專利名稱：用于補(bǔ)償輸出誤差的氣體濃度測(cè)量設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域一般涉及可被用于測(cè)量機(jī)動(dòng)車引擎排放的廢氣中的預(yù)選成分(例如氧氣)的濃度的氣體濃度測(cè)量設(shè)備，并且特別涉及用于為補(bǔ)償輸出誤差而校正氣體傳感器的輸出的氣體濃度測(cè)量設(shè)備，其中所述輸出誤差由設(shè)備的個(gè)體變化而引起。
背景技術(shù)：
限制電流空氣燃料(A/F)混和比傳感器(也被稱為A/F傳感器或者Lambda傳感器)是為人所知的，其用于測(cè)量包含在機(jī)動(dòng)車輛引擎所排放的廢氣中的氧氣(O2)的濃度，以確定供應(yīng)給引擎的混合物的空氣燃料比。一個(gè)典型的A/F傳感器包括由固體電解質(zhì)主體以及一對(duì)附加在固體電解質(zhì)主體上的電極構(gòu)成的傳感器元件。通過以下方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)氧氣濃度的測(cè)量通過電極將電壓施加到固體電解質(zhì)主體，以產(chǎn)生穿過傳感器元件的電流，該電流是氧氣濃度的函數(shù)，并且采樣電流以確定A/F混和比。
近些年來，在廣大范圍中都存在測(cè)量供應(yīng)給引擎的混合物的A/F混和比的要求。例如，需要測(cè)量處于從充足到極度貧乏的比率范圍中的A/F混和比，所述極度貧乏的比率與大氣中氧氣的濃度相等。為了提高在按化學(xué)計(jì)量(stoichiometry)配比附近的A/F混和比反饋控制的正確性，還需要提高測(cè)量按化學(xué)計(jì)量配比附近的A/F混合比的分辨率。例如，日本專利No.3487159(U.S.P No.5,980,710)披露了一種A/F混合比測(cè)量系統(tǒng)，用于在處于兩個(gè)濃度范圍中的不同分辨率，以兩個(gè)不同的放大因子放大A/F傳感器的輸出，以確定供應(yīng)給引擎的混合物的A/F混合比，其中所述兩個(gè)范圍分別是11至等同于大氣的寬范圍和12至22的窄范圍。
通常，A/F傳感器或者傳感器控制電路，在電路特性方面具有個(gè)體變化，這將導(dǎo)致測(cè)量A/F混合比的正確性的降低。此外，A/F混合比測(cè)量系統(tǒng)，如同上述公開中披露的系統(tǒng)，用于以不同的放大因子放大傳感器輸出，以確定在寬范圍和窄范圍內(nèi)的A/F混合比，這種A/F混合比測(cè)量系統(tǒng)會(huì)遇到下述問題，由于電阻和/或運(yùn)算放大器的個(gè)體變化，將使寬范圍和窄范圍間的測(cè)量誤差不同，因此在校正A/F混合比時(shí)，將增大誤差，這將導(dǎo)致對(duì)供應(yīng)給引擎的混合物的A/F混合比的控制的準(zhǔn)確性降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)主要目標(biāo)是消除現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種氣體濃度測(cè)量設(shè)備，所述氣體濃度測(cè)量設(shè)備用于發(fā)現(xiàn)不同測(cè)量范圍內(nèi)的氣體濃度信號(hào)的誤差，并且為了提高設(shè)備中的測(cè)量的準(zhǔn)確性，補(bǔ)償該誤差。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種氣體濃度測(cè)量設(shè)備，所述設(shè)備可以被用來確定供應(yīng)給汽車引擎的混合物的空氣燃料混合比，用于對(duì)引擎的燃燒控制。所述氣體濃度測(cè)量設(shè)備用于采樣氣體濃度傳感器的輸出，所述氣體濃度傳感器包括由固體電解質(zhì)主體構(gòu)成的傳感器元件，所述固體電解質(zhì)主體產(chǎn)生作為特定氣體成分濃度的函數(shù)的電流，所述氣體濃度測(cè)量設(shè)備包括(a)第一信號(hào)輸出電路，用于輸出作為由傳感器元件產(chǎn)生的電流的函數(shù)的第一傳感器信號(hào)，該信號(hào)用于確定在第一氣體濃度范圍中的特定氣體成分的濃度；(b)第二信號(hào)輸出電路，用于輸出作為電流的函數(shù)的第二傳感器信號(hào)，該信號(hào)用于確定在第二氣體濃度范圍中的特定氣體成分的濃度，所述第二氣體濃度范圍不同于所述第一氣體濃度范圍；以及(c)氣體濃度確定電路，該電路對(duì)第一和第二傳感器信號(hào)進(jìn)行采樣，以確定在第一和第二氣體濃度范圍中的特定氣體成分的濃度。氣體濃度確定電路分析第一傳感器信號(hào)的值，以確定第一輸出特性誤差，該誤差是實(shí)際輸出特性和第一信號(hào)輸出電路的確定的參考輸出特性之間的差別，當(dāng)氣體成分處于第二氣體濃度范圍內(nèi)時(shí)，采樣第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)的值，使用由第一傳感器信號(hào)的采樣值指明的氣體成分濃度和第一輸出特性誤差來計(jì)算氣體成分的實(shí)際濃度，確定緊接著氣體成分實(shí)際濃度的計(jì)算而采樣的第二傳感器信號(hào)的值與第二信號(hào)輸出電路的確定的參考輸出特性的相應(yīng)值之間的差別，作為第二信號(hào)輸出電路的第二輸出特性誤差。
在本發(fā)明的優(yōu)選模式中，氣體濃度確定電路在氣體成分的兩個(gè)不同的濃度，采樣第一傳感器信號(hào)的值，并且確定兩個(gè)輸出誤差，這兩個(gè)輸出誤差是第一傳感器信號(hào)的采樣值與第一信號(hào)輸出電路的確定的參考輸出特性的對(duì)應(yīng)值之間的差值。氣體濃度確定電路使用已確定的兩個(gè)輸出誤差計(jì)算在第二氣體濃度范圍內(nèi)的氣體成分實(shí)際濃度。
氣體濃度確定電路對(duì)第一傳感器信號(hào)的兩個(gè)輸出誤差執(zhí)行插值運(yùn)算，以確定在第二氣體濃度范圍內(nèi)的特定氣體成分的實(shí)際濃度。
氣體成分可以是氧氣。在該情況下，第一氣體濃度范圍在0％的氧氣濃度與等同于空氣的濃度(即，與大氣中氧氣濃度相等的濃度)之間。氣體濃度確定電路在0％氧氣濃度和等同于空氣的濃度中采樣第一傳感器信號(hào)的值，以確定兩個(gè)輸出誤差。
氣體濃度測(cè)量設(shè)備還包括傳感器控制電路和開關(guān)電路。傳感器控制電路包括第一和第二信號(hào)輸出電路，并且傳感器控制電路將電壓施加到傳感器元件，以產(chǎn)生穿過傳感器元件的電流的流動(dòng)。傳感器控制電路在第一模式中運(yùn)行以采樣第一和第二傳感器信號(hào)，所述第一和第二傳感器信號(hào)用于確定在第一和第二氣體濃度范圍中的氧氣濃度，并且在第二模式中運(yùn)行，以產(chǎn)生參考傳感器信號(hào)，該參考傳感器信號(hào)是第一傳感器信號(hào)的值并且指明了0％的氧氣濃度。當(dāng)要求時(shí)，開關(guān)在傳感器控制電路的第一和第二模式之間切換。
氣體濃度確定電路在0％的氧氣濃度采樣第二傳感器信號(hào)的值，并且確定一個(gè)輸出誤差，該誤差是第二傳感器信號(hào)的采樣值與第二信號(hào)輸出電路的確定的參考輸出特性的對(duì)應(yīng)值之間的差值，并確定一個(gè)輸出誤差，該誤差是緊接著氧氣實(shí)際濃度的計(jì)算而采樣的第二傳感器信號(hào)的值與第二信號(hào)輸出電路的確定的參考輸出特性的對(duì)應(yīng)值之間的差值。該設(shè)備還包括校正電路，用于校正第二信號(hào)輸出的采樣值，以便補(bǔ)償?shù)诙鞲衅餍盘?hào)的輸出誤差。
氣體濃度確定電路用于在兩個(gè)處于第二氣體濃度范圍內(nèi)的氣體成分濃度采樣第一傳感器信號(hào)的值，以使用第一輸出特性誤差來確定所述氣體成分的兩個(gè)實(shí)際濃度。氣體濃度確定電路確定兩個(gè)輸出誤差，它們是第一傳感器信號(hào)的采樣值與第一信號(hào)輸出電路的確定的參考輸出特性的對(duì)應(yīng)值之間的差值，氣體濃度確定電路還使用所述兩個(gè)輸出誤差計(jì)算第二輸出特性誤差。校正電路用于校正第二信號(hào)輸出的采樣值，以便補(bǔ)償?shù)诙敵鎏匦哉`差。
第一信號(hào)輸出電路用于以第一放大因子來放大其中的輸入，以輸出第一傳感器信號(hào)，所述輸入是由傳感器元件產(chǎn)生的電流的函數(shù)。第二信號(hào)輸出電路用于以不同于第一放大因子的第二放大因子來放大其輸入，以輸出第二傳感器信號(hào)，所述輸入是由傳感器元件產(chǎn)生的電流的函數(shù)。
第一放大因子小于第二放大因子。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了氣體濃度測(cè)量設(shè)備，用于采樣氣體濃度傳感器的輸出，所述氣體濃度傳感器包括由固體電解質(zhì)主體構(gòu)成的傳感器元件，所述固體電解質(zhì)主體產(chǎn)生作為內(nèi)燃機(jī)廢氣的氧氣濃度的函數(shù)的電流。氣體濃度測(cè)量設(shè)備包括(a)第一信號(hào)輸出電路，用于輸出作為電流的函數(shù)的第一傳感器信號(hào)，該信號(hào)用于確定在寬濃度范圍中的氧氣濃度，所述寬濃度范圍包括等同于0％氧氣濃度的按化學(xué)計(jì)量配比氧氣濃度，以及等同于空氣的濃度，該濃度相當(dāng)于大氣的氧氣濃度；(b)第二信號(hào)輸出電路，用于輸出作為電流的函數(shù)的第二傳感器信號(hào)，該信號(hào)用于確定在窄濃度范圍內(nèi)的氧氣濃度，所述窄濃度范圍包括按化學(xué)計(jì)量配比氧氣濃度，并且不包括等同于空氣的濃度；以及(c)氣體濃度確定電路，該電路對(duì)第一和第二傳感器信號(hào)進(jìn)行采樣，以確定在第一和第二氣體濃度范圍內(nèi)的氧氣濃度。氣體濃度確定電路在按化學(xué)計(jì)量配比氧氣濃度和等同于空氣的濃度采樣第一傳感器信號(hào)的值，氣體濃度確定電路確定兩個(gè)輸出誤差，它們是第一傳感器信號(hào)的采樣值與第一信號(hào)輸出電路的確定的參考輸出特性的對(duì)應(yīng)值之間的差值，所述兩個(gè)輸出誤差作為第一信號(hào)輸出電路的第一輸出特性誤差；當(dāng)氧氣濃度處于第二氣體濃度范圍中時(shí)，氣體濃度確定電路采樣第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)的值；氣體濃度確定電路使用由第一傳感器信號(hào)的采樣值指明的氧氣濃度和第一信號(hào)輸出電路的第一輸出特性誤差來計(jì)算氧氣的實(shí)際濃度；氣體濃度確定電路確定在緊接著氧氣的實(shí)際濃度的計(jì)算而采樣的第二傳感器信號(hào)的值與第二信號(hào)輸出電路的確定的參考輸出特性的對(duì)應(yīng)值之間的差值，將該確定的差值作為第二信號(hào)輸出電路的第二輸出特性誤差。
在本發(fā)明的優(yōu)選模式中，氣體濃度測(cè)量設(shè)備還包括傳感器控制電路和開關(guān)電路。傳感器控制電路包括第一和第二信號(hào)輸出電路，并且將電壓施加到傳感器元件上以產(chǎn)生穿過傳感器元件的電流的流動(dòng)。傳感器控制電路在第一模式中運(yùn)行以采樣第一和第二傳感器信號(hào)，所述第一和第二傳感器信號(hào)用于確定在第一和第二氣體濃度范圍內(nèi)的氧氣濃度，并且該控制電路在第二模式中運(yùn)行，以產(chǎn)生參考傳感器信號(hào)，該參考傳感器信號(hào)是第一傳感器信號(hào)的值并且指明了0％的氧氣濃度。當(dāng)要求時(shí)，開關(guān)電路在傳感器控制電路的第一和第二模式之間進(jìn)行切換。
氣體濃度確定電路在0％的氧氣濃度采樣第二傳感器信號(hào)的值，并且確定一個(gè)輸出誤差，該誤差是第二傳感器信號(hào)的采樣值與第二信號(hào)輸出電路的確定的參考輸出特性的對(duì)應(yīng)值之間的差值，并確定一個(gè)輸出誤差，該誤差是緊接著實(shí)際氧氣濃度的計(jì)算而采樣的第二傳感器信號(hào)的值與第二信號(hào)輸出電路的確定參考輸出特性的對(duì)應(yīng)值之間的差值。該設(shè)備還包括校正電路，用于校正第二信號(hào)輸出的采樣值，以便補(bǔ)償?shù)诙鞲衅餍盘?hào)的輸出誤差。
氣體濃度確定電路用于在兩個(gè)處于第二氣體濃度范圍內(nèi)的氧氣濃度中采樣第一傳感器信號(hào)的值，以使用第一輸出特性誤差來確定兩個(gè)實(shí)際氧氣濃度。氣體濃度確定電路確定兩個(gè)輸出誤差，它們是第一傳感器信號(hào)的采樣值與第一信號(hào)輸出電路的確定參考輸出特性的對(duì)應(yīng)值之間的差別，氣體濃度確定電路還使用兩個(gè)輸出誤差計(jì)算第二輸出特性誤差。校正電路用于校正第二信號(hào)輸出的采樣值，以便補(bǔ)償?shù)诙敵鎏匦哉`差。
第一信號(hào)輸出電路用于以第一放大因子來放大其中的輸入，以輸出第一傳感器信號(hào)，所述輸入是由傳感器元件產(chǎn)生的電流的函數(shù)。第二信號(hào)輸出電路用于以不同于第一放大因子的第二放大因子來放大其中的輸入，以輸出第二傳感器信號(hào)，所述輸入是由傳感器元件產(chǎn)生的電流的函數(shù)。
第一放大因子小于第二放大因子。


通過下面給出的詳細(xì)描述和本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的附圖，本發(fā)明將被更充分地理解，然而，所述描述及附圖不是用來將本發(fā)明限制到具體實(shí)施例的，而是用于說明和理解的目的。
在附圖中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的氣體濃度測(cè)量設(shè)備的電結(jié)構(gòu)的電路圖；圖2是示出用于如圖1中所說明的氣體濃度測(cè)量設(shè)備的傳感器元件的橫截面圖；圖3示出了應(yīng)用的電壓到輸出的電流映射的例子，所述映射用于確定將被應(yīng)用到圖2中說明的傳感器元件上的目標(biāo)電壓；圖4(a)是說明了運(yùn)算放大器的輸出的偏移誤差和增益誤差的圖示，所述偏移誤差用于確定在寬測(cè)量范圍內(nèi)的空氣燃料混合比；圖4(b)是說明了運(yùn)算放大器的輸出的偏移誤差和增益誤差的圖示，所述偏移誤差用于確定在窄測(cè)量范圍內(nèi)的空氣燃料混合比；圖5是表示實(shí)際輸出特性與運(yùn)算放大器的參考輸出特性之間相互關(guān)系的圖示，所述偏移誤差用于確定處于寬和窄測(cè)量范圍內(nèi)的空氣燃料混合比；圖6是將在圖1所示的氣體濃度測(cè)量設(shè)備中被執(zhí)行的程序的流程圖，運(yùn)行該程序以確定運(yùn)算放大器的輸出的偏移誤差，所述偏移誤差用于確定處于寬和窄測(cè)量范圍內(nèi)的空氣燃料混合比；圖7是用于確定運(yùn)算放大器的輸出的增益誤差的程序的流程圖，所述增益誤差用于確定處于寬測(cè)量范圍內(nèi)的空氣燃料混合比；圖8是用于當(dāng)引擎的尾氣具有任意濃度的氧氣時(shí)，確定運(yùn)算放大器的輸出的誤差的程序的流程圖，所述誤差用于確定處于窄測(cè)量范圍中的空氣燃料混合比；圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的氣體濃度測(cè)量設(shè)備的傳感器元件的橫截面圖；圖10是示出連接到圖9的傳感器元件上的傳感器控制電路的電路圖；
圖11是示出圖10的傳感器控制電路的修改的電路圖；以及圖12是示出可被用于每個(gè)實(shí)施例的氣體濃度測(cè)量設(shè)備的傳感器元件的修改形式的橫截面圖。
發(fā)明詳述參考附圖，其中，在多個(gè)視圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分，尤其對(duì)于圖1，示出了氣體濃度測(cè)量設(shè)備，用于測(cè)量包含在汽車引擎廢氣中的氧氣(O2)的濃度，該濃度對(duì)應(yīng)于供應(yīng)給引擎的混合物的空氣燃料混合比(AFR)。測(cè)量的濃度用于由引擎電路控制單元(ECU)實(shí)現(xiàn)的空氣燃料混合比控制系統(tǒng)。空氣燃料混合比控制系統(tǒng)執(zhí)行按化學(xué)計(jì)量配比燃燒控制，以在反饋控制和貧燃(lean burn)控制之下，在按化學(xué)計(jì)量配比空氣燃料混合比附近調(diào)節(jié)混合物的空氣燃料混合比，以在反饋控制之下將空氣燃料混合比控制在特定的貧燃范圍內(nèi)。
氣體濃度測(cè)量設(shè)備包括微型計(jì)算機(jī)20，傳感器控制電路30，以及氧氣傳感器(在以下被稱為空氣燃料(A/F)傳感器)，所述空氣燃料傳感器產(chǎn)生作為被引入氣室的廢氣的氧氣濃度的函數(shù)的電流信號(hào)，所述氣室在A/F傳感器中形成。
如圖2所說明，A/F傳感器包括具有分層結(jié)構(gòu)的疊置傳感器元件10。傳感器元件10具有的長度垂直于圖2的繪圖表面延伸，并且在實(shí)際中，傳感器元件10被置于傳感器外罩和保護(hù)罩之中。A/F傳感器被安裝在引擎的排氣管中。例如，被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明相同受讓人的EPO 987 546 A2，詳細(xì)講解了這種類型的氣體傳感器的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行控制，其公開包括在此作為參考。
傳感器元件10由固體電解質(zhì)層11、擴(kuò)散阻力層(diffusionresistance)12、屏蔽層13以及絕緣層14構(gòu)成，如圖所示，這些層被垂直層疊或者堆積。傳感器元件10被保護(hù)層(未示出)包圍。固體電解質(zhì)層11由長方形的部分穩(wěn)定氧化鋯板構(gòu)成，并且具有上和下電極15和16，所述電極被附加在相對(duì)的表面。電極15和16由例如鉑(Pt)構(gòu)成。擴(kuò)散阻力層12由允許廢氣流向電極5的孔板構(gòu)成。屏蔽層13由限制廢氣通過的密板構(gòu)成。使用由陶瓷(例如氧化鋁或氧化鋯)構(gòu)成的平板分別形成層12和層13，它們具有彼此不同的平均氣孔率或者氣體滲透性。
絕緣層14由例如氧化鋁或氧化鋯的陶瓷構(gòu)成，并且在其中形成了通風(fēng)道17，電極16被暴露在通風(fēng)道。絕緣層14具有嵌入其中的加熱器18。加熱器18由加熱金屬絲構(gòu)成，由安裝在車輛中的蓄電池向加熱金屬絲供電，以產(chǎn)生熱量，將整個(gè)傳感器元件10加熱到期望的激活溫度。在下面的討論中，電極15也被稱為擴(kuò)散阻力層側(cè)電極，電極16也被稱為大氣側(cè)電極。大氣側(cè)電極16被連接到電源的正(+)極，而擴(kuò)散阻力層側(cè)電極15被連接到電源的負(fù)(-)極。
廢氣流入引擎的排氣管，傳感器元件10暴露于所述排氣管中，廢氣進(jìn)入并穿過擴(kuò)散阻力層12的側(cè)面并且到達(dá)擴(kuò)散阻力層側(cè)電極15。當(dāng)廢氣處于燃料貧乏狀態(tài)(氧氣較多)時(shí)，通過在電極15和16之間施加電壓，將包含在廢氣中的氧氣分子分解或者電離，以便經(jīng)由固體電解質(zhì)層11和電極16將它們排放到通風(fēng)道17。這將引起正電流從大氣側(cè)電極16流向擴(kuò)散阻力層側(cè)電極15?；蛘?，當(dāng)廢氣處于燃料充足狀態(tài)(氧氣較少)時(shí)，通過電極16將包含在通風(fēng)道17中的空氣中的氧氣分子電離，以便經(jīng)由固體電解質(zhì)層11和電極15將它們排放到排氣管，并且與廢氣中的未燃燒成分(例如HC或CO)進(jìn)行催化反應(yīng)。這將引起負(fù)電流從擴(kuò)散阻力層側(cè)電極15流向大氣側(cè)電極16。在該技術(shù)中的A/F傳感器的操作是為人所熟知的，因此在此省略對(duì)其的詳細(xì)說明。
圖3示出了A/F傳感器的典型的電壓到電流的關(guān)系(即，V-I特性)。與橫坐標(biāo)軸(即，V軸)平行延伸的V-I曲線的直線部分指明了限制電流的范圍，在該范圍中，傳感器元件10產(chǎn)生作為燃料混合比(即，充足或貧乏)的函數(shù)的電流Ip(即，限制電流)。具體地，隨著空氣燃料混合比轉(zhuǎn)變到貧乏側(cè)，由傳感器元件10產(chǎn)生的電流Ip增大，而隨著空氣燃料混合比轉(zhuǎn)變到充足側(cè)，所述電流Ip減小。以下，電流Ip也將被稱為傳感器元件電流。
電壓低于限制電流范圍的V-I曲線的部分表示阻力依賴范圍。V-I曲線的第一段的傾斜度依賴于傳感器元件10的dc內(nèi)部阻抗Ri。dc內(nèi)部阻抗Ri隨著傳感器元件10的溫度的變化而變化。具體地，它隨著傳感器元件10的溫度的下降而增大，因此，在阻抗依賴范圍中的V-I曲線的第一段的傾斜度是減小的?；蛘?，當(dāng)傳感器元件10的溫度上升時(shí)，它將導(dǎo)致dc內(nèi)部阻抗Ri下降，因此V-I曲線的第一段的傾斜度是增大的。直線RG指明將被施加到傳感器元件10上(即，電極15和16上)的目標(biāo)電壓Vp。
返回參照?qǐng)D1，如上所述的氣體濃度測(cè)量設(shè)備包括傳感器控制電路30和微型計(jì)算機(jī)20，并且所述氣體濃度測(cè)量設(shè)備控制A/F傳感器的運(yùn)行，以確定供應(yīng)給引擎的混合物的空氣燃料混合比，并且計(jì)算傳感器元件10的阻抗Zac(以下，也將被稱為傳感器元件阻抗)。
微型計(jì)算機(jī)20由公知的構(gòu)成CPU的算術(shù)邏輯單元、存儲(chǔ)器、A/D轉(zhuǎn)換器、以及I/O端口構(gòu)成，并且經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器采樣由傳感器控制電路產(chǎn)生的模擬傳感器信號(hào)，以確定A/F混合比和傳感器元件阻抗Zac。由微型計(jì)算機(jī)20確定的A/F混合比被輸出到引擎ECU(未示出)，用于空氣燃料混合比反饋控制。
傳感器控制電路30通過正極(+)和負(fù)極(-)與傳感器元件10連接。正極通向傳感器元件10的大氣側(cè)電極16，而負(fù)極通向擴(kuò)散阻力層側(cè)電極15。傳感器控制電路30還包括運(yùn)算放大器31和34、電流測(cè)量電阻32、參考電壓源33、開關(guān)35、以及電壓施加控制電路36。傳感器元件10的正極還通過電流測(cè)量電阻32和運(yùn)算放大器31與參考電壓源33相連。負(fù)極還通過運(yùn)算放大器34和開關(guān)35與電壓施加控制電路36相連。在電流測(cè)量電阻32的末端與傳感器元件10的正極的接合點(diǎn)A出現(xiàn)的電壓保持在與參考電壓源33的電壓相同的電平(即，例如2.2V的參考電壓Vf)。傳感器元件電流Ip流過電流測(cè)量電阻32。出現(xiàn)在接合點(diǎn)B的電壓隨傳感器元件電流Ip的變化而改變。當(dāng)引擎的廢氣處于燃料貧乏狀態(tài)時(shí)，即，廢氣由貧乏混合物的燃燒而產(chǎn)生，并且開關(guān)35處于斷開狀態(tài)或者被閉合，那么傳感器元件電流Ip穿過傳感器元件10從正極流向負(fù)極，所以在接合點(diǎn)B的電壓升高。相反，當(dāng)廢氣處于燃料充足狀態(tài)時(shí)，那么傳感器元件電流Ip穿過傳感器元件10從負(fù)極流向正極，所以在接合點(diǎn)B的電壓下降。
電壓施加控制電路36監(jiān)視接合點(diǎn)B的電壓，并且確定將被施加到傳感器元件10，作為被監(jiān)視電壓的函數(shù)的目標(biāo)電壓Vp，例如，通過使用圖3中說明的目標(biāo)應(yīng)用電壓直線RG來查找目標(biāo)電壓Vp。然后，電壓施加控制電路36控制運(yùn)算放大器34和開關(guān)35，以使接合點(diǎn)D的電壓與目標(biāo)電壓Vp一致。如果僅需測(cè)量按化學(xué)計(jì)量配比附近的A/F混合比(即，傳感器元件電流Ip)，那么電壓施加控制電路36可以把將被應(yīng)用到傳感器元件10的電壓保持在不變的電平。
傳感器控制電路30還包括運(yùn)算放大器37、38、以及39。參考電壓源33連接運(yùn)算放大器37。運(yùn)算放大器38和39都作為具有特定放大因子的差分放大器來工作，運(yùn)送放大器37的輸出和接合點(diǎn)B的電壓被輸入到運(yùn)算放大器38和39。具體地，運(yùn)算放大器38和39放大參考電壓Vf與接合點(diǎn)B的電壓之間的差值，并且將其分別作為A/F輸出電壓AFO1和AFO2輸出到微型計(jì)算機(jī)20。運(yùn)算放大器38具有5倍的放大因子(5)，而運(yùn)算放大器39具有15倍的放大因子(15)。
微型計(jì)算機(jī)20分析從運(yùn)算放大器38輸入的A/F輸出電壓AFO1，并確定在全AFR測(cè)量范圍中的混合物的A/F混合比(例如，A/F＝11至空的空氣燃料比(即，極其貧乏的A/F混合比))。微型計(jì)算機(jī)20還分析從運(yùn)算放大器39輸入的A/F輸出電壓AFO2，并確定在包括按化學(xué)計(jì)量配比A/F混合比的窄AFR測(cè)量范圍內(nèi)的混合物A/F混合比(例如，A/F＝11至12)。在下面的討論中，輸出電壓AFO1和AFO2也將分別被稱為AFR寬范圍測(cè)量信號(hào)和按化學(xué)計(jì)量配比空氣燃料混合比(AFR)測(cè)量信號(hào)。
運(yùn)算放大器38和39中的每一個(gè)都可以相互替代地被設(shè)計(jì)為用以接收在接合點(diǎn)A和B出現(xiàn)的電壓，以便放大參考電壓Vf與接合點(diǎn)B的電壓之間的差值。然而，這種配置的缺點(diǎn)在于，運(yùn)算放大器38和39的反饋電流流過電流測(cè)量電阻32，這會(huì)導(dǎo)致在確定A/F混合比時(shí)出現(xiàn)誤差。為了消除這一缺點(diǎn)，每個(gè)運(yùn)算放大器38和39被設(shè)計(jì)為用以接收運(yùn)算放大器37的輸出和接合點(diǎn)B的電壓，以使運(yùn)算放大器37作為反饋電流吸收器來運(yùn)行，以便維持確定A/F混合比時(shí)的可靠性。
微型計(jì)算機(jī)20經(jīng)由A/D端口采樣A/F輸出電壓AFO1和AFO2，并且確定供給引擎的混合物的A/F混合比的瞬時(shí)值，該瞬時(shí)值用于空氣燃料混合比反饋控制。
微型計(jì)算機(jī)20還掃描被瞬時(shí)施加到傳感器元件10的ac形式的電壓，以使用流過傳感器元件10的電流Ip的變化結(jié)果來確定傳感器元件阻抗Zac(即，傳感器元件10的內(nèi)部阻抗)。具體地，當(dāng)進(jìn)入稍后將要描述的阻抗測(cè)量模式時(shí)，微型計(jì)算機(jī)20向電壓施加控制電路36輸出阻抗測(cè)量指令信號(hào)。然后，電壓施加控制電路36將電壓施加到傳感器元件10并且以特定的電平(例如，0.2V)順序地將電壓(即，在接合點(diǎn)D的電壓)改變?yōu)檎暮拓?fù)的。這引起了流過傳感器元件10的傳感器元件電流Ip的改變，因此導(dǎo)致在接合點(diǎn)B產(chǎn)生的電壓的變化。微型計(jì)算機(jī)20監(jiān)視接合點(diǎn)B的電壓的變化，通過用電流測(cè)量電阻器32的電阻值除監(jiān)視到的變化來計(jì)算電流的改變?chǔ)，并且通過用電流變化ΔI除應(yīng)用到傳感器元件10上的電壓的變化ΔV，以確定傳感器元件阻抗Zac(＝ΔV/ΔI)?；蛘呖梢酝ㄟ^向傳感器元件10供電，對(duì)其以ac的形式掃描，并監(jiān)視由傳感器元件10提供的電流或電壓的變化結(jié)果，來確定傳感器元件阻抗Zac。在2003年6月17日出版的被轉(zhuǎn)讓給與本申請(qǐng)相同受讓人的US6,578,563 B2，講解了如何確定傳感器元件阻抗Zac，將其公開包括在此作為參考。
以預(yù)選的規(guī)則的時(shí)間間隔，執(zhí)行對(duì)傳感器元件阻抗Zac的確定。具體地，如上所述的微型計(jì)算機(jī)20，在特定的周期內(nèi)，向電壓施加控制電路36輸出阻抗測(cè)量指令信號(hào)。微型計(jì)算機(jī)20還控制供應(yīng)給加熱器18的電量，以便將傳感器元件阻抗Zac保持在特定的目標(biāo)值，從而傳感器元件10被保持在選定的溫度，以維持期望的激活狀態(tài)，在該狀態(tài)，傳感器元件10正確產(chǎn)生作為A/F混合比的函數(shù)的輸出。
通常，A/F傳感器和傳感器控制電路30各自具有單獨(dú)的變化或者單元到單元的特性變化，它們會(huì)導(dǎo)致A/F傳感器的輸出的正確性下降。圖4(a)說明了運(yùn)算放大器38的輸出特性，所述特性使用在從按化學(xué)計(jì)量配比A/F混合比到空氣燃料空混合比(即，就氧氣的濃度而言為0％至20.9％)的全AFR測(cè)量范圍中的氧氣濃度的變化，來表示在AFR寬范圍測(cè)量信號(hào)AFO1(即，運(yùn)算放大器38的輸出)中的變化。圖4(b)說明了運(yùn)算放大器39的輸出特性，所述特性使用在從化學(xué)計(jì)量配比A/F混合比到22的A/F混合比(即，就氧氣的濃度而言為0％至6.9％)的窄AFR測(cè)量范圍中的氧氣濃度的變化，來表示在化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量信號(hào)AFO2(即，運(yùn)算放大器39的輸出)中的變化。在圖4(a)中，實(shí)線指明由一組AFR寬范圍測(cè)量信號(hào)AFO1的參考值定義的參考輸出特性，所述參考值將由運(yùn)算放大器38產(chǎn)生，并且指明在廢氣中的氧氣的恰當(dāng)濃度。虛線指明由一組AFR寬范圍測(cè)量信號(hào)AFO1的實(shí)際所達(dá)到的值定義的實(shí)際輸出特性。已經(jīng)注意到，在AFR寬范圍測(cè)量信號(hào)AFO1的參考值和實(shí)際達(dá)到的值之間的差值是由兩種誤差而產(chǎn)生偏移誤差和增益誤差。偏移誤差是AFR寬范圍測(cè)量信號(hào)AFO1關(guān)于零值(0)的變動(dòng)，當(dāng)引擎的廢氣處于某種大氣中時(shí)出現(xiàn)所述變動(dòng)，在所述大氣中，供應(yīng)給引擎的混合物的A/F混合比是按化學(xué)計(jì)量配比。增益誤差是虛線偏離實(shí)線的傾斜度的變動(dòng)，即，在AFR寬范圍測(cè)量信號(hào)AFO1的實(shí)際達(dá)到值和參考值之間的變化率的差值。對(duì)于圖4(b)中的按化學(xué)計(jì)量配比AFR測(cè)量信號(hào)AFO2也是相同的。
AFR寬范圍測(cè)量信號(hào)AFO1和按化學(xué)計(jì)量配比AFR測(cè)量信號(hào)AFO2是由運(yùn)算放大器38和39產(chǎn)生的，它們?cè)谶\(yùn)行中是獨(dú)立的，并且因而被認(rèn)為具有不同量級(jí)的輸出誤差。消除這些誤差需要對(duì)運(yùn)算放大器38和39的單獨(dú)輸出特性進(jìn)行分析。在引擎廢氣中的氧氣的任何濃度，都可以通過在至少兩個(gè)不同的氧氣濃度中測(cè)量各個(gè)信號(hào)AFO1和AFO2的實(shí)際達(dá)到值與參考值之間的差值，并通過在所測(cè)量的差值上的差值運(yùn)算，計(jì)算放大器38和39中的對(duì)應(yīng)放大器的實(shí)際輸出特性，來發(fā)現(xiàn)各個(gè)信號(hào)AFO1和AFO2的誤差。在關(guān)于圖4(a)中的運(yùn)算放大器38的輸出特性的情況中，在任何氧氣濃度的信號(hào)AFO1的誤差都可以通過當(dāng)廢氣是按化學(xué)計(jì)量配比時(shí)，并且當(dāng)廢氣在氧氣濃度上與大氣相同時(shí)通過測(cè)量其誤差而發(fā)現(xiàn)。這兩種情況可以通過將傳感器控制電路30的開關(guān)35關(guān)掉或斷開并且切斷對(duì)引擎的燃料供應(yīng)來建立。具體地，傳感器控制電路30可以被置于一個(gè)操作模式中，該操作模式等同于當(dāng)傳感器元件10通過關(guān)閉開關(guān)35來測(cè)量引擎的按化學(xué)計(jì)量配比廢氣，并且可以被置于另一個(gè)操作模式，該操作模式等同于當(dāng)傳感器元件10通過切斷對(duì)引擎的燃料供應(yīng)而測(cè)量廢氣，該廢氣在氧氣濃度方面等同于大氣。這兩種傳感器控制電路30的操作模式也將在以下被稱為有效按化學(xué)計(jì)量配比AFR測(cè)量模式和大氣排氣測(cè)量模式。
在關(guān)于圖4(b)中的運(yùn)算放大器39的輸出特性的情況中，當(dāng)傳感器控制電路30被置于有效按化學(xué)計(jì)量配比AFR測(cè)量模式中時(shí)，能夠測(cè)量信號(hào)AFO2的誤差，但是，插值運(yùn)算所需要的另一個(gè)誤差是難以測(cè)量的。這是因?yàn)榘椿瘜W(xué)計(jì)量配比AFR測(cè)量信號(hào)AFO2的測(cè)量范圍就A/F混和比而言是12至22，并且無法將傳感器控制電路30置于等同于當(dāng)傳感器元件10測(cè)量廢氣中氧氣的已知濃度時(shí)的條件，即，當(dāng)傳感器元件10測(cè)量等同于大氣的氧氣濃度時(shí)。
為了消除以上問題，如同將在稍后被詳細(xì)描述的那樣，當(dāng)廢氣處于窄A/F測(cè)量范圍時(shí)，微型計(jì)算機(jī)20被設(shè)計(jì)為用以采樣并分析AFR寬范圍測(cè)量信號(hào)AFO1，以發(fā)現(xiàn)運(yùn)算放大器38的輸出特性誤差，即運(yùn)算放大器38的實(shí)際輸出特性和參考輸出特性之間的差值，當(dāng)廢氣具有任何氧氣濃度時(shí)，搜索信號(hào)AFO1的參考值以計(jì)算準(zhǔn)確的氧氣濃度，根據(jù)準(zhǔn)確的氧氣濃度的計(jì)算，采樣化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量信號(hào)AFO2，并且基于信號(hào)AFO2的采樣值和信號(hào)AFO2的對(duì)應(yīng)的一個(gè)參考值，來確定運(yùn)算放大器39的輸出特性誤差(即，偏移和增益誤差的和)。
具體地，如果運(yùn)算放大器38具有參考輸出特性，如同圖4(a)中實(shí)線所表示的，當(dāng)傳感器控制電路30被置于有效化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量模式中時(shí)，AFR寬范圍測(cè)量信號(hào)AFO1具有值a1(例如，2.2V)，并且當(dāng)傳感器控制電路30被置于大氣排氣測(cè)量模式中時(shí)具有值b1(例如，4.1V)。或者，如果運(yùn)算放大器38具有實(shí)際輸出特性，如同圖4(a)中虛線所表示的，當(dāng)傳感器控制電路30被置于有效化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量模式中時(shí)，AFR寬范圍測(cè)量信號(hào)AFO1具有值a2，并且當(dāng)傳感器控制電路30被置于大氣排氣測(cè)量模式中時(shí)具有值b2。因而，在有效化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量模式和大氣排氣測(cè)量模式中的信號(hào)AFO1的誤差將分別為α1和α2。當(dāng)廢氣中的氧氣的濃度為P％時(shí)，參考輸出特性提供信號(hào)AFO1＝c1，而實(shí)際輸出特性提供信號(hào)AFO1＝c2。
為了便于理解，圖5示出在如虛線所表示的實(shí)際輸出特性和如實(shí)線所表示的參考輸出特性之間的關(guān)系，在圖5中，由輸出誤差α1將實(shí)際輸出特性轉(zhuǎn)變到負(fù)極(-)側(cè)，以在傳感器控制電路30被置于有效大氣AFR測(cè)量模式中時(shí)，與參考輸出特性一致。根據(jù)已說明的關(guān)系，在參考輸出特性上的信號(hào)AFO1的任何值都通過以下公式給出c1=c2+c2-a2b2-a2×(α1+α2)-α1----(1)]]>
因而，當(dāng)廢氣具有任何氧氣濃度(即，P％)時(shí)，可以使用等式(1)來計(jì)算正確的氧氣濃度。這使得當(dāng)廢氣中氧氣濃度是P％時(shí)，化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量信號(hào)AFO2的增益誤差β2能夠被確定。當(dāng)傳感器控制電路30被置于有效化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量模式中時(shí)，計(jì)算作為信號(hào)AFO2的實(shí)際值與參考輸出特性上的值之間的差值的信號(hào)AFO2的誤差β1。如此確定的化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量信號(hào)AFO2的偏移和增益誤差β1和β2可以被用于確定運(yùn)算放大器39的輸出特性誤差，所述輸出特性誤差用于補(bǔ)償化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量信號(hào)AFO2的偏移和增益誤差β1和β2。
如上所述，通過在引擎運(yùn)行期間，臨時(shí)斷開傳感器控制電路30的開關(guān)35，以將傳感器控制電路30置于有效化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量模式中，并通過采樣信號(hào)AFO1和AFO2的瞬時(shí)值，來發(fā)現(xiàn)信號(hào)AFO1和AFO2的偏移誤差α1和β1。
圖6是邏輯步驟序列或程序的流程圖，所述程序?qū)⒈晃⑿陀?jì)算機(jī)20執(zhí)行，以確定AFR寬范圍測(cè)量信號(hào)AFO1和化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量信號(hào)AFO2的化學(xué)計(jì)量輸出誤差(即，偏移誤差)，其中AFO1和AFO2由運(yùn)算放大器38和39產(chǎn)生。
在進(jìn)入程序后，過程進(jìn)行到步驟101，在該步驟中，確定時(shí)間是否已經(jīng)到達(dá)了計(jì)算化學(xué)計(jì)量輸出誤差(即，偏移誤差α1和β1)時(shí)，即，是否應(yīng)使傳感器控制電路30進(jìn)入有效化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量模式以確定信號(hào)AFO1和AFO2的偏移誤差α1和β1。例如，確定時(shí)間已經(jīng)進(jìn)入時(shí)間段(例如，10分鐘，幾十分鐘或幾小時(shí))的流逝?；蛘呖梢源_定時(shí)間已經(jīng)進(jìn)入當(dāng)A/F輸出電壓AFO1和AFO2沒有被用于空氣燃料混合比反饋控制時(shí)，例如，在引擎的燃料被切斷的模式期間，在A/F傳感器變得激活之前，或者當(dāng)控制主繼電器以在車輛的打火開關(guān)被關(guān)閉之后，將微型計(jì)算機(jī)20保持為打開特定的短時(shí)間段。
如果得到的回答是“否”，那么程序終止。或者，如果得到的回答是“是”，那么程序進(jìn)行到步驟102，在該步驟，關(guān)閉開關(guān)信號(hào)被輸出到開關(guān)35，以將其斷開預(yù)選的時(shí)間段(例如，5毫秒)。
程序進(jìn)行到步驟103，其中，A/F輸出電壓AFO1和AFO2的瞬時(shí)值被采樣。程序進(jìn)入步驟104，在該步驟中，確定A/F輸出電壓AFO1的偏移誤差α1(即，化學(xué)計(jì)量輸出誤差)。具體地，在步騾103被采樣的A/F輸出電壓AFO1的值與化學(xué)計(jì)量參考值之間的差值被計(jì)算，所述差值作為偏移誤差α1?；瘜W(xué)計(jì)量參考值是A/F輸出電壓AFO1的值，當(dāng)廢氣具有化學(xué)計(jì)量A/F混合比時(shí)將正確獲得所述AFO1，并且在本實(shí)施例中將其設(shè)定為2.2V。
程序進(jìn)入步驟105，在該步驟中，在步驟103中被采樣的A/F輸出電壓AFO1的值，以及在步驟104中計(jì)算的偏移誤差α1，都被存儲(chǔ)在安裝與微型計(jì)算機(jī)20中的存儲(chǔ)器中。
程序進(jìn)入步驟106，在該步驟中，確定A/F輸出電壓AFO2的偏移誤差β1(即，化學(xué)計(jì)量輸出誤差)。具體地，在步驟103中被采樣的A/F輸出電壓AFO2的值與化學(xué)計(jì)量參考值(即2.2V)之間的差值被計(jì)算，該差值被作為偏移誤差β1。程序進(jìn)入步驟107，在該步驟中，在步驟103中被采樣的A/F輸出電壓AFO2的值，以及在步驟106中計(jì)算的偏移誤差β1，都被存儲(chǔ)在安裝于微型計(jì)算機(jī)20中的存儲(chǔ)器中。
圖7是程序的流程圖，將由微型計(jì)算機(jī)20執(zhí)行所述程序以確定A/F輸出電壓AFO1的大氣狀態(tài)輸出誤差(即，增益誤差α2)，所述輸出電壓AFO1由運(yùn)算放大器38產(chǎn)生。增益誤差α2通常由在運(yùn)算放大器31，34，37和/或38的增益的調(diào)整中的誤差所引起。
首先，在步驟201，確定是否引擎正在經(jīng)歷燃料切斷。這個(gè)確定用于確定是否滿足了一個(gè)條件，所述條件允許采樣增益誤差α2，該誤差當(dāng)廢氣處于大氣狀態(tài)中時(shí)產(chǎn)生。如果得到“是”的回答，則意味著滿足了增益誤差α2采樣許可條件，然后程序進(jìn)入步驟202，在該步驟中，采樣A/F輸出電壓AFO1的瞬時(shí)值。程序進(jìn)入步驟203，在該步驟中，通過在步驟202中采樣的A/F輸出電壓AFO1中減去大氣狀態(tài)參考值來確定增益誤差α2。大氣狀態(tài)參考值是A/F輸出電壓AFO1的值，當(dāng)廢氣處于大氣狀態(tài)時(shí)，將正確獲得所述AFO1，并且在本實(shí)施例中將其設(shè)定為4.1V。
程序進(jìn)入步驟204，在該步驟中，在步驟202中采樣的A/F輸出電壓AFO1的值，以及在步驟204中計(jì)算的增益誤差α2，都被存儲(chǔ)在安裝于微型計(jì)算機(jī)20中的存儲(chǔ)器中。然后，終止程序。
圖8是一個(gè)程序的流程圖，所述程序?qū)⒂晌⑿陀?jì)算機(jī)20執(zhí)行以確定化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量信號(hào)AFO2的增益誤差β2。
首先，在步驟301，采樣信號(hào)AFO1和AFO2的值。
程序進(jìn)入步驟302，在該步驟中，確定使用信號(hào)AFO1的采樣值而得到的，在廢氣中的氧氣的當(dāng)前濃度是否處于就A/F混合比而言為12至22的化學(xué)計(jì)量范圍(即，窄AFR測(cè)量范圍)中。如果回答是“否”，那么程序終止?；蛘撸绻玫健笆恰钡幕卮?，那么程序進(jìn)入步驟303，在該步驟中，使用如上所述的等式(1)來估計(jì)運(yùn)算放大器38的參考輸出特性上的信號(hào)AFO1的值，在步驟302中得到的，AFO1對(duì)應(yīng)于氧氣濃度。具體地，在步驟301中采樣的信號(hào)AFO1的值(即，圖4(a)中的c2)，在化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量模式中采樣并且在圖6的步驟105中被存儲(chǔ)的信號(hào)AFO1的值(即，圖4(a)中的a2)，在圖6的步驟105中導(dǎo)出并被存儲(chǔ)的偏移誤差α1，在圖7的步驟204中在大氣排氣測(cè)量模式中被導(dǎo)出并被存儲(chǔ)的信號(hào)AFO1的值(即，圖4(a)中的b2)，以及在圖7的步驟204中被導(dǎo)出并被存儲(chǔ)的增益誤差α2等等，都被用于根據(jù)等式(1)來確定參考輸出特性上的信號(hào)AFO1的值(即，4(a)中的c1)。
在步驟303之后，程序進(jìn)入步驟304，在該步驟中，基于在步驟303中發(fā)現(xiàn)的信號(hào)AFO1的值，確定在廢氣中的氧氣的正確或?qū)嶋H的濃度。程序進(jìn)入步驟305，在該步驟中，在步驟301中被采樣的信號(hào)AFO2的值與對(duì)應(yīng)于氧氣濃度的參考輸出特性上的信號(hào)AFO2的值之間的差值被計(jì)算，其中該值在步驟303中確定，所述差值被作為信號(hào)AFO2的增益誤差β2，AFO2由運(yùn)算放大器39產(chǎn)生。程序進(jìn)入步驟306，在該步驟中，在步驟301中采樣的信號(hào)AFO2的值，以及在步驟305中確定的增益誤差β2，都被存儲(chǔ)在微型計(jì)算機(jī)20的存儲(chǔ)器中。然后程序終止。
在偏移誤差β1在有效化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量模式中被導(dǎo)出之后，并且通過使用由運(yùn)算放大器38產(chǎn)生的A/F輸出電壓AFO1計(jì)算廢氣中氧氣的實(shí)際濃度，從而導(dǎo)出增益誤差β2，微型計(jì)算機(jī)20將通過把誤差β1和β2相加而導(dǎo)出的值插值到運(yùn)算放大器39的參考輸出特性，以發(fā)現(xiàn)運(yùn)算放大器39的實(shí)際輸出特性。插值可以通過已知的方式使用等式(1)來實(shí)現(xiàn)，并且在此省略對(duì)其的詳細(xì)說明。微型計(jì)算機(jī)20比較運(yùn)算放大器的實(shí)際輸出特性和參考輸出特性，以確定運(yùn)算放大器39的輸出特性誤差。這使得當(dāng)傳感器元件10正在測(cè)量廢氣中的氧氣濃度時(shí)，可以確定化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量信號(hào)AFO2的誤差。
當(dāng)需要確定供應(yīng)給引擎的混合物的空氣燃料混合比時(shí)，微型計(jì)算機(jī)20進(jìn)入AFR測(cè)量模式并且采樣從運(yùn)算放大器39輸出的化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量信號(hào)AFO2的瞬時(shí)值。微型計(jì)算機(jī)20基于運(yùn)算放大器39的輸出特性誤差確定信號(hào)AFO2的采樣值的誤差(即，偏移和增益誤差α1和α2的和)并且校正信號(hào)AFO2的采樣值，以便補(bǔ)償其中的誤差和使用在窄AFR測(cè)量范圍(例如，A/F＝12至22)中的信號(hào)AFO2的校正值來確定氧氣濃度(即，A/F混合比)。
微型計(jì)算機(jī)20還計(jì)算運(yùn)算放大器38的實(shí)際輸出特性，使用插值算法，基于運(yùn)算放大器38的參考輸出特性、偏移誤差α1、增益誤差α2，如同在圖6和圖7中那樣得到的，以確定AFR寬范圍測(cè)量信號(hào)AFO1的誤差，如同當(dāng)傳感器元件10測(cè)量廢氣中的氧氣濃度時(shí)，從運(yùn)算放大器輸出的那樣。一進(jìn)入AFR測(cè)量模式，微型計(jì)算機(jī)20就采樣從運(yùn)算放大器38輸出的信號(hào)AFO1的瞬時(shí)值，校正該值以便補(bǔ)償在采樣值和參考輸出特性之間的誤差，并且使用在全AFR測(cè)量范圍(例如，A/F＝11至空的空氣燃料比(即，極度貧乏的A/F混合比))中的信號(hào)AFO1的校正值來確定氧氣濃度(即，A/F混合比)。
本實(shí)施例的微型計(jì)算機(jī)20被設(shè)計(jì)為用于發(fā)現(xiàn)從運(yùn)算放大器38和39輸出的誤差，校正其中的瞬時(shí)輸出，以消除誤差，并且確定在窄AFR測(cè)量范圍和全AFR測(cè)量范圍中的供應(yīng)到引擎的混合物的A/F混合比，從而提高空氣燃料混合比反饋控制的準(zhǔn)確性并且改進(jìn)引擎的廢氣排放。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的傳感器元件60，其在結(jié)構(gòu)上不同于在圖2中說明的結(jié)構(gòu)，并且可以如同在第一實(shí)施例中使用的那樣，代替?zhèn)鞲衅髟?0被制造進(jìn)A/F傳感器。
傳感器元件60包括兩個(gè)固體電解質(zhì)層61和62的疊置。固體電解質(zhì)層61具有附著到其相對(duì)的表面的電極63和64。類似的，固體電解質(zhì)層62具有附著在其相對(duì)的表面的電極65和66。電極63、64和65中的每個(gè)在圖中被視為如同由右側(cè)和左側(cè)的分離部分構(gòu)成，但是，在實(shí)際中，它是由具有在圖中的橫斷方向延伸的連接部分(未示出)的單獨(dú)平板形成的。
固體電解質(zhì)層61和電極63及64構(gòu)成了泵單元71。固體電解質(zhì)層62和電極65及66構(gòu)成了監(jiān)控單元72。電極63至66被連接到如圖1所說明的通向微型計(jì)算機(jī)20的傳感器控制電路80。
傳感器元件60還包括進(jìn)氣口67，通過進(jìn)氣口67，機(jī)動(dòng)車引擎的廢氣進(jìn)入，還包括多孔擴(kuò)散層68，空氣輸送管69，及加熱器70。這種傳感器元件的結(jié)構(gòu)和操作在例如，US6,295,862B1中被公開，所述US6,295,862B1被轉(zhuǎn)讓給與本申請(qǐng)相同的受讓人，將其公開包括在此作為參考。監(jiān)控單元72通常也被稱為電動(dòng)力單元或者氧氣濃度傳感器單元。
監(jiān)控單元72產(chǎn)生電動(dòng)力，該電動(dòng)力具有兩個(gè)不連續(xù)值(例如，0V和0.9V)中的一個(gè)值，有選擇性地作為是否廢氣在按化學(xué)計(jì)量配比點(diǎn)的充足側(cè)和貧乏側(cè)的函數(shù)，所述按化學(xué)計(jì)量配比點(diǎn)對(duì)應(yīng)于供應(yīng)給引擎的混合物的化學(xué)計(jì)量空氣燃料混合比。當(dāng)廢氣在貧乏側(cè)時(shí)，監(jiān)控單元72產(chǎn)生低電動(dòng)力。相反，當(dāng)廢氣在充足側(cè)時(shí)，監(jiān)控單元72產(chǎn)生高電動(dòng)力。傳感器控制電路80控制施加到泵單元71的電壓，以便將由監(jiān)控單元72產(chǎn)生的電動(dòng)力保持在0.45V，其對(duì)應(yīng)于按化學(xué)計(jì)量配比點(diǎn)。
圖10示出了如在圖9中說明的傳感器控制電路80的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
終端VM是在泵單元71和監(jiān)控單元72之間被共享的共用終端。共用終端VM被連接到參考電壓源81，其產(chǎn)生例如2.5V的參考電壓。泵單元71也在電極63被連接到終端IP。監(jiān)控單元72也在電極66被連接到終端UN。終端IP和UN連同單元71和72、運(yùn)算放大器82和電流測(cè)量電阻83一同形成了閉合電路。運(yùn)算放大器82的同向輸入(即，+極)被連接到參考電壓源84，該電壓源產(chǎn)生3.0V的參考電壓。
當(dāng)廢氣為貧乏時(shí)，電流Ip以從接合點(diǎn)B到接合點(diǎn)A的方向流過電流測(cè)量電阻83。相反的，當(dāng)廢氣為充足時(shí)，電流Ip以從接合點(diǎn)A到接合點(diǎn)B的方向流過電流測(cè)量電阻83。傳感器控制電路80還包括反饋電路(未示出)，所述反饋電路控制供應(yīng)給泵單元71的電壓，以使監(jiān)控單元72的輸出電壓與目標(biāo)電壓一致。這種反饋控制可以是本領(lǐng)域所知任何一種，并且在此省略對(duì)其的詳細(xì)說明。
傳感器控制電路80還包括運(yùn)算放大器85和86，以及開關(guān)87、88和89。運(yùn)算放大器85被連接到接合點(diǎn)A和B與電流測(cè)量電阻83跨接，并且將全AFR測(cè)量范圍中的A/F輸出電壓AFO1輸出到如同在圖1中說明的微型計(jì)算機(jī)20。類似的，運(yùn)算放大器86被連接到接合點(diǎn)A和B并與電流測(cè)量電阻83跨接，并且將窄AFR測(cè)量范圍中的A/F輸出電壓AFO2輸出到如同在圖1中說明的微型計(jì)算機(jī)20。與第一實(shí)施例一樣，運(yùn)算放大器85的放大因子小于運(yùn)算放大器86的放大因子。
開關(guān)87被連接到運(yùn)算放大器82的加減輸入。開關(guān)88被連接到共用終端VM。開關(guān)89被連接到監(jiān)控單元終端UN。開關(guān)87為常態(tài)斷開類型并且在操作中被開關(guān)信號(hào)1所控制。開關(guān)88和89的每個(gè)都為常態(tài)關(guān)閉類型，并且在操作中被開關(guān)信號(hào)2所控制。
在AFR測(cè)量模式中，傳感器控制電路80打開開關(guān)87，同時(shí)關(guān)閉開關(guān)88和89以產(chǎn)生作為供應(yīng)到引擎的混合物的瞬時(shí)空氣燃料混合比的函數(shù)的A/F輸出電壓AFO1和AFO2。在有效化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量模式中，傳感器控制電路80關(guān)閉開關(guān)87，同時(shí)斷開開關(guān)88和89，并且采樣A/F輸出電壓AFO1和AFO2的瞬時(shí)電壓，以利用與第一實(shí)施例中所描述的方式相同的方式來確定偏移誤差α1和β1。傳感器控制電路80還以如第一實(shí)施例所描述的同樣方式計(jì)算增益誤差α2和β2。其它配置與第一實(shí)施例中的相同，并且在此省略對(duì)其的詳細(xì)說明。
在傳感器控制電路80中，在位于電流測(cè)量電阻83相對(duì)位置的接合點(diǎn)A和B產(chǎn)生的電壓，一同隨著流過電流測(cè)量電阻83的電流的變化而變化。然而，使用如圖11中所說明的結(jié)構(gòu)，電流測(cè)量電阻83的其中一端可以被維持在常量。
傳感器控制電路90包括運(yùn)算放大器93，通過該運(yùn)算放大器93，將與參考電壓Vf1相同的電壓(例如3v)施加到傳感器元件60的泵單元71和監(jiān)控單元72的共用端。這將導(dǎo)致在接合點(diǎn)B出現(xiàn)的電壓被保持在例如3V。傳感器控制電路90具有包括監(jiān)控單元72、反饋電路91、以及電流測(cè)量電阻在內(nèi)的閉環(huán)。在反饋電路91中提供的參考電壓Vf2為例如2.55V。
傳感器控制電路90的操作將被描述為一個(gè)例子，在該例子中，引擎的廢氣為充足的。
當(dāng)廢氣為充足時(shí)，監(jiān)控單元72產(chǎn)生電動(dòng)力，因此，在接合點(diǎn)C1出現(xiàn)的電壓升高到例如3.45V，從而引起在反饋電路91中的接合點(diǎn)C2產(chǎn)生的電勢(shì)下降。這引起接合點(diǎn)A的電勢(shì)上升。具體地，當(dāng)廢氣為充足時(shí)，傳感器元件電流Ip從接合點(diǎn)A流過電流測(cè)量電阻92到達(dá)接合點(diǎn)B。相反的，當(dāng)廢氣為貧乏時(shí)，傳感器元件電流Ip從接合點(diǎn)B流過電流測(cè)量電阻92到達(dá)接合點(diǎn)A。
傳感器控制電路90還包括運(yùn)算放大器94和95，它們的放大因子是彼此不同的。運(yùn)算放大器94被連接到電流測(cè)量電阻92的接合點(diǎn)A和B，并且輸出在全AFR測(cè)量范圍內(nèi)的A/F輸出電壓AFO1到如圖1所說明的微型計(jì)算機(jī)20。類似地，運(yùn)算放大器95被連接到電流測(cè)量電阻92的接合點(diǎn)A和B，并且輸出在窄AFR測(cè)量范圍內(nèi)的A/F輸出電壓AFO2到如圖1所說明的微型計(jì)算機(jī)20。
反饋電路91包括運(yùn)算放大器96和開關(guān)97。開關(guān)97連接到運(yùn)算放大器96的加減輸入。開關(guān)98被置于反饋電路91和監(jiān)控單元72之間。開關(guān)97具有常態(tài)斷開類型，并且在操作中被開關(guān)信號(hào)1所控制。開關(guān)98具有常態(tài)閉合類型并且在操作中被開關(guān)信號(hào)2所控制。
在AFR測(cè)量模式中，傳感器控制電路90斷開開關(guān)97，同時(shí)閉合開關(guān)98，以產(chǎn)生作為供應(yīng)到引擎的混合物的瞬時(shí)空氣燃料混合比的函數(shù)的A/F輸出電壓AFO1和AFO2。在有效化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量模式中，傳感器控制電路90閉合開關(guān)97，同時(shí)打開開關(guān)98，并且采樣A/F輸出電壓AFO1和AFO2的瞬時(shí)值，以利用與第一實(shí)施例中所描述的方式相同的方式來確定偏移誤差α1和β1。傳感器控制電路90還以如第一實(shí)施例所描述的同樣方式計(jì)算增益誤差α2和β2。其它配置與第一實(shí)施例中的相同，并且在此省略對(duì)其的詳細(xì)說明。
圖12示出傳感器元件100，其可以被建造進(jìn)A/F傳感器，如同在各個(gè)上述實(shí)施例中使用的那樣。
傳感器元件100包括三個(gè)固體電解質(zhì)層101、102和103。固體電解質(zhì)層101具有附著在其中相對(duì)的表面的電極104和105。類似的，固體電解質(zhì)層102具有附著在其中相對(duì)的表面的電極106和107。固體電解質(zhì)層101和電極104和105形成泵單元111。固體電解質(zhì)層102和電極106和107形成監(jiān)控單元112。固體電解質(zhì)層103形成限定氧氣參考室108的墻。傳感器元件100與傳感器元件10一樣具有疊置結(jié)構(gòu)。傳感器元件100還包括孔散射層109和氣室110，機(jī)動(dòng)車引擎的廢氣進(jìn)入所述氣室110。像在圖9中被說明的監(jiān)控單元72一樣，監(jiān)控單元112如同電動(dòng)機(jī)單元或氧氣濃度傳感器單元那樣運(yùn)行。
傳感器元件10被連接到傳感器控制電路120。傳感器控制電路120可以具有與圖10或11中所說明的電路基本上一樣的結(jié)構(gòu)，并且在此省略其中的詳細(xì)說明。
如同在上述各個(gè)實(shí)施例中被應(yīng)用的那樣的A/F傳感器，也可以被設(shè)計(jì)為具有兩個(gè)單元或三個(gè)單元的結(jié)構(gòu)。傳感器元件10、60或者100可以是本領(lǐng)域已知的杯形類型。A/F傳感器也可以通過典型的O2傳感器來實(shí)現(xiàn)，所述O2傳感器被用于在附著在傳感器元件上的電極之間產(chǎn)生電動(dòng)力，作為包含在機(jī)動(dòng)車引擎的廢氣中的氧氣的濃度的函數(shù)。
如同在上述各個(gè)實(shí)施例中所描述的那樣，氣體濃度測(cè)量設(shè)備可以與包括由固體電解質(zhì)體構(gòu)成的第一和第二單元的復(fù)合氣體濃度測(cè)量傳感器一同使用。第一單元如同泵單元一樣工作，以將氧氣分子抽出或抽進(jìn)在傳感器體上形成的第一氣室，并且輸出被抽出的氧氣分子的濃度的信號(hào)指示。第二單元如同傳感器單元一樣工作，以產(chǎn)生預(yù)選氣體成分的濃度的信號(hào)指示，所述預(yù)選氣體成分從第一氣室流入第二氣室。例如，混合氣體濃度測(cè)量傳感器可以被用于測(cè)量包含在機(jī)動(dòng)車引擎的廢氣中的NOx物的濃度。此外，混和氣體濃度測(cè)量傳感器可以被設(shè)計(jì)為具有第三單元，充當(dāng)監(jiān)控單元或第二泵單元，以產(chǎn)生作為殘留在第二氣室中的氧氣分子濃度的函數(shù)的電動(dòng)力。
或者，有效化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量模式可以在傳感器控制電路30、80、90或者120中，以下述方式實(shí)現(xiàn)。
例如，圖1中將運(yùn)算放大器34的輸出連接到傳感器元件10的傳感器控制電路30的開關(guān)35被斷開，以阻斷流向傳感器控制電路30的傳感器元件電流Ip。這導(dǎo)致指明廢氣中的氧氣濃度為0％的0毫安的參考傳感器元件電流被創(chuàng)立。傳感器控制電路從傳感器元件10接收作為0毫安輸出的函數(shù)的A/F輸出電壓AFO1和AFO2。換言之，傳感器控制電路30斷開傳感器元件10的電路，以將其自己放入等同于當(dāng)測(cè)量0％的廢氣中的氧氣濃度時(shí)的環(huán)境。在開關(guān)35的“開”狀態(tài)和“關(guān)”狀態(tài)之間的切換可以使用例如晶體管這樣的開關(guān)元件來實(shí)現(xiàn)。
或者，有效化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量模式可以通過以下方式來實(shí)現(xiàn)將例如圖1中的電流測(cè)量電阻32連接到傳感器元件10的“加”和“減”端之一，在另一端安裝一個(gè)開關(guān)，并且斷開開關(guān)，以使得穿過傳感器元件10的電路形成開路。
有效化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量模式也可以通過以下方式來實(shí)現(xiàn)，例如把通向傳感器元件10的“加”和“減”端的傳感器控制電路30的接合端子置于相同的電勢(shì)，因此可以將0V施加到傳感器元件10。這導(dǎo)致0毫安的電流流過傳感器元件10。
或者，微型計(jì)算機(jī)20可以被設(shè)計(jì)為用于使用AFR寬范圍測(cè)量信號(hào)AFO1來計(jì)算在就空氣燃料混合比而言的12至22的窄AFR測(cè)量范圍中的兩個(gè)氧氣的實(shí)際濃度，在氧氣實(shí)際濃度發(fā)現(xiàn)化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量信號(hào)AFO2的兩個(gè)誤差，以通過以上所述的插值確定在運(yùn)算放大器39的實(shí)際輸出特性和參考輸出特性之間的誤差，并且校正化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量信號(hào)AFO2的被采樣的瞬時(shí)值，以便補(bǔ)償這種誤差。這適合難以將傳感器控制電路30放入有效化學(xué)計(jì)量AFR測(cè)量模式中的情況。
或者，氣體濃度測(cè)量設(shè)備可以被設(shè)計(jì)為用于測(cè)量機(jī)動(dòng)車引擎的廢氣中的HC或CO的濃度。可通過以下方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)HC或CO的濃度的測(cè)量使用泵單元將過量的氧氣(O2)抽出第一氣室，并使用傳感器單元來分解進(jìn)入第二氣室的氣體中的HC和CO，以產(chǎn)生指明HC或CO濃度的電信號(hào)。
盡管用優(yōu)選實(shí)施例公開了本發(fā)明以便于更好地理解，但是應(yīng)該知道，在不脫離本發(fā)明原則的情況下，可以以各種方法實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因而，本發(fā)明應(yīng)該理解為包括所有可行的實(shí)施例及示出實(shí)施例的變化形式，這些變化形式不脫離在附加權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的原理。
權(quán)利要求
1.一種用于采樣氣體濃度傳感器的輸出的氣體濃度測(cè)量設(shè)備，所述氣體濃度傳感器包括由固體電解質(zhì)體構(gòu)成的傳感器元件，所述固體電解質(zhì)體產(chǎn)生電流，作為特定氣體成分的濃度的函數(shù)，所述氣體濃度測(cè)量設(shè)備包括第一信號(hào)輸出電路，用于輸出作為由所述傳感器元件產(chǎn)生的電流的函數(shù)的第一傳感器信號(hào)，所述第一傳感器信號(hào)用于確定在第一氣體濃度范圍中的所述特定氣體成分的濃度；第二信號(hào)輸出電路，用于輸出作為所述電流的函數(shù)的第二傳感器信號(hào)，所述第二傳感器信號(hào)用于確定在第二氣體濃度范圍中的所述特定氣體成分的濃度，所述第二氣體濃度范圍不同于所述第一氣體濃度范圍；以及氣體濃度確定電路，用于采樣所述第一和第二傳感器信號(hào)，以確定在所述第一和第二氣體濃度范圍中的所述特定氣體成分的濃度，所述氣體濃度確定電路分析所述第一傳感器信號(hào)的值以確定第一輸出特性誤差，該誤差是實(shí)際輸出特性與所述第一信號(hào)輸出電路的確定的參考輸出特性之間的差值，當(dāng)所述氣體成分在所述第二氣體濃度范圍中時(shí)，所述氣體濃度確定電路采樣所述第一傳感器信號(hào)和所述第二傳感器信號(hào)的值，所述氣體濃度確定電路使用由所述第一傳感器信號(hào)的所述采樣值指明的所述氣體成分的濃度和所述第一輸出特性誤差來計(jì)算所述氣體成分的實(shí)際濃度，所述氣體濃度確定電路確定緊接著所述氣體成分的所述實(shí)際濃度的計(jì)算而被采樣的所述第二傳感器信號(hào)的值與所述第二信號(hào)輸出電路的確定的參考輸出特性的對(duì)應(yīng)值之間的差值，所述差值作為所述第二信號(hào)輸出電路的第二輸出特性誤差。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體濃度測(cè)量設(shè)備，其中，所述氣體濃度確定電路在所述氣體成分的兩個(gè)不同濃度采樣所述第一傳感器信號(hào)的值，并確定兩個(gè)輸出誤差，所述兩個(gè)輸出誤差是所述第一傳感器信號(hào)的所述采樣值與所述第一信號(hào)輸出電路的確定的參考輸出特性的對(duì)應(yīng)值之間的差值，所述氣體濃度確定電路使用所述確定的兩個(gè)誤差計(jì)算在所述第二氣體濃度范圍中的所述氣體成分的實(shí)際濃度。
3.如權(quán)利要求2所述的氣體濃度測(cè)量設(shè)備，其中，所述氣體濃度確定電路對(duì)所述第一傳感器信號(hào)的所述兩個(gè)輸出誤差執(zhí)行插值運(yùn)算，以確定在所述第二氣體濃度范圍中的所述特定氣體成分的實(shí)際濃度。
4.如權(quán)利要求2所述的氣體濃度測(cè)量設(shè)備，其中，所述氣體成分是氧氣，所述第一氣體濃度范圍在0％的氧氣濃度和等同于空氣的濃度，即與大氣中的氧氣濃度相等的氧氣濃度之間，并且其中，所述氣體濃度確定電路在0％的氧氣濃度和等同于空氣的濃度采樣所述第一傳感器信號(hào)的值，以確定所述兩個(gè)輸出誤差。
5.如權(quán)利要求4所述的氣體濃度測(cè)量設(shè)備，還包括傳感器控制電路和開關(guān)電路，所述傳感器控制電路包括所述第一和第二信號(hào)輸出電路，并且向所述傳感器元件施加電壓，以產(chǎn)生穿過所述傳感器元件的電流的流動(dòng)，所述傳感器控制電路在第一模式下運(yùn)行以采樣所述第一和第二傳感器信號(hào)，所述第一和第二傳感器信號(hào)用于確定在所述第一和第二氣體濃度范圍中的所述氧氣濃度，并且所述傳感器控制電路在第二模式下運(yùn)行以產(chǎn)生參考傳感器信號(hào)，該信號(hào)是所述第一傳感器信號(hào)的值并且指明0％的氧氣濃度，當(dāng)要求時(shí)，所述開關(guān)用于在所述傳感器控制電路的所述第一和第二模式之間進(jìn)行切換。
6.如權(quán)利要求4所述的氣體濃度測(cè)量設(shè)備，其中，所述氣體濃度確定電路在所述0％的氧氣濃度采樣所述第二傳感器信號(hào)的值并且確定輸出誤差，該誤差是所述第二傳感器信號(hào)的所述采樣值與所述第二信號(hào)輸出電路的確定的參考輸出特性的對(duì)應(yīng)值之間的差值，以及確定一個(gè)輸出誤差，該誤差是緊接著所述氧氣實(shí)際濃度的計(jì)算而采樣的所述第二傳感器信號(hào)的值與所述第二信號(hào)輸出電路的確定的參考輸出特性的對(duì)應(yīng)值之間的差值，所述氣體濃度確定電路還包括校正電路，用于校正所述第二信號(hào)輸出的采樣值，以便補(bǔ)償所述第二傳感器信號(hào)的輸出誤差。
7.如權(quán)利要求1所述的氣體濃度測(cè)量設(shè)備，其中，所述氣體濃度確定電路用于在所述第二氣體濃度范圍內(nèi)的兩個(gè)所述氣體成分濃度采樣所述第一傳感器信號(hào)的值，以利用所述第一輸出特性誤差來確定所述氣體成分的兩個(gè)實(shí)際濃度，所述氣體濃度確定電路確定兩個(gè)輸出誤差，它們是所述第一傳感器信號(hào)的所述采樣值與所述第一信號(hào)輸出電路的確定的參考輸出特性的對(duì)應(yīng)值之間的差值，并且使用所述兩個(gè)輸出誤差來計(jì)算所述第二輸出特性誤差，還包括校正電路，用于校正所述第二信號(hào)輸出的采樣值，以便補(bǔ)償所述第二輸出特性誤差。
8.如權(quán)利要求1所述的氣體濃度測(cè)量設(shè)備，其中，所述第一信號(hào)輸出電路用于以第一放大因子放大其中的輸入，以輸出所述第一傳感器信號(hào)，所述輸入是由所述傳感器元件產(chǎn)生的所述電流的函數(shù)，所述第二信號(hào)輸出電路用于以第二放大因子放大其中的輸入以輸出所述第二傳感器信號(hào)，所述輸入是由所述傳感器元件產(chǎn)生的所述電流的函數(shù)，并且所述第二放大因子不同于所述第一放大因子。
9.如權(quán)利要求8所述的氣體濃度測(cè)量設(shè)備，其中，所述第一放大因子小于所述第二放大因子。
10.一種用于采樣氣體濃度傳感器的輸出的氣體濃度測(cè)量設(shè)備，所述氣體濃度傳感器包括由固體電解質(zhì)體構(gòu)成的傳感器元件，所述固體電解質(zhì)體所產(chǎn)生的電流作為內(nèi)燃機(jī)排放廢氣的氧氣濃度的函數(shù)，所述氣體濃度測(cè)量設(shè)備包括第一信號(hào)輸出電路，用于輸出作為所述電流的函數(shù)的第一傳感器信號(hào)，所述第一傳感器信號(hào)用于確定在寬濃度范圍中的所述氧氣濃度，所述寬濃度范圍包括等于0％氧氣濃度的按化學(xué)計(jì)量配比氧氣濃度和等同于空氣的濃度，即與大氣的氧氣濃度相等的氧氣濃度；第二信號(hào)輸出電路，用于輸出作為所述電流的函數(shù)的第二傳感器信號(hào)，所述第二傳感器信號(hào)用于確定在窄濃度范圍內(nèi)的氧氣濃度，所述窄濃度范圍包括所述按化學(xué)計(jì)量配比氧氣濃度并且不包括等同于空氣的氧氣濃度；以及氣體濃度確定電路，用于采樣所述第一和第二傳感器信號(hào)以確定在所述第一和第二氣體濃度范圍中的氧氣濃度，所述氣體濃度確定電路在所述按化學(xué)計(jì)量配比氧氣濃度和所述等同于空氣的濃度采樣所述第一傳感器信號(hào)的值，確定兩個(gè)輸出誤差，所述輸出誤差是所述第一傳感器信號(hào)的采樣值與所述第一信號(hào)輸出電路的確定的參考輸出特性的對(duì)應(yīng)值之間的差值，將這兩個(gè)輸出誤差作為所述第一信號(hào)輸出電路的第一輸出特性誤差，當(dāng)所述氧氣濃度處于所述第二氣體濃度范圍內(nèi)時(shí)，采樣所述第一傳感器信號(hào)和所述第二傳感器信號(hào)的值，利用由所述第一傳感器信號(hào)的所述采樣值指明的氧氣濃度和所述第一信號(hào)輸出電路的所述第一輸出特性誤差計(jì)算所述氧氣實(shí)際的濃度，并且確定緊接著所述氧氣的實(shí)際濃度的計(jì)算而采樣的所述第二傳感器信號(hào)的值和所述第二信號(hào)輸出電路的確定的參考輸出特性的對(duì)應(yīng)值之間的差值，將該差值作為所述第二信號(hào)輸出電路的第二輸出特性誤差。
11.如權(quán)利要求10所述的氣體濃度測(cè)量設(shè)備，還包括傳感器控制電路和開關(guān)電路，所述傳感器控制電路包括所述第一和第二信號(hào)輸出電路，并且向所述傳感器元件施加電壓，以產(chǎn)生穿過所述傳感器元件的電流的流動(dòng)，所述傳感器控制電路在第一模式下運(yùn)行以采樣所述第一和第二傳感器信號(hào)，所述第一和第二傳感器信號(hào)用于確定在所述第一和第二氣體濃度范圍中的所述氧氣濃度，并且所述傳感器控制電路在第二模式下運(yùn)行以產(chǎn)生參考傳感器信號(hào)，該信號(hào)是所述第一傳感器信號(hào)的值并且指明0％的氧氣濃度，當(dāng)要求時(shí)，所述開關(guān)用于在所述傳感器控制電路的所述第一和第二模式之間進(jìn)行切換。
12.如權(quán)利要求11所述的氣體濃度測(cè)量設(shè)備，其中，所述氣體濃度確定電路在所述0％的氧氣濃度采樣所述第二傳感器信號(hào)的值并且確定輸出誤差，該誤差是所述第二傳感器信號(hào)的所述采樣值與所述第二信號(hào)輸出電路的確定的參考輸出特性的對(duì)應(yīng)值之間的差值，以及確定一個(gè)輸出誤差，該誤差是緊接著所述氧氣實(shí)際濃度的計(jì)算而采樣的所述第二傳感器信號(hào)的值與所述第二信號(hào)輸出電路的確定的參考輸出特性的對(duì)應(yīng)值之間的差值，所述氣體濃度測(cè)量電路還包括校正電路，用于校正所述第二信號(hào)輸出的采樣值，以便補(bǔ)償所述第二傳感器信號(hào)的輸出誤差。
13.如權(quán)利要求10所述的氣體濃度測(cè)量設(shè)備，其中，所述氣體濃度確定電路用于在所述第二氣體濃度范圍內(nèi)的兩個(gè)氧氣濃度采樣所述第一傳感器信號(hào)的值，以利用所述第一輸出特性誤差來確定所述氧氣的兩個(gè)實(shí)際濃度，所述氣體濃度確定電路確定兩個(gè)輸出誤差，所述輸出誤差是所述第一傳感器信號(hào)的所述采樣值與所述第一信號(hào)輸出電路的確定的參考輸出特性的對(duì)應(yīng)值之間的差值，并且使用所述兩個(gè)輸出誤差來計(jì)算所述第二輸出特性誤差，還包括校正電路，用于校正所述第二信號(hào)輸出的采樣值，以便補(bǔ)償所述第二輸出特性誤差。
14.如權(quán)利要求10所述的氣體濃度測(cè)量設(shè)備，其中，所述第一信號(hào)輸出電路用于以第一放大因子放大其中的輸入，以輸出所述第一傳感器信號(hào)，該輸入是由所述傳感器元件產(chǎn)生的所述電流的函數(shù)，所述第二信號(hào)輸出電路用于以第二放大因子放大其中的輸入，以輸出所述第二傳感器信號(hào)，該輸入是由所述傳感器元件產(chǎn)生的所述電流的函數(shù)，并且所述第二放大因子不同于所述第一放大因子。
15.如權(quán)利要求14所述的氣體濃度測(cè)量設(shè)備，其中，所述第一放大因子小于所述第二放大因子。
全文摘要
提供了一種用于機(jī)動(dòng)車引擎的空氣燃料混合比控制的氣體濃度測(cè)量設(shè)備，所述氣體濃度測(cè)量設(shè)備用于使用第一和第二傳感器信號(hào)，在處于寬和窄范圍中的不同分辨率，確定氧氣濃度，所述第一和第二傳感器信號(hào)被第一和第二運(yùn)算放大器以不同的放大因子放大。所述設(shè)備在不同的氧氣濃度采樣第一傳感器信號(hào)的值，以發(fā)現(xiàn)第一運(yùn)算放大器的輸出特性誤差，并且確定實(shí)際的氧氣濃度，以使用第一運(yùn)算放大器的輸出特性誤差和實(shí)際氧氣濃度來計(jì)算第二運(yùn)算放大器的輸出特性誤差。這就使得可以校正所述第一和第二傳感器信號(hào)的值，以便補(bǔ)償所述第一和第二運(yùn)算放大器的輸出特性。
文檔編號(hào)G01N27/409GK1715900SQ20051007918
公開日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2005年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月28日
發(fā)明者川瀨友生, 黑川英一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝