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应用说明 23：Innovate 的“直接数字”宽带技术实现的发动机控制策略 摘要 氧传感器是当今大多数内燃机的关键部件。Innovate 的“直接数字”技术实现了新一代氧传感器，它们比目前最好的宽带氧传感器更快、更准确、更可靠、成本更低。这反过来又实现了发动机控制的新策略。虽然 Innovate 技术最初的商业认可是在性能和赛车市场，但最大的收益将是在 OE 市场，在该市场中，可以设计和编程工厂原始 ECU 以利用直接数字技术。背景：氧化锆氧传感器简史 自 20 世纪 70 年代中期以来，氧化锆传感器就已在量产汽车中使用。第一批传感器是带有 1 或 2 根电线的“非加热顶针”设计。80 年代初引入了“加热顶针”设计，该设计升温更快，并有 3 或 4 根电线。 4 线“平面”传感器于 90 年代末开始使用，目前占所有新平台的 50% 以上，部分原因是成本低且可靠性高。“宽带”5 线传感器（加热、平面、双电池）是最新的，是高性能、直喷、分层充电、灵活燃料、ULEV 和其他要求苛刻的应用所必需的。减缓宽带传感器采用的因素包括高制造成本和可靠性问题。虽然直接数字控制方法最初是为宽带氧气传感器开发的，但最大的突破可能是它实现了新一代传感器，该传感器结合了 4 线平面传感器的低成本和高可靠性，同时匹配精度范围，并超过了当前最佳宽带传感器的响应能力。该技术美国专利 #6,978,655，标题为“用于测量气体氧气浓度的系统、装置和方法”，详细介绍了以下总结的发明。凭借创新测量原理，单个 Nernst 电池可以同时用作泵和参考电池。Direct Digital 不使用常规 PID（比例积分微分）反馈机制来控制宽带传感器。相反，泵电流为正，直到参考显示 < Lambda 1。然后泵电流的极性反转，直到参考显示 > Lambda 1。这是通过一个小的滞后完成的。这样，测量室中的测量气体在化学计量附近以 300-800 Hz 振荡。振荡频率取决于恒定（但极性变化）的泵电流、滞后、传感器本身和 Lambda。频率在 Lambda 1 处达到最大值。这基本上是一个 2 点调节器，或者用数字电子术语来说，是 delta-sigma 模拟到数字转换器的工作原理，除了这里测量的模拟值直接是废气。该振荡的占空比 PWM 用 (t1 - t2) / (t2 + t2) 计算，因此范围为 +/- 1.0。t1 是泵电流正极性的持续时间，t2 是负电流极性的持续时间（均以 16 位精度测量）。使用 PWMair（空气中的占空比），可以直接用 PWM / PWMair 计算泵单元的 O2 流速，因此可以从中计算 Lambda。由于传感器仅用于恒定且相对较高的 Ip，但极性变化，因此 PWM 与 O2 流量完全线性，并且在标准化为 PWMair 后与特定传感器的 Lambda/Ip 曲线无关。由于
应用说明 23：
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