CN106194362B - 用于控制氧传感器的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制氧传感器的设备和方法，该种用于控制氧传感器的设备可包括：氧传感器，其测量发动机燃烧产生的排气以产生氧信号；以及控制器，其通过该氧传感器，检测具有降低响应的氧信号的延迟，该氧信号取决于排气的氧含量；存储导致氧信号的延迟的发生因素信息；以及根据发生因素增加相应的特定区域的当前加热量以再次确定该氧信号是否延迟，从而确定氧传感器故障或者释放对氧传感器的故障检测。通过避免使用需要花费时间和排气建模工作的操作步骤，可提高氧传感器的性能。

Description

用于控制氧传感器的设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年10月29日提交的韩国专利申请第10-2014-0148131号的优先权，该申请的全部内容通过引用的方式纳入本文。

技术领域

本发明的各个方面涉及一种氧传感器，更具体的，本发明涉及一种能够执行用于检测氧传感器故障诊断的用于控制氧传感器的设备和方法。

背景技术

在典型的发动机驱动设备中，当发动机启动时，燃油泵通过燃料管将油箱中的燃料输送至喷射器，发动机控制装置驱动喷射器喷射燃料。喷射的燃料被燃烧，之后排气被排出。

一个测量排气氧浓度的设备的例子可包括氧传感器。该氧传感器被安装在排气歧管的预定位置。该氧传感器测量排气中的氧比率并将该测量的氧比率通知给电子控制模块(electronic control module；ECM)。在这种情况下，该电子控制模块根据氧比率控制喷射器，以控制进入发动机的混合物的空燃比。

此外，氧传感器中的反映排气中的氧含量的电阻阻值根据传感器的温度而变化。氧传感器的温度越低，其电阻阻值越大，该氧传感器的输出电压量减小。当该输出电压量减小时，该电子控制模块将不能正确识别排气中的氧含量的变化。

因此，为了保持氧传感器的温度恒定，甚至在排气温度较低的区域，该ECM控制安装在氧传感内的加热器根据排气的温度保持该传感器的温度恒定。

在这种情况下，当加热器性能降低因而氧传感器不能保持温度恒定，该ECM基于该氧传感器的内部电阻的量值，只能执行氧传感器的故障诊断。

在这种情况下，为了故障诊断，需要基于排气建模以检测氧传感器是否故障。这种方法需要一些操作步骤，执行这些步骤需要花费大量的时间和/或花费成本以确定氧传感器是否故障。

此外，如果确定氧传感器故障，该氧传感器将由新产品所取代，这并没有提高氧传感器的性能。

公开于本发明的背景部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明在各个方面旨在提供一种用于控制氧传感器的设备和方法，其通过避免使用需要花费时间和排气建模工作的操作步骤，可提高氧传感器的性能。

此外，本发明在各个方面旨在提供一种用于控制氧传感器的设备和方法，其可以确定执行加热不是很好的特定运行条件区域。

更进一步的，本发明在各个方面旨在提供一种用于控制氧传感器的设备和方法，其通过执行加热学习，在氧传感器信号延迟时恢复该氧传感器信号。

本发明在各个方面旨在提供一种用于控制氧传感器的设备和方法，通过避免使用需要花费时间和排气建模工作的操作步骤，可提高氧传感器的性能。

根据本发明的实施方式，本发明提供一种用于控制氧传感器的设备，其可包括：氧传感器，其测量发动机燃烧产生的排气以产生氧信号；以及控制器，其通过该氧传感器，检测具有降低响应的氧信号的延迟，该氧信号取决于排气的氧含量；存储导致氧信号的延迟的发生因素信息；以及根据发生因素增加相应的特定区域的当前加热量以再次确定该氧信号是否延迟，从而确定氧传感器故障或者释放对氧传感器的故障检测。

所述氧传感器可包括：加热器，其根据控制器的控制产生加热量；以及元件，其测量排气以产生氧信号。

在当前加热量的增加为最大时，所述控制器确定所述氧传感器故障，在当前加热量的增加不为最大时，释放对所述氧传感器的故障检测。

当确定所述当前加热量的增加不是最大时，当所述氧传感器进入下一个特定区域时，所述控制器再次测量氧传感器的氧信号，当测量的氧信号的响应恢复时，释放对氧传感器的故障检测。

所述发生因素信息可包括至少一个冷却水温度、每分钟转数、入口温度、负载、车速以及后启动时间。

所述氧传感器为ZrO₂氧传感器。

所述元件将内部电阻值和氧信号的λ电压值一起发送至所述控制器。

将发生因素信息与加热量相映射，以确定一个具体运行条件区域，在该区域中加热量具有至少一个预设参考值。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种用于控制氧传感器的方法，其可包括以下步骤：通过发动机的燃烧产生排气；通过氧传感器测量排气以产生氧信号；通过氧信号，控制器检测具有降低响应的氧信号的延迟，该氧信号取决于排气的氧含量；控制器存储导致氧信号延迟的发生因素信息；控制器增加用于发生因素的相应特定区域的当前加热量并再次确定氧信号的延迟是否发生；根据再次确定的结果，控制器确定氧传感器故障或者释放对传感器的故障检测。

所述氧传感器可包括:加热器，其根据控制器的控制产生加热量；以及元件，其测量排气以产生氧信号。

所述再次确定可包括：通过控制器确定当前加热量的增加是否为最大；作为检测结果，当所述当前加热量的增加为最大时，通过控制器确定氧传感器故障；作为检测结果，当所述当前加热量的增加不为最大时，通过控制器释放氧传感器的故障检测。

所述释放故障检测可包括：当所述当前加热量的增加确定不为最大时，当所述氧传感器进入下一个特定区域时，所述控制器再次测量氧传感器的氧信号；当测量的氧信号的响应恢复时，释放对氧传感的故障检测。

所述发生因素信息可包括至少一个冷却水温度、每分钟转数、入口温度、负载、车速以及后启动时间。

所述氧传感器为ZrO₂氧传感器。

所述元件将内部电阻值和氧信号的λ电压值一起发送至所述控制器。

该方法可进一步包括：将发生因素信息与加热量相映射，以确定一个具体运行条件区域，在该区域中加热量具有至少一个预设参考值。

应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。

本发明的方法和装置可以具有其他的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的实施方式中进行详细陈述，这些附图和实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

图1为根据本发明的示例性的实施方式，用于控制氧传感器的示例性设备的结构框图；

图2为示出了图1中的氧传感器的运行的示意图；

图3为示出了根据本发明的示例性实施方式，提高氧传感器性能的示例性过程的流程图；

图4为根据本发明的示例性实施方式，一般性的示出了过量空气系数与平衡氧分压的关系的图表，该过量空气系数作为输出特性取决于氧传感器的温度；

图5为根据本发明的示例性实施方式，一般性的示出了过量空气系数与电动势的关系的图表，该过量空气系数作为输出特性取决于氧传感器的温度。

应当理解，附图不一定是按照比例绘制，而是呈现各种特征的简化表示，以对本发明的基本原理进行说明。本发明所公开的本发明的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

具体实施方式

下面将详细参考本发明的各个实施方式，这些实施方式的示例呈现在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性的实施方式相结合进行描述，但应当理解本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性的实施方式。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性的实施方式，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方式。

图1为根据本发明的各个实施方式，用于控制氧传感器的设备的结构框图。参考图1，该用于控制氧传感器的设备配置为包括：发动机150，氧传感器160，其测量发动机150燃烧产生的排气以产生氧信号，控制器110，其接收来自于氧传感器160的氧信号以确定该氧传感器是否故障，电子节气门控制器(ETC)120，其根据控制器110的控制，控制空气量，喷射器130，其根据控制器110的控制，控制燃料的喷射量，燃料泵调节器140，其控制燃料并且将控制燃料供应至喷射器130等。

该控制器110使用氧信号检测具有降低的响应的氧信号的延迟，该氧信号取决于排气的氧含量，并且控制器存储导致氧信号的延迟的发生因素信息。此外，该控制器110根据发生因素增加相应的特定区域的当前加热量以再次确定该氧信号是否延迟，从而确定氧传感器处于故障或者释放对氧传感器的故障检测。

该电子节气门控制器120调节节气阀的开度以控制进入发动机150的空气量。

该喷射器130控制喷射进发动机150的燃料量。此外，该喷射器130与燃料泵调节器140连接。该燃料泵调节器140与燃料箱、燃料泵等连接。

发动机150可以是汽油发动机，但是本发明并不限于此，因此，该发动机150可以部分的改变也因此可以为柴油发动机。

该氧传感器160测量发动机150燃烧产生的排气中的氧含量，以产生氧信号。该氧传感器160可被称为λ(lambda)传感器，这里的λ在燃烧原理中使用时，该λ表示为过量空气系数(excess air ratio；完全燃烧燃料所需空气量与实际供应空气含量的比值)。从理论性的空燃比到完全燃料燃烧，该λ的值变为1。

根据本发明的各个实施方式，可以使用ZrO₂氧传感器，作为氧传感器160，但本发明并不限于此。

因此，该控制器110可以使用由氧传感器160产生的氧信号来确定氧传感器160的响应。换句话说，排气中的氧含量氛围转变，作为一种结果，当氧传感器160在其中没有反应时，发生具有降低响应的氧信号的延迟。通过利用这种响应，使得确定氧传感器160是否故障或者正常成为可能。

图1示意性的示出了用于控制氧传感器的设备以帮助理解本发明，但是除了所示出的部件，该用于控制氧传感器的设备还包括：冷却器，负载(例如，光源等)等。

图2为示出了图1中的氧传感器的运行的示意图。参考图2，该氧传感器配置为包括有加热器210和元件220。

该氧传感器160反映出排气中的氧含量并且元件220的内部电阻阻值根据传感器的温度而变化。换句话说，传感器的温度越低，其阻值越大，该氧传感器的λ电压(输出电压)量减少。当该λ电压量减少时，排气中的氧含量的变化可被适当地识别。

因此，即使在排气温度低的区域，为了保持氧传感器160的温度恒定，在氧传感器内安装加热器210。这样，根据排气温度控制该加热器210可以使传感器的温度保持恒定。此外，除了以排气温度来控制加热量，还可根据发生因素信息控制加热器210，该发生因素信息可以是冷却水温度，RPM，入口温度，负载，车速和后启动时间。这样，该控制器110执行电压控制任务，以控制产生于加热器210的加热量。

该元件220将元件的内部电阻(温度)和/或λ电压发送至控制器110。

图3为示出了根据本发明的各个实施方式，提高氧传感器性能的过程的流程图。参考图3，当图1中的发动机150燃烧产生排气时，图1中的氧传感器160测量排气以产生氧信号。

在步骤S310，图1中的控制器110接收来自氧传感器160的氧信号，检测具有降低响应的氧信号的延迟，该氧信号取决于排气的氧含量。换句话说，可能的情况是，排气中的氧含量氛围发生转变，作为一种结果，该氧传感器160具有与其相关的还原反映(reducedreaction)，因此传感器的响应降低。导致响应的降低可以是多种发生因素。即，该发生因素可包括发生因素的信息，例如冷却水温度，RPM，车速和后启动时间(post-starting time)。

因此，在步骤S320，该控制器110存储导致氧信号延迟的发生因素的信息。换句话说，该发生因素信息可包括一系列的冷却水温度，一系列的RPM等等。在这种情况下，进一步地，确定特定运行条件区域，将该发生因素信息报告至外部以便将该发生因素信息与加热量进行映射。该报告可以通过有线或无线通信的形式实现。

下一步，步骤S330，该控制器110根据发生因素将相应特定区域的当前加热量最多增加X％。即，通过控制图2中的氧传感器160的加热器210来增加产生于图2中的加热器210的加热量。

作为一种结果，在步骤S340，确定加热器210的增加量是否是最大。即，步骤S340的目的是确定氧传感器210的响应的恢复。换句话说，当确认加热器210的增加量不是最大时，该氧传感器160恢复响应，在步骤S350和步骤S360，当氧传感器160进入到下一相同区域时，通过再一次测量氧传感器160的响应，确认该氧传感器160是否表现出正常的响应。

作为在步骤S360中的确认结果，当氧传感器160表现出正常的响应时，在步骤S370，释放用于对氧传感器160的故障检测。

与之相反，在步骤S360中，当氧传感器160不能表现出正常的响应，重复执行步骤S330至S360。

在步骤S340，当加热器210的增加量为最大时，氧传感器160的信号是不精确的，那么执行步骤S341，确认氧传感器故障。

图4为一般性的示出了过量空气系数与平衡氧分压的关系的图表，该过量空气系数作为输出特性取决于氧传感器的温度。参考图4，该氧传感器的性能通过一些特性确定，这些特性如：排气的流量(扩散)，外电极的催化动作，铂电极的孔隙率，一种外涂层等。参考图4，根据过量空气系数的原理，在左侧混合比充分，而在右侧混合比不充分。因此，虽然混合比足够但温度不足，平衡氧分压较低。

图5为一般性的示出了过量空气系数与电动势的关系的图表，该过量空气系数作为输出特性取决于氧传感器的温度。参考图5，根据过量空气系数的原理，在左侧混合比足够，而在右侧混合比不够。因此，虽然混合比足够但温度较低，电动势较高。

该电动势可由下述公式表示。

公式1：

在上述公式1中，

E:电动势[V]

R:气体常数8.31[J/molK]

T：绝对温度[°K](陶瓷温度)

F：法拉第整数(9.65×10⁴)

排气中的氧分压[Pa](≒10～10^-18KPa)

空气中的氧分压[Pa](≒21KPa)

根据本发明的各个实施方式，其可以确定氧传感器是否故障，还可避免执行一些需要花费时间和对排气进行建模工作的操作步骤。

此外，根据本发明的各个实施方式，通过允许控制器使用可测量的信号(例如冷却水温度，每分钟转数(RPM)，入口温度，负载，车速以及后启动时间)执行用于映射的报告，从而可以确定特定运行条件区域。

更进一步，根据本发明的各个实施方式，当氧传感器信号包括产品的加热学习机制时(该产品相较于氧传感器延迟产生的散布而具有减少的加热性能)，可以执行加热学习以恢复氧传感器信号。

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。这些选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求及其等价形式所限定。

Claims (14)

1.一种用于控制氧传感器的设备，其包括：

氧传感器，其测量发动机燃烧产生的排气以产生氧信号；以及

控制器，其通过该氧传感器，检测具有降低响应的氧信号的延迟，该氧信号取决于排气的氧含量；存储导致氧信号的延迟的发生因素信息；根据发生因素增加相应的特定区域的当前加热量并再次确定该氧信号是否延迟，从而确定氧传感器故障或者释放对氧传感器的故障检测；

其中，在当前加热量的增加为最大时，所述控制器确定所述氧传感器故障，在当前加热量的增加不为最大时，释放对所述氧传感器的故障检测。

2.根据权利要求1所述的用于控制氧传感器的设备，其中，所述氧传感器包括：

加热器，其根据控制器的控制产生加热量；以及

元件，其测量排气以产生氧信号。

3.根据权利要求1所述的用于控制氧传感器的设备，其中，当确定所述当前加热量的增加不是最大时，当所述氧传感器进入下一个特定区域时，所述控制器再次测量氧传感器的氧信号；当测量的氧信号的响应恢复时，释放对氧传感器的故障检测。

4.根据权利要求1所述的用于控制氧传感器的设备，其中，所述发生因素信息包括冷却水温度、每分钟转数、入口温度、负载、车速以及后启动时间中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的用于控制氧传感器的设备，其中，所述氧传感器为ZrO₂氧传感器。

6.根据权利要求2所述的用于控制氧传感器的设备，其中，所述元件将内部电阻和氧信号的λ电压一起发送至所述控制器。

7.根据权利要求1所述的用于控制氧传感器的设备，其中，所述发生因素信息与加热量相映射，以确定一个特定运行条件区域，在该区域中加热量具有至少一个预设参考值。

8.一种用于控制氧传感器的方法，其包括以下步骤：

通过发动机的燃烧产生排气；

通过氧传感器测量排气以产生氧信号；

通过氧信号，控制器检测具有降低响应的氧信号的延迟，该氧信号取决于排气的氧含量；

控制器存储导致氧信号延迟的发生因素信息；

控制器增加用于发生因素的相应特定区域的当前加热量并再次确定氧信号的延迟是否发生；

根据再次确定的结果，控制器确定氧传感器故障或者释放对传感器的故障检测；

其中，所述再次确定包括：

通过控制器确定当前加热量的增加是否为最大；

作为检测结果，当所述当前加热量的增加为最大时，通过控制器确定氧传感器故障；

作为检测结果，当所述当前加热量的增加不为最大时，通过控制器释放氧传感器的故障检测。

9.根据权利要求8所述的用于控制氧传感器的方法，其中，所述氧传感器包括：

加热器，其根据控制器的控制产生加热量；

元件，其测量排气以产生氧信号。

10.根据权利要求8所述的用于控制氧传感器的方法，其中，释放故障检测包括：

当所述当前加热量的增加确定不为最大时，当所述氧传感器进入下一个特定区域时，所述控制器再次测量氧传感器的氧信号；

当测量的氧信号的响应恢复时，释放对氧传感的故障检测。

11.根据权利要求8所述的用于控制氧传感器的方法，其中，所述发生因素信息包括冷却水温度、每分钟转数、入口温度、负载、车速以及后启动时间等因素中的至少一个。

12.根据权利要求8所述的用于控制氧传感器的方法，其中，所述氧传感器为ZrO₂氧传感器。

13.根据权利要求9所述的用于控制氧传感器的方法，其中，所述元件将内部电阻和氧信号的λ电压一起发送至所述控制器。

14.根据权利要求8所述的用于控制氧传感器的方法，其中，进一步包括：

将发生因素信息与加热量相映射，以确定一个具体运行条件区域，在该区域中加热量具有至少一个预设参考值。

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