CN104564358B - 基于氧传感器的输出调节发动机气流的方法和系统 - Google Patents

基于氧传感器的输出调节发动机气流的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于基于进气氧传感器输出调节节气门的方法和系统。在一个实例中，该方法可包括基于稀释度阈值和总充气稀释度水平调节节气门的位置，总充气稀释度水平基于进气氧传感器的输出。此外，火花正时可基于总充气稀释度水平进行调节。

Description

基于氧传感器的输出调节发动机气流的方法和系统
技术领域
本发明涉及基于氧传感器的输出调节发动机气流的方法和系统。
背景技术
发动机系统可利用废气从发动机排气系统至发动机进气系统(进气通道)的再循环来减少管制排放物并提高燃料经济性，上述过程被称作废气再循环(EGR)。EGR系统可包括多种传感器来测量和/或控制EGR。作为一个实例，EGR系统可包括进气成分传感器，诸如氧传感器，其可在非EGR条件下使用来确定新鲜进气的氧含量。在EGR条件下，传感器可被用以基于由于添加EGR作为稀释剂而导致的氧浓度的变化来推测EGR。Matsubara等人的US 6,742,379中示出了这种进气氧传感器的一个实例。该EGR系统可另外地或可选地包括排气氧传感器，其连接至排气歧管用于估测燃烧空燃比。
由此，由于氧传感器位于进气歧管中的增压空气冷却器(CAC)的下游，该传感器可感测增压空气流中的水蒸气和其它稀释剂的存在。例如，在某些运行条件(诸如增压气流增加)下，CAC内形成的冷凝液可以水滴形式释放到增压气流中。氧传感器处的水滴可被错误地解释为EGR，从而导致对EGR的高估。因此，可能会高估输送期望扭矩所需的充气(aircharge)并导致错误的节气门控制。
发明内容
在一个实例中，上面描述的问题可通过用于一种用于发动机的方法来解决，包括：当总充气稀释度水平大于稀释度阈值时，基于稀释度阈值调节节气门的位置，该总充气稀释度水平基于进气氧传感器的输出。在一个实例中，假设EGR是充气中的主要稀释剂，所估测的EGR率可基于总充气稀释度水平来确定。
根据本发明的一个实施例，当废气再循环未流动时，稀释度阈值基于处于节气门入口温度的饱和蒸气压力，并且当废气再循环正在流动时，稀释度阈值进一步基于目标废气再循环率。
根据本发明的一个实施例，还包括基于总充气稀释度水平调节火花正时，并且调节火花正时包括：当总充气稀释度水平超过阈值且踏板位置高于阈值时，将火花正时提前；以及当总充气稀释度水平超过阈值且踏板位置低于阈值位置时，将火花正时提前。
根据本发明的一个实施例，还包括：当总充气稀释度水平低于稀释度阈值时，基于总充气稀释度水平调节节气门的位置。
根据本发明的一个实施例，调节节气门的位置包括随着总充气稀释度水平增加而增大节气门的开度。
根据本发明的一个实施例，还包括基于扭矩需求调节节气门的位置。
根据本发明的一个实施例，氧传感器在增压空气冷却器的下游和节气门的上游安置在进气通道中。
根据本发明的另一方面，提供了一种发动机方法，包括：
在总充气稀释度水平低于稀释度阈值的第一条件下，基于总充气稀释度水平调节节气门；以及
在总充气稀释度水平大于稀释度阈值的第二条件下，基于稀释度阈值调节节气门，总充气稀释度水平基于进气氧传感器的输出。
根据本发明的一个实施例，稀释度阈值基于进气氧传感器处的蒸气压力阈值，蒸气压力阈值基于邻近进气氧传感器的温度。
根据本发明的一个实施例，还包括：当废气再循环未流动时，基于蒸气压力阈值估测稀释度阈值；以及当废气再循环正在流动时，基于蒸气压力阈值和目标废气再循环率估测稀释度阈值。
根据本发明的一个实施例，在第一条件下调节节气门包括随着总充气稀释度水平增加而增大节气门的开度，并且调节节气门进一步基于扭矩需求。
根据本发明的一个实施例，还包括在第一条件和第二条件下基于总充气稀释度水平调节火花正时。
根据本发明的一个实施例，还包括在第一条件和第二条件下基于稀释度阈值调节火花正时。
根据本发明的一个实施例，还包括在第一条件和第二条件下基于总充气稀释度和稀释度阈值的校准混合值调节火花正时。
根据本发明的一个实施例，进气氧传感器在增压空气冷却器的下游安置在发动机进气口中。
根据本发明的又一方面，提供了一种发动机系统，包括：
进气歧管；
增压空气冷却器，在进气歧管的上游安置在进气通道中；
进气节气门，在增压空气冷却器的下游连接至进气歧管；
废气再循环(EGR)系统，包括用于使废气残留物从排气通道经由EGR阀再循环至进气通道的通道；
氧传感器，在增压空气冷却器的下游和进气节气门的上游连接至进气通道；以及
具有用于基于总充气稀释度相对于稀释度阈值调节进气节气门的位置的计算机可读指令的控制器，总充气稀释度基于氧传感器的输出。
根据本发明的一个实施例，调节进气节气门的位置包括：当总充气稀释度低于稀释度阈值时，基于总充气稀释度调节进气节气门的位置。
根据本发明的一个实施例，调节进气节气门的位置包括：当总充气稀释度大于稀释度阈值时，基于稀释度阈值调节进气节气门的位置。
根据本发明的一个实施例，当EGR阀打开时，稀释度阈值基于处于进气节气门入口条件的饱和蒸气压力和目标EGR流率，当EGR阀关闭时，稀释度阈值仅基于处于进气节气门入口条件的饱和蒸气压力。
根据本发明的一个实施例，进气节气门入口条件包括增压空气冷却器的下游和进气节气门的上游的温度。
作为一个实例，稀释度阈值可基于处于节气门入口温度的饱和蒸气压力。当EGR流动时(例如，当EGR阀打开时)，稀释度阈值可进一步基于目标EGR率。当总充气稀释度水平(例如，由于充气中的稀释剂而使进气氧下降)低于稀释度阈值时，节气门可基于总充气稀释度水平进行调节。然而，当总充气稀释度水平大于稀释度阈值时，水滴可能存在于充气中并增加稀释度水平。因此，节气门可基于稀释度阈值而非较高的总充气稀释度水平进行调节。即便是在总充气稀释度水平大于稀释度阈值的情况下，火花定时仍可基于总充气稀释度水平进行调节。通过这种方式，不会高估输送期望扭矩所需的充气，从而引起发动机输送所需扭矩。
应当理解，提供上面的综述是为了以简化的形式引入将在下面的详细说明书中进一步描述的概念的集合。这并不意味着确定要求保护主题的关键或必要特征，其范围由说明书后面的权利要求来唯一地限定。另外，所要求保护的主题不限于解决上面提到的或在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1是包括进气氧传感器和增压空气冷却器的示例性发动机系统的示意图。
图2是基于氧传感器输出调节节气门的方法的流程图。
图3示出了表示基于进气氧传感器输出调节节气门和火花正时(spark timing)的实例的曲线图。
具体实施方式
以下描述涉及用于基于进气氧传感器的输出调节进气节气门的系统和方法。在一个实例中，进气氧传感器可如图1所示在增压空气冷却器(CAC)的下游和节气门的上游安置在进气管道或通道内。进气氧传感器的输出可包括对进气充气的氧浓度的估测。充气中的稀释剂(诸如EGR)可降低进气氧传感器处测量的氧浓度。因此，可基于稀释度由进气氧传感器输出估测EGR率。然而，充气中的另外的稀释剂(诸如水蒸气和/或水滴)也可降低氧浓度并提高总充气稀释度水平。如果所估测的EGR率被假定为总充气稀释度水平，则当水滴存在于进气充气中时，可高估EGR率。在一个实例中，在冷凝条件下，水可从CAC被释放到充气中。可基于处于节气门入口条件的饱和蒸气压力确定稀释度阈值。如果进气氧传感器处测量的总充气稀释度水平增加至高于稀释度阈值，则水滴可存在于进气气流中。在冷凝条件下，当总充气稀释度高于稀释度阈值时，发动机控制器可基于稀释度阈值而非较高的总充气稀释度(例如，相当于估测的EGR)调节节气门位置。用于基于总充气稀释度、稀释度阈值和EGR流量调节节气门的方法在图2示出。图3示出了响应于改变总充气稀释度水平对节气门位置和火花正时的示例性调节。
图1为示出示例性发动机10的示意图，发动机10可包括在汽车的推进系统中。发动机10被示出具有四个汽缸或燃烧室30。然而，根据本公开可采用其它数目的汽缸。发动机10可至少部分地由包括控制器12的控制系统和经由输入装置130来自车辆操作者132的输入进行控制。在该实例中，输入装置130包括加速器踏板和用于生成比例踏板位置信号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可包括燃烧室壁，活塞(未示出)安置其中。活塞可连接至曲轴40以便活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。曲轴40可经由中间传动系统150连接至车辆的至少一个驱动轮。此外，启动器马达可经由飞轮连接至曲轴40以实现发动机10的启动操作。曲轴40还可被用以驱动交流发电机(图1中未示出)。
发动机输出扭矩可被传输至扭矩转换器(未示出)以驱动自动传动系统150。此外，包括前进离合器154的一个或多个离合器可被接合以推动汽车。在一个实例中，扭矩变换器可被称作传动系统150的部件。此外，传动系统150可包括多个齿轮离合器152，其可根据需求啮合来启用多个固定齿轮传动比。具体地，通过调节多个齿轮离合器152的啮合，变速器可在高档位(即，具有较低传动比的档位)和低档位(即，具有较高传动比的档位)之间转换。由此，传动比差异使得在处于高档时在整个变速器中具有低扭矩倍增，而在处于低档时，在整个变速器中具有高扭矩倍增。车辆可具有四种可用档位，其中，变速器档位四(变速器第四档位)为最高可用档位且变速器档位一(变速器第一档位)为最低可用档位。在其它实施例中，车辆可具有多于或少于四个可用档位的档位。正如本文详细说明的，控制器可使变速器档位变化(例如，使变速器档位升档或降档)以调节通过变速器和扭矩变换器输送至车轮156的扭矩的量(即，发动机轴输出扭矩)。
当变速器转换至低档位时，发动机转速(Ne或RPM)增加，从而增加发动机气流。在较高RPM下，通过旋转的发动机产生的进气歧管真空可增加。在一些实例中，如下进一步讨论的，降档可被用以增加发动机气流并清除增压空气冷却器(CAC)中所积聚的冷凝液。
燃烧室30可从进气歧管44接收进气并可经由排气歧管46将燃烧气体排放至排气通道48。进气歧管44和排气歧管46能够经由相应的进气阀和排气阀(未示出)与燃烧室30选择性连通。在一些实施例中，燃烧室30可包括两个或更多进气阀和/或两个或更多排气阀。
燃料喷射器50被示出直接连接至燃烧室30，用于与从控制器12接收的信号的脉宽FPW成比例地向燃烧室30中直接喷射燃料。通过这种方式，燃料喷射器50向燃烧室30中提供已知的直接燃料喷射；然而，应当理解，还可能为进气口喷射。可通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)向燃料喷射器50输送燃料。
在被称作点火的过程中，所喷射的燃料通过诸如火花塞52的已知点火设备进行点火，从而引起燃烧。火花点火正时可进行控制，使得在制造商指定时间之前(提前)或之后(延迟)产生火花。例如，火花正时可从最大突变扭矩(maximum break torque，MBT)正时延迟以控制发动机爆震或在高湿度条件下提前。特别地，MBT可被提前而导致缓慢燃烧速率。在一个实例中，可在轻点油门(tip-in)期间延迟火花。在替代实施例中，可采用压缩点火来点燃所喷射的燃料。
进气歧管44可从进气通道42接收进气。进气通道42和/或进气歧管44包括具有节流板22的节气门21以调节到达进气歧管44的流量。在该特定实例中，节流板22的位置(TP)可通过控制器12进行改变以实现电子节气门控制(ETC)。通过这种方式，节气门21可被操作以改变提供至燃烧室30的进气。例如，控制器12可调节节流板22以增大节气门21的开度。增大节气门21的开度可增加供给至进气歧管44的空气的量。在替代实例中，节气门21的开度可被减小或完全关闭以阻断到达进气歧管44的气流。在一些实施例中，进气通道42中可存在另外的节气门，诸如位于压缩机60的上游的节气门(未示出)。
此外，在所公开的实施例中，废气再循环(EGR)系统可将期望部分的废气从排气通道48经由EGR通道(诸如高压EGR通道140)引导至进气通道42。提供至进气通道42的EGR的量可通过控制器12经由EGR阀(诸如高压EGR阀142)改变。在一些条件下，该EGR系统可被用以调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温度。图1示出了高压EGR系统，其中，EGR从涡轮增压器的涡轮机的上游通过EGR通道140被引导至涡轮增压器的压缩机的下游。图1还示出了低压EGR系统，其中，EGR从涡轮增压器的涡轮机的下游通过低压EGR通道157被引导至涡轮增压器的压缩机的上游。低压EGR阀155可控制提供至进气通道42的EGR的量。在一些实施例中，如图1所示，发动机可同时包括高压EGR系统和低压EGR系统。在其它实施例中，发动机可包括高压EGR系统或低压EGR系统。当运行时，该EGR系统可引起从压缩空气形成冷凝液，尤其是在压缩空气通过增压空气冷却器进行冷却时，这会在下文进行更为详细地描述。例如，低压EGR通道157可包括低压EGR冷却器159且高压EGR通道140可包括高压EGR冷却器143。
发动机10可进一步包括诸如涡轮增压器或机械增压器的压缩装置，其包括沿着进气通道42布置的至少一个压缩机60。对于涡轮增压器，压缩机60可例如通过轴或其它连接装置至少部分地由涡轮机62驱动。涡轮机62可沿着排气通道48布置。可提供多种装置来驱动压缩机。对于机械增压器，压缩机60可至少部分地由发动机和/或电机驱动并且可不包括涡轮机。因此，经由涡轮增压器或机械增压器提供至发动机的一个或多个汽缸的压缩量可通过控制器12进行改变。
在图1所示的实施例中，压缩机60可主要由涡轮机62驱动。涡轮机62可由流过排气通道48的废气驱动。因此，驱动涡轮机62的运动可驱动压缩机60。由此，压缩机60的速度可基于涡轮机62的速度。随着压缩机60的速度增加，可通过进气通道42向进气歧管44提供更多的增压。
此外，排气通道48可包括用于将废气转移远离涡轮机62的废气门26。此外，进气通道42可包括压缩机旁路阀或再循环阀(CRV)27，其配置成转移压缩机60周围的进气。废气门26和/或CRV 27可由控制器12进行控制以例如在期望较低增压压力时打开。例如，响应于压缩机喘振或可能的压缩机喘振事件，控制器12可打开CBV 27以降低压缩机60的出口处的压力。这可减少或停止压缩机喘振。
进气通道42可进一步包括增压空气冷却器(CAC)80(例如，中冷器)以降低涡轮增压器或机械增压器进气的温度。在一些实施例中，CAC 80可为空气-空气热交换器。在其它实施例中，CAC 80可为空气-液体热交换器。CAC 80还可为可变容积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，在穿过CAC时冷却，随后离开以穿过节气门21并随后进入发动机进气歧管44。来自车辆的外侧的环境空气流可通过车辆前端进入发动机10并穿过CAC，以辅助冷却增压空气。当环境空气温度降低时或者在潮湿条件或雨天状况下，此时增压空气被冷却到低于水露点温度，冷凝液可在CAC中形成并积聚在其中。此外，当进入CAC的增压空气被增压时(例如，增压压力和/或CAC压力大于大气压强)，如果CAC温度降至低于露点温度，则可形成冷凝液。当增压空气包括再循环废气时，冷凝液可变成酸性并腐蚀CAC壳体。这种腐蚀可导致充气、大气以及水-空气冷却器的情况下可能的冷却剂之间的泄露。此外，如果冷凝液在CAC中积累，则可能在多次增加气流期间被发动机摄入。因此，可能发生不稳定燃烧和/或发动机熄火。
发动机10可进一步包括安置在进气通道42和/或进气歧管44中的一个或多个氧传感器。由此，该一个或多个氧传感器可被称作进气氧传感器。在所述的实施例中，氧传感器162安置在CAC 80的下游和节气门21的上游。在另一实例中，氧传感器162可安置在CAC 80出口的下游和节气门21的下游。在其它实施例中，氧传感器162或第二氧传感器可安置在CAC的入口处。还可在低压EGR通道157的出口与压缩机60的入口之间的进气通道42中安置氧传感器。
进气氧传感器162可为用于提供增压空气(例如，流过进气通道42的空气)的氧浓度的指示的任意合适的传感器，诸如线性氧传感器、进气UEGO(宽域或宽范围排气氧)传感器、两条件氧传感器等。在一个实例中，进气氧传感器162可为包括作为测量元件的加热元件的进气氧传感器。
正如本文所详细阐述的，进气氧传感器162可配置成提供有关进气歧管中所接收的新鲜空气(例如，充气)的氧含量的估测。可在氧传感器162旁边安置压力传感器124用于估测进气压力，氧传感器162的输出在该进气压力下被接收。由于氧传感器162的输出受到进气压力的影响，参考氧传感器输出可在参考进气压力下获悉。在一个实例中，参考进气压力为节气门入口压力(TIP)，其中，压力传感器124为TIP传感器。在替代实例中，参考进气压力为MAP传感器122所感测的歧管压力(MAP)。另外地，进气通道42可包括配置成估测进气的相对湿度的湿度传感器164。在一个实施例中，湿度传感器164为配置成基于传感器的一伏或多伏的输出估测进气的相对湿度的UEGO传感器。在一些实例中，氧传感器162的输出可基于湿度传感器164的输出修正。
此外，进气氧传感器162可被用以估测进气氧浓度、总充气稀释度，并在EGR正在流动时(例如，当打开EGR阀142或155时)基于进气氧浓度的变化推测通过发动机的EGR流动的量。具体地，将打开EGR阀142或155时氧传感器162的输出的变化与参考点比较，其中，传感器在参考点处以无EGR的方式运行(零点)。基于从以无EGR的方式运行的时间开始的氧量变化(例如，降低)，能够计算当前提供至发动机的EGR流量。例如，当向传感器施加参考电压(Vs)时，通过该传感器输出泵送电流(Ip)。相对于无EGR(零点)时的传感器输出，氧浓度的变化可与存在EGR时由传感器输出的泵送电流的变化(ΔIp)成比例。基于所估测的EGR流量与期望(或目标)EGR流量的偏差，可执行进一步的EGR控制。
例如，当EGR正在流动时，氧传感器162处的氧浓度的变化可被用以推测EGR量或流率，其随后可被用于EGR流量调节(通过EGR阀142和/或155)、火花正时调节和/或节气门位置调节。例如，控制器12可基于来自氧传感器162的反馈估测EGR流量的稀释度百分比。在一些实例中，控制器12可随后调节EGR阀142、EGR阀155、节气门21、CRV 27和/或废气门26中的一个或多个，以获得进气的期望EGR稀释度百分比。在另一实例中，控制器可确定总充气稀释度(无论EGR是否正在流动)，总充气稀释度表示因气流中的稀释剂(包括EGR、水蒸气和水滴)造成的充气的总稀释度百分比。在一些实例中，控制器12可假定总充气稀释度为EGR。控制器随后可调节EGR阀142、EGR阀155、节气门21、CRV 27和/或废气门26中的一个或多个，以获得进气的期望总充气稀释度百分比。
在水从CAC被释放到增压气流中的条件下，水滴形式的水可接触氧传感器162。当水碰到传感器时，氧传感器162的加热元件可使水分蒸发并将其作为增压气流中的局部蒸气或稀释剂进行测量。如下面的进一步描述，这可导致氧传感器162处测量的进气氧降低。因此，当EGR正在流动时，基于氧传感器162处测量的进气氧的EGR流量可能会被高估。当EGR未流动时，可能会高估总充气稀释度水平。该高估的EGR和/或总充气稀释度可导致不精确的节气门调节，这会使到达发动机的气流增加到比扭矩需求的需要更高的水平。
控制器12在图1中示出为微型计算机，其包括微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、用于可执行程序和校准值的电子存储介质(在该特定实例中示为只读存储芯片(ROM)106)、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可从连接至发动机10的传感器接收各种信号用于执行各种功能来运行发动机10。除先前讨论的那些信号之外，这些信号可包括：来自MAF传感器120感测的质量空气流量的测量值；来自温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)，示意性地示出位于发动机10内的一个位置中；来自连接至曲轴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。可通过控制器12由信号PIP生成发动机转速信号RPM。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用于提供进气歧管44中的真空或压力的指示。注意，可采用上述传感器的多种组合，诸如含有MAF传感器而不含MAP传感器，或者相反。在理论配比操作期间，MAP传感器可给出发动机扭矩的指示。此外，这种传感器连同所检测的发动机转速能够提供被引入到汽缸的增压(包括空气)的估测。在一个实例中，曲轴40每转一周，霍尔效应传感器118(还被用作发动机转速传感器)可产生预定数量的等间距脉冲。
可向控制器12传递信号的其它传感器包括位于增压空气冷却器80的出口处的压力传感器124、氧传感器162、湿度传感器164和增压压力传感器126。在一个实例中，压力传感器124还可为温度传感器。还可存在并未描述的其它传感器，诸如用于确定增压空气冷却器的入口处的进气速度的传感器或其它传感器。在一些实例中，存储介质只读存储器106可编程有表示可由微处理器单元102执行的指令的计算机可读数据，其用于执行如下所述的方法以及预期但没有列出来的其他变型。本文会在图2中描述示例性程序。
图1的系统提供了一种发动机系统，其包括进气歧管、安置在进气歧管上游的进气通道中的增压空气冷却器、连接至增压空气冷却器的下游的进气歧管的进气节气门、包括用于使排气残留物从排气通道经由EGR阀再循环至进气通道的通道的废气再循环(EGR)系统，以及在增压空气冷却器的下游与进气节气门的上游连接至进气通道的氧传感器。该发动机系统进一步包括具有计算机可读指令的控制器，用于基于总充气稀释度相对于稀释度阈值调节进气节气门的位置，总充气稀释度基于氧传感器的输出。在一个实例中，调节进气节气门的位置包括当总充气稀释度低于稀释度阈值时基于总充气稀释度调节进气节气门的位置。在另一实例中，调节进气节气门的位置包括当总充气稀释度大于稀释度阈值时基于稀释度阈值调节进气节气门的位置。
当EGR阀打开时，稀释度阈值基于处于进气节气门入口条件的饱和蒸气压力和目标EGR流率，当EGR阀关闭时，稀释度阈值仅基于处于进气节气门入口条件的饱和蒸气压力。在一个实例中，进气节气门入口条件包括增压空气冷却器下游和进气节气门上游的温度。
如先前所讨论的，进气氧传感器162能够被用以测量作为因添加了EGR作为稀释剂引起的氧含量改变的量的函数的进气充气中的EGR的量(或总充气稀释度)。在操作期间，进气氧传感器162的泵送电流可表示气流中的氧的量。因此，随着引入更多的EGR，传感器可输出对应于低氧浓度的读数或泵送电流。在估测期间，标称参考电压(例如，处于450mV)或Nernst电压被施加于传感器并记录输出(例如，在施加低参考电压时由传感器输出的泵送电流)。基于传感器相对于传感器的零点(即，处于无EGR条件的传感器输出)的输出，会获悉氧浓度的变化，并推测具有EGR的进气稀释度。
然而，如果在冷凝液以水滴的形式从CAC被释放的条件期间执行EGR估测，则传感器的输出同时对应于在增压气流中作为稀释剂的EGR和水。当接触氧传感器时，增压空气中的水滴蒸发且进气氧传感器将该水滴作为EGR测量。这可减少由传感器读取的(局部)氧浓度。由于传感器的输出和氧浓度的变化被用以推测进气充气的EGR稀释度，在存在水滴的情况下由进气氧传感器所读取的减少的氧浓度可被错误地解释为额外的稀释剂。这会影响EGR估测和随后的EGR控制。
EGR估测还可影响节气门控制。例如，节气门可基于诸如扭矩需求的发动机运行条件和由进气氧传感器所估测的EGR进行调节。例如，如果EGR高于目标EGR率，则控制器可增大节气门的开度以便增加总气流并输送扭矩需求所要求的充气。然而，如果由于增压气流中的水而高估EGR，则会高估扭矩需求和目标EGR流率所需的充气的量。由于增加了对EGR的估测，控制器可增大节气门的开度以增加到达发动机汽缸的充气。
诸如火花正时的另外的发动机运行参数也可响应于进气氧传感器输出进行调节。火花正时也可基于估测的EGR或由进气氧传感器确定的总稀释度进行调节。例如，随着总稀释度水平(例如，比例)或估测EGR增加，火花正时可从MBT进行调节。在轻点油门期间，控制器可在总稀释度水平增加时将火花正时提前。可选地，当踏板位置相对恒定时，控制器可在总稀释度水平增加时将火花正时提前。由于水滴可影响燃烧，即便是在总稀释度包括因水蒸气和水滴引起的稀释的情况下，响应于总稀释度(例如，估测的EGR)调节火花正时也可产生准确的火花正时。因此，基于由进气氧传感器输出所确定的总稀释度高估EGR仍可产生准确的火花正时调节。在另一实施例中，可基于稀释度阈值调节火花正时。例如，如果总稀释度大于稀释度阈值，则控制器可基于稀释度阈值或小于由进气氧传感器所测量的总稀释度水平的另一稀释度水平调节火花。
在冷凝条件和/或当水从CAC被释放时，基于进气氧传感器的输出的节气门调节可基于处于节气门入口条件的稀释度阈值进行调节。例如，稀释度阈值可基于处于节气门入口温度(例如，CAC出口温度)下的饱和水蒸气压力和目标EGR率(如，设定EGR率)。通过这种方式，相较于氧传感器的氧测量值，稀释度阈值可为对充气的总稀释度的更为准确的估测。如果进气氧传感器处测量的总稀释度(例如，估测EGR率)大于稀释度阈值，则水滴可能存在于充气中。因此，节气门位置和充气可基于稀释度阈值而非较高估测的EGR率进行调节(基于来自进气氧传感器输出的总充气稀释度)。
在EGR正在流动(例如，EGR阀打开)的条件下，稀释度阈值可基于目标(例如，期望)EGR率和处于节气门入口温度的饱和水蒸气压力进行确定。在EGR未流动的条件下，由于EGR不会促进所测量的进气氧的降低，可仅基于饱和水蒸气阈值确定稀释度阈值。通过这种方式，当所估测的EGR流量或进气氧传感器处所测量的总充气稀释度水平大于稀释度阈值时，控制器可基于稀释度阈值而非总稀释度水平调节节气门。然而，控制器可仍以基于氧传感器输出的总稀释度水平(例如，估测的等效EGR流量)为基础调节火花正时。在替代实施例中，控制器还可基于稀释度阈值而非总稀释度阈值调节火花正时。在其它实施例中，控制器可基于稀释度阈值和总充气稀释度的校准混合值调节火花正时。因此，可调节火花正时和节气门位置来为扭矩需求输送充气和点火正时，从而提高发动机效率。
现参照图2，方法200被示出用于基于氧传感器输出调节进气节气门。具体地，氧传感器可为在CAC的下游与节气门的上游之间安置在进气通道中的进气氧传感器(IAO2)。在该位置，氧传感器可感测从CAC释放到充气中的水滴。充气中的水滴连同EGR和蒸气压力可一起促进由进气氧传感器所测量的总稀释度水平。如上所述，进气氧传感器可测量充气的进气氧水平。诸如水蒸气、EGR和/或水滴的稀释剂的存在可降低氧传感器处所测量的氧的百分比(例如，由于增加总稀释度水平)。在一些实例中，总稀释度水平和/或氧传感器处所测量的进气氧(例如，进气氧传感器输出)可被用以确定EGR流率。诸如节气门位置和火花正时的发动机运行参数可至少部分地基于总稀释度水平或估测的EGR流率进行调节。在一个实例中，方法200可通过图1中所示的控制器12执行。
方法200在202处开始，即估测和/或测量发动机运行条件。发动机运行条件可包括发动机转速和负载、EGR流率、质量空气流量、充气、增压空气冷却器的条件(例如，入口和/或出口的温度和压力)、节气门入口温度和压力、环境湿度、环境温度、扭矩需求等。在204处，该方法包括确定EGR是否正在流动。在一个实例中，如果EGR阀打开，则EGR可能正在流动。相反，如果EGR阀关闭，则EGR不会流动。如果EGR未在流动(例如，EGR率基本为零)，则该方法进行至206以基于处于节气门入口条件的饱和蒸气压力确定稀释度阈值。正如上面所讨论的，可在节气门入口条件下确定(例如，从控制器中的查找表)饱和蒸气压力。在一个实例中，节气门入口条件可为CAC下游和节气门上游的温度。在一个实例中，可由邻近进气氧传感器(IAO2)安置的温度传感器确定该温度。饱和蒸气压力然后可被用以估测稀释度阈值。由此，稀释度阈值可为来自充气中的稀释剂(例如，当EGR未在流动时的水蒸气)的稀释度的最大量(例如，进气氧从期望或基础水平的减少量)，该稀释剂不包括水滴。因此，超过稀释度阈值的稀释度的量可表明充气中含有水滴(除水蒸气之外)。
可选地，如果在204处EGR正在流动，则该方法进行至208以基于处于节气门入口条件的饱和蒸气压力和目标(例如，期望的)EGR率来确定稀释度阈值。在一个实例中，目标EGR率可为基于发动机运行条件的期望EGR。EGR阀可被调节以输送目标EGR率。由此，当EGR正在流动时，该稀释度阈值可为来自充气中的稀释剂的稀释度的最大量，该稀释剂包括EGR和水蒸气。因此，超过稀释度阈值的稀释度的量可表明充气中除EGR和水蒸气之外还有水滴。
在于206或208处确定稀释度阈值后，该方法进行至210以基于进气氧传感器(IAO2)输出确定总充气稀释度。正如上面所讨论的，氧传感器输出可为进气氧浓度。相较于基础或期望氧浓度所减少的氧浓度的量可为充气中的稀释度的量。因此，总稀释度水平可为充气中的稀释剂(例如，水蒸气和水滴)的量的测量值。在一些实例中，EGR率可由进气氧传感器输出确定。然而，如果EGR未在流动，则这可能为等效EGR率，这实际上是由于水蒸气、水滴或充气中的其它稀释剂而非EGR。在一些实施例中，该等效EGR率可与等效EGR阈值(基于饱和蒸气压力并类似于稀释度阈值)进行比较，而非总充气稀释度与稀释度阈值进行比较。下面描述的以下方法可随后使用这些等效EGR值调节发动机运行参数。
在212处，该方法包括确定总充气稀释度是否大于稀释度阈值。如果总充气稀释度不大于稀释度阈值，则该方法继续以基于扭矩需求和总充气稀释度调节节气门。换句话说，如果总充气稀释度(或等效ERG率)小于稀释度阈值(或等效EGR阈值)，则节气门被调节以基于充气稀释度(或等效EGR率)针对扭矩需求输送充气。随着总充气稀释度增加，该节气门可被打开至更大程度以增加充气并输送所需扭矩。在214处，该方法可进一步包括基于总充气稀释度调节火花正时。在一个实例中，调节火花正时包括当总充气稀释度水平超过阈值且踏板位置增加时(例如，在轻点油门期间)使火花正时提前。在另一实例中，调节火花正时包括当总充气稀释度水平超过阈值且踏板位置、扭矩需求或充气低于阈值位置时使火花正时提前。
可选地，在212处，如果总充气稀释度大于稀释度阈值，则该方法进行至216以基于稀释度阈值和扭矩需求而非基于总充气稀释度调节节气门。在一些实例中，当总充气稀释度大于阈值稀释度时，氧传感器的输出可缩小或限制成阈值稀释度。由此，节气门位置可基于阈值稀释度调节，该阈值稀释度小于总充气稀释度。由于水滴不会促进充气的局部压力，所以节气门可基于稀释度阈值而非总稀释度水平(其包括水滴)进行调节。因此，节气门可调节到达发动机的气流以输送期望的扭矩而不高估所需的气流。
在一些实例中，该方法在216和214处可进一步包括基于总充气稀释度或以进气氧传感器的输出为基础的等效EGR率调节EGR阀。例如，如果由氧传感器所估测的EGR率大于目标(例如，期望的)EGR率，则闭环控制器可减小EGR阀的开度。如果总充气稀释度大于稀释度阈值，则EGR阀可基于等效EGR阈值(等效于稀释度阈值)进行调节。
通过这种方式，一种发动机方法包括：当总充气稀释度水平大于稀释度阈值时，基于稀释度阈值调节节气门的位置，该总充气稀释度水平基于进气氧传感器的输出。在一个实例中，氧传感器在增压空气冷却器的下游和节气门的上游安置在进气歧管中。
当废气再循环未在流动时，稀释度阈值基于处于节气门入口温度的饱和蒸气压力。另外，当废气再循环正在流动时，稀释度阈值进一步基于目标废气再循环率。该方法可进一步包括基于总充气稀释度水平调节火花正时。例如，即便总充气稀释度水平大于稀释度阈值，仍基于总充气稀释度水平而非稀释度阈值调节火花正时。在一个实例中，调节火花正时包括当总充气稀释度水平超过阈值且踏板位置增加时使火花正时提前并当总充气稀释度水平超过阈值且踏板位置低于阈值位置时使火花正时延迟。
该方法进一步包括当总充气稀释度水平低于稀释度阈值时基于总充气稀释度水平调节节气门的位置。在一个实例中，调节节气门的位置包括随着总充气稀释度水平提高而增大节气门的开度。该方法进一步包括基于扭矩需求调节节气门的位置。
图3示出了基于进气氧传感器输出调节节气门位置和火花正时的图例。具体地，图表300在曲线302处示出了氧传感器输出(如，进气氧浓度)的变化、在曲线304处示出了总充气稀释度的变化(基于氧传感器输出)、在曲线306处示出了稀释度阈值的变化、在曲线308处示出了估测的EGR的变化(基于氧传感器输出)、在曲线310处示出了EGR阀的位置的变化、在曲线312处示出了实际节气门位置的变化、在曲线314处示出了仅基于总充气稀释度的节气门位置的变化、在曲线316处示出了火花正时的变化、在曲线318处示出了节气门入口温度的变化、在曲线320处示出了目标EGR流率的变化以及在曲线322处示出了扭矩需求的变化。如上所讨论地，稀释度阈值基于处于节气门入口温度的饱和蒸气压力。稀释度阈值在EGR阀打开且EGR流动时进一步基于目标EGR率。此外，总充气稀释度和估测的EGR二者可基本相同并基于进气氧传感器的输出(例如，基于进气氧从基础或期望氧浓度的降低)。然而，当EGR未流动时，估测的EGR可为基于来自水蒸气和水滴的总稀释度的等效EGR。此外，EGR阀的位置在曲线310处示出为打开或关闭。然而，在替代实施例中，该EGR阀可被调节为完全打开与完全关闭之间的多个位置。
在时间t1之前，氧传感器输出处于表示充气中的进气氧含量(例如，浓度)的第一水平。总充气稀释度低且低于阈值稀释度(曲线304和306)。此外，阈值稀释度基于处于节气门入口温度(曲线318)的饱和蒸气压力而非基于EGR，这是由于EGR阀关闭(曲线310)。在时间t1处，节气门入口温度增加(曲线318)。因此，饱和蒸气压力可增加，从而增加稀释度阈值(曲线306)。另外，总充气稀释度(曲线304)和估测的EGR(曲线308)在时间t1和t2之间增加。由于实际EGR保持关闭(例如，未流动)，则稀释度的增加和进气氧的降低(曲线302)可能是由于水从CAC被释放到充气中。
在时间t2处，总充气稀释度增加至高于阈值稀释度(曲线304和306)。这表示除水蒸气外存在液滴。作为响应，在时间t2和时间t3之间，控制器基于稀释度阈值(曲线306)而不是总充气稀释度(或不是估测的EGR)调节节气门位置(曲线312)。曲线314示出了基于总充气稀释度的情况下的节气门位置调节。相较于基于时间t2和时间t3之间的稀释度阈值(曲线312)的节气门调节，基于总充气稀释度(曲线314)的节气门调节产生了更大节气门开度(并增加了到达发动机的气流)。充气中的水滴可引起总充气稀释度和估测的EGR高于充气的实际稀释度，其可影响扭矩输送。因此，如果已经基于时间t2和时间t3之间的总充气稀释度调节了节气门，则进入汽缸的充气可高于输送所需扭矩需要的充气。
由于充气中的水滴可影响燃烧，则控制器在时间t2和时间t3之间基于总充气稀释度调节火花正时。具体地，响应于增加的总充气稀释度，控制器在时间t2和时间t3之间延迟火花(曲线316)。在时间t3处，总充气稀释度前进到低于稀释度阈值，从而引起再次基于总充气稀释度而非阈值稀释度调节节气门。
正好在时间t4之前，目标EGR率增加(曲线320)。因此，在时间t4处，EGR阀打开以将EGR流量增加至目标EGR率(曲线310)。由于EGR在时间t5之后正在流动，稀释度阈值基于处于节气门入口温度的饱和蒸气压力和目标EGR。随着EGR流动增加，稀释度阈值(曲线306)和总充气稀释度(曲线304)增加。在时间t4和时间t5之间，可在CAC内形成冷凝。正好在时间t5之前，水会从CAC释放。因此，总充气稀释度增加至高于时间t5处的稀释度阈值。作为响应，该控制器从基于时间t5之前的总充气稀释度和扭矩需求调节节气门过渡至基于时间t5之后的稀释度阈值和扭矩需求调节节气门。可选地，如果控制器继续基于时间t5之后的总充气稀释度调节节气门，则可以以大程度将节气门打开，如此引起更大量的充气进入汽缸。该更大量的充气可被高估用于扭矩需求，这是因为来自CAC的水滴占据总充气稀释度水平的至少一部分。在一些实例中，这会导致大于所需的扭矩输出。
如图3中的时间t2之前及时间t3和时间t5之间，在总充气稀释度水平低于稀释度阈值的第一条件下，控制器可基于总充气稀释度水平调节节气门。在第二条件下，如所示在时间t2和时间t3之间及时间t5之后，当总充气稀释度水平大于稀释度阈值时，控制器可基于稀释度阈值调节节气门，总充气稀释度水平基于进气氧传感器的输出。在一个实例中，进气氧传感器安置在增压空气冷却器下游的发动机进气口中。
稀释度阈值基于进气氧传感器处的蒸气压力阈值，该蒸气压力阈值基于邻近进气氧传感器的温度。在一个实例中，该温度为节气门入口温度。此外，如所示在时间t4之前，当废气再循环未流动时，稀释度阈值可基于蒸气压力进行估测。可选地，如所示在时间t4之后，当废气再循环正在流动时，稀释度阈值可基于蒸气压力阈值和目标废气再循环率进行估测。
在一个实例中，在第一条件下调节节气门包括随着总充气稀释度水平增加而增大节气门的开度。调节节气门进一步基于扭矩需求。此外，在第一条件和第二条件下，火花正时可基于总充气稀释度水平进行调节。
通过这种方式，进气节气门可基于进气氧传感器的输出和稀释度阈值进行调节。在一个实例中，进气氧传感器的输出可被用以确定总充气稀释度水平(例如，进气氧由于充气中的稀释剂而降低)。在一些实例中，进气氧传感器的输出可被用以在EGR正在流动时确定EGR率或在EGR未流动时确定估测的等效EGR率(类似于总充气稀释度)。稀释度阈值可基于处于节气门入口条件的饱和蒸气压力和目标EGR率(如果EGR正在流动)。由此，稀释度阈值可为最大充气稀释度水平，不包括来自充气中的水滴的稀释剂。因此，当总充气稀释度增加至高于稀释度阈值时，水滴可在气流中行进至发动机。由此，当确定水滴存在于增压气流中时，控制器可基于稀释度阈值而非总充气稀释度调节节气门开度。通过这种方式调节节气门可实现为扭矩需求输送所需量的充气的技术效果。因此，可输送所需的扭矩需求而不降低发动机效率。
注意，本文包括的示例性控制和估测程序可用于各种发动机和/或车辆系统结构。本文公开的控制方法和程序可作为可执行指令储存在非临时性存储器中。本文所述的特定程序可代表任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，示出的各种行为、操作和/或功能可以在所示顺序执行、并行执行或者在一些情况下省略。类似地，处理顺序不一定需要实现本文所述示例性实施例的功能和优势，而是为了便于说明和描述而提供。所述行为、操作和/或功能中的一个或多个可以根据使用的特定策略而重复执行。此外，所述行为、操作和/或功能可以图形地表示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。
应当理解，本文公开的结构和布置在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应在限制性的意义上来理解，因为众多变型是可能的。例如，上面的技术可应用于V-6、I-3、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公开的各种系统和结构以及其他特征、功能和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。
下面的权利要求特别指出被认为新颖和非显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可能涉及“元件”或“第一元件”或等同称谓。这样的权利要求应当被理解为包括一个或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。可以通过对当前的权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护所公开的特征、功能、元件和/或属性的其他组合和子组合。无论与原始权利要求相比在范围上更宽、更窄、相同还是不同，这些权利要求也被认作包括在本公开的主题内。

Claims (19)

1.一种发动机方法，包括：
当总充气稀释度水平大于稀释度阈值时，基于所述稀释度阈值调节节气门的位置，所述总充气稀释度水平基于进气氧传感器的输出来确定，
其中，所述总充气稀释度水平表示因气流中的稀释剂造成的充气的总稀释度百分比，所述稀释度阈值为来自充气中的稀释剂的稀释度的最大量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当废气再循环未流动时，所述稀释度阈值基于处于节气门入口温度的饱和蒸气压力来确定，并且当废气再循环正在流动时，所述稀释度阈值基于处于节气门入口温度的饱和蒸气压力和目标废气再循环率来确定。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述总充气稀释度水平调节火花正时，并且调节火花正时包括：当所述总充气稀释度水平超过阈值且加速器踏板的踏板位置高于阈值时，将火花正时提前；以及当所述总充气稀释度水平超过所述阈值且所述加速器踏板的踏板位置低于阈值位置时，将火花正时延迟。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：当所述总充气稀释度水平低于所述稀释度阈值时，基于所述总充气稀释度水平调节所述节气门的位置。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，调节所述节气门的位置包括随着所述总充气稀释度水平增加而增大所述节气门的开度。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括基于扭矩需求调节所述节气门的位置。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述氧传感器在增压空气冷却器的下游和所述节气门的上游安置在进气通道中。
8.一种发动机方法，包括：
在总充气稀释度水平低于稀释度阈值的第一条件下，基于所述总充气稀释度水平调节节气门；以及
在所述总充气稀释度水平大于所述稀释度阈值的第二条件下，基于所述稀释度阈值调节所述节气门，所述总充气稀释度水平基于在增压空气冷却器的下游安置在发动机进气口中的进气氧传感器的输出来确定，
其中，所述总充气稀释度水平表示因气流中的稀释剂造成的充气的总稀释度百分比，所述稀释度阈值为来自充气中的稀释剂的稀释度的最大量。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述稀释度阈值基于所述进气氧传感器处的蒸气压力阈值来确定，所述蒸气压力阈值基于邻近所述进气氧传感器的温度来确定。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：当废气再循环未流动时，基于所述蒸气压力阈值估测所述稀释度阈值；以及当废气再循环正在流动时，基于所述蒸气压力阈值和目标废气再循环率估测所述稀释度阈值。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述第一条件下调节所述节气门包括随着所述总充气稀释度水平增加而增大所述节气门的开度，并且调节所述节气门进一步基于扭矩需求。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括在所述第一条件和所述第二条件下基于所述总充气稀释度水平调节火花正时。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，还包括在所述第一条件和所述第二条件下基于所述稀释度阈值调节火花正时。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，还包括在所述第一条件和所述第二条件下基于所述总充气稀释度和所述稀释度阈值的校准混合值调节火花正时。
15.一种发动机系统，包括：
进气歧管；
增压空气冷却器，在所述进气歧管的上游安置在进气通道中；
进气节气门，在所述增压空气冷却器的下游连接至所述进气歧管；
废气再循环(EGR)系统，包括用于使废气残留物从排气通道经由EGR阀再循环至所述进气通道的通道；
氧传感器，在所述增压空气冷却器的下游和进气节气门的上游连接至所述进气通道；以及
具有用于基于总充气稀释度相对于稀释度阈值调节所述进气节气门的位置的计算机可读指令的控制器，所述总充气稀释度基于所述氧传感器的输出来确定，
其中，所述总充气稀释度表示因气流中的稀释剂造成的充气的总稀释度百分比，所述稀释度阈值为来自充气中的稀释剂的稀释度的最大量。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，调节所述进气节气门的位置包括：当所述总充气稀释度低于所述稀释度阈值时，基于所述总充气稀释度调节所述进气节气门的位置。
17.根据权利要求15所述的系统，其中，调节所述进气节气门的位置包括：当所述总充气稀释度大于所述稀释度阈值时，基于所述稀释度阈值调节所述进气节气门的位置。
18.根据权利要求15所述的系统，其中，当所述EGR阀打开时，所述稀释度阈值基于处于进气节气门入口条件的饱和蒸气压力和目标EGR流率来确定，当所述EGR阀关闭时，所述稀释度阈值仅基于处于所述进气节气门入口条件的所述饱和蒸气压力来确定。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述进气节气门入口条件包括所述增压空气冷却器的下游和所述进气节气门的上游的温度。
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