專利名稱：用于控制氧氣傳感器的加熱器的控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的控制系統(tǒng)，更具體地涉及氧氣傳感器的加熱 器控制.
背景技術(shù)：
在此提供的背景技術(shù)說明總體上是為了提供本發(fā)明的背景.在該 背景技術(shù)部分中所描述的當(dāng)前被稱為發(fā)明人所獲得的工作成果以及本 說明書的各個(gè)方面，除非另有證明它們在本申請(qǐng)?zhí)峤粫r(shí)屬于現(xiàn)有技術(shù)， 否則既沒有明確地也沒有隱含地承認(rèn)它們^L抵觸本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)，
現(xiàn)參照?qǐng)Dl，其顯示了發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)IOO的功能模塊圖.發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 100包括發(fā)動(dòng)機(jī)102，該發(fā)動(dòng)機(jī)可以通過燃燒含空氣的燃料產(chǎn)生動(dòng)力. 典型地，空氣通過進(jìn)氣歧管104被吸入到發(fā)動(dòng)機(jī)102中，節(jié)流閥106可用 于改變被吸入進(jìn)氣歧管104的空氣的體積.空氣與燃料混合形成空氣和 燃料(A/F)的混合物，燃料可由一個(gè)或多個(gè)燃料噴嘴108分散開.A/F 混合物在發(fā)動(dòng)機(jī)102的一個(gè)或多個(gè)汽缸(例如汽缸IIO)中燃燒.A/F混 合物的燃燒可由火花塞112提供的火花啟動(dòng).燃燒產(chǎn)生的廢氣可從汽缸 排至排氣系統(tǒng)114。
排氣系統(tǒng)114可包括一個(gè)或多個(gè)氧氣傳感器，例如氧氣傳感器116, 該傳感器可用于測量廢氣中氧氣的含量.氧氣傳感器116可通過螺紋旋 入設(shè)在排氣系統(tǒng)114中的孔中，由此可置于廢氣流中.氧氣傳感器可以 輸出對(duì)應(yīng)于廢氣中的氧氣含量的電壓.為了保證可靠的輸出電壓，期 望在特定溫度(例如靈敏度溫度)之上操作氧氣傳感器116.因此，氣 氣傳感器116可包含從加熱器電源118接收電力的加熱器.加熱器可用 于提供補(bǔ)充熱量，由此偏置氧氣傳感器116于處在靈敏度溫度之上的搮 作溫度范閨內(nèi).發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊(ECM) 120可用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100的操作. BCM120可接收氧氣傳感器116的輸出電壓以及來自其他傳感器122的信 號(hào).其他傳感器122可包括例如歧管絕對(duì)壓力(MAP)傳感器和進(jìn)氣溫 度(IAT)傳感器.基于氧氣傳感器116的輸出電壓，ECM120可通過調(diào) 整節(jié)流閥106和燃料噴嘴108調(diào)節(jié)A/F混合物.ECM120也可基于從其他傳 感器122接收的信號(hào)調(diào)節(jié)A/F混合物.
發(fā)動(dòng)機(jī)102啟動(dòng)時(shí)，氧氣傳感器116的溫度可能低于靈敏度溫度. 因此，氧氣傳感器116的輸出電壓在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后一段時(shí)間內(nèi)可能不可 靠.當(dāng)認(rèn)為氧氣傳感器116的輸出電壓不可靠時(shí)，ECM120調(diào)節(jié)A/F混合 物可以獨(dú)立于氧氣傳感器116的輸出電壓.
廢氣和加熱器產(chǎn)生的熱量可用于將氧氣傳感器116的溫度提高到 靈敏度溫度之上.但是，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后的一段時(shí)間內(nèi)，排氣系統(tǒng) 114內(nèi)存在的冷凝水可由廢氣攜帶而與氧氣傳感器116接觸.接觸到氧 氣傳感器116的液體水可引起對(duì)氧氣傳感器116的熱沖擊.對(duì)氧氣傳感 器116的反復(fù)熱沖擊可導(dǎo)致氧氣傳感器116破裂并導(dǎo)致氧氣傳感器116 過早失效，

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種控制系統(tǒng)及方法，用于檢測可能已與氣氣傳感器 接觸的液體水，并用于在降低功率下操作氧氣傳感器的加熱器以改善 對(duì)氧氣傳感器的熱沖擊.
本發(fā)明的一種形式是提供一種用于氧氣傳感器中使用的加熱元件 的控制系統(tǒng).該控制系統(tǒng)包括周期性地確定流經(jīng)加熱元件的電流的 變化率的比率模塊；溫度調(diào)節(jié)模塊，其周期性地將這變化率與一種比 率值比較，并該基于變化率和比率值的比較在額定溫度和低于該額定 溫度的矯正溫度之間選擇性地調(diào)節(jié)氧氣傳感器的搮作溫度.在一個(gè)例 子中，矯正溫度可低于氧氣傳感器的熱沖擊溫度.在另一個(gè)例子中， 搮作溫度可為檢測元件的搮作溫度，且矯正溫度可高于檢測元件的靈 敏度溫度.
一方面，這控制系統(tǒng)可進(jìn)一步包括電源模塊，該電源模塊基于功 率控制信號(hào)向加熱元件供電，溫度調(diào)節(jié)模塊生成功率控制信號(hào)以調(diào)節(jié) 操作溫度.另一方面，當(dāng)變化率大于或等于比率值時(shí)，溫度調(diào)節(jié)模塊朝著矯
正溫度調(diào)節(jié)搮作溫度.當(dāng)變化率的c個(gè)連續(xù)值大于或等于比率值時(shí)，溫 度調(diào)節(jié)模塊可朝著矯正溫度調(diào)節(jié)操作溫度，c為大于零的整數(shù). 另一方面，當(dāng)變化率為正時(shí)，溫度調(diào)節(jié)模塊朝著矯正溫度調(diào)節(jié)搮
作溫度.在一個(gè)例子中，當(dāng)變化率的z個(gè)連續(xù)數(shù)目為w的最近值大于或 等于比率值時(shí)，溫度調(diào)節(jié)模塊可朝著矯正溫度調(diào)節(jié)操作溫度，z和w為
大于零的整數(shù).在另一個(gè)例子中，當(dāng)變化率的至少T個(gè)連續(xù)數(shù)目為S的 最近值為正時(shí)，溫度調(diào)節(jié)模塊可朝著矯正溫度調(diào)節(jié)操作溫度，T和S為 大于零的整數(shù).
另一方面，溫度調(diào)節(jié)模塊等待到電流大于或等于第一電流閾值且 小于或等于第二電流閾值時(shí)才比較變化率和比率值，第一電流閾值小 于笫二電流閾值.
本發(fā)明的另一種形式是提供一種氧氣傳感器中使用的加熱元件的 控制方法，該控制方法包括周期性地確定流經(jīng)加熱元件的電流的變
化率；周期性地將這變化率與一種比率值比較；基于這變化率和比率 值的比較，在額定溫度和低于該額定溫度的矯正溫度之間選擇性地調(diào) 節(jié)氧氣傳感器的操作溫度.一方面，選擇性地調(diào)節(jié)操作溫度包括，選擇性地向加熱元件施加 額定功率和矯正功率.
另一方面，選擇性地調(diào)節(jié)操作溫度包括，當(dāng)變化率大于或等于比 率值時(shí)朝著矯正溫度調(diào)節(jié)搮作溫度.在一個(gè)例子中，選擇性地調(diào)節(jié)工 作溫度可包括，當(dāng)變化率的c個(gè)連續(xù)值大于或等于比率值時(shí)朝著矯正溫 度調(diào)節(jié)搮作溫度，c為大于零的整數(shù)。
另一方面，選擇性地調(diào)節(jié)操作溫度包括當(dāng)變化率為正時(shí)朝著矯正 溫度調(diào)節(jié)操作溫度.在一個(gè)例子中，選擇性地調(diào)節(jié)操作溫度可包括， 當(dāng)變化率的z個(gè)連續(xù)數(shù)目為w的最近值大于或等于比率值時(shí)朝著矯正溫 度調(diào)節(jié)操作溫度，z和w為大于零的整數(shù)。在另一個(gè)例子中，選擇性地
調(diào)節(jié)操作溫度可包括，當(dāng)變化率的至少T個(gè)連續(xù)數(shù)轉(zhuǎn)為S的最近值為正 時(shí)朝著矯正溫度調(diào)節(jié)搮作溫度，T和S為大于零的整數(shù).
另一方面，控制方法進(jìn)一步包括周期性地將電流與第一電流閾值
和笫二電流閾值比較，第一電流閾值小于第二電流閾值；以及等待到
電流大于或等于第一電流閾值且小于或等于第二電流閾值時(shí)開始該變化率和比率值的周期性比較，笫一電流閾值小于笫二電流閾值.
通過本文下面的描述，本發(fā)明的更多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒆兊煤苊黠@.應(yīng) 該理解的是，這些詳細(xì)說明和具體例子僅為了說明目的，而沒有意困 限制本發(fā)明的范圍.


本發(fā)明通過詳細(xì)說明和附圖將會(huì)得到更加全面的了解，其中 圖l為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的功能模塊圖； 圖2為示例性氧氣傳感器的局部剖面圖； 圖3為根據(jù)本發(fā)明的原理的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的功能模塊圖； 圖4為圖3所示加熱器控制模塊的功能模塊圖； 圖5為描述由根據(jù)本發(fā)明原理的加熱器控制模塊執(zhí)行的示例性控 制步驟的流程圖.
具體實(shí)施例方式
下面的描述本質(zhì)上僅為示例性的，絕沒有意圖限定本發(fā)明及其應(yīng) 用或用途。為了清楚起見，附圖中使用的相同附圖標(biāo)記將用于標(biāo)識(shí)相 似元件.本文所使用的詞組"A、 B、 C中的至少一個(gè)"應(yīng)解釋為一種使 用非排他性的邏輯"或"的邏輯(A或B或C).應(yīng)該理解的是，方法中 的這些步驟可以不同順序執(zhí)行而不會(huì)背離本發(fā)明的原理.
本文所使用的術(shù)語"模塊"是指專用集成電路(ASIC)、電子電 路、執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序的處理器(通用、專用或群)和 存儲(chǔ)器、組合邏輯電路和/或其他提供所述功能的合適組件.
本發(fā)明提供一種控制系統(tǒng)和方法，用于通過監(jiān)測施加給氧氣傳感 器所包含的加熱器的電流來檢測可能已接觸該氧氣傳感器的液體水. 本發(fā)明還提供一種控制系統(tǒng)和方法，用于在降低的功率下操作加熱器 以改善對(duì)氧氣傳感器的熱沖擊，同時(shí)維持可靠的氣氣傳感器輸出.
具體參考圖2，其顯示了示例性的氧氣傳感器116.氧氣傳感器116 可包括由一個(gè)或多個(gè)支撐管134所支撐的位于外殼132內(nèi)的檢測元件組 件130.檢測元件組件130可為幾種常用類型.例如，檢測元件組件130 可為窄帶型或?qū)拵?窄帶氧氣傳感器，例如錐形氧化鋯傳感器，基 于廢氣中的氧氣含量而生成非線性(即二元的)輸出電壓.窄帶氧氣傳感器生成的輸出電壓可用于確定發(fā)動(dòng)機(jī)102是否在不飽和或飽和狀 態(tài)下操作.寬帶氧氣傳感器，例如平板式氧化鋯傳感器，基于廢氣中 的氧氣含量而生成總體為線性的輸出電壓.因此，寬帶氧氣傳感器可 用于確定廢氣中氧氣精確含量以及發(fā)動(dòng)機(jī)是否在不飽和或飽和狀態(tài)下 操作.本文所討論的檢測元件組件130為平板式氧化鋯傳感器類型的寬
帶氧氣傳感器.
因此，檢測元件組件130總體上可為具有檢測元件140的扁平的、 細(xì)長的元件，檢測元件140布置在由外殼132限定的檢測腔142內(nèi)的一端 上.檢測元件140可包括集成加熱元件144.所包括的加熱元件144可提 供補(bǔ)充熱量以將檢測元件140加熱至高于該檢測元件的靈敏度溫度的 溫度范圍內(nèi).例如，加熱元件144可用于將檢測元件140加熱至高于350 。C的溫度，加熱元件144可由例如鉑或鎢的不同材料制成，材料的選擇 可基于檢測元件組件130為窄帶還是寬帶型.
布置在相反一端上的接觸固定器146可將檢測元件140的電極(未 顯示)和加熱元件144連接到氧氣傳感器116的電線148上.電線148可 包括四股或更多股線，這取決于檢測元件140和加熱元件144的具體構(gòu) 造.
外殼132的形狀總體上可為圃柱形，該外殼包括壓配合到一端上的 傳感器軍160和壓配合到相反端上的保護(hù)套筒162。外殼132可進(jìn)一步包 括外螺紋，該外螺紋可用于將氧氣傳感器116固定至排氣系統(tǒng)114，使得 檢測元件140與廢氣接觸，可以使用傳感器革160保護(hù)檢測元件140免收 廢氣的直接沖擊.傳感器軍160可包括一起限定內(nèi)部和外部開孔170、 172的內(nèi)革166和外罩168，廢氣可從該內(nèi)部和外部開孔170、 172進(jìn)入腔 142中.
開孔170、 172大小可變.可以對(duì)開孔170、 172定位和確定大小以 使檢測元件組件130對(duì)廢氣中氧氣含量的變化而生成特定的響應(yīng).此 外，可以對(duì)開孔170、 172定位和確定大小以影響檢測元件組件130對(duì)液 體水沖擊的熱響應(yīng).換言之，液體水可與檢測元件組件130接觸的量和 位置可依開孔170、 172的位置和大小而定，并由此影響檢測元件組件 130的熱響應(yīng)。
冷凝水可因各種原因而出現(xiàn)在排氣系統(tǒng)114中.例如，當(dāng)廢氣溫度 低于該廢氣的露點(diǎn)時(shí)冷凝水就會(huì)存在.匯集在排氣系統(tǒng)114的部件(例如催化轉(zhuǎn)化器(未顯示))中的水也會(huì)導(dǎo)致冷凝水的出現(xiàn)，并且該冷 凝水被從一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)搮作循環(huán)攜帶到下一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)搮作循環(huán).
排氣系統(tǒng)114中的冷凝水可在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間被夾帶在廢氣中.夾 帶在廢氣中的液體水可能進(jìn)入腔142并與檢測元件組件130接觸，從而 導(dǎo)致對(duì)檢測元件組件130的熱沖擊.對(duì)氧氣傳感器116的反復(fù)熱沖擊可 能引起檢測元件組件l 30破裂并導(dǎo)致檢測元件組件130提早失效.
因此，本發(fā)明提供一種檢測可能出現(xiàn)在腔142內(nèi)的液體水的控制系 統(tǒng)和方法，此外，本發(fā)明提供一種控制系統(tǒng)和方法，用于在降低的功 率下?lián)呑骷訜嵩?44以改善對(duì)檢測元件組件130的熱沖擊亊件，同時(shí) 維持氧氣傳感器116的正常操作.
前述目標(biāo)可通過監(jiān)測施加給加熱元件144的電流而實(shí)現(xiàn).更具體 地，可通過監(jiān)測施加給加熱元件144的電流的時(shí)間變化率檢測出現(xiàn)在檢 測元件組件130中的液體水，當(dāng)液體水接觸檢測元件組件130并隨后蒸 發(fā)時(shí)，接觸檢測元件組件130的液體水對(duì)檢測元件組件130具有暫時(shí)的 冷卻效應(yīng).因?yàn)橛糜谛纬杉訜嵩?44的金屬(例如鉑和鎢)的電阻隨 溫度降低而降低，所以當(dāng)液體水接觸檢測元件組件130時(shí)，施加給加熱 元件的電流就會(huì)暫時(shí)上升.
通過監(jiān)測施加給加熱元件144的電流，就可能檢測到存在于檢測元 件組件130上的液體水，并采取補(bǔ)救控制措施以抑制對(duì)檢測元件組件 130的各種組件的熱沖擊，補(bǔ)救控制措施可包括暫時(shí)降低施加給加熱元 件144的功率(例如電壓).降低功率可以降低檢測元件組件130的操 作溫度.更具體地，降低功率可以使檢測元件組件130的操作溫度低于 檢測元件組件130的熱沖擊溫度并高于檢測元件140的靈敏度溫度.這 樣就可抑制熱沖擊事件，同時(shí)保證檢測元件140的可靠輸出.
具體參考困3，其顯示了根據(jù)本發(fā)明的原理的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 200.發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)200可包括由發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊(ECM〉 202控制的發(fā)動(dòng) 機(jī)102，該ECM 202具有改進(jìn)的02傳感器控制系統(tǒng).
空氣通過進(jìn)氣歧管104被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)102.吸入進(jìn)氣歧管104的空氣 體積可以使用節(jié)流閥106來改變.空氣與燃料混合形成空氣和燃料 (A/F)混合物，該燃料由一個(gè)或多個(gè)燃料噴嘴108分散開.這A/F混合 物在汽缸110中燃燒，困顯示了單個(gè)汽缸110，但發(fā)動(dòng)機(jī)102可包括兩個(gè) 或更多汽缸.A/F混合物的燃燒可由火花塞112提供的火花而啟動(dòng).燃燒期間產(chǎn)生的廢氣可從汽缸排到排氣系統(tǒng)114.
排氣系統(tǒng)114可包括氧氣傳感器116以測量廢氣中的氧氣量.圖顯 示了單個(gè)氧氣傳感器，但是發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)200可包括兩個(gè)或更多的氣氣傳 感器，這些氣氣傳感器定位在沿著排氣系統(tǒng)114的不同位置上.氧氣傳 感器116向ECM202輸出電壓(V。2)，該電壓可用于確定廢氣中的氧氣量， 氧氣傳感器116包括加熱元件144,加熱元件144可從加熱器電源模塊 204接收電力.
ECM202可用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100的採作.ECM202可接收氧氣傳感 器116的輸出電壓，以及來自發(fā)動(dòng)機(jī)102的其他傳感器122的信號(hào).基于 氧氣傳感器116的輸出電壓和從其他傳感器122接收的信號(hào)，ECM202可 通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥106和燃料噴嘴108來調(diào)節(jié)A/F混合物.
ECM202也可用于控制加熱元件144的搮作.更具體地，BCM202可包 括加熱器控制模塊210，該加熱器控制模塊210可連接至加熱器電源模 塊204.加熱器控制模塊210可向加熱器電源模塊204輸出加熱器電壓指 令信號(hào)(Vh).加熱器控制模塊210改變Vh可以提高或降低加熱元件144 的溫度以改善對(duì)檢測元件組件13 0的熱沖擊.
例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)102啟動(dòng)后的一段時(shí)間內(nèi)，加熱器控制模塊210生 成的搮作加熱元件144的Vh可以將檢測元件組件130的溫度維持在笫一 溫度下。笫一溫度可低于氧氣傳感器116的熱沖擊溫度.隨后，在發(fā)動(dòng) 機(jī)102中已吸入累積質(zhì)量的吸入空氣后，加熱器控制模塊210生成的搮 作加熱元件114的Vh可以將檢測元件組件130的溫度維持在高于第一溫 度的第二溫度下.第二溫度可高于氧氣傳感器116的熱沖擊溫度和/或 靈敏度溫度。由受讓人共同擁有的美國非臨時(shí)申請(qǐng)12/132， 653公開了 前述氧氣傳感器加熱器控制策略的控制系統(tǒng)和方法，其公開內(nèi)容在此 全文引入以作參考.
此外，當(dāng)加熱器控制模塊210確定冷凝水已接觸檢測元件組件130 時(shí)，加熱器控制模塊210生成的Vb可使加熱元件144在降低的功率下操 作.這樣加熱器控制模塊210就可以生成Vh以朝著低于額定溫度的矯正 溫度調(diào)節(jié)檢測元件組件130的操作溫度.更具體地，加熱器控制模塊210 生成的Vh可以朝著矯正溫度來調(diào)節(jié)檢測元件140和加熱元件144的採作 溫度。
具體參考圖4，加熱器控制模塊210可包括基準(zhǔn)模塊212、比率模塊214、比率比較模塊216和溫度調(diào)節(jié)模塊218.基準(zhǔn)模塊2U從加熱器電 源模塊204接收電流信號(hào)(Ih,in)并確定檢測元件組件130是否已達(dá)到基 準(zhǔn)搮作狀態(tài).基準(zhǔn)模塊212可以各種方式確定檢測元件組件130是否已 達(dá)到基準(zhǔn)操作狀態(tài).例如，當(dāng)lh.in介于與檢測元件組件130的預(yù)期搮作 溫度相關(guān)的類定電流值的預(yù)定界限之間時(shí)，基準(zhǔn)模塊可以確定檢測元 件組件130已達(dá)到基準(zhǔn)工作狀態(tài).基準(zhǔn)模塊212可生成表明檢測元件組 件130是否已達(dá)到基準(zhǔn)操作狀態(tài)的BASE信號(hào).基準(zhǔn)模塊212可以向溫度 調(diào)節(jié)模塊218輸出基準(zhǔn)(BASE)信號(hào).
比率模塊214從加熱器電源模塊204接收Ih,i。并確定施加給加熱元 件144的電流的時(shí)間變化率(Ih,r"。).比率模塊214可以向比率比較模
塊216輸出Ih,"t。.
比率比較模塊216從比率模塊214接收Ih,r"。并確定冷凝水是否已接
觸到檢測元件組件130以及是否會(huì)引起沖擊亊件.當(dāng)lb,r"。過大(例如在
閾值之上)時(shí)，比率比較模塊216可以確定冷凝水已接觸檢測元件組件 130,比率比較模塊216可生成表明Ih,w。是否被認(rèn)為過大的沖擊(SHOCK) 信號(hào).比率比較模塊216可向溫度調(diào)節(jié)模塊218輸出SH0CK信號(hào).
溫度調(diào)節(jié)模塊218接收L.in、 BASE信號(hào)和SHOCK信號(hào)，并確定加熱器 電壓指令信號(hào)(Vh)，該加熱器電壓指令信號(hào)可用于調(diào)節(jié)施加給加熱元 件144的功率，由此提高或降低加熱元件144的溫度.溫度調(diào)節(jié)模塊218 可基于Ih,in、 BASE信號(hào)和SHOCK信號(hào)確定Vh.溫度調(diào)節(jié)模塊218也可從 ECM202的不同模塊接收其他信號(hào)，例如，溫度調(diào)節(jié)模塊218可接收的信 號(hào)例如是但不限于表明發(fā)動(dòng)機(jī)102速度和運(yùn)行時(shí)間的信號(hào)，表明吸入 空氣的溫度和質(zhì)量流量的信號(hào)，以及表明發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)200是否正常運(yùn)行 的控制標(biāo)記.溫度調(diào)節(jié)模塊218可進(jìn)一步基于它所接收的其他信號(hào)來確 定V"溫度調(diào)節(jié)模塊218可以向加熱器電源模塊204輸出Vb。
回頭參考圖3，加熱器電源模塊^4可用于基于從ECM接收來的加熱 器電壓指令信號(hào)(Vh)來調(diào)整施加給加熱元件144的功率，例如，加熱 器電源模塊204可調(diào)整施加給加熱元件144的電壓和電流中的一個(gè)或多 個(gè)。本文所討論的和困中所顯示的是，加熱器電源模塊204調(diào)整施加給 加熱元件144的電壓，
因此，加熱器電源模塊204基于從ECM202接收的加熱器電壓指令信 號(hào)(Vh)來調(diào)整施加給加熱元件144的電壓(Vh,in).加熱器電源模塊204可以各種方式調(diào)整電壓.例如，加熱器電源模塊204可調(diào)整施加給 加熱元件144的電壓(Vh,in)幅值.可選地，加熱器電源模塊204可改變 施加給加熱元件144的電壓(Vh,in)的占空比.這樣加熱器電源模塊204 可用于基于Vh來調(diào)整施加給加熱元件144的功率.如前面所討論的，加
(ih,")的電流信號(hào)z ° ' 一
具體參考圖5,其顯示了示例性的控制方法300?？刂品椒?00可作 為其他正常加熱器功率控制方法的補(bǔ)充控制方法來實(shí)施.這里使用的 額定加熱器功率控制是指控制加熱元件144以將檢測元件140維持在高 于檢測元件140的靈敏度溫度的預(yù)期採作溫度范閨內(nèi).例如，額定加熱 器功率控制可用于將檢測元件140的溫度維持處在65(TC左右之內(nèi).
該控制方法300可通過使用本文所描述的ECM202的各種模塊來實(shí) 施.控制方法300可在發(fā)動(dòng)機(jī)102啟動(dòng)之后周期性間隔地運(yùn)行(即執(zhí)行). 例如，控制方法300可以六毫秒或更長的周期間隔運(yùn)行.可選地，控制 方法300可基于特殊事件的發(fā)生而運(yùn)行(即基于亊件的).例如， 一旦 BCM202產(chǎn)生表明加熱元件114應(yīng)被通電的運(yùn)行標(biāo)記，控制方法300即可 運(yùn)行.又例如， 一旦發(fā)動(dòng)機(jī)102的閉環(huán)控制開始時(shí)，控制方法300即可 運(yùn)行.這里所討論的控制方法300是作為對(duì)頻定加熱器功率控制的補(bǔ)充 控制方法來實(shí)施的，并在發(fā)動(dòng)機(jī)102啟動(dòng)之后以六毫秒的周期性間隔來 運(yùn)行.
根據(jù)控制方法300的控制開始于步驟302，在步驟302中控制初始化 方法300所用的控制參數(shù)，例如1—、 BASE、 SHOCK和Vh.在步驟302中， 控制可將前述參數(shù)的值設(shè)為默認(rèn)值.默認(rèn)值可對(duì)應(yīng)額定加熱器功率控 制.
控制前進(jìn)到步驟304中，在這里控制確定進(jìn)入條件是否滿足.如圖 所示，如果進(jìn)入條件滿足，控制前進(jìn)到步驟306;否則當(dāng)前控制循環(huán)的 控制結(jié)束，控制則循環(huán)后退.進(jìn)入條件可包括發(fā)動(dòng)機(jī)102的各種操作條 件以及搮作加熱元件144的指令是否已經(jīng)生成.
例如，進(jìn)入條件可取決于發(fā)動(dòng)機(jī)102是否已達(dá)到預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)速度 (例如RPM)和/或表明發(fā)動(dòng)機(jī)102正常工作的控制標(biāo)記是否已生成，進(jìn) 入條件可取決于發(fā)動(dòng)機(jī)和/或進(jìn)氣的溫度是否低于預(yù)定的溫度，進(jìn)入條 件可取決于發(fā)動(dòng)機(jī)已運(yùn)行的時(shí)間是否短于預(yù)定時(shí)間值或發(fā)動(dòng)機(jī)已吸入的累積進(jìn)氣量是否少于預(yù)定的質(zhì)量.
通常，進(jìn)入條件將在發(fā)動(dòng)機(jī)102啟動(dòng)后的一段時(shí)間內(nèi)得到滿足，此 時(shí)存在液體水接觸氧氣傳感器116的危險(xiǎn)，而加熱元件144已開始在額 定加熱器功率下?lián)呑?換言之，當(dāng)加熱元件144在額定加熱器功率控制 下超過最小占空比地進(jìn)行搮作，就可滿足總的進(jìn)入條件.
在步驟306中，控制確定是否滿足任何退出標(biāo)準(zhǔn).如果退出標(biāo)準(zhǔn)未 滿足，控制則前進(jìn)到步驟308中，否則控制前進(jìn)到步碟310中，在步稞310 中控制維持額定加熱器功率控制.當(dāng)存在維持頻定加熱器功率控制的 最重要理由時(shí)，退出標(biāo)準(zhǔn)就可滿足，這種最重要理由可包括禁止加熱 元件144的操作.例如，退出標(biāo)準(zhǔn)可包括是否已產(chǎn)生關(guān)于氧氣傳感器116 的診斷故障.
在步驟308中，控制基于由加熱器電源模塊204生成的Ih^信號(hào)確定 基準(zhǔn)電流值.基準(zhǔn)電流值可通過監(jiān)測Ih, h信號(hào)并對(duì)該Ih, i-值應(yīng)用 一種或 多種濾波方法來產(chǎn)生.濾波方法可包括一階延遲濾波器.濾波方法也 可包括通過Ih,i-值的指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均值來對(duì)Ih，m信號(hào)進(jìn)行慢濾波.在 步驟308中，控制可在BCM202的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)基準(zhǔn)電流值以便在后續(xù)控
制步驟可取回.
在步驟312中，控制基于步猓308中產(chǎn)生的一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)電流值 來確定加熱元件144是否已獲得穩(wěn)定操作.在步稞312中，控制可生成 表明是否已達(dá)到穩(wěn)定基準(zhǔn)的BASE信號(hào).通常，當(dāng)檢測元件140已進(jìn)入預(yù)
期操作溫度范圍內(nèi)一段時(shí)間后，控制將確定已達(dá)到穩(wěn)定基準(zhǔn).當(dāng)加熱 元件144的突入電流已穩(wěn)定時(shí)，控制也可確定已達(dá)到穩(wěn)定基準(zhǔn).這里使 用的突入電流是指在加熱元件144的初始操作期間迅速升高的電流.
控制可以各種方式確定是否已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定基準(zhǔn).例如，當(dāng)步碟308 中所確定的X個(gè)連續(xù)數(shù)目為Y的基準(zhǔn)電流值介于最小和最大基準(zhǔn)電流值 之間(例如，1"",,1 <基準(zhǔn)值<11)"。.. )時(shí)，控制可確定基準(zhǔn)是穩(wěn)定的. 最小和最大基準(zhǔn)電流值可基于加熱元件144在預(yù)期操作溫度范圍內(nèi)搮 作時(shí)的額定電流而定.額定電流值可例如是介于O. 6和0. 7安培之間. 當(dāng)控制到達(dá)步驟312時(shí)，最小和最大基準(zhǔn)電流值可基于加熱元件144的 期望功率而定，該期望功率與發(fā)動(dòng)機(jī)102的上次搮作以及發(fā)動(dòng)機(jī)102的 特定操作條件相關(guān).X、 Y、 1^,"和1" ,,,,的值都可通過發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)200在步稞314中，控制基于Ih,i-確定施加給加熱元件144的電流的時(shí)間
變化率(Ih,"u).控制可以多種方式確定L,"t。的值.控制可使用由加
熱器電源模塊204生成的Ih,io信號(hào)或使用步驟308中確定的基準(zhǔn)電流值
來確定Ih."u.用于確定Ih,"u的時(shí)間段可以是連續(xù)控制循環(huán)之間的一段
時(shí)間(例如6毫秒)或者可以為超過連續(xù)控制循環(huán)之間的時(shí)間段的預(yù)定 時(shí)間段.例如，確定Ih,"t。所用的時(shí)間段可為大約一秒.在步驟314中， 控制可在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)Ih,"t。的值.
在步驟316中，控制確定加熱器電流是否發(fā)生過度增加，過度增加 表明液體水可能已接觸檢測元件組件130.更具體地，控制基于在步騍 314中確定的一個(gè)或多個(gè)Ih,r,"的值與電流比率閾值(Ir,te.thre,b)的比較 來確定加熱器電流是否已發(fā)生過大增加.如果控制確定電流已發(fā)生過 度增加，控制則前進(jìn)到步驟318中，否則控制前進(jìn)到步稞320中.在步稞 316中，控制可生成SHOCK信號(hào)，該SHOCK信號(hào)表明控制是否已確定加熱 器電流發(fā)生過度增加，
控制可以多種方式確定加熱器電流是否已發(fā)生過度增加.例如， 控制可將在步驟314中確定的最近Ih.,"e值與I"t。.,h",h進(jìn)行比較.如果最 近lh,^值大于I"w,"h,則控制可確定電流已發(fā)生過度增加.可選地， 控制可將連續(xù)數(shù)目為W的Ih,"u最近值與Ir,^h",h進(jìn)行比較.如果預(yù)定Z個(gè)
連續(xù)數(shù)目為W的Ih,r"。的最近值都大于I",",hwh,則控制可確定電流已發(fā)
生過度增加.W、 Z和I^,u^h的值可通過發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)200的研究測試來 確定，并作為控制方法300所用的校準(zhǔn)值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
在步驟318中，控制使加熱元件144在降低的加熱器功率下操作， 作為降低檢測元件組件130的溫度的矯正措施，由此抑制熱沖擊.控制 可以調(diào)整功率以朝著矯正溫度調(diào)節(jié)檢測元件組件130的搮作溫度.控制 可進(jìn)一步調(diào)整功率以將檢測元件組件130的操作溫度維持處于矯正溫 度.
因此，在步驟318中，控制可生成操作加熱元件144的Vh,in，以將檢 測元件組件130的溫度維持低于檢測元件組件130的熱沖擊溫度并高于 檢測元件140的靈敏度溫度。當(dāng)檢測元件組件130的熱沖擊溫度低于檢 測元件140的靈敏度溫度時(shí)，控制可生成Vh,in以將檢測元件140的溫度維 持在等于或僅高于靈敏度溫度的溫度，如圖所示，從步驟318開始，當(dāng) 前控制循環(huán)的控制結(jié)束，控制則循環(huán)后退并在步驟314中開始下一個(gè)控制循環(huán)。
在步驟320中，控制確定控制當(dāng)前是否正在使加熱元件144在降低 的加熱器功率下操作.如果控制當(dāng)前正在使加熱元件144在降低的加熱 器功率下操作，控制則前進(jìn)到步驟322中，否則控制前進(jìn)到步驟310中.
在步碟322中，控制確定加熱器電流是否持續(xù)增加，持續(xù)增加表明 檢測元件組件130上仍可能存在液體水，更具體地，控制基于步驟314 中確定的一個(gè)或多個(gè)Ur"。值的比較來確定加熱器電流是否持續(xù)增加. 如果控制確定加熱器電流持續(xù)增加，控制前進(jìn)到步驟318中，在這里控 制繼續(xù)維持降低的加熱器功率，否則控制前進(jìn)到步驟310中.
控制可以多種方法確定加熱器電流是否持續(xù)增加.例如，如果步
驟314中確定的最近Ih,",。值為正(即Ih.r"e的當(dāng)前值)，控制則可確定加 熱器電流在持續(xù)增加.可選地，控制可評(píng)估連續(xù)數(shù)目為S的Ih,rm最近值. 如果預(yù)定T個(gè)連續(xù)數(shù)目為S的Ih,r,te最近值為正，則控制可以確定電流在 持續(xù)增加，在U個(gè)Ih.r"e最近值不為正情況下，控制可以確定電流沒有在
持續(xù)增加.S、 T和U的值可通過發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)200的開發(fā)測試來確定并作 為控制方法300所用的校準(zhǔn)值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中.
在步驟310中，控制在額定加熱器功率控制下操作加熱元件144. 如圖所示，從步驟310開始，當(dāng)前控制循環(huán)的控制結(jié)束，控制則循環(huán)后 退，在步驟306中開始下一個(gè)控制循環(huán)。
通過前述方法，控制方法300可用于檢測氧氣傳感器116中存在的 液體水，并用于調(diào)整加熱元件144的操作以改善對(duì)檢測元件組件130的 各種組件的熱沖擊.因此，控制方法300也可用于提高氧氣傳感器116 的耐久性和可靠性，
本領(lǐng)域技術(shù)人員通過上述描述可以意識(shí)到本發(fā)明的廣泛教導(dǎo)可以 多種形式實(shí)現(xiàn).因此，盡管公開內(nèi)容包括具體實(shí)例，但是本發(fā)明的實(shí) 際范閨不應(yīng)受到如此的限定，因?yàn)楸绢I(lǐng)域的技術(shù)人員通過對(duì)附圖、說 明和下述權(quán)利要求的研究可以很容易地找到其他的修改方式.
權(quán)利要求
1.一種用于氧氣傳感器中使用的加熱元件的控制系統(tǒng)，包括比率模塊，周期性地確定流經(jīng)所述加熱元件的電流的變化率；以及溫度調(diào)節(jié)模塊，其周期性地將所述變化率與一種比率值比較，并且基于所述變化率和所述比率值的所述比較結(jié)果，在額定溫度和低于所述額定溫度的矯正溫度之間選擇性地調(diào)節(jié)所述氧氣傳感器的操作溫度。
2. —種氧氣傳感器控制系統(tǒng)，包括 權(quán)利要求l所述的控制系統(tǒng)； 氧氣傳感器，其包括所述加熱元件；以及電源模塊，其基于功率控制信號(hào)向所述加熱元件供電，所述溫度 調(diào)節(jié)模塊生成所述功率控制信號(hào)以調(diào)節(jié)所述樣作溫度.
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)所述變化率大 于或等于所述比率值時(shí)，所述溫度調(diào)節(jié)模塊朝著所述矯正溫度調(diào)節(jié)所 述操作溫度.
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)所述變化率的 數(shù)目為C個(gè)的連續(xù)值大于或等于所迷比率值時(shí)，所述溫度調(diào)節(jié)模塊朝著 所述矯正溫度調(diào)節(jié)所述操作溫度，C為大于零的整數(shù).
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)所述變化率為 正時(shí)，所述溫度調(diào)節(jié)模塊朝著所述矯正溫度調(diào)節(jié)所述操作溫度.
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)所述變化率的 Z個(gè)連續(xù)數(shù)目為W的最近值大于或等于所述比率值時(shí)，所述溫度調(diào)節(jié)模 塊朝著所述矯正溫度調(diào)節(jié)所述搮作溫度，Z和W為大于零的整數(shù).
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)所述變化率的 至少T個(gè)連續(xù)數(shù)目為S的最近值為正時(shí)，所述溫度調(diào)節(jié)模塊朝著所述矯 正溫度調(diào)節(jié)所述操作溫度，T和S為大于零的整數(shù).
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述溫度調(diào)節(jié)模塊等待到所述電流大于或等于第一電流閾值且小于或等于第二電流閾 值時(shí)才比較所述變化率和所述比率值，所述第一電流閾值小于所述第 二電流閾值.
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述矯正溫度低于所述氧氣傳感器的熱沖擊溫度，
10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述搮作溫度 是檢測元件的操作溫度，且所述矯正溫度大于所述檢測元件的靈敏度 溫度，
11. 一種用于氧氣傳感器中使用的加熱元件的控制方法，包括 周期性地確定流經(jīng)所述加熱元件的電流的變化率； 周期性地將所述變化率和一種比率值比較；以及 基于所述變化率和所述比率值的所述比較，在額定溫度和低于額定溫度的矯正溫度之間選擇性地調(diào)節(jié)所述氧氣傳感器的操作溫度.
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制方法，其特征在于所述選擇性地 調(diào)節(jié)搮作溫度包括選擇性地向所迷加熱元件施加額定功率和矯正功 率，所述額定功率對(duì)應(yīng)于所述額定溫度，所述矯正功率對(duì)應(yīng)于所述矯 正溫度.
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制方法，其特征在于所述選擇性調(diào) 節(jié)所述操作溫度包括當(dāng)所述變化率大于或等于所述比率值時(shí)朝著所述 矯正溫度調(diào)節(jié)所述操作溫度.
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制方法，其特征在于所述選擇性調(diào) 節(jié)所述採作溫度進(jìn)一步包括，當(dāng)所述變化率的C個(gè)連續(xù)值大于或等于所 述比率值時(shí)，朝著所述矯正溫度調(diào)節(jié)所述操作溫度，C為大于零的整數(shù).
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制方法，其特征在于所述選擇性地 調(diào)節(jié)所述操作溫度進(jìn)一步包括，當(dāng)所述變化率為正時(shí)朝著所述矯正溫 度調(diào)節(jié)所述操作溫度.
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制方法，其特征在于所述選擇性地 調(diào)節(jié)所述搮作溫度進(jìn)一步包括，當(dāng)所述變化率的Z個(gè)連續(xù)數(shù)目為W的最 近值大于或等于所述比率值時(shí)，朝著所述矯正溫度調(diào)節(jié)所述操作溫度， Z和W為大于零的整數(shù).
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制方法，其特征在于所述選擇性地 調(diào)節(jié)所述搮作溫度進(jìn)一步包括，當(dāng)所述變化率的至少T個(gè)連續(xù)數(shù)目為S 的最近值為正時(shí)，朝著所述矯正溫度調(diào)節(jié)所述搮作溫度，T和S為大于 零的整數(shù)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制方法，其特征在于，進(jìn)一步包括 周期性地將所述電流與笫一電流閾值和第二電流閾值比較，所述笫一電流閾值小于所述第二電流闞值；以及等待到所述電流大于或等于所述笫一電流閾值且小于或等于笫二 電流閾值才開始所述變化率和所述比率值的周期性的所迷比較.
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制方法，其特征在于所述矯正溫度低于所述氧氣傳感器的熱沖擊溫度.
20. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的控制方法，其特征在于所述操作溫度 是檢測元件的操作溫度，所述矯正溫度大于所述檢測元件的靈敏度溫 度.
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于控制氧氣傳感器的加熱器的控制系統(tǒng)和方法。該控制系統(tǒng)包括比率模塊，用于周期性地確定流經(jīng)加熱元件的電流的變化率；溫度調(diào)節(jié)模塊，用于周期性地將該變化率與比率值進(jìn)行比較。溫度調(diào)節(jié)模塊基于這變化率和比率值的比較，在額定溫度和低于額定溫度的矯正溫度之間選擇性地調(diào)節(jié)氧氣傳感器的操作溫度。本發(fā)明也提供一種用于加熱元件的相關(guān)控制方法。
文檔編號(hào)F02D41/00GK101609342SQ200910146209
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者B·吉布森, C·P·穆謝恩科, J·A·塞爾 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司