CN101988415B - 用于检测湿度的方法、系统和传感器 - Google Patents

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Abstract

提供通过使用氨传感器检测空气中湿度的系统与方法，其中该氨传感器包括在发动机，例如柴油发动机的排气装置中。在一个示例中，用于具有包含氨传感器的排气装置的发动机的方法包括响应于周围环境湿度调节运转参数，其中该周围环境湿度基于在第一排气空燃比下的第一氨传感器读数和在第二排气空燃比下的第二氨传感器读数。

Description

用于检测湿度的方法、系统和传感器
技术领域
本申请涉及响应于周围空气湿度来调节各种运转参数，其中基于包括在发动机，例如柴油发动机的排气装置中的氨传感器识别该湿度。
背景技术
可在排气排放控制中使用氨传感器，从而保持对喷射的还原剂诸如喷射的尿素的精确控制。然而，本发明人在此已认识到依赖于周围环境湿度，来自传感器的氨读数可能是不正确的。
发明内容
本发明人在此也认识到周围环境湿度造成的误差以可预测的方式在不同空燃比出现。进一步地，本发明人已经开发出使在选定条件下的传感器读数与周围环境湿度相关联的多种方法。因此，对周围环境湿度的灵敏度可用于获利，而不应视为纯粹不良的影响。
在一个示例中，用于具有包含氨传感器的排气装置的发动机的方法包括响应于周围环境湿度调节运转参数，该周围环境湿度基于在第一排气空燃比下氨传感器的第一读数，以及在第二排气空燃比下的氨传感器的第二读数。
在另一个示例中，一种使用发动机排气SCR(选择性催化还原)系统中氨传感器的方法，包括在第一模式下，通过在两个不同的空燃比期间经由氨传感器测量氨浓度，识别周围环境湿度，该测量响应于潜在的湿度变化的指示，该方法进一步包括在第二模式下，通过来自氨传感器的反馈，控制氨或尿素喷射剂量，其中在第一模式期间，氨或尿素喷射剂量不依赖于当前氨传感器反馈，而基于前一个氨传感器反馈。在又一个示例中，一种用于具有位于SCR催化剂下游的排气装置中的氨传感器的发动机的方法，包括在第一模式期间，响应于该传感器调节氨喷射，以及在第二模式期间，不依赖于该传感器调节氨喷射，同时基于该传感器指示周围环境湿度。
根据另一个方面，提供一种系统。该系统包括具有排气装置的发动机、连接在该排气装置中的SCR催化剂、连接到该排气装置的还原剂喷射系统、连接到SCR催化剂下游的排气装置的氨传感器和控制器，所述控制器包括其上具有指令的计算机可读存储介质，该指令包括在第一模式期间，基于氨传感器的第一读数喷射还原剂的指令，和在第一模式之后的第二模式期间产生第一排气空燃比、在第一排气空燃比下接收氨传感器的第二读数、产生第二排气空燃比、在第二排气空燃比下接收氨传感器的第三读数、基于氨传感器的第二和第三读数之间的差确定周围环境湿度以及基于氨传感器的第一读数喷射还原剂的指令，该第一读数针对周围环境湿度校正。
根据又一个方面，提供使用发动机排气SCR系统中氨传感器的方法。该方法包括，在第一模式期间，响应于氨传感器识别的氨量调节发动机运转，和在第二模式期间，响应于氨传感器识别的周围环境湿度调节发动机运转。
应当理解，上述提供的概述简化地介绍了一些选择的概念，这些概念将在具体实施方式中进一步描述。这并不意味着确认了要求保护的主题的关键或本质特征，要求保护的主题范围由权利要求唯一地限定。而且，要求保护的主题并不局限于解决上面和本公开任何部分提到的任何不足的实施方案。
附图说明
图1示出包括含有氨传感器的选择性催化还原系统的示例柴油发动机；
图2示出示例氨传感器的分解图；
图3示出使用氨传感器控制氨和湿度浓度测量的示例高级例程；
图4示出用于控制到SCR催化剂的氨剂量的示例例程；
图5示出用于通过氨传感器测量湿度的示例例程；
图6是示出对于不同量的湿度，氨传感器测得的NH3氨读数的误差和空燃比之间关系的曲线图。
具体实施方式
图1示出包括具有氨传感器200的选择性催化还原(SCR)系统50的示例柴油发动机10。虽然给出的示例是柴油发动机，但减少和控制发动机排放物，特别是NOX，是点燃式和压燃式现代内燃机中要考虑的重要因素。因此，这里描述的该系统、装置和方法可包括在具有基于还原剂的SCR系统的任何排气系统中。
图1进一步示出发动机10，其包括进气装置23、排气装置25、燃油系统18、废气再循环(EGR)系统26和控制系统14。发动机10具有多个气缸30。发动机10可被包括控制器12的控制系统14至少部分地控制，以及可以被车辆操作员132通过输入装置130的输入至少部分地控制。在这个示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生相应的踏板位置信号的踏板位置传感器134。
发动机10包括发动机进气系统23和发动机排气系统25。发动机进气系统23包括节流阀62，该节流阀62通过进气通道42和发动机进气歧管44流体连接。在另外的示例中，例如柴油发动机中，发动机10可以不包括节流阀62。进气通道42包括质量空气流量(MAF)传感器120和周围空气温度传感器121，并且进气歧管44进一步包括歧管空气压力传感器122。在另外的示例中，发动机10进一步包括空气导入系统(AIS)(未示出)，该AIS具有空气过滤器和外壳，以及例如来自发动机曲轴箱或燃油系统18等的各种蒸气排放阀(vapor purgingvalves)。
发动机排气系统25包括排气歧管48，该排气歧管通向将排气传送到大气的排气通道35。该发动机排气系统25包括传感器，例如，可以是氧或λ传感器的排气传感器126、温度传感器128和压力传感器129。发动机排气系统25还包括一个或更多排放物控制装置70，该装置可安装在排气装置内紧连接(close-coupled)的位置中。一个或更多的排放物控制装置可包括三效催化剂(three-way catalyst)、稀NOX捕集器、柴油机颗粒过滤器、柴油机氧化型催化剂、碳氢化合物捕集器，等等。进一步地，在本示例中，SCR系统50和EGR系统26包括在发动机中。
发动机10进一步包括涡轮增压器180。涡轮增压器180包括压缩机182，示意图所示压缩机182通过涡轮轴186联接到涡轮184。另外，涡轮增压器180也可以是不含涡轮184的增压器，并可以机械地联接到曲轴。更进一步地，压缩机182可被电动马达(未示出)至少部分地驱动。
SCR系统50包括连接到尿素泵系统54的尿素罐52，该尿素泵系统54进一步连接到尿素喷射器56。该尿素喷射器将尿素输送到接收尿素的SCR催化剂58上游的排气系统25。尿素泵系统54可包括一个或更多用于给输送到尿素喷射器56的尿素加压的泵。另外的示例SCR系统可包括一个以上的尿素喷射器。尿素被输送到排气系统25中之后，它可转化成氨。尽管本示例示出基于尿素的系统，在另外的示例中，可以使用包括氨和尿素与氨的掺和物的任何还原剂。SCR催化剂58可催化氨与NOX的反应，从而产生双原子氮和诸如水之类的良性副产物。
氨传感器200包括在SCR催化剂58的下游，从而感测行进到SCR催化剂58下游的氨，这将关于图2在下文更详细地进行描述。另外，SCR系统50可包括位于SCR催化剂58下游的流失催化剂(slipcatalyst)(未示出)。该流失催化剂可减轻来自SCR催化剂58的氨流失。该流失催化剂可催化氧化氨的反应和还原NOX的反应中的一个或两个。进一步地，如果需要的话，类似于氨传感器200的第二氨传感器可包括在这种SCR流失催化剂的下游。
EGR系统26包括EGR管28和EGR阀29。EGR管28至少部分将废气流从排气通道35引回到进气通道42。在本示例中，示出的EGR管28连接到SCR系统50下游的排气通道35。然而，在另外的示例中，EGR管28可连接到SCR系统50上游的排气通道35，以及排放物控制装置70的上游，也可直接连接到排气歧管48。在更进一步的示例中，EGR管28可直接连接到进气歧管44。EGR阀29可以是开/关阀或可调节阀。EGR系统26也可包括连接到EGR管28或者沿着EGR管28在中间安置用于冷却EGR管28内空气的装置，例如中间冷却器(未示出)。
燃油系统18可包括连接到燃油泵系统21的燃油罐20。燃油系统18和/或节流阀62可控制引入到发动机10中的空燃比。燃油泵系统21可包括一个或更多泵，用于给输送到发动机10的喷射器，例如示出的示例喷射器66的燃油加压。虽然仅示出单一喷射器66，但可以为每个气缸提供另外的喷射器，或者燃油被喷射到歧管44中。应当意识到，燃油系统18可以是返回较少燃油系统(return-less fuel system)、返回燃油系统(return fuel system)，或者各种其他类型的燃油系统。燃油罐20可装有多种燃油和混合燃油，包括含有各种酒精浓度的燃油。
示例发动机10进一步包括控制系统14。示出的控制系统14接收来自多个传感器16(这里描述了传感器16的各种示例)的信息并将控制信号发送到多个致动器81(这里描述了致动器81的各种示例)。作为一个示例，传感器16可包括排气传感器126、温度传感器128、压力传感器129、踏板位置传感器134、MAF传感器120、MAP传感器122、周围空气温度传感器121和氨传感器200。其他传感器例如压力、温度、空燃比和组成传感器(composition sensor)可连接到发动机10中的不同区域。作为另一示例，该致动器可包括燃油喷射器66、还原剂喷射器56、EGR阀29和节流阀62。控制系统14可包括控制器12，该控制器12包括其上含有指令的计算机可读存储介质，例如ROM或RAM存储器。该控制器可接收来自各种传感器的输入数据，处理该输入数据，并响应于处理的输入数据，基于编入在其中对应于一个或更多例程的指令或代码触发致动器。示例的控制例程在此通过图3-5进行描述。
尽管没有示出，但发动机10还可另外包括涡轮增压器或(机械)增压器系统。压缩机可连接在进气歧管44上游和节流阀62下游。进一步的实施例包括连接在节流阀62上游的压缩机，该压缩机连接在EGR管28上游或下游，并且充气后冷却器(charge after cooler)(CAC)可设置在进气通道42内或邻近进气通道42，以便冷却压缩空气。更进一步地，涡轮可以连接在排气歧管48下游和排放物控制装置70上游。
现在转向图2，该图示出示例氨传感器200的分解图。氨传感器200包括第一绝缘层210、电解液230和第二绝缘层240，它们都设置在箱体内并抽象地示出在虚线框250中。氨传感器可进一步包括感温元件(未示出)和加热器(也未示出)，从而提高传感元件，例如绝缘层210和240、电解液230和包括在氨传感器200内的另外组件的性能。
第一绝缘层210，包括NH3电极212和NO2电极216。第一绝缘层210可被多孔顶层208保护。电极212与电解液230物理连通并且离子连通，并可设置成与样气(例如，发动机排气)流体连通。电极212催化NH3气体从而产生电动势(EMF)，并传导由EMF产生的电流。在一些示例中，这种EMF可对应于磁阻。类似地，电极216与电解液230物理连通且离子连通，并可设置成与样气(例如，发动机排气)流体连通。而且，电极216催化NOX气体从而产生EMF，并传导由这种EMF产生的电流。
电极212通过电导线214电耦合到接触垫片222。同样地，电极216通过电导线218电耦合到接触垫片226。参考电极242设置在第二绝缘层240上，进一步地，参考电极242与电解液230物理连通并且离子连通。参考电极242通过跨层电导线(trans-layer lead)232、次接触件246和电导线244耦合到接触垫片224。跨层电导线232穿透电解液230并通过绝缘件234与电解液230电隔离。接触垫片222、224和226可与示例控制器电接触，并基于电极212、242、216和电解液230上的状态，比如任两个电极之间，和/或电解液230两端的这种电势提供电信号。
在本示例中，排气被引入到电极212、参考电极242和电极216。该排气扩散到整个多孔电极材料中。在电极212和216中，电催化材料促使样气的电化学催化反应。这些反应包括电化学催化氨和氧离子从而形成双原子氮和水、电化学催化NO2从而形成NO、双原子氮和氧离子(O-2)，以及电催化NO和氧离子从而形成NO2。类似地，在高度催化的参考电极242中，电化学催化材料促使参比气体的电化学反应，主要将平衡氧气(例如，双原子氧)转化成氧离子，或者相反转化。在电极212、242和216上的反应可改变电极212、242和216中的每个与电解液230之间界面上的电势，从而产生电动势(EMF)。因此，可以测量三个电极212、242和216中任何两个之间的电势差，从而确定EMF。
在另外的示例中，产生的EMF对应于两个电极之间的电势。在第一个这种示例中，氨电极212和参考电极242之间的电势可对应于氨浓度和NO2灵敏度，在第二个这种示例中，NO2电极216和参考电极242之间的电势可对应于NO2浓度，以及在第三个这种示例中，比较氨电极212和NO2电极216EMF，从而确定氨和NO2浓度。用这种方式，可测量的电势(例如，在接触垫片222、224和226上测量的那些电势)可提供电信号，该电信号可用来计算和/或导出排气中氨和NOX的浓度。
因为电极212上的主要反应物是氨、水和双原子氧，因此在该电极上产生的EMF是部分由于这些气体中的每个气体的分压。氧气是可测量的，例如使用λ或排气传感器，例如在传感器126上测量。所以，剩余的EMF信号可归因于氨和水。因此，氨浓度测量值包括排气中水蒸气的分压。用这种方式，氨传感器可用来推断湿度，例如在发动机排气装置中包括传感器的车辆周围环境的环境湿度。类似地，可使用NO2电极216上反应产物产生的EMF信号测量NO2浓度。
图3示出使用氨传感器控制氨和湿度浓度测量的示例高级例程300。该例程例如可在车辆控制系统中执行，且针对实时执行该例程可被重复任意次。在例程300期间，与时间关联的变量TCURRENT，可用于追踪该例程的迭代次数，并从而追踪时间。另外，该例程可包括追踪时间的另外方法或可替换的方法，例如时间标记，或时钟参考。
在一些示例中，例程300包括确定是否有潜在的湿度变化的指示。例如，可在下述例程300的312、314和316处检测这种指示。在本示例中，通过确定是否有机会测量湿度，例程300在310处开始。用户启动的空燃比变化，或预期的空燃比变化可指示这种机会。用户启动的(操作员命令的)空燃比变化可以是踩加速器踏板(tip-in)或释放加速器踏板(tip-out)事件，例如上面图1中所述的输入装置130中的加速器踏板。如果检测到测量湿度的机会，则该例程继续到322。
然后，如果在310处确定没有机会测量湿度，则该例程300可继续到312，从而检验TCURRENT是否大于或等于TPERIOD。TPERIOD可以是选定的湿度测量之间的预定时间量，从而确保可发生的预见的最快湿度变化被检测，像驾驶包括示例控制系统的车辆，从干燥的环境进入暴雨中。如果TCURRENT大于或等于TPERIOD，则该例程继续到322。
在314处，例程300包括评估是否有来自配件(accessory)的可能的湿度变化的指示。来自发动机配件的湿度变化的指示可包括啮合或分离风挡刮水器(例如，风挡刮水器状态)，或者开启或断开暖气通风与空调(HVAC)系统中的组件(例如，改变车辆气候控制参数)。该例程可检查任何这种相关配件的状况，如果指示了潜在的湿度变化，则该例程继续到322。如果没有配件指示可能的湿度变化，则该例程继续到332。
如果在310处有机会测量湿度，或者如果在312处TCURRENT大于TPERIOD或如果在314处配件指示潜在的湿度变化，那么作为响应，该例程可继续到322，该322包括喷射氨剂量，该剂量不基于氨传感器的读数。因为氨传感器将用来测量湿度，来自氨传感器的读数可对氨传感器反馈控制产生不利影响(如下所述，至少在图4中)。然而，因为该发动机可继续产生NOX，所以氨和/或尿素喷射继续。在322处喷射的剂量可以是喷射到SCR系统中的预设量或预设速率。另外，在322处喷射的剂量可以是在例程300上一个迭代中喷射的剂量(例如，尽管氨喷射剂量不依赖于当前氨传感器反馈，但它可基于上一个氨传感器反馈)。进一步地，在322处喷射的剂量可以是依据诸如发动机负荷、速度、质量气流量等发动机状态预测的前馈量。更进一步地，在322处喷射的剂量可以是对后来在例程300中，例如在324处使用的最大空燃比预测的前馈量。
在322之后，该例程可继续到324，通过氨传感器测量排气湿度。这种程序的一个示例在下面更详细地描述为图5的例程500。运用氨传感器测量完湿度之后，该例程可继续到326，该326包括重新设定TCURRENT变量为零。在本示例中，双等号“＝＝”是指赋值，与逻辑测试相反。在重新设定TCURRENT之后，该例程结束。
在322、324和326，该例程可在如虚线框320所示的第一模式下操作。在第一示例中，第一模式320可包括这两个操作中的至少一个，即在两个不同空燃比期间重新校准和通过氨传感器测量排气湿度。进一步地，在第二示例中，第一模式320可包括独立于该传感器调节氨喷射，但基于该传感器指示周围环境湿度。而且，在第二示例中，周围环境湿度可基于在第一稀空燃比下的第一氨传感器读数，以及在第二稀空燃比下的第二氨传感器读数，该周围环境湿度进一步基于第一和第二稀空燃比。发动机气流可在第一发动机气流和第二发动机气流之间调节，从而分别产生第一和第二稀空燃比，在调节发动机气流的同时，维持燃油喷射从而维持发动机扭矩。
如果在310处没有机会测量湿度，或者如果在312处TCURRENT小于TPERIOD或如果在314处配件没有指示潜在的湿度变化，那么该例程可继续到332，从而控制氨喷射剂量。332处的框是用虚线框显示的，从而表明它的可选性，其可从例程300的一些示例中去除。332的一个示例在下面图4中的例程400描述。在控制氨喷射剂量之后，该例程包括使变量TCURRENT增加1。最终，该例程可在334之后结束。
在332和334，该例程可在如虚线框330所示的第二模式下操作。第二模式330包括，例如在332处通过来自氨传感器的反馈控制氨喷射剂量，并进一步描述在下面图4中所述的例程400中。进一步地，该第二模式可包括响应于氨传感器调节氨喷射，并可另外包括校正为周围环境湿度测量的氨量。进一步地，第二模式330可包括，响应于周围环境湿度(例如，如在第一模式320的324处检测的)增大或减小另外的发动机参数，例如质量空气流量、喷射的燃油或HVAC除湿。更普遍地，该推断的湿度可用来修改任何发动机参数，从而优化该发动机，以减少排放物和提高燃料燃烧效率。
在例程300的本示例中，框320表示第一模式，框330表示第二模式。然而，在另外的示例中，框320可为第二模式，框330可为第一模式。并且，每个操作模式可包括进一步的操作模式。在一个这种示例中，第二模式330包括进一步的第一模式，和进一步的第二模式，其中进一步的第一模式包括响应于氨传感器识别的氨量调节发动机运转，进一步的第二模式包括响应于氨传感器识别的周围环境湿度调节发动机运转。
图4示出用于控制投配到SCR催化剂的氨剂量的示例例程400。例程400是包括在332处的高级例程300的一个子例程示例。然而，在进一步的示例中，例程400可独立于例程300运行。进一步的例程400是在模式期间基于氨传感器读数喷射还原剂的指令的一个示例。
例程400包括，在410处测量氨浓度。如上所述，示例的氨传感器可产生EMF(其可以为浓度信号)，该EMF进一步与发动机排气分压相关。如果，例如通过λ传感器或通过下述例程500得知湿度和氧气浓度，则可推导出该气体中的氨浓度。在进一步的示例中，例程400包括，在410处结合使用湿度浓度和空燃比与基于图6(下面描述)的查找表，调节来自该传感器的氨读数，从而推导出氨浓度。
在412处，例程400包括确定氨浓度是否低于第一阈值。第一阈值可以是NOX排放物阈值，因此如果氨浓度低于该第一阈值，则不期望的NOX排放物可从发动机释放到大气中。如果氨浓度低于该第一阈值，该例程可继续到414，该414包括使待喷射到SCR催化剂的尿素剂量增加一个递增量。在该例程400的可替换的示例中，该增加可与测得的某个其他发动机状态，例如发动机负荷成比例，而不是递增的增加。在414之后，该例程然后继续到420，从而喷射增加后的剂量，然后该例程结束。
如果在412处氨浓度不低于第一阈值，该例程可继续到416，该416包括确定氨浓度是否超出第二阈值。该第二阈值可以是氨流失阈值，因此如果氨浓度超过该第二阈值，则不期望的氨可从发动机被释放到大气中，和/或指示还原剂的过多使用。如果氨浓度超过第二阈值，则该例程可继续到418，该418包括使待喷射到SCR催化剂的尿素剂量减少一个增量。与上面讨论的414类似，在例程400的另外示例中，应使该尿素剂量与诸如发动机负荷和排气温度的其他监测发动机参数和状态成比例地减少，而不是递增的。在418之后，该例程然后继续到420，从而喷射减少后的剂量，然后该例程结束。
最后，如果氨浓度未超过第二阈值且不低于第一阈值，则该例程可继续到420，喷射一定剂量的尿素。该剂量可以是例程400上一个迭代不变的剂量，或可以是预定义值。进一步地，该剂量可以是基于发动机测量值和状态例如发动机负荷、发动机速度、燃油喷射量、空燃比、排气温度、排气压力等的预期量。在例程400的进一步示例中，尿素可被氨或其他NOX还原剂取代。进一步地，可使用喷射的速率代替量。
现在转向图5，该图示出通过氨传感器测量湿度的示例例程500。例程500是包括在高级例程300的324的子例程的一个示例。然而，在进一步的示例中，例程500可以独立于例程300运行。
例程500是通过发动机排气装置中的氨传感器测量湿度的方法的一个示例，其包括在第一空燃比下测量第一氨浓度、将第一空燃比扰动(perturb)到第二空燃比、在第二空燃比下测量第二氨浓度，和基于第一氨浓度和第二氨浓度的差计算或确定湿度。
首先，在510，例程500包括判定发动机状态是否位于稳态(steady-state)。稳态状态可包括恒定的排气流、温度、压力、氨浓度、NOX和其他气体物质浓度。如果该发动机不是处于稳态，则该例程可重复检验直到发动机处于稳态。例程500的进一步示例可包括在返回到510之前，引起稳态发动机状态的程序、装置或系统。然而，只要氧气浓度已知，则稳态发动机状态并不是执行例程500中的进一步行动所必须的。510处的边界是虚线表示的，是指该判定的可选性，且例程500的另外的示例不包括510。
然后，该例程继续到512，该512包括在第一空燃(A/F)比下测量第一氨浓度。如上所述，通过在示例电极上的催化作用，示例的氨传感器可产生EMF(其可以是浓度信号)，这种EMF然后用于导出NH3浓度。一旦测量完成后，例程500可继续，从而在514将第一A/F比扰动到第二A/F比。扰动第一A/F比可包括在发动机中的燃油喷射器内产生方波脉冲宽度(PW)，和/或改变发动机空气流。该方波PW可以是方波图样，且由于该方波PW，排气空燃比可在第一排气空燃比和第二排气空燃比之间波动。响应于用户输入或操作员命令，例如如上图3中310所述的踩加速器踏板或释放加速器踏板事件，扰动第一A/F比可发生。进一步地，该扰动可致使O2的百分比变化快于NH3的百分比变化。
然后，该例程包括在516处在第二A/F比下测量第二氨浓度。最后，该例程包括在518处基于第一氨浓度和第二氨浓度的差计算湿度。使用给定浓度的气体产生的信号，可以完成该计算。在一个示例中，当氧气为空气质量的5％(约为20∶1空燃比)时，测量第一氨浓度，而当氧气为空气质量的14％(约为50∶1空燃比)时，测量第二氨浓度。如下述图6所示，误差产生于在给定湿度下进行的氨浓度测量。
换句话说，NH3浓度应当保持相对恒定，并且因为在每次氨浓度测量期间氧浓度都是已知的(来自发动机计算的百分比O2或氧传感器测量值)，那么如果第一和第二氨浓度测量值之间存在偏差，则产生的误差来源于湿度。
图6将在下面进行更详细地讨论，其示出这种产生的氨浓度测量的示例。如果该湿度是干燥的(在610处，排气中水蒸气的质量百分比为0％)，则该信号随着双原子氧百分比的上升而上升，EMF信号随着双原子氧百分比下降而下降。如果该湿度是潮湿的(如在670处所示，每千克空气中，水占6％或60g)，则该信号随着双原子氧百分比的上升而下降，并且该信号随着双原子氧百分比下降而上升。
返回到图5，在一个示例中，氨浓度信号中的广义误差可使用示例的差值(delta)计算(例如，在518)：
(第二个氨浓度信号-第一个氨浓度信号)√(((第二个氨浓度信号)^2)/2+((第一个氨浓度信号)^2)/2)
由于示例发动机的动力学特性，在稳态状态下，NH3浓度的变化比百分比O2(即A/F比)的变化慢。结果，来自NH3传感器的EMF的任何变化可基本归因于百分比O2变化和进气湿度(g/kg H2O)。进一步地，上面的示例差值不依赖于氨浓度，仅依赖由氨传感器产生的EMF信号，且不依赖于排气中实际的氨浓度。示例的差值是追踪由排气中的湿度造成的分压的一种方式。进一步地，计算而得的湿度可以是周围环境湿度(如上所讨论)。
一旦该例程在518已经完成基于第一和第二氨浓度的差的湿度计算，该例程可结束。然而，在发动机控制系统中运行的例程500中的另外程序或另外的子例程可运用该计算或推断的湿度值。可选地，(如虚线框所表示的)例程500可继续到520来调节运转参数，以响应于计算而得的周围环境湿度。例如，响应于该周围环境湿度，质量空气流量可增大或减少。同样地，响应于该周围环境湿度，喷射到示例的发动机汽缸(例如，上面通过图1描述的燃烧室30)中的燃料量可增大或减少。在进一步的示例中，响应于检测到的湿度，HVAC系统可增大或减少除湿。在更进一步的示例中，响应于检测到的湿度，EGR阀可增大或减少返回到发动机的EGR量。在再进一步的示例中，排出氧和/或NOX浓度的读数可基于检测到的湿度调节。调节给定的发动机运转参数可被包括为在发动机模式下运转的一部分(例如，上面通过图3描述的第二发动机模式330)。另外，使用有关检测到的湿度的信息，可调节氨浓度，例如在如上面关于图4所述例程400的410处。
用这种方式，可通过氨传感器测量周围环境湿度，且检测到的值可用于控制和改进(refine)发动机控制参数、车辆座舱气候、EGR系统和SCR系统。进一步地，湿度的推断测量具有比添加额外的传感器成本低的优点，且更加可靠，因为存在的零件较少。
进一步地，例程500是指令的一个示例，所述指令在模式期间进行下列操作，即产生第一排气空燃比、在第一排气空燃比下接收氨传感器的第二读数(例如在512)、产生第二排气空燃比(例如在514)、在第二排气空燃比下接收氨传感器的第三读数(例如在516)、基于氨传感器的第二和第三读数之间的差确定周围环境湿度(例如在518)，和基于氨传感器的第一读数喷射还原剂(例如，在322，如上图3中所述)。
图6是示出对于不同的湿度量，一个示例氨传感器测得的湿度的误差和空燃比之间示例关系的曲线图。每个曲线都表示恒定湿度，测量在每千克空气中含有的水蒸气克数。曲线610是干燥曲线(0g/kg)、曲线620是在3g/kg、曲线630是在7g/kg、曲线640是在10g/kg、曲线650是在20g/kg、曲线660是在40g/kg而曲线670是在60g/kg。基于这种趋势，示例的参数图(map)、查找表或类似运算可用来从与氨传感器浓度关联的信号确定湿度，例如如图5中518完成的。
继续图6，在曲线610的一个示例中，干燥的空气进入示例的进气口(例如进气通道42)，空燃比(A/F)从30∶1逐步增加到70∶1，EMF信号从-5mV升高到+25mV。这种变化指示周围环境的空气是干燥的。通过比较，较高的周围环境湿度(例如含有60g H2O/Kg空气的曲线670)，在A/F比的扰动如示例的百分比O2方波振荡(例如，A/F比从30∶1到70∶1的变化)之前和之后，该测量值仍保持恒定在-25mV。用这种方式，来自示例NH3传感器的恒定的EMF测量值可指示湿度。
进一步地，与湿度计饱和值(psychometric saturation value)结合(在一些示例中，该值作为表被存储在控制器12的存储器中)的进气温度读数(例如，如由周围空气温度传感器121监测的)可用来检查和/或校正用于从与氨传感器浓度关联的信号确定湿度(如上所述)的示例参数图、查找表或类似运算的值。在一个示例中，进气空气温度非常寒冷，例如-50华氏度，湿度的湿度计饱和值是0.02g/kg。因此，EMF的变化应当接近线610预测的变化。在另外的示例中，90华氏度的进气空气温度读数具有的湿度计饱和值为31g/kg，或在图6的线650和660之间。所以，对于给定的A/F扰动，例如带有百分比O2方波的A/F扰动，来自NH3传感器的EMF的预期变化应当小。另外，进气空气温度可以与车辆配件是活动的(例如风挡刮水器)指示相结合，从而可以指示湿气的周围环境情况。因此，在不同的温度状态下检查可证实或驳斥用于计算湿度测量值的例如图6中610、620、630等曲线的精确性。
进一步地，仍是校准曲线，例如图6中示出的那些曲线(例如，在610、620等)依赖于NH3传感器的结构和它是如何制造的。所以，A/F和湿度曲线可被指定且不随时间改变。或者，如果确定NH3传感器的结构和制造可导致曲线的变数(基于不同零件的)，则示例传感器或该传感器的连接器的零件识别可确定一组A/F和湿度校准曲线。例如，连接器中可调电阻器或连接器中简单的存储芯片可被示例的控制系统(例如，控制系统14)检测到。在一个示例中，该控制器可参考查找表并具有正确的A/F和湿度图，从而获得周围环境湿度，该查找表和特定的NH3传感器相关。
应注意这里包括的示例的控制和估算例程可以用于各种发动机和/或车辆系统配置中。这里所述的具体例程可以表示任何数量的处理策略中的一种或多种，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种动作、操作、或功能可以按所示的顺序并行执行，或在一些情况下略去。类似地，处理顺序不是实现这里所述的示例性实施例的特征和优点所必须的，而是为了便于说明和描述而提供的。根据所使用的具体策略，可重复执行所示动作或功能中的一个或更多。进一步地，所述动作可以在图形上表示为编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质中的代码。
应理解，这里公开的配置和例程在本质上是示例性的，且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为可以有大量变体。例如，上面的技术可应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4(opposed 4)和其他发动机类型。本公开的主题包括这里公开的各种系统和配置，及其他特征、功能和/或特性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。
权利要求特别指出视为新颖性和非显而显见的特定组合及子组合。这些权利要求可能引用“一个”元素或“第一”元素或其等价物。这种权利要求应当理解为包括一个或更多这种元素的结合，既不要求也不排除两个或更多的这种元素。所公开的特征、功能、元素和/或特性的其他组合和子组合，可以通过目前权利要求的修改或通过本申请或相关申请中给出新权利要求来要求保护。
这种权利要求，无论是在范围上比原始权利要求更宽、更窄、等同或不同，都应视为包括在本公开的主题内。

Claims (10)

1.一种用于发动机的方法，该发动机具有包含氨传感器的排气装置，所述方法包括：
响应于周围环境湿度，调节运转参数，所述周围环境湿度基于在第一排气空燃比下的第一氨传感器读数和在第二排气空燃比下的第二氨传感器读数，其中在识别所述第一氨传感器读数和所述第二氨传感器读数时发动机排气流速处于稳态，并且操作员命令是稳定的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述运转参数是发动机参数，并且其中所述第一传感器读数是第一氨浓度，所述第二氨传感器读数是第二氨浓度，其中所述排气空燃比在所述第一排气空燃比和所述第二排气空燃比之间摆动。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述周围环境湿度基于所述第一氨浓度和所述第二氨浓度之间的差，并进一步基于排气中水蒸气的分压。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一空燃比不同于所述第二空燃比，第一空燃比为稀空燃比且第二空燃比为稀空燃比。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过以方波图样调节燃油喷射，在稳定的排气流状态期间使排气空燃比在所述第一排气空燃比和所述第二排气空燃比之间扰动。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括响应于操作员命令的踩加速器踏板或释放加速器踏板，将排气空燃比在所述第一排气空燃比和所述第二排气空燃比之间扰动。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述氨传感器包括：
包括氨电极和NOX电极的第一绝缘层，所述氨电极耦合到第一接触垫片，所述NOX电极耦合到第二接触垫片；
包括参考电极的第二绝缘层，所述参考电极耦合到另外的接触垫片；和
电解液，每个电极与所述电解液物理连通并且离子连通，且第一层、第二层和电解液都设置在箱体内。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述氨传感器位于选择性催化还原催化剂的下游，所述催化剂通过尿素喷射接收尿素。
9.一种使用发动机排气SCR系统中的氨传感器的方法，包括：
在第一模式下，通过在两个不同的空燃比期间经由所述氨传感器测量氨浓度识别周围环境湿度，所述测量响应于潜在湿度变化的指示，其中在识别所述第一氨传感器读数和所述第二氨传感器读数时发动机排气流速处于稳态，并且操作员命令是稳定的。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：
在第二模式下，通过来自所述氨传感器的反馈来控制氨喷射剂量，其中在所述第一模式期间，氨喷射剂量不依赖于当前氨传感器反馈，而基于上一个氨传感器反馈。
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