CN104454200A - 用于调节氧传感器的加热功率以减少因水退化的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开用于调节氧传感器的加热功率以减少因水退化的方法和系统。提供了用于调节氧传感器的加热功率的系统和方法。在一个例子中，一种用于发动机的方法包括当加热功率增加阈值量时调节氧传感器的加热元件的加热功率。该方法还包括其后响应于该加热元件的温度增加加热功率回到基线功率水平。

Description

用于调节氧传感器的加热功率以减少因水退化的方法和系统
相关申请的交叉参考
本申请要求2013年9月13日提交的名称为“METHODS AND SYSTEMSFOR ADJUSTING HEATER POWER OF AN OXYGEN SENSOR TO REDUCEDEGRADATION FROM WATER”的美国临时专利申请号61/877,853的优先权，为了所有的目的，其整个内容通过参考结合于此。
技术领域
本申请涉及用于调节氧传感器的加热功率以减少因水退化的方法和系统。
背景技术
发动机系统可以利用诸如氧传感器的一个或更多个气体成分传感器，用于感测流过发动机空气通道的空气的氧浓度。在一个例子中，发动机系统可以包括设置在发动机进气装置中的一个或更多个进气氧传感器(IAO2)。例如，进气氧传感器可以在压缩机和增压空气冷却器的下游设置在进气通道中，以提供EGR流的指示。在另一个例子中，在发动机系统的排气系统中发动机系统可以包括一个或更多个排气传感器，以检测从该发动机排出的排气的空气-燃料比。在诸如冷启动或冷凝物形成的一些发动机工况下，水可以对着氧传感器溅射并且接触氧传感器。当水接触氧传感器时传感器温度下降。结果，增加该氧传感器的加热元件的加热功率以升高该传感器温度。当针对水在氧传感器上处于较长时间段而增加加热功率时，该加热元件可能破裂，因而使该氧传感器退化。
发明内容
在一个例子中，上面所述的问题可以通过用于响应加热功率增加阈值量来调节氧传感器的加热元件的加热功率的方法来解决。当加热功率在基线功率水平之上增加阈值水平时，可以指示水滴在氧传感器处。以这种方式，可以调节加热功率以减少由于氧传感器处的水而引起的氧传感器的加热元件的退化。
作为一个例子，响应于水接触加热元件可以减少氧传感器的加热元件的加热功率。在一个例子中，当加热功率增加高于基线功率水平阈值量时可以指示水接触加热元件。在另一个例子中，当氧传感器的泵送电流减少阈值泵送电流量时可以指示水接触加热元件。在一些例子中，减少加热功率可以包括关断加热元件的动力/功率。在减少加热功率一段持续时间之后，该加热功率可以重新接通并且增加到基线功率水平。这段持续时间可以是预定的或者是基于当加热元件的温度下降低于阈值温度的时间，该阈值温度是阈值破裂温度。以这种方式，当水被指示在氧传感器处时减少加热功率可以减少由于加热元件的破裂而导致的氧传感器退化。
应当明白，提供上面的概述是为了以简单的形式引进选择的构思，这种构思在具体实施方式中进一步描述。这并不意味着视为所主张主题的关键的或基本的特征，所主张主题的范围由随附于具体实施方式的权利要求唯一地限定。而且，所主张的主题不限于解决上面或本发明的任何部分中所提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1是包括一个或更多个氧传感器的示范性发动机系统的示意图。
图2是用于响应于氧传感器处的水调节氧传感器的加热元件的加热功率的方法的流程图。
图3是用于根据氧传感器的位置确定用于调节氧传感器的加热元件的加热功率的方法的参数的方法的流程图。
图4是氧传感器运行参数对氧传感器处的水的示范性响应的曲线图。
具体实施方式
下面的描述涉及用于调节氧传感器的加热功率的系统和方法。发动机系统，例如图1的发动机系统，可以包括一个或更多个氧传感器。在一个例子中，进气氧传感器可以设置在该发动机的进气通道中。在另一个例子中，排气氧传感器可以设置在发动机的排气通道中。该一个或更多个氧传感器的每一个均包括具有可调节加热功率的加热元件。当水接触氧传感器的加热元件时，可以增加加热功率。如果加热功率保持在该增加的水平，该加热元件可能破裂，因而使氧传感器退化。在一些例子中，如图2-3所示，一种方法可以包括根据氧传感器处的水的指示调节加热功率。在一些例子中，响应于氧传感器的加热功率的初始增加和/或泵送电流的减少(这指示出水对着该氧传感器溅射)可以减少加热功率。在图4示出响应于水溅射条件对加热功率的示范性调节。当指示出水在氧传感器处时通过减少加热功率一段持续时间，可以减少氧传感器退化。
图1是示出示范性发动机10的示意图，该发动机10可以被包括在汽车的推进系统中。该发动机10被示出具有四个汽缸或燃烧室30。但是根据本公开可以用其他数目的汽缸。发动机10可以由包括控制器12的控制系统和由通过输入装置130来自车辆操作者132的输入被至少部分地控制。在这个例子中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的每个燃烧室(例如，汽缸)30可以包括具有设置在其中的活塞(未示出)的燃烧室壁。该活塞可以联接到曲轴40以便将该活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器系统150联接于车辆的至少一个驱动轮。而且，起动机马达可以经由飞轮联接于曲轴40以便能够进行发动机10的起动操作。曲轴40也可以用来驱动交流发电机(图1中未示出)。
发动机输出转矩可以被传递给变矩器(未示出)以驱动自动变速器系统150。而且，包括前进档离合器154的一个或更多个离合器可以被接合，以推进汽车。在一个例子中，变矩器可以被称为变速器系统150的一个部件。而且，变速器系统150可以包括可以根据需要被接合的多个齿式离合器152，以激活多个固定的变速器齿轮比。具体说，通过调节多个齿式离合器的接合，变速器可以在较高档(即，具有较低的齿轮比的档)和较低档(即，具有较高的齿轮比的档)之间换档。因此，齿轮比的差在较高档时使得经过变速器能够实现较低转矩增大，而在较低的档时使得经过变速器能够实现较高的转矩增大。车辆可以具有四个可用档，其中变速器档四(变速器第四档)是最高的可用档，而变速器档一(变速器第一档)是最低的可用档。在另一些实施例中，车辆可以具有多于或少于四个可用档。控制器可以改变变速器档(例如，使变速器升档或降档)以调节经过变速器和液力变矩器到车轮156转换的转矩的量(即，发动机轴输出转矩)。
当变速器换档到较低档时，发动机转速(Ne或RPM)增加，从而增加发动机空气流。在较高的RPM时，可以增加通过旋转发动机产生的进气歧管真空。在一些例子中，降档可以用来增加发动机空气流并且净化聚集在增压空气冷却器(CAC)80中的冷凝物。
燃烧室30可以接收来自进气歧管44的进气空气并且可以经由排气歧管46将燃烧气体排放到排气通道48。进气歧管44和排气歧管46能够经由各自的进气门和排气门(未示出)选择性地与燃烧室30连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。
燃料喷射器50被示出直接联接于燃烧室30，以用于与从控制器12接收的信号的脉冲宽度FPW成比例地将燃料直接喷射到其中。以这种方式，燃料喷射器50提供被称为直接燃料喷射的喷射到燃烧室30中；但是，应当明白，进气道喷射也是可能的。燃料可以由包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)被输送给燃料喷射器50。
在叫做点火的过程中，喷射的燃料由诸如火花塞52的已知的点火装置点火，从而导致燃烧。可以控制火花点火正时使得火花在制造商规定的时间之前(提前)或之后(延迟)发生。例如，火花正时可以从最大破坏转矩(MBT)正时延迟以控制发动机爆震或在非常潮湿的条件下提前。具体说，考虑到缓慢的燃烧速率，MBT可以被提前。在一个例子中，在踩加速器踏板期间火花可以被延迟。在替代性实施例中，压缩点火可以用来点火喷射的燃料。
进气歧管44可以接收来自进气通道42的进气空气。进气通道42包括具有节流板22的节气门21，以调节到进气歧管44的流。在这个具体的例子中，节流板22的位置(TP)可以由控制器12改变以实现电子节气门控制(ETC)。以这种方式，可以操作节气门21以改变被提供给燃烧室30的进气空气。例如，控制器12可以调节节流板22以增加节气门21的开度。增加节气门21的开度可以增加被提供给进气歧管44的空气量。在替代性例子中，节气门21的开度可以减少或完全关闭以切断到进气歧管44的空气流。在一些实施例中，在进气通道42中可以存在额外的节气门，例如在压缩机60上游的节气门(未示出)。
而且，在所公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可以经由EGR通道(例如高压EGR通道140)将希望的排气部分从排气通道48路由到进气通道42。提供给进气通道42的EGR的量可以经由EGR阀(例如高压EGR阀142)由控制器12改变。在一些情况下，EGR系统可以用来调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温度。图1示出高压EGR系统，其中EGR通过EGR通道140从涡轮增压器的涡轮路由到涡轮增压器的压缩机下游。图1还示出低压EGR系统，其中EGR通过低压EGR通道157从涡轮增压器的涡轮下游路由到涡轮增压器的压缩机上游。低压EGR阀155可以控制提供给进气通道42的EGR的量。在一些实施例中，如图1所示，发动机可以包括高压EGR和低压EGR系统两者。在另一些实施例中，发动机可以包括低压EGR系统或者高压EGR系统。正如在下面更详细地描述的，在可运行时，EGR系统可以由压缩空气诱发冷凝物的形成，具体说是当压缩空气被增压空气冷却器冷却时。
发动机10还可以包括诸如涡轮增压器或机械增压器的压缩装置，该压缩装置至少包括沿着进气通道42设置的压缩机60。对于涡轮增压器，压缩机60可以经由例如轴或其他联接设置至少部分地由涡轮62驱动。该涡轮62可以沿着排气通道48设置。可以提供各种设置来驱动压缩机。对于机械增压器，压缩机60可以至少部分地由发动机和/或电机驱动，并且可以不包括涡轮。因此，经由涡轮增压器或机械增压器提供给发动机的一个或更多个汽缸的压缩量可以由控制器12改变。
在图1所示的实施例中，压缩机60可以主要由涡轮62驱动。涡轮62可以由流过排气通道48的排气驱动。因此，涡轮62的驱动运动可以驱动压缩机60。因此，压缩机60的转速可以基于涡轮62的转速。当压缩机60的转速增加时，更多的增压可以通过进气通道42提供给进气歧管44。
而且，排气通道48可以包括废气门26，用来将排气转移离开涡轮62。此外，进气通道42可以包括压缩机旁通阀或再循环阀(CRV)27，其被构造成围绕该压缩机60转向进气空气。例如，当希望较低的增压压力时，废气门26和/或CRV 27可以由控制器12被控制成打开。例如，响应压缩机喘振或潜在的压缩机喘振事件，控制器12可以打开CRV 27，以减小压缩机60的出口处的压力。这可以减少或停止压缩机喘振。
排气通道48还可以包括诸如排气氧传感器的排气传感器172。排气传感器172可以是用于提供排气空气-燃料比的指示的任何合适的传感器，例如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO或者HEGO(加热的EGO)。在一些实施例中，排气传感器172可以是设置在排气系统中的多个排气传感器中的第一个。例如，额外的排气传感器可以设置在涡轮62的下游。
进气通道42还可以包括增压空气冷却器(CAC)80(例如，中冷器)以降低涡轮增压的或机械增压的进气气体的温度。在一些实施例中，该CAC 80可以是空气-空气热交换器。在另一些实施例中，该CAC 80可以是空气-液体热交换器。CAC 80可以是可变容积CAC。来自压缩机60的热增压空气(增压的空气)进入CAC 80的入口，随着流过CAC而冷却，并且然后离开通过节气门21，并且然后进入发动机进气歧管44。来自车辆外面的周围空气流可以通过车辆前端进入发动机10并且流过CAC，以帮助冷却增压空气。当周围空气温度下降时，或在潮湿或下雨的天气条件期间，在增压空气被冷却到低于水露点温度的情况下，冷凝物可以形成并且积累在CAC中。而且，当进入CAC的增压空气被增压(例如增压压力和/或CAC压力大于大气压力)时，如果CAC温度下降低于露点温度，则可以形成冷凝物。当增压空气包括再循环排气时，冷凝物能够变成酸性的并且腐蚀CAC外壳。腐蚀能够导致增压空气、大气和在水-空气冷却器的情况下可能的冷却剂之间的渗漏。而且，如果冷凝物聚集在CAC中，则在增加空气流的时间期间它可以被发动机吸收。结果，可能发生不稳定的燃烧和/或发动机熄火。
发动机10还可以包括设置在进气通道42或发动机进气装置中的一个或更多个氧传感器。例如，该一个或更多个氧传感器可以被叫做进气氧传感器。在所示的实施例中，进气氧传感器(IAO2)162设置在CAC 80的下游在发动机进气中。在一个例子中，IAO2 162可以设置在CAC 80的出口处。因此，该IAO2 162在这里可以叫做CAC出口氧传感器。在另一个例子中，IAO2 162可以设置在在CAC 80出口的下游在进气歧管44中。在又一个例子中，IAO2可以设置在节气门21的上游且在CAC 80的下游。
IAO2 162可以是用于提供增压空气(例如，流过进气通道42的空气)的氧浓度的指示的任何合适的传感器，例如线性氧传感器、进气UEGO(通用或宽域排气氧)传感器、双态氧传感器等。在运行期间，进气氧传感器的泵送电流可以指示出气流中的氧的量。
IAO2 162包括加热器或加热元件，其构造成被激活以便将IAO2 162加热到其工作温度。具体说，IAO2可以具有例如800℃的设置点温度。在另一个例子中，该IAO2的设置点温度可以高于或低于800℃。于是IAO2的闭环控制系统可以控制加热元件以保持设置点温度。例如，如果传感器的温度下降到低于设置点，则加热元件可以消耗由传感器输出的更多功率以便增加该传感器温度。换句话说，响应传感器温度下降到低于设置点，可以增加加热元件的加热功率到高于基础水平。而且，在下面将讨论关于调节该加热元件的加热功率以维持IAO2的设置点温度的进一步细节。正如在上面关于IAO2 126所描述的，排气传感器172也可以包括加热器或加热元件。
在给定时间的进气充气的EGR稀释百分比(例如，发动机进气通道中的燃烧气体与空气的比例)可以从IAO2 126的输出推知。具体说，当进气氧浓度减少时，由于EGR的存在可以稀释在IAO2传感器126处的进气流中的氧，因此可以推知EGR的增加。相反，当进气氧浓度增加时，可以由于EGR的减少而推知EGR的减少。控制器12可以根据来自IAO2 126的反馈估测EGR流的百分比稀释。而且，控制器12然后可以根据来自IAO2126的反馈估测EGR量或EGR流率。在一些例子中，于是控制器12可以调节高压EGR阀142、低压EGR阀155、节气门21、CRV 27和废气门26中的一个或更多个以实现进气充气的希望的EGR稀释百分比和/或希望的EGR流率。
在图1中控制器12被示出为微型计算机，其包括：微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、在这个具体的例子中示为只读存储芯片(ROM)106的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110和数据总线。控制器12可以接收来自连接于发动机10的传感器的各种信号，用于执行运行发动机10的各种功能。除了上面提到的那些信号之外，这些信号可以包括：来自MAF传感器120的引入空气质量的测量；来自在发动机10内的一个位置被示意地示出的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自联接于曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP)；正如所讨论的，来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及正如所讨论的，来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP。发动机转速信号RPM可以由信号PIP通过控制器12产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用来提供进气歧管44中的真空或压力的指示。应当指出，可以用上述传感器的各种组合，例如，有MAF传感器而没有MAP传感器，或者反之亦然。在理想配比运行期间，MAP传感器可以给出对发动机转矩的指示。而且，这个传感器与检测的发动机速度一起能够提供被引入汽缸的充气(包括空气)的估测。在一个例子中，也被用作发动机转速传感器的霍尔效应传感器118针对曲轴40的每一转产生预定数目的等间隔脉冲。
可以向控制器12发送信号的其他传感器包括在增压空气冷却器80的出口处的温度和/或压力传感器124、IAO2 126以及增压压力传感器126。也可以存在未示出的其他传感器，例如用于确定在增压空气冷却器的入口处的进入空气速度的传感器以及其他传感器。在一些例子中，存储介质只读存储芯片106可以利用计算机可读数据编程，该计算机可读数据表示由微处理器单元102可执行的用于实现下述方法以及预见但未列出的其他变量的指令。在本文中描述的示范性程序在图2-3示出。
图1的系统提供一种发动机系统，该发动机系统包括包含有进气节气门的进气歧管、设置在该进气歧管上游的增压空气冷却器、设置在该增压空气冷却器的出口处的第一氧传感器(该氧传感器包括第一加热元件)以及具有计算机可读指令的控制器，所述计算机可读指令用于响应水接触该第一氧传感器的指示关断该第一加热元件的加热功率。在一个例子中，通过第一加热元件的加热功率增加高于基线功率水平第一阈值量或第一氧传感器的泵送电流减少第二阈值量中的一个或更多个来指示水接触该第一氧传感器。计算机可读指令还包括随后在加热功率关断一段持续时间之后接通加热功率，该持续时间基于从该第一加热元件蒸发水的时间的量或降低该第一加热元件的温度低于阈值破裂温度的时间的量中的一个或更多个。
该系统还包括设置在发动机的排气通道中的第二氧传感器，该第二氧传感器包括第二加热元件。计算机可读指令还包括用于响应水接触该第二氧传感器的指示关断该第二加热元件的加热功率的指令。通过第二加热元件的加热功率增加高于基线功率水平第一阈值量或第二氧传感器的泵送电流减少第二阈值量中的一个或更多个来指示水接触该第二氧传感器。
发动机中的氧传感器(例如图1中所示的排气氧传感器172和进气氧传感器162)可以经受水接触传感器的水溅射情况。例如，如图1所示，进气氧传感器(IAO2)设置在CAC的下游。正如上面所讨论的，冷凝物可以形成在该CAC内并且然后从该CAC排出。结果，排出的冷凝物可以接触(例如，溅射到)IAO2。在冷起动条件期间，排气通道中的氧传感器(例如，UEGO传感器)也可以经受水接触氧传感器的加热元件的水溅射。
正如上面所介绍的，氧传感器(排气或进气氧传感器)可以包括用于维持传感器的工作温度的加热元件。当水接触或溅射到氧传感器时，可以降低加热元件的温度。结果，氧传感器的闭环温度控制器增加提供给该加热元件的加热功率，以将氧传感器的温度保持在设置点温度。该加热功率可以保持在这个较高的水平(例如，高于基线功率水平)一段时间，直到该氧传感器的温度回到设置点温度为止。在一个例子中，响应于水接触氧传感器，加热功率可以从基线功率水平增加到最大功率水平。而且，当水接触氧传感器时，水可以填充围绕该传感器的加热元件的保护管。当水在该保护管内部并且接触加热元件时将该加热器功率保持在较高(例如，最大)功率水平一段较长时间段，可以使加热元件破裂。结果，氧传感器会退化并且不能将氧传感器维持在所需设置点温度。
在一个例子中，可以通过在水溅射期间控制加热功率来减少加热元件退化。具体说，发动机的控制器可以减少氧传感器的加热功率而不是将加热功率维持在较高水平来增加该氧传感器的温度。例如，当水接触氧传感器时，加热元件的加热功率可以从基线功率水平初始地增加到第二较高(例如，最大)功率水平。响应水溅射到(例如，水接触)氧传感器处的指示，控制器可以减少加热功率或关断加热功率/加热动力。以这种方式，控制器可以通过减少加热功率且不允许该加热功率仅通过温度控制而超驰或停用氧传感器的闭环温度控制器。通过维持加热功率断开或维持在第三较低功率水平(例如，低于基线功率水平)，在水在氧传感器处的同时，加热元件可以不破裂。在水已经从氧传感器蒸发并且加热元件温度低于阈值温度之后，加热元件的加热功率可以重新接通或增加回到基线功率水平。一旦水蒸发并且加热元件重新接通，则氧传感器的温度将(独立地)返回到设置点温度或标准工作温度。因此，加热元件的持续的第二较高功率水平不一定使氧传感器返回到设置点温度。
在一个例子中，可以通过加热元件的加热功率(例如加热元件的功率消耗)的增加来指示水接触(例如，溅射)氧传感器。具体说，如果加热元件的加热功率增加阈值量，可以指示水在氧传感器处。在一个例子中，在氧传感器的校准期间可以确定基线功率水平Pbase。在干燥或潮湿的空气中(例如基本上干燥的条件)在没有水接触氧传感器的条件期间可以确定该氧传感器的基线功率水平。于是，在发动机运行期间，如果加热功率增加到高于基线水平阈值量，则控制器(例如，图1所示的控制器12)可以指示水在氧传感器处。这个概念可以用下面的公式描述：
ΔP＝Pmeasured-Pbase
其中ΔP是在传感器工作期间加热功率的变化，Pmeasured是该加热元件的测量的加热功率，而Pbase是该加热元件的基线功率水平(没有水接触该传感器)。如果ΔP大于阈值功率(例如，水溅射阈值)，可以指示水在氧传感器处。该阈值功率或功率增加的阈值量，可以基于可以填充围绕加热元件的保护管或接触该加热元件并且当加热功率增加时使它破裂的水的阈值量。因此，响应加热功率的初始增加高于该基线功率水平，控制器可以调节加热功率以减少由于加热元件的破裂而导致的氧传感器退化。
在另一个例子中，水接触(例如，溅射)氧传感器可以通过该氧传感器的泵送电流的减少来指示。正如在上面所描述的，氧传感器的泵送电流可以指示(在该氧传感器处的)气流中的氧的量。当水撞击氧传感器时，水溅射导致围绕氧传感器的水蒸汽从而减少氧浓度。氧传感器的泵送电流将响应空气流中的氧浓度的减少而减少。因此，当氧传感器的泵送电流减少阈值量时，可以指示水在氧传感器处。作为响应，该控制器可以调节加热功率以减少加热元件退化。
以这种方式，一种发动机方法可以包括响应加热功率增加阈值量调节氧传感器的加热元件的加热功率。氧传感器是设置在发动机排气装置中的排气氧传感器或设置在发动机进气装置中的进气氧传感器中的一个。该方法还可以包括当加热功率增加到高于基线功率水平阈值量时指示水滴在氧传感器处。在一个例子中，调节该加热元件的加热功率包括由于水滴撞击该加热元件从第一、增加的水平减少加热功率并且到减少到第二水平，该第二水平低于第一水平并且低于基线功率水平。在一些例子中，该第二水平基本为零以致加热功率被关断。
在一个例子中，该方法还包括，在减少加热功率之后，响应加热元件的温度下降到低于阈值温度，增加加热功率到基线功率水平，该阈值温度基于加热元件在水溅射条件下可能破裂的温度。在另一个例子中，该方法还包括，在减少加热功率之后，在一段持续时间之后增加加热功率到基线功率水平，该持续时间基于蒸发加热元件处的水并且降低加热元件的温度到低于阈值破裂温度的时间。在另一个例子中，该方法包括响应氧传感器的泵送电流减少阈值量附加地或可选地调节加热元件的加热功率，该阈值量基于指示水在氧传感器处的氧浓度。
图2示出用于响应于在氧传感器处的水溅射条件调节氧传感器的加热元件的加热功率的方法200。具体说，氧传感器可以是设置在发动机的排气装置(例如，排气通道)中的排气氧传感器和/或设置在发动机的进气装置(例如进气通道)中的进气氧传感器中的一个或更多个。例如，进气氧传感器可以设置在CAC的出口附近(例如，图1所示的进气氧传感器162)。在另一个例子中，该进气氧传感器可以设置在发动机的进气歧管中。
虽然对于两种类型的氧传感器的任何一种可以执行方法200，但是响应水溅射启动并执行加热功率调节程序所用的参数根据该氧传感器设置在发动机系统中何处可以不同。例如，对于排气氧传感器和进气氧传感器，响应水溅射减少加热功率的持续时间可以不同。而且，由于气流中的不同成分，对于排气氧传感器和进气氧传感器，用于指示氧传感器处的水溅射的加热功率的阈值增加或泵送电流的阈值减少可以不同。
图3示出用于根据氧传感器设置在发动机中何处而确定哪组参数应该被用在方法200中的方法300。在一个例子中，方法200和方法300由图1所示的控制器12可执行。方法300通过估测和/或测量发动机工况在302处开始。发动机工况可以包括发动机转速和负荷、踏板位置、质量空气流量、转矩要求、EGR流、氧传感器测量值、CAC的条件(例如温度和压力)、环境温度和压力等。在304处，该方法包括判断控制器是否正测量进气氧传感器(IAO2)处的加热功率。如果控制器正测量IAO2处的加热功率，方法继续到308，以便当执行图2所示的功率调节方法时利用第一持续时间、第一功率阈值和第一泵送电流阈值。图2所示的方法可以被叫做传感器保护程序。当执行方法200中示出的传感器保护程序时，如果针对IAO2正运行该方法，则控制器可以利用第一组参数。在方法200的214处可以利用第一持续时间。此外，第一功率阈值可以是该阈值功率并且第一泵送电流阈值可以是在方法200的206处所用的阈值泵送电流。
替代性地，如果控制器正测量排气传感器(例如，排气氧传感器)处的加热功率，则该方法从306继续到310，以便当执行图2所示的功率调节方法时利用第二持续时间、第二功率阈值和第二泵送电流。因此，当运行在图2示出的传感器保护程序时，如果针对排气氧传感器正运行该方法，则控制器可以利用第二组参数。在这个例子中，在方法200的214处可以利用第二持续时间。此外，第二功率阈值可以是该阈值功率并且第二泵送电流阈值可以是在方法200的206处所用的阈值泵送电流。
在一个例子中，在308处所用的第一持续时间可以比在310处所用的第二持续时间更短或更长。正如上所描述的，在一个例子中，用于维持加热功率关断或维持在减少的水平处的持续时间可以是在发动机测试期间预先确定的。因此，由于氧传感器的不同位置，每个传感器可以要求用于该传感器的水蒸发的不同的持续时间。例如，进气氧传感器可以处在较冷的位置(例如，CAC的下游)并且要求第一持续时间来从氧传感器的加热元件蒸发水。替代性地，排气氧传感器可以处在较暖的位置(例如，发动机排气装置中)并且要求第二持续时间来从该氧传感器的加热元件蒸发水，该第二持续时间比第一持续时间短。
在替代性例子中，在308和310处的持续时间可以基于诸如发动机温度的发动机工况。例如，在冷起动期间，该第二持续时间可以比当发动机充分预热(例如，发动机温度和催化剂温度高于各自的阈值温度)时更长。而且，在冷凝物可以从CAC释放的条件期间(例如，在增加的空气流的时段期间和/或在冷凝物形成条件期间)，该第一持续时间可以更长，因为针对更长的持续时间更多的水可以接触IAO2。因此，IAO2加热元件功率可以需要被关断较长的持续时间。
同样，第一功率阈值和第一泵送电流阈值可以比第二功率阈值和第二泵送电流更高或更低。例如，在当发动机充分预热(例如，发动机温度和催化剂温度高于各自的阈值温度)时的发动机运行期间，第一泵送电流阈值可以小于第二泵送电流阈值。当发动机不在冷起动条件下运行并且发动机被充分预热时，与排气氧传感器相比，水会更可能接触IAO2。因此，IAO2的第一泵送电流阈值可以比第二泵送电流阈值小，以便更精确地检测水何时接触IAO2。以这种方式，对于IAO2和排气氧传感器，在水溅射条件期间用于调节加热功率的方法可以利用不同的参数。参数可以基于该氧传感器的位置、冷凝物形成条件(例如，环境湿度、温度和压力，以及CAC温度和压力)、发动机温度(例如，冷起动与充分预热工况相比)、气体温度等。
在根据氧传感器的位置确定哪组参数用于方法200之后，控制器可以执行图2所示的方法200。方法200通过估测和/或测量发动机工况在202处开始。发动机工况可以包括发动机转速和负荷、踏板位置、质量空气流、转矩要求、EGR流、氧传感器测量值、CAC的条件(例如温度和压力)、环境温度和压力等。在204处，该方法包括确定氧传感器的加热元件的加热功率。换句话说，在204处，控制器可以确定由加热元件消耗的功率的量。然后，在206处，该方法包括判断加热功率变化ΔP是否大于阈值功率和/或泵送电流的变化ΔIp是否大于阈值泵送电流。在一个例子中，在206处，控制器可以判断该加热元件的测量的加热功率和基线功率水平之间的差(例如，ΔP)是否大于阈值。正如上所讨论的，该阈值可以是阈值功率或功率增加的阈值量。该阈值可以基于对应于可以导致加热元件退化和破裂的阈值功率水平的功率的阈值增加。此外，该阈值功率可以基于氧传感器的位置，如方法300所确定的。
在另一个例子中，在206处，控制器可以判断基线或在先泵送电流和测量的泵送电流之间的差是否大于阈值泵送电流。正如上所讨论的，在存在水的情况下，氧传感器的泵送电流可以减少阈值量。因此，在一个例子中，该阈值量可以基于指示水在传感器处的氧浓度。换句话说，该阈值量可以基于由于氧传感器处的水所引起的氧浓度的减少。此外，阈值泵送电流可以基于氧传感器的位置，如方法300所确定的。
如果加热功率不增加阈值功率并且泵送电流不减少阈值泵送电流，在208处，控制器可以维持加热器工作。具体说，在208处，控制器可以根据加热元件的温度和/或额外的氧传感器控制维持加热元件的加热功率。例如，该加热功率可以根据来自该氧传感器的闭环温度控制器的反馈来控制。在一个例子中，该温度控制器可以是通过调节加热功率将加热元件的温度维持在设置点温度附近的PI控制器。
但是，如果加热功率增加(功率的)阈值量和/或泵送电流减少(泵送电流的)阈值量，该方法继续到210，以指示水在氧传感器处。然后该方法继续到212，以减少该加热功率到较低的阈值水平，在一个例子中，该较低的阈值水平可以是小于基线功率水平的功率水平。该较低的阈值水平可以基于可以不导致加热元件破裂的功率水平。在另一个例子中，该较低的阈值水平可以是基本为零的功率水平，以致加热功率被关断。因此，在一个例子中，控制器可以关断加热元件使得无功率加热功率被传感器输出。而且，在212处，该方法可以包括关闭(例如，超驰)氧传感器的闭环温度控制器，该闭环温度控制器响应于加热元件温度调节加热功率。以这种方式，即使氧传感器(例如，加热元件)的温度可以低于设置点温度，加热功率也可以被减少或关断。因此，加热功率可以不根据来自闭环温度控制器的反馈被控制。换句话说，可以独立于氧传感器温度变化来控制该加热功率直到在214处加热元件温度达到阈值温度。
在214处，该方法包括确定加热元件温度是否低于阈值温度和/或加热功率是否已经减少(或关断)一段持续时间。在一个例子中，该阈值温度可以是阈值破裂温度。换句话说，该阈值温度可以基于高于它该加热元件将退化或破裂的温度。因此，当加热元件温度低于该阈值温度时，该方法可以继续到218以增加加热功率或将加热元件的加热功率重新接通。在另一个例子中，一旦加热元件温度低于阈值温度一段第一持续时间，则该方法可以继续到218。在又一个例子中，该方法在214处可以包括确定加热功率是否断开一段第二持续时间。在一些情况下，加热元件的温度可能不能够被测量或估测。在这种情况下，在第二持续时间之后，加热功率可以重新接通或增加到基线功率水平。该第二持续时间可以是预定的并且可以基于蒸发加热元件处的水和/或加热元件的温度下降到低于阈值破裂温度的时间。如果在214处满足一个或更多个条件，该方法继续到218，以增加加热功率回到基线功率水平。在一些例子中，如果在212处加热功率被关断，则在218处该方法可以包括将加热功率重新接通。在又一个例子中，该方法在218处可以包括逐渐增加加热功率到基线功率水平。如果，在214处，该加热元件温度不低于阈值温度并且加热功率不被减少或关闭一段持续时间，该方法继续到216，以将该加热功率保持在较低的阈值功率。然后该方法循环回到214。
在一些例子中，当发动机充分预热并且发动机温度在阈值温度以上时该方法200可以仅对设置在发动机进气装置中(例如CAC的下游)的氧传感器执行。因此，在冷起动条件期间，方法200可以仅对设置在发动机排气装置中的传感器(例如，排气氧传感器)，而不对设置在发动机进气装置中的氧传感器(例如，进气氧传感器)执行。在又一个例子中，在冷起动条件和充分预热的发动机工况期间，方法200可以对进气氧传感器和排气氧传感器两者执行。但是，对于进气氧传感器和排气氧传感器，在方法200中所用的参数(例如，持续时间和阈值)可以不同。
图4示出基于氧传感器处的水调节氧传感器的加热功率的曲线图。正如上所讨论的，氧传感器包括具有可调节的加热功率的加热元件。具体说，曲线图400用曲线402示出氧传感器的加热元件温度的变化，用曲线404示出该加热元件的加热功率的变化，用曲线406示出氧传感器的泵送电流的变化，并且用曲线408示出在该氧传感器处的水(例如，溅射到该氧传感器处的水)。在一个例子中，该氧传感器可以是设置在发动机排气通道中的排气氧传感器。在另一个例子中，该氧传感器可以是设置在发动机进气通道中(例如在CAC下游的进气通道中)的进气氧传感器。
在时间t1之前，加热元件温度可以在该设置点温度410附近(曲线402)。该加热功率可以在该基线功率水平Pbase附近(曲线404)。此外，氧传感器的泵送电流可以在第一水平(曲线406)。该第一水平可以是在该氧传感器处指示出很少的水或没有水的水平。在一些例子中，该第一水平可以对应于在干燥条件下的氧浓度水平。
在时间t1处，水可以对着氧传感器溅射并且接触加热元件(用曲线408示出)。响应水接触该加热元件，加热元件温度下降到低于设置点温度(曲线402)。作为响应，加热功率可以增加第一阈值量(用曲线412示出)到较高的阈值功率水平Pthresh(例如，高于Pbase)。在一个例子中，该Pthresh可以是该加热元件的最大功率水平。同时，该氧传感器的泵送电流可以减少第二阈值量(用曲线416示出)。如果加热功率根据加热元件温度(和该传感器的闭环温度控制器)继续被控制，则正如曲线420所示，在时间t1和几乎时间t3之间该加热功率可以保持在Pthresh。加热元件温度于是可以增加，如曲线418所示。在增加返回到设置点温度410之后，由于水仍然在保护管(例如，腔室)内并且接触该加热元件，所以该温度可以波动。由于加热功率保持在Pthresh附近，所以在时间t2附近该加热元件可以破裂，如在422(曲线420)所表示的。
实际上，响应泵送电流减少第二阈值量(曲线408)和/或加热功率增加第一阈值量(曲线404)，控制器减少加热功率到低于基线功率水平(曲线408)。在一些例子中，如曲线图400所示，控制器可以减少加热功率到基本为零使得加热元件被关断。
在一些例子中，加热元件可以关断(或加热功率减少到较低的阈值水平)一段持续时间d1。该持续时间d1可以是预先确定的并且基于从传感器蒸发水和降低该加热元件温度的时间。在另一个例子中，该加热元件可以被关断直到该加热元件温度下降到阈值温度414或低于阈值温度414。如在时间t2所示，该加热元件温度达到阈值温度414。正如上所讨论的，该阈值温度414可以是阈值破裂温度。作为响应，在时间t2处，加热功率可以重新接通。然后加热功率增加到基线功率水平Pbase(曲线404)。在当加热功率重新接通时和加热元件温度增加之间会存在滞后。如图4所示，在时间t3处，该加热元件温度增加返回到设置点温度410。在一些例子中，该加热功率可以在时间t2处逐渐增加返回到基线功率水平，使得加热功率在时间t3之前不达到基线功率水平。
如在图4的时间t1处所示，一种发动机方法可以包括响应加热功率的增加高于基线功率水平阈值量减少氧传感器的加热元件的加热功率。之后，如在时间t2处所示，该发动机方法可以包括只有在加热元件的温度下降到低于阈值温度之后增加加热功率到基线功率水平。在一个例子中，减少加热功率包括关断加热功率。在另一例子中，减少加热功率包括减少该加热功率到较低的阈值水平，该较低的阈值水平低于基线功率水平。
该方法还包括，当加热元件温度不能被确定时，减少加热功率一段持续时间(例如，图4中的d1)，该持续时间基于从加热元件蒸发水的时间被预先确定，并且然后增加该加热功率返回到基线功率水平。该阈值温度基于在存在水的情况下高于它该加热元件可以破裂(例如，退化)的温度。如曲线406所示，该方法还可以包括响应泵送电流减少阈值量而减少加热元件的加热功率，该阈值量基于由于氧传感器处的水引起的氧浓度的减少。此外，在减少加热功率期间，该方法可以包括停用该氧传感器的闭环温度控制器。
此外，在图4中讨论的氧传感器可以是设置在增压空气冷却器下游的进气氧传感器。在这个例子中，响应加热功率增加高于基线功率水平减少加热功率包括当发动机充分预热时在发动机运行期间减少加热功率。
以这种方式，一种方法可以包括当指示水在传感器处时调节氧传感器的加热元件的加热功率。在一个例子中，响应加热功率增加高于基线功率水平指示水在氧传感器处。在另一个例子中，响应该氧传感器的泵送电流的减少指示水在氧传感器处。当指示水在氧传感器处时，加热功率可以从初始的较高的水平减少到第二较低的水平。在一些例子中，该加热功率可以关断一段持续时间直到水已经从该氧传感器蒸发并且加热元件的温度低于阈值温度为止。因此，通过响应指示水在氧传感器处减少加热元件的加热功率实现技术效果。以这种方式，可以减少由于加热元件破裂而使氧传感器退化。
应当指出，这里包括的示范性控制和估测程序能够与各种发动机和/或车辆系统结构一起应用。这里公开的控制方法和程序可以被存储在非瞬时存储器中作为可执行指令。这里描述的具体的程序可以表示任何数目处理策略的其中一个或更多个，例如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示的顺序进行，同时进行，或在一些情况下可以省略。同样，为了实现这里所述的示例性实施例的特征和优点，处理的次序不是必需要求的，而是为了容易示出和描述而提供。一个或更多个所示的动作、操作和/或功能根据所用的特定策略可以重复地进行。而且，所述的动作、操作和/或功能可以图示地表示被编程为发动机控制系统中的计算机可读的储存介质的非瞬时存储器中的编码。
应当明白，本文所公开的结构和程序在本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。例如，上述技术可以用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和结构、以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
下面的权利要求具体指出认为新颖的和非显而易见的一些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一种”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当理解为包括一个或更多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合或子组合可以通过修改本权利要求或在本申请或相关申请中提出新权利要求来主张。这些权利要求，无论比原权利要求在范围上是更宽、更窄、相等或不同都被认为包含在本发明的主题内。

Claims (20)

1.一种发动机方法，包括：
响应氧传感器加热元件的加热功率增加阈值量，减少所述加热功率。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括当所述加热功率增加到基线水平之上所述阈值量时指示水滴在所述氧传感器处。
3.根据权利要求1所述的方法，其中减少所述加热元件的所述加热功率包括从由于水滴撞击所述加热元件的增加的第一水平减少所述加热功率，并减小到第二水平，所述第二水平低于所述第一水平并且低于基线功率水平。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第二水平基本为零，以致所述加热功率被关断。
5.根据权利要求3所述的方法，还包括在减少所述加热功率之后，响应所述加热元件的温度下降到低于阈值温度，增加所述加热功率到所述基线功率水平，所述阈值温度基于在水溅射条件下所述加热元件会破裂所处的温度。
6.根据权利要求3所述的方法，还包括在减少所述加热功率之后，在一段持续时间之后增加所述加热功率到所述基线功率水平，所述持续时间基于蒸发所述加热元件处的水并且降低所述加热元件的温度到低于阈值断裂温度的时间。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括响应所述氧传感器的泵送电流减少阈值量，调节所述加热元件的所述加热功率，所述阈值量基于指示所述氧传感器处的水的氧浓度。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧传感器是设置在发动机排气装置中的排气氧传感器或设置在发动机进气装置中的进气氧传感器之一。
9.一种用于发动机的方法，包括：
响应氧传感器的加热元件的加热功率增加到高于基线功率水平阈值量，减少所述加热功率；以及
随后仅在所述加热元件的温度下降到低于阈值温度之后增加加热功率到所述基线功率水平。
10.根据权利要求9所述的方法，其中减少所述加热功率包括关断所述加热功率或减少所述加热功率到较低的阈值水平之一，该较低的阈值水平小于所述基线功率水平。
11.根据权利要求9所述的方法，还包括，当不能确定所述加热元件的所述温度时，减少所述加热功率一段持续时间，该持续时间基于从所述加热元件蒸发水的时间被预先确定，并且然后增加所述加热功率回到所述基线功率水平。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述阈值温度基于高于它所述加热元件会破裂的温度。
13.根据权利要求9所述的方法，还包括，响应泵送电流减少阈值量，减少所述加热元件的所述加热功率，所述阈值量基于由于所述氧传感器处的水引起的氧浓度的下降。
14.根据权利要求9所述的方法，还包括，在所述减少所述加热功率期间，停用所述氧传感器的闭环温度控制器。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述氧传感器是设置在增压空气冷却器下游且发动机汽缸上游的进气氧传感器，并且其中响应所述加热功率增加高于所述基线功率水平减少所述加热功率包括当所述发动机充分预热时在发动机运行期间减少所述加热功率。
16.一种发动机系统，包括：
包含进气节气门的进气歧管；
设置在所述进气歧管上游的增压空气冷却器；
设置在所述增压空气冷却器的出口处的第一氧传感器，所述第一氧传感器包括第一加热元件；以及
具有计算机可读指令的控制器，所述计算机可读指令用于响应水接触所述第一氧传感器的指示关断所述第一加热元件的加热功率。
17.根据权利要求16所述的系统，其中水接触所述第一氧传感器通过所述第一加热元件的加热功率增加高于基线功率水平第一阈值量或所述第一氧传感器的泵送电流减少第二阈值量其中一个或多个来指示。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述计算机可读指令还包括随后在所述加热功率被关断一段持续时间之后接通所述加热功率，所述持续时间基于从所述第一加热元件蒸发水的时间量或降低所述第一加热元件的温度到低于阈值破裂温度的时间量其中一个或多个。
19.根据权利要求16所述的系统，还包括设置在所述发动机的排气通道中的第二氧传感器，所述第二氧传感器包括第二加热元件。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述计算机可读指令还包括响应水接触所述第二氧传感器的指示关断所述第二加热元件的加热功率的指令，并且其中水接触所述第二氧传感器通过所述第二加热元件的加热功率增加高于基线功率水平第一阈值量或所述第二氧传感器的泵送电流减少第二阈值量其中一个或多个来指示。
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