专利名称：氧气传感器加热器控制策略的制作方法
氧气传感器加热器控制策略 相关申请的交叉引用 现在参考图1，示出了发动机系统100的功能框图。空气 通过进气歧管104引入发动机102。节气门106改变引入进气歧管104 的空气体积。空气与来自一个或更多燃料喷射器108的燃料混合，形 成空气和燃料(A/F)混合物。A/F混合物在发动机102的一个或更多 气缸(如气缸110)中燃烧。在各种发动机系统中，如发动机系统IOO， 燃烧可以由来自火花塞112的火花启动。得到的排气从气缸排除给排 气系统114。 发动机控制模块(ECM) 120接收氧气传感器116的输出 且从其它传感器122接收信号。其它传感器122包括例如，歧管绝对 压力(MAP)传感器和进气空气温度(IAT)传感器。ECM120基于氧 气传感器116的输出控制A/F混合物。此外，ECM120可以基于来自 其它传感器122的信号控制A/F混合物。
当发动机102启动时，氧气传感器116的温度很可能低。 因而，在发动机启动之后，氧气传感器116的输出很可能不可靠。当 氧气传感器116的输出不可靠时，ECM120可以独立于氧气传感器116 的输出控制A/F混合物。在其它特征中，所述加热才莫块还包括平均空气质量流量 (MAF)模块和缩减确定模块。所述平均MAF模块基于跨过一定时间 周期的累积空气质量确定平均MAF。所述缩减确定模块基于所述平均 MAF确定缩减因数。所述估算质量模块基于所述缩减因数减小估算空 气质量。 在其它特征中，估算空气质量纟皮确定，以在发动机启动 之后从排气系统内表面去除凝结物。内表面包括排气系统内介于所述 发动才几和氧气传感器之间的表面。
—种系统包括发动机控制模块，所述发动机控制模块包 括加热控制模块和具有加热器的氧气传感器。发动机控制模块基于氧 气传感器的输出选择性地调节发动机的操作参数。发动机控制模块确 定氧气传感器的温度，且在所述温度大于第一预定温度时调节操作参 数。所述发动机控制模块基于加热器的电阻确定所述温度。 在其它特征中，估算空气质量是预定值。累积空气质量 基于测量的进气空气质量确定。在其它特征中，调节氧气传感器的温 度包括指示加热器功率源以调节施加到氧气传感器加热器的电压和电 流中的至少一个。 在其它特征中，估算空气质量被确定，以在发动机启动 之后从排气系统内表面去除凝结物。内表面包括排气系统内介于所述 发动机和氧气传感器之间的表面。所述方法还包括基于氧气传感器的 输出选择性地调节发动机的操作参数。 进一步的应用领域/人在此提供的i兌明显而易见。应当理 解的是，说明和具体示例仅为说明的目的且并没有意图限制本披露的 范围。
0020从详细描述和附图将更充分地理解本发明，在附图中
以下说明本质上仅为示范性的且绝不意图限制本披露、
它的应用、或使用。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记标 识类似的元件。如在此所-使用的，短语"A、 B和C中的至少一个，，应 当理解为意味着使用非排他逻辑或的一种逻辑(A或B或C)。应当 理解的是，方法内的步骤可以以不同顺序执行而不改变本披露的原理。 当氧气传感器的温度达到第二温度时，发动机控制器开 始使用氧气传感器的输出。然而，在一些实施例中，发动机控制器也 可以在温度达到第 一温度之后使用该输出。 喷射的燃料与空气混合，产生A/F混合物。活塞(未示 出)在气缸110内压缩A/F混合物。在许多应用中，A/F混合物的燃烧 可以由来自于火花塞112的火花引发。可替换地，发动机102可以是任何适当类型的发动机，如压燃式发动机或混合式发动机，且可能不
包括火花塞112。在许多应用中，发动机102每个气缸包括一个火花塞。 氧气传感器116包括加热器，加热器从加热器功率源118 接收功率。ECM220包括加热冲莫块224,加热才莫块224控制对氧气传感 器116的加热器的功率施加，从而控制氧气传感器116的温度。例如， 加热模块224借助于指示加热器功率源118增加或减少施加到加热器 的功率大小而调节氧气传感器116的温度。可替换地，加热模块224 可以借助于指示加热器功率源118增加或减少施加到加热器的功率的 占空比而调节该温度。 在发动机启动之后，发动机102产生的排气的温度4艮可 能大于排气系统114的内表面的温度。排气系统114的低温使得通过 的排气水蒸汽凝结，从而在发动机启动之后在排气系统114的内表面 上可存在凝结物。更具体而言，凝结物可以在内表面的温度小于排气 的露点(温度)时形成。此外，由于例如在发动机102先前停机之后 排气系统114的冷却，凝结物可能在发动机102启动时存在。 如果排气系统114内的气体小于露点，由于引入较热的 排气和排气系统114内的较冷的气体，可能形成凝结物。凝结物可沉 积在排气系统114的内表面上。凝结物也可以由于由例如催化转化器 产生的排气系统114内压力增加而存在。 ECM220和/或加热沖莫块224可确定氧气传感器116的温 度。在许多应用中，氧气传感器116的温度可根据加热器的电阻确定。 例如，ECM220可测量施加到加热器的电压和通过加热器的电流，并根 据测量的电压和电流确定加热器的电阻。可替换地，氧气传感器116 的温度可以任何适当方式确定，如通过温度传感器。排气系统114和/或氧气传感器116可包括防护设备(未 示出)。防护设备可防护氧气传感器116不受排气系统114内的凝结 物和/或其它物质冲击。当防护件的温度低(例如，低于排气的露点) 时，凝结物可能在防护件上形成。 在发动机102启动之后，随着时间经过，空气被吸入发 动机102,发动才几102内燃烧产生的热加热排气系统114。更具体而言，燃烧增加排气系统114的温度。因而，排气系统114的温度在空气吸
入发动才几102时增加。 当排气系统114的温度增加时，凝结物不太可能在排气 系统114的内表面上形成。在常压时，当内表面的温度达到排气的露 点时，凝结物形成将终止(直到以后的发动机启动)。当内表面的温 度大于露点时，内表面上存在的凝结物然后蒸发。凝结物蒸发的速率 也随着内表面温度的增加而增加。排气流也物理地从排气系统114去 除凝结物。当发动机启动之后足够质量的空气引入发动机102中时， 凝结物最终全部从排气系统114和排气系统114的内表面去除。 在其它应用中，估算空气质量可以确定为/人排气系统114 去除预定百分比凝结物。该百分比是可标定的，且可以设定成使得例 如在氧气传感器116的温度达到潜在损坏温度时刻之前凝结物将很可 能去除。 加热模块224根据累积空气质量和时间周期确定平均 MAF(g/s)。例如，周期可以基于在发动机启动之后经过了多少时间。 加热模块224根据平均MAF确定缩减因数(例如，0.4-1.0)。例如， 随着平均MAF增加，缩减因数降低。加热模块224基于缩减因数调节 估算空气质量。更具体而言，加热模块224基于缩减因数减小估算空 气质量。 —旦氧气传感器116的温度达到第二预定温度，氧气传 感器116的输出很可能是可靠的，且ECM220根据该输出控制A/F混 合物。然而，在许多应用中，ECM220可以在温度等于第一预定温度时 开始使用该输出控制A/F混合物。在第一预定温度时，氧气传感器116 的输出可能延迟和/或该输出的大小可能减小。因此，ECM220可以根 据对这些特性的认知调节A/F混合物的控制。现在参考图3,示出了加热模块224的示范性实施例的功 能框图。加热模块224包括累积质量模块304、平均空气质量流率 (MAF)模块306、缩减确定模块308、和估算质量模块310。累积质量冲莫块304从MAF传感器232接收MAF信号， 且根据MAF信号(g/s)确定累积空气质量(g)。例如，累积空气质 量可以通过以预定速率积分MAF并将单个MAF积分值求和确定。在 许多应用中，预定速率可以为每100ms—次。 缩减确定才莫块308基于平均MAF确定缩减因数。在许多应用中，缩减因数是大约0.4和大约1.0之间的值，并且当平均MAF增加时，缩减因数可以减小。缩减因数可以从例如由平均MAF索引的缩减因数查询表确定。估算质量模块310确定发动机启动之后的估算空气质量(g)。在许多应用中，估算质量模块310根据来自CT传感器230的CT信号确定估算空气质量。例如，根据0.0。C的冷却剂温度，估算质量才莫块310可以确定估算空气质量是400.Og。 估算质量模块310接收缩减因数且根据所述缩减因数调节估算空气质量。例如，估算质量模块310通过将缩减因数乘以估算空气质量调节估算空气质量。由此，估算质量模块310可减小估算空气质量。加热模块224也包括比较模块312和温度控制模块314。比较模块312将累积空气质量和估算空气质量比较。比较模块312根据该比较指示凝结物是否已经从排气系统114去除。例如，当累积空气质量大于估算空气质量时，凝结物已经从排气系统114去除。 现在参考图4，示出了加热模块224执行的示范性步骤的流程图。当发动才几102启动时，控制过程开始，控制过程以步骤402继续，其中控制过程将氧气传感器116的温度调节至第一预定温度。例如，第一预定温度可以是350°C。在步骤404,控制过程初始化加热模块224。例如，控制过程可初始化累积空气质量、平均MAF、和/或估算空气质量。在许多应用中，控制过程通过将它们设定为预定值(如0)而初始化这些参数。控制过程然后以步骤416继续，其中控制过程确定平均MAF。例如，平均MAF可以是自发动才几启动以来该时间周期内由发动机102吸入的累积空气质量，如上述方程(l)所述。在步骤420中，控制过程确定缩减因数。控制过程可以基于例如平均MAF和查询表确定缩减因数。在步骤424中，控制过程根据缩减因数调节估算空气质量。更具体而言，控制过程根据缩减因数减少估算空气质量。例如，控制过程可以通过将估算空气质量乘以缩减因数而调节估算空气质量。控制过程然后以步骤428继续，其中，控制过程确定累积空气质量是否大于估算空气质量。如果是，控制过程前进到步骤432;否则，控制过程返回到步骤412。
[0072在步骤432中，控制过程调节氧气传感器116的温度至第二预定温度，且控制过程结束。由此，控制过程等待，直到凝结物已经从排气系统114中去除以后才将氧气传感器116加热至第二预定温度。更具体而言，控制过程等待直到凝结物已经从排气系统114的内表面去除。[0073现在本领域中技术人员能够从前述说明理解到，本披露的广泛教示可以以多种形式实施。因此，尽管本披露包括特定的示例，由于当研究附图、说明书和以下权利要求书时，其他修改对于技术人员来说是显而易见的，所以本披露的真实范围并不如此限制。
权利要求
1.一种用于氧气传感器的加热模块，包括估算质量模块，所述估算质量模块确定在发动机启动之后从排气系统去除凝结物的估算进气空气质量；累积质量模块，所述累积质量模块确定在所述发动机启动之后的累积进气空气质量；和温度控制模块，所述温度控制模块在所述发动机启动之后将测量所述排气系统中氧气的氧气传感器的温度调节至第一预定温度，并且当所述累积空气质量大于所述估算空气质量时，将所述温度调节至第二预定温度，其中所述第二预定温度大于所述第一预定温度。
2. 根据权利要求l所述的加热模块，其特征在于还包括平均空气质量流量模块，所述平均空气质量流量模块基于在 一定时 间周期上的所述累积空气质量确定平均空气质量流量；和缩减确定模块，所述缩减确定模块基于所述平均空气质量流量确定 缩减因数，其中所述估算质量模块基于所述缩减因数减小所述估算空气质量。
3. 根据权利要求2所述的加热模块，其特征在于，所述周期基于所 述发动机启动。
4. 根据权利要求l所述的加热模块，其特征在于，所述估算空气质 量基于冷却剂温度确定。
5. 根据权利要求l所述的加热模块，其特征在于，所述估算空气质 量是预定值。
6. 根据权利要求l所述的加热模块，其特征在于，所述累积空气质量基于测量的进气空气质量确定。
7. 根据权利要求l所述的加热模块，其特征在于，所述温度控制模 块借助于指示加热器功率源以调节施加到所述氧气传感器加热器的电 压和电流中的至少一个而调节所述氧气传感器的所述温度。
8. 根据权利要求l所述的加热模块，其特征在于，所述估算空气质 量被确定为在所述发动机启动之后从所述排气系统的内表面去除凝结 物。
9. 根据权利要求8所述的加热模块，其特征在于，所述内表面包括所述排气系统内介于所述发动机和所述氧气传感器之间的表面。
10. —种系统，包括发动机控制模块，所述发动机控制模块包括根据权利要求1所述的 力口热模块；和具有加热器的氧气传感器，其中，所述发动机控制模块基于所述氧气传感器的输出选择性地调 节所述发动机的操作参数。
11. 根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述发动机控制模 块确定所述氧气传感器的所述温度，且在所述温度大于所述第一预定 温度时调节所述操作参数。
12. 根据权利要求ll所述的系统，其特征在于，所述发动机控制模 块基于所述加热器的电阻确定所述温度。
13. —种方法，包括确定在发动机启动之后从排气系统去除凝结物的估算进气空气质量；确定所述发动机启动之后的累积进气空气质量；在所述发动机启动之后将测量所述排气系统中氧气的氧气传感器 的温度调节至笫一预定温度；和当所述累积空气质量大于所述估算空气质量时，将所述温度调节至 第二预定温度，其中所述第二预定温度大于所述第一预定温度。
14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于还包括基于在 一 定时间周期上的所述累积空气质量确定平均空气质量流量；基于所述平均空气质量流量确定缩减因数；和 基于所述缩减因数减小所述估算空气质量。
15. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述周期基于所述 发动纟几启动。
16. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述估算空气质量 基于冷却剂温度确定。
17. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述估算空气质量 是预定值。
18. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述累积空气质量基于测量的进气空气质量确定。
19. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述调节所述氧气 传感器的所述温度包括指示加热器功率源，以调节施加到所述氧气传 感器加热器的电压和电流中的至少一个。
20. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述估算空气质量 被确定为在所述发动机启动之后从所述排气系统内表面去除凝结物。
21. 根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述内表面包括所 述排气系统内介于所述发动机和所述氧气传感器之间的表面。
22. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于还包括基于所述氧气 传感器的输出选择性地调节所述发动机的操作参数。
23. 根据权利要求22所述的方法，其特征在于还包括 确定所述氧气传感器的所述温度；和当所述温度大于所述第一预定温度时，调节所述操作参数。
24. 根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述温度基于所述 氧气传感器的加热器的电阻确定。
全文摘要
本发明涉及氧气传感器加热器控制策略。一种用于氧气传感器的加热模块包括估算质量模块、累积质量模块、和温度控制模块。所述估算质量模块确定在发动机启动之后从排气系统去除凝结物的估算进气空气质量。所述累积质量模块确定在发动机启动之后的累积进气空气质量。所述温度控制模块在发动机启动之后将测量排气系统中氧气的氧气传感器的温度调节至第一预定温度，当累积空气质量大于估算空气质量时，将温度调节至第二预定温度，其中所述第二预定温度大于所述第一预定温度。
文档编号G01N27/406GK101592095SQ20081017802
公开日2009年12月2日 申请日期2008年12月8日 优先权日2007年12月7日
发明者D·W·麦克金, J·A·塞尔, J·F·阿当斯, J·R·弗德约, J·W·西基南, L·A·阿瓦隆 申请人:通用汽车环球科技运作公司