專利名稱：用于廢氣傳感器的加熱器控制裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于廢氣傳感器的加熱器控制裝置和加熱器控制方法。
背景技術(shù)：
已知一種內(nèi)燃機(jī)，在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通道內(nèi)設(shè)有廢氣傳感器，該廢氣傳感器根據(jù)廢氣中特定成分的量或濃度產(chǎn)生輸出，例如，根據(jù)廢氣中的氧濃度產(chǎn)生輸出的氧濃度傳感器，并且基于氧濃度傳感器的輸出電壓控制空燃比。但是，前述廢氣傳感器的輸出根據(jù)傳感器元件的溫度而變化。 為克服該問(wèn)題，在一種已知的內(nèi)燃機(jī)中，氧濃度傳感器設(shè)有電加熱器，其用于加熱傳感器元件，使得傳感器元件的溫度保持在預(yù)定目標(biāo)溫度(見日本專利申請(qǐng)公開No. 2005-2974 (JP-A-2005-2974))。在這種技術(shù)中，傳感器元件的溫度由傳感器元件的阻抗表示。因此，預(yù)先設(shè)定表示目標(biāo)溫度的目標(biāo)阻抗，并檢測(cè)傳感器元件的實(shí)際阻抗，且控制電加熱器的輸出，使得實(shí)際阻抗變得等于目標(biāo)阻抗。 但是，傳感器元件的阻抗根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的燃料的特性而變化。具體地，在發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的燃料為例如含有酒精的汽油的情況下，傳感器元件的阻抗會(huì)根據(jù)燃料中的酒精濃度而變化。這是因?yàn)閺U氣的成分根據(jù)燃料中的酒精濃度而變化，并且，例如由氧化鋯形成的電解質(zhì)部分的電阻抗根據(jù)廢氣中含有的成分而變化。因此，即使實(shí)際阻抗保持在目標(biāo)阻抗，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的燃料的特性的不同，也可能傳感器元件的實(shí)際溫度并未保持在目標(biāo)溫度。這意味著廢氣傳感器的輸出并不一定準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面涉及一種用于配備有加熱器的廢氣傳感器的加熱器控制裝置，所述廢氣傳感器設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通道內(nèi)。所述加熱器控制裝置包括檢測(cè)裝置，其用于檢測(cè)所述內(nèi)燃機(jī)中使用的燃料的特性；設(shè)定裝置，其用于基于檢測(cè)到的所述燃料的特性來(lái)設(shè)定目標(biāo)阻抗；以及控制裝置，其用于控制所述廢氣傳感器的加熱器輸出，使得所述廢氣傳感器的傳感器元件的阻抗變得等于所設(shè)定的目標(biāo)阻抗。該加熱器控制裝置控制成使得由所述阻抗表示的所述傳感器元件的溫度變得等于由所述目標(biāo)阻抗表示的目標(biāo)溫度。
本發(fā)明的第二方面涉及一種用于配備有加熱器的廢氣傳感器的加熱器控制方法，所述廢氣傳感器設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通道內(nèi)。所述加熱器控制方法包括檢測(cè)所述內(nèi)燃機(jī)中使用的燃料的特性的步驟、基于檢測(cè)到的燃料特性來(lái)設(shè)定所述廢氣傳感器的傳感器元件的目標(biāo)阻抗的步驟、以及控制所述廢氣傳感器的加熱器輸出使得所述廢氣傳感器的傳感器元件的阻抗變得等于所設(shè)定的目標(biāo)阻抗的步驟。 不管發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的燃料的特性如何，傳感器元件的溫度都可保持在目標(biāo)溫度，因此可保持廢氣傳感器的輸出的準(zhǔn)確度。


參考附圖，從下面具體實(shí)施例的描述可清楚本發(fā)明的前述及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中相同的附圖標(biāo)記用于表示相同的元件，并且其中圖1為內(nèi)燃機(jī)的總圖；圖2為示出氧濃度傳感器的輸出電壓的曲線圖；圖3為從概念上示出氧濃度傳感器的構(gòu)造的圖；圖4為示出傳感器元件的阻抗Z的曲線圖；圖5為示出目標(biāo)阻抗ZT的脈譜圖(map)的曲線圖；以及圖6為用于執(zhí)行傳感器溫度控制程序的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了發(fā)動(dòng)機(jī)主體1、氣缸體2、氣缸蓋3、活塞4、燃燒室5、進(jìn)氣門6、進(jìn)氣口7、排氣門8、排氣口 9和火花塞10。各氣缸的進(jìn)氣口 7通過(guò)相應(yīng)的一個(gè)進(jìn)氣支管11連接到穩(wěn)壓罐12上。穩(wěn)壓罐12通過(guò)進(jìn)氣管13連接到空氣濾清器14上。在進(jìn)氣管13內(nèi)布置有空氣流量計(jì)15和由步進(jìn)電機(jī)16驅(qū)動(dòng)的節(jié)氣門17。另外，各進(jìn)氣口 7附裝有燃料噴射閥18。燃料噴射閥18連接到共軌19。共軌19通過(guò)燃料泵20連接到燃料罐21，燃料泵20允許控制從其排出的量。共軌19附裝有燃料壓力傳感器22。從燃料泵20排出的量被控制成使得由燃料壓力傳感器22檢測(cè)到的共軌19內(nèi)的燃料壓力變得等于目標(biāo)壓力。另外，燃料罐20附裝有用于檢測(cè)燃料罐20內(nèi)的燃料特性的燃料特性傳感器23。 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使用通過(guò)混合汽油與酒精得到的含有酒精的汽油。這樣，燃料中的酒精濃度可從例如零至百分之百變化。因此，在該實(shí)施例中，燃料特性傳感器23由根據(jù)燃料中的酒精濃度產(chǎn)生輸出的酒精濃度傳感器構(gòu)造而成。 另一方面，氣缸的排氣口 9通過(guò)排氣歧管24相應(yīng)的支管以及排氣管25連接到催化器26上。催化器26連接到排氣管27上。在排氣管25中附裝有廢氣傳感器28。
廢氣傳感器28根據(jù)廢氣中特定成分的量或濃度產(chǎn)生輸出。在本發(fā)明的實(shí)施例中，廢氣傳感器28由根據(jù)廢氣中的氧濃度產(chǎn)生輸出電壓的氧濃度傳感器構(gòu)成。當(dāng)廢氣中的氧濃度低時(shí)，氧濃度傳感器28的輸出電壓V基本變?yōu)榱?伏特)，當(dāng)氧濃度高時(shí)基本達(dá)到1.0(伏特)，如圖2中所示。順帶地，在圖2中，當(dāng)空燃比為理論空燃比時(shí)，產(chǎn)生的輸出電壓V圖示為VR。這里應(yīng)當(dāng)理解，廢氣中的氧濃度表示空燃比，當(dāng)輸出電壓V基本為零(伏特)時(shí)，空燃比濃(rich)，當(dāng)輸出電壓V為1.0 (伏特)時(shí)，空燃比稀(lean)。另外，當(dāng)空燃比變化穿過(guò)理想空燃比時(shí)，輸出電壓V急劇地變化。 圖3從概念上示出了氧濃度傳感器28的構(gòu)造。如圖3中所示，氧濃度傳感器28包括傳感器元件28a和電加熱器28b。傳感器元件28a產(chǎn)生前述輸出電壓V。另一方面，電加熱器28b設(shè)置用于調(diào)節(jié)傳感器元件28a的溫度。當(dāng)電加熱器28b的輸出增大時(shí)，傳感器元件28a的溫度升高。當(dāng)電加熱器28b的輸出減小時(shí)，傳感器元件28a的溫度降低。
再參考圖1，電子控制單元30由包括ROM(只讀存儲(chǔ)器)32、 RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)33、CPU (中央處理單元或微處理器)34、輸入端口 35和輸出端口 36的數(shù)字計(jì)算機(jī)構(gòu)成。它們通過(guò)雙向總線31彼此連接。加速器踏板39連接到載荷傳感器40上，該載荷傳感器產(chǎn)生與加速器踏板39的踩下量成正比的輸出電壓。空氣流量計(jì)15、燃料壓力傳感器22、酒精濃度傳感器23、氧濃度傳感器28的傳感器元件28a和載荷傳感器40的輸出電壓通過(guò)相應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器38輸入到輸入端口 35。另外，曲軸角度傳感器41在曲軸每旋轉(zhuǎn)例如30。時(shí)產(chǎn)生一次輸出脈沖，并且該輸出脈沖被輸入到輸入端口 35。 CPU 34基于曲軸角度傳感器41的輸出脈沖計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Ne。另一方面，輸出端口在36通過(guò)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路38連接到 火花塞10、步進(jìn)電機(jī)16、燃料噴射閥17和燃料泵20。 如果氧濃度傳感器28的傳感器元件28a的溫度低于其激活溫度，那么氧濃度傳感 器28的輸出電壓可能變得不穩(wěn)定，即，氧濃度傳感器28的輸出電壓可能無(wú)法準(zhǔn)確地表示廢 氣中的氧濃度。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，控制傳感器元件28a的溫度以保持在高于或等 于激活溫度的目標(biāo)溫度。 在這種情形下，傳感器元件28a的溫度可由傳感器元件28a的阻抗表示。在本發(fā) 明的實(shí)施例中，設(shè)定表示目標(biāo)溫度的目標(biāo)阻抗，并且檢測(cè)表示傳感器元件28a的實(shí)際溫度 的實(shí)際阻抗，電加熱器28b的輸出是例如反饋式控制的，使得所述實(shí)際阻抗變得等于目標(biāo) 阻抗。 但是，傳感器元件28a的阻抗根據(jù)燃料中的酒精濃度而變化。具體地，如圖4中所 示，雖然傳感器元件28a的溫度T是固定的，但是燃料中的酒精濃度CA越高，就導(dǎo)致傳感器 元件28a的阻抗Z越大，酒精濃度CA越低，導(dǎo)致阻抗Z越小。 在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，目標(biāo)阻抗Z是根據(jù)燃料中的酒精濃度CA而變化的。具 體地，如圖5中所示，目標(biāo)阻抗ZT設(shè)定為隨著酒精濃度CA升高而變大。結(jié)果，不管酒精濃 度CA如何，傳感器元件28a的實(shí)際溫度都可保持在目標(biāo)溫度，因此可保持氧濃度傳感器28 的輸出準(zhǔn)確度。目標(biāo)阻抗ZT以圖5中所示脈譜圖的形式預(yù)先存儲(chǔ)在R0M 32中。
從前面的描述可總結(jié)出，檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)中使用的燃料的特性，并基于檢測(cè)到的燃料 特性設(shè)定目標(biāo)溫度，并且控制廢氣傳感器的加熱器輸出，使得廢氣傳感器的傳感器元件的 阻抗變得等于目標(biāo)阻抗，從而由阻抗表示的傳感器元件的溫度變得等于由目標(biāo)阻抗表示的 目標(biāo)溫度。 圖6示出了該實(shí)施例的傳感器溫度控制程序。在每個(gè)預(yù)先確定的設(shè)定時(shí)間通過(guò)中 斷(interrupt)來(lái)執(zhí)行該程序。 參考圖6，首先在步驟100中，通過(guò)酒精濃度傳感器23檢測(cè)燃料中的酒精濃度CA。 隨后在步驟101中，從圖5所示的脈譜圖得到目標(biāo)阻抗ZT。隨后在步驟102中，計(jì)算實(shí)際阻 抗ZA。具體地，檢測(cè)傳感器元件28a的電壓和電流，并從電流和電壓計(jì)算實(shí)際阻抗ZA。隨 后在步驟103中，控制電加熱器28b的輸出，使得實(shí)際阻抗ZA變得等于目標(biāo)阻抗ZT。
在前面的實(shí)施例中，通過(guò)燃料特性傳感器檢測(cè)燃料特性。但是，也可想到用于檢測(cè) 燃料特性的各種其它方法。例如，可基于在執(zhí)行空燃比反饋修正時(shí)發(fā)生的空燃比擺動(dòng)中心 的偏差來(lái)檢測(cè)所述燃料特性。另外，還可允許僅在進(jìn)行重新添加燃料之后立即檢測(cè)一次燃 料特性，并省略燃料特性的檢測(cè)，直到進(jìn)行下一次重新添加燃料時(shí)為止。
在所示實(shí)施例中，控制器使用通用處理器。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可使用 單個(gè)特定用途集成電路(例如，ASIC)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制器，所述特定用途集成電路具有用于整體 系統(tǒng)水平控制的主或中央處理器部分和專用于在中央處理器部分的控制下執(zhí)行各種不同 具體計(jì)算、功能和其它程序的單獨(dú)部分?？刂破骺蔀槎鄠€(gè)單獨(dú)的專用或可編程集成的或其
它電子電路或裝置(例如，硬連線的電子或邏輯電路，例如分立元件電路，或可編程邏輯裝 置，例如PLD、PLA、PAL或類似物)?？刂破骺蛇m當(dāng)?shù)鼐幊桃詥为?dú)或連同一個(gè)或多個(gè)外圍(例 如集成電路)數(shù)據(jù)和信號(hào)處理裝置與通用計(jì)算機(jī)一起使用，所述通用計(jì)算機(jī)例如是微處理 器、微控制器或其它處理器裝置(CPU或MPU)?？傊軌驁?zhí)行本文所述程序的有限態(tài)機(jī)器的任意裝置或裝置組件都可用作控制器。分布式處理結(jié)構(gòu)可用于最大數(shù)據(jù)/信號(hào)處理能力 和速度。
權(quán)利要求
一種用于配備有加熱器的廢氣傳感器的加熱器控制裝置，所述廢氣傳感器設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通道內(nèi)，所述加熱器控制裝置包括檢測(cè)裝置，其用于檢測(cè)所述內(nèi)燃機(jī)中使用的燃料的特性；設(shè)定裝置，其用于基于檢測(cè)到的所述燃料的特性來(lái)設(shè)定所述廢氣傳感器的傳感器元件的目標(biāo)阻抗；以及控制裝置，其用于控制所述廢氣傳感器的加熱器輸出，使得所述廢氣傳感器的傳感器元件的阻抗變得等于所設(shè)定的目標(biāo)阻抗，從而由所述傳感器元件的阻抗表示的所述傳感器元件的溫度變得等于由所述目標(biāo)阻抗表示的目標(biāo)溫度。
2. 如權(quán)利要求1所述的加熱器控制裝置，其中所述檢測(cè)裝置設(shè)在燃料箱內(nèi)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的加熱器控制裝置，其中所述檢測(cè)裝置為酒精濃度傳感器。
4. 如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的加熱器控制裝置，其中所述控制裝置通過(guò)控制所述加熱器輸出來(lái)控制所述加熱器的溫度。
5. —種用于配備有加熱器的廢氣傳感器的加熱器控制方法，所述廢氣傳感器設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通道內(nèi)，所述加熱器控制方法包括檢測(cè)所述內(nèi)燃機(jī)中使用的燃料的特性；基于檢測(cè)到的燃料特性來(lái)設(shè)定所述廢氣傳感器的傳感器元件的目標(biāo)阻抗；以及控制所述廢氣傳感器的加熱器輸出，使得所述廢氣傳感器的傳感器元件的阻抗變得等于所設(shè)定的目標(biāo)阻抗。
6. —種用于配備有加熱器的廢氣傳感器的加熱器控制裝置，所述廢氣傳感器設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通道內(nèi)，所述加熱器控制裝置包括檢測(cè)裝置，其檢測(cè)所述內(nèi)燃機(jī)中使用的燃料的特性；設(shè)定裝置，其基于檢測(cè)到的所述燃料的特性來(lái)設(shè)定目標(biāo)阻抗；以及控制器，其控制所述廢氣傳感器的加熱器輸出，使得所述廢氣傳感器的傳感器元件的阻抗變得等于所設(shè)定的目標(biāo)阻抗，從而由所述傳感器元件的阻抗表示的傳感器元件的溫度變得等于由所述目標(biāo)阻抗表示的目標(biāo)溫度。
全文摘要
氧濃度傳感器(28)布置在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通道中。檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)中使用的燃料中的酒精濃度?；跈z測(cè)的酒精濃度設(shè)定目標(biāo)阻抗。檢測(cè)氧濃度傳感器(28)的傳感器元件的實(shí)際阻抗?？刂茝U氣傳感器的加熱器輸出，使得所述實(shí)際阻抗變得等于目標(biāo)阻抗，從而由阻抗表示的傳感器的溫度變得等于由目標(biāo)阻抗表示的目標(biāo)溫度。
文檔編號(hào)F02D41/14GK101715510SQ200880000983
公開日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2008年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月27日
發(fā)明者井出悅弘, 青木圭一郎 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社