CN102621212A

CN102621212A - 确定气流中氧浓度o2的方法

Info

Publication number: CN102621212A
Application number: CN2012100202165A
Authority: CN
Inventors: C·W·维吉尔德; D·罗杰; A·库斯克
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2012-01-29
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2032-01-29
Also published as: US20120186564A1; CN102621212B; US20150267627A1; US10323583B2; US9051892B2; DE102011003095A1

Abstract

本发明提供使用氧传感器确定氧浓度的实施例。在一个示例中，确定内燃发动机气流中氧浓度O₂的方法包括通过电流I_Sens确定传感器陶瓷测量单元中气流的氧浓度O_2，sens，该内燃发动机装配有发动机控制器和氧传感器，电流I_Sens是通过测量检测的并在施加和保持恒定电压U_Sens时流过，并基于测量单元的压力p_Sens校正氧浓度。以此方式，测量的氧浓度可基于在传感器的空气压力被校正。

Description

确定气流中氧浓度O2的方法

相关申请

本申请要求2011年1月25日提交的德国专利申请NO.102011003095.6的优先权，其全部内容为所有目的通过参考并入本文。

技术领域

本公开涉及确定内燃发动机气流中氧浓度O₂的方法，所述内燃发动机装配有发动机控制器和氧传感器。

背景技术

内燃发动机通常装配有至少一个氧传感器，其可设置在进气系统的进口侧和/或在排气排放系统的出口侧。氧浓度O₂的知识在内燃发动机控制中用于不同目的。

设置在内燃发动机进气系统中的传感器可例如用于控制排气再循环系统，即调节再循环率。

排气再循环(EGR)即从内燃发动机的出口侧再循环燃烧气体至内燃发动机的进口侧，其特别用于降低氮氧化物的排放。随着再循环率的增加，氮氧化物排放可被显著降低。

这里，排气再循环率x_EGR被确定为x_EGR＝m_EGR/(m_EGR+m_新鲜空气)，其中m_EGR表示再循环排气的量，而m_新鲜空气表示供应的新鲜空气。为了获得氮氧化物排放的显著降低，需要较高的排气再循环率x_EGR，其可高达到70％。

为了使得充气空气接触传感器，其中充气空气除了新鲜空气，还可含再循环排气，传感器可设置在EGR进入进气管路的再循环管路开口的下游。

传感器检测充气流中的氧浓度O₂，下面的等式需要考虑该浓度，用于确定由燃烧产生的进气百分比的比例F_进气，和/或确定再循环率x_EGR。因此，使用该传感器可调节EGR的再循环率x_EGR，即，可致动关闭元件，其优选设置在再循环管路中且用作EGR阀门以便调节再循环率。

在某些假设下，可以该方式实现EGR的闭环控制，例如，如果仅提供单个排气再循环管路。而且，利用传感器检测的氧浓度O₂或比例F_进气可以用来确定排气中氮氧化物浓度C_NOx，排气，即，未处理的氮氧化物NO_x排放。这里，可以免除昂贵的NO_x传感器，其设置在排气排放系统中，以便确定排气中氮氧化物浓度C_NOx，排气和/或用于调节EGR阀门，即调节再循环的排气量。

在内燃发动机由排气涡轮增压器增压且装配低压EGR结构(其中再循环管路从涡轮机下游的排气管路分支并进入压缩机上游的进气管路)的情形中，氧传感器优选设置在压缩机的下游和可提供的充气冷却器的上游。

一方面，由低压EGR再循环的后处理排气确保传感器不被排气中包含的烟尘微粒和/或排气中包含的油污染。另一方面，在被压缩机压缩后，进气处于提升的温度。后一事实有助于通常装配有电加热机构饿传感器达到并保持其运行温度。

然而，为降低污染物排放，除了热排气再循环，其他措施也是必要的。因此，内燃发动机通常装配有多个排气后处理系统。

对于未燃烧碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)的氧化，氧化催化转换器被提供在排气系统中。如果氮氧化物(NO_x)被额外减少，在奥托发动机的情形中，这可通过利用三元催化转换器实现，但为此目的要求窄限内的化学计量运行(λ≈1)。

为了降低氮氧化物，要么使用选择性催化剂转换器，其中以针对性方式将还原剂引入排气以便选择性还原氮氧化物，要么使用氮氧化物存储催化转换器，其中氮氧化物首先被吸收，即被收集和存储在催化剂转换器中，然后在缺少氧的再生阶段被还原。

根据前面的系统，为了最小化烟尘微粒的排放，使用所谓的再生微粒过滤器，其从排气中过滤烟尘微粒并将其存储，所述烟尘微粒在过滤器再生过程中被间歇地烧掉。

为了监视上述排气后处理系统和/或检查其功能容量，设置在内燃发动机排气排放系统出口侧的氧传感器可被使用并且可以是有利的，因为后处理系统中发生的反应改变了排气中，即本情形中相关的气流中的氧浓度O₂。

为了改进内燃发动机排放行为并基本改进内燃发动机的运行，可提供高质量控制和/或调节，即尽可能精确地控制和/或调节排气排放系统提供的排气后处理系统和影响充气成分的排气再循环系统。

高质量控制和/或调节假定传感器输出的信号尽可能准确，具体地，氧传感器检测的氧浓度和/或提供给发动机控制器的氧浓度进一步被使用会具有最低可能误差。

然而，常规氧传感器被校准从而输出氧浓度，假定传感器内氧的压力单一恒定。传感器内氧气压力频繁波动将导致测量的氧浓度有误差。

发明内容

本发明人认识到上述方法的问题并提供至少部分解决这些问题的方法。在一个实施例中，在装配有发动机控制器和氧传感器的内燃发动机的气流中确定氧浓度的方法包括在传感器陶瓷测量单元内通过电流确定气流的氧浓度，该电流可通过测量检测并在应用和保持恒定电压时流过，还包括基于测量单元内压力校正氧浓度。

以此方式，根据本公开的方法考虑气流中压力p_Sens改变和因此传感器测量单元中压力p_Sens改变并对传感器提供的氧浓度O_2，sens有影响。这允许显著改进内燃发动机的控制和/或调节。

单独或结合附图，本说明上面的优点和其他优点、和特征将从下面具体实施例中明显看出。

应该理解，上面的发明内容被提供以简化形式选择概念，这些概念在具体实施例中被进一步说明。这不是为了指明所要求主题的关键或基本特征，其范围是通过权利要求唯一限定的。而且，所要求的主题不限于解决上述或本公开任何部分中指出的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1a示意示出氧传感器的构造。

图1b在绘图中示出传感器电流I_Sens和氧浓度O_2，sens之间函数关系。

图2示意示出具有传感器的内燃发动机的实施例。

图3是根据本发明实施例运行具有LP-EGR和HP-EGR系统的增压内燃发动机的示例方法的流程图。

图4以流程图的形式示出确定氧浓度O₂的方法的变型。

具体实施方式

氧传感器利用包括隔开的自由端的测量单元。在测量单元的自由端之间施加并维持恒电压U_Sens，其中氧分子产生并在自由端之间流动的电流I_Sens通过测量被检测(参看图1a)。确定氧浓度O₂的传感器的基本测量原理是基于这样的事实，即气流中氧浓度O₂与通过测量检测的电流I_Sens成比例。

从前面系统中已知的氧传感器具有陶瓷构造的测量单元，其中在测量单元附近流动的气流经扩散通道进入。氧气泵设置在测量单元中，其可通过电子泵电流I_Sens调节。通过调节泵电流I_Sens维持泵端子间恒定的电压U_Sens。如果电压U_Sens保持恒定，则在经扩散通道的氧气供给和经氧气泵的氧气排放之间已经建立平衡，其中氧浓度可基于为此目的要求的泵电流I_Sens确定，该电流是通过测量被检测(参看图1a)。确定氧浓度O₂的传感器的根本测量原理是基于这样的事实，即气流中氧浓度O₂与通过测量检测的电流I_Sens近似成比例。

从图1b可看出，氧浓度O_2，sens和通过测量检测的电流I_Sens之间存在函数关系。采用下面的关系：

O_2，sens＝f(I_Sens)

图1b示出函数关系，其中传感器电流I_Sens被绘制在横坐标上，单位为[mA]，氧浓度O_2，sens被绘制纵坐标上，单位为[Vol％]。

因为，首先传感器电流I_Sens的大小是从单位时间氧气分子的数目测量的，其用作电荷载流子，且其次按照图1b，绘制氧浓度，单位为[Vol％]，所以如果在测量单元处气流密度，即压力p_Sens改变，图1b中示出的线性函数的梯度f(I_Sens)也改变。

前面系统已知的方法没有考虑压力对传感器输出的氧气O_2，sens浓度的影响。实际上，单个特定压力p₀的函数关系O_2，sens＝f(I_Sens)被确定并存储在发动机控制器中以便进一步使用。

如果在测量单元中，基于函数关系f(I_Sens)，实际存在/流行(prevail)压力p_sens高于压力p₀，即p_sens＞p₀，则传感器输出过高氧浓度O_2，sens，单位为[Vol％]。相比来讲，如果p_sens＜p₀，则传感器输出过低氧浓度O_2，sens，即，在气流中实际出现低于氧浓度O_2，tat的氧浓度。

不正确地确定的氧浓度O₂对内燃发动机的控制和/或调节质量具有不利影响，即，对排气后处理系统的控制和/或调节和排气再循环，以及因此的排放行为的质量具有不利影响。

具体地，在增压内燃发动机的情形中，其中压力条件可剧烈改变，不考虑压力对传感器提供的氧浓度O₂的影响的事实会产生消极影响。

第一子目标是利用确定内燃发动机气流中氧浓度O₂的方法实现的，内燃发动机装配有发动机控制器和氧传感器，其中气流氧浓度O_2，sens利用电流I_Sens在传感器测量单元中被确定，该测量单元具有陶瓷构造，该电流I_Sens可通过测量能被检测，且当在施加并维持恒定电压U_Sens时流过，且该方法特征在于在测量单元的压力p_Sens也被考虑用于确定氧浓度O₂。

这里，考虑气流中存在的压力可以以显著不同的方式实现。例如，多个不同压力p_Sens，i，不同函数O_2，sens＝f_i(I_Sens)可存储在发动机控制器中并被使用。然后，为了确定氧浓度O₂，在第一方法步骤中，气流中压力被确定。这可通过数学方法或类似地通过传感器测量实现。然后，由测量检测的传感器电流I_Sens以及在测量单元的压力p_Sens均用作发动机控制器的输入信号，其中首先对应于当前存在压力p_Sens的函数f_i(I_Sens)被确定，且随后，氧浓度O_2，sens是用所述函数和当前电流I_Sens读出的。一个函数或多个函数f_i(I_Sens)可在发动机控制器中存储为表格或查询表。

下面的例子是有利的，其中压力p_Sens是通过传感器测量被检测。很多内燃发动机已经装配有至少一个压力传感器。增压内燃发动机通常具有检测充气压力的压力传感器，即利用压缩机进行的单级或双级压缩下游的充气-空气流的压力。因为在增压内燃发动机中，由于随着充气压力的较高的温度水平，氧传感器优选也设置在压缩机的下游，所以充气压力传感器将同时输出氧传感器测量单元中存在的压力p_Sens，以便在根据本公开的方法的情形中用于确定压力，可使用现有传感器，且无需提供额外传感器。

此外，压力传感器不仅用在内燃发动机的进气系统中，而且用在排气排放系统中。作为微粒过滤器再生开始的标准，常常考虑过滤器上游中存在的排气反压，即，过滤器上游气流中压力，其随过滤器中微粒质量增加而升高。所述排气反压在过滤器上游提供的氧传感器中也流行，以便排气反压描述，即表示传感器测量单元中存在的压力p_Sens。

然而，下面的例子也是有利的，其中压力p_Sens是通过模型被数学确定的。也可使用多个数学模型。作为起点，环境压力至少近似已知且存在在进气系统的进口和排气排放系统的出口，实际上，内燃发动机管路系统的任何所需点的压力可通过模拟被计算，即估计。

数学确定也与通过测量的压力检测结合，即，采用压力传感器检测的压力作为起始点。例如，在增压内燃发动机的情形中，如果通过传感器测量检测的充气压力存在，则采用所述压力作为起始点，可能的是通过模拟计算推导压缩机上游压力，该压力然后构成设置在压缩机上游的氧传感器的测量单元处的压力p_Sens。

下面的示例是有利的，其中确定氧浓度O₂中还考虑传感器灵敏度的变化。氧传感器灵敏度波动，具体地首先由于生产相关的公差导致的不同传感器间的波动，即，传感器在离开工厂时就已经具有不同的灵敏度，其次即便在单个传感器中，由于运行和/或传感器运行过程中所受的外部影响。在此背景下，传感器被排气成分污染和传感器由于热负载导致的热老化也起主导作用。

在氧浓度O₂确定中，还可考虑原始灵敏度和/或传感器运行过程中出现的灵敏度变化中的差别，即补偿。这方面，下面的例子是有利的，其中校正的氧浓度O_2，cor是用下面的等式确定的：

O_2，cor＝f(I_Sens)*f(p_Sens)*C_adap

其中C_adap是变化系数，其是无量纲系数，借助该系数可补偿传感器灵敏度的变化。函数f(p_Sens)用于补偿压力变化，即考虑气流中变化压力p_Sens。

注意，在此，一般表达“氧浓度O₂”是总称术语，该总称术语包括不同的具体氧浓度，特别是传感器输出的氧浓度O_2，Sens和校正的氧浓度O_2，cor。

结合讨论的实施例，下面的方法变型是有利的，其中校正的氧浓度O_2，cor是用如下等式确定：

O_{2, cor} = O_{2, sens} (\frac{K_{p} + p_{0}}{K_{p} + p_{sens}} \frac{p_{sens}}{p_{0}}) C_{adap} - - - (1),

其中p₀是预定义的参考压力，O_2，sens是由传感器提供作为输出信号的氧浓度，且K_p是压力系数，其用于补偿压力p_sens与参考压力p₀的偏差。

由传感器输出作为输出信号的氧浓度O_2，sens原则上受误差影响，因为其既不考虑灵敏度变化也不考虑压力变化。

除了前面解释的C_adap系数，校正也通过如下函数实现：

f (p_{Sens}) = (\frac{K_{p} + p_{0}}{K_{p} + p_{sens}} \frac{p_{sens}}{p_{0}})

函数f(p_Sens)用于补偿压力变化，即考虑气流中的变化压力p_Sens。作为参考压力p₀，优选但不强制使用环境压力p_atm。因为气流中压力p_Sens是数学确定的和/或测量检测的，系数K_p是函数f(p_Sens)中唯一未知数。如果气流中压力p_Sens对应于参考压力p₀，对于该压力确定函数f(I_Sens)，则不要求关于压力偏差的补偿。因此，函数f(p_Sens)采用值1。应用下面的关系：f(p_Sens＝p₀)＝1。

下面的示例是有利的，其中系数C_adap和K_p是在发动机控制器校准过程中确定的。在校准过程中，执行迭代，其包括可预定义次数n个迭代步骤，例如，n＝10，其中可预定义系数C_adap和K_p的起始值。

因为系数C_adap也考虑原始灵敏度的差别，因此所述系数也是新传感器的质量特征，即首次使用前的传感器。这方面，对于系数C_adap，预定义值范围是有利的，在该范围内，系数可位于例如0.95＜C_adap＜1.05或0.9＜C_adap＜1.1之间。对于迭代，然后选择起始值，其类似地位于预定义的值范围内。

对于压力系数K_p，值范围可相似地预定义，在该范围内，系数K_p应该位于例如1.1＜K_p＜1.7或1.2＜K_p＜1.6。

下面的示例是有利的，其中校准是在内燃发动机的运行状态执行的，在该状态中气流中校正的氧浓度O_2，cor已知。

为了能够用等式(1)执行校准或迭代，需要校正的知识，即实际氧浓度O_2，cor。在此方面，气流中校准的，即实际氧浓度O_2，cor是已知，在内燃发动机运行状态中执行校准是有利的。然后等式(1)仅含两个未知量，具体是系数C_adap和K_p。

这里，下面的方法实施例是有利的，其中校准是在气流中氧浓度O₂或O_2，cor对应于环境空气中氧浓度O_2，atm时进行的，即在干燥环境空气中，适用下面的关系：O_2，cor＝O_2，atm≈21％。

下面的方法实施例是有利的，其中校准是在内燃发动机过载模式(overrun mode)下执行的，也称为减速燃料切断/关闭。在过载模式中，内燃发动机的燃料供应基本无效，这样仅新鲜空气被供应或吸入并流过汽缸和进气系统以及排气排放系统。因此，由新鲜空气组成的气流中氧浓度对应于环境空气中氧浓度。在干燥环境空气中，下面的关系适用：O_2，cor＝O_2，atm≈21％。

在几个工作循环后，导气管路被新鲜空气充分填充，特别地，排气排放系统的管路和可能的非无效的排气再循环系统的管路，这样确保进气和排气排放系统的每个点都有新鲜空气。结果，氧传感器的氧浓度在任何情形都对应于环境空气中氧浓度，而无论传感器设置的位置。

由于上述原因，下面的示例是有利的，其中校正在内燃发动机进入过载模式后执行n个工作循环。

如前面指出，下面的方法实施例是有利的，其中为了执行系数C_adap和K_p的校准，值范围被预定在系数可位于的范围内。本实施例不仅指明两个系数的起始值，而且系数的所有值在校准或迭代过程中都在预定范围内。

执行上述方法的氧传感器是利用这样的氧传感器执行的，其中通过测量检测并在恒定电压U_Sens流入传感器具有陶瓷构造的测量单元的电流I_Sens用于通过发动机控制器确定内燃发动机气流氧浓度O₂，该氧传感器特征在于通过测量进行的检测压力p_Sens的元件被提供在传感器测量单元上。

结合根据本公开的方法指出的方法类似适用于根据本公开的氧传感器。

因为，在根据本公开的方法中，气流中压力p_Sens被考虑到氧浓度O₂的确定，在氧气浓度也被确定的精确位置确定压力是极其有利的，特别是在传感器测量单元处或其中。

根据本公开的传感器也提供进一步的优点。在普通元件中氧气和压力传感器的整体设计，即测量探针，例如降低了组装成本，因为可仅安装单个传感器，而非两个传感器，且因此也减少供应成本。检测压力p_Sens和氧浓度O₂的传感器的空间要求也类似减少。

传感器的示例是有利的，其中提供了通过测量进行检测传感器测量单元温度T_Sens的元件。类似于压力p_Sens，温度T_Sens也对气流密度有影响。因此，温度的检测对确定的氧浓度的质量提高有贡献。

增压内燃发动机中，进气系统装配有排气涡轮增压器的压缩机和设置在压缩机下游的充气-空气冷却器，这样的示例是有利的，其中氧传感器设置在压缩机和充气-空气冷却器之间。

图2示意示出具有传感器15的内燃发动机1的实施例，该内燃发动机具有至少一个汽缸2。在本公开的背景下，表达“内燃发动机”包括柴油发动机、火花点火发动机、和混合动力内燃发动机。

每个汽缸2具有一个进口开口并经在进口侧5a提供的进气系统3供给充气。进气系统3不仅包括进气管路4而且包括通向汽缸2的进口开口的进口歧管6。为了排放排气，每个汽缸2具有邻接排气管路7的至少一个出口开口。

图2中示出的内燃发动机1由排气涡轮增压器8增压，并装配有排气再循环装置9、12。充气机(charger)8具有设置在排气管路7中的涡轮机8b，设置在进气管路4中的压缩机8a。为了形成低压EGR装置9，提供再循环管路9a从涡轮8b的下游的排气管路7分支并在压缩机8a上游展开进入进气管路4，且其中在压缩机8a上游设置冷却器9b从而在排气与新鲜空气混合前降低热排气流温度，该新鲜空气是经进气管路4通过空气过滤器3a吸入的。而且切断元件9d被设置在再循环管路9a中，其用作低压EGR阀9d并用于调节经低压EGR装置9再循环的排气量。低压EGR装置9具有旁通冷却器9b的旁通管路9c。

在再循环管路9a分支的上游，排气管路7中设置两个排气后处理系统14，具体为氧化催化转换器14a和微粒过滤器14b，其确保仅后处理的排气经低压EGR装置9进入进气系统3。

因为从排气管路7到进气管路4的排气再循环要求压力差，即压力梯度，所以提供调节排气反压的系统11。设置在排气管路7中的节流阀13装配有旁通管路11a。通过适当调节装配在旁通管路11a中的节流阀13和切断元件11b，节流阀13上游的排气反压可改变并且被控制。

经低压EGR装置9引入到进气管路4的排气与新鲜空气混合。因此形成的充气被供应给压缩机8a并被压缩。压缩机8a的下游，压缩的充气然后在充气冷却器10中冷却，充气冷却器10被提供在进气管路4中。

充气冷却器10位于至少一个汽缸2的至少一个进口开口上方。进气系统3中测量高度在从充气冷却器10的进口10a朝向汽缸2的流动方向上降低，以便在流动方向上有连续向下斜度。这也因为充气冷却器10的进口10a设置的测量高度比充气冷却器10的出口10b高而被实现。因而防止累积和突然导入冷凝液，特别是冷凝的水。

为了能够产生非常高的再循环速率，提供额外的排气再循环装置12。为了形成所述高压力EGR装置12，提供管路12a，其从涡轮8b上游的排气管路7分支并展开进入充气冷却器10下游的进气系统3。为了调节经高压EGR装置12再循环的排气量，用作高压EGR阀12b的切断元件12b设置在管路12a中。

检测充气中氧浓度O_2，Sens的传感器15提供在进入进气管路4的再循环管路9a的开口的下游。传感器15设置在压缩机8a的下游的压缩机8a和充气冷却器10之间，以便仅经低压EGR装置9再循环的排气通过传感器15。

随着它流经压缩机8a，由新鲜空气和排气混合物组成的充气匀质化，这改善测量的质量，因为利用传感器15检测的浓度O₂可被视为充气流的表示。

压缩机8a下游的充气温度是由于压缩而升高的，其反作用于冷凝的水并有助于传感器15达到运行温度。

如果排气再循环9、12仅经低压EGR装置9发生，即高压EGR结构12未起作用/未激活，低压EGR装置9可通过闭环控制运行。

传感器15检测的氧浓度O_2，Sens可用于确定燃烧产生的充气百分数的比例F_intake，和/或确定再循环率x_EGR。使用传感器15可以调节低压EGR装置9的再循环率x_EGR，即，设置在再循环管路9a中的切断元件9d被致动以便调节再循环率。排气中氮氧化物浓度C_{NOx，exhaust}可基于氧浓度被类似确定。

图2中示出的控制器112作为常规微计算机，其包括：微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、只读存储器(ROM)106、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110、和常规数据总线。控制器112可包括指令，该指令是可执行从而执行一个或更多控制程序。控制器112被示出从联接至发动机1的传感器接收不同信号，如来自传感器15的输入，以及图2所示的其他传感器。示例传感器包括感测发动机冷却剂温度(ECT)的温度传感器，联接到加速器踏板用于感测加速器位置的位置传感器，联接到进气歧管测量发动机歧管压力(MAP)的压力传感器，由感测曲柄轴位置的霍尔传感器的发动机位置传感器，测量进入发动机的空气量的传感器(如热线空气流量计)，和测量节气门位置的传感器。气压也可被感测以便由控制器112处理。在本说明的优选方面，发动机位置传感器可在曲柄轴每转中产生预定数目的等间隔脉冲，以便确定发动机速度(RPM)。控制器112也可基于从不同发动机传感器接收的信号反馈输出信号至发动机的不同致动器，如阀9d、11b和12b。

因此，图2中的系统为包括氧传感器的内燃发动机提供氧传感器系统，氧传感器包括陶瓷测量单元，其中电流I_Sens是在恒定电压U_Sens通过测量检测的，从而确定内燃发动机气流的氧浓度，还包括提供在陶瓷测量单元上的压力p_Sens测量的元件。氧传感器系统也包括发动机控制器，控制器包括基于压力测量校正所确定的氧浓度的指令。

图3是图示说明方法300的流程图，其示出基于设置在发动机进气中的传感器的反馈控制LP-EGR和/或HP-EGR系统。方法300可通过车辆控制系统，如控制器112，响应从不同发动机传感器，如氧传感器(如图2中传感器15)接收的信号执行。

在302，方法300包括确定发动机的运行参数。发动机运行参数可包括发动机速度、负载、温度、MAP、等等。确定发动机运行参数可包括确定上述不同校正系数是否被设定在控制器的存储器中，如压力系数K_p和变化系数C_adap。

在304，确定压力系数和变化系数是否是已知的。如果未确定，则压力系数和变化系数可在选择运行条件过程中设定，选择运行条件包括当进气中氧浓度已知时，如在减速燃料切断过程中。因此，如果压力和变化系数未知，则方法300进入到306从而确定进气中氧浓度是否已知。在某些运行条件下，进气中氧浓度可基本等于环境氧浓度，如在减速燃料切断过程中，燃料喷射停止时(但进气仍然通过汽缸泵送)。

如果进气氧浓度未知，则方法300返回继续确定运行参数。如果氧浓度已知，则方法300进入308从而基于已知的氧浓度以及测量的进气空气压力设定压力和变化系数值。这些可基于下面的等式确定：

O_{2, cor} = O_{2, sens} (\frac{K_{p} + p_{0}}{K_{p} + p_{sens}} \frac{p_{sens}}{p_{0}}) C_{adap}

在压力和变化系数值设定后，其可被存储在控制器的存储器中供以后用于校正测量氧浓度，如在310，这里进气空气氧浓度是用进气传感器测量的。如果在304确定压力和变化系数是已知的，进气氧浓度可通过传感器测量。在312，测量进气空气氧浓度可包括用已知的压力和变化系数校正测量的氧浓度，以及用测量的进气空气压力校正，如从进气传感器的压力传感器部分确定的。测量的氧浓度可用以上等式校正。

在314，确定EGR是否启动。EGR可根据运行参数启动。例如，如果发动机温度低于阈值，如果发动机速度和负载低于阈值(如，发动机处于怠速)等，则EGR不启动。如果EGR未启动，则方法300进入316从而关闭LP-EGR和HP-EGR阀。如果EGR启动，则方法300进入318从而基于运行参数设定所需EGR率。所需EGR率可以以合适方式设定，如基于控制器存储器中的表格，并可基于发动机速度和负载确定。进一步，根据发动机速度和负载以及其他运行参数，LP-EGR系统可以以所需比率启动，HP-EGR系统可以以所需比率启动，或LP-EGR和HP-EGR系统都以所需比率启动。

在320，方法300包括确定LP-EGR是否启动。如果LP-EGR启动，则方法300进入326从而基于氧传感器的反馈调节LP-EGR阀。氧传感器可指示包括EGR的进气空气的相对百分比，且因此LP-EGR阀门可基于来自传感器的反馈调节从而达到所需EGR率。进一步，在某些实施例中，传感器可以用于确定充气，以及因此确定EGR中NO_x浓度。LP-EGR阀可被调节从而控制排气中NO_x的量，例如阀可被打开以增大EGR率且因此降低NO_x浓度。进一步，在某些示例中，如果HP-EGR系统也启动(如在318通过发动机运行参数确定)，则在328，HP-EGR阀可基于流经HP-EGR系统的估计流量被控制。流量可基于确定的HP-EGR阀位置、确定的LP-EGR阀的位置、在HP-EGR阀上游和/或下游确定的压力被估计。

进一步，校正氧浓度时进行的压力测量可在发动机运行时用于其他功能。例如，如果仅LP-EGR系统启动(或无EGR启动)，则压力测量可以用于近似歧管绝对压力(MAP)。该压力测量可支持歧管中MAP传感器，或可以用来验证MAP传感器是否正常工作。在某些实施例中，在330，当HP-EGR没有流动时，压力测量可以用来调节燃料喷射量，从而保持汽缸中所需的燃烧空气-燃料比。

如果LP-EGR未启动，仅HP-EGR启动，则方法300进入332从而调节HP-EGR阀提供所需的EGR率。在某些实施例中，在324，如当传感器位于进气中HP-EGR进口下游时，HP-EGR阀可基于传感器反馈被调节。然而，在传感器位于HP-EGR进口上游的实施例中(如图2中所示实施例)，HP-EGR不能基于传感器反馈被控制，但可仅基于存储在控制器的存储器中表格和估计的流经HP-EGR系统的流量被控制，如上所述。一旦关闭阀或调节LP-EGR和/或HP-EGR阀，则方法300返回。

因此，图5中方法提供运行包括LP-EGR和HP-EGR系统的增压内燃发动机。该方法包括至少以进气空气的测量压力校正测量的进气空气氧浓度，和如果LP-EGR系统启动，基于校正的测量的进气空气氧浓度调节LP-EGR阀。该方法也可包括，如果HP-EGR系统启动，基于估计的HP-EGR流量调节HP-EGR阀，基于压力系数和变化系数校正测量的进气空气氧浓度，和/或在选择条件过程中，设定压力系数和变化系数，该条件包括已知进气空气氧浓度，如减速燃料切断。

以该方式，如果仅HP-EGR或LP-EGR系统启动，则启动系统的闭环控制可通过进气中氧传感器被改进，这样提供的EGR率判断比排气中氧传感器更精确，或比估计EGR流量的其他机构更精确。通过氧传感器确定的氧浓度可校正进气中存在的压力，从而增大在某些条件下传感器读数的精度。

如果HP-EGR和LP-EGR系统启动，则LP-EGR阀可基于传感器反馈被控制，同时HP-EGR系统可基于估计的EGR流量被控制。LP-EGR系统的反馈可提供精确LP-EGR率，且HP-EGR阀门可基于估计的EGR流量被控制，其可包括确定的LP-EGR阀位置。以该方式，HP-EGR系统可经氧传感器的反馈被间接控制。

图4以高度简化的流程图形式示意性地示出确定氧浓度O₂的方法。首先在402检查是否存在传感器校正的边界条件。如果不存在，则方法被中止。如果存在边界条件，则首先气流中的压力p_Sens，即在测量单元中的气流压力p_Sens被数学确定，或在404通过传感器测量。

在该方法的进一步过程中，在406确定系数C_adap和K_p。为此，执行迭代，其包括n次迭代步骤。在迭代开始时，系数C_adap和K_p的起始值是预定的。校准和迭代过程中，两个系数可在预定值范围内。如果两个系数中的一个偏离预定值范围，则迭代被中止且因此校准被中止。

也可以是这样的情形，在校准要求的模式，内燃发动机没有运行足够长时间，例如，在过载模式中。然后，在某些情形下，可用时间不足以执行n次迭代步骤，为此原因，可以在独立的方法步骤中检查在迭代过程中是否产生足够用于校准传感器的数据量。如果不足，则传感器依然使用系数C_adap在灵敏度方面被校准，其中依然忽略压力影响，如传统系统中。

在该方法的进一步过程中，使用如下等式：

O_{2, cor} = O_{2, sens} (\frac{K_{p} + p_{0}}{K_{p} + p_{sens}} \frac{p_{sens}}{p_{0}}) C_{adap}

然后在408确定氧浓度O_2，cor。参考压力p₀存储在发动机控制器中。氧传感器输出气流中氧浓度O_2，sens。

应该理解，本文公开的配置和方法本质上是示例性的，且这些具体实施例不被当作是限制性的，因为无数变型都是可能的。例如，上面技术可应用于V-6、L-4、L-6、V-12、对置4、和其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各个系统和配置、以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。

权利要求特别指出关于新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可提及元件或“第一”元件或其等效物。这种权利要求应理解为包括一个或更多这种元件，既不要求也不排除两个或更多这样的元件。本文公开特征、功能、元素、和/或特性的其他组合和子组合可在本申请或相关申请中通过修改当前权利要求或通过提供新权利要求被保护。这种权利要求，不管与原始权利要求相比范围更宽、更窄、等同、或不同都被视为包括在本公开的主题范围内。

Claims

1.一种确定内燃发动机气流中氧浓度O₂的方法，所述内燃发动机装配有发动机控制器和氧传感器，所述方法包括：

通过测量检测的并在施加和维持恒定电压U_Sens时流过的电流I_Sens确定所述传感器陶瓷测量单元中气流的氧浓度O_2，sens；以及

基于所述测量单元的压力p_Sens校正所述氧浓度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述压力p_Sens是通过压力传感器测量被检测。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述压力p_Sens是通过模型被数学确定。

4.根据权利要求1所述的方法，其中校正所述氧浓度还包括基于所述氧传感器的灵敏度变化校正所述氧浓度。

5.根据权利要求4所述的方法，其中校正氧浓度还包括基于无量纲系数，C_adap，校正所述氧浓度，借助所述无量纲系数可补偿所述氧传感器的灵敏度变化。

6.根据权利要求5所述的方法，其中校正所述氧浓度还包括基于可预定参考压力p₀，和压力系数K_p校正所述氧浓度，其中所述氧浓度被提供为所述氧传感器输出信号O_2，sens，借助所述压力系数K_p可补偿压力p_Sens与参考压力p₀的偏差。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述系数C_adap和K_p是在所述发动机控制器校准过程中被确定的。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述校准是在内燃发动机运行状态中进行的，其中气流中校正的氧浓度O_2，cor是已知的。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述校准是在气流中校正的氧浓度O_2，cor对应于环境空气中氧浓度O_2，atm时执行的。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述校准是在内燃发动机过载模式中执行的。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述校准在内燃发动机开始过载模式后执行n个工作循环。

12.根据权利要求11所述的方法，其中为了执行校准，系数C_adap和K_p的值范围是预定的。

13.一种用于内燃发动机的氧传感器系统，其包括：

氧传感器，其包括：

陶瓷测量单元，其中电流I_Sens是在恒定电压U_Sens通过测量被检测的，从而确定所述内燃发动机气流中的氧浓度O₂；以及

在所述陶瓷测量单元上提供的测量压力p_Sens的元件；以及

发动机控制器，其包括基于压力测量校正所述确定的氧浓度的指令。

14.根据权利要求13所述的氧传感器系统，其中在所述氧传感器的陶瓷测量单元处提供了测量温度T_Sens的元件。

15.根据权利要求13所述的氧传感器系统，其中所述氧传感器被提供在所述内燃发动机的进气系统中，该内燃发动机进气系统中装配有排气涡轮增压器的压缩机和设置在所述压缩机下游的充气冷却器，其中所述氧传感器设置在所述压缩机和所述充气冷却器之间。

16.一种运行包括LP-EGR和HP-EGR系统的增压内燃发动机的方法，其包括：

至少以测量的进气空气压力校正测量的充气氧浓度；以及

如果LP-EGR系统启动，则基于所述校正的测量的进气空气氧浓度调节LP-EGR阀。

17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：

如果所述HP-EGR系统启动，则基于估计的HP-EGR流量调节HP-EGR阀；以及

如果仅LP-EGR系统启动，则基于测量的进气空气压力调节燃料喷射量，从而维持所需的燃烧空气-燃料比。

18.根据权利要求16所述的方法，其中校正所述测量的进气空气氧浓度还包括基于压力系数和改变系数校正所述测量的进气空气氧浓度。

19.根据权利要求18所述的方法，其中基于所述压力系数和改变系数校正所述测量的进气空气氧浓度还包括在选择条件过程中设定所述压力系数和改变系数，该条件包括已知的进气空气氧浓度。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述选择条件包括减速燃料切断。