。
当发动机起动环境满足设置模式进入条件时，处理器161验证加热器温度是否在预定的温度范围(比如，高于大约90℃并且低于大约100℃)内。在这种情况下，处理器161测量加热器151的电阻值并且利用测量的电阻值来计算加热器温度(氧传感器的温度)。
当加热器温度处于预定的温度范围内时，处理器161在预定的加热器维持时间期间内维持加热器151的工作状态，并且监测加热器温度。处理器161将供应至加热器151的电流控制为在加热器维持时间期间内恒定。处理器161计算加热器温度(T)的变化量(|ΔT|℃)。
处理器161监测加热器温度并且验证加热器温度是否改变。换言之，处理器161验证加热器温度的变化量是否超出临界温度的变化量。
当加热器温度没有改变时，处理器161验证总体加热器维持时间是否超过了存储在存储器162中的空燃比控制延迟时间。当总体加热器维持时间超过了空燃比控制延迟时间时，处理器161将空燃比控制延迟时间更新并设置为总体加热器维持时间。
当加热器温度改变时，处理器161调节加热器维持时间，另外在调节的加热器维持时间期间内维持加热器151的工作状态，并且监测加热器温度。当加热器温度没有改变时，处理器161确定是否将空燃比控制延迟时间设置为总体加热器维持时间。当总体加热器维持时间大于空燃比控制延迟时间时，处理器161将空燃比控制延迟时间更新为总体加热器维持时间。例如，在五秒(在五秒内维持加热器151的工作状态)期间内监测加热器温度时，如果加热器温度改变，在额外的三秒(在该额外的三秒内维持加热器151的工作状态)内监测加热器温度。结果，当加热器温度没有改变并且总体加热器维持时间(比如，8秒(＝5秒+3秒))大于空燃比控制延迟时间(比如，6秒)时，处理器161将空燃比控制延迟时间设置为8秒。
当发动机起动环境不满足设置模式进入条件时，处理器161验证是否在发动机起动之后经过了预定的空燃比控制延迟时间。当经过了预定的空燃比控制延迟时间时，处理器161使氧传感器150工作。换言之，处理器161在等待预定的空燃比控制延迟时间之后控制氧传感器150。在这种情况下，处理器161控制供应至加热器151的电流以将氧传感器150加热。例如，处理器161将供应至加热器151的电流量增加，从而以大约680℃的加热器温度将氧传感器150加热。
图2为示出了根据本发明的示例性实施方案的氧传感器控制方法的流程图。
当源电压被施加至车辆(S110)时，控制器160测量周围空气温度和相对湿度(S120)。当车辆通电(钥匙接通)时，控制器160利用安装在车辆中的温度传感器和湿度传感器来测量周围空气温度和相对湿度。之后，控制器160基于测量的周围空气温度和测量的相对湿度来设置加热器启动延迟时间。
在测量周围空气温度和相对湿度之后，控制器160使发动机130起动并使车辆行驶(S130)。
在使发动机起动之后，控制器160验证是否经过了加热器启动延迟时间(S140)。控制器160验证在发动机起动之后所经过的时间是否超过了加热器启动延迟时间。在这种情况下，控制器160利用计时器(未示出)测量在发动机起动之后所经过的时间。
当经过了加热器启动延迟时间，控制器160使加热器151工作以开始对氧传感器150进行加热(S150)。控制器160将电流供应至加热器151以产生热量，因此氧传感器150被加热。
控制器160验证发动机起动环境是否满足空燃比控制点的设置模式进入条件(S160)。控制器160验证加热器温度(氧传感器的温度)是否等于或低于周围环境温度或者发动机停止时间是否等于或大于临界时间(比如，8小时)。
当发动机起动环境满足空燃比控制点的设置模式进入条件时，控制器160验证加热器温度是否在预定的温度范围内(S170)。例如，控制器160验证加热器温度是否高于大约90℃并且低于大约100℃。
当加热器温度在预定的温度范围内时，控制器160在预定的加热器维持时间期间内维持加热器151的工作状态，并且监测加热器温度(S180)。在这种情况下，控制器160利用加热器151的电阻值来计算加热器温度。
控制器160验证加热器温度是否改变(S190)。控制器160验证加热器温度的变化量是否超过了临界温度的变化量。
当加热器温度没有改变时，控制器160验证总体加热器维持时间是否超过了空燃比控制延迟时间(S200)。换言之，当加热器温度的变化量等于或小于临界温度的变化量时，控制器160验证加热器的工作状态维持的总体加热器维持时间是否超过了预定的空燃比控制延迟时间。
当总体加热器维持时间超过了预定的空燃比控制延迟时间时，控制器160将空燃比控制延迟时间设置并更新为总体加热器维持时间(S210)。控制器160将存储在存储器162中的空燃比控制延迟时间更新为总体加热器维持时间。
同时，当加热器温度改变时，控制器160调节预定的加热器维持时间(S220)。当加热器温度的变化量超过临界温度的变化量时，控制器160调节预定的加热器维持时间。控制器160额外地在调节的加热器维持时间期间内维持加热器151的工作状态，并且监测加热器温度以验证加热器温度是否改变(S180和S190)。
当步骤S160中发动机起动环境不满足设置模式进入条件时，控制器160验证是否经过了预定的空燃比控制延迟时间(S230)。当加热器温度大于周围空气温度或者发动机停止时间小于临界时间(比如，8小时)时，控制器160在预定的空燃比控制延迟时间期间内等待。
当经过了预定的空燃比控制延迟时间，处理器160使氧传感器150工作(S240)。当在发动机起动之后经过了预定的空燃比控制延迟时间时，控制器160控制氧传感器150。在这种情况下，控制器160验证加热器温度是否达到预定的温度(比如，大约680℃)，并且当根据验证的结果，加热器温度达到预定的温度时，控制器160控制氧传感器150，以调节空燃比。
图3为示出了根据本发明的示例性实施方案的空燃比控制点的示意图。
如图3中所示，当在发动机起动之后经过了预定的时间时，控制器160使氧传感器150的加热器151工作，直到加热器温度达到大约100℃为止。之后，控制器160维持加热器151的工作状态，以大约100℃的较低温度控制氧传感器150，并且监测加热器温度的变化。控制器160在加热器启动维持时期TM期间内监测加热器温度。在这种情况下，加热器温度的变化TV在存在冷凝物的区域A中发生，并且加热器温度的变化TV在不存在冷凝物的时段TC中不会发生。
当加热器温度没有改变时，控制器160将空燃比控制点TCS提前以开始对氧传感器150进行控制。控制器160控制加热器151，直到加热器温度达到大约680℃的温度为止。当加热器温度达到大约680℃的温度时，控制器160使氧传感器150工作以控制空燃比。
在上文中，即使描述为构成如上所述的本发明的示例性实施方案的所有元件相互联接或者相互联接地工作，但是，本发明不是必须限于示例性实施方案。也即，在本发明的范围内，所有元件可以可选地相互联接地工作。所有元件中的每一个都可以实现为一个独立的硬件，但是，各元件中的部分或全部可以选择性地组合以实现为具有程序模块(该程序模块执行组合在一个或多个硬件中的一些功能或者所有功能)的计算机程序。组成计算机程序的代码或代码段可以由计算机程序员在现场容易地实现。另外，计算机程序可以存储在计算机可读记录媒介中，并且可以由计算机读取并执行，从而实现本发明的方法。
根据本发明，氧传感器的温度被监测，从而可以将空燃比控制点提前。因此，可以将排放气体的排放管理的控制进入点提前，并且可以更早地对排放气体进行控制，从而提高燃料效率。
另外，根据本发明，可以根据车辆行驶环境和车辆特性对氧传感器进行控制。
此外，可以在车辆的初始研发阶段将设置露点的评估成本和时间减少。

Claims (16)

1.一种用于控制氧传感器的装置，包括：
发动机，其配置为燃烧燃料并且产生动力；
氧传感器，其配置为测量在燃烧燃料时所产生的排放气体的空燃比，并且该氧传感器包括加热器；以及
控制器，其配置为：
在发动机起动之后，验证发动机起动环境是否满足空燃比控制点的设置模式进入条件；
当发动机起动环境满足所述设置模式进入条件时，使加热器工作，使得加热器温度达到预定的温度范围；
在维持加热器的工作状态的同时监测加热器温度；
通过验证加热器温度的变化量是否超过了临界温度的变化量来确定加热器温度是否改变；
基于确定的结果来设置空燃比控制点。
2.根据权利要求1所述的用于控制氧传感器的装置，其中，所述发动机起动环境包括：加热器温度和发动机停止时间。
3.根据权利要求2所述的用于控制氧传感器的装置，其中，所述设置模式进入条件包括加热器温度需要等于或低于周围空气温度的条件。
4.根据权利要求2所述的用于控制氧传感器的装置，其中，所述设置模式进入条件包括发动机停止时间需要等于或大于临界时间的条件。
5.根据权利要求1所述的用于控制氧传感器的装置，其中，当加热器温度没有改变时，在维持加热器的工作状态的同时，所述控制器验证总体加热器维持时间是否大于空燃比控制延迟时间。
6.根据权利要求5所述的用于控制氧传感器的装置，其中，当所述总体加热器维持时间大于空燃比控制延迟时间时，所述控制器将该空燃比控制延迟时间更新并设置为总体加热器维持时间。
7.根据权利要求1所述的用于控制氧传感器的装置，其中，当所述加热器温度改变时，所述控制器在预定的时间期间内额外地维持所述加热器的工作状态，以监测该加热器温度。
8.根据权利要求1所述的用于控制氧传感器的装置，其中，当所述发动机起动环境不满足设置模式进入条件时，所述控制器验证是否在发动机起动之后经过了预定的空燃比控制延迟时间。
9.根据权利要求8所述的用于控制氧传感器的装置，其中，当经过了预定的空燃比控制延迟时间时，所述控制器使氧传感器工作。
10.一种用于控制氧传感器的方法，包括：
在发动机起动之后，验证发动机起动环境是否满足空燃比控制点的设置模式进入条件；
当发动机起动环境满足所述设置模式进入条件时，使氧传感器的加热器工作，以使加热器温度达到预定的温度范围；
当所述加热器温度达到预定的温度范围时，在维持该加热器的工作状态的同时监测加热器温度；
基于所述加热器温度是否改变来设置空燃比控制点，所述加热器温度是否改变是通过验证加热器温度的变化量是否超过了临界温度的变化量来确定的。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括，在验证所述发动机起动环境是否满足设置模式进入条件之前：
当车辆通电时，测量周围空气温度和相对湿度；
在测量周围空气温度和相对湿度之后，起动发动机；
在发动机起动之后当经过了加热器启动延迟时间时，使氧传感器的加热器工作。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，基于周围空气温度和相对湿度来确定所述加热器启动延迟时间。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，验证所述发动机起动环境是否满足设置模式进入条件包括：验证加热器温度是否等于或低于周围空气温度。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，验证所述发动机起动环境是否满足设置模式进入条件包括：验证发动机停止时间是否等于或大于临界时间。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，设置所述空燃比控制点包括：
当加热器温度没有改变时，在维持加热器的工作状态的同时，验证总体加热器维持时间是否大于空燃比控制延迟时间；
当总体加热器维持时间大于空燃比控制延迟时间时，将该空燃比控制延迟时间更新并设置为总体加热器维持时间。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，当所述发动机起动环境不满足设置模式进入条件时，在经过了空燃比控制延迟时间之后，使氧传感器工作。
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