專利名稱：用于配備有加熱器的傳感器的溫度控制設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于配備有加熱器以加熱其傳感器芯片的傳感器 的溫度控制技術(shù)。更具體地，本發(fā)明涉及一種防止當(dāng)傳感器芯片被加 熱時芯片溫度急劇升高的溫度控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
氣體傳感器是已知的，它用于探測特定氣體組分。氣體傳感器設(shè) 有傳感器芯片。傳感器芯片包括固態(tài)電解質(zhì)和分別在其頂側(cè)和底側(cè)上 形成的一對電極。當(dāng)傳感器芯片的溫度高于它的啟動溫度時，氣體傳 感器可以探測特定氣體組分。加熱器因此被連結(jié)到氣體傳感器從而當(dāng) 氣體傳感器被啟動時傳感器芯片被加熱器加熱。
傳統(tǒng)上，當(dāng)傳感器芯片被加熱時，供應(yīng)到加熱器的功率由例如在
日本專利公開No.2003-185626中描述的方法控制。在這種傳統(tǒng)控制方
法中，通過開環(huán)控制供應(yīng)恒定功率直至傳感器芯片溫度接近目標(biāo)溫度。
然后，基于在目標(biāo)溫度和實際溫度之間的差通過反饋控制調(diào)節(jié)向加熱 器的功率供應(yīng)從而保持傳感器芯片處于目標(biāo)溫度。
已知的作為被投入實際應(yīng)用的氣體傳感器是設(shè)于內(nèi)燃機(jī)排氣管道 中以探測排氣中的氧濃度的排氣傳感器(氧傳感器，空燃比傳感器等)。 在內(nèi)燃機(jī)中，基于排氣傳感器的輸出通過空燃比反饋控制調(diào)節(jié)將被噴 射的燃料量。
來自汽油機(jī)的排氣具有高溫。在這種內(nèi)燃機(jī)中，因為催化劑溫度 在發(fā)動機(jī)起動之后快速升高，所以基于排氣傳感器輸出的空燃比反饋 控制立即起動。因此，在傳感器被打開之后，必須利用開環(huán)控制通過
向加熱器供應(yīng)最大功率而迅速啟動排氣傳感器。這樣，在開環(huán)控制被 切換到反饋控制之后，向加熱器的功率供應(yīng)可能降低，S卩，傳感器溫 度急劇升高的可能性低。
來自柴油機(jī)的排氣不具有高溫。在這種內(nèi)燃機(jī)中，因為催化劑溫 度在發(fā)動機(jī)起動之后緩慢升高，所以空燃比反饋控制不被立即起動。 因此，不必象在高排氣溫度的內(nèi)燃機(jī)中那樣較早啟動排氣傳感器。而 且，因為排氣溫度較低，所以當(dāng)被加熱時，傳感器芯片可能在其中具 有陡的熱梯度。這種陡的熱梯度可以引起高的內(nèi)應(yīng)力。因此期望使得 芯片溫度的升高速度盡可能緩慢。在其中排氣溫度較低的內(nèi)燃機(jī)中， 雖然排氣傳感器的溫度應(yīng)該在起動燃空比反饋控制之前充分升高，但 是通過開環(huán)控制供應(yīng)到加熱器的功率因此應(yīng)該盡可能低。
如果通過開環(huán)控制供應(yīng)到加熱器的功率設(shè)置得較低，如圖8所示， 則由于在從開環(huán)控制切換到反饋控制時在目標(biāo)溫度和實際溫度之間的 較大差，功率供應(yīng)有可能急劇增加。如果當(dāng)傳感器芯片溫度較高時到 加熱器的功率供應(yīng)急劇增加，則傳感器芯片的內(nèi)應(yīng)力突然改變，提高 了傳感器芯片受到損壞的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
做出本發(fā)明以解決上述問題。本發(fā)明的一個目的在于提供一種用 于配備有加熱器的傳感器的溫度控制設(shè)備，當(dāng)控制向加熱器的功率供 應(yīng)的方法從開環(huán)控制切換到反饋控制時所述溫度控制設(shè)備能夠防止芯 片溫度急劇升高。
通過一種根據(jù)本發(fā)明第一方面的用于配備有加熱器的傳感器的溫 度控制設(shè)備實現(xiàn)了以上目的。該控制設(shè)備包括功率供應(yīng)控制單元，用 于當(dāng)功率開始被供應(yīng)到加熱器時選擇開環(huán)控制作為功率供應(yīng)控制方法 并且在這之后將控制方法切換到反饋控制，其中在開環(huán)控制下預(yù)定功 率被供應(yīng)到加熱器，而在反饋控制下，基于在傳感器芯片目標(biāo)溫度和
實際溫度之間的差設(shè)定被供應(yīng)到加熱器的功率。該控制設(shè)備還包括切 換判斷單元，用于判斷從開環(huán)控制到反饋控制的切換定時是否已經(jīng)到
來。如果從功率開始被供應(yīng)到加熱器起其中預(yù)期在目標(biāo)溫度和實際溫 度之間的差落入預(yù)定基準(zhǔn)差中的預(yù)定時段已經(jīng)經(jīng)過，則該切換判斷單 元判斷切換定時已經(jīng)到來。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，因為在其中預(yù)期在傳感器芯片目標(biāo)溫度 和實際溫度之間的差落入預(yù)定基準(zhǔn)差中的時段已經(jīng)經(jīng)過之后執(zhí)行從開 環(huán)控制到反饋控制的功率供應(yīng)控制方法的切換，所以能夠防止在切換 到反饋控制時功率供應(yīng)急劇升高并且因此防止傳感器芯片由于急劇溫 度升高而被損壞。
在本發(fā)明的第二方面中，該預(yù)定時段可被設(shè)定為使得在開環(huán)控制 被切換到反饋控制之后即刻被供應(yīng)到加熱器的功率變得等于或者低于 在開環(huán)控制下供應(yīng)的功率。
根據(jù)本發(fā)明第二方面，因為在開環(huán)控制被切換到反饋控制之后即 刻被供應(yīng)到加熱器的功率變得等于或者低于在開環(huán)控制下供應(yīng)的功 率，所以能夠可靠防止芯片溫度急劇升高。
通過根據(jù)本發(fā)明第三方面的用于配備有加熱器的傳感器的溫度控 制設(shè)備也實現(xiàn)了以上目的。該控制設(shè)備包括功率供應(yīng)控制單元，用于 當(dāng)功率開始被供應(yīng)到加熱器時選擇開環(huán)控制作為功率供應(yīng)控制方法并 且在這之后將控制方法切換到反饋控制，其中在開環(huán)控制下，預(yù)定功 率被供應(yīng)到加熱器，而在反饋控制下，基于在傳感器芯片目標(biāo)溫度和
實際溫度之間的差設(shè)定被供應(yīng)到加熱器的功率。該控制設(shè)備還包括切 換判斷單元，用于判斷從開環(huán)控制到反饋控制的切換定時是否已經(jīng)到
來。如果在目標(biāo)溫度和實際溫度之間的差落入預(yù)定基準(zhǔn)差，則該切換 判斷單元判斷切換定時已經(jīng)到來。
根據(jù)本發(fā)明第三方面，在傳感器芯片目標(biāo)溫度和實際溫度之間的 差落入預(yù)定基準(zhǔn)差之后，控制供應(yīng)到加熱器的功率的方法從開環(huán)控制 切換到反饋控制。因此，能夠防止在控制方法切換到反饋控制時功率 供應(yīng)急劇升高并且因此能夠防止傳感器芯片由于急劇溫度升高而被損 壞。
在本發(fā)明第四方面中，所述基準(zhǔn)差可被設(shè)定為使得在開環(huán)控制被 切換到反饋控制之后即刻被供應(yīng)到加熱器的功率變得等于或者低于在 開環(huán)控制下供應(yīng)的功率。
根據(jù)本發(fā)明第四方面，因為在開環(huán)控制被切換到反饋控制之后即 刻被供應(yīng)到加熱器的功率變得等于或者低于在開環(huán)控制下供應(yīng)的功 率，所以能夠可靠防止芯片溫度急劇升高。
在本發(fā)明第五方面中，該反饋控制可包括比例控制，在該比例控 制下對于被供應(yīng)到加熱器的功率的校正數(shù)量設(shè)定為與目標(biāo)溫度和實際 溫度之間的差成比例。該基準(zhǔn)差可被設(shè)定為等于或小于通過將在開環(huán) 控制下供應(yīng)的功率除以比例控制增益而獲得的值。
根據(jù)本發(fā)明第五方面，因為基準(zhǔn)差被設(shè)定為等于或小于通過將在 開環(huán)控制下供應(yīng)的功率除以比例控制增益而獲得的值，所以能夠可靠 防止向加熱器的功率供應(yīng)急劇增加。
在本發(fā)明第六方面中，如果從功率開始被供應(yīng)到加熱器起預(yù)定時 段已經(jīng)經(jīng)過則可以判斷切換定時已經(jīng)到來，而與在目標(biāo)溫度和實際溫 度之間的差是否位于預(yù)定基準(zhǔn)差中無關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明第六方面，即使芯片溫度由于某種原因而沒有充分升 高并且在目標(biāo)溫度和實際溫度之間的差并不落入預(yù)定基準(zhǔn)差中，當(dāng)從 功率開始被供應(yīng)到加熱器起預(yù)定時段已經(jīng)經(jīng)過時，功率供應(yīng)控制方法
也從開環(huán)控制切換到反饋控制。因此，芯片溫度能夠可靠地達(dá)到目標(biāo) 溫度。
通過根據(jù)本發(fā)明第七方面的用于配備有加熱器的傳感器的溫度控 制設(shè)備也實現(xiàn)了以上目的。該控制設(shè)備包括功率供應(yīng)控制單元，用于 當(dāng)功率開始被供應(yīng)到加熱器時選擇開環(huán)控制作為功率供應(yīng)控制方法并
且在這之后將控制方法切換到反饋控制，其中在開環(huán)控制下，預(yù)定功 率被供應(yīng)到加熱器，而在反饋控制下，基于在傳感器芯片目標(biāo)溫度和 實際溫度之間的差設(shè)定被供應(yīng)到加熱器的功率。在開環(huán)控制被切換到 反饋控制短時間后，功率供應(yīng)控制單元使用預(yù)定衰減因子以衰減由反 饋控制計算的目標(biāo)功率供應(yīng)并且將該結(jié)果設(shè)定為將被供應(yīng)到加熱器的 功率。
根據(jù)本發(fā)明第七方面，在開環(huán)控制被切換到反饋控制短時間后， 供應(yīng)到加熱器的功率被設(shè)為通過衰減反饋控制計算出的目標(biāo)功率而f 得的值。因此，即使即刻在切換之后在傳感器芯片目標(biāo)溫度和實際溫 度之間的差較大，也能夠防止功率供應(yīng)急劇增加并且因此防止傳感器 芯片由于芯片溫度急劇升高而被損壞。
通過根據(jù)本發(fā)明第八方面的用于配備有加熱器的傳感器的溫度控 制設(shè)備也實現(xiàn)了以上目的。該控制設(shè)備包括功率供應(yīng)控制單元，用于 當(dāng)功率開始被供應(yīng)到加熱器時選擇開環(huán)控制作為功率供應(yīng)控制方法并 且在這之后將控制方法切換到反饋控制，其中在開環(huán)控制下，預(yù)定功 率被供應(yīng)到加熱器，而在反饋控制下，基于在傳感器芯片目標(biāo)溫度和 實際溫度之間的差設(shè)定被供應(yīng)到加熱器的功率。該控制設(shè)備還包括功 率改變抑制單元，用于在從開環(huán)控制切換到反饋控制時防止將被供應(yīng) 到加熱器的功率急劇改變。
根據(jù)本發(fā)明第八方面，因為功率改變抑制單元在從開環(huán)控制切換 到反饋控制時防止被供應(yīng)到加熱器的功率急劇改變，所以能夠防止傳
感器芯片由于芯片溫度急劇升高而被損壞。


圖1示意根據(jù)本發(fā)明第一實施例的氧傳感器的結(jié)構(gòu)；
圖2是示意由本發(fā)明第一實施例執(zhí)行的程序的流程圖3示出當(dāng)根據(jù)圖2示出的程序控制功率供應(yīng)時向加熱器的功率
供應(yīng)和芯片溫度如何隨著時間改變；
圖4是示意由本發(fā)明第二實施例執(zhí)行的程序的流程圖5是示意由本發(fā)明第二實施例執(zhí)行的改進(jìn)程序的流程圖6是示意由本發(fā)明第三實施例執(zhí)行的程序的流程圖7示出當(dāng)根據(jù)圖6示出的程序控制功率供應(yīng)時向加熱器的功率
供應(yīng)和芯片溫度如何隨著時間改變；
圖8示出當(dāng)根據(jù)傳統(tǒng)控制方法控制功率供應(yīng)時向加熱器的功率供
應(yīng)和芯片溫度如何隨著時間改變。
具體實施例方式
第一實施例
下面將參考附圖描述本發(fā)明第一實施例。
在該實施例中，本發(fā)明被應(yīng)用于用于設(shè)于內(nèi)燃機(jī)排氣管道中的氧 傳感器的溫度控制器。圖1是提供用于解釋應(yīng)用本發(fā)明的氧傳感器的
結(jié)構(gòu)的截面視圖。如圖1所示，氧傳感器2設(shè)于內(nèi)燃機(jī)的排氣管道30 從而在那里向內(nèi)突出。氧傳感器2主要由傳感器芯片10、外罩20和加 熱器24構(gòu)成。
通過將排氣側(cè)電極層14固定到試管狀的固態(tài)電解質(zhì)12的外表面 并且將大氣側(cè)電極層16固定到內(nèi)表面并且還將多孔涂層18固定到排 氣側(cè)電極層14的表面而構(gòu)造傳感器芯片10。外罩20被連結(jié)到排氣管 道30的內(nèi)壁從而覆蓋傳感器芯片10。為了在外罩20的內(nèi)部和外部之 間連通，外罩20的側(cè)壁具有通過它形成的很多小孔。通過這些小孔，
在排氣管道30中流動的排氣前進(jìn)到外罩20內(nèi)部并且再次到達(dá)外罩20 的外部。加熱器24容納在傳感器芯片IO中從而被大氣側(cè)電極層16圍 繞。
利用上述配置，功率被供應(yīng)到加熱器24以從其輻射熱。這樣，能 夠通過從內(nèi)部加熱傳感器芯片10而升高固態(tài)電解質(zhì)12的溫度。利用 控制器40控制向加熱器24的功率供應(yīng)。另外，因為固態(tài)電解質(zhì)12的 溫度和電阻相關(guān)，所以還能夠通過測量電極層14和16之間的電阻而 間接確定傳感器芯片IO的溫度。在電極層14和16之間測量的電阻值 被輸入控制器40中。
在本實施例中，根據(jù)圖2的流程圖示出的程序控制向加熱器24的 功率供應(yīng)。在該程序的第一步驟100，判斷傳感器通電標(biāo)志是否為開。 與例如內(nèi)燃機(jī)點火開關(guān)一起打開/關(guān)閉傳感器通電標(biāo)志。如果傳感器通 電標(biāo)志是關(guān)，則不啟動該程序。另外，如果在執(zhí)行該程序期間關(guān)閉傳 感器通電標(biāo)志，則結(jié)束該程序。
如果傳感器通電標(biāo)志是開，則在下一步驟102判斷從傳感器通電 標(biāo)志被打開之后特定時間量是否已經(jīng)經(jīng)過。計時器繼續(xù)測量從傳感器 通電標(biāo)志從關(guān)改變?yōu)殚_起已經(jīng)經(jīng)過的時間量。根據(jù)判斷結(jié)果?？梢詧?zhí) 行恒定功率控制(開環(huán)控制)以向加熱器24供應(yīng)恒定功率(步驟104)直至 經(jīng)過該特定時間量。如果從傳感器通電標(biāo)志被打開時起已經(jīng)經(jīng)過該特 定量的時間，則控制方法切換到芯片溫度F/B控制(反饋控制)以基于在 傳感器芯片10目標(biāo)溫度和實際溫度之間的差設(shè)定供應(yīng)到加熱器24的 功率(步驟106)。傳感器芯片IO的目標(biāo)溫度被設(shè)為高于它的啟動溫度的 溫度。如前所述，可以從電極層14和16之間的電阻測量結(jié)果間接確 定傳感器芯片10的實際溫度。作為芯片溫度F/B控制方法，使用PID 控制。
在功率供應(yīng)控制方法從恒定功率控制切換到芯片溫度F/B控制之
后即刻被供應(yīng)的功率依賴于剛好在切換之后在傳感器芯片10目標(biāo)溫度 和實際溫度之間的差。如果該差太大，則在切換時功率供應(yīng)可能急劇 增加，從而導(dǎo)致傳感器芯片IO的溫度急劇升高。為了防止芯片溫度的 這種急劇升高，優(yōu)選的是降低在切換之后即刻的在目標(biāo)溫度和實際溫 度之間的差從而使得剛好在切換之后供應(yīng)的功率等于或者低于在恒定 功率控制期間供應(yīng)的功率。通過試驗等確定滿足該要求的在目標(biāo)溫度 和實際溫度之間的最小差，并且將其設(shè)為基準(zhǔn)差。上述特定量的時間 被設(shè)為其中在執(zhí)行恒定功率控制時在目標(biāo)溫度和實際溫度之間的差預(yù) 期落入基準(zhǔn)差的時段。
圖3示出當(dāng)根據(jù)上述程序控制功率供應(yīng)時向加熱器24的功率供應(yīng)
和芯片溫度如何隨著時間改變。根據(jù)該程序，如該圖所示，在其中在 目標(biāo)溫度和實際溫度之間的差預(yù)期落入基準(zhǔn)差的時段經(jīng)過之后，功率
供應(yīng)控制方法從恒定功率控制切換到芯片溫度F/B控制。因此能夠防 止剛好在切換之后功率供應(yīng)急劇升高并且因此防止傳感器芯片10由于 急劇溫度升高而被損壞。
在本實施例中，通過由控制器40執(zhí)行上述程序而實現(xiàn)在本發(fā)明第 一方面中的"功率供應(yīng)控制裝置"，并且特別地通過執(zhí)行上述步驟102 實現(xiàn)本發(fā)明第一方面中的"切換判斷裝置"。
第二實施例
下面描述本發(fā)明的第二實施例。
通過執(zhí)行圖4示出的程序替代圖2示出的程序可以由控制器40實 現(xiàn)本實施例的溫度控制器。
在本實施例中，根據(jù)示出作為圖4中的流程圖的程序控制向加熱 器24的功率供應(yīng)。在該程序的第一步驟200，判斷傳感器通電標(biāo)志是 否為開。如果傳感器通電標(biāo)志是開，則下一步驟202從電極層14和16
之間的電阻測量結(jié)果間接確定傳感器芯片IO的實際溫度并且判斷在目 標(biāo)溫度和實際溫度之間的差是否位于特定基準(zhǔn)差中。根據(jù)該判斷結(jié)果，
可以執(zhí)行恒定功率控制以向加熱器24供應(yīng)恒定功率(步驟204)直至在
目標(biāo)溫度和實際溫度之間的差落入基準(zhǔn)差中。如果在目標(biāo)溫度和實際
溫度之間的差落入基準(zhǔn)差中，則控制方法被切換到芯片溫度F/B控制 以基于在傳感器芯片10目標(biāo)溫度和實際溫度之間的差設(shè)定供應(yīng)到加熱 器24的功率(步驟206)。
上述基準(zhǔn)差被設(shè)定為使得即刻的在切換之后的功率供應(yīng)等于或者 低于在切換到芯片溫度F/B控制之前在恒定功率控制期間供應(yīng)的功率。 在本實施例中，通過下面描述的計算確定基準(zhǔn)差。
如果PID控制被用作芯片溫度F/B控制方法，則功率供應(yīng)由下面 的表達(dá)式(l)給出，其中Gp是比例增益，Gi是積分增益，Gd是微分增 益并且芯片溫度偏差是在傳感器芯片IO的目標(biāo)溫度和實際溫度之間的 差
功率供應(yīng)-Gpx芯片溫度偏差+Gix芯片溫度偏差積分值+Gdx芯片溫度微分
…(l)
因為芯片溫度偏差積分值和芯片溫度微分在此時為零，所以正好 在切換到芯片溫度F/B控制之后的功率供應(yīng)由下面的表達(dá)式給出(2):
功率供應(yīng)Gpx芯片溫度偏差…(2)
因此，如果滿足下面的表達(dá)式(3)給出的要求，則能夠防止在切換 到芯片溫度F/B控制時功率供應(yīng)升高。
在恒定功率控制期間功率供應(yīng)^在芯片溫度F/B控制啟動時的功 率供應(yīng)-Gpx芯片溫度偏差 …(3)
在以上表達(dá)式中，在恒定功率控制期間的功率供應(yīng)和比例增益Gp 是預(yù)定的。因此，不應(yīng)允許切換到芯片溫度F/B控制，除非滿足由下 面表達(dá)式(4)給出的要求
芯片溫度偏差《在恒定功率控制期間的功率供應(yīng)/Gp …(4) 在本實施例中，上述基準(zhǔn)差被設(shè)為滿足以上表達(dá)式(4)的芯片溫度偏差。
根據(jù)上述程序，因為在傳感器芯片IO的目標(biāo)溫度和實際溫度之間 的差落入基準(zhǔn)差之后控制方法從恒定功率控制切換到芯片溫度F/B控 制，所以能夠防止在切換時功率供應(yīng)急劇升高并且因此防止傳感器芯 片10由于急劇溫度升高而被損壞。如第一實施例，如果根據(jù)上述程序 控制向加熱器24的功率供應(yīng)，則功率供應(yīng)和芯片溫度隨著時間變化， 如圖3所示。
在該實施例中，通過由控制器40執(zhí)行上述程序而實現(xiàn)在本發(fā)明第 三方面中的"功率供應(yīng)控制裝置"并且具體地通過執(zhí)行上述步驟202 實現(xiàn)在本發(fā)明第三方面中的"切換判斷裝置"。
根據(jù)上述程序，如果在恒定功率控制期間傳感器芯片IO溫度沒有 由于電池故障等而充分升高，貝U，從不執(zhí)行從恒定功率控制到芯片溫 度F/B控制的切換。為了保證從恒定功率控制到芯片溫度F/B控制的 切換，優(yōu)選的是不僅執(zhí)行在上述程序中完成的切換判斷(步驟202)而且 執(zhí)行在第一實施例中完成的切換判斷(步驟101)。 g卩，優(yōu)選的是根據(jù)圖 5流程圖示出的程序控制向加熱器24的功率供應(yīng)。在圖5所示程序中 執(zhí)行的步驟中，與圖4所示程序相應(yīng)的一個步驟相同的每一個步驟被 給予與圖4中相同的步驟編號。
在圖5示出的程序中，如果在步驟202判斷在傳感器芯片10的目 標(biāo)溫度和實際溫度之間的差大于基準(zhǔn)差，則在步驟208進(jìn)行判斷。在 步驟208判斷從傳感器通電標(biāo)志被打開起是否已經(jīng)經(jīng)過特定時段。這 個特定時段被設(shè)為稍長于其中在目標(biāo)溫度和實際溫度之間的差預(yù)期落 入基準(zhǔn)差的時段。如果在步驟208判斷沒有經(jīng)過該特定時段，則執(zhí)行 恒定功率控制以向加熱器24供應(yīng)恒定功率(步驟204)。無論步驟202 的判斷結(jié)果如何，如果該特定時段已經(jīng)經(jīng)過，則控制方法從恒定功率 控制切換到芯片溫度F/B控制(步驟206)。
根據(jù)上述程序，因為在傳感器通電標(biāo)志被打開之后預(yù)定時段經(jīng)過 時控制方法從恒定功率控制切換到芯片溫度F/B控制，所以傳感器芯 片IO能夠可靠地達(dá)到目標(biāo)溫度。
第三實施例
下面描述本發(fā)明的第三實施例。
通過替代圖2示出的程序執(zhí)行圖6示出的程序可以由控制器40實 現(xiàn)本溫度控制器實施例。
在本實施例中，根據(jù)圖6示出的程序控制向加熱器24的功率供應(yīng)。 根據(jù)第一和第二實施例的程序特征在于如何確定從恒定功率控制到芯 片溫度F/B的切換。然而，該實施例的程序特征在于對于芯片溫度F/B 控制執(zhí)行在切換之后的處理。
根據(jù)該程序，在第一步驟300判斷傳感器通電標(biāo)志是否為開。如 果傳感器通電標(biāo)志為開，則在隨后的步驟302判斷恒定功率控制向芯 片溫度F/B控制的切換定時是否已經(jīng)到來。如何確定該切換定時并不 限于特定方法。例如，切換定時可以依賴于在傳感器通電標(biāo)志被打開 之后的持續(xù)時間。類似地，傳感器芯片IO的溫度可被用于確定切換定 時。根據(jù)判斷結(jié)果，恒定功率控制可被選擇作為控制向加熱器24的功
率供應(yīng)的方法。在此情形中，執(zhí)行恒定功率控制以向加熱器24供應(yīng)恒
定功率直至切換定時到來(步驟304)。
如果在步驟302判斷切換定時已經(jīng)到來，則控制方法從恒定功率 控制切換到芯片溫度F/B控制(步驟306)。在完成切換之后，在隨后的 步驟308判斷從開始芯片溫度F/B控制起預(yù)定時段是否已經(jīng)經(jīng)過。直 至該預(yù)定時段經(jīng)過，不直接供應(yīng)由芯片溫度F/B控制計算的目標(biāo)功率。 而是，根據(jù)下面的等式(5)在該功率供應(yīng)上進(jìn)行衰減
Wi=Wi-1 + (TWi-Wi-1 )/A …(5)
在等式(5)中，Wi是被供應(yīng)的功率并且Wi-l是最后供應(yīng)的功率。 TWi是正常芯片溫度F/B控制計算的目標(biāo)功率并且A是衰減因子。直 至在步驟308條件判斷為真，根據(jù)以上等式計算的功率Wi才被供應(yīng)到 加熱器24。
如果在步驟308判斷從芯片溫度F/B控制被啟動起預(yù)定時段已經(jīng) 經(jīng)過，則結(jié)束衰減。在這之后，由正常芯片溫度F/B控制計算的目標(biāo) 功率被供應(yīng)到加熱器24(步驟312)。用于步驟308的判斷中的預(yù)定時段 應(yīng)該如此之長，使得在結(jié)束衰減時功率供應(yīng)并不急劇升高。另外，也 能夠根據(jù)芯片傳感器10的溫度而非持續(xù)時間確定是否結(jié)束衰減。
圖7示出當(dāng)根據(jù)上述程序控制功率供應(yīng)時向加熱器24的功率供應(yīng) 和芯片溫度如何隨著時間改變。根據(jù)上述程序，在恒定功率控制被切 換到芯片溫度F/B控制之后的較短時間內(nèi)，供應(yīng)到加熱器24的功率被 設(shè)為通過衰減由芯片溫度F/B計算的目標(biāo)功率而獲得的值。因此，即 使即刻的在切換之后在傳感器芯片IO的目標(biāo)溫度和實際溫度之間的差 較大，功率供應(yīng)也不急劇升高。這可防止傳感器芯片IO溫度急劇升高 以至遭受損壞。
另外，根據(jù)上述程序，在芯片溫度F/B控制期間通過衰減抑制供
應(yīng)功率的波動。'為了了解傳感器芯片IO的溫度，測量在電極14和16
之間的電阻。即使由于擾動等噪聲被疊加在測量值上，也能夠防止功 率供應(yīng)由于噪聲而急劇改變。
在該實施例中，通過執(zhí)行上述程序由控制器40實現(xiàn)本發(fā)明第七方 面中的"功率供應(yīng)控制裝置"。
其它
雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的實施例，但是本發(fā)明并不限于上述特定 實施例并且可以做出修改而不背離本發(fā)明的精神。例如，雖然上述實 施例的每一個將本發(fā)明應(yīng)用于設(shè)于內(nèi)燃機(jī)排氣通道中的氧傳感器，但 是本發(fā)明能被應(yīng)用于空燃比傳感器、NOx傳感器、HC傳感器等的任何 一種，只要該傳感器由通過加熱而被啟動的傳感器芯片和通電以發(fā)熱 的加熱器構(gòu)成即可。
權(quán)利要求
1. 一種用于配備有加熱器的傳感器的溫度控制設(shè)備，包括傳感器芯片和加熱器，所述傳感器芯片通過暖機(jī)而被啟動，所述加熱器被供應(yīng)電功率以產(chǎn)生熱，其中所述控制設(shè)備通過使得所述加熱器加熱所述傳感器芯片而將所述傳感器芯片暖機(jī)至等于或者高于它的啟動溫度的預(yù)定目標(biāo)溫度，所述控制設(shè)備包括功率供應(yīng)控制裝置，當(dāng)功率開始被供應(yīng)到所述加熱器時，所述功率供應(yīng)控制裝置選擇開環(huán)控制作為功率供應(yīng)控制方法，并且在此之后，所述功率供應(yīng)控制裝置將所述控制方法切換到反饋控制，其中在所述開環(huán)控制下，預(yù)定功率被供應(yīng)到所述加熱器，而在所述反饋控制下，基于在所述傳感器芯片的目標(biāo)溫度和實際溫度之間的差設(shè)定被供應(yīng)到所述加熱器的功率；以及切換判斷裝置，所述切換判斷裝置用于判斷從所述開環(huán)控制到所述反饋控制的切換定時是否已經(jīng)到來；其中如果從功率開始被供應(yīng)到所述加熱器起已經(jīng)經(jīng)過預(yù)定時段，在所述預(yù)定時段中，預(yù)期在所述目標(biāo)溫度和所述實際溫度之間的差落入預(yù)定基準(zhǔn)差內(nèi)，則所述切換判斷裝置判斷出所述切換定時已經(jīng)到來。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的用于配備有加熱器的傳感器的溫度控制設(shè) 備，其中所述預(yù)定時段被設(shè)定為使得在所述開環(huán)控制被切換到所述 反饋控制之后即刻被供應(yīng)到所述加熱器的功率可以等于或低于在所述 開環(huán)控制下供應(yīng)的功率。
3. —種用于配備有加熱器的傳感器的溫度控制設(shè)備，包括傳感器 芯片和加熱器，所述傳感器芯片通過暖機(jī)而被啟動，所述加熱器被供 應(yīng)電功率以產(chǎn)生熱，其中所述控制設(shè)備通過使得所述加熱器加熱所述傳感器芯片而將所述傳感器芯片暖機(jī)至等于或者高于它的啟動溫度的 預(yù)定目標(biāo)溫度，所述控制設(shè)備包括-功率供應(yīng)控制裝置，當(dāng)功率開始被供應(yīng)到所述加熱器時，所述功 率供應(yīng)控制裝置選擇開環(huán)控制作為功率供應(yīng)控制方法，并且在此之后， 所述功率供應(yīng)控制裝置將所述控制方法切換到反饋控制，其中在所述 開環(huán)控制下，預(yù)定功率被供應(yīng)到所述加熱器，而在所述反饋控制下， 基于在所述傳感器芯片的目標(biāo)溫度和實際溫度之間的差設(shè)定被供應(yīng)到 所述加熱器的功率；以及切換判斷裝置，所述切換判斷裝置用于判斷從所述開環(huán)控制到所 述反饋控制的切換定時是否已經(jīng)到來；其中如果在所述目標(biāo)溫度和所述實際溫度之間的差落入預(yù)定基準(zhǔn) 差內(nèi)，則所述切換判斷裝置判斷出所述切換定時已經(jīng)到來。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的用于配備有加熱器的傳感器的溫度控制設(shè) 備，其中所述基準(zhǔn)差被設(shè)定為使得在所述開環(huán)控制被切換到所述反 饋控制之后即刻被供應(yīng)到所述加熱器的功率可以等于或低于在所述開 環(huán)控制下供應(yīng)的功率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的用于配備有加熱器的傳感器的溫度控制設(shè) 備，其中所述反饋控制包括比例控制，在所述比例控制下，與在所述目標(biāo)溫度和所述實際溫度之間的差成比例地設(shè)定對于被供應(yīng)到所述加熱器 的功率的校正數(shù)量；并且所述基準(zhǔn)差被設(shè)定為等于或小于通過把在所述開環(huán)控制下供應(yīng)的 功率除以所述比例控制的增益而獲得的值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3、 4或5的用于配備有加熱器的傳感器的溫度 控制設(shè)備，其中不論在所述目標(biāo)溫度和所述實際溫度之間的差是否在 所述預(yù)定基準(zhǔn)差內(nèi)，如果從功率開始被供應(yīng)到所述加熱器起已經(jīng)經(jīng)過 預(yù)定時段，則判斷出所述切換定時已經(jīng)到來。
7. —種用于配備有加熱器的傳感器的溫度控制設(shè)備，包括傳感器 芯片和加熱器，所述傳感器芯片通過暖機(jī)而被啟動，所述加熱器被供應(yīng)電功率以產(chǎn)生熱，其中所述控制設(shè)備通過使得所述加熱器加熱所述 傳感器芯片而將所述傳感器芯片暖機(jī)至等于或者高于它的啟動溫度的 預(yù)定目標(biāo)溫度，所述控制設(shè)備包括功率供應(yīng)控制裝置，當(dāng)功率開始被供應(yīng)到所述加熱器時，所述功 率供應(yīng)控制裝置選擇開環(huán)控制作為功率供應(yīng)控制方法，并且在此之后， 所述功率供應(yīng)控制裝置將所述控制方法切換到反饋控制，其中在所述 開環(huán)控制下，預(yù)定功率被供應(yīng)到所述加熱器，而在所述反饋控制下， 基于在所述傳感器芯片的目標(biāo)溫度和實際溫度之間的差設(shè)定被供應(yīng)到 所述加熱器的功率；其中在所述開環(huán)控制被切換到所述反饋控制之后短時間內(nèi)，所述 功率供應(yīng)控制裝置使用預(yù)定衰減因子以衰減通過所述反饋控制計算出 的目標(biāo)功率供應(yīng)，并將結(jié)果設(shè)定為被供應(yīng)到所述加熱器的功率。
8. —種用于配備有加熱器的傳感器的溫度控制設(shè)備，包括傳感器 芯片和加熱器，所述傳感器芯片通過暖機(jī)而被啟動，所述加熱器被供 應(yīng)電功率以產(chǎn)生熱，其中所述控制設(shè)備通過使得所述加熱器加熱所述 傳感器芯片而將所述傳感器芯片暖機(jī)至等于或者高于它的啟動溫度的 預(yù)定目標(biāo)溫度，所述控制設(shè)備包括功率供應(yīng)控制裝置，當(dāng)功率開始被供應(yīng)到所述加熱器時，所述功 率供應(yīng)控制裝置選擇開環(huán)控制作為功率供應(yīng)控制方法，并且在此之后， 所述功率供應(yīng)控制裝置將所述控制方法切換到反饋控制，其中在所述 開環(huán)控制下，預(yù)定功率被供應(yīng)到所述加熱器，而在所述反饋控制下， 基于在所述傳感器芯片的目標(biāo)溫度和實際溫度之間的差設(shè)定被供應(yīng)到 所述加熱器的功率；以及功率改變抑制裝置，所述功率改變抑制裝置用于防止在從所述開 環(huán)控制切換到所述反饋控制時被供應(yīng)到所述加熱器的功率急劇改變。
全文摘要
當(dāng)功率開始被供應(yīng)到加熱器時，開環(huán)控制被選擇作為功率供應(yīng)控制方法以向加熱器供應(yīng)預(yù)定功率。在此之后，如果從功率開始被供應(yīng)到加熱器起其中在目標(biāo)溫度和實際溫度之間的差預(yù)期落入預(yù)定基準(zhǔn)差中的預(yù)定時段已經(jīng)經(jīng)過，則控制方法被切換到反饋控制以基于在傳感器芯片的目標(biāo)溫度和實際溫度之間的差設(shè)定供應(yīng)到加熱器的功率。
文檔編號G01N27/406GK101389953SQ20068005354
公開日2009年3月18日 申請日期2006年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月28日
發(fā)明者鈴木裕介 申請人:豐田自動車株式會社