CN1321264C - 汽车发动机的氧气传感器的加热控制方法 - Google Patents

汽车发动机的氧气传感器的加热控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明根据加热因子、依据氧气传感器的输出电压计算出的P-跳跃延迟时间和氧气传感器的诊断指数调整用于氧气传感器的加热控制的加热因子的低限，由此即使在氧气传感器老化的状态下，也可以稳定地控制发动机。

Description

汽车发动机的氧气传感器的加热控制方法
技术领域
本发明涉及一种汽车(vehicle)。更具体地说，本发明涉及一种汽车发动机的氧气传感器的加热控制方法。
背景技术
为了减少汽车的有害气体排放，根据氧气传感器(O2传感器)的输出信号进行燃料喷射的控制。例如，当氧气传感器的输出电压低时，即当空气/燃料比率低时，燃料喷射控制的P-跳跃延迟时间增加，使得更多的燃料被喷射入发动机。
为了氧气传感器的正常操作，氧气传感器的温度应该被保持在一适当的启动温度下。因此，在发动机的排气温度没有达到氧气传感器的启动温度的情况下，比如在发动机刚刚启动之后，要强制加热氧气传感器。在这样的氧气传感器的加热控制过程中，氧气传感器内的电加热器进行有控制的工作。
在根据发动机速度和发动机载荷计算出来的基本功率的基础上乘以一反馈因子(下称加热因子)得到氧气传感器加热控制功率(下称加热功率)。也就是，加热因子在氧气传感器的输出电压的基础上被P-I(按比例综合地)控制，从而反馈控制氧气传感器。
现有技术中，这样的加热因子仅仅是根据氧气传感器的输出电压简单地递增或递减控制。
然而，当氧气传感器老化(比如热老化)后，会出现错误，这样的错误现有技术中是无法补偿的。
这样的氧气传感器错误的典型例子是转换时间错误，其中传感器检测A/F比率从低向到高的状态过渡或向相反状态过渡所需的转换时间超过一极限转换时间。转换时间指数以转换时间与极限转换时间的比率计算出，转换时间错误根据转换时间指数是否超过一预定的极限指数来确定。
氧气传感器错误的另一例子是频率特征错误，其中氧气传感器的输出电压的频率特征没有达到一极限频率。频率指数以正比于频率的倒数计算，频率特征错误根据频率指数是否大于预定的极限频率指数来确定。
作为一更详细的例子，根据未公开的试验有关氧化钛型老化了的氧气传感器，当将加热因子控制在低状态下时，已发现转换时间指数和频率指数变得非常高。另外，在此情形下，还发现P-跳跃延迟时间变成一个很大的数值。
也就是，氧气传感器热老化之后，转换时间指数和频率指数会在同一时间恶化，结果是发生过量的燃料喷射。然而，在氧气传感器的加热控制的现有技术中，氧气传感器的正常操作的前提是氧气传感器仅进行最小限度的加热。
在此发明背景部分中公开的技术内容仅用于加深理解本发明的背景技术，不应该将其理解为或认为其是一种形式的暗示，这些技术内容已经是国内本领域技术人员已经公知的技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽车发动机的氧气传感器的加热控制方法，其非限定性的优点是将氧气传感器的P-跳跃延迟时间和诊断指数反射到氧气传感器的加热控制中。
本发明实施例的方法是根据具有一低限的加热因子控制汽车发动机氧气传感器的加热，包括在发动机启动时设置加热因子为一基础值，计算氧气传感器的平均电压，确定氧气传感器的平均电压是否小于一预定参考电压，在氧气传感器的平均电压小于参考电压时，降低加热因子，和根据降低了的加热因子和依据氧气传感器的输出电压计算出的P-跳跃延迟时间以及至少一个氧气传感器诊断指数调整加热因子的低限。
在另一实施例中，调整加热因子的低限包括确定有关加热因子的第一预定条件是否得到满足；确定有关P-跳跃延迟时间和至少一个氧气传感器诊断指数的第二预定条件是否得到满足；和在第一和第二预定条件得到满足的情况下，将加热因子的低限重新设置成所述基础值。
在再一个实施例中，第一预定条件包括加热因子小于一低于所述基础值的参考因子。
在另一个实施例中，所述参考因子大约是0.65。
再一个实施例中，确定第二预定条件是否得到满足，包括根据氧气传感器的输出电压计算P-跳跃延迟时间；和计算氧气传感器的诊断指数，其中在P-跳跃延迟时间大于预定参考延迟时间或者氧气传感器诊断指数大于预定极限指数的一第一预定比率的情况下，满足第二预定条件。
另一个实施例中，第一预定比率大约为50％。
再一个实施例中，本发明实施例的方法还包括确定有关氧气传感器诊断指数和发动机冷却剂温度的第三预定条件是否得到满足，和在满足第三预定条件的情况下，保持加热因子的低限为一预定因子值，用于一预定期间，所述的预定因子值大于基础值。
另一个实施例中，预定因子值大约是1.25，所述预定期间大约是45秒。
再一个实施例中，第三预定条件包括氧气传感器诊断指数大于预定极限指数的一第二预定比率，和发动机冷却剂温度小于一预定参考温度值。
另一个实施例中，第二预定比率大约是80％。
再一个实施例中，参考电压位于空气燃料比率高、低区域之间。
还有一个实施例中，参考电压大约是2.5V或大约是0.5V。
附图说明
作为本发明的说明书的一部分的附图示出了本发明的一个实施例，与相应的说明书的文字部分相结合，用于阐述本发明原理。
图1是本发明汽车发动机的氧气传感器的加热控制装置的实施例的方框图；和
图2是本发明汽车发动机的氧气传感器的加热控制方法的实施例的方框图。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的一个实施例。
如图1所示，本发明的一个实施例的汽车发动机氧气传感器的加热控制装置控制包含在发动机80内的氧气传感器70的加热。
发动机80具有一喷射器60，喷射器60将燃料喷射入发动机80内。
作为本发明一个实施例的汽车发动机氧气传感器的加热控制装置包括一用于检测发动机80的当前发动机速度的发动机速度检测器10，一用于检测发动机80的节流阀开度的节流开度检测器20，一用于检测发动机80的冷却剂温度的冷却剂温度检测器30，以及一根据来自检测器10、20及30的信号和氧气传感器的输出电压控制氧气传感器70的加热的控制器50。
控制器50还根据来自检测器10、20和30的信号以及氧气传感器70的输出电压控制喷射器60的燃料喷射量。在燃料控制过程中，控制器50计算P-跳跃延迟时间，并用其控制燃料喷射量。控制器50的这样的燃料控制喷射功能可以由对本领域技术人员来讲显而易见的常规方案来实现。
控制器50可以由通过一预定程序启动的一个或多个处理器构成实现，而且可以将预定程序编制成实现本发明实施例的方法的每一步。
下面参照图2描述本发明实施例的汽车发动机氧气传感器的加热控制方法。
下文中描述的加热因子HF具有一低限，以便它不会被计算成低于该低限，而且该低限在该实施例的汽车发动机氧气传感器的加热控制方法的执行过程中可以变化。
在发动机80开始时，在步骤8210，控制器50设置加热因子HF作为一基础值(比如，1)以启动氧气传感器70。
而后，在步骤S215，控制器50在加热因子HF的基础上控制氧气传感器70的加热。
在步骤S215，根据发动机速度和发动机载荷(例如，节流阀打开时)确定的基础值乘以加热因子HF得到一加热功率值，控制器50据此控制氧气传感器70。
随后，在步骤S220，控制器50确定氧气传感器70的输出电压的平均电压是否小于一预定的参考电压值。
在步骤S220，参考电压可以根据氧气传感器的不同类型而预先设置成不同的数值。例如，对于氧化钛型氧气传感器，其参考电压最好设置在大约2.5V，而对于氧化锆型氧气传感器，其参考电压最好设置在大约0.5V。
参考电压的预先设置要使其位于空气燃料比的高、低区域之间。比如，当在空气燃料比低的时候，氧气传感器70的输出电压变成小于1伏特；而当空气燃料比高的时候，氧气传感器70的输出电压变成大于2伏特的情形下，把参考电压值预先设置在1伏特和2伏特之间的一个数值。
这样设定了参考电压值之后，步骤S220可以粗略地区分空气燃料比的高或低状态。
当在步骤S220氧气传感器70的平均电压小于参考电压值时，控制器50在步骤S225增加加热因子HF，并返回步骤S215，用增加了的加热因子HF控制氧气传感器70的加热。步骤S225中加热因子HF的增加量最好由本领域技术人员来设定。
当在步骤S220氧气传感器70的平均电压不小于参考电压值时，控制器50在步骤S230降低加热因子HF。步骤S230中加热因子HF的降低量最好由本领域技术人员来设定。
而后，在步骤200，控制器50根据降低了的加热因子HF调整加热因子HF的低限，根据氧气传感器的输出电压和至少一个氧气传感器诊断指数计算出P-跳跃延迟时间。
下面将更详细地描述调整低限的步骤S200.
首先，在步骤S235，控制器50确定是否满足一有关加热因子HF的第一预定条件。
在本发明的实施例中，在加热因子HF小于一低于基础值(即，1)的参考因子时，预先设定第一预定条件。这里，预定参考因子小于基础值，最好设定为大约0.65.
不满足第一预定条件时，这暗含着加热因子不低，控制器50返回到步骤S215以控制氧气传感器的加热，而不需要调整其低限。
独立于确定是否满足第一预定条件的步骤S235，在步骤S240，控制器50确定是否满足有关P-跳跃延迟时间和至少一个氧气传感器诊断指数的第二预定条件。
在本发明的实施例中，在P-跳跃延迟时间大于一预定参考延迟时间(比如，350毫秒)或氧气传感器诊断指数大于预定极限指数的第一预定比率(比如，50％)的情况下，满足第二预定条件。
因此，通过步骤S240，控制器50可判断燃料是否过量喷射或者氧气传感器70的错误的可能性是否相对较高。
在本发明的实施例中，氧气传感器的诊断指数同时包括转换时间指数和频率指数。也就是，当转换时间指数大于预定极限转换时间指数的50％时或频率指数大于预定极限频率指数的50％时，氧气传感器的诊断指数大于极限指数的50％。
如上所述，独立于步骤S235，在发动机的运行过程中，步骤S240被重复执行。
更具体地，在步骤S270，为了发动机80的燃料控制，控制器50根据氧气传感器70的输出电压重复地计算P-跳跃延迟时间，在步骤S275，它还计算氧气传感器诊断指数。
在步骤S275，转换时间指数和频率指数均被计算。
通过步骤S270和S275的重复执行，控制器50总能够核实第二预定条件的满足情况。
在步骤S240不满足第二预定条件时，这暗含着P-跳跃延迟时间不高，氧气传感器70错误的可能性也不高，控制器50返回到步骤S215以控制氧气传感器的加热，而不需要调整低限。
随后，在步骤S245，控制器50确定第一和第二预定条件是否同时满足。
当在步骤S245第一和第二预定条件两者或其中任一个没有被满足时，控制器50返回到步骤S215以控制氧气传感器的加热，而不需要调整低限。
在第一和第二预定条件均被满足的情况下，在步骤S250将加热因子HF的低限重新设置成基础值。
通常，加热因子HF的低限初始被设置成小于基础值。在步骤S250，这样的低限逐渐增加地被调整到基础值。这样，在步骤S250之后，控制器50应该通过一大于基础功率的加热功率控制氧气传感器70的加热。
在本发明的实施例中，在步骤S285，控制器50还确定是否满足有关氧气传感器诊断指数和发动机80冷却剂温度的第三预定条件。
在本发明的实施例中，第三预定条件被预定成氧气传感器诊断指数大于预定极限指数的第二预定比率(比如，80％)，发动机80的冷却剂温度小于一预定参考温度值(比如，85℃)。
在上述步骤S275中计算了包含有转换时间指数和频率指数的氧气传感器诊断指数之后，控制器50在步骤S280检测冷却剂温度，随后在步骤S285，它确定冷却剂温度和氧气传感器诊断指数是否满足第三预定条件。
如上所述，在本发明的实施例中，氧气传感器的诊断指数同时包括转换时间指数和频率指数。也就是，在转换时间指数大于预定极限转换时间指数的80％或者频率指数大于预定极限频率指数的80％的情况下，氧气传感器诊断指数大于极限指数的80％。
当满足第三预定条件时，控制器50保持加热因子HF的低限作为一预定因子值(比如，1.25)，持续一预定期间(比如，45秒)。预定因子值大于基础值。
因此，在步骤S290之后的预定期间内，控制器50控制氧气传感器70的加热的加热功率应该大于通过基础值乘以基础功率而得到的一个值。
因此，在氧气传感器70的错误的可能性高而冷却剂温度低的情况下，氧气传感器被高度地加热一定时间，以便快速地被启动。
在本发明的实施例中，即使氧气传感器已经老化或加热老化，由于氧气传感器的适当的加热控制，所以仍然可以稳定地控制发动机。
下面的表1中示出了根据本发明的实施例和现有技术的发动机氧气传感器的加热控制方法的实验结果。
表1
(根据现有技术/本发明实施例)
        SWT指数           FRQ指数 P-跳跃延迟时间(毫秒)
  低→高   高→低   低→高   高→低
  汽车类型1   B1   101/53   76/54   63/48   71/62     850/617
  B2   115/57   75/58   56/52   72/63     850/583
  汽车类型2   B1   92/46   55/33   38/35   79/69     850/569
  B2   31/31   23/20   39/35   76/67     818/547
  汽车类型3   B1   100/36   72/27   53/40   83/59     750/497
  B2   81/44   39/34   44/36   80/55     760/551
对于三种汽车类型(即类型1、类型2和类型3)中的每一种中的两个汽车B1和B2，上述表1中给出了现有技术方法和本发明实施例方法的比较实验结果。
从表1中可以看出，本发明的实施例中，转换时间指数(SWT指数)最大地提高了大约64％。也就是，即使一氧气传感器老化了，氧气传感器的转换时间也可以由其适当的加热控制而降低。
另外，在本发明的实施例中，频率指数(FRQ指数)也大大地提高了。
还有，在本发明的实施例中，P-跳跃延迟时间的已知值从现有技术中的850毫秒变化到547-617毫秒，这样可以防止燃料的过量喷射。
另外，虽然在上述表中没有示出，但是氧气传感器的温度也从现有技术中的600±20℃提高到700±20℃的水平，该温度接近氧气传感器的启动温度。
下面的表2中示出了本发明实施例和现有技术中的汽车发动机氧气传感器的加热控制方法的实验结果。
下面表2中示出的实验结果是在发动机采用老化了的氧气传感器并根据现有技术的控制方法和本发明实施例的控制方法对其加热进行控制的情况下得到的。
表2
  NOx(现有技术/实施例)
  汽车类型1   可允许界限   0.6
  实验结果   2.05/0.41
  汽车类型2   可允许界限   0.5
  实验结果   0.84/0.17
  汽车类型3   实验结果   1.12/0.23
表2中可以看出，现有技术中当氧气传感器老化/加热老化之后，发动机的排气中包含比可允许界限更多的氧化氮NOx。然而，在本发明的实施例中，由于氧气传感器的适当的加热控制，这样的氧化氮NOx的量大幅度地降低了。
虽然以上参照目前认为是最佳的实施例对本发明进行了描述，但应该想到的是本发明并不局限于所公开的实施例，相反，在所附的权利要求的宗旨和范围内包含了各种修改变化及等同方式。

Claims (12)

1.一种根据具有低限的加热因子控制汽车发动机的氧气传感器的加热的方法，该方法包括：
在发动机启动时设置加热因子为一基础值；
计算氧气传感器的平均电压；
确定氧气传感器的平均电压是否小于一预定参考电压；
在氧气传感器的平均电压小于参考电压时，降低加热因子；和
根据降低了的加热因子和依据氧气传感器的输出电压计算出的P-跳跃延迟时间以及至少一个氧气传感器诊断指数调整加热因子的低限。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于调整加热因子的低限包括：确定有关加热因子的第一预定条件是否得到满足；
确定有关P-跳跃延迟时间和至少一个氧气传感器诊断指数的第二预定条件是否得到满足；和
在第一和第二预定条件得到满足的情况下，将加热因子的低限重新设置成所述基础值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于第一预定条件包括加热因子小于一低于所述基础值的参考因子。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述参考因子大约是0.65。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于确定第二预定条件是否得到满足包括：
根据氧气传感器的输出电压计算P-跳跃延迟时间；和
计算氧气传感器的诊断指数，
其中在P-跳跃延迟时间大于预定参考延迟时间或者氧气传感器诊断指数大于预定极限指数的一第一预定比率的情况下，满足第二预定条件。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述第一预定比率大约为50％。
7.如权利要求2所述的方法，还包括：
确定有关氧气传感器诊断指数和发动机冷却剂温度的第三预定条件是否得到满足；和
在满足第三预定条件的情况下，保持加热因子的低限为一预定因子值，用于一预定期间，所述的预定因子值大于基础值。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述预定因子值大约是1.25，所述预定期间大约是45秒。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述第三预定条件包括：
氧气传感器诊断指数大于预定极限指数的一第二预定比率；和发动机冷却剂温度小于一预定参考温度值。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述第二预定比率大约是80％。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述参考电压位于空气燃料比率高、低区域之间。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于参考电压大约是2.5V或大约是0.5V。
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