专利名称：传感器控制设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于计算表示检测对象气体中包含的特定气体的浓度的浓度匹配值的传感器控制设备。
背景技术：
在相关技术中，已知以下一种传感器控制设备该传感器控制设备安装于诸如车辆发动机等的内燃机的排气管中，并且检测流过排气管的气体内的特定气体成分的浓度。 该传感器控制设备包括例如气体传感器、加热器和控制单元。气体传感器包括具有固体电解质体和一对电极的单元，并且将与特定气体的浓度相对应的电信号输出至控制单元。固体电解质体通常由氧化锆基材料制成，特别地，从强度和离子导电性的角度出发，固体电解质体由部分稳定的氧化锆制成。在使用该固体电解质体的气体传感器中，如果气体传感器的温度没有达到预定温度(例如，600°C 700°C )，则基于与特定气体相对应的电信号的气体检测精度下降。因此，当预先设置了用作为用于判断是否激活气体传感器的基准的激活判断温度、并且检测到特定气体时，利用加热器将气体传感器加热至等于或高于激活判断温度的温度。控制单元控制用于使加热器进行加热的电流供给，并且基于从气体传感器输出的电信号计算特定气体的浓度匹配值。另外，包括使用固体电解质体的氧浓度检测单元和氧泵单元的气体传感器也是众所周知的。该氧浓度检测单元自发地生成用于检测排放气体的氧浓度的氧基准，从而控制对氧泵单元的电流供给。此外，用于驱动该气体传感器的控制单元也是已知的(参考专利文献1)。然而，在相关技术中，已知通过在诸如等待交通信号等的暂时停止期间自动停止发动机来改进燃料消耗并减少排放气体的自动停止控制。在该自动停止控制中，如果满足了允许内燃机自动停止的条件，则该内燃机自动停止。如果满足了允许内燃机重启的条件， 则该内燃机自动重启。如果在内燃机的自动停止期间、连续向气体传感器供给维持气体传感器的温度处于激活判断温度所需的电流，则内燃机的自动停止(以下还称为“怠速停止 (idle stop)”)期间的功耗增加，并且电池的负荷增大。另一方面，例如，已经提出了以下的内燃机用的控制设备将比气体传感器的激活判断温度低的温度设置为怠速停止期间加热器的目标温度，以降低怠速停止期间传感器控制设备的功耗(参考专利文献2)。专利文献1 日本特开2006-275628专利文献2 日本特开2003-14820
发明内容
本发明要解决的问题本发明人发现，在怠速停止期间并非可以设置低于气体传感器的激活判断温度的任何加热器目标温度。也就是说，本发明人发现，当没有适当设置怠速停止期间所设置的加热器目标温度时，气体传感器可能劣化。对此，本发明人进一步发现在如下类型的气体传感器中出现以下问题，该类型的气体传感器包括使用固体电解质体的氧浓度检测单元和氧泵单元，并且氧浓度检测单元自发地生成氧基准(即，通过向氧浓度检测单元供给电流来从检测电极向基准电极泵氧)。具体地，本发明人发现，如果在向氧浓度检测单元供给电流时、在预定时间段以上将气体传感器的固体电解质体持续加热至比激活判断温度低的预定温度(范围)，则固体电解质体易于发黑(blackening)。发黑是当固体电解质体中包含的金属氧化物被化学地还原时、在负电极侧的固体电解质体的表面上产生金属的现象(例如，ZrO2 — Zr+02)。在已经出现发黑的气体传感器中，由于固体电解质体的离子导电性根据发黑度而下降，因此即使当将气体传感器加热至激活判断温度时也难以以高精度检测特定气体。另外，在以下的单单元型气体传感器中也发生这种问题该单单元型气体传感器仅包括氧浓度检测单元，并且根据在氧浓度检测单元的一对电极之间产生的电动势来测量氧浓度，并且氧浓度检测单元本身自发地生成氧基准(即，通过向氧浓度检测单元供给电流来从检测电极向基准电极泵氧)。已经作出本发明以解决前述问题，并且本发明提供一种能够抑制气体传感器的劣化、并且降低怠速停止期间的加热器功耗的传感器控制设备。根据第一方面，本发明提供一种传感器控制设备，包括气体传感器，用于安装在内燃机的排气管中，并且包括包含第一固体电解质体、基准电极和检测电极的氧浓度检测单元，其中，所述基准电极和所述检测电极形成于所述第一固体电解质体上，并且所述氧浓度检测单元在所述检测电极和所述基准电极之间产生与测量对象气体的氧浓度相对应的电压；加热器，用于加热所述气体传感器；电流供给单元，用于向所述氧浓度检测单元供给电流，从而从所述检测电极通过所述第一固体电解质体向所述基准电极泵氧；激活判断单元，用于判断所述气体传感器的温度是否等于或高于激活判断温度；以及加热器控制单元， 用于当所述激活判断单元判断为所述气体传感器的温度等于或高于所述激活判断温度时， 通过将等于或高于所述激活判断温度的第一目标温度设置为所述加热器的目标温度，来控制对所述加热器的电流供给，其中，所述传感器控制设备还包括自动停止检测单元，用于检测所述内燃机的自动停止；以及第一温度切换单元，用于当所述自动停止检测单元检测到所述内燃机的自动停止时，控制供给至所述加热器的电流，以使得将所述加热器的目标温度切换至第二目标温度，其中，所述第二目标温度不同于在如下情况下在所述第一固体电解质体中产生发黑的温度在该情况下，当所述气体传感器的温度维持在比所述激活判断温度低的温度时，所述电流供给单元向所述氧浓度检测单元供给电流。在以上第一方面的优选实施例中，所述气体传感器包括检测室，其中，检测对象气体被引入所述检测室中，以及氧泵单元，其具有第二固体电解质体和在所述第二固体电解质体上形成的一对泵电极，所述一对泵电极中的一个泵电极被配置为暴露至所述检测室，所述氧泵单元根据在所述一对泵电极之间供给的电流向所述检测室或从所述检测室泵氧，所述氧浓度检测单元的所述检测电极暴露至所述检测室，并且所述基准电极位于所述检测室外部，以及其中，所述传感器控制设备还包括电流供给控制单元，所述电流供给控制单元用于根据所述氧浓度检测单元所产生的电压控制供给至所述氧泵单元的电流。如果在将固体电解质体加热至低于激活判断温度的预定温度并且该固体电解质体的阻抗下降时向固体电解质体连续供给电流，则可能容易发生从一个电极向另一个电极过量泵氧的现象，并且此外，可能容易发生发黑。因此，在根据第一方面的传感器控制设备中，当检测到内燃机的自动停止时，加热器控制单元控制对加热器的电流供给，以使得将气体传感器的温度维持在前述的第二目标温度。因此，在向氧浓度检测单元(包括第二固体电解质体)供给电流时、在氧浓度检测单元中产生发黑的温度的剩余时间段并未持续预定时间以上。由于该原因，在包括具有氧泵单元和氧浓度检测单元的气体传感器、或包括具有氧浓度检测单元的气体传感器的传感器控制设备中，可以抑制气体传感器的劣化，并且可以降低内燃机的自动停止期间的加热器功耗。此外，根据第一方面的传感器控制设备在检测到所述内燃机的自动停止时，在不停止向加热器供给电流的情况下，控制电流供给以维持第二目标温度。因此，与在内燃机的自动停止期间切断对加热器的电流供给的情况相比较，该传感器控制设备可以缩短在内燃机的自动停止被解除(自动启动)之后、直到气体传感器的温度上升至激活判断温度为止所经过的时间。根据第二方面，本发明提供一种传感器控制设备，包括气体传感器，用于安装在内燃机的排气管中，并且包括包含第一固体电解质体、基准电极和检测电极的氧浓度检测单元，其中，所述基准电极和所述检测电极形成于所述第一固体电解质体上，并且所述氧浓度检测单元在所述检测电极和所述基准电极之间产生与测量对象气体的氧浓度相对应的电压；加热器，用于加热所述气体传感器；电流供给单元，用于向所述氧浓度检测单元供给电流，从而从所述检测电极通过所述第一固体电解质体向所述基准电极泵氧；激活判断单元，用于判断所述气体传感器的温度是否等于或高于激活判断温度；以及加热器控制单元， 用于当所述激活判断单元判断为所述气体传感器的温度等于或高于所述激活判断温度时， 通过将等于或高于所述激活判断温度的第一目标温度设置为所述加热器的目标温度，来控制供给至所述加热器的电流，其中，所述传感器控制设备还包括自动停止检测单元，用于检测所述内燃机的自动停止；以及第二温度切换单元，用于当所述自动停止检测单元检测到所述内燃机的自动停止时，控制供给至所述加热器的电流，以使得将所述加热器的目标温度切换至比所述气体传感器的所述激活判断温度低的第三目标温度；以及电流停止单元，用于当所述自动停止检测单元检测到所述内燃机的自动停止时，停止向所述氧浓度检测单元供给电流。在以上第二方面的优选实施例中，所述气体传感器包括检测室，其中，检测对象气体被引入所述检测室中，以及氧泵单元，其具有第二固体电解质体和在所述第二固体电解质体上形成的一对泵电极，所述一对泵电极中的一个泵电极被配置为暴露至所述检测室，所述氧泵单元根据在所述一对泵电极之间供给的电流向所述检测室或从所述检测室泵氧，所述氧浓度检测单元的所述检测电极暴露至所述检测室，并且所述基准电极位于所述检测室外部，以及其中，所述传感器控制设备还包括电流供给控制单元，所述电流供给控制单元用于根据在所述氧浓度检测单元中产生的电压控制供给至所述氧泵单元的电流，并且所述电流停止单元停止向所述氧泵单元和所述氧浓度检测单元供给电流。在根据第二方面的传感器控制设备中，在内燃机自动停止、并且控制对加热器的电流供给以维持气体传感器的温度处于第三目标温度时，在具有氧浓度检测单元的气体传感器中，切断对氧浓度检测单元的电流供给，并且在具有氧泵单元和氧浓度检测单元的气体传感器中，切断对这两个单元的电流供给。由于该原因，可以可靠地避免内燃机的自动停止期间的发黑。因此，当传感器控制设备包括具有氧浓度检测单元的气体传感器时，或者即使当传感器控制设备包括具有氧浓度检测单元和氧泵单元这两者的气体传感器时，可以抑制该气体传感器的劣化，并且可以降低内燃机的自动停止期间的加热器功耗。此外，根据第二方面的传感器控制设备在检测到内燃机的自动停止时，在不切断对加热器的电流供给的情况下，控制电流供给以使得维持第三目标温度。由于该原因，与在内燃机的自动停止期间切断对加热器的电流供给的情况相比较，该传感器控制设备可以缩短在内燃机的自动停止被解除(自动启动)之后、直到气体传感器的温度上升至激活判断温度为止所经过的时间。
将参考以下附图来详细说明本发明的例示方面，其中图1是示出内燃机100的排气系统周围的示意结构的图；图2是示出传感器控制设备4的示意结构的解释图；图3是示出根据第一实施例的主处理的流程图；图4是示出根据第二实施例的主处理的流程图；以及图5是示出根据第三实施例的主处理的流程图。
具体实施例方式以下将参考附图来说明本发明的传感器控制设备的第一至第三实施例。然而，本发明不应当被解释为局限于此。另外，在以下说明中，图2的垂直方向表示气体传感器1的垂直方向，并且图2的水平方向表示气体传感器1的水平方向。根据第一至第三实施例的传感器控制设备4具有相同的物理结构和电气结构。也就是说，参考图1，将针对内燃机100和内燃机100中安装的传感器控制设备4的示意结构进行说明。内燃机100具有用于驱动车辆(未示出)的发动机101。发动机101连接至用于将排放气体从发动机101排出至车辆外部的排气管102。传感器控制设备4包括气体传感器1和电子控制单元(ECU)3。气体传感器1安装在排气管102的路径的中部。气体传感器1是通用空气/燃料(A/F)加热的通用排气含氧量(Universal Exhaust Gas Oxygen, UEGO)传感器，其中，流过排气管102的气体是检测对象气体。在与气体传感器1分开的位置处配置E⑶3，并且通过从电池80接收到的电力来驱动E⑶3。气体传感器1和E⑶3利用导线91 (信号线)彼此电连接。ECU 3控制对气体传感器1的电力供给，并且气体传感器1将与检测对象气体内的氧浓度相对应的电信号输出至ECU 3。ECU 3基于来自气体传感器1的输出执行发动机101的A/F比反馈控制。接着，参考图2，将顺次说明传感器控制设备4中包括的气体传感器1和ECU 3。气体传感器1包括检测元件10、加热器元件40和壳体(未示出)。检测元件10具有固体电解质体11和13以及绝缘基体12和M按固体电解质体13、绝缘基体12、固体电解质体11 和绝缘基体M的顺序的层叠结构。固体电解质体11和13、绝缘基体12和24、以及以下所述的绝缘基体17和18均具有细长的板状形状。在图2中，示意性示出沿着与气体传感器1 的纵向方向垂直的方向所得的截面图。固体电解质体11和13由包含氧化钇稳定剂的部分稳定的氧化锆作为主要成分而制成，并且具有氧离子导电性。绝缘基体12和M由包含氧化铝作为主要成分的材料制成。为了维持固体电解质体11和13的激活稳定性和固体电解质体11和13的早期激活化，在固体电解质体13上层叠加热器元件40。在排气管102(参考图1)中安装用于将检测元件10和加热器元件40保持在内侧的壳体。以下将详细说明气体传感器1中包括的检测元件10和加热器元件40。
7
首先，将参考图2来说明检测元件10的结构。检测元件10包括检测室23、扩散速度控制部15、氧泵单元27 (以下称为“ Ip单元27”)、氧浓度检测单元观(以下称为“Vs单元观”)以及绝缘基体12和24。检测室23是流过排气管102(参考图1)的气体(例如， 排放气体)被引入的小空间。由固体电解质体11、固体电解质体13、扩散速度控制部15和绝缘基体12来限定检测室23。扩散速度控制部15配置在检测室23的宽度方向(图1中的纸面的水平方向)的两端处。扩散速度控制部15由多孔材料(例如，氧化铝)制成，并且控制当检测对象气体被引入检测室23中时的流入量。Ipl单元27包括固体电解质体11以及多孔电极19和20。电极19和20由包含 Pt(钼)作为主要成分的材料制成。包含Pt作为主要成分的材料包括例如Pt、Pt合金、以及包含Pt和陶瓷的金属陶瓷。电极20设置在固体电解质体11的暴露至检测室23的表面上。电极19设置在固体电解质体11的与检测室23相对的表面上。也就是说，在检测元件 10的层叠方向上，一对电极19和20按夹持固体电解质体11的方式配置。在固体电解质体11的上表面上层叠绝缘基体对。绝缘基体对具有位于电极19的上部的开口 29，并且开口四设置有保护层25。保护层25由包含陶瓷(例如，氧化铝)的多孔材料制成。此外， 保护层25覆盖电极19的上表面，以使得电极19不会因诸如检测对象气体中包含的硅等的有害成分而劣化。固体电解质体11与本发明的“第二固体电解质体”相对应，并且电极19 和20与本发明的“一对泵电极”相对应。Ipl单元27通过在电极19和20之间供给电流，在邻接电极19的大气(检测元件 10外部的大气)和邻接电极20的大气(检测室23内部的大气)之间泵氧(即，在两个方向上泵氧)。Vs单元28包括固体电解质体13以及多孔电极21和22。固体电解质体13被配置成限定检测室23的下壁并且面向固体电解质体11。电极21设置在固体电解质体13的暴露至检测室23的表面上。电极22形成于固体电解质体13的与检测室23相对的表面上。 也就是说，在检测元件10的层叠方向上，一对电极21和22按夹持固体电解质体13的方式配置。电极21和22由包含前述的Pt作为主要成分的材料构成。Vs单元观主要根据与由固体电解质体13分隔开的大气之间(邻接电极21的检测室23内部的大气和邻接电极22的大气之间)的氧浓度差产生电压(电动势)。另外，电极22被绝缘基体17阻挡，从而不接触流过排气管102(参考图1)的气体。如以下将更加详细地说明的，电极22用作为氧基准电极，该氧基准电极用于维持恒定的氧浓度，并且用作为检测检测室23内的氧浓度的基准。固体电解质体13与本发明的“第一固体电解质体” 相对应，电极21与本发明的“检测电极”相对应，并且电极22与本发明的“基准电极”相对应。接着，将参考图2来说明加热器元件40的结构。通过利用加热器元件40加热检测元件10 (特别是固体电解质体11和1 来激活气体传感器1。加热器元件40包括热生成电阻器沈以及绝缘基体17和18。热生成电阻器沈由包含钼作为主要成分的材料制成， 并且被置于绝缘基体17和18之间。绝缘基体17和18由包含氧化铝作为主要成分的材料构成。加热器元件40与本发明的“加热器”相对应。接着，将参考图2来说明E⑶3的结构。E⑶3控制车辆的发动机101和气体传感器1。参考图2，ECU 3包括微计算机9、专用集成电路(ASIC) 30和加热器电压供给电路50作为主要组件。微计算机9是具有现有技术中已知的CPU 6、ROM 7和RAM 8的芯片。ROM 7存储CPU 6所执行的各种控制程序、以及在执行这些控制程序期间所参考的各种参数。如图2所示，ASIC 30包括Ip检测电路31、Ip驱动电路32、电阻检测电路33、电压输出电路34、基准电压比较器电路35和Icp供给电路36。Ip检测电路31将在Ip单元27的电极19和20之间流动的电流Ip转换成电压， 并将转换成的电压输出至微计算机9作为检测信号。电阻检测电路33向Vs单元观定期供给预定电流，并且响应于该预定电流的供给，检测电压Vs的变化。将表示电阻检测电路 33所检测到的伴随着电流的变化的电压Vs的变化的值输出至微计算机9。微计算机9基于预先获得了从电阻检测电路33输出的值、ROM 7中存储的电压Vs的变化量和Vs单元观中的阻抗Ri之间的关系的表，获得Vs单元28的阻抗Ri。将Vs单元28的阻抗Ri与Vs单元28的温度、即整个检测元件10的温度相关，并且微计算机9基于Vs单元28的阻抗Ri 来检测气体传感器1 (检测元件10)的温度。电压输出电路34检测在Vs单元28的电极21和22之间产生的电动势Vs。基准电压比较器电路35将预定基准电压与由电压输出电路34检测到的电动势Vs进行比较，并将比较结果输出至Ip驱动电路32。Ip驱动电路32基于从基准电压比较器电路35输出的比较结果，控制在Ip单元27的电极19和20之间供给的电流Ip的大小和方向。Icp供给电路36供给从Vs单元28的电极22流向电极21的微电流Icp。加热器电压供给电路50响应于CPU 6的指示，在比例积分(PI， Proportional-Integral)控制下生成施加至热生成电阻器沈的两端的电压Vh，并且通过向热生成电阻器26的两端施加恒定电压(例如，12V)等，使热生成电阻器沈进行加热。接着，将参考图2来简要说明使用气体传感器1来对检测对象气体的氧浓度(排放气体的A/F比)进行检测的操作。另外，当检测到检测对象气体的氧浓度时，将基准电压 (例如，450mV)设置为基准电压比较器电路35的比较对象。首先，Icp供给电路36从Vs单元观的电极22通过固体电解质体13向电极21供给微电流Icp。作为供给电流的结果，检测对象气体内的氧分子转变成氧离子，并且使这些氧离子从电极21侧通过固体电解质体 13向电极22侧移动(抽吸)。如果向Vs单元观供给电流Icp，则氧离子从电极21向电极 22移动，并且生成氧浓度大气，该氧浓度大气用作用于产生电动势Vs的基准。电压输出电路34检测电极21和22之间的电动势Vs，并将检测到的电动势Vs输出至基准电压比较器电路35。基准电压比较器电路35将电动势Vs和基准电压进行比较，并将比较结果输出至 Ip驱动电路32。Ip驱动电路32基于基准电压比较器电路35的比较结果，控制在Ip单元 27的电极19和20之间供给的电流Ip的大小和方向，以使得电动势Vs变为基准电压。结果，利用Ip单元27来向检测室23或从检测室23泵氧。另外，当流过检测室23的排放气体的A/F比大于理想配比的A/F比时，对在Ip单元27的电极19和20之间供给的电流Ip的大小或方向进行控制，以从Ip单元27的外部向检测室23泵氧。同时，当流入检测室23中的排放气体的A/F比小于理想配比的A/F比时，对在Ip单元27的电极19和20之间供给的电流Ip的大小和方向进行控制，以从检测器23向Ip单元27的外部泵氧。在Ip检测电路31中将此时的电流Ip转换成电压，并且将转换成电压的电流Ip输出至微计算机9作为检测信号。微计算机9(CPU 6)基于该检测信号计算检测对象气体中包含的氧浓度匹配值，并且还计算排放气体的A/F比。
接着，将参考图3来说明由根据第一实施例的传感器控制设备4执行的主处理。将用于执行图3中的主处理的程序存储在图2的ROM 7中，并且由CPU 6执行该程序。另外， 与图3的主处理分开执行计算氧浓度匹配值和A/F比的处理。首先，将说明主处理的概述。根据第一实施例，根据是否激活气体传感器1的检测元件10来处理包括失活模式(以下称为NA模式)和激活模式(以下称为A模式)的驱动模式中的任一个。NA模式是用于将检测元件10加热至等于或高于激活判断温度的温度的控制模式。在NA模式下，不执行向Ip单元27供给电流Ip的处理。根据第一实施例，在NA 模式下执行由图3的虚线151包围的框所表示的处理。A模式是用于维持检测元件10的温度等于或高于激活判断温度、并向Ip单元27供给用于检测检测对象气体内的氧浓度的电流Ip的控制模式。在A模式下，执行由虚线152包围的框所表示的处理。此外，对于内燃机100的运转状态，根据第一实施例的传感器控制设备4将怠速停止期间传感器控制设备 4的驱动模式设置为NA模式。根据第一实施例，根据驱动模式和内燃机100的运转状态，对与加热后的气体传感器1(检测元件10)的目标温度相对应的目标电阻值设置不同的值。在将驱动模式设置为NA模式、并且不执行怠速停止的情况下，将目标电阻值TRi设置为值TRi 1。对于值TRi 1，设置激活检测元件10的情况下的电阻值。根据第一实施例，使用目标电阻值TRi作为判断是否激活检测元件10的处理中的阈值。在将驱动模式设置为NA模式、并且执行怠速停止的情况下，将目标电阻值TRi设置为值TRi4。对于值TRi4，将不激活检测元件10的情况下的电阻值预先设置为与在固体电解质体13中不产生发黑的温度相对应的电阻值。在固体电解质体13中产生发黑的温度条件根据诸如供给至固体电解质体13的电流的大小或固体电解质体13的组成等的条件而不同，并且温度的范围可以为例如100°C 400 "C。当将驱动模式设置为A模式时，将目标电阻值TRi设置为值TRi2。除了值TRil、 TRi2和TRi4以外，根据第一实施例，设置用于检测A模式控制期间检测元件10的温度下降的情况的阈值TRi3。对于值TRi3，预先设置比值TRil大的值。根据第一实施例，将值TRil 设置为与作为检测元件10的温度的600°C相对应的500 Ω，将值TRi2设置为与作为检测元件10的温度的800°C相对应的100 Ω，将值TRi3设置为与作为检测元件10的温度的550°C 相对应的550 Ω，并且将值TRi4设置为与作为检测元件10的温度的500°C相对应的580 Ω。 值TRi4与以下的温度相对应，该温度比与用于判断是否激活检测元件10的阈值TRil相对应的温度低、且比在固体电解质体13中产生发黑的温度(100°C 400°C )高。将TRil TRi4的大小关系设置为TRi4 > TRi3 > TRil > TRi2。例如，基于利用自动停止发动机101的运转的指示、以及在自动停止运转之后自动重启发动机101的运转的指示所更新的怠速停止标志，判断内燃机100是否处于怠速停止。将怠速停止标志存储在RAM 8中。例如，使用现有技术中已知的方法(例如，通过引用包含于此的日本特开2003-148206所述的方法)来输出自动停止发动机101的运转的指示、以及在自动停止运转之后自动重启发动机101的运转的指示。如图3所示，在该主处理中，CPU 6向加热器电压供给电路50输出指示，并且开始向加热器元件40的热生成电阻器沈施加12V的电压的处理(SlO)。然后，CPU 6向Icp供给电路36输出指示，从而开始向Vs单元观供给电流Icp的处理(S20)。然后，判断电压输出电路；34所检测到的电压Vs是否低于1.5V。如果电压Vs等于或高于1.5V (步骤S30中为“否”)，则处理等待，直到电压Vs低于1. 5V为止。当电压Vs低于1. 5V时(步骤S30中为“是”)，CPU 6开始检测阻抗Ri的处理(以下称为“Ri检测处理”)(S40)。CPU 6根据与主处理分开的例程定期执行该Ri检测处理。具体地，在Ri检测处理中，CPU 6向电阻检测电路33输出指示以向Vs单元观供给恒定电流，并且将响应于所供给的电流而获得的电压 Vs的变化量输出至微计算机9。CPU 6基于从电阻检测电路33输出的电压Vs的变化量获得阻抗Ri。执行Ri检测处理，以基于Ri来判断是否激活气体传感器1。然后，CPU 6判断是否正在执行怠速停止(S60)。在步骤S60中，例如，基于前述的怠速停止标志来判断是否正在执行怠速停止。如果判断为正在执行怠速停止(步骤S60中为“是”)JljCPU 6通过将目标电阻值TRi设置为TRi4，开始或继续进行加热器的PI电流供给控制(S120)。具体地，CPU 6向加热器电压供给电路50输出指示，以通过将目标电阻值TRi设置为TRi4来开始或继续进行PI电流供给控制。另外，在向Ip单元27供给电流 Ip的情况下，CPU 6向Ip驱动电路32和基准电压比较器电路35输出指示，以停止向Ip单元27供给电流Ip的处理(S120)。然后，处理返回至步骤S60。如果判断为没有正在执行怠速停止(步骤S60中为“否”)，则CPU 6通过将目标电阻值TRi设置为TRil，开始或继续进行加热器的PI电流供给控制(S70)。具体地，CPU 6 向加热器电压供给电路50输出指示，以通过将目标电阻值TRi设置为TRil来开始或继续进行PI电流供给控制。另外，在向Ip单元27供给电流Ip的情况下，CPU 6向Ip驱动电路32和基准电压比较器电路35输出指示，以停止向Ip单元27供给电流Ip的处理(S70)。 然后，CPU6判断是否激活气体传感器1 (检测元件10) (S80)。根据本实施例，当在前述的 Ri检测处理中检测到的值Ri等于或低于值TRi时，CPU 6判断为激活气体传感器1。当不激活气体传感器1时(步骤S80中为“否”)，处理返回至步骤S60。当激活气体传感器1时 (步骤S80中为“是”)，执行A模式的处理(由虚线152包围的框所表示的处理)。具体地， CPU 6开始或继续进行A模式控制(S90)。在步骤S90中，CPU 6向Ip驱动电路32和基准电压比较器电路35输出指示，以开始或继续进行向Ip单元27供给电流Ip的处理。另外， CPU 6向加热器电压供给电路50输出指示，以通过将目标电阻值TRi设置为TRi2来开始或继续进行PI电流供给控制。然后，CPU 6判断在前述的Ri检测处理中检测到的值Ri是否高于值TRi3 (SllO)。 步骤SllO是针对A模式控制期间、检测元件10的温度下降至被判断为不激活气体传感器1 的温度的情况的处理。例如，当在A模式控制期间在发动机101(参考图1)中执行自动停止时，由于排放气体没有流过排气管102(参考图1)，因此气体传感器1的温度下降。当值 Ri等于或低于TRi3时(步骤SllO中为“否”)，处理返回至步骤S90。当值Ri高于TRi3 时(步骤SllO中为“是”)，处理返回至步骤S60。当在A模式控制期间发动机101自动停止时，在步骤SllO中，值Ri高于TRi3(步骤SllO中为“是”)，处理返回至步骤S60。然后， 在步骤S60中，判断为正在执行怠速停止(步骤S60中为“是”)。如上所述，CPU 6执行根据第一实施例的主处理。无论是否正在执行怠速停止， Icp供给电路36和执行图3中的步骤S20的处理的CPU 6都与本发明的“电流供给单元” 相对应。当将驱动模式设置为NA模式时，执行图3中的步骤S60的处理的CPU 6用作本发明的“自动停止检测单元”。当没有正在执行怠速停止时(步骤S60中为“否”)，执行步骤S80的处理的CPU 6用作本发明的“激活判断单元”。另外，在步骤S90中，加热器电压供给电路50、以及通过将目标电阻值TRi设置为TRi2来执行加热器元件40的电流供给控制的 CPU 6用作本发明的“加热器控制单元”。在步骤S90中，当将驱动模式设置为A模式时(步骤S80中为“是”、并且步骤SllO中为“否”)，Ip驱动电路32、以及开始或继续进行Ip单元 27的电流供给控制的CPU 6用作本发明的“电流供给控制单元”。在步骤S120中，加热器电压供给电路50、以及通过将目标电阻值TRi切换至TRi4来执行加热器元件40的电流供给控制的CPU 6用作本发明的“第一温度切换单元”。另外，与值TRil相对应的温度对应于本发明的激活判断温度，与值TRi2相对应的温度对应于本发明的第一目标温度，并且与值 TRi4相对应的温度对应于本发明的第二目标温度。在根据第一实施例的传感器控制设备4中，处于在向Vs单元观供给电流Icp时在Vs单元观(固体电解质体13)中产生发黑的温度的时间段并没有持续预定时间以上。因此，当传感器控制设备4包括具有Vs单元28和Ip单元27的气体传感器1时，可以抑制气体传感器1的劣化，并且可以降低内燃机100的自动停止(怠速停止)期间加热器元件40 的功耗。对此，作为固体电解质体11和13的主要成分的部分稳定的氧化锆通常包括包含 M相(单斜相)、C相(立方相)和T相(四方相)的、具有多个结晶结构的不同的相。部分稳定的氧化锆的T相由于预定条件下的等温马氏体状态而变换成M相，这是已知的。当部分稳定的氧化锆被暴露于的大气的温度接近200°C时，从T相到M相的变换以最高速度进行，并且由于部分稳定的氧化锆被暴露于的大气中的水分而促进了从T相到M相的变换。 因此，从T相变换为M相的温度根据包括部分稳定的氧化锆被暴露于的大气中的水分、以及部分稳定的氧化锆的相结构的条件而不同。从T相到M相的变换伴随有体积变化，并且当在固体电解质体11和13内部发生从T相到M相的变换时，裂纹从固体电解质体11和13 的表面向其内部传播，从而使气体传感器1的强度劣化，这是已知的。根据第一实施例，将怠速停止期间的目标温度设置为在固体电解质体11和13中不产生发黑和从T相到M相的变换的温度。由于该原因，在传感器控制设备4中，由于怠速停止期间的目标温度低于固体电解质体13的激活判断温度，因此在固体电解质体11和13内部不发生从T相到M相的变换。因此，可以避免裂纹从固体电解质体11和13的表面向其内部传播。在根据第一实施例的主处理中，在步骤SllO和在SllO之后执行的步骤S60中检测在A模式控制期间发动机101自动停止的情况。另一方面，在根据第二实施例的主处理中，可以直接检测在A模式控制期间执行的怠速停止。以下将参考图4来说明根据第二实施例的主处理。将用于执行图4的主处理的程序存储在图2的ROM 7中，并且由CPU 6执行该程序。在图4中，相同的步骤编号表示与图3的第一实施例的主处理相同的处理。如图 4所示，在根据第二实施例的主处理中，处理NA模式、A模式和怠速停止NA模式(以下称为 “IS模式”)中的任一个驱动模式。IS模式是在检测到怠速停止的时间段期间执行的驱动模式。根据第二实施例，在NA模式下，执行由图4的虚线201包围的框所表示的处理。在A 模式下，执行由虚线202包围的框所表示的处理。在IS模式下，执行由虚线203包围的框所表示的处理。如图4所示，根据第二实施例的主处理与第一实施例的主处理的不同之处在于，在步骤S90和SllO之间执行步骤S100，并且代替步骤S120，执行步骤S130。在步骤SlOO中，与步骤S60相同，CPU 6判断是否正在执行怠速停止。如果判断为正在执行怠速停止(步骤SlOO中为“是”)，则执行步骤S130的处理。如果判断为没有正在执行怠速停止 (步骤SlOO中为“否”)，则执行步骤SllO的处理。步骤S130的处理与图3的步骤S120的处理类似。如上所述，CPU 6执行根据第二实施例的主处理。执行图4的步骤S60和SlOO的处理的CPU 6用作本发明的“自动停止检测单元”。在根据第二实施例的传感器控制设备4 中，与第一实施例的传感器控制设备4相比较，可以在较早的阶段检测A模式控制期间的怠速停止。因此，与第一实施例的传感器控制设备4相比较，可以进一步降低怠速停止期间加热器元件40的功耗。然而，根据第一和第二实施例，通过适当地设置值TRi 3来避免怠速停止期间固体电解质体13中的发黑。另一方面，根据第三实施例，可以通过在怠速停止期间停止供给电流Icp来避免怠速停止期间固体电解质体13中的发黑。将参考图5来说明根据第三实施例的主处理。将用于执行图5的主处理的程序存储在图2的ROM 7中，并且由CPU 6执行该程序。在图5中，相同的步骤编号表示与图3的第一实施例的主处理相同的处理。根据第三实施例，在NA模式下，执行由图5的虚线301包围的框所表示的处理。在A模式下，执行由虚线302包围的框所表示的处理。如图5所示，根据第三实施例的主处理与第一实施例的主处理的不同之处在于，执行步骤S65和S115。在没有正在执行怠速停止时(步骤S60中为“否”)执行的步骤S65中，CPU 6向 Icp供给电路36输出指示，以开始或继续向Vs单元观供给电流Icp (S65)。在正在执行怠速停止时(步骤S60中为“是”)执行的步骤S115中，CPU 6向Icp供给电路36输出指示， 以停止向Vs单元28供给电流Icp(S115)。如上所述，CPU 6执行根据第三实施例的主处理。根据第三实施例的Icp供给电路 36、以及执行图5的步骤S20和S65的处理的CPU 6与本发明的“电流供给单元”相对应。 Ip驱动电路32、Icp供给电路36和执行步骤S115的处理的CPU 6用作本发明的“电流停止单元”。加热器电压供给电路50和执行步骤S120的处理的CPU 6用作本发明的“第二温度切换单元”。另外，在图5中，与值TRil相对应的温度对应于本发明的激活判断温度，与值TRi2相对应的温度对应于本发明的第一目标温度，并且与值TRi4相对应的温度对应于本发明的第三目标温度。在根据第三实施例的传感器控制设备4中，在内燃机中执行自动停止的时间段期间，切断对Ip单元27和Vs单元观的电流供给。由于该原因，无论怠速停止期间气体传感器1的目标温度如何，都可以可靠地避免在内燃机100的自动停止期间的发黑。因此，即使当传感器控制设备4包括包含Ip单元27和Vs单元28的气体传感器1时，也可以抑制气体传感器1的劣化，并且降低内燃机100的自动停止期间加热器元件40的功耗。另外，根据第三实施例，由于在怠速停止期间切断对Vs单元观供给电流Icp，因此如果值TRi4低于与激活温度相对应的TRil，则不特别限制该值TRi4。然而，优选将值TRi4设置为与在固体电解质体11和13中不产生从T相到M相的变换的温度相对应的电阻值。另外，本发明不限于以上所述的第一至第三实施例，并且可以在不背离所附的权利要求书的精神和范围的情况下进行各种改变。例如，可以进行以下的变形(1) (3)。
(1)尽管在前述实施例中将检测检测对象气体内的特定成分的气体浓度的气体传感器例示为通用A/F加热排气含氧量(UEGO)传感器，但本发明不限于此。例如，除了以上所述的氧泵单元和氧浓度检测单元以外，可以进一步包括通过分解NOx (氮氧化物)来泵氧的第二氧泵单元。本发明可以应用于检测检测对象气体内的NOx的浓度的NOx传感器。另外，本发明不限于具有氧泵单元(Ip单元)和氧浓度检测单元(Vs单元)的两单元型气体传感器，并且可以应用于具有氧浓度检测单元(Vs单元)28的单单元型气体传感器，在该单单元型气体传感器中，与前述实施例类似，通过从Vs单元观中的电极(检测电极)22向电极(基准电极)21供给微电流Icp，来从电极22朝向电极21泵氧。在该单单元型气体传感器中，根据在Vs单元观的一对电极21和22之间产生的电压(电动势)来检测检测对象气体内的氧浓度，并且连接至该气体传感器的传感器控制设备基于在一对电极21和22之间产生的电压，判断排放气体的A/F比与特定A/F比相比较是大还是小。即使在具有该Vs单元28的单单元型气体传感器中，也通过供给微电流Icp来使用电极(基准电极)21作为基准氧源。因此，通过将气体传感器连接至根据以上所述的第一至第三实施例的传感器控制设备，可以在抑制气体传感器(Vs单元28)的劣化时，降低内燃机100的自动停止(怠速停止)期间加热器元件40的功耗。另外，在将根据第一至第三实施例的传感器控制设备4连接至具有单个Vs单元观的气体传感器的情况下，可以采用基本类似但在以下方面不同的结构省略了用于驱动氧泵单元的电路系统，并且从各实施例的流程图中省略了与氧泵单元有关的处理。(2)可以适当地修改传感器控制设备4的结构。例如，可以单独设置控制单元和 ECU 3，其中该控制单元具有微计算机9、ASIC 30和加热器电压供给电路50。在这种情况下，可以在该控制单元或ECU 3中执行以上所述的主处理。另外，例如，尽管前述实施例的传感器控制设备4通过PI电流供给控制使用包括TRil、TRi2和TRi4的目标电阻值TRi来控制对加热器元件40的电流供给，但控制对加热器元件40的电流供给的方法不限于此，并且可以通过PID电流供给控制来进行该方法。(3)可以适当地修改在以上所述的主处理中执行的步骤和该主处理所参考的各种参数。例如，尽管在前述实施例中、基于Vs单元28的阻抗来检测检测元件10的温度，但可以代替Vs单元观，而基于Ip单元27的阻抗来检测检测元件10的温度。另外，可以基于加热器元件40中包括的热生成电阻器沈的电阻值来检测检测元件10的温度。另外，例如， 从降低功耗的角度来看，根据第一和第二实施例的传感器控制设备4在怠速停止期间切断对Ip单元27的电流供给。然而，如果在怠速停止期间加热器元件40的目标温度是在固体电解质体11和固体电解质体13这两者中不产生发黑的温度，则根据第一和第二实施例的传感器控制设备4可以在怠速停止期间继续向Ip单元27供给电流。另外，例如，根据第三实施例，如同图4的第二实施例的步骤S 100—样，可以在A模式控制期间判断是否正在执行怠速停止。本申请要求2009年12月22日提交的日本专利申请2009-291081以及2010年11 月22日提交的日本专利申请2010-259696的优先权，在此通过引用包含这两个申请的全部内容。
权利要求
1.一种传感器控制设备，包括气体传感器，用于安装在内燃机的排气管中，并且包括包含第一固体电解质体、基准电极和检测电极的氧浓度检测单元，其中，所述基准电极和所述检测电极形成于所述第一固体电解质体上，并且所述氧浓度检测单元在所述检测电极和所述基准电极之间产生与测量对象气体的氧浓度相对应的电压；加热器，用于加热所述气体传感器；电流供给单元，用于向所述氧浓度检测单元供给电流，从而从所述检测电极通过所述第一固体电解质体向所述基准电极泵氧；激活判断单元，用于判断所述气体传感器的温度是否等于或高于激活判断温度；以及加热器控制单元，用于当所述激活判断单元判断为所述气体传感器的温度等于或高于所述激活判断温度时，通过将等于或高于所述激活判断温度的第一目标温度设置为所述加热器的目标温度，来控制对所述加热器的电流供给， 其中，所述传感器控制设备还包括 自动停止检测单元，用于检测所述内燃机的自动停止；以及第一温度切换单元，用于当所述自动停止检测单元检测到所述内燃机的自动停止时， 控制供给至所述加热器的电流，以使得将所述加热器的目标温度切换至第二目标温度，其中，所述第二目标温度不同于在如下情况下在所述第一固体电解质体中产生发黑的温度 在该情况下，当所述气体传感器的温度维持在比所述激活判断温度低的温度时，所述电流供给单元向所述氧浓度检测单元供给电流。
2.根据权利要求1所述的传感器控制设备，其特征在于， 所述气体传感器包括检测室，其中，检测对象气体被引入所述检测室中，以及氧泵单元，其具有第二固体电解质体和在所述第二固体电解质体上形成的一对泵电极，所述一对泵电极中的一个泵电极被配置为暴露至所述检测室，所述氧泵单元根据在所述一对泵电极之间供给的电流向所述检测室或从所述检测室泵氧，所述氧浓度检测单元的所述检测电极暴露至所述检测室，并且所述基准电极位于所述检测室外部，以及其中，所述传感器控制设备还包括电流供给控制单元，所述电流供给控制单元用于根据所述氧浓度检测单元所产生的电压控制供给至所述氧泵单元的电流。
3.—种传感器控制设备，包括气体传感器，用于安装在内燃机的排气管中，并且包括包含第一固体电解质体、基准电极和检测电极的氧浓度检测单元，其中，所述基准电极和所述检测电极形成于所述第一固体电解质体上，并且所述氧浓度检测单元在所述检测电极和所述基准电极之间产生与测量对象气体的氧浓度相对应的电压；加热器，用于加热所述气体传感器；电流供给单元，用于向所述氧浓度检测单元供给电流，从而从所述检测电极通过所述第一固体电解质体向所述基准电极泵氧；激活判断单元，用于判断所述气体传感器的温度是否等于或高于激活判断温度；以及加热器控制单元，用于当所述激活判断单元判断为所述气体传感器的温度等于或高于所述激活判断温度时，通过将等于或高于所述激活判断温度的第一目标温度设置为所述加热器的目标温度，来控制供给至所述加热器的电流， 其中，所述传感器控制设备还包括 自动停止检测单元，用于检测所述内燃机的自动停止；以及第二温度切换单元，用于当所述自动停止检测单元检测到所述内燃机的自动停止时， 控制供给至所述加热器的电流，以使得将所述加热器的目标温度切换至比所述气体传感器的所述激活判断温度低的第三目标温度；以及电流停止单元，用于当所述自动停止检测单元检测到所述内燃机的自动停止时，停止向所述氧浓度检测单元供给电流。
4.根据权利要求3所述的传感器控制设备，其特征在于， 所述气体传感器包括检测室，其中，检测对象气体被引入所述检测室中，以及氧泵单元，其具有第二固体电解质体和在所述第二固体电解质体上形成的一对泵电极，所述一对泵电极中的一个泵电极被配置为暴露至所述检测室，所述氧泵单元根据在所述一对泵电极之间供给的电流向所述检测室或从所述检测室泵氧，所述氧浓度检测单元的所述检测电极暴露至所述检测室，并且所述基准电极位于所述检测室外部，以及其中，所述传感器控制设备还包括电流供给控制单元，所述电流供给控制单元用于根据在所述氧浓度检测单元中产生的电压控制供给至所述氧泵单元的电流，并且所述电流停止单元停止向所述氧泵单元和所述氧浓度检测单元供给电流。
全文摘要
本发明提供一种传感器控制设备，包括气体传感器，其包括具有第一固体电解质体、基准电极和检测电极的氧浓度检测单元；以及加热器；电流供给单元，用于向所述氧浓度检测单元供给电流；激活判断单元；和加热器控制单元，用于当激活判断单元判断为气体传感器的温度等于或高于激活判断温度时，通过将等于或高于激活判断温度的第一目标温度设置为目标温度来控制对加热器的电流供给，传感器控制设备还包括自动停止检测单元；以及第一温度切换单元，用于当自动停止检测单元检测到自动停止时，控制供给至加热器的电流，以使得将加热器的目标温度切换至与在所述第一固体电解质中产生发黑的温度不同的第二目标温度。
文档编号G01N27/419GK102182571SQ20101061522
公开日2011年9月14日 申请日期2010年12月22日 优先权日2009年12月22日
发明者稻垣浩 申请人:日本特殊陶业株式会社