專利名稱：用于控制氣體傳感器的輸出特性的氣體傳感器控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請總體上涉及被設(shè)計用來在需要時改變諸如氣體傳感器的響應(yīng)時間的輸出特性的氣體傳感器控制裝置。
背景技術(shù)：
已知下述氣體傳感器該氣體傳感器測量在來自汽車發(fā)動機(jī)的廢氣中包含的氧氣的濃度，該濃度表示向發(fā)動機(jī)供應(yīng)的混合物的空燃比。例如，傳統(tǒng)的電動勢O2傳感器用來輸出電信號，所述電信號在當(dāng)廢氣中燃料豐富時和當(dāng)廢氣中燃料稀薄時之間在電平上不同。 具體地說，這種類型的化傳感器在廢氣的空燃比處于豐富狀態(tài)時產(chǎn)生大約ο. 9v，并且當(dāng)該空燃比處于稀薄狀態(tài)時產(chǎn)生大約0V。傳統(tǒng)的氣體傳感器通常在對于廢氣的空燃比的實(shí)際改變作出反應(yīng)以產(chǎn)生輸出中經(jīng)歷時滯。已經(jīng)尋求該時滯的改善。例如，日本專利第二公報No. 8-20414公開了配備有輔助電化電池的電動勢仏傳感器。該輔助電化電池連接到O2傳感器的電極之一。電流被施加到輔助電化電池，以執(zhí)行所謂的粒子抽動，由此改變要測量的氣體的濃度，即與所施加的電流相關(guān)的λ特性(S卩，電動勢特性)。上面的公報的電動勢A傳感器的生產(chǎn)要求極大地修改傳統(tǒng)Α傳感器的結(jié)構(gòu)，因此導(dǎo)致其生產(chǎn)成本上的增加。

發(fā)明內(nèi)容
因此，目的是提供被設(shè)計用來在需要時改變諸如響應(yīng)時間的氣體傳感器的輸出特性的氣體傳感器控制裝置的簡化結(jié)構(gòu)。根據(jù)一個實(shí)施例的一個方面，提供了一種氣體傳感器控制裝置，其控制氣體傳感器的操作以輸出指示在氣體中包含的給定氣體成分的濃度的信號，所述氣體傳感器由固態(tài)電解質(zhì)體和附接到固態(tài)電解質(zhì)體的表面的一對電極構(gòu)成。所述氣體傳感器控制裝置包括 (a)恒流電路，其電連接到所述氣體傳感器的所述電極之一，并且向所述的那個電極供應(yīng)恒流；以及，(b)控制器，其確定是否作出了改變所述氣體傳感器輸出特性的改變請求，所述氣體傳感器輸出特性包括所述氣體傳感器對于所述氣體成分的濃度的改變作出反應(yīng)所花費(fèi)的響應(yīng)時間。當(dāng)確定作出了所述改變請求時，所述控制器基于所述改變請求來確定所述恒流要在所述氣體傳感器的所述電極之間流動的方向，并且控制所述恒流電路以向所述氣體傳感器供應(yīng)所述恒流，使得所述恒流在所述電極之間以所確定的方向流動以改變所述氣體傳感器的輸出特性。當(dāng)所述氣體成分已經(jīng)在濃度或其構(gòu)成上改變時，在這樣的改變緊前在所述氣體中包含的一些成分可能仍然駐留在所述氣體傳感器周圍，這導(dǎo)致響應(yīng)于在所述氣體成分的濃度或構(gòu)成上的改變而在所述氣體傳感器的輸出電平上的改變上的延遲(即，所述氣體傳感器的響應(yīng)時間的時滯)。如何校正這樣的響應(yīng)時滯被認(rèn)為取決于其他因素。
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如上所述的氣體傳感器控制裝置的控制器確定所述氣體傳感器控制裝置是否處于其中要改變所述氣體傳感器的輸出特性的情況中，換句話說，是否作出了所述改變請求。 所述控制器基于所述改變請求來確定要在所述氣體傳感器的電極之間施加的恒流的方向， 并且控制所述恒流電路以向所述氣體傳感器供應(yīng)所述恒流，由此在所述氣體成分的濃度改變時加速或減速要測量其濃度的所述給定成分之外的所述氣體的成分的去除。換句話說， 所述控制器可用于將所述氣體傳感器的輸出特性改變?yōu)槠谕?。另外，?dāng)未正在改變所述氣體成分的濃度時，所述控制器可用于加速或減速與要測量的所述給定成分不同的所述氣體的成分的去除，換句話說，其干擾所述氣體成分的濃度的測量以便改變所述氣體傳感器的輸出特性(即，所述氣體傳感器的值和輸出)。利用所述恒流電路來實(shí)現(xiàn)所述氣體傳感器的輸出特性的改變，因此消除了改變所述氣體傳感器的結(jié)構(gòu)的需要和所述氣體傳感器控制裝置的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的需要。在所述實(shí)施例的優(yōu)選模式中，所述氣體傳感器被設(shè)計用來基于所述氣體成分的濃度來測量從內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣的空燃比，并且輸出指示所述空燃比的信號。所述改變請求是在當(dāng)所述廢氣的空燃比從豐富向稀薄改變時和當(dāng)所述廢氣的空燃比從稀薄向豐富改變時的時間中的至少一個時改變所述氣體傳感器的輸出特性。所述控制器在當(dāng)所述廢氣的空燃比從豐富向稀薄改變時和當(dāng)所述廢氣的空燃比從稀薄向豐富改變時的時間的至少一個時，基于改變所述輸出特性的所述改變請求來確定要被施加的所述恒流在所述氣體傳感器的電極之間流動的方向。通常，從所述內(nèi)燃機(jī)排出的所述廢氣的空燃比在豐富狀態(tài)和稀薄狀態(tài)之間改變。 當(dāng)所述空燃比從豐富向稀薄狀態(tài)改變時，諸如HC成分的所述廢氣的豐富成分留在所述氣體傳感器周圍，這將干擾諸如NOx成分的稀薄成分對于所述氣體傳感器的電極的反應(yīng)。這導(dǎo)致所述氣體傳感器對于在所述空燃比上向稀薄側(cè)的改變的響應(yīng)性的降低。為了減小上述缺陷，所述控制器決定是否在空燃比向稀薄狀態(tài)或豐富狀態(tài)改變時要改變所述氣體傳感器的輸出，并且基于所述決定的結(jié)果來確定要施加的恒流在所述氣體傳感器的電極之間流動的方向。所述恒流電路以所確定的方向向所述氣體傳感器施加所述恒流，由此將所述輸出特性改變?yōu)槠谕?。所述氣體傳感器已經(jīng)在其中限定了填充有參考?xì)怏w的參考?xì)怏w室。所述氣體傳感器的所述電極分別充當(dāng)暴露到廢氣的廢氣暴露電極和暴露到參考?xì)怏w的參考?xì)怏w暴露電極。當(dāng)確定作出了在所述廢氣的空燃比從豐富向稀薄改變時改變所述氣體傳感器的響應(yīng)時間的改變請求時，所述控制器控制所述恒流電路來定位所述恒流的流動方向，以使得將氧氣從所述參考?xì)怏w暴露電極通過所述固態(tài)電解質(zhì)體供應(yīng)到所述廢氣暴露電極。當(dāng)確定作出了在所述廢氣的空燃比從稀薄向豐富改變時改變所述氣體傳感器的響應(yīng)時間的改變請求時，所述控制器控制所述恒流電路來定位所述恒流的流動方向，以使得將氧氣從所述廢氣暴露電極通過所述固態(tài)電解質(zhì)體供應(yīng)到所述參考?xì)怏w暴露電極。具體地說，當(dāng)空燃比從豐富向稀薄改變時，所述恒流電路施加所述恒流，以使得所述氧氣從所述參考?xì)怏w暴露電極通過所述固態(tài)電解質(zhì)體向所述廢氣暴露電極移動，由此加速在所述廢氣暴露電極周圍駐留的諸如HC成分的豐富成分的去除，以在空燃比向稀薄狀態(tài)改變時增強(qiáng)所述氣體傳感器的響應(yīng)時間。當(dāng)空燃比從稀薄向豐富改變時，所述恒流電路施加所述恒流，以使得所述氧氣從所述廢氣暴露電極通過所述固態(tài)電解質(zhì)體向所述參考?xì)怏w暴露電極移動，由此加速在所述廢氣暴露電極周圍駐留的諸如NOx成分的稀薄成分的去除，以在空燃比向豐富狀態(tài)改變時增強(qiáng)所述氣體傳感器的響應(yīng)時間。所述控制器還可以確定所述內(nèi)燃機(jī)的操作狀態(tài)，并且基于所確定的所述內(nèi)燃機(jī)的操作作態(tài)來確定是否作出所述改變請求。通常，所述氣體傳感器的輸出特性隨著所述內(nèi)燃機(jī)的操作狀態(tài)的改變而改變。優(yōu)選的是，基于所述內(nèi)燃機(jī)的操作狀態(tài)來進(jìn)行是否作出所述改變請求的確定。所述氣體傳感器控制裝置可以與使得所述空燃比與目標(biāo)值一致的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)一起使用。當(dāng)操作狀態(tài)指示所述內(nèi)燃機(jī)處于高負(fù)荷狀態(tài)時，所述控制器確定作出所述改變請求以在所述空燃比從豐富向稀薄改變時縮短所述氣體傳感器的響應(yīng)時間，并且基于所述改變請求來控制所述恒流電路，以減少所述氣體傳感器的響應(yīng)時間。當(dāng)所述內(nèi)燃機(jī)正在高負(fù)荷狀態(tài)中運(yùn)行時，被吸入所述內(nèi)燃機(jī)中的新鮮空氣量變大，以使得稀薄成分(即，HOx成分)的排出量增多。所述控制器在空燃比向稀薄側(cè)改變時增強(qiáng)所述氣體傳感器的響應(yīng)時間，由此保證來自所述氣體傳感器的輸出的精確度，這使得所述發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)能夠最小化稀薄成分的排出量。在將所述氣體傳感器控制裝置與使得所述空燃比與目標(biāo)值一致的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)一起使用的情況中，當(dāng)操作狀態(tài)指示所述內(nèi)燃機(jī)處于低溫狀態(tài)時，所述控制器還可以確定作出所述改變請求以在空燃比從稀薄向豐富改變時縮短所述氣體傳感器的響應(yīng)時間，并且基于所述改變請求控制所述恒流電路，以減小所述氣體傳感器的響應(yīng)時間。當(dāng)所述內(nèi)燃機(jī)正在低溫狀態(tài)中運(yùn)行時，所述發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)增大要在所述內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中燃燒的燃料的量，以使得要排出的豐富成分(即，HC成分)的量增大。所述控制器在空燃比向豐富側(cè)改變時增強(qiáng)所述氣體傳感器的響應(yīng)時間，由此保證來自所述氣體傳感器的輸出的精確度，這使得所述發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)能夠最小化豐富成分的排出量。所述控制器可以在需要時增大或延長所述氣體傳感器的響應(yīng)時間。例如，所述氣體傳感器控制裝置可以用于發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)中，所述發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)包括上游催化劑，其被布置在從所述內(nèi)燃機(jī)延伸的排氣管中；下游催化劑，在被布置在位于所述上游催化劑的下游的所述排氣管的一部分中；以及，安裝在所述上游催化劑和所述下游催化劑之間的所述氣體傳感器。所述發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)工作來在所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行期間切斷向所述內(nèi)燃機(jī)供應(yīng)的燃料，并且還基于根據(jù)來自所述氣體傳感器的輸出確定的所述廢氣的空燃比來執(zhí)行豐富燃料噴射操作，以在完成針對所述內(nèi)燃機(jī)的燃料切斷時消除所述上游和下游催化劑的過量氧氣狀態(tài)(即，極其稀薄的狀態(tài))。所述控制器確定作出改變請求以在執(zhí)行豐富燃料噴射操作時在空燃比向豐富側(cè)改變時增大所述氣體傳感器的響應(yīng)時間。 所述恒流電路向所述氣體傳感器供應(yīng)所述恒流，以在空燃比向豐富側(cè)改變時延長所述氣體傳感器的響應(yīng)時間。具體地說，當(dāng)所述發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)切斷針對所述內(nèi)燃機(jī)的燃料時，它將使得所述上游和下游催化劑被置于過量氧氣狀態(tài)(即，極其稀薄的狀態(tài))中。為了消除所述上游和下游催化劑的過量氧氣狀態(tài)，換句話說，將所述上游和下游催化劑置于其中適當(dāng)數(shù)量的氧氣在完成針對所述內(nèi)燃機(jī)的燃料切斷后立即迅速地留在所述上游和下游催化劑中的中和狀態(tài)中，所述發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)基于廢氣的空燃比來執(zhí)行豐富燃料噴射操作。所述氣體傳感器被布置在所述上游和下游催化劑之間的中間位置。所述發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)基于來自所述氣體傳感器的輸出來確定廢氣的空燃比是否已經(jīng)從稀薄側(cè)向豐富側(cè)改變，然后當(dāng)確定空燃比已經(jīng)改變到豐富狀態(tài)時結(jié)束豐富燃料噴射操作。然而，在所述廢氣的空燃比在所述氣體傳感器的位置處已經(jīng)從稀薄狀態(tài)向豐富狀態(tài)改變時，所述上游催化劑可能已經(jīng)被中和，但是所述下游催化劑可能仍然被置于過量氧氣狀態(tài)中。所述氣體傳感器控制裝置可用于在執(zhí)行豐富燃料噴射操作時在空燃比向豐富狀態(tài)改變時增大所述氣體傳感器的所述響應(yīng)時間。具體地說，在豐富燃料噴射操作期間，建立了氣體傳感器響應(yīng)于廢氣的空燃比從稀薄狀態(tài)向豐富狀態(tài)的實(shí)際改變的時滯。這使得發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)能夠在中和所述上游催化劑后，在具有延遲的情況下終止豐富燃料噴射操作， 由此適當(dāng)?shù)刂泻退錾嫌魏拖掠未呋瘎⑶冶ＷC在完成針對發(fā)動機(jī)的燃料切斷緊后控制廢氣排放的穩(wěn)定性。所述恒流電路可以被設(shè)計用來調(diào)節(jié)要被施加到所述氣體傳感器施加的所述恒流的量。所述控制器基于所述改變請求來確定需要施加到所述氣體傳感器以改變所述氣體傳感器的響應(yīng)時間的程度的恒流的目標(biāo)量。具體地說，當(dāng)需要將所述氣體傳感器的所述響應(yīng)時間調(diào)節(jié)得在空燃比改變到豐富狀態(tài)時和在所述空燃比改變到稀薄狀態(tài)時之間不同時，所述控制器確定在將所述響應(yīng)時間的程度改變?yōu)槠谕闹邓枰南蛩鰵怏w傳感器供應(yīng)的所述恒流的目標(biāo)量。當(dāng)所述內(nèi)燃機(jī)正在所述內(nèi)燃機(jī)上的負(fù)荷正在增加的過渡時間段中或在所述內(nèi)燃機(jī)上的負(fù)荷停止增加以使所述內(nèi)燃機(jī)處于高負(fù)荷狀態(tài)的高負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)時間段中運(yùn)行時， 所述控制器確定進(jìn)行了所述改變請求以在空燃比從豐富向稀薄改變時縮短所述氣體傳感器的響應(yīng)時間，并且將改變所述過渡時間段中的所述氣體傳感器的所述響應(yīng)時間的程度小于改變所述高負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)時間段中的所述氣體傳感器的所述響應(yīng)時間的程度。具體地說，所述發(fā)動機(jī)在高負(fù)荷狀態(tài)中運(yùn)行的時間段包括發(fā)動機(jī)上的負(fù)荷正在增大的過渡時間段和發(fā)動機(jī)上的負(fù)荷停止增大并且發(fā)動機(jī)保持在高負(fù)荷狀態(tài)中運(yùn)行的高負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)時間段。在過渡時間段或高負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)時間段的任何一個中，向發(fā)動機(jī)內(nèi)引導(dǎo)的新鮮空氣的量通常在變大，使得諸如NOx成分的稀薄成分增多。因此，可取的是，在空燃比向稀薄狀態(tài)改變時縮短所述氣體傳感器的響應(yīng)時間以便減少稀薄成分的排放量。然而，恐怕與高負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)時間段相比，稀薄成分的排放量在過渡時間段極大地增多。因此，所述控制器將在過渡時間段中在空燃比從豐富向稀薄改變時所述氣體傳感器的響應(yīng)時間改變得比在高負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)時間段中的響應(yīng)時間短。這保證在過渡時間段和高負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)時間段之間在排放稀薄成分上的平衡。


通過下面給出的詳細(xì)描述和本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的附圖，將更全面地理解本發(fā)明，然而，該優(yōu)選實(shí)施例不應(yīng)當(dāng)被拿來將本發(fā)明限制為特定實(shí)施例，而是僅用于解釋和理解的目的。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例說明配備了氣體控制裝置的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的框圖；圖2是部分縱向截面圖，其示出電連接到在圖1的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)中安裝的氣體控制裝置的A傳感器的傳感設(shè)備；圖3是說明在圖2的傳感設(shè)備產(chǎn)生的電動勢和廢氣的空燃比之間的關(guān)系的電動勢特性視圖；圖4(a)是圖2的仏傳感器的傳感設(shè)備的部分截面圖，其說明了在空燃比從豐富向稀薄改變時停留在傳感設(shè)備周圍的廢氣的成分；圖4(b)是圖2的&傳感器的傳感設(shè)備的部分截面圖，其說明了在空燃比從稀薄向豐富改變時停留在傳感設(shè)備周圍的廢氣的成分；圖5是表示在廢氣的實(shí)際空燃比和圖2的&傳感器的輸出之間的關(guān)系的時序圖；圖6 (a)是圖2的O2傳感器的傳感設(shè)備的部分截面圖，其說明了當(dāng)向傳感設(shè)備施加恒流以增強(qiáng)在空燃比從豐富向稀薄改變時A傳感器的響應(yīng)時間時的氧氣的流動；圖6(b)是圖2的O2傳感器的傳感設(shè)備的部分截面圖，其說明了當(dāng)向傳感設(shè)備施加恒流以增強(qiáng)在空燃比從稀薄向豐富改變時O2傳感器的響應(yīng)時間時的氧氣的流動；圖7是輸出特性視圖，其說明了由圖2的&傳感器產(chǎn)生用于增強(qiáng)&傳感器的豐富響應(yīng)時間和稀薄響應(yīng)時間的電動勢；圖8是由圖1的氣體傳感器控制裝置執(zhí)行來改變圖2的&傳感器的響應(yīng)時間的響應(yīng)控制程序的流程圖；圖9(a)是說明當(dāng)在空燃比從豐富向稀薄改變時增強(qiáng)O2傳感器的響應(yīng)時間時在廢氣的實(shí)際空燃比、圖2的A傳感器的輸出和施加到Α傳感器的恒流之間的關(guān)系的時序圖；圖9(b)是說明當(dāng)在空燃比從稀薄向豐富改變時增強(qiáng)O2傳感器的響應(yīng)時間時在廢氣的實(shí)際空燃比、圖2的A傳感器的輸出和施加到Α傳感器的恒流之間的關(guān)系的時序圖；圖10是由本發(fā)明的第二實(shí)施例的氣體傳感器控制裝置執(zhí)行的響應(yīng)控制程序的流程圖；圖11是說明在圖10的響應(yīng)控制程序中廢氣的實(shí)際空燃比、O2傳感器的輸出和施加到A傳感器的恒流之間的關(guān)系的時序圖；圖12(a)是表示在其中執(zhí)行測試以評估仏傳感器的響應(yīng)時間的改變的環(huán)境條件的視圖；圖12(b)是示出當(dāng)增強(qiáng)在空燃比從豐富向稀薄改變時O2傳感器的響應(yīng)時間時在圖12(a)中執(zhí)行的測試的結(jié)果的圖形；圖12(c)是示出當(dāng)增強(qiáng)在空燃比從稀薄向豐富改變時O2傳感器的響應(yīng)時間時在圖12(a)中執(zhí)行的測試的結(jié)果的圖形；圖13(a)是說明施加到O2傳感器的恒流與向內(nèi)燃機(jī)供應(yīng)的進(jìn)氣量的關(guān)系的圖形；圖13(b)是說明施加到&傳感器的恒流與內(nèi)燃機(jī)的速度的關(guān)系的圖形；圖14是說明在第二實(shí)施例的一種修改中廢氣的實(shí)際空燃比、O2傳感器的輸出和施加到A傳感器的恒流之間的關(guān)系的時序圖；圖15(a)是說明在第二實(shí)施例的另一種修改中在廢氣的實(shí)際空燃比、O2傳感器的輸出和施加到A傳感器的恒流之間的關(guān)系的時序圖；圖15(b)是說明在第二實(shí)施例的另一種修改中向O2傳感器施加恒流的時間的時序圖；圖15(c)是說明在第二實(shí)施例的另一種修改中向O2傳感器施加恒流的時間的時序圖；以及圖16是說明用于與氣體傳感器控制裝置一起使用的&傳感器的修改的橫向截面圖。
具體實(shí)施例方式參考附圖，其中，在幾個視圖中相似的附圖標(biāo)記指示相似的部件，特別是圖1，示出了根據(jù)第一實(shí)施例的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，其被設(shè)計來監(jiān)視在汽車中安裝的內(nèi)燃機(jī)的排氣管中安裝的氣體傳感器的輸出以執(zhí)行一些發(fā)動機(jī)控制任務(wù)。發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)配備有空燃比氣體傳感器控制裝置，并且包括用于控制要向內(nèi)燃機(jī)10內(nèi)噴射的燃料的量(例如，要向發(fā)動機(jī) 10供應(yīng)的混合物的空燃比)、燃料的點(diǎn)火時間等的電子控制單元(ECU) 25。發(fā)動機(jī)10是汽油發(fā)動機(jī)，并且配備有電子控制的節(jié)流閥11、燃料噴射器12(為了說明的簡潔而僅示出了一個)和點(diǎn)火設(shè)備(即點(diǎn)火器)13。從發(fā)動機(jī)10延伸的排氣管14 中安裝了作為廢氣排放控制設(shè)備的催化劑轉(zhuǎn)換器1 和15b。催化劑轉(zhuǎn)換器1 和15b的每一個包括三元催化劑。催化劑轉(zhuǎn)換器1 充當(dāng)位于排氣管14上游的第一催化劑(也將被稱為上游催化劑)，而催化劑轉(zhuǎn)換器1 充當(dāng)被安裝在位于催化劑轉(zhuǎn)換器15a的下游的排氣管14的一部分中的第二催化劑(也將被稱為下游催化劑)。下文中催化劑轉(zhuǎn)換器1 和1 也將分別被稱為第一和第二催化劑1 和15b。發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)還包括空燃比(A/ F)傳感器16和&傳感器17。A/F傳感器16被安裝在位于第一催化劑1 上游的排氣管 14的一部分中。&傳感器17被布置在第一和第二催化劑1 和1 之間，即，第二催化劑 15b的上游和第一催化劑15a的下游。A/F傳感器16用于輸出在電平上大體與流過排氣管 14的廢氣的空燃比成比例的電信號。注意，混合物的空燃比與廢氣中的氧氣的濃度成比例， 并且因此通常在發(fā)動機(jī)控制領(lǐng)域中被稱為廢氣的空燃比。O2傳感器17用于以電動勢的形式輸出電信號，該電動勢在當(dāng)廢氣的空燃比處于豐富狀態(tài)中時和當(dāng)空燃比處于稀薄狀態(tài)中時之間在電平上不同。發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)還包括節(jié)流閥位置傳感器21、曲柄角傳感器22、進(jìn)氣流傳感器23 和冷卻劑溫度傳感器對。節(jié)流閥位置傳感器21測量節(jié)流閥11的位置，該位置表示節(jié)流閥11的打開程度。曲柄角傳感器22例如在發(fā)動機(jī)10的曲軸每旋轉(zhuǎn)30°時輸出矩形信號 (即，脈沖信號)。進(jìn)氣流傳感器23測量要被吸入發(fā)動機(jī)10內(nèi)的進(jìn)入空氣的流速。冷卻劑溫度傳感器M測量發(fā)動機(jī)10的冷卻劑的溫度。發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)還包括燃燒壓力傳感器、 加速器位置傳感器、油溫傳感器等，它們都沒有示出。燃燒壓力傳感器測量其中燃料正在燃燒的在發(fā)動機(jī)10的燃燒室中的壓力。加速器位置傳感器測量加速器踏板(未示出)的位置，換句話說，司機(jī)在加速器踏板上的作用力。油溫傳感器測量在發(fā)動機(jī)10中的潤滑油的溫度。這些傳感器向ECU 25提供用于表示發(fā)動機(jī)10的操作狀態(tài)的輸出。通過由CPU、ROM、RAM等構(gòu)成的傳統(tǒng)微計算機(jī)實(shí)現(xiàn)ECU 25，并且ECU 25執(zhí)行在ROM 中存儲的控制程序，以基于發(fā)動機(jī)10的操作狀態(tài)來執(zhí)行發(fā)動機(jī)10的控制任務(wù)。具體地說， ECU 25監(jiān)視來自以上傳感器的輸出，以計算要向發(fā)動機(jī)10噴射的燃料的目標(biāo)量和發(fā)動機(jī) 10中的燃料的點(diǎn)火定時，并且控制燃料噴射器12和點(diǎn)火設(shè)備13的操作。E⑶25使用來自A/F傳感器16和仏傳感器17的輸出在空燃比反饋模式中執(zhí)行噴射量控制任務(wù)。具體地說，ECU 25在主反饋模式中使得由A/F傳感器16測量的廢氣的實(shí)際空燃比與根據(jù)發(fā)動機(jī)10的操作狀態(tài)計算的目標(biāo)空燃比一致，并且還使用O2傳感器17 執(zhí)行子反饋模式。例如，ECU 25在子反饋模式中使得目標(biāo)空燃比與化學(xué)計量空燃比一致。O2傳感器17配備有杯狀傳感設(shè)備31，如圖2中所示。圖2是傳感設(shè)備31的縱向截面圖。雖然未示出，但是傳感設(shè)備被布置在空外殼中，并且被外蓋或外蓋組件覆蓋。如上所述，O2傳感器17被安裝在排氣管14上，并且傳感設(shè)備31暴露到流過排氣管14的廢氣?？梢詮膱D2看到的傳感設(shè)備31包括固態(tài)電解質(zhì)體32，其在橫截面上具有U形，并且形成中間層；暴露到廢氣的電極層33 ；以及，暴露到空氣的電極層34。暴露到廢氣的電極層33充當(dāng)具有傳感設(shè)備32的外表面的暴露到廢氣的電極。暴露到空氣的電極層34充當(dāng)具有傳感器設(shè)備32的內(nèi)表面的暴露到空氣的電極，該內(nèi)表面限定了內(nèi)部氣室35。固態(tài)電解質(zhì)體32由氧鐵傳導(dǎo)燒結(jié)氧化物形成，該氧化物由&02、Hf02、TM)2和Bi2O3構(gòu)成，其中，CaO、 MgO、Y2O3和％203被混合為穩(wěn)定劑。暴露到廢氣的電極層33和暴露到空氣的電極層34分別由諸如鉬的貴金屬構(gòu)成，該貴金屬在催化活性上較高，并且被用多孔膜(porous film)化學(xué)電鍍。電極層33和34作為一對傳感器電極。固態(tài)電解質(zhì)體32在其中限定了氣室35， 其中，在氣體室35中布置加熱器36來產(chǎn)生大得足以將傳感設(shè)備31整體加熱到可激活的溫度的熱能?？杉せ畹臏囟仁腔瘋鞲衅?7被激活以適當(dāng)?shù)夭僮鞯臏囟龋⑶依缡?50°C至 400°C。將新鮮空氣供應(yīng)到氣室35，以使得在氣室35中將氧氣的濃度保持在已知值。換句話說，新鮮空氣被用作其氧氣濃度是已知的參考?xì)怏w。暴露到空氣的電極層34因此作為暴露到參考?xì)怏w的電極。固態(tài)電解質(zhì)體32在其外表面暴露到流過排氣管14的廢氣，并且在其內(nèi)表面暴露到氣室35中的空氣。根據(jù)廢氣和空氣之間的氧氣濃度(即，氧氣的分壓)的差，在暴露到廢氣的電極層33和暴露到空氣的電極層34之間生成電動勢。具體地說，傳感設(shè)備31產(chǎn)生在當(dāng)廢氣的空燃比豐富和當(dāng)它稀薄時之間在電勢上不同的電動勢。O2傳感器17以電信號的形式輸出電動勢，以向ECU 25通知現(xiàn)在流過排氣管14的廢氣處于豐富狀態(tài)或稀薄狀態(tài)。圖3是說明由傳感設(shè)備31產(chǎn)生的電動勢和發(fā)動機(jī)10的廢氣的A/F比的電動勢特性視圖。水平軸表示過?？諝饴师?。λ = 1指示化學(xué)計量空燃比。實(shí)線曲線指示由傳感設(shè)備31產(chǎn)生的電動勢。該圖示出電動勢在化學(xué)計量空燃比附近在電平上迅速地改變。具體地說，在過?？諝饴师诵∮谝?1)的豐富范圍中，電動勢將是大約0. 9V，而在過?？諝饴?λ大于一(1)的稀薄范圍中，電動勢將是大約0V?；仡^參考圖2，傳感設(shè)備31的暴露到廢氣的電極層33連接到地。暴露到空氣的電極層34連接到微計算機(jī)沈。將根據(jù)廢氣中的空燃比(即，氧氣的濃度)而產(chǎn)生的電動勢以電信號的形式輸出到微計算機(jī)26。微計算機(jī)沈被例如安裝在ECU 25中，并且用于基于來自傳感設(shè)備31的輸出計算空燃比。微計算機(jī)沈還使用來自上述傳感器的輸出來計算發(fā)動機(jī)10的速度和向發(fā)動機(jī)10供應(yīng)的進(jìn)氣的量(即，流速)。當(dāng)發(fā)動機(jī)10在運(yùn)行時，廢氣的空燃比有時在豐富和稀薄之間連續(xù)地改變。如果& 傳感器17響應(yīng)于廢氣的空燃比的這種改變的速率或速度低，則它可能導(dǎo)致發(fā)動機(jī)10的性能的降低。例如，當(dāng)發(fā)動機(jī)10在高負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行時，它導(dǎo)致廢氣中的氧氣濃度的不期望的增大。下面將描述當(dāng)廢氣的實(shí)際空燃比在豐富狀態(tài)和稀薄狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時的O2傳感器 17的響應(yīng)性(SP，響應(yīng)時間或速度)。
當(dāng)從發(fā)動機(jī)10 (第一催化劑1 的下游)排出的廢氣的空燃比在豐富和稀薄側(cè)之間改變時，這通常涉及廢氣的成分構(gòu)成的改變。在空燃比的改變緊前包含在廢氣中的一些成分通常仍然駐留，這導(dǎo)致響應(yīng)于廢氣的空燃比的改變的、O2傳感器17輸出的電平上的改變上的延遲(即，O2傳感器17的響應(yīng)時滯)。具體地說，當(dāng)如圖4(a)中所示廢氣的空燃比從豐富向稀薄側(cè)改變時，諸如HC成分的廢氣的豐富成分仍然接近暴露到廢氣的電極層33， 這干擾了在傳感器電極(即，電極層33和34)上的諸如NOx成分的稀薄成分的反應(yīng)。這導(dǎo)致在A傳感器17的輸出對于空燃比向稀薄側(cè)改變的響應(yīng)性的降低。當(dāng)如圖4(b)中所示廢氣的空燃比從稀薄側(cè)向豐富側(cè)改變時，諸如NOx的廢氣的稀薄成分仍然接近暴露到廢氣的電極層33，這干擾了在傳感器電極(S卩，電極層33和34)上的諸如HC成分的稀薄成分的反應(yīng)。這導(dǎo)致O2傳感器17的輸出對于空燃比向豐富側(cè)改變的響應(yīng)性的降低。圖5是說明在&傳感器17的輸出上的改變的時序圖。當(dāng)廢氣的空燃比在豐富和稀薄狀態(tài)之間改變時，它將使得O2傳感器17的輸出在 0.9V(S卩，豐富)和0V(S卩，稀薄)之間改變。O2傳感器17的輸出在對于空燃比在豐富和稀薄之間改變的響應(yīng)上具有時滯。在圖5的示例中，O2傳感器17的輸出在廢氣的空燃比從豐富向稀薄改變后以TDl的時滯改變，而它在廢氣的空燃比從稀薄向豐富改變后以TD2的時滯改變。為了減小以上響應(yīng)時滯，本實(shí)施例的氣體控制裝置被設(shè)計來評估在當(dāng)空燃比向稀薄側(cè)改變時和當(dāng)向豐富側(cè)改變時的至少一個時，是否已經(jīng)請求改變O2傳感器17的響應(yīng)時間，并且如果是肯定的，則控制下面將詳細(xì)描述的恒流以調(diào)節(jié)O2傳感器17的響應(yīng)時間。通過將電流以所選擇的方向通過傳感器電極(即，電極層33和34)來實(shí)現(xiàn)響應(yīng)時間的調(diào)節(jié)。具體地說，發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)還包括如圖2中所示的恒流電路27，其電連接到&傳感器17的暴露到空氣的電極層34。微計算機(jī)沈控制恒流電路27的操作以向&傳感器17 施加恒流Ics。微計算機(jī)沈計算要向傳感器電極施加的恒流Ics的量和恒流Ics要從暴露到廢氣的電極層33向暴露到空氣的電極層34流動或反之亦然的方向。更具體地，恒流電路27被設(shè)計來在相反方向的任何一個上向暴露到空氣的電極層27施加恒流Ics，并且還改變恒流Ics。微計算機(jī)沈能夠通過恒流電路27在PWM(脈沖寬度調(diào)制)模式中改變恒流Ics。恒流電路27基于從微計算機(jī)沈輸出的脈沖信號的占空比來調(diào)節(jié)恒流Ics，并且將其供應(yīng)到暴露到廢氣的電極層33和暴露到空氣的電極層34。在下面的討論中，從暴露到廢氣的電極層33流向暴露到空氣的電極層34的恒流 Ics將被稱為負(fù)恒流-Ics，而從暴露到空氣的電極層34流向暴露到廢氣的電極層33的恒流Ics將被稱為正恒流+Ics。當(dāng)需要提高響應(yīng)速度，換句話說，減小O2傳感器17對于廢氣的空燃比從豐富向稀薄的改變進(jìn)行反應(yīng)所花費(fèi)的響應(yīng)時間(其在下文中也被稱為稀薄靈敏度或稀薄響應(yīng)時間) 時，微計算機(jī)26施加恒流Ics(即，負(fù)恒流-Ics)，如圖6(a)中所示，以使得氧分子(O2)從暴露到空氣的電極層34通過固態(tài)電解質(zhì)體32向暴露到廢氣的電極層33移動。從暴露到空氣的電極層34向暴露到廢氣的電極層33的氧氣供應(yīng)加速了位于暴露到廢氣的電極層33 周圍的豐富成分(HC)的氧化反應(yīng)，由此迅速地去除豐富成分。這便利了在暴露到廢氣的電極層33上的稀薄成分(NOx)的反應(yīng)，因此導(dǎo)致縮短了 &傳感器17的響應(yīng)時間。
替代地，當(dāng)需要縮短&傳感器17對于廢氣的空燃比從稀薄向豐富的改變進(jìn)行反應(yīng)所花費(fèi)的響應(yīng)時間(其在下文也被稱為豐富靈敏度或豐富響應(yīng)時間)時，微計算機(jī)沈施加恒流Ics(即，正恒流+Ics)，如圖6(b)中所示，以使得氧分子(O2)從暴露到廢氣的電極層33通過固態(tài)電解質(zhì)體32向暴露到空氣的電極層34移動。從暴露到廢氣的電極層33向暴露到空氣的電極層34的氧氣供應(yīng)加速了位于暴露到廢氣的電極層33周圍的稀薄成分 (NOx)的還原反應(yīng)，由此迅速地去除稀薄成分。這便利了在暴露到廢氣的電極層33上的豐富成分(HC)的反應(yīng)，因此導(dǎo)致縮短了 &傳感器17的響應(yīng)時間。圖7是說明當(dāng)增強(qiáng)豐富響應(yīng)時間和稀薄響應(yīng)時間時由&傳感器17產(chǎn)生的電動勢的輸出特性視圖。已經(jīng)參考圖6(a)描述的從暴露到空氣的電極層34通過固態(tài)電解質(zhì)體32到暴露到廢氣的電極層33的負(fù)恒流-Ics的供應(yīng)將如圖7中的(a)中所示導(dǎo)致輸出特性曲線向豐富側(cè)的移位，換句話說，由A傳感器17產(chǎn)生的電動勢的降低。因此，當(dāng)廢氣的實(shí)際空燃比處于接近化學(xué)計量空燃比的豐富范圍的一部分內(nèi)時，O2傳感器17的輸出指示空燃比稀薄。 這表示增強(qiáng)了 A傳感器17對于空燃比向稀薄側(cè)的改變的響應(yīng)速度。已經(jīng)參考圖6(b)描述的從暴露到廢氣的電極層33通過固態(tài)電解質(zhì)體32到暴露到空氣的電極層34的正恒流+Ics的供應(yīng)將如圖7中的(b)中所示導(dǎo)致輸出特性曲線向稀薄側(cè)的移位，換句話說，由A傳感器17產(chǎn)生的電動勢的增大。因此，當(dāng)廢氣的實(shí)際空燃比處于接近化學(xué)計量空燃比的稀薄范圍的一部分內(nèi)時，O2傳感器17的輸出指示空燃比豐富。 這表示增強(qiáng)了 A傳感器17對于空燃比向豐富側(cè)的改變的響應(yīng)速度。圖8是由微計算機(jī)沈以固定間隔循環(huán)執(zhí)行以改變&傳感器17的響應(yīng)速度的響應(yīng)控制程序的流程圖。在步驟Sll、S12和S13的每一個中，確定是否作出了改變O2傳感器17的響應(yīng)速度的改變請求。在步驟S14、S15、S16和S17的每一個中，微計算機(jī)沈根據(jù)步驟S11、S12或 S13中的確定的結(jié)果來控制恒流電路27的操作以調(diào)節(jié)&傳感器17的響應(yīng)速度。具體地說，在進(jìn)入程序后，例程進(jìn)行到步驟S11，其中，確定發(fā)動機(jī)10是否正在低溫狀態(tài)中運(yùn)行。通過下述來進(jìn)行該確定使用冷卻劑溫度傳感器M的輸出來評估發(fā)動機(jī)10 的冷卻劑的溫度是否小于給定值，評估發(fā)動機(jī)10的潤滑油的溫度是否小于給定值，或者在延伸到發(fā)動機(jī)10的燃料流路中的燃料的溫度是否小于給定值。如果在步驟Sll中獲得YES回答，則表示發(fā)動機(jī)10處于低溫狀態(tài)中，并且當(dāng)廢氣的空燃比改變到豐富狀態(tài)時作出提高A傳感器17的響應(yīng)速度的請求，然后例程進(jìn)行到步驟S14，其中，微計算機(jī)沈確定恒流Ics在暴露到廢氣的電極層33和暴露到空氣的電極層 34之間流動的方向，然后通過恒流電路27向&傳感器17施加正恒流+Ics。然后恒流Ics 從暴露到空氣的電極層34向暴露到廢氣的電極層33流動，使得氧分子從暴露到廢氣的電極層33向暴露到空氣的電極層34移動。這導(dǎo)致在發(fā)動機(jī)10處于低溫狀態(tài)中時&傳感器 17的響應(yīng)速度的增大。優(yōu)選的是，預(yù)先確定要向&傳感器17施加的正恒流+Ics。如果在步驟Sll中獲得NO回答，則例程進(jìn)行到步驟S12，其中，確定發(fā)動機(jī)10是否正在高負(fù)荷狀態(tài)中運(yùn)行?；诎l(fā)動機(jī)10的操作狀態(tài)來進(jìn)行該確定。例如，確定向發(fā)動機(jī) 10的汽缸內(nèi)吸入的進(jìn)氣的量是否大于給定的參考值，在其中燃料正在燃燒的發(fā)動機(jī)10的燃燒室中的壓力是否大于給定參考水平，或者加速器的位置是否指示發(fā)動機(jī)10需要在高負(fù)荷狀態(tài)中運(yùn)行。如果滿足這些條件的至少一個，則微計算機(jī)沈斷定發(fā)動機(jī)10正在高負(fù)荷狀態(tài)中運(yùn)行。因此，在步驟S12獲得YES回答，這表示已經(jīng)作出了當(dāng)廢氣的空燃比向稀薄狀態(tài)改變時提高化傳感器17的響應(yīng)速度的請求。例程進(jìn)行到步驟S15，其中，微計算機(jī)沈通過恒流電路27向&傳感器17施加負(fù)恒流-Ics。恒流Ics然后從暴露到廢氣的電極層 33向暴露到空氣的電極層34流動，使得氧分子從暴露到空氣的電極層34向暴露到廢氣的電極層33移動。這導(dǎo)致當(dāng)發(fā)動機(jī)10處于高負(fù)荷狀態(tài)時化傳感器17的響應(yīng)速度的增大。 優(yōu)選的是，預(yù)先確定要向A傳感器17施加的負(fù)恒流-Ics。發(fā)動機(jī)10在高負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行的時間段通常包括過渡時間段和高負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)時間段，其中，在過渡時間段中，發(fā)動機(jī)10上的負(fù)荷正在增大，而在高負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)時間段中，發(fā)動機(jī)10上的負(fù)荷停止增大，并且發(fā)動機(jī)10保持在高負(fù)荷狀態(tài)中運(yùn)行。在步驟S15， O2傳感器17的響應(yīng)速度在過渡時間段和高負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)時間段中都增大，但是可以被調(diào)節(jié)為在過渡時間段和高負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)時間段之間在程度上不同。在過渡時間段中的響應(yīng)速度比在高負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)時間段中的響應(yīng)速度增大的多。具體地說，如果在步驟S12中獲得YES回答，則表示發(fā)動機(jī)10正在高負(fù)荷狀態(tài)中運(yùn)行，微計算機(jī)26可以評估發(fā)動機(jī)10的操作是在過渡時間段中還是在高負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)時間段中。如果確定發(fā)動機(jī)10處于過渡時間段中，則微計算機(jī)沈決定作出減小O2傳感器17 的響應(yīng)速度被提高的程度的請求，其中，該程度小于在高負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)時間段中提高的程度，然后調(diào)節(jié)對化傳感器17的恒流Isc的供應(yīng)。替代地，如果確定發(fā)動機(jī)10處于高負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)時間段中，則微計算機(jī)26斷定作出了增大化傳感器17的響應(yīng)速度被提高的程度的請求，其中，該程度大于在過渡時間段中提高的程度，然后調(diào)節(jié)對A傳感器17的恒流Isc 的供應(yīng)。如果在步驟S12中獲得NO回答，則例程進(jìn)行到步驟S13，其中，確定在發(fā)動機(jī)10經(jīng)歷的燃料切斷的完成緊后燃料是否已經(jīng)被噴射到發(fā)動機(jī)10內(nèi)，并且確定現(xiàn)在是否正在執(zhí)行豐富燃料噴射操作以中和催化劑1 和15b。豐富燃料噴射操作是基于O2傳感器17的輸出來暫時將空燃比向豐富側(cè)改變，以便在完成針對發(fā)動機(jī)10的燃料切斷時消除催化劑1 和15b的過量氧氣狀態(tài)(即，極其稀薄狀態(tài))的空燃比控制操作。燃料比向豐富側(cè)的改變將使得催化劑15a和15b的空氣被中和，即，保持在化學(xué)計量空燃比附近。當(dāng)在完成針對發(fā)動機(jī)10的燃料切斷后&傳感器17的輸出從稀薄向豐富改變時，發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)終止豐富燃料噴射操作。當(dāng)空燃比向豐富側(cè)改變時，發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)減少A傳感器17的響應(yīng)時間。如果在步驟S13中獲得YES回答，表示作出了當(dāng)空燃比向豐富側(cè)改變時降低O2傳感器17的響應(yīng)速度的請求，則例程進(jìn)行到步驟S16，其中，微計算機(jī)沈控制恒流Ics的供應(yīng)以降低A傳感器17的響應(yīng)速度。具體地說，微計算機(jī)沈控制恒流電路27的操作，以向& 傳感器17施加負(fù)恒流-Ics，就像當(dāng)空燃比向稀薄側(cè)改變時提高O2傳感器17的響應(yīng)速度的情況那樣。這使得氧氣從暴露到空氣的電極層34向暴露到廢氣的電極層33流動，由此在執(zhí)行豐富燃料噴射操作以將空燃比向豐富側(cè)改變時降低化傳感器17的響應(yīng)速度。優(yōu)選的是，預(yù)先試驗(yàn)地確定要向A傳感器17施加的負(fù)恒流-Ics的程度。如果在所有的步驟Sll至S17中都獲得NO回答，則例程進(jìn)行到步驟S 17，其中，微計算機(jī)沈?qū)⒑懔鱅cs設(shè)置為0，以將A傳感器17的響應(yīng)速度保持在參考值。微計算機(jī)沈不必然需要執(zhí)行所有的步驟Sll至S13，但是可以被設(shè)計來執(zhí)行它們
13中的任何一個或兩個。圖9 (a)和9 (b)分別是表示當(dāng)增強(qiáng)仏傳感器17的稀薄靈敏度和豐富靈敏度時廢氣的實(shí)際空燃比、O2傳感器17的輸出和恒流Ics之間的關(guān)系的時序圖。在圖9(a)中，循環(huán)地從豐富向稀薄和從稀薄向豐富改變空燃比將使得O2傳感器 17的輸出交錯地在0.9V( S卩，豐富)和0V( S卩，稀薄)之間切換。當(dāng)需要提高O2傳感器17 的稀薄靈敏度(即，O2傳感器17對于空燃比從豐富向稀薄的改變進(jìn)行反應(yīng)的響應(yīng)速度)時， 向A傳感器17供應(yīng)負(fù)恒流-Ics，以使得它從暴露到空氣的電極層34向暴露到廢氣的電極層33流動(參見圖6 (a))。當(dāng)空燃比在時間tl或t2從豐富向稀薄改變時，負(fù)恒流-Ics的施加在時間tl或t2緊后加速了豐富成分的去除，由此導(dǎo)致&傳感器17的稀薄靈敏度的提高。換句話說，當(dāng)空燃比向稀薄側(cè)改變時，降低了 A傳感器17的輸出經(jīng)歷的時滯TDl (如圖5中所示)。除了降低O2傳感器17的輸出在從指示豐富空燃比的豐富氣體電平向指示稀薄空燃比的稀薄氣體電平改變時經(jīng)歷的時滯之外，與當(dāng)不向O2傳感器17供應(yīng)電流時相比，表示 O2傳感器17的輸出的線的斜率(即，O2傳感器17的輸出改變的速率)增大。這是因?yàn)楫?dāng) O2傳感器17的輸出從豐富向稀薄改變時，如在圖9(a)中的時間tl緊后可以看到的，廢氣的實(shí)際空燃比已經(jīng)向稀薄改變，但是稀薄氣體通常包含少量的豐富成分。在豐富至稀薄過渡時間段(即，在圖9(a)中的時間tl緊后)中通過O2傳感器17的負(fù)恒流-Ics的流動導(dǎo)致A傳感器17的輸出從豐富向稀薄的迅速改變，因此導(dǎo)致圖9 (a)中表示&傳感器17的輸出的線的斜率的增大。當(dāng)需要提高O2傳感器17的豐富靈敏度(即，O2傳感器17對于空燃比從稀薄向豐富的改變進(jìn)行反應(yīng)的響應(yīng)速度)時，向A傳感器17供應(yīng)正恒流+Ics，以使得它從暴露到廢氣的電極層33向暴露到空氣的電極層34流動(參見圖6(b))。當(dāng)空燃比在圖9(b)中的時間t3或t4從稀薄向豐富改變時，正恒流+Ics的施加在時間t3或t4后立即加速稀薄成分的去除，由此導(dǎo)致O2傳感器17的豐富靈敏度的提高。換句話說，降低了 O2傳感器17的輸出在空燃比向豐富側(cè)改變時經(jīng)歷的時滯TD2 (如圖5中所示)。除了降低O2傳感器17的輸出在從稀薄氣體電平向豐富氣體電平改變時經(jīng)歷的時滯上之外，與當(dāng)不向O2傳感器17供應(yīng)電流時相比，還提高了表示O2傳感器17的輸出的線的斜率(即，A傳感器17的輸出改變的速率)。本實(shí)施例的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)提供以下優(yōu)點(diǎn)。發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)評估是否作出了改變&傳感器14的豐富靈敏度或稀薄靈敏度的請求，并且當(dāng)確定作出該請求時，向O2傳感器17供應(yīng)恒流。具體地說，電極控制系統(tǒng)能夠在空燃比在豐富和稀薄狀態(tài)之間改變時按照需要增大或減小O2傳感器17的響應(yīng)時間，換句話說，加速或減速除了需要測量其濃度的廢氣成分之外的廢氣成分(即，在本實(shí)施例中干擾氧氣濃度的測量的成分)的去除。在本實(shí)施例中，通過使用恒流電路27來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)， 而不需要改變O2傳感器17的結(jié)構(gòu)，因此消除了對于發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的需要。發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)被設(shè)計來根據(jù)發(fā)動機(jī)10的操作狀態(tài)來確定應(yīng)當(dāng)改變&傳感器17 的稀薄響應(yīng)速度和豐富響應(yīng)速度的哪個，因此能夠根據(jù)發(fā)動機(jī)10的操作狀態(tài)中瞬時所需的改變來實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)10的精細(xì)控制。當(dāng)確定發(fā)動機(jī)10需要在高負(fù)荷狀態(tài)中運(yùn)行時，發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)確定作出了增強(qiáng)的稀薄靈敏度的請求，然后控制對A傳感器17的恒流Ics的施加，因此使得ECU 25能夠開始控制響應(yīng)于在其中諸如NOx的有害排放量通常增多的發(fā)動機(jī)10的高負(fù)荷狀態(tài)下在廢氣的空燃比向稀薄側(cè)的改變而迅速向發(fā)動機(jī)10內(nèi)噴射的混合物的空燃比。這導(dǎo)致有害排放量的減少。當(dāng)確定發(fā)動機(jī)10處于低溫狀態(tài)中時，發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)確定作出了增強(qiáng)&傳感器 17的豐富靈敏度的請求，然后控制對&傳感器17的恒流Ics的施加，因此使得ECU 25能夠開始控制響應(yīng)于在其中諸如HC的有害排放量通常增多的發(fā)動機(jī)10的低溫狀態(tài)中廢氣的空燃比向豐富側(cè)的改變而迅速向發(fā)動機(jī)10內(nèi)噴射的混合物的空燃比。這導(dǎo)致有害排放量的減少。當(dāng)在完成針對發(fā)動機(jī)10的燃料切斷之后需要執(zhí)行豐富燃料噴射操作時，發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)確定作出了降低O2傳感器17的豐富靈敏度的請求，然后控制針對O2傳感器17的恒流Ics的施加。這將導(dǎo)致響應(yīng)于在豐富燃料噴射操作期間實(shí)際空燃比從稀薄向豐富的改變的A傳感器17的輸出的改變延遲。這使得在中和第一催化劑1 之后在具有延遲的情況下終止豐富燃料噴射操作。這使得ECU 25能夠在完成針對發(fā)動機(jī)10的燃料切斷之后中和第一和第二催化劑1 和1 二者，因此在燃料切斷后立即期望地控制廢氣排放，發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)被設(shè)計來能夠響應(yīng)于改變A傳感器17的響應(yīng)性的請求的類型而改變要向A傳感器17施加的恒流Ics的電平，因此根據(jù)在A傳感器17的稀薄靈敏度和豐富靈敏度之間的平衡而實(shí)現(xiàn)A傳感器17的期望程度的響應(yīng)性。發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)確定需要在高負(fù)荷狀態(tài)中運(yùn)行的發(fā)動機(jī)10是在過渡時間段還是在高負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)時間段中。當(dāng)確定發(fā)動機(jī)10處于過渡時間段中時，發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)將A 傳感器17的響應(yīng)性提高得比在高負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)時間段中的多。過渡時間段中的NOx排放量通常變得多于在高負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)時間段中的排放量。因此，發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)將在過渡時間段中的A傳感器17的響應(yīng)性增強(qiáng)得大于在高負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)時間段中的響應(yīng)性，因此根據(jù)化傳感器17的稀薄靈敏度和豐富靈敏度之間的平衡而實(shí)現(xiàn)&傳感器17的期望程度的響應(yīng)性。下面將描述第二實(shí)施例的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，該發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)被設(shè)計來基于空燃比在豐富和稀薄狀態(tài)之間改變之前和之后的廢氣的空燃比的值來將恒流Ics施加到A傳感器17以改變A傳感器17的響應(yīng)速度。具體地說，當(dāng)空燃比已經(jīng)改變時，微計算機(jī)沈在負(fù)恒流-Ics和正恒流+Ics之間切換恒流Ics。這是有效的，尤其是在空燃比改變的循環(huán)相對長的情況中。圖10是由微計算機(jī)沈以固定的間隔循環(huán)地執(zhí)行以改變A傳感器17的響應(yīng)速度的響應(yīng)控制程序的流程圖。在進(jìn)入該程序后，例程進(jìn)行到步驟S21，其中，采樣O2傳感器17的輸出。例程進(jìn)行到步驟S22，其中，確定O2傳感器17的輸出是否經(jīng)歷豐富向稀薄的改變。通過下述方式來進(jìn)行該確定將在該采樣循環(huán)中得出的化傳感器17的輸出與在前面一個采樣循環(huán)得出的 O2傳感器17的輸出進(jìn)行比較。如果獲得YES回答，則例程進(jìn)行到步驟S23，其中，確定O2傳感器17的輸出是否已經(jīng)達(dá)到給定的稀薄標(biāo)準(zhǔn)THL。稀薄標(biāo)準(zhǔn)THL是用于確定&傳感器17 的輸出是否已經(jīng)達(dá)到表示稀薄空燃比的稀薄氣體電平(即，0V)的值。稀薄標(biāo)準(zhǔn)THL被設(shè)置為例如0. IV。
如果在步驟S23中獲得YES回答，則例程進(jìn)行到步驟S24，其中，產(chǎn)生正恒流+Ics。 具體地說，微計算機(jī)沈控制恒流電路27的操作以將正恒流+Ics施加到&傳感器17，以使得氧氣從暴露到廢氣的電極層33向暴露到空氣的電極層34移動。例程進(jìn)行到步驟S25，其中，確定&傳感器17的輸出是否正在經(jīng)歷稀薄向豐富的改變。通過下述方式來進(jìn)行該確定將在該采樣循環(huán)中得出的A傳感器17的輸出與在前面一個采樣循環(huán)得出的A傳感器17的輸出進(jìn)行比較。如果獲得YES回答，則例程進(jìn)行到步驟S26，其中，確定&傳感器17的輸出是否已經(jīng)達(dá)到給定的豐富標(biāo)準(zhǔn)THR。豐富標(biāo)準(zhǔn)THR 是用于確定A傳感器17的輸出是否已經(jīng)到達(dá)表示豐富空燃比的豐富氣體電平(即，0. 9V) 的值。豐富標(biāo)準(zhǔn)THR被設(shè)置為例如0.8V。如果在步驟S26中獲得YES回答，則該例程進(jìn)行到步驟S27，其中，產(chǎn)生負(fù)恒流-Ics。具體地說，微計算機(jī)沈控制恒流電路27的操作以將負(fù)恒流-Ics施加到&傳感器17，以使得氧氣從暴露到空氣的電極層34向暴露到廢氣的電極層33移動。圖11是表示當(dāng)分別增強(qiáng)A傳感器17的稀薄靈敏度和豐富靈敏度時廢氣的實(shí)際空燃比、O2傳感器17的輸出和恒流Ics之間的關(guān)系的時序圖?？杖急妊h(huán)地從豐富向稀薄和從稀薄向豐富的改變將使得O2傳感器17的輸出交錯地在0.9V(S卩，豐富)和0V(S卩，稀薄)之間切換。在當(dāng)O2傳感器17的輸出在豐富氣體電平(0.9V)上會聚時和當(dāng)其在稀薄氣體電平(OV)上會聚時之間的時間段(S卩，時間tlO 至?xí)r間tl2)中，向O2傳感器17施加負(fù)恒流-Ics。在當(dāng)O2傳感器17的輸出在稀薄氣體電平(OV)上會聚時和當(dāng)其在豐富氣體電平(0.9V)上會聚時之間的時間段(即，時間tl2至?xí)r間tl3)中，向O2傳感器17施加正恒流+Ics0在當(dāng)廢氣的空燃比從豐富向稀薄改變時的時間tll，負(fù)恒流-Ics正在流過暴露到廢氣的電極層33和暴露到空氣的電極層34，使得氧氣從暴露到空氣的電極層34向暴露到廢氣的電極層33移動(參見圖6 (a))。這使得在空燃比改變到稀薄側(cè)后立即加速豐富成分的去除，由此導(dǎo)致&傳感器17的豐富響應(yīng)速度的增加。隨后，在當(dāng)化傳感器17的輸出達(dá)到稀薄標(biāo)準(zhǔn)THL時的時間tl2，要向&傳感器17施加的恒流Ics從負(fù)恒流-Ics改變?yōu)檎懔?Ics。在當(dāng)廢氣的空燃比從稀薄向豐富改變時的時間tl3，正恒流+Ics正在流過暴露到廢氣的電極層33和暴露到空氣的電極層34，以使得氧氣從暴露到廢氣的電極層33向暴露到空氣的電極層34移動(參見圖6(b))。這使得在空燃比改變到豐富側(cè)后立即加速豐富成分的去除，由此導(dǎo)致&傳感器17的稀薄響應(yīng)速度的增加。隨后，在當(dāng)&傳感器17的輸出達(dá)到豐富標(biāo)準(zhǔn)THR時的時間tl4，要向O2傳感器17施加的恒流Ics從正恒流+Ics改變?yōu)樨?fù)恒流-Ics。在圖11的示例中，當(dāng)空燃比從豐富向稀薄改變，并且達(dá)到在當(dāng)在O2傳感器17的輸出(即，電動勢)向稀薄側(cè)上的改變在ο上會聚時的時間ti2時，微計算機(jī)沈開始向化傳感器17供應(yīng)正恒流+Ics，以加速廢氣的稀薄成分的去除。當(dāng)空燃比從稀薄向豐富改變，并且達(dá)到在當(dāng)在O2傳感器17的輸出(S卩，電動勢)向豐富側(cè)上的改變在0上會聚時的時間 tl4時，微計算機(jī)沈開始向&傳感器17供應(yīng)負(fù)恒流-Ics，以加速廢氣的豐富成分的去除。因此，除了降低O2傳感器17的輸出在從豐富氣體電平向稀薄氣體電平改變時經(jīng)歷的時滯之外，與當(dāng)不向O2傳感器17供應(yīng)電流時相比，增大了表示O2傳感器17的輸出的線的斜率(即，A傳感器17的輸出改變的速率)。這是因?yàn)楫?dāng)&傳感器17的輸出從豐富氣體電平向稀薄氣體電平改變時，如在圖11中的從時間til到時間tl2可以看到的，廢氣的實(shí)際上空燃比已經(jīng)改變，但是稀薄氣體通常包含少量的豐富成分。在豐富至稀薄時間段 (艮P，在圖11中的時間til和時間tl2之間)中通過O2傳感器17的負(fù)恒流-Ics的流動導(dǎo)致在A傳感器17的輸出從豐富氣體電平向稀薄氣體電平的迅速改變，因此導(dǎo)致表示&傳感器17的輸出的線的斜率的增大。類似地，當(dāng)實(shí)際空燃比從稀薄向豐富改變時，與當(dāng)不向O2傳感器17供應(yīng)電流時相比，除了降低當(dāng)A傳感器17的輸出從稀薄氣體電平向豐富氣體電平改變時經(jīng)歷的時滯之外，還增大了表示化傳感器17的輸出的線的斜率(即，&傳感器17的輸出改變的速率)。本申請的發(fā)明人執(zhí)行測試來評估A傳感器17的響應(yīng)時間。圖12(a)示出了執(zhí)行測試的環(huán)境條件。圖12(b)和12(c)示出測試的結(jié)果。我們模擬了汽車的實(shí)際環(huán)境條件。具體地說，如圖12(a)中所示，稀薄氣體(NO) 被暫時噴射到廢氣管內(nèi)，而豐富氣體(CH4)正在被噴射到廢氣管內(nèi)。通過將0. 5V定義為確定A傳感器17的輸出已經(jīng)在豐富和稀薄狀態(tài)之間改變的參考電平，來測量&傳感器17對空燃比向稀薄和豐富改變進(jìn)行反應(yīng)所花費(fèi)的稀薄氣體響應(yīng)時間和豐富氣體響應(yīng)時間。圖12(b)和12(c)分別表示稀薄氣體響應(yīng)時間和豐富氣體響應(yīng)時間。我們分別測量了當(dāng)正在向A傳感器17施加負(fù)恒流-Ics時和當(dāng)未向&傳感器17施加負(fù)恒流-Is時， O2傳感器17用來響應(yīng)于空燃比從豐富向稀薄的改變而產(chǎn)生輸出所需的時間。類似地，我們還分別測量了當(dāng)正在向O2傳感器17施加正恒流+Ics時和當(dāng)未向O2傳感器17施加正恒流+Is時，O2傳感器17用來響應(yīng)于空燃比從稀薄向豐富的改變而產(chǎn)生輸出所需的時間。圖 12(b)和12(c)的圖形示出通過向&傳感器17施加恒流Ics，O2傳感器17的稀薄氣體響應(yīng)時間和豐富氣體響應(yīng)時間都降低了。發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)可以被設(shè)計來基于諸如吸入發(fā)動機(jī)10的進(jìn)氣量和/或發(fā)動機(jī)10 的速度的發(fā)動機(jī)10的操作狀態(tài)改變要向&傳感器17施加的恒流Ics。例如，發(fā)動機(jī)10的進(jìn)氣量越大，進(jìn)入的空氣干擾A傳感器17對于廢氣的空燃比的改變的反應(yīng)的程度越大。因此，如圖13(a)中所示，發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)可以隨著進(jìn)氣量的增多而增大恒流Ics。另外，發(fā)動機(jī)10的速度越大，則進(jìn)入空氣干擾O2傳感器17對于廢氣的空燃比的改變的反應(yīng)的程度越大。因此，如圖13(b)中所示，發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)可以隨著進(jìn)氣量的增多而增大恒流Ics。除了進(jìn)氣量，可以使用實(shí)際測量或計算的廢氣量。第二實(shí)施例的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)提供了以下優(yōu)點(diǎn)。如上所述，發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)被設(shè)計來基于空燃比在豐富和稀薄狀態(tài)之間改變前后采樣的廢氣的空燃比的值來在選擇的方向上向O2傳感器17的暴露到廢氣的電極層33和暴露到空氣的電極層34施加恒流Ics，由此將當(dāng)要檢測的廢氣的空燃比改變到豐富狀態(tài)或稀薄狀態(tài)時的時間提前。這通過使用恒流電路27來實(shí)現(xiàn)，而不必改變O2傳感器17的結(jié)構(gòu)， 因此消除了對于發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的需要。當(dāng)O2傳感器17的輸出在稀薄氣體電平或豐富氣體電平上會聚時，微計算機(jī)沈?qū)⒈还?yīng)來在暴露到廢氣的電極層33和暴露到空氣的電極層34之間流動的恒流Ics的方向反轉(zhuǎn)。這通過控制恒流電路27的操作來容易地實(shí)現(xiàn)。微計算機(jī)沈被設(shè)計來基于發(fā)動機(jī)10的操作狀態(tài)控制恒流Ics，因此保證與發(fā)動機(jī)
1710的操作狀態(tài)匹配的A傳感器17的響應(yīng)時間。其他修改可以如下修改以上實(shí)施例中的每一個的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)。第一實(shí)施例的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)可以被設(shè)計來評估&傳感器17的老化狀態(tài)，并且基于評估的老化狀態(tài)確定是否作出改變O2傳感器17的響應(yīng)時間的請求。例如，基于在針對發(fā)動機(jī)10的燃料的切斷時A傳感器17的輸出的電平降低的速率來實(shí)現(xiàn)老化狀態(tài)的評估。 O2傳感器17的輸出的電平降低的速率越小，微計算機(jī)沈確定O2傳感器17的老化的程度越大。當(dāng)&傳感器17的輸出的電平的降低速率小于給定的參考電平時，微計算機(jī)沈確定作出改變O2傳感器17的響應(yīng)時間的請求，并且向O2傳感器17施加恒流Ics。優(yōu)選的是，基于發(fā)動機(jī)10的操作狀態(tài)來進(jìn)行應(yīng)當(dāng)增大稀薄響應(yīng)時間和豐富響應(yīng)時間中的哪個的確定。還可以基于A傳感器17的老化的程度來調(diào)節(jié)恒流Ics。例如，恒流Ics隨著老化的程度的增大而增大。第二實(shí)施例的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)可以被設(shè)計來與當(dāng)未切斷針對發(fā)動機(jī)的燃料時當(dāng)廢氣的實(shí)際空燃比從稀薄向豐富改變時相比，在完成針對發(fā)動機(jī)10的燃料切斷時當(dāng)廢氣的實(shí)際空燃比從稀薄向豐富改變時增大恒流ICS。例如，當(dāng)在汽車減速時已經(jīng)切斷了針對發(fā)動機(jī)10的燃料的供應(yīng)時，它將使得排氣管14在汽車隨后開始加速時仍然填充有空氣。因此，在完成針對發(fā)動機(jī)10的燃料切斷緊后(即，在汽車的加速開始時)，大量的氧氣留在O2 傳感器17周圍。為了迅速地消除這種情況，與未切斷針對發(fā)動機(jī)10的燃料時相比，微計算機(jī)沈增大正恒流Ics，以提高要從暴露到廢氣的電極層33向暴露到空氣的電極層34移動的氧氣量。這導(dǎo)致在完成針對發(fā)動機(jī)10的燃料切斷時&傳感器17的響應(yīng)速度的提高。第二實(shí)施例的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)可以被設(shè)計來與當(dāng)在發(fā)動機(jī)10上的負(fù)荷未被增大時當(dāng)廢氣的實(shí)際空燃比從豐富向稀薄改變時相比，在發(fā)動機(jī)10的加速期間在完成發(fā)動機(jī)上的負(fù)荷增加時，在廢氣的實(shí)際空燃比從豐富向稀薄改變時增大恒流Ics，以便保護(hù)發(fā)動機(jī) 10的廢氣系統(tǒng)的零件。當(dāng)在發(fā)動機(jī)10的加速期間增加發(fā)動機(jī)10上的負(fù)荷時，它將使得排氣管14仍然填充有豐富成分。因此，大量的豐富成分在完成增加發(fā)動機(jī)10的負(fù)荷緊后仍然留在A傳感器17周圍。為了迅速地消除這種情況，與當(dāng)未增加發(fā)動機(jī)10上的負(fù)荷時相比，微計算機(jī)沈增大負(fù)恒流-Ics以增加從暴露到空氣的電極層34向暴露到廢氣的電極層 33移動的氧氣量。這導(dǎo)致在完成增加發(fā)動機(jī)10上的負(fù)荷時，&傳感器17的響應(yīng)速度的提尚ο第二實(shí)施例的微計算機(jī)沈可以在廢氣的空燃比從豐富向稀薄改變時以與圖11中的方式不同的方式來供應(yīng)恒流Ics。例如，如圖14中所示，微計算機(jī)沈可以僅在過渡時間段中供應(yīng)恒流Ics，在該過渡時間段，廢氣的實(shí)際空燃比正在豐富和稀薄狀態(tài)之間改變。在圖14的示例中，僅在時間t21和時間t22之間的時間段中向O2傳感器17供應(yīng)負(fù)恒流-Ics， 在該時間段中，O2傳感器17的輸出正在從豐富氣體電平(0.9V)向稀薄側(cè)改變，而僅在時間 t23和時間t24之間的時間段中向&傳感器17供應(yīng)正恒流+Ics，在該時間段中， 傳感器 17的輸出正在從稀薄氣體電平(OV)向豐富側(cè)改變。對于其他時間段則不供應(yīng)恒流。可替換地，第二實(shí)施例的微計算機(jī)沈可以被設(shè)計來以如圖15(a)、15(b)和15(c) 中所示的任何方式來供應(yīng)恒流ICS，。廢氣的實(shí)際空燃比和A傳感器17的輸出的改變與在圖11中的那些相同，并且，在此將省略其的詳細(xì)解釋。
當(dāng)需要改變&傳感器17的響應(yīng)時間時，微計算機(jī)沈向&傳感器17提供如圖 15(a)中所示的恒流Icsl。具體地說，在從當(dāng)O2傳感器17的輸出會聚在豐富氣體電平 (0.9V)時到當(dāng)O2傳感器17的輸出向稀薄側(cè)改變并且達(dá)到稀薄氣體水平(OV)時的時間段 (即，在時間tlO和時間tl2之間)中，微計算機(jī)26向O2傳感器17供應(yīng)負(fù)恒流-IcsLfM 是對于其他時間段則不供應(yīng)恒流?？商鎿Q地，如圖15 (b)中所示，微計算機(jī)沈可以被設(shè)計來在從當(dāng)&傳感器17的輸出會聚在稀薄氣體電平(OV)時到當(dāng)O2傳感器17的輸出向豐富側(cè)改變并且達(dá)到豐富氣體電平(0.9V)時的時間段(S卩，在時間tl2和時間tl3之間)中，向O2傳感器17提供正恒流+Ics2，但是對于其他時間段則不供應(yīng)恒流。這僅在空燃比從豐富向稀薄改變時增強(qiáng)& 傳感器17的響應(yīng)時間。可替換地，如圖15(c)中所示，微計算機(jī)沈可以被設(shè)計來當(dāng)空燃比在豐富和稀薄側(cè)之間改變時在正恒流+Ics3和負(fù)恒流-Ics3之間切換。然而，正恒流+Ics3的量Δ 12小于負(fù)恒流_Ics3的量ΔΙ1。換句話說，由負(fù)恒流-Ics3從暴露到空氣的電極層34供應(yīng)到暴露到廢氣的電極層33的氧氣量與由正恒流+Ics3從暴露到廢氣的電極層33供應(yīng)到暴露到空氣的電極層34的氧氣量不同。前一個量被設(shè)置為大于后一個量。具體地說，從當(dāng)O2傳感器17的輸出會聚在豐富氣體電平時到當(dāng)它會聚在稀薄氣體電平時被施加到O2傳感器17的負(fù)恒流_Ics3的量Δ Il被設(shè)置為大于從當(dāng)化傳感器17 的輸出會聚在稀薄氣體電平時到當(dāng)它會聚在豐富氣體電平時被施加到A傳感器17的正恒流+Ics3的量Δ 12。這使得由正恒流+Ics3從暴露到廢氣的電極層33供應(yīng)到暴露到空氣的電極層34的氧氣量小于由負(fù)恒流_Ics3從暴露到空氣的電極層34供應(yīng)到暴露到廢氣的電極層33的氧氣量。這減少了空燃比在稀薄狀態(tài)中時從暴露到廢氣的電極層33提取的過量的氧氣?？商鎿Q地，可以根據(jù)需要將負(fù)恒流_Ics3的量Δ Il設(shè)置為小于正恒流+ICS3的數(shù)量Δ 12?？商鎿Q地，恒流電路27可以連接到&傳感器17的暴露到廢氣的電極層33。恒流電路可以分別接合到暴露到廢氣的電極層33和暴露到空氣的電極層34。如上所述，O2傳感器17是套管類型的，但是可替換地，可以使用平面類型的O2傳感器。圖16是說明平面類型的O2傳感設(shè)備40的橫向截面圖。傳感設(shè)備40具有垂直于附圖延伸的長度，并且被安裝在空外殼中，并且被外蓋或外蓋組件覆蓋。傳感設(shè)備40包括下述部分的堆疊固態(tài)電解質(zhì)層41，其由矩形部分穩(wěn)定的氧化鋯片形成；以及，絕緣層42，其由高導(dǎo)熱陶瓷構(gòu)成。保護(hù)層(未示出)圍繞傳感設(shè)備40。傳感設(shè)備40還包括外部電極43和內(nèi)部電極44，它們附接到固態(tài)電解質(zhì)層41的相對表面。絕緣層42在其中限定了通氣管45，其中內(nèi)部電極44被暴露到通氣管45。絕緣層42還在其中嵌入了加熱器46。加熱器46由加熱帶或?qū)Ь€構(gòu)成，并且由例如安裝在汽車中的蓄電池供電，以將傳感設(shè)備40的整體加熱到期望的溫度。傳感設(shè)備40的外表面暴露到流過廢氣管14的廢氣。新鮮空氣被引入通氣管45 內(nèi)。因此，外部電極43暴露到廢氣，而內(nèi)部電極44暴露到空氣。基于廢氣和空氣之間在氧氣濃度(即，氧氣的分壓)的差來在外部電極43和內(nèi)部電極44之間生成電動勢。具體地說，傳感設(shè)備40產(chǎn)生在廢氣的空燃比豐富時和當(dāng)它是稀薄時之間在電勢上的不同的電動勢。
恒流電路27電連接到內(nèi)部電極44。如在上述實(shí)施例中那樣，微計算機(jī)沈向傳感設(shè)備40供應(yīng)恒流Ics。如何控制恒流Ics與在上述實(shí)施例中相同，并且，在此將省略其詳細(xì)解釋?？商鎿Q地，上述實(shí)施例的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)可以被設(shè)計來調(diào)節(jié)A/F傳感器16的響應(yīng)時間。具體地說，微計算機(jī)26確定是否作出改變A/F傳感器16的響應(yīng)時間的請求，并且根據(jù)請求的類型來控制對A/F傳感器16的恒流Ics的供應(yīng)。上述實(shí)施例的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)還可以與傳統(tǒng)的HC傳感器一起使用，所述傳統(tǒng)的 HC傳感器由固態(tài)電解質(zhì)體和附接到固態(tài)電解質(zhì)體的相對表面的一對電極構(gòu)成。微計算機(jī) 26確定是否作出改變HC傳感器對于廢氣中的HC的濃度上的改變作出反應(yīng)所花費(fèi)的響應(yīng)時間的請求，并且根據(jù)該請求的類型來控制流經(jīng)固態(tài)電解質(zhì)體上的電極的恒流Ics的供應(yīng)。 當(dāng)需要縮短HC傳感器的響應(yīng)時間時，微計算機(jī)沈向HC傳感器供應(yīng)正電流+Ics，以使得氧氣從電極中暴露到廢氣的那個電極向另一個移動。上述實(shí)施例的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)還可以與傳統(tǒng)的NOx傳感器一起使用，所述傳統(tǒng)的 NOx傳感器由固態(tài)電解質(zhì)體和附接到固態(tài)電解質(zhì)體的相對表面的一對電極構(gòu)成。微計算機(jī) 26確定是否作出改變NOx傳感器對于廢氣中的NOx的濃度的改變作出反應(yīng)所花費(fèi)的響應(yīng)時間的請求，并且根據(jù)該請求的類型來控制流經(jīng)固態(tài)電解質(zhì)體上的電極的恒流Ics的供應(yīng)。 當(dāng)需要縮短N(yùn)Ox傳感器的響應(yīng)時間時，微計算機(jī)沈向NOx傳感器供應(yīng)負(fù)電流-Ics，以使得氧氣從電梯中暴露到空氣的那個電極向另一個移動。如上所述的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的微計算機(jī)沈用于改善測量從發(fā)動機(jī)10排出的廢氣中包含的氧氣的濃度的A傳感器17的響應(yīng)速度或時間，但是可以被設(shè)計來改變響應(yīng)于氣體成分的改變而產(chǎn)生輸出的氣體傳感器的響應(yīng)時間。例如，微計算機(jī)26被設(shè)計來改變圖1 中的A/F傳感器16的響應(yīng)時間。微計算機(jī)沈可以響應(yīng)于在當(dāng)HC成分存在于廢氣中時和當(dāng)在廢氣中沒有HC成分或有少量的HC成分時之間的HC(碳?xì)浠衔?的濃度的改變來控制對HC傳感器的恒流Ics 的供應(yīng)。例如，微計算機(jī)26基于在HC成分的濃度改變之前的廢氣的成分(例如，HC成分的濃度)來改變?nèi)绾蜗騂C傳感器供應(yīng)恒流Ics。類似地，微計算機(jī)沈可以響應(yīng)于在當(dāng)NOx 成分存在于廢氣中時和當(dāng)在廢氣中沒有NOx成分或有少量的NOx成分時之間的NOx(氧化氮)的濃度的改變來控制對NOx傳感器的恒流Ics的供應(yīng)。例如，微計算機(jī)沈基于在NOx 成分的濃度改變之前的廢氣的成分(例如，NOx成分的濃度)來改變?nèi)绾蜗騈Ox傳感器供應(yīng)恒流Ics?？商鎿Q地，微計算機(jī)沈可以被設(shè)計來用于鍛燒器或燃燒爐的廢氣排放。雖然已經(jīng)按照優(yōu)選實(shí)施例公開了本發(fā)明以便有利于對其的更好理解，但是應(yīng)當(dāng)意識到，可以在不偏離本發(fā)明的原理的情況下，以各種方式來體現(xiàn)本發(fā)明。因此，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明包括在不偏離在所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的原理的情況下可以體現(xiàn)的所有可能的實(shí)施例和對所示的實(shí)施例的修改。
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權(quán)利要求
1.一種氣體傳感器控制裝置，其控制氣體傳感器的操作以輸出指示氣體中包含的給定氣體成分的濃度的信號，所述氣體傳感器由固態(tài)電解質(zhì)體和附接到固態(tài)電解質(zhì)體表面的一對電極構(gòu)成，所述氣體傳感器控制裝置包括恒流電路，其電連接到所述氣體傳感器的所述電極中的一個，并且向所述電極中的所述一個供應(yīng)恒流；以及，控制器，其確定是否作出改變所述氣體傳感器的輸出特性的改變請求，所述氣體傳感器的輸出特性包括所述氣體傳感器對于所述氣體成分的濃度改變作出反應(yīng)所花費(fèi)的響應(yīng)時間，當(dāng)確定作出所述改變請求時，所述控制器基于所述改變請求來確定所述恒流在所述氣體傳感器的所述電極之間流動的方向，并且控制所述恒流電路向所述氣體傳感器供應(yīng)所述恒流，以使得所述恒流在所述電極之間以所確定的方向流動以改變所述氣體傳感器的所述輸出特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳感器控制裝置，其中，所述氣體傳感器被設(shè)計來基于所述氣體成分的濃度來測量從內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣的空燃比，并且輸出指示所述空燃比的所述信號，其中，所述改變請求在以下時間中的至少一個時改變所述氣體傳感器的所述輸出特性當(dāng)所述廢氣的空燃比從豐富向稀薄改變時和當(dāng)所述廢氣的空燃比從稀薄向豐富改變時，并且其中，所述控制器在當(dāng)所述廢氣的空燃比從豐富向稀薄改變時和當(dāng)所述廢氣的空燃比從稀薄向豐富改變時的所述時間中的所述至少一個時，基于改變所述輸出特性的所述改變請求來確定所述恒流在所述氣體傳感器的所述電極之間流動的所述方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體傳感器控制裝置，其中，所述氣體傳感器已經(jīng)在其中限定了填充有參考?xì)怏w的參考?xì)怏w室，所述氣體傳感器的所述電極分別是暴露到所述廢氣的廢氣暴露電極和暴露到所述參考?xì)怏w的參考?xì)怏w暴露電極，其中，當(dāng)確定作出在所述廢氣的空燃比從豐富向稀薄改變時改變所述氣體傳感器的所述響應(yīng)時間的所述改變請求時，所述控制器控制所述恒流電路來定位所述恒流的流動方向，以使得從所述參考?xì)怏w暴露電極通過所述固態(tài)電解質(zhì)體向所述廢氣暴露電極供應(yīng)氧氣，并且其中，當(dāng)確定作出在所述廢氣的空燃比從稀薄向豐富改變時改變所述氣體傳感器的所述響應(yīng)時間的所述改變請求時，所述控制器控制所述恒流電路來定位所述恒流的流動方向，以使得從所述廢氣暴露電極通過所述固態(tài)電解質(zhì)體向所述參考?xì)怏w暴露電極供應(yīng)氧氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體傳感器控制裝置，其中，所述控制器還確定所述內(nèi)燃機(jī)的操作狀態(tài)，并且基于所確定的所述內(nèi)燃機(jī)的操作狀態(tài)來確定是否作出所述改變請求。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體傳感器控制裝置，其中，所述氣體傳感器控制裝置與使得所述空燃比與目標(biāo)值一致的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)一起使用，其中，所述控制器確定作出了所述改變請求以在所述操作狀態(tài)指示所述內(nèi)燃機(jī)處于高負(fù)荷狀態(tài)中時縮短在所述空燃比從豐富向稀薄改變時所述氣體傳感器的所述響應(yīng)時間，并且基于所述改變請求來控制所述恒流電路以減少所述氣體傳感器的所述響應(yīng)時間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體傳感器控制裝置，其中，所述氣體傳感器控制裝置與用于使得由氣體傳感器測量的從內(nèi)燃機(jī)排放的廢氣的空燃比與目標(biāo)值一致的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)一起使用，其中，所述控制器確定作出了所述改變請求以在所述操作狀態(tài)指示所述內(nèi)燃機(jī)正運(yùn)行于低溫狀態(tài)時縮短在所述空燃比從稀薄向豐富改變時所述氣體傳感器的所述響應(yīng)時間，并且基于所述改變請求控制所述恒流電路以減小所述氣體傳感器的所述響應(yīng)時間。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體傳感器控制裝置，其中，所述恒流電路可用于調(diào)節(jié)要向所述氣體傳感器施加的所述恒流的量，并且其中，所述控制器基于所述改變請求來確定向所述氣體傳感器施加以改變所述氣體傳感器的所述響應(yīng)時間的程度所需的恒流的目標(biāo)量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣體傳感器控制裝置，其中，當(dāng)所述內(nèi)燃機(jī)處于所述內(nèi)燃機(jī)上的負(fù)荷正在增大的過渡時間段中或所述內(nèi)燃機(jī)上的負(fù)荷停止增大以使所述內(nèi)燃機(jī)處于高負(fù)荷狀態(tài)的高負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)時間段中時，所述控制器確定作出所述改變請求以縮短在空燃比從豐富向稀薄改變時所述氣體傳感器的所述響應(yīng)時間，并且將改變所述過渡時間段中的所述氣體傳感器的所述響應(yīng)時間的程度小于改變所述高負(fù)荷穩(wěn)定狀態(tài)時間段中的所述氣體傳感器的所述響應(yīng)時間的程度。
全文摘要
提供了一種氣體傳感器控制裝置，其控制氣體傳感器的操作以輸出指示氣體中包含的給定成分的濃度的信號，所述氣體傳感器由固態(tài)電解質(zhì)和一對電極構(gòu)成。氣體傳感器控制裝置包括恒流電路，其電連接到氣體傳感器的電極之一，并且向其供應(yīng)恒流；以及，控制器。所述控制器向氣體傳感器供應(yīng)恒流，以使得它以選擇的方向從電極的一個方向流向另一個方向，由此改變氣體傳感器對于氣體成分的濃度的改變作出反應(yīng)所花費(fèi)的響應(yīng)時間。這導(dǎo)致提高例如在控制用于發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)中的內(nèi)燃機(jī)的混合物的空燃比的精度。
文檔編號G01N27/26GK102418613SQ201110240279
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者三島崇生, 中田真吾, 川勝康弘, 松岡干泰 申請人:株式會社電裝