专利名称：用于控制气体传感器的输出特性的气体传感器控制装置的制作方法
技术领域：
本申请总体上涉及被设计用来在需要时改变诸如气体传感器的响应时间的输出特性的气体传感器控制装置。
背景技术：
已知下述气体传感器该气体传感器测量在来自汽车发动机的废气中包含的氧气的浓度，该浓度表示向发动机供应的混合物的空燃比。例如，传统的电动势O2传感器用来输出电信号，所述电信号在当废气中燃料丰富时和当废气中燃料稀薄时之间在电平上不同。 具体地说，这种类型的化传感器在废气的空燃比处于丰富状态时产生大约ο. 9v，并且当该空燃比处于稀薄状态时产生大约0V。传统的气体传感器通常在对于废气的空燃比的实际改变作出反应以产生输出中经历时滞。已经寻求该时滞的改善。例如，日本专利第二公报No. 8-20414公开了配备有辅助电化电池的电动势仏传感器。该辅助电化电池连接到O2传感器的电极之一。电流被施加到辅助电化电池，以执行所谓的粒子抽动，由此改变要测量的气体的浓度，即与所施加的电流相关的λ特性(S卩，电动势特性)。上面的公报的电动势A传感器的生产要求极大地修改传统Α传感器的结构，因此导致其生产成本上的增加。
发明内容
因此，目的是提供被设计用来在需要时改变诸如响应时间的气体传感器的输出特性的气体传感器控制装置的简化结构。根据一个实施例的一个方面，提供了一种气体传感器控制装置，其控制气体传感器的操作以输出指示在气体中包含的给定气体成分的浓度的信号，所述气体传感器由固态电解质体和附接到固态电解质体的表面的一对电极构成。所述气体传感器控制装置包括 (a)恒流电路，其电连接到所述气体传感器的所述电极之一，并且向所述的那个电极供应恒流；以及，(b)控制器，其确定是否作出了改变所述气体传感器输出特性的改变请求，所述气体传感器输出特性包括所述气体传感器对于所述气体成分的浓度的改变作出反应所花费的响应时间。当确定作出了所述改变请求时，所述控制器基于所述改变请求来确定所述恒流要在所述气体传感器的所述电极之间流动的方向，并且控制所述恒流电路以向所述气体传感器供应所述恒流，使得所述恒流在所述电极之间以所确定的方向流动以改变所述气体传感器的输出特性。当所述气体成分已经在浓度或其构成上改变时，在这样的改变紧前在所述气体中包含的一些成分可能仍然驻留在所述气体传感器周围，这导致响应于在所述气体成分的浓度或构成上的改变而在所述气体传感器的输出电平上的改变上的延迟(即，所述气体传感器的响应时间的时滞)。如何校正这样的响应时滞被认为取决于其他因素。
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如上所述的气体传感器控制装置的控制器确定所述气体传感器控制装置是否处于其中要改变所述气体传感器的输出特性的情况中，换句话说，是否作出了所述改变请求。 所述控制器基于所述改变请求来确定要在所述气体传感器的电极之间施加的恒流的方向， 并且控制所述恒流电路以向所述气体传感器供应所述恒流，由此在所述气体成分的浓度改变时加速或减速要测量其浓度的所述给定成分之外的所述气体的成分的去除。换句话说， 所述控制器可用于将所述气体传感器的输出特性改变为期望值。另外，当未正在改变所述气体成分的浓度时，所述控制器可用于加速或减速与要测量的所述给定成分不同的所述气体的成分的去除，换句话说，其干扰所述气体成分的浓度的测量以便改变所述气体传感器的输出特性(即，所述气体传感器的值和输出)。利用所述恒流电路来实现所述气体传感器的输出特性的改变，因此消除了改变所述气体传感器的结构的需要和所述气体传感器控制装置的复杂结构的需要。在所述实施例的优选模式中，所述气体传感器被设计用来基于所述气体成分的浓度来测量从内燃机排出的废气的空燃比，并且输出指示所述空燃比的信号。所述改变请求是在当所述废气的空燃比从丰富向稀薄改变时和当所述废气的空燃比从稀薄向丰富改变时的时间中的至少一个时改变所述气体传感器的输出特性。所述控制器在当所述废气的空燃比从丰富向稀薄改变时和当所述废气的空燃比从稀薄向丰富改变时的时间的至少一个时，基于改变所述输出特性的所述改变请求来确定要被施加的所述恒流在所述气体传感器的电极之间流动的方向。通常，从所述内燃机排出的所述废气的空燃比在丰富状态和稀薄状态之间改变。 当所述空燃比从丰富向稀薄状态改变时，诸如HC成分的所述废气的丰富成分留在所述气体传感器周围，这将干扰诸如NOx成分的稀薄成分对于所述气体传感器的电极的反应。这导致所述气体传感器对于在所述空燃比上向稀薄侧的改变的响应性的降低。为了减小上述缺陷，所述控制器决定是否在空燃比向稀薄状态或丰富状态改变时要改变所述气体传感器的输出，并且基于所述决定的结果来确定要施加的恒流在所述气体传感器的电极之间流动的方向。所述恒流电路以所确定的方向向所述气体传感器施加所述恒流，由此将所述输出特性改变为期望值。所述气体传感器已经在其中限定了填充有参考气体的参考气体室。所述气体传感器的所述电极分别充当暴露到废气的废气暴露电极和暴露到参考气体的参考气体暴露电极。当确定作出了在所述废气的空燃比从丰富向稀薄改变时改变所述气体传感器的响应时间的改变请求时，所述控制器控制所述恒流电路来定位所述恒流的流动方向，以使得将氧气从所述参考气体暴露电极通过所述固态电解质体供应到所述废气暴露电极。当确定作出了在所述废气的空燃比从稀薄向丰富改变时改变所述气体传感器的响应时间的改变请求时，所述控制器控制所述恒流电路来定位所述恒流的流动方向，以使得将氧气从所述废气暴露电极通过所述固态电解质体供应到所述参考气体暴露电极。具体地说，当空燃比从丰富向稀薄改变时，所述恒流电路施加所述恒流，以使得所述氧气从所述参考气体暴露电极通过所述固态电解质体向所述废气暴露电极移动，由此加速在所述废气暴露电极周围驻留的诸如HC成分的丰富成分的去除，以在空燃比向稀薄状态改变时增强所述气体传感器的响应时间。当空燃比从稀薄向丰富改变时，所述恒流电路施加所述恒流，以使得所述氧气从所述废气暴露电极通过所述固态电解质体向所述参考气体暴露电极移动，由此加速在所述废气暴露电极周围驻留的诸如NOx成分的稀薄成分的去除，以在空燃比向丰富状态改变时增强所述气体传感器的响应时间。所述控制器还可以确定所述内燃机的操作状态，并且基于所确定的所述内燃机的操作作态来确定是否作出所述改变请求。通常，所述气体传感器的输出特性随着所述内燃机的操作状态的改变而改变。优选的是，基于所述内燃机的操作状态来进行是否作出所述改变请求的确定。所述气体传感器控制装置可以与使得所述空燃比与目标值一致的发动机控制系统一起使用。当操作状态指示所述内燃机处于高负荷状态时，所述控制器确定作出所述改变请求以在所述空燃比从丰富向稀薄改变时缩短所述气体传感器的响应时间，并且基于所述改变请求来控制所述恒流电路，以减少所述气体传感器的响应时间。当所述内燃机正在高负荷状态中运行时，被吸入所述内燃机中的新鲜空气量变大，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侧改变时增强所述气体传感器的响应时间，由此保证来自所述气体传感器的输出的精确度，这使得所述发动机控制系统能够最小化稀薄成分的排出量。在将所述气体传感器控制装置与使得所述空燃比与目标值一致的发动机控制系统一起使用的情况中，当操作状态指示所述内燃机处于低温状态时，所述控制器还可以确定作出所述改变请求以在空燃比从稀薄向丰富改变时缩短所述气体传感器的响应时间，并且基于所述改变请求控制所述恒流电路，以减小所述气体传感器的响应时间。当所述内燃机正在低温状态中运行时，所述发动机控制系统增大要在所述内燃机的燃烧室中燃烧的燃料的量，以使得要排出的丰富成分(即，HC成分)的量增大。所述控制器在空燃比向丰富侧改变时增强所述气体传感器的响应时间，由此保证来自所述气体传感器的输出的精确度，这使得所述发动机控制系统能够最小化丰富成分的排出量。所述控制器可以在需要时增大或延长所述气体传感器的响应时间。例如，所述气体传感器控制装置可以用于发动机控制系统中，所述发动机控制系统包括上游催化剂，其被布置在从所述内燃机延伸的排气管中；下游催化剂，在被布置在位于所述上游催化剂的下游的所述排气管的一部分中；以及，安装在所述上游催化剂和所述下游催化剂之间的所述气体传感器。所述发动机控制系统工作来在所述内燃机的运行期间切断向所述内燃机供应的燃料，并且还基于根据来自所述气体传感器的输出确定的所述废气的空燃比来执行丰富燃料喷射操作，以在完成针对所述内燃机的燃料切断时消除所述上游和下游催化剂的过量氧气状态(即，极其稀薄的状态)。所述控制器确定作出改变请求以在执行丰富燃料喷射操作时在空燃比向丰富侧改变时增大所述气体传感器的响应时间。 所述恒流电路向所述气体传感器供应所述恒流，以在空燃比向丰富侧改变时延长所述气体传感器的响应时间。具体地说，当所述发动机控制系统切断针对所述内燃机的燃料时，它将使得所述上游和下游催化剂被置于过量氧气状态(即，极其稀薄的状态)中。为了消除所述上游和下游催化剂的过量氧气状态，换句话说，将所述上游和下游催化剂置于其中适当数量的氧气在完成针对所述内燃机的燃料切断后立即迅速地留在所述上游和下游催化剂中的中和状态中，所述发动机控制系统基于废气的空燃比来执行丰富燃料喷射操作。所述气体传感器被布置在所述上游和下游催化剂之间的中间位置。所述发动机控制系统基于来自所述气体传感器的输出来确定废气的空燃比是否已经从稀薄侧向丰富侧改变，然后当确定空燃比已经改变到丰富状态时结束丰富燃料喷射操作。然而，在所述废气的空燃比在所述气体传感器的位置处已经从稀薄状态向丰富状态改变时，所述上游催化剂可能已经被中和，但是所述下游催化剂可能仍然被置于过量氧气状态中。所述气体传感器控制装置可用于在执行丰富燃料喷射操作时在空燃比向丰富状态改变时增大所述气体传感器的所述响应时间。具体地说，在丰富燃料喷射操作期间，建立了气体传感器响应于废气的空燃比从稀薄状态向丰富状态的实际改变的时滞。这使得发动机控制系统能够在中和所述上游催化剂后，在具有延迟的情况下终止丰富燃料喷射操作， 由此适当地中和所述上游和下游催化剂，并且保证在完成针对发动机的燃料切断紧后控制废气排放的稳定性。所述恒流电路可以被设计用来调节要被施加到所述气体传感器施加的所述恒流的量。所述控制器基于所述改变请求来确定需要施加到所述气体传感器以改变所述气体传感器的响应时间的程度的恒流的目标量。具体地说，当需要将所述气体传感器的所述响应时间调节得在空燃比改变到丰富状态时和在所述空燃比改变到稀薄状态时之间不同时，所述控制器确定在将所述响应时间的程度改变为期望的值所需要的向所述气体传感器供应的所述恒流的目标量。当所述内燃机正在所述内燃机上的负荷正在增加的过渡时间段中或在所述内燃机上的负荷停止增加以使所述内燃机处于高负荷状态的高负荷稳定状态时间段中运行时， 所述控制器确定进行了所述改变请求以在空燃比从丰富向稀薄改变时缩短所述气体传感器的响应时间，并且将改变所述过渡时间段中的所述气体传感器的所述响应时间的程度小于改变所述高负荷稳定状态时间段中的所述气体传感器的所述响应时间的程度。具体地说，所述发动机在高负荷状态中运行的时间段包括发动机上的负荷正在增大的过渡时间段和发动机上的负荷停止增大并且发动机保持在高负荷状态中运行的高负荷稳定状态时间段。在过渡时间段或高负荷稳定状态时间段的任何一个中，向发动机内引导的新鲜空气的量通常在变大，使得诸如NOx成分的稀薄成分增多。因此，可取的是，在空燃比向稀薄状态改变时缩短所述气体传感器的响应时间以便减少稀薄成分的排放量。然而，恐怕与高负荷稳定状态时间段相比，稀薄成分的排放量在过渡时间段极大地增多。因此，所述控制器将在过渡时间段中在空燃比从丰富向稀薄改变时所述气体传感器的响应时间改变得比在高负荷稳定状态时间段中的响应时间短。这保证在过渡时间段和高负荷稳定状态时间段之间在排放稀薄成分上的平衡。
通过下面给出的详细描述和本发明的优选实施例的附图，将更全面地理解本发明，然而，该优选实施例不应当被拿来将本发明限制为特定实施例，而是仅用于解释和理解的目的。在附图中图1是根据本发明的第一实施例说明配备了气体控制装置的发动机控制系统的框图；图2是部分纵向截面图，其示出电连接到在图1的发动机控制系统中安装的气体控制装置的A传感器的传感设备；图3是说明在图2的传感设备产生的电动势和废气的空燃比之间的关系的电动势特性视图；图4(a)是图2的仏传感器的传感设备的部分截面图，其说明了在空燃比从丰富向稀薄改变时停留在传感设备周围的废气的成分；图4(b)是图2的&传感器的传感设备的部分截面图，其说明了在空燃比从稀薄向丰富改变时停留在传感设备周围的废气的成分；图5是表示在废气的实际空燃比和图2的&传感器的输出之间的关系的时序图；图6 (a)是图2的O2传感器的传感设备的部分截面图，其说明了当向传感设备施加恒流以增强在空燃比从丰富向稀薄改变时A传感器的响应时间时的氧气的流动；图6(b)是图2的O2传感器的传感设备的部分截面图，其说明了当向传感设备施加恒流以增强在空燃比从稀薄向丰富改变时O2传感器的响应时间时的氧气的流动；图7是输出特性视图，其说明了由图2的&传感器产生用于增强&传感器的丰富响应时间和稀薄响应时间的电动势；图8是由图1的气体传感器控制装置执行来改变图2的&传感器的响应时间的响应控制程序的流程图；图9(a)是说明当在空燃比从丰富向稀薄改变时增强O2传感器的响应时间时在废气的实际空燃比、图2的A传感器的输出和施加到Α传感器的恒流之间的关系的时序图；图9(b)是说明当在空燃比从稀薄向丰富改变时增强O2传感器的响应时间时在废气的实际空燃比、图2的A传感器的输出和施加到Α传感器的恒流之间的关系的时序图；图10是由本发明的第二实施例的气体传感器控制装置执行的响应控制程序的流程图；图11是说明在图10的响应控制程序中废气的实际空燃比、O2传感器的输出和施加到A传感器的恒流之间的关系的时序图；图12(a)是表示在其中执行测试以评估仏传感器的响应时间的改变的环境条件的视图；图12(b)是示出当增强在空燃比从丰富向稀薄改变时O2传感器的响应时间时在图12(a)中执行的测试的结果的图形；图12(c)是示出当增强在空燃比从稀薄向丰富改变时O2传感器的响应时间时在图12(a)中执行的测试的结果的图形；图13(a)是说明施加到O2传感器的恒流与向内燃机供应的进气量的关系的图形；图13(b)是说明施加到&传感器的恒流与内燃机的速度的关系的图形；图14是说明在第二实施例的一种修改中废气的实际空燃比、O2传感器的输出和施加到A传感器的恒流之间的关系的时序图；图15(a)是说明在第二实施例的另一种修改中在废气的实际空燃比、O2传感器的输出和施加到A传感器的恒流之间的关系的时序图；图15(b)是说明在第二实施例的另一种修改中向O2传感器施加恒流的时间的时序图；图15(c)是说明在第二实施例的另一种修改中向O2传感器施加恒流的时间的时序图；以及图16是说明用于与气体传感器控制装置一起使用的&传感器的修改的横向截面图。
具体实施例方式参考附图，其中，在几个视图中相似的附图标记指示相似的部件，特别是图1，示出了根据第一实施例的发动机控制系统，其被设计来监视在汽车中安装的内燃机的排气管中安装的气体传感器的输出以执行一些发动机控制任务。发动机控制系统配备有空燃比气体传感器控制装置，并且包括用于控制要向内燃机10内喷射的燃料的量(例如，要向发动机 10供应的混合物的空燃比)、燃料的点火时间等的电子控制单元(ECU) 25。发动机10是汽油发动机，并且配备有电子控制的节流阀11、燃料喷射器12(为了说明的简洁而仅示出了一个)和点火设备(即点火器)13。从发动机10延伸的排气管14 中安装了作为废气排放控制设备的催化剂转换器1 和15b。催化剂转换器1 和15b的每一个包括三元催化剂。催化剂转换器1 充当位于排气管14上游的第一催化剂(也将被称为上游催化剂)，而催化剂转换器1 充当被安装在位于催化剂转换器15a的下游的排气管14的一部分中的第二催化剂(也将被称为下游催化剂)。下文中催化剂转换器1 和1 也将分别被称为第一和第二催化剂1 和15b。发动机控制系统还包括空燃比(A/ F)传感器16和&传感器17。A/F传感器16被安装在位于第一催化剂1 上游的排气管 14的一部分中。&传感器17被布置在第一和第二催化剂1 和1 之间，即，第二催化剂 15b的上游和第一催化剂15a的下游。A/F传感器16用于输出在电平上大体与流过排气管 14的废气的空燃比成比例的电信号。注意，混合物的空燃比与废气中的氧气的浓度成比例， 并且因此通常在发动机控制领域中被称为废气的空燃比。O2传感器17用于以电动势的形式输出电信号，该电动势在当废气的空燃比处于丰富状态中时和当空燃比处于稀薄状态中时之间在电平上不同。发动机控制系统还包括节流阀位置传感器21、曲柄角传感器22、进气流传感器23 和冷却剂温度传感器对。节流阀位置传感器21测量节流阀11的位置，该位置表示节流阀11的打开程度。曲柄角传感器22例如在发动机10的曲轴每旋转30°时输出矩形信号 (即，脉冲信号)。进气流传感器23测量要被吸入发动机10内的进入空气的流速。冷却剂温度传感器M测量发动机10的冷却剂的温度。发动机控制系统还包括燃烧压力传感器、 加速器位置传感器、油温传感器等，它们都没有示出。燃烧压力传感器测量其中燃料正在燃烧的在发动机10的燃烧室中的压力。加速器位置传感器测量加速器踏板(未示出)的位置，换句话说，司机在加速器踏板上的作用力。油温传感器测量在发动机10中的润滑油的温度。这些传感器向ECU 25提供用于表示发动机10的操作状态的输出。通过由CPU、ROM、RAM等构成的传统微计算机实现ECU 25，并且ECU 25执行在ROM 中存储的控制程序，以基于发动机10的操作状态来执行发动机10的控制任务。具体地说， ECU 25监视来自以上传感器的输出，以计算要向发动机10喷射的燃料的目标量和发动机 10中的燃料的点火定时，并且控制燃料喷射器12和点火设备13的操作。E⑶25使用来自A/F传感器16和仏传感器17的输出在空燃比反馈模式中执行喷射量控制任务。具体地说，ECU 25在主反馈模式中使得由A/F传感器16测量的废气的实际空燃比与根据发动机10的操作状态计算的目标空燃比一致，并且还使用O2传感器17 执行子反馈模式。例如，ECU 25在子反馈模式中使得目标空燃比与化学计量空燃比一致。O2传感器17配备有杯状传感设备31，如图2中所示。图2是传感设备31的纵向截面图。虽然未示出，但是传感设备被布置在空外壳中，并且被外盖或外盖组件覆盖。如上所述，O2传感器17被安装在排气管14上，并且传感设备31暴露到流过排气管14的废气。可以从图2看到的传感设备31包括固态电解质体32，其在横截面上具有U形，并且形成中间层；暴露到废气的电极层33 ；以及，暴露到空气的电极层34。暴露到废气的电极层33充当具有传感设备32的外表面的暴露到废气的电极。暴露到空气的电极层34充当具有传感器设备32的内表面的暴露到空气的电极，该内表面限定了内部气室35。固态电解质体32由氧铁传导烧结氧化物形成，该氧化物由&02、Hf02、TM)2和Bi2O3构成，其中，CaO、 MgO、Y2O3和％203被混合为稳定剂。暴露到废气的电极层33和暴露到空气的电极层34分别由诸如钼的贵金属构成，该贵金属在催化活性上较高，并且被用多孔膜(porous film)化学电镀。电极层33和34作为一对传感器电极。固态电解质体32在其中限定了气室35， 其中，在气体室35中布置加热器36来产生大得足以将传感设备31整体加热到可激活的温度的热能。可激活的温度是化传感器17被激活以适当地操作的温度，并且例如是350°C至 400°C。将新鲜空气供应到气室35，以使得在气室35中将氧气的浓度保持在已知值。换句话说，新鲜空气被用作其氧气浓度是已知的参考气体。暴露到空气的电极层34因此作为暴露到参考气体的电极。固态电解质体32在其外表面暴露到流过排气管14的废气，并且在其内表面暴露到气室35中的空气。根据废气和空气之间的氧气浓度(即，氧气的分压)的差，在暴露到废气的电极层33和暴露到空气的电极层34之间生成电动势。具体地说，传感设备31产生在当废气的空燃比丰富和当它稀薄时之间在电势上不同的电动势。O2传感器17以电信号的形式输出电动势，以向ECU 25通知现在流过排气管14的废气处于丰富状态或稀薄状态。图3是说明由传感设备31产生的电动势和发动机10的废气的A/F比的电动势特性视图。水平轴表示过剩空气率λ。λ = 1指示化学计量空燃比。实线曲线指示由传感设备31产生的电动势。该图示出电动势在化学计量空燃比附近在电平上迅速地改变。具体地说，在过剩空气率λ小于一(1)的丰富范围中，电动势将是大约0. 9V，而在过剩空气率 λ大于一(1)的稀薄范围中，电动势将是大约0V。回头参考图2，传感设备31的暴露到废气的电极层33连接到地。暴露到空气的电极层34连接到微计算机沈。将根据废气中的空燃比(即，氧气的浓度)而产生的电动势以电信号的形式输出到微计算机26。微计算机沈被例如安装在ECU 25中，并且用于基于来自传感设备31的输出计算空燃比。微计算机沈还使用来自上述传感器的输出来计算发动机10的速度和向发动机10供应的进气的量(即，流速)。当发动机10在运行时，废气的空燃比有时在丰富和稀薄之间连续地改变。如果& 传感器17响应于废气的空燃比的这种改变的速率或速度低，则它可能导致发动机10的性能的降低。例如，当发动机10在高负荷状态下运行时，它导致废气中的氧气浓度的不期望的增大。下面将描述当废气的实际空燃比在丰富状态和稀薄状态之间转换时的O2传感器 17的响应性(SP，响应时间或速度)。
当从发动机10 (第一催化剂1 的下游)排出的废气的空燃比在丰富和稀薄侧之间改变时，这通常涉及废气的成分构成的改变。在空燃比的改变紧前包含在废气中的一些成分通常仍然驻留，这导致响应于废气的空燃比的改变的、O2传感器17输出的电平上的改变上的延迟(即，O2传感器17的响应时滞)。具体地说，当如图4(a)中所示废气的空燃比从丰富向稀薄侧改变时，诸如HC成分的废气的丰富成分仍然接近暴露到废气的电极层33， 这干扰了在传感器电极(即，电极层33和34)上的诸如NOx成分的稀薄成分的反应。这导致在A传感器17的输出对于空燃比向稀薄侧改变的响应性的降低。当如图4(b)中所示废气的空燃比从稀薄侧向丰富侧改变时，诸如NOx的废气的稀薄成分仍然接近暴露到废气的电极层33，这干扰了在传感器电极(S卩，电极层33和34)上的诸如HC成分的稀薄成分的反应。这导致O2传感器17的输出对于空燃比向丰富侧改变的响应性的降低。图5是说明在&传感器17的输出上的改变的时序图。当废气的空燃比在丰富和稀薄状态之间改变时，它将使得O2传感器17的输出在 0.9V(S卩，丰富)和0V(S卩，稀薄)之间改变。O2传感器17的输出在对于空燃比在丰富和稀薄之间改变的响应上具有时滞。在图5的示例中，O2传感器17的输出在废气的空燃比从丰富向稀薄改变后以TDl的时滞改变，而它在废气的空燃比从稀薄向丰富改变后以TD2的时滞改变。为了减小以上响应时滞，本实施例的气体控制装置被设计来评估在当空燃比向稀薄侧改变时和当向丰富侧改变时的至少一个时，是否已经请求改变O2传感器17的响应时间，并且如果是肯定的，则控制下面将详细描述的恒流以调节O2传感器17的响应时间。通过将电流以所选择的方向通过传感器电极(即，电极层33和34)来实现响应时间的调节。具体地说，发动机控制系统还包括如图2中所示的恒流电路27，其电连接到&传感器17的暴露到空气的电极层34。微计算机沈控制恒流电路27的操作以向&传感器17 施加恒流Ics。微计算机沈计算要向传感器电极施加的恒流Ics的量和恒流Ics要从暴露到废气的电极层33向暴露到空气的电极层34流动或反之亦然的方向。更具体地，恒流电路27被设计来在相反方向的任何一个上向暴露到空气的电极层27施加恒流Ics，并且还改变恒流Ics。微计算机沈能够通过恒流电路27在PWM(脉冲宽度调制)模式中改变恒流Ics。恒流电路27基于从微计算机沈输出的脉冲信号的占空比来调节恒流Ics，并且将其供应到暴露到废气的电极层33和暴露到空气的电极层34。在下面的讨论中，从暴露到废气的电极层33流向暴露到空气的电极层34的恒流 Ics将被称为负恒流-Ics，而从暴露到空气的电极层34流向暴露到废气的电极层33的恒流Ics将被称为正恒流+Ics。当需要提高响应速度，换句话说，减小O2传感器17对于废气的空燃比从丰富向稀薄的改变进行反应所花费的响应时间(其在下文中也被称为稀薄灵敏度或稀薄响应时间) 时，微计算机26施加恒流Ics(即，负恒流-Ics)，如图6(a)中所示，以使得氧分子(O2)从暴露到空气的电极层34通过固态电解质体32向暴露到废气的电极层33移动。从暴露到空气的电极层34向暴露到废气的电极层33的氧气供应加速了位于暴露到废气的电极层33 周围的丰富成分(HC)的氧化反应，由此迅速地去除丰富成分。这便利了在暴露到废气的电极层33上的稀薄成分(NOx)的反应，因此导致缩短了 &传感器17的响应时间。
替代地，当需要缩短&传感器17对于废气的空燃比从稀薄向丰富的改变进行反应所花费的响应时间(其在下文也被称为丰富灵敏度或丰富响应时间)时，微计算机沈施加恒流Ics(即，正恒流+Ics)，如图6(b)中所示，以使得氧分子(O2)从暴露到废气的电极层33通过固态电解质体32向暴露到空气的电极层34移动。从暴露到废气的电极层33向暴露到空气的电极层34的氧气供应加速了位于暴露到废气的电极层33周围的稀薄成分 (NOx)的还原反应，由此迅速地去除稀薄成分。这便利了在暴露到废气的电极层33上的丰富成分(HC)的反应，因此导致缩短了 &传感器17的响应时间。图7是说明当增强丰富响应时间和稀薄响应时间时由&传感器17产生的电动势的输出特性视图。已经参考图6(a)描述的从暴露到空气的电极层34通过固态电解质体32到暴露到废气的电极层33的负恒流-Ics的供应将如图7中的(a)中所示导致输出特性曲线向丰富侧的移位，换句话说，由A传感器17产生的电动势的降低。因此，当废气的实际空燃比处于接近化学计量空燃比的丰富范围的一部分内时，O2传感器17的输出指示空燃比稀薄。 这表示增强了 A传感器17对于空燃比向稀薄侧的改变的响应速度。已经参考图6(b)描述的从暴露到废气的电极层33通过固态电解质体32到暴露到空气的电极层34的正恒流+Ics的供应将如图7中的(b)中所示导致输出特性曲线向稀薄侧的移位，换句话说，由A传感器17产生的电动势的增大。因此，当废气的实际空燃比处于接近化学计量空燃比的稀薄范围的一部分内时，O2传感器17的输出指示空燃比丰富。 这表示增强了 A传感器17对于空燃比向丰富侧的改变的响应速度。图8是由微计算机沈以固定间隔循环执行以改变&传感器17的响应速度的响应控制程序的流程图。在步骤Sll、S12和S13的每一个中，确定是否作出了改变O2传感器17的响应速度的改变请求。在步骤S14、S15、S16和S17的每一个中，微计算机沈根据步骤S11、S12或 S13中的确定的结果来控制恒流电路27的操作以调节&传感器17的响应速度。具体地说，在进入程序后，例程进行到步骤S11，其中，确定发动机10是否正在低温状态中运行。通过下述来进行该确定使用冷却剂温度传感器M的输出来评估发动机10 的冷却剂的温度是否小于给定值，评估发动机10的润滑油的温度是否小于给定值，或者在延伸到发动机10的燃料流路中的燃料的温度是否小于给定值。如果在步骤Sll中获得YES回答，则表示发动机10处于低温状态中，并且当废气的空燃比改变到丰富状态时作出提高A传感器17的响应速度的请求，然后例程进行到步骤S14，其中，微计算机沈确定恒流Ics在暴露到废气的电极层33和暴露到空气的电极层 34之间流动的方向，然后通过恒流电路27向&传感器17施加正恒流+Ics。然后恒流Ics 从暴露到空气的电极层34向暴露到废气的电极层33流动，使得氧分子从暴露到废气的电极层33向暴露到空气的电极层34移动。这导致在发动机10处于低温状态中时&传感器 17的响应速度的增大。优选的是，预先确定要向&传感器17施加的正恒流+Ics。如果在步骤Sll中获得NO回答，则例程进行到步骤S12，其中，确定发动机10是否正在高负荷状态中运行。基于发动机10的操作状态来进行该确定。例如，确定向发动机 10的汽缸内吸入的进气的量是否大于给定的参考值，在其中燃料正在燃烧的发动机10的燃烧室中的压力是否大于给定参考水平，或者加速器的位置是否指示发动机10需要在高负荷状态中运行。如果满足这些条件的至少一个，则微计算机沈断定发动机10正在高负荷状态中运行。因此，在步骤S12获得YES回答，这表示已经作出了当废气的空燃比向稀薄状态改变时提高化传感器17的响应速度的请求。例程进行到步骤S15，其中，微计算机沈通过恒流电路27向&传感器17施加负恒流-Ics。恒流Ics然后从暴露到废气的电极层 33向暴露到空气的电极层34流动，使得氧分子从暴露到空气的电极层34向暴露到废气的电极层33移动。这导致当发动机10处于高负荷状态时化传感器17的响应速度的增大。 优选的是，预先确定要向A传感器17施加的负恒流-Ics。发动机10在高负荷状态运行的时间段通常包括过渡时间段和高负荷稳定状态时间段，其中，在过渡时间段中，发动机10上的负荷正在增大，而在高负荷稳定状态时间段中，发动机10上的负荷停止增大，并且发动机10保持在高负荷状态中运行。在步骤S15， O2传感器17的响应速度在过渡时间段和高负荷稳定状态时间段中都增大，但是可以被调节为在过渡时间段和高负荷稳定状态时间段之间在程度上不同。在过渡时间段中的响应速度比在高负荷稳定状态时间段中的响应速度增大的多。具体地说，如果在步骤S12中获得YES回答，则表示发动机10正在高负荷状态中运行，微计算机26可以评估发动机10的操作是在过渡时间段中还是在高负荷稳定状态时间段中。如果确定发动机10处于过渡时间段中，则微计算机沈决定作出减小O2传感器17 的响应速度被提高的程度的请求，其中，该程度小于在高负荷稳定状态时间段中提高的程度，然后调节对化传感器17的恒流Isc的供应。替代地，如果确定发动机10处于高负荷稳定状态时间段中，则微计算机26断定作出了增大化传感器17的响应速度被提高的程度的请求，其中，该程度大于在过渡时间段中提高的程度，然后调节对A传感器17的恒流Isc 的供应。如果在步骤S12中获得NO回答，则例程进行到步骤S13，其中，确定在发动机10经历的燃料切断的完成紧后燃料是否已经被喷射到发动机10内，并且确定现在是否正在执行丰富燃料喷射操作以中和催化剂1 和15b。丰富燃料喷射操作是基于O2传感器17的输出来暂时将空燃比向丰富侧改变，以便在完成针对发动机10的燃料切断时消除催化剂1 和15b的过量氧气状态(即，极其稀薄状态)的空燃比控制操作。燃料比向丰富侧的改变将使得催化剂15a和15b的空气被中和，即，保持在化学计量空燃比附近。当在完成针对发动机10的燃料切断后&传感器17的输出从稀薄向丰富改变时，发动机控制系统终止丰富燃料喷射操作。当空燃比向丰富侧改变时，发动机控制系统减少A传感器17的响应时间。如果在步骤S13中获得YES回答，表示作出了当空燃比向丰富侧改变时降低O2传感器17的响应速度的请求，则例程进行到步骤S16，其中，微计算机沈控制恒流Ics的供应以降低A传感器17的响应速度。具体地说，微计算机沈控制恒流电路27的操作，以向& 传感器17施加负恒流-Ics，就像当空燃比向稀薄侧改变时提高O2传感器17的响应速度的情况那样。这使得氧气从暴露到空气的电极层34向暴露到废气的电极层33流动，由此在执行丰富燃料喷射操作以将空燃比向丰富侧改变时降低化传感器17的响应速度。优选的是，预先试验地确定要向A传感器17施加的负恒流-Ics的程度。如果在所有的步骤Sll至S17中都获得NO回答，则例程进行到步骤S 17，其中，微计算机沈将恒流Ics设置为0，以将A传感器17的响应速度保持在参考值。微计算机沈不必然需要执行所有的步骤Sll至S13，但是可以被设计来执行它们
13中的任何一个或两个。图9 (a)和9 (b)分别是表示当增强仏传感器17的稀薄灵敏度和丰富灵敏度时废气的实际空燃比、O2传感器17的输出和恒流Ics之间的关系的时序图。在图9(a)中，循环地从丰富向稀薄和从稀薄向丰富改变空燃比将使得O2传感器 17的输出交错地在0.9V( S卩，丰富)和0V( S卩，稀薄)之间切换。当需要提高O2传感器17 的稀薄灵敏度(即，O2传感器17对于空燃比从丰富向稀薄的改变进行反应的响应速度)时， 向A传感器17供应负恒流-Ics，以使得它从暴露到空气的电极层34向暴露到废气的电极层33流动(参见图6 (a))。当空燃比在时间tl或t2从丰富向稀薄改变时，负恒流-Ics的施加在时间tl或t2紧后加速了丰富成分的去除，由此导致&传感器17的稀薄灵敏度的提高。换句话说，当空燃比向稀薄侧改变时，降低了 A传感器17的输出经历的时滞TDl (如图5中所示)。除了降低O2传感器17的输出在从指示丰富空燃比的丰富气体电平向指示稀薄空燃比的稀薄气体电平改变时经历的时滞之外，与当不向O2传感器17供应电流时相比，表示 O2传感器17的输出的线的斜率(即，O2传感器17的输出改变的速率)增大。这是因为当 O2传感器17的输出从丰富向稀薄改变时，如在图9(a)中的时间tl紧后可以看到的，废气的实际空燃比已经向稀薄改变，但是稀薄气体通常包含少量的丰富成分。在丰富至稀薄过渡时间段(即，在图9(a)中的时间tl紧后)中通过O2传感器17的负恒流-Ics的流动导致A传感器17的输出从丰富向稀薄的迅速改变，因此导致图9 (a)中表示&传感器17的输出的线的斜率的增大。当需要提高O2传感器17的丰富灵敏度(即，O2传感器17对于空燃比从稀薄向丰富的改变进行反应的响应速度)时，向A传感器17供应正恒流+Ics，以使得它从暴露到废气的电极层33向暴露到空气的电极层34流动(参见图6(b))。当空燃比在图9(b)中的时间t3或t4从稀薄向丰富改变时，正恒流+Ics的施加在时间t3或t4后立即加速稀薄成分的去除，由此导致O2传感器17的丰富灵敏度的提高。换句话说，降低了 O2传感器17的输出在空燃比向丰富侧改变时经历的时滞TD2 (如图5中所示)。除了降低O2传感器17的输出在从稀薄气体电平向丰富气体电平改变时经历的时滞上之外，与当不向O2传感器17供应电流时相比，还提高了表示O2传感器17的输出的线的斜率(即，A传感器17的输出改变的速率)。本实施例的发动机控制系统提供以下优点。发动机控制系统评估是否作出了改变&传感器14的丰富灵敏度或稀薄灵敏度的请求，并且当确定作出该请求时，向O2传感器17供应恒流。具体地说，电极控制系统能够在空燃比在丰富和稀薄状态之间改变时按照需要增大或减小O2传感器17的响应时间，换句话说，加速或减速除了需要测量其浓度的废气成分之外的废气成分(即，在本实施例中干扰氧气浓度的测量的成分)的去除。在本实施例中，通过使用恒流电路27来实现这一点， 而不需要改变O2传感器17的结构，因此消除了对于发动机控制系统的复杂结构的需要。发动机控制系统被设计来根据发动机10的操作状态来确定应当改变&传感器17 的稀薄响应速度和丰富响应速度的哪个，因此能够根据发动机10的操作状态中瞬时所需的改变来实现发动机10的精细控制。当确定发动机10需要在高负荷状态中运行时，发动机控制系统确定作出了增强的稀薄灵敏度的请求，然后控制对A传感器17的恒流Ics的施加，因此使得ECU 25能够开始控制响应于在其中诸如NOx的有害排放量通常增多的发动机10的高负荷状态下在废气的空燃比向稀薄侧的改变而迅速向发动机10内喷射的混合物的空燃比。这导致有害排放量的减少。当确定发动机10处于低温状态中时，发动机控制系统确定作出了增强&传感器 17的丰富灵敏度的请求，然后控制对&传感器17的恒流Ics的施加，因此使得ECU 25能够开始控制响应于在其中诸如HC的有害排放量通常增多的发动机10的低温状态中废气的空燃比向丰富侧的改变而迅速向发动机10内喷射的混合物的空燃比。这导致有害排放量的减少。当在完成针对发动机10的燃料切断之后需要执行丰富燃料喷射操作时，发动机控制系统确定作出了降低O2传感器17的丰富灵敏度的请求，然后控制针对O2传感器17的恒流Ics的施加。这将导致响应于在丰富燃料喷射操作期间实际空燃比从稀薄向丰富的改变的A传感器17的输出的改变延迟。这使得在中和第一催化剂1 之后在具有延迟的情况下终止丰富燃料喷射操作。这使得ECU 25能够在完成针对发动机10的燃料切断之后中和第一和第二催化剂1 和1 二者，因此在燃料切断后立即期望地控制废气排放，发动机控制系统被设计来能够响应于改变A传感器17的响应性的请求的类型而改变要向A传感器17施加的恒流Ics的电平，因此根据在A传感器17的稀薄灵敏度和丰富灵敏度之间的平衡而实现A传感器17的期望程度的响应性。发动机控制系统确定需要在高负荷状态中运行的发动机10是在过渡时间段还是在高负荷稳定状态时间段中。当确定发动机10处于过渡时间段中时，发动机控制系统将A 传感器17的响应性提高得比在高负荷稳定状态时间段中的多。过渡时间段中的NOx排放量通常变得多于在高负荷稳定状态时间段中的排放量。因此，发动机控制系统将在过渡时间段中的A传感器17的响应性增强得大于在高负荷稳定状态时间段中的响应性，因此根据化传感器17的稀薄灵敏度和丰富灵敏度之间的平衡而实现&传感器17的期望程度的响应性。下面将描述第二实施例的发动机控制系统，该发动机控制系统被设计来基于空燃比在丰富和稀薄状态之间改变之前和之后的废气的空燃比的值来将恒流Ics施加到A传感器17以改变A传感器17的响应速度。具体地说，当空燃比已经改变时，微计算机沈在负恒流-Ics和正恒流+Ics之间切换恒流Ics。这是有效的，尤其是在空燃比改变的循环相对长的情况中。图10是由微计算机沈以固定的间隔循环地执行以改变A传感器17的响应速度的响应控制程序的流程图。在进入该程序后，例程进行到步骤S21，其中，采样O2传感器17的输出。例程进行到步骤S22，其中，确定O2传感器17的输出是否经历丰富向稀薄的改变。通过下述方式来进行该确定将在该采样循环中得出的化传感器17的输出与在前面一个采样循环得出的 O2传感器17的输出进行比较。如果获得YES回答，则例程进行到步骤S23，其中，确定O2传感器17的输出是否已经达到给定的稀薄标准THL。稀薄标准THL是用于确定&传感器17 的输出是否已经达到表示稀薄空燃比的稀薄气体电平(即，0V)的值。稀薄标准THL被设置为例如0. IV。
如果在步骤S23中获得YES回答，则例程进行到步骤S24，其中，产生正恒流+Ics。 具体地说，微计算机沈控制恒流电路27的操作以将正恒流+Ics施加到&传感器17，以使得氧气从暴露到废气的电极层33向暴露到空气的电极层34移动。例程进行到步骤S25，其中，确定&传感器17的输出是否正在经历稀薄向丰富的改变。通过下述方式来进行该确定将在该采样循环中得出的A传感器17的输出与在前面一个采样循环得出的A传感器17的输出进行比较。如果获得YES回答，则例程进行到步骤S26，其中，确定&传感器17的输出是否已经达到给定的丰富标准THR。丰富标准THR 是用于确定A传感器17的输出是否已经到达表示丰富空燃比的丰富气体电平(即，0. 9V) 的值。丰富标准THR被设置为例如0.8V。如果在步骤S26中获得YES回答，则该例程进行到步骤S27，其中，产生负恒流-Ics。具体地说，微计算机沈控制恒流电路27的操作以将负恒流-Ics施加到&传感器17，以使得氧气从暴露到空气的电极层34向暴露到废气的电极层33移动。图11是表示当分别增强A传感器17的稀薄灵敏度和丰富灵敏度时废气的实际空燃比、O2传感器17的输出和恒流Ics之间的关系的时序图。空燃比循环地从丰富向稀薄和从稀薄向丰富的改变将使得O2传感器17的输出交错地在0.9V(S卩，丰富)和0V(S卩，稀薄)之间切换。在当O2传感器17的输出在丰富气体电平(0.9V)上会聚时和当其在稀薄气体电平(OV)上会聚时之间的时间段(S卩，时间tlO 至时间tl2)中，向O2传感器17施加负恒流-Ics。在当O2传感器17的输出在稀薄气体电平(OV)上会聚时和当其在丰富气体电平(0.9V)上会聚时之间的时间段(即，时间tl2至时间tl3)中，向O2传感器17施加正恒流+Ics0在当废气的空燃比从丰富向稀薄改变时的时间tll，负恒流-Ics正在流过暴露到废气的电极层33和暴露到空气的电极层34，使得氧气从暴露到空气的电极层34向暴露到废气的电极层33移动(参见图6 (a))。这使得在空燃比改变到稀薄侧后立即加速丰富成分的去除，由此导致&传感器17的丰富响应速度的增加。随后，在当化传感器17的输出达到稀薄标准THL时的时间tl2，要向&传感器17施加的恒流Ics从负恒流-Ics改变为正恒流+Ics。在当废气的空燃比从稀薄向丰富改变时的时间tl3，正恒流+Ics正在流过暴露到废气的电极层33和暴露到空气的电极层34，以使得氧气从暴露到废气的电极层33向暴露到空气的电极层34移动(参见图6(b))。这使得在空燃比改变到丰富侧后立即加速丰富成分的去除，由此导致&传感器17的稀薄响应速度的增加。随后，在当&传感器17的输出达到丰富标准THR时的时间tl4，要向O2传感器17施加的恒流Ics从正恒流+Ics改变为负恒流-Ics。在图11的示例中，当空燃比从丰富向稀薄改变，并且达到在当在O2传感器17的输出(即，电动势)向稀薄侧上的改变在ο上会聚时的时间ti2时，微计算机沈开始向化传感器17供应正恒流+Ics，以加速废气的稀薄成分的去除。当空燃比从稀薄向丰富改变，并且达到在当在O2传感器17的输出(S卩，电动势)向丰富侧上的改变在0上会聚时的时间 tl4时，微计算机沈开始向&传感器17供应负恒流-Ics，以加速废气的丰富成分的去除。因此，除了降低O2传感器17的输出在从丰富气体电平向稀薄气体电平改变时经历的时滞之外，与当不向O2传感器17供应电流时相比，增大了表示O2传感器17的输出的线的斜率(即，A传感器17的输出改变的速率)。这是因为当&传感器17的输出从丰富气体电平向稀薄气体电平改变时，如在图11中的从时间til到时间tl2可以看到的，废气的实际上空燃比已经改变，但是稀薄气体通常包含少量的丰富成分。在丰富至稀薄时间段 (艮P，在图11中的时间til和时间tl2之间)中通过O2传感器17的负恒流-Ics的流动导致在A传感器17的输出从丰富气体电平向稀薄气体电平的迅速改变，因此导致表示&传感器17的输出的线的斜率的增大。类似地，当实际空燃比从稀薄向丰富改变时，与当不向O2传感器17供应电流时相比，除了降低当A传感器17的输出从稀薄气体电平向丰富气体电平改变时经历的时滞之外，还增大了表示化传感器17的输出的线的斜率(即，&传感器17的输出改变的速率)。本申请的发明人执行测试来评估A传感器17的响应时间。图12(a)示出了执行测试的环境条件。图12(b)和12(c)示出测试的结果。我们模拟了汽车的实际环境条件。具体地说，如图12(a)中所示，稀薄气体(NO) 被暂时喷射到废气管内，而丰富气体(CH4)正在被喷射到废气管内。通过将0. 5V定义为确定A传感器17的输出已经在丰富和稀薄状态之间改变的参考电平，来测量&传感器17对空燃比向稀薄和丰富改变进行反应所花费的稀薄气体响应时间和丰富气体响应时间。图12(b)和12(c)分别表示稀薄气体响应时间和丰富气体响应时间。我们分别测量了当正在向A传感器17施加负恒流-Ics时和当未向&传感器17施加负恒流-Is时， O2传感器17用来响应于空燃比从丰富向稀薄的改变而产生输出所需的时间。类似地，我们还分别测量了当正在向O2传感器17施加正恒流+Ics时和当未向O2传感器17施加正恒流+Is时，O2传感器17用来响应于空燃比从稀薄向丰富的改变而产生输出所需的时间。图 12(b)和12(c)的图形示出通过向&传感器17施加恒流Ics，O2传感器17的稀薄气体响应时间和丰富气体响应时间都降低了。发动机控制系统可以被设计来基于诸如吸入发动机10的进气量和/或发动机10 的速度的发动机10的操作状态改变要向&传感器17施加的恒流Ics。例如，发动机10的进气量越大，进入的空气干扰A传感器17对于废气的空燃比的改变的反应的程度越大。因此，如图13(a)中所示，发动机控制系统可以随着进气量的增多而增大恒流Ics。另外，发动机10的速度越大，则进入空气干扰O2传感器17对于废气的空燃比的改变的反应的程度越大。因此，如图13(b)中所示，发动机控制系统可以随着进气量的增多而增大恒流Ics。除了进气量，可以使用实际测量或计算的废气量。第二实施例的发动机控制系统提供了以下优点。如上所述，发动机控制系统被设计来基于空燃比在丰富和稀薄状态之间改变前后采样的废气的空燃比的值来在选择的方向上向O2传感器17的暴露到废气的电极层33和暴露到空气的电极层34施加恒流Ics，由此将当要检测的废气的空燃比改变到丰富状态或稀薄状态时的时间提前。这通过使用恒流电路27来实现，而不必改变O2传感器17的结构， 因此消除了对于发动机控制系统的复杂结构的需要。当O2传感器17的输出在稀薄气体电平或丰富气体电平上会聚时，微计算机沈将被供应来在暴露到废气的电极层33和暴露到空气的电极层34之间流动的恒流Ics的方向反转。这通过控制恒流电路27的操作来容易地实现。微计算机沈被设计来基于发动机10的操作状态控制恒流Ics，因此保证与发动机
1710的操作状态匹配的A传感器17的响应时间。其他修改可以如下修改以上实施例中的每一个的发动机控制系统。第一实施例的发动机控制系统可以被设计来评估&传感器17的老化状态，并且基于评估的老化状态确定是否作出改变O2传感器17的响应时间的请求。例如，基于在针对发动机10的燃料的切断时A传感器17的输出的电平降低的速率来实现老化状态的评估。 O2传感器17的输出的电平降低的速率越小，微计算机沈确定O2传感器17的老化的程度越大。当&传感器17的输出的电平的降低速率小于给定的参考电平时，微计算机沈确定作出改变O2传感器17的响应时间的请求，并且向O2传感器17施加恒流Ics。优选的是，基于发动机10的操作状态来进行应当增大稀薄响应时间和丰富响应时间中的哪个的确定。还可以基于A传感器17的老化的程度来调节恒流Ics。例如，恒流Ics随着老化的程度的增大而增大。第二实施例的发动机控制系统可以被设计来与当未切断针对发动机的燃料时当废气的实际空燃比从稀薄向丰富改变时相比，在完成针对发动机10的燃料切断时当废气的实际空燃比从稀薄向丰富改变时增大恒流ICS。例如，当在汽车减速时已经切断了针对发动机10的燃料的供应时，它将使得排气管14在汽车随后开始加速时仍然填充有空气。因此，在完成针对发动机10的燃料切断紧后(即，在汽车的加速开始时)，大量的氧气留在O2 传感器17周围。为了迅速地消除这种情况，与未切断针对发动机10的燃料时相比，微计算机沈增大正恒流Ics，以提高要从暴露到废气的电极层33向暴露到空气的电极层34移动的氧气量。这导致在完成针对发动机10的燃料切断时&传感器17的响应速度的提高。第二实施例的发动机控制系统可以被设计来与当在发动机10上的负荷未被增大时当废气的实际空燃比从丰富向稀薄改变时相比，在发动机10的加速期间在完成发动机上的负荷增加时，在废气的实际空燃比从丰富向稀薄改变时增大恒流Ics，以便保护发动机 10的废气系统的零件。当在发动机10的加速期间增加发动机10上的负荷时，它将使得排气管14仍然填充有丰富成分。因此，大量的丰富成分在完成增加发动机10的负荷紧后仍然留在A传感器17周围。为了迅速地消除这种情况，与当未增加发动机10上的负荷时相比，微计算机沈增大负恒流-Ics以增加从暴露到空气的电极层34向暴露到废气的电极层 33移动的氧气量。这导致在完成增加发动机10上的负荷时，&传感器17的响应速度的提尚ο第二实施例的微计算机沈可以在废气的空燃比从丰富向稀薄改变时以与图11中的方式不同的方式来供应恒流Ics。例如，如图14中所示，微计算机沈可以仅在过渡时间段中供应恒流Ics，在该过渡时间段，废气的实际空燃比正在丰富和稀薄状态之间改变。在图14的示例中，仅在时间t21和时间t22之间的时间段中向O2传感器17供应负恒流-Ics， 在该时间段中，O2传感器17的输出正在从丰富气体电平(0.9V)向稀薄侧改变，而仅在时间 t23和时间t24之间的时间段中向&传感器17供应正恒流+Ics，在该时间段中， 传感器 17的输出正在从稀薄气体电平(OV)向丰富侧改变。对于其他时间段则不供应恒流。可替换地，第二实施例的微计算机沈可以被设计来以如图15(a)、15(b)和15(c) 中所示的任何方式来供应恒流ICS，。废气的实际空燃比和A传感器17的输出的改变与在图11中的那些相同，并且，在此将省略其的详细解释。
当需要改变&传感器17的响应时间时，微计算机沈向&传感器17提供如图 15(a)中所示的恒流Icsl。具体地说，在从当O2传感器17的输出会聚在丰富气体电平 (0.9V)时到当O2传感器17的输出向稀薄侧改变并且达到稀薄气体水平(OV)时的时间段 (即，在时间tlO和时间tl2之间)中，微计算机26向O2传感器17供应负恒流-IcsLfM 是对于其他时间段则不供应恒流。可替换地，如图15 (b)中所示，微计算机沈可以被设计来在从当&传感器17的输出会聚在稀薄气体电平(OV)时到当O2传感器17的输出向丰富侧改变并且达到丰富气体电平(0.9V)时的时间段(S卩，在时间tl2和时间tl3之间)中，向O2传感器17提供正恒流+Ics2，但是对于其他时间段则不供应恒流。这仅在空燃比从丰富向稀薄改变时增强& 传感器17的响应时间。可替换地，如图15(c)中所示，微计算机沈可以被设计来当空燃比在丰富和稀薄侧之间改变时在正恒流+Ics3和负恒流-Ics3之间切换。然而，正恒流+Ics3的量Δ 12小于负恒流_Ics3的量ΔΙ1。换句话说，由负恒流-Ics3从暴露到空气的电极层34供应到暴露到废气的电极层33的氧气量与由正恒流+Ics3从暴露到废气的电极层33供应到暴露到空气的电极层34的氧气量不同。前一个量被设置为大于后一个量。具体地说，从当O2传感器17的输出会聚在丰富气体电平时到当它会聚在稀薄气体电平时被施加到O2传感器17的负恒流_Ics3的量Δ Il被设置为大于从当化传感器17 的输出会聚在稀薄气体电平时到当它会聚在丰富气体电平时被施加到A传感器17的正恒流+Ics3的量Δ 12。这使得由正恒流+Ics3从暴露到废气的电极层33供应到暴露到空气的电极层34的氧气量小于由负恒流_Ics3从暴露到空气的电极层34供应到暴露到废气的电极层33的氧气量。这减少了空燃比在稀薄状态中时从暴露到废气的电极层33提取的过量的氧气。可替换地，可以根据需要将负恒流_Ics3的量Δ Il设置为小于正恒流+ICS3的数量Δ 12。可替换地，恒流电路27可以连接到&传感器17的暴露到废气的电极层33。恒流电路可以分别接合到暴露到废气的电极层33和暴露到空气的电极层34。如上所述，O2传感器17是套管类型的，但是可替换地，可以使用平面类型的O2传感器。图16是说明平面类型的O2传感设备40的横向截面图。传感设备40具有垂直于附图延伸的长度，并且被安装在空外壳中，并且被外盖或外盖组件覆盖。传感设备40包括下述部分的堆叠固态电解质层41，其由矩形部分稳定的氧化锆片形成；以及，绝缘层42，其由高导热陶瓷构成。保护层(未示出)围绕传感设备40。传感设备40还包括外部电极43和内部电极44，它们附接到固态电解质层41的相对表面。绝缘层42在其中限定了通气管45，其中内部电极44被暴露到通气管45。绝缘层42还在其中嵌入了加热器46。加热器46由加热带或导线构成，并且由例如安装在汽车中的蓄电池供电，以将传感设备40的整体加热到期望的温度。传感设备40的外表面暴露到流过废气管14的废气。新鲜空气被引入通气管45 内。因此，外部电极43暴露到废气，而内部电极44暴露到空气。基于废气和空气之间在氧气浓度(即，氧气的分压)的差来在外部电极43和内部电极44之间生成电动势。具体地说，传感设备40产生在废气的空燃比丰富时和当它是稀薄时之间在电势上的不同的电动势。
恒流电路27电连接到内部电极44。如在上述实施例中那样，微计算机沈向传感设备40供应恒流Ics。如何控制恒流Ics与在上述实施例中相同，并且，在此将省略其详细解释。可替换地，上述实施例的发动机控制系统可以被设计来调节A/F传感器16的响应时间。具体地说，微计算机26确定是否作出改变A/F传感器16的响应时间的请求，并且根据请求的类型来控制对A/F传感器16的恒流Ics的供应。上述实施例的发动机控制系统还可以与传统的HC传感器一起使用，所述传统的 HC传感器由固态电解质体和附接到固态电解质体的相对表面的一对电极构成。微计算机 26确定是否作出改变HC传感器对于废气中的HC的浓度上的改变作出反应所花费的响应时间的请求，并且根据该请求的类型来控制流经固态电解质体上的电极的恒流Ics的供应。 当需要缩短HC传感器的响应时间时，微计算机沈向HC传感器供应正电流+Ics，以使得氧气从电极中暴露到废气的那个电极向另一个移动。上述实施例的发动机控制系统还可以与传统的NOx传感器一起使用，所述传统的 NOx传感器由固态电解质体和附接到固态电解质体的相对表面的一对电极构成。微计算机 26确定是否作出改变NOx传感器对于废气中的NOx的浓度的改变作出反应所花费的响应时间的请求，并且根据该请求的类型来控制流经固态电解质体上的电极的恒流Ics的供应。 当需要缩短NOx传感器的响应时间时，微计算机沈向NOx传感器供应负电流-Ics，以使得氧气从电梯中暴露到空气的那个电极向另一个移动。如上所述的发动机控制系统的微计算机沈用于改善测量从发动机10排出的废气中包含的氧气的浓度的A传感器17的响应速度或时间，但是可以被设计来改变响应于气体成分的改变而产生输出的气体传感器的响应时间。例如，微计算机26被设计来改变图1 中的A/F传感器16的响应时间。微计算机沈可以响应于在当HC成分存在于废气中时和当在废气中没有HC成分或有少量的HC成分时之间的HC(碳氢化合物)的浓度的改变来控制对HC传感器的恒流Ics 的供应。例如，微计算机26基于在HC成分的浓度改变之前的废气的成分(例如，HC成分的浓度)来改变如何向HC传感器供应恒流Ics。类似地，微计算机沈可以响应于在当NOx 成分存在于废气中时和当在废气中没有NOx成分或有少量的NOx成分时之间的NOx(氧化氮)的浓度的改变来控制对NOx传感器的恒流Ics的供应。例如，微计算机沈基于在NOx 成分的浓度改变之前的废气的成分(例如，NOx成分的浓度)来改变如何向NOx传感器供应恒流Ics。可替换地，微计算机沈可以被设计来用于锻烧器或燃烧炉的废气排放。虽然已经按照优选实施例公开了本发明以便有利于对其的更好理解，但是应当意识到，可以在不偏离本发明的原理的情况下，以各种方式来体现本发明。因此，应当理解，本发明包括在不偏离在所附权利要求中阐述的本发明的原理的情况下可以体现的所有可能的实施例和对所示的实施例的修改。
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权利要求
1.一种气体传感器控制装置，其控制气体传感器的操作以输出指示气体中包含的给定气体成分的浓度的信号，所述气体传感器由固态电解质体和附接到固态电解质体表面的一对电极构成，所述气体传感器控制装置包括恒流电路，其电连接到所述气体传感器的所述电极中的一个，并且向所述电极中的所述一个供应恒流；以及，控制器，其确定是否作出改变所述气体传感器的输出特性的改变请求，所述气体传感器的输出特性包括所述气体传感器对于所述气体成分的浓度改变作出反应所花费的响应时间，当确定作出所述改变请求时，所述控制器基于所述改变请求来确定所述恒流在所述气体传感器的所述电极之间流动的方向，并且控制所述恒流电路向所述气体传感器供应所述恒流，以使得所述恒流在所述电极之间以所确定的方向流动以改变所述气体传感器的所述输出特性。
2.根据权利要求1所述的气体传感器控制装置，其中，所述气体传感器被设计来基于所述气体成分的浓度来测量从内燃机排出的废气的空燃比，并且输出指示所述空燃比的所述信号，其中，所述改变请求在以下时间中的至少一个时改变所述气体传感器的所述输出特性当所述废气的空燃比从丰富向稀薄改变时和当所述废气的空燃比从稀薄向丰富改变时，并且其中，所述控制器在当所述废气的空燃比从丰富向稀薄改变时和当所述废气的空燃比从稀薄向丰富改变时的所述时间中的所述至少一个时，基于改变所述输出特性的所述改变请求来确定所述恒流在所述气体传感器的所述电极之间流动的所述方向。
3.根据权利要求2所述的气体传感器控制装置，其中，所述气体传感器已经在其中限定了填充有参考气体的参考气体室，所述气体传感器的所述电极分别是暴露到所述废气的废气暴露电极和暴露到所述参考气体的参考气体暴露电极，其中，当确定作出在所述废气的空燃比从丰富向稀薄改变时改变所述气体传感器的所述响应时间的所述改变请求时，所述控制器控制所述恒流电路来定位所述恒流的流动方向，以使得从所述参考气体暴露电极通过所述固态电解质体向所述废气暴露电极供应氧气，并且其中，当确定作出在所述废气的空燃比从稀薄向丰富改变时改变所述气体传感器的所述响应时间的所述改变请求时，所述控制器控制所述恒流电路来定位所述恒流的流动方向，以使得从所述废气暴露电极通过所述固态电解质体向所述参考气体暴露电极供应氧气。
4.根据权利要求2所述的气体传感器控制装置，其中，所述控制器还确定所述内燃机的操作状态，并且基于所确定的所述内燃机的操作状态来确定是否作出所述改变请求。
5.根据权利要求4所述的气体传感器控制装置，其中，所述气体传感器控制装置与使得所述空燃比与目标值一致的发动机控制系统一起使用，其中，所述控制器确定作出了所述改变请求以在所述操作状态指示所述内燃机处于高负荷状态中时缩短在所述空燃比从丰富向稀薄改变时所述气体传感器的所述响应时间，并且基于所述改变请求来控制所述恒流电路以减少所述气体传感器的所述响应时间。
6.根据权利要求4所述的气体传感器控制装置，其中，所述气体传感器控制装置与用于使得由气体传感器测量的从内燃机排放的废气的空燃比与目标值一致的发动机控制系统一起使用，其中，所述控制器确定作出了所述改变请求以在所述操作状态指示所述内燃机正运行于低温状态时缩短在所述空燃比从稀薄向丰富改变时所述气体传感器的所述响应时间，并且基于所述改变请求控制所述恒流电路以减小所述气体传感器的所述响应时间。
7.根据权利要求2所述的气体传感器控制装置，其中，所述恒流电路可用于调节要向所述气体传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变请求来确定向所述气体传感器施加以改变所述气体传感器的所述响应时间的程度所需的恒流的目标量。
8.根据权利要求7所述的气体传感器控制装置，其中，当所述内燃机处于所述内燃机上的负荷正在增大的过渡时间段中或所述内燃机上的负荷停止增大以使所述内燃机处于高负荷状态的高负荷稳定状态时间段中时，所述控制器确定作出所述改变请求以缩短在空燃比从丰富向稀薄改变时所述气体传感器的所述响应时间，并且将改变所述过渡时间段中的所述气体传感器的所述响应时间的程度小于改变所述高负荷稳定状态时间段中的所述气体传感器的所述响应时间的程度。
全文摘要
提供了一种气体传感器控制装置，其控制气体传感器的操作以输出指示气体中包含的给定成分的浓度的信号，所述气体传感器由固态电解质和一对电极构成。气体传感器控制装置包括恒流电路，其电连接到气体传感器的电极之一，并且向其供应恒流；以及，控制器。所述控制器向气体传感器供应恒流，以使得它以选择的方向从电极的一个方向流向另一个方向，由此改变气体传感器对于气体成分的浓度的改变作出反应所花费的响应时间。这导致提高例如在控制用于发动机控制系统中的内燃机的混合物的空燃比的精度。
文档编号G01N27/26GK102418613SQ201110240279
公开日2012年4月18日 申请日期2011年8月18日 优先权日2010年8月19日
发明者三岛崇生, 中田真吾, 川胜康弘, 松冈干泰 申请人:株式会社电装