CN1712921A

CN1712921A - 传感器的模拟劣化信号产生装置及方法

Info

Publication number: CN1712921A
Application number: CN 200410048173
Authority: CN
Inventors: 大隈重男
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-06-21
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2005-12-28

Abstract

一种传感器的模拟劣化信号产生装置及方法。根据要求的劣化程度，从多个低通滤波器中选择具有与所述要求劣化程度对应的时间常数的滤波器，通过使空燃比传感器的检测信号通过所述选择的滤波器，由此产生具有对应要求的劣化程度的过渡响应的延迟。

Description

传感器的模拟劣化信号产生装置及方法

技术领域

本发明涉及一种模拟产生用于检测内燃机的运转状态的传感器出现劣化时的检测信号的模拟劣化信号产生装置及方法。

背景技术

以往公知的空燃比控制装置具有根据内燃机排气中的氧气浓度检测燃烧混和气体的空燃比的空燃比传感器，根据由所述空燃比传感器检测的空燃比和目标空燃比的偏差，反馈控制供给内燃机的燃料量。

另外，特开平08-128347号公报公开了一种空燃比控制装置，检测因所述空燃比传感器的劣化造成的过渡响应特性的变化，根据所述过渡响应特性的变化变更所述目标空燃比。

可是，为了把空燃比传感器产生劣化时的控制规格设定为最佳值，需要使用已劣化的空燃比传感器进行反馈控制，使控制规格与传感器的劣化状态相匹配。

因此，以往制造表示劣化状态下的输出特性的空燃比传感器，将表示该劣化状态的输出特性的空燃比传感器安装在内燃机上，进行所述匹配作业。

但是，存在的问题是，按照要求来制造表示劣化状态的输出特性的空燃比传感器是很困难的，并且会导致空燃比传感器的制造成本上升。

并且，在把表示劣化状态的输出特性的空燃比传感器安装在内燃机上进行实验的过程中，空燃比传感器进一步劣化，很难按照一定的劣化条件进行匹配作业。

发明内容

本发明的目的是，提供一种可以模拟产生空燃比传感器等检测内燃机运转状态的传感器的劣化状态的传感器的模拟劣化信号产生装置及方法，可以低成本、高精度地进行对应传感器的劣化状态的控制规格的匹配作业。

为了达到上述目的，本发明的传感器的模拟劣化信号产生装置构成为，具有使传感器的检测信号的过渡响应产生延迟的延迟***，根据要求的劣化程度变更所述延迟***的过渡特性，将所述延迟***的输出作为所述传感器的模拟劣化信号输出。

本发明的其他目的和特征通过以下参照附图所做的说明将更加明确。

附图说明

图1是实施例的内燃机的***构成图。

图2是实施例的空燃比传感器的结构图。

图3是说明实施例的空燃比传感器的空燃比检测原理的图。

图4是表示模拟劣化信号的产生控制的第1实施例的流程图。

图5是表示在所述第1实施例进行低通滤波器的选择的电路图。

图6是表示模拟劣化信号产生控制的第2实施例的流程图。

具体实施方式

图1是表示应用本发明的模拟劣化信号产生装置的内燃机的***构成图。

在图1中，在内燃机11的进气管12内设有测量吸入空气流量Qa的空气流量计13和控制吸入空气流量Qa的进气节流阀14。

在所述进气节流阀14下游的进气分流器，在每个气缸设置电磁式燃料喷射阀15。

所述燃料喷射阀15根据从控制单元50输出的驱动脉冲信号打开阀门，喷射被调整为规定压力的燃料。

并且，设有检测内燃机11的冷却套内的冷却水温度Tw的水温传感器16。

另一方面，在排气分流器17的集合部设有空燃比传感器18，根据排气中的氧气浓度，检测内燃机的燃烧室内的空燃比。

在所述空燃比传感器18的下游侧，安装着进行CO、HC的氧化和NOx的还元以净化排气的三元催化剂19。

下面，说明所述空燃比传感器18的结构和空燃比的检测原理。

图2表示所述空燃比传感器18的结构。

所述空燃比传感器18的主体1，例如由具有氧离子传导性的氧化锆Zr₂O₃等耐热性多孔质绝缘材料形成。

在所述主体1设置加热器2。

并且，在所述主体1设置与大气(标准气体)连通的大气导入孔3和气体导入孔4，以及通过保护层5与内燃机排气侧连通的气体扩散层6。

检测电极7A、7B面对着大气导入孔3和气体扩散层6而设置，并且泵电极8A、8B设在气体扩散层6及与其对应的主体1的周围。

在所述检测电极7A、7B之间产生与气体扩散层6内的氧离子浓度(氧气分压)和大气中的氧离子浓度之比相适应的电压，根据该电压检测气体扩散层6内的空燃比相对理论空燃比的浓淡程度。

另一方面，向泵电极8A、8B施加产生于检测电极7A、7B之间的电压，即根据气体扩散层6内的浓淡程度施加电压。

在向所述泵电极8A、8B施加预定电压时，相应地气体扩散层6内的氧离子移动，在泵电极8A、8B之间流过电流。

此处，在向泵电极8A、8B之间施加预定电压时流过该电极之间的电流值(界限电流)Ip受排气中的氧离子浓度影响，所以通过检测电流值(界限电流)Ip可以检测空燃比。

即，如图3的表(A)所示，可以获得泵电极8A、8B之间的电流·电压与空燃比的相关关系，根据检测电极7A、7B的浓淡输出，使相对泵电极8A、8B的电压施加方向反转，由此在浓区域和淡区域双方的空燃比区域，根据流过泵电极8A、8B之间的电流值(界限电流)Ip，可以检测空燃比。

根据以上所述的空燃比检测原理，检测泵电极间的电流值Ip，例如参照图3的表(B)，可以在广范围内检测空燃比。

但是，并不是将空燃比传感器18的结构和空燃比的检测原理限定为上述情况，作为所述空燃比传感器18，也可以使用检测相对理论空燃比的浓淡的所谓化学传感器。

此处，返回到所述图1的说明。

在所述内燃机11设有检测曲轴转角度的曲轴转角传感器20。

在所述控制单元50，根据从所述曲轴转角传感器20输出的信号算出内燃机旋转速度Ne。

所述控制单元50包括由CPU、ROM、RAM、A/D转换器以及输入输出接口构成的微计算机，从所述空燃比传感器18、空气流量计13、水温传感器16、曲轴转角传感器20输入检测信号。

并且，控制单元50根据所述检测信号，按照下面所述控制燃料喷射阀15的燃料喷射量。

所述控制单元50根据由空气流量计13检测的吸入空气流量Qa和从曲轴转角传感器20的信号求出的内燃机旋转速度Ne，运算基本燃料喷射脉冲宽度Tp＝k×Qa/Ne(k为常数)。

并且，所述控制单元50运算在低水温时将空燃比强制校正到浓侧的水温校正系数Kw、起动和起动后增量校正系数Kas、空燃比反馈校正系数LAMBDA、电压校正成分Ts、对应目标空燃比的目标当量比Z。

然后，所述控制单元50运算最终的燃料喷射脉冲宽度Ti，

Ti＝Tp×(1+Kw+Kas+…)×LAMBDA×Z+Ts

此处，所述燃料喷射脉冲宽度Ti的驱动脉冲信号输出给所述燃料喷射阀15，从所述燃料喷射阀15喷出数量与从所述燃料喷射脉冲宽度Ti去除电压校正成分Ts后的有效喷射脉冲宽度Te成比例的燃料。

上述空燃比反馈校正系数LAMBDA是根据空燃比传感器18检测的实际空燃比和目标空燃比的偏差而运算的校正系数，通过利用该空燃比反馈校正系数LAMBDA来校正基本燃料脉冲宽度Tp，使实际的空燃比与目标空燃比一致。

所述空燃比反馈校正系数LAMBDA是通过基于由空燃比传感器18检测的实际空燃比和目标空燃比的偏差的比例·积分·微分动作而运算的。

此处，在所述控制单元50内置有本发明的模拟劣化信号产生装置，可以选择性地使该模拟劣化信号产生装置起作用。

即，可以进行以下状态的切换，直接使用所述空燃比传感器18的检测信号进行通常的空燃比反馈控制的状态，以及由于在开发设计控制规格时使各种控制变数相匹配的作业的需要，在模拟劣化信号产生装置对所述空燃比传感器18的检测信号进行处理，进行空燃比反馈控制的状态。

另外，在使空燃比传感器18的模拟劣化信号产生时，可以从外部向控制单元50指示劣化程度要求。

另外，所述劣化程度，例如可以利用相当于行驶距离10万km、相当于行驶距离20万km等车辆行驶距离来指定。

并且，使模拟劣化信号产生装置起作用时的空燃比传感器18实际上是市场销售的车辆用新的空燃比传感器，不使用表现出劣化状态的输出特性的空燃比传感器。

图4的流程图表示所述模拟劣化信号产生装置的处理内容。

首先，在步骤S1，判断是否有产生模拟劣化信号的要求，在有产生模拟劣化信号的要求时转入步骤S2。

在步骤S2，读取要求的劣化程度，例如想要模拟的行驶距离的要求。

在步骤S3，选择对应所述要求的劣化程度的时间常数的低通滤波器LPF(模拟延迟电路)。

在本实施例中，如图5所示，构成为相对时间常数互不相同的多个低通滤波器LPF(一次延迟要素)可以选择性地输入空燃比传感器18的检测信号，在所述步骤S3，根据所述要求的劣化程度选择使处理空燃比传感器18的检测信号的低通滤波器LPF。

另外，所述低通滤波器LPF由电容·电阻构成，根据电阻值·电容值的不同，分别决定时间常数。

在步骤S4，利用所述选择的低通滤波器LPF处理空燃比传感器18的检测信号，由此产生使强制产生与要求的劣化程度对应的过渡延迟的检测信号(模拟劣化信号)。

在后面的步骤S5，根据通过所述低通滤波器LPF的检测信号(模拟劣化信号)，进行空燃比反馈控制。

由此，使用新的空燃比传感器18，模拟空燃比传感器18出现劣化时的空燃比反馈控制状态。

并且，根据此时的内燃机运转状态(排气性等)，进行考虑了劣化状态的各种参数的匹配。

如上所述，如果采用使新的空燃比传感器18的检测信号模拟地劣化的结构，不需要制造表示劣化状态下的输出特性的空燃比传感器，可以在必要时进行按照要求的响应劣化程度的空燃比检测，能够低成本且高精度地进行与空燃比传感器出现劣化状态时对应的匹配作业。

另外，在上述实施例中，是利用软件控制低通滤波器LPF的切换，但也可以使低通滤波器LPF的切换开关兼作要求劣化程度的指定开关，通过进行指定要求劣化程度的操作，同时进行低通滤波器LPF的选择。

并且，也可以不在控制单元50中内置模拟劣化信号产生装置，而在空燃比传感器18和控制单元50之间另外安装模拟劣化信号产生装置。

此外，在上述实施例中，利用作为模拟延迟电路的低通滤波器LPF处理空燃比传感器18的检测信号，强制产生与要求劣化程度对应的过渡延迟，但也可以通过加权平均等运算处理来强制产生过渡延迟(一次延迟)。

图6的流程图表示通过运算处理使空燃比传感器18的检测信号产生过渡延迟(一次延迟)的第2实施例。

在图6的流程图中，在步骤S11，判定是否有产生模拟劣化信号的要求，在有产生模拟劣化信号的要求时转入步骤S12。

在步骤S12，读取要求的劣化程度，例如想要模拟的行驶距离的要求。

在步骤S13，设定与所述要求的劣化程度对应的加权常数k(加权平均运算的时间常数)。

所述加权常数k按照每次要求的劣化程度(行驶距离)作为数据表被预先存储。

在步骤S14，使用所述加权常数k对空燃比传感器18的检测信号进行加权平均，由此产生使强制产生与要求的劣化程度对应的过渡延迟的检测信号(模拟劣化信号)。

加权平均值＝k×最新的检测信号+(1-k)×上次的加权平均值

但是，用于使强制产生过渡延迟(一次延迟)的运算处理不限于加权平均运算。

在步骤S15，根据所述加权平均值(模拟劣化信号)进行空燃比反馈控制。

根据上述结构，可以通过软件处理使产生模拟劣化信号，所以能够避免因追加硬件造成的成本上升，并且，容易向控制单元50追加作为模拟劣化信号产生装置的功能。

另外，产生模拟劣化信号的传感器不限于空燃比传感器18，只要是过渡响应随着时间变化而变化的传感器，同样可以适用本发明的模拟劣化信号产生装置。

Claims

1.一种传感器的模拟劣化信号产生装置，该传感器用于检测内燃机的运转状态，其特征在于，包括：

输入所述传感器的检测信号，使所述检测信号的过渡响应产生延迟的延迟***；

设定要求的劣化程度的劣化程度设定部；和

根据所述要求的劣化程度变更所述延迟***的过渡特性的过渡特性变更部，

把所述延迟***的输出作为所述传感器的模拟劣化信号输出。

2.根据权利要求1所述的传感器的模拟劣化信号产生装置，其特征在于，所述过渡特性变更部根据所述要求的劣化程度设定所述延迟***的时间常数。

3.根据权利要求1所述的传感器的模拟劣化信号产生装置，其特征在于，所述延迟***包括时间常数互不相同的多个模拟延迟电路，

所述过渡特性变更部根据所述要求的劣化程度选择输入所述传感器的检测信号的模拟延迟电路。

4.根据权利要求1所述的传感器的模拟劣化信号产生装置，其特征在于，所述延迟***是对所述传感器的检测信号进行加权平均的运算器，

所述过渡特性变更部根据所述要求的劣化程度变更所述加权平均的加权常数。

5.根据权利要求1所述的传感器的模拟劣化信号产生装置，其特征在于，所述劣化程度设定部根据安装了所述内燃机的车辆的行驶距离，设定要求的劣化程度。

6.根据权利要求1所述的传感器的模拟劣化信号产生装置，其特征在于，所述传感器是根据所述内燃机的排气中的成分浓度检测所述内燃机的空燃比的空燃比传感器。

7.根据权利要求6所述的传感器的模拟劣化信号产生装置，其特征在于，包括根据从所述延迟***输出的所述传感器的模拟劣化信号，把所述内燃机的空燃比反馈控制为目标空燃比的反馈控制部。

8.一种传感器的模拟劣化信号产生装置，该传感器用于检测内燃机的运转状态，其特征在于，包括：

输入所述传感器的检测信号，使所述检测信号的过渡响应产生延迟的延迟单元；

设定要求的劣化程度的劣化程度设定单元；和

根据所述要求的劣化程度变更所述延迟***的过渡特性的过渡特性变更单元，

把所述延迟单元的输出作为所述传感器的模拟劣化信号输出。

9.一种传感器的模拟劣化信号产生方法，该传感器用于检测内燃机的运转状态，其特征在于，包括以下步骤：

设定要求的劣化程度，

根据所述要求的劣化程度变更延迟***的过渡特性，

向所述延迟***输入所述传感器的检测信号，

将所述延迟***的输出作为模拟劣化信号输出。

10.根据权利要求9所述的传感器的模拟劣化信号产生方法，其特征在于，在变更所述过渡特性的步骤中，根据所述要求的劣化程度设定所述延迟***的时间常数。

11.根据权利要求9所述的传感器的模拟劣化信号产生方法，其特征在于，所述延迟***包括时间常数互不相同的多个模拟延迟电路，

在变更所述过渡特性的步骤中，根据所述要求的劣化程度选择输入所述传感器的检测信号的模拟延迟电路。

12.根据权利要求9所述的传感器的模拟劣化信号产生方法，其特征在于，所述延迟***是对所述传感器的检测信号进行加权平均的运算器，

在变更所述过渡特性的步骤中，根据所述要求的劣化程度变更所述加权平均的加权常数。

13.根据权利要求9所述的传感器的模拟劣化信号产生方法，其特征在于，在设定所述要求的劣化程度的步骤中，根据安装了所述内燃机的车辆的行驶距离设定要求的劣化程度。

14.根据权利要求9所述的传感器的模拟劣化信号产生方法，其特征在于，所述传感器是根据所述内燃机的排气中的成分浓度检测所述内燃机的空燃比的空燃比传感器。

15.根据权利要求14所述的传感器的模拟劣化信号产生方法，其特征在于，还包括以下步骤，根据从所述延迟***输出的所述传感器的模拟劣化信号，把所述内燃机的空燃比反馈控制为目标空燃比。