CN104564374A - 用于进气氧传感器的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于基于EGR的空燃比修正基于进气歧管氧传感器确定的EGR率的系统和方法。修正传感器的输出以补偿富EGR中的额外燃料或稀EGR中的额外空气，并且该输出被用来可靠地估算EGR率。基于传感器的未修正的输出调整一个或更多个发动机运行参数。

Description

用于进气氧传感器的方法和系统
技术领域
本申请大体涉及一种被包含在内燃发动机的进气系统中的气体成分传感器。
背景技术
发动机系统可利用从发动机排气系统至发动机进气系统(进气通道)的排气再循环(被称为排气再循环(EGR)的过程)以减少管制的排放并提高燃料经济性。EGR系统可包括各种传感器以测量和/或控制EGR。作为一个示例，EGR系统可包括进气成分传感器，诸如氧传感器，其在非-EGR状况期间被使用以确定新鲜进气空气中的氧气含量。在EGR状况期间，该传感器可被用来基于由于作为稀释剂添加EGR而造成的氧气浓度的变化来推断EGR。由Matsubara等人在US6742379中展示了这种进气氧传感器的一个示例。该EGR系统可附加地或可选地包括连接到排气歧管用于估算燃烧空燃比的排气氧传感器。
同样地，由于氧传感器位于EGR通道的出口的下游，所以该传感器可对EGR的空燃比敏感。例如，当发动机使用富EGR运转时，EGR中有过量的燃料(如，过量的CO和H2)。过量的燃料在进气氧传感器的感测元件处能够与氧气反应，从而减小由该传感器检测到的氧气浓度。除了空气中的一些氧气与来自EGR的CO和H2变得均衡之外，还有由于较小的H2分子快速扩散通过氧传感器的感测元件的氧扩散膈膜而带来的次生效应，从而使得传感器输出读数比EGR中的过量燃料的实际量更富足/高。作为另一个示例，当发动机以稀EGR运转时，EGR包括额外的空气，且对于给定的质量流率，在EGR中实际稀释的量较低。稀的EGR中的过量氧气可被进气氧传感器解读为较低的EGR速率。
Matsubara讲授当传感器被充分地加热时在选定的状况期间获知进气氧传感器的初始的校准系数并且如果EGR太富足或太稀则进一步调整校准系数。该调整的校准系数然后被用于修正进气传感器的输出。
然而，发明人已经认识到使用这种方法的潜在的问题。一个或更多个其他的发动机运行参数也受由在富的或稀的(相对于化学计量比)EGR情况下的进气氧传感器错误读出的EGR的特征而影响。例如，在稀的EGR的情况下，尽管传感器测量到EGR的偏低的(绝对的)量，但是传感器输出正确地反应燃烧气体分数。结果，基于调整的校准系数对火花正时、节气门位置和/或燃料喷射的任何调整可能是不正确的。作为另一个示例，在富EGR情况下，传感器没有对EGR中有多少过量燃料给出准确的估算。同样地，如果汽缸的燃料喷射中没有适当考虑过量燃料，则喷射的燃料将高于预期。这可引起发动机的开环燃料供给比预期的更富。在闭环燃料控制中，自适应燃料可适应于EGR中的过量燃料，但是自适应修正将归因于燃料系统错误。如果修正在阈值之上则可错误地触发燃料系统错误。该问题可能由于燃料喷射正时和在进气氧传感器处的燃料感应之间的延迟而被加重。同样，在排气氧传感器处估算的EGR相对于在进气氧传感器处估算的EGR之间会有延迟。不论哪种情况，发动机燃料供给和EGR控制均会被破坏。
发明内容
在一个示例中，上述问题中的一些可通过一种用于发动机的方法解决，该方法包括：响应于EGR空燃比富于阈值，基于EGR空燃比的富足性使用修正系数修正进气歧管氧传感器输出，以及基于修正的传感器输出调整EGR率和汽缸燃料喷射中的每个。以此方式，EGR空燃比变化对进气氧传感器的影响可被考虑到并且EGR估算和发动机燃料供给被相应地补偿。
例如，在EGR状况期间，当EGR率由进气氧传感器估算时，EGR空燃比(AFR)可通过排气氧传感器被估算。如果EGR空燃比被确定为比阈值富足(如，比化学计量比富足)，则基于EGR富足的程度和被燃烧的燃料的醇(如，乙醇)含量可获知(第一)修正系数。然后该修正系数被施加到进气氧传感器的输出以基于富足度降低测得的EGR率。然后EGR阀可被反馈调整以提供目标EGR率。此外，富EGR的过量的燃料含量可基于进气传感器的输出和排气传感器的输出被估算。当将排气传感器信号和进气燃料喷射正时之间的传递延迟的因素被纳入时，汽缸燃料喷射可基于过量的燃料含量被调整。
相比之下，如果EGR空燃比被确定为比阈值稀(如，比化学计量比稀)，则基于EGR的稀贫程度和被燃烧的燃料的醇(如，乙醇)含量可获知(第二)修正系数。然后该修正系数被施加到进气氧传感器的输出以基于稀贫度增加测得的EGR率。然后EGR阀可被反馈调整以提供目标EGR率。可替代地，修正系数可只在富EGR的情况下被施加且在稀EGR时不施加修正系数。此外，因为进气传感器输出正确地反应在EGR中的燃烧气体的量，所以基于未修正的传感器输出来调整火花正时和进入发动机的空气流。
以此方式，进气氧传感器输出能够针对由于改变流经传感器的EGR的空燃比而产生的变化被修正。通过适当地修正传感器输出以补偿富或稀EGR的影响，能够由传感器给出更精确的稀释估算，从而改善EGR控制。通过基于富EGR的已知的或校准的成分和从修正的传感器输出确定的EGR率推断富EGR中的过量燃料的量，并据此调整发动机燃料喷射，改善了开环和闭环燃料控制。此外，较少的燃料系统错误可以被错误地触发。通过基于未修正的传感器输出推断稀EGR中的燃烧气体的量，并据此调整火花正时和进气节气门位置，改善了开环和闭环火花和空气流控制。总的来说，当EGR空燃比改变时的传感器输出的损坏/不可靠被降低。通过提高在富或稀EGR情况下的EGR稀释估算的精确度，能够改善发动机燃料供给和EGR控制。
应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的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。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1-2是发动机系统的原理图。
图3A-C是描述变化的EGR空燃比对于由进气歧管氧传感器估算的氧气浓度的影响的绘图。
图4描述了在富或稀EGR情况下用于调整进气歧管氧传感器的输出和一个或更多个发动机运行参数的流程图。
具体实施方式
本说明涉及用于使用进气歧管传感器来感测流入发动机系统的EGR流动的量的方法和系统，该发动机系统诸如图1-2所示发动机系统。为克服富或稀EGR(如由排气氧传感器确定的)对进气氧传感器输出的影响，可使用修正系数调整推断的EGR估算(如图3A-C所示)。控制器可被配置为执行控制程序，如图4所示的程序，以获知被吸入发动机中的富EGR中的过量燃料的量或稀EGR中的过量氧气的量，并据此调整EGR流。传感器的输出和由传感器估算的EGR稀释可被调整以补偿变化EGR空燃比对传感器的输出的影响。以此方式，提高了由进气氧传感器做出的EGR估算的准确性。
图1示出了示例性涡轮增压发动机系统100的示意图描绘，涡轮增压发动机系统100包括多缸内燃发动机10和双涡轮增压器120和130。作为一个非限制性示例，能够包括发动机系统100以作为用于客运车辆的推进系统的一部分。发动机系统100能够经由进气通道140接收进气空气。进气通道140能够包括空气滤清器156和EGR节气门230。发动机系统100可以是分离式发动机系统，其中进气通道140在EGR节气门230的下游被分支成第一和第二平行进气通道，每个通道包括一个涡轮增压器压缩机。具体地，至少一部分进气空气经由第一平行进气通道142被引导至涡轮增压器120的压缩机122，且至少另一部分进气空气经由进气通道140的第二平行进气通道144被引导至涡轮增压器130的压缩机132。
压缩机122压缩的总进气空气的第一部分可以经由第一平行分支进气通道146向进气歧管160供应。以此方式，进气通道142和146形成发动机的空气进气系统的第一平行分支。类似地，能够经由压缩机132压缩总进气空气的第二部分，其中可以经由第二平行分支进气通道148向进气歧管160供应该第二部分。因此，进气通道144和148形成发动机的空气进气系统的第二平行分支。如图1所示，来自进气通道146和148的进气空气能够在到达进气歧管160前经由共用进气通道149被重新混合，在进气歧管160处进气空气可被提供给发动机。
第一EGR节气门230可被设置在第一和第二平行进气通道142和144上游的发动机进气装置中，同时第二空气进气节气门158可被设置在第一和第二平行进气通道142和144的下游且在第一和第二平行分支进气通道146和148的下游的发动机进气装置中，例如，在共用进气通道149中。
在一些示例中，进气歧管160可包括用于估算歧管压力(MAP)的进气歧管压力传感器182和/或用于估算歧管空气温度(MCT)的进气歧管温度传感器183，每个均与控制器12通信。进气通道149能够包括增压空气冷却器(CAC)154和/或节气门(诸如第二节气门158)。节气门158的位置能够由控制系统经由通信地连接到控制器12的节气门致动器(未示出)调整。防喘振阀152可被提供以选择性地经由旁通通道150绕开涡轮增压器120和130的压缩机级。作为一个示例，当压缩机上游的进气空气压力达到阈值时，防喘振阀152能够开启以使气流通过旁路通道150。
进气歧管160可进一步包括进气氧传感器172。在一个示例中，氧传感器是宽域氧传感器(UEGO)。如本文详细阐述，进气氧传感器可经配置提供关于在进气歧管中接收到的新鲜空气中的氧气含量的估算。此外，当EGR流动时，在传感器处氧气浓度的变化可被用于推断EGR量和用于准确的EGR流控制。在所描述的示例中，氧传感器162被设置在节气门158的上游和增压空气冷却器154的下游。然而，在替代的实施例中，氧传感器可被设置在增压空气冷却器(CAC)的上游。可与氧传感器并排地设置用于估算进气压力的压力传感器174，在该进气压力下氧传感器的输出被接收。由于氧传感器的输出受进气压力影响，可在参考进气压力下获知参考氧传感器输出。在一个示例中，参考进气压力是节气门入口压力(TIP)，其中压力传感器174是TIP传感器。在替代的示例中，参考进气压力是由歧管压力(MAP)传感器182感测到的歧管压力(MAP)。
发动机10可包括多个汽缸14。在所描述的示例中，发动机10包括以V形构造布置的六个汽缸。具体地，六个汽缸被布置在两个(汽缸)组13和15上，其中每个组包括三个汽缸。在替代的示例中，发动机10能够包括两个或更多个汽缸，诸如4、5、8、10或更多个汽缸。这些各种汽缸能够被对等地分开并且以替代的构造(诸如V形、直列式、箱形等)布置。每个汽缸14可以被配置为具有燃料喷射器166。在所描述的示例中，燃料喷射器166是缸内直接喷射器。然而，在其他示例中，燃料喷射器166可以被配置为基于进气道的燃料喷射器。
经由共用的进气通道149向每个汽缸14(在这里也被称为燃烧室14)供应的进气空气可以用于燃料燃烧，并且然后可以经由(汽缸)组特定的平行排气通道排出燃烧产物。在所描述的示例中，发动机10的第一汽缸组13能够经由第一平行排气通道17排出燃烧产物，而第二汽缸组15能够经由第二平行排气通道19排出燃烧产物。第一平行排气通道17和第二平行排气通道19中的每一个可进一步包括涡轮增压器涡轮。具体地，经由排气通道17排出的燃烧产物能够被引导通过涡轮增压器120的排气涡轮124，这进而能够经由轴126向压缩机122提供机械功，以便向进气空气提供压缩。可替代地，由废气门128控制，流经排气通道17的排气气体中的一些或全部能够经由涡轮旁通通道123绕过涡轮124。类似地，经由排气通道19排出的燃烧产物能够被引导通过涡轮增压器130的排气涡轮134，其进而能够经由轴136向压缩机132提供机械功，以便向流过发动机的进气系统的第二分支的进气空气提供压缩。可替代地，由废气门138控制，流经排气通道19的排气气体中的一些或全部能够经由涡轮旁通通道133绕过涡轮134。
在一些示例中，排气涡轮124和134可以被配置为可变几何形状涡轮，其中控制器12可以调整涡轮叶轮桨叶(或叶片)的位置，以改变从排气流获得并传递给其各自压缩机的能量的水平。可替代地，排气涡轮124和134可以被配置为可变喷嘴涡轮，其中控制器12可以调整涡轮喷嘴的位置，以改变从排气流获得并传递给其各自压缩机的能量的水平。例如，控制系统能够被配置为经由各自的致动器独立地改变排气涡轮124和134的叶片或喷嘴位置。
在第一平行排气通道17中的排气气体可经由分支平行排气通道170被引导至大气，而在第二平行排气通道19中的排气气体可以经由分支平行排气通道180被引导至大气。排气通道170和180可包括一个或更多个排气后处理装置(诸如催化剂)和一个或更多个排气传感器。
发动机10还可包括一个或更多个排气再循环(EGR)通道或环路，以用于再循环从排气歧管至进气歧管的排气的至少一部分。这些可包括用于提供高压EGR(HP-EGR)的高压EGR环路和用于提供低压EGR(LP-EGR)的低压EGR环路。在一个示例中，当没有涡轮增压器120、130提供的增压时，HP-EGR可被提供，而当存在涡轮增压器增压和/或当排气温度高于阈值时，LP-EGR可被提供。还有在其他示例中，可同时地提供HP-EGR和LP-EGR。
在所描述的示例中，发动机10可包括低压EGR环路202，以用于从位于涡轮124下游的第一分支平行排气通道170至位于压缩机122上游的第一平行进气通道142再循环至少一些排气。在一些实施例中，同样可提供第二低压EGR环路(未示出)，以用于从位于涡轮134下游的第二分支平行排气通道180至位于压缩机132上游的第二平行进气通道144再循环至少一些排气。LP-EGR环路202可包括用于控制经过环路的EGR流(即再循环的排气的量)的LP-EGR阀204，以及用于在再循环至发动机进气之前降低流经EGR环路的排气的温度的增压空气冷却器206。在某些情况下，增压空气冷却器206也可被用于在排气进入压缩机之前加热流经LP-EGR环路202的排气以避免水滴冲击压缩机。
发动机10还包括第一高压EGR环路208，以用于从位于涡轮124上游的第一平行排气通道17至位于进气节气门158下游的进气歧管160再循环至少一些排气气体。同样，发动机可包括第二高压EGR环路(未示出)，以用于从位于涡轮134上游的第二平行排气通道19至位于压缩机132下游的第二分支平行进气通道148再循环至少一些排气气体。经过HP-EGR环路208的EGR流可经由HP-EGR阀210被控制。
可配置PCV端口102以将曲轴箱通风气体(由气体吹送)沿第二平行进气通道144输送至发动机进气歧管。在一些实施例中，经过PCV端口102的PCV空气流可通过专用的PCV端口阀控制。同样，净化端口104可被配置以将净化气体从燃料系统罐沿通道144输送至发动机进气歧管。在一些实施例中，经过净化端口104的净化空气流可经由专用的净化端口阀被控制。
在仅一个平行进气通道(本文被描述于第一平行进气通道142内而不是在第二平行进气通道144内)中包括位于EGR节气门230的下游的湿度传感器232和压力传感器234。具体地，湿度传感器和压力传感器可被包括在不接收PCV或净化空气的进气通道中。湿度传感器232可经配置估算进气空气的相对湿度。在一个实施例中，湿度传感器232是UEGO传感器，其经配置基于在一个或更多个电压下的传感器输出估算进气空气的相对湿度。由于净化空气和PCV空气能够干扰湿度传感器的结果，所以净化端口和PCV端口被设置在与湿度传感器不同的进气通道内。可配置压力传感器234以估算进气空气压力。在一些实施例中，也可在同一平行进气通道中在EGR节气门230的下游包含温度传感器。
同样地，可使用进气氧传感器172估算进气氧气浓度并基于EGR阀204打开时的进气氧气浓度的变化推断流经发动机的EGR的量。具体地，将EGR阀打开时的传感器的输出的变化与传感器以无EGR(零点)运行时的参考点比较。基于自无EGR运行的时间点的氧量的变化(如，减少)，可计算当前提供至发动机的EGR流量。例如，在对传感器施加参考电压(VS)时，传感器输出泵送电流(Ip)。氧气浓度的变化可与相对于没有EGR时的传感器输出(零点)的在存在EGR情况下由传感器输出的泵送电流的变化(ΔIp)成比例。基于估算的EGR流量距预期的(或目标)EGR流量的偏差，进一步的EGR控制可被执行。
在空闲状况期间可执行进气氧传感器的零点估算，该状况下进气压力波动最小，且此时无PCV或净化空气被吸入发动机。此外，可周期性地执行空闲适应，诸如在跟随发动机启动后的每个第一次空闲时执行，以补偿传感器老化和各部分间变化对传感器输出的影响。
可在发动机非燃料供给状况期间可替代地执行进气氧传感器的零点估算，诸如在减速燃料关闭(DFSO)期间执行。通过在DFSO状况期间执行适应，除了降低诸如在空闲适应期间实现的那些因素的噪声因素外，由于EGR阀泄漏导致的传感器读数的变化可被减小。
回到图1，可以经由耦接至气门推杆的液压致动挺柱或经由使用凸轮凸角的凸轮轮廓变换机构来调节每个汽缸14的进气和排气门的位置。在这个示例中，至少每个汽缸14的进气门可以使用凸轮致动系统由凸轮致动来控制。具体地，进气门凸轮致动系统25可以包括一个或更多个凸轮，并且针对进气和/或排气门可以使用可变凸轮正时或升程。在替代实施例中，进气门可以由电动气门致动来控制。类似地，排气门可以由凸轮致动系统或电动气门致动来控制。
发动机系统100可以至少部分地被包括控制器12的控制系统15以及经由输入装置(未示出)来自车辆操作者的输入控制。控制系统15被示出接收来自多个传感器16(在这里描述了的各种示例)的信息，并将控制信号发送至多个致动器81。作为一个示例，传感器16可包括湿度传感器232、进气空气压力传感器234、MAP传感器182、MCT传感器183、TIP传感器174以及进气空气氧传感器172。在一些示例中，共用进气通道149可进一步包括用于估算节气门空气温度(TCT)的节气门入口温度传感器。在其他示例中，一个或更多个EGR通道可包括压力、温度、以及空燃比传感器，用以确定EGR流特性。作为另一个示例，致动器81可包括燃料喷射器166、HP-EGR阀210和220、LP-EGR阀204和214、节气门158和230以及废气门128、138。其他的致动器(诸如各种附加的阀和节气门)可被耦接至发动机系统100中的各个位置。控制器12可以接收来自各种传感器的输入数据，处理输入数据，并响应于经处理的输入数据基于其中的对应于一个或更多个程序的被编程的指令或代码而触发致动器。在这里关于图4描述了示例性控制程序。
现在转到图2，其示出了图1所示发动机的另一个示例实施例200。同样地，之前在图1中介绍的部件被类似地编号，且为简便起见这里不再重复介绍。
实施例200示出了燃料箱218，燃料箱218被配置以向发动机燃料喷射器输送燃料。浸入燃料箱218中的燃料泵(未示出)可被配置成给向发动机10的喷射器(诸如喷射器166)输送的燃料增压。燃料可从外部源经过再供给燃料门(未示出)被泵入燃料箱。燃料箱218可保存多种燃料混合物，包括一定醇浓度范围的燃料，诸如各种汽油-乙醇混合物，包括E10、E85、汽油等等，以及它们的组合物。位于燃料箱218中的燃料液位传感器219可向控制器12提供燃料水平/液位的指示。如所描述的，燃料液位传感器219可包括连接到可变电阻器的浮子。可替代地，也可使用其他类型的燃料液位传感器。一个或更多个其他传感器可被耦接至燃料箱218，诸如用来估算燃料箱压力的燃料箱压力换能器220。
燃料箱218中产生的蒸汽在被吹扫至发动机进气23之前可经由管道31被路由至燃料蒸汽罐22。这些可包括，例如日常的和燃料再供给燃料箱蒸汽。可向罐内填充适当的吸附剂(诸如活性炭)，用于暂时地捕获在燃料箱中产生的燃料蒸汽(包括汽化的烃类)。然后，在之后的发动机运行期间，当满足净化状况(诸如当罐饱和时)，通过打开罐净化阀112和罐通风阀114将燃料蒸汽从罐吹扫入发动机进气。
罐22包括通风孔27，通风孔27用于当储存或捕获来自燃料箱218的燃料蒸汽时将气体路由出罐22放到大气中。当经由净化管线90或92(取决于增压水平)和净化阀112吹扫储存的燃料蒸汽至发动机进气23时，通风孔27还可允许将新鲜空气吸入燃料蒸发罐22。尽管本示例示出了与新鲜的未加热的空气连通的通气孔27，不过也可使用各种改型。通气孔27可包括罐通气阀114以调整罐22和大气之间的空气流和蒸汽。在燃料蒸汽储存运行期间(如，在燃料箱再供给燃料期间且当发动机未运转时)可打开通气阀，以便在经过罐之后被除去燃料蒸汽的空气能够被推出到大气。同样，在净化运行期间(例如，在罐再生期间且当发动机正运转时)，可打开通气阀以允许新鲜空气流除去储存在罐中的燃料蒸汽。
例如在净化运行期间，从罐22释放出的燃料蒸汽可经由净化管线28被引导进入发动机进气歧管160。沿净化管线28的蒸汽流可由耦接在燃料蒸汽罐和发动机进气之间的罐净化阀112调整。由罐净化阀释放的蒸汽的量和速率可以由关联的罐净化阀电磁阀(未示出)的占空比确定。同样地，罐净化阀电磁阀的占空比可由车辆的动力控制模块(PCM)(诸如控制器12)确定，以响应于发动机工况，包括例如发动机转速-载荷状况、空燃比、罐载荷等等。
可在净化管线28中包含可选罐止回阀(未示出)以阻止进气歧管压力使气体沿与净化流相反的方向流动。同样地，如果罐净化阀控制未被准确地正时或者罐净化阀本身能够由高的进气歧管压力强迫打开，则止回阀是必要的。歧管绝对压力(MAP)的估算可从耦接到进气歧管160并与控制器12通信的MAP传感器174获得。可替代地，可从替代性发动机工况(诸如由耦接至进气歧管的MAF传感器测得的质量空气流量(MAF))，推断MAP。
可基于发动机工况经由增压路径92或真空路径90将净化碳氢化合物导入进气歧管160。具体地，在涡轮增压器120运行以向进气歧管提供增压空气充气的状况期间，进气歧管中的升高压力导致真空路径90中的单向阀94关闭，同时开启增压路径92中的单向阀96。结果，净化空气经由增压通道92在空气滤清器156的下游和增压空气冷却器154的上游被导入空气进气通道140。这里，净化空气在进气空气传感器172的上游被引入。在一些实施例中，如所描述的，可将文氏管98设置在增压路径中，使得净化空气一旦通过文氏管和通道99就被引入进气。这允许净化空气流被有利地用于产生真空。
在发动机10无增压地运行的状况期间，进气歧管中的升高真空导致真空路径中的单向阀94开启，同时关闭增压路径中的单向阀96。因此，净化空气经由真空路径90在节气门158的下游处被导入进气歧管160。这里，净化空气被引入进气空气传感器172的下游。
也可基于发动机工况，经由增压侧PCV软管252或真空侧PCV软管254将PCV碳氢化合物导入进气歧管160。具体地，来自发动机气缸14的漏气流经活塞环，然后进入曲轴箱255。在操作涡轮增压器120以向进气歧管提供增压空气充气的状况期间，在进气歧管中的升高压力导致在真空侧PCV软管254中的单向阀256关闭。因此，在增压的发动机运行期间，PCV气体沿第一方向流动(箭头262)并在进气氧传感器下游被接收在发动机进气中。具体地，PCV空气经由增压侧PCV软管252在空气滤清器156下游且增压空气冷却器154上游被导入空气进气通道140。PCV流一旦通过增压侧油分离器260就被导入进气通道。增压侧油分离器可被集成到凸轮盖中或作为外部部件。因而，在增压状况期间，PCV气体在进气氧传感器172的上游被引入，并因此影响氧传感器172的输出。
相比之下，在发动机10无增压地运行的状况期间，进气歧管中的升高真空导致在真空侧PCV软管254中的单向阀256开启。因此，在非增压发动机运行期间，PCV气体沿不同于第一方向的第二方向流动(箭头264)，并在进气氧传感器下游被接收到发动机进气中。在所描述的示例中，在非增压发动机运行期间的PCV流的第二方向与在增压发动机运行期间PCV流的第一方向是相反的(比较箭头262和264)。具体地，在非增压运行期间，经由真空侧PCV软管254在节气门158的下游将PCV空气直接导入进气歧管160。这里，在进气氧传感器172的下游引入PCV空气，且因此不影响氧传感器172的输出。因而，由于具体的发动机配置，在增压发动机运行期间，PCV和净化空气碳氢化合物在进气氧传感器上游被吸入发动机进气歧管，而在非增压状况期间，PCV和净化空气碳氢化合物在进气氧传感器下游被吸入发动机进气歧管。
如之前所述，能够用进气空气氧传感器测量在进气空气充气中的EGR的量，以作为由于EGR作为稀释剂的添加而导致的氧气含量的变化量的函数。因而，随着引入更多的EGR，传感器可输出对应于较低氧气浓度的读数或泵送电流。在估算期间，将标称参考电压(如，处于450mV)或能斯脱电压应用于传感器并记录输出(如，一旦应用较低参考电压则传感器输出的泵送电流)。基于相对于传感器零点的传感器输出(即，处于无EGR状况时的传感器输出)，可获知氧气浓度的变化，并推断用EGR进行的进气稀释。
同样地，估算假设EGR的标称空燃比。例如，估算假设EGR处于或接近于化学计量比。然而，如果EGR从化学计量空燃比改变则传感器输出易受误差影响。例如，由于来自富EGR的过量燃料与位于进气传感器的感应元件处的周围氧气反应而降低了由传感器读出的(局部的)氧气浓度，所以传感器输出可被干扰。由于使用传感器的输出和氧气浓度的变化来推断进气空气充气的EGR稀释，所以在富EGR状况下由进气氧传感器读取的已降低的氧气浓度可被错误地解释为额外的稀释。这影响EGR估算和后续的EGR控制。具体地，EGR可被高估。由于来自稀EGR的过量氧气增加了由传感器的(局部的)氧气浓度读数，所以传感器输出也可被干扰。由于使用传感器的输出和氧气浓度的变化来推断进气空气充气的EGR稀释，所以在稀EGR状况下由进气氧传感器读取的升高的氧气浓度可被错误地解释为减少的稀释。这影响EGR估算和后续的EGR控制。具体地，EGR可被低估。
图3A-C描述了进气传感器的读数上的这种变化。具体地，图3A的示意图300描述了在给定EGR水平下，沿y-轴线的由进气歧管氧传感器估算的氧气浓度(O2浓度)和沿x-轴线的EGR空燃比(AFR)。当EGR富足度增加时，碳氢化合物在进气氧传感器的感测元件处与氧气反应。氧气被消耗掉并释放出水和二氧化碳。因此，即使EGR流的量可保持恒定，也减小了估算的氧浓度。由氧传感器估算的氧气浓度的这种降低可被推断成增加的稀释(或用EGR替换氧)。因而，控制器可推断有比实际存在更大量的EGR流可用。如果没有针对碳氢化合物影响进行修正，则控制器可能响应较高的EGR稀释的错误指示而减小EGR流，从而使EGR控制劣化。
相比之下，当EGR的稀贫度增加时，EGR中的过量氧气可被推断成减少的稀释。因而，控制器可推断有比实际存在更少量的EGR流可用。如果没有针对碳氢化合物影响进行修正，则控制器可能响应较低的EGR稀释的错误指示而减小EGR流，从而使EGR控制退化。这样，在稀EGR情况下的传感器输出可正确地估计空气充气中的燃烧质量分数。
图3B的示意图320描述了基于进气氧传感器的输出估算的作为沿y-轴的EGR空燃比的函数的沿x-轴线的测得的EGR率。在所描述的示例中，在稀EGR情况下测得的EGR率会是正确的。因此，在(化学计量比的)稀贫侧，不需要修正系数。相比之下，在富EGR情况下测得的EGR率比实际的EGR率高。即，EGR被高估。因此，在(化学计量比的)的富足侧，需要修正系数以将测得的率减小成修正的EGR率。
图3C的示意图330描述了如何应用这样一个修正系数。具体地，示意图330描述了为改变沿x-轴线的EGR空燃比获知的，沿y-轴线的应用于EGR估算的修正系数(K)。如上关于图3B所述，在稀贫侧可不需要修正系数。因此，在(化学计量比的)稀贫侧，可设置修正系数为值1.0。相比之下，在富足侧，可将修正系数设置为小于1.0的值(如，0.8或0.9)以便将测得的率减小成修正的EGR率。修正的EGR率然后可被获知为：修正的EGR率＝(未修正的EGR率)x(修正系数K)。
详细参考图4，在由排气氧传感器所估算的稀或富EGR情况下，可获知修正系数并将其应用于进气氧传感器的输出。然后修正的传感器输出被用于反馈调整EGR阀的位置以提供目标EGR率。此外，修正的传感器输出可被用于获知在富EGR中的过量燃料的量并据此调整燃料喷射量。替代性地，未修正的传感器输出可被用于获知EGR中的燃烧气体质量分数并据此调整火花正时和节气门开度。
现在转向图4，图4示出了用于基于EGR的空燃比调整进气氧传感器的输出的程序400。此外，基于EGR比化学计量比富还是稀，调整一个或更多个发动机运行参数。该方法允许富或稀EGR的空燃比影响被补偿，从而用于提高EGR估算的准确性，并允许在富的、稀的以及化学计量比的EGR状况下使用进气氧传感器。
在402处，该程序包括估算和/或测量发动机工况。这些可包括，例如，发动机转速、扭距要求、增压、EGR、所需的发动机稀释、发动机温度、BP、MAP等等。在404处，可基于估算的发动机工况确定目标EGR率。例如，在较低的发动机转速-载荷状况时可确定较低的EGR率，而在较高的发动机转速-载荷状况时可确定较高的EGR率，其中稀释提供了更多的燃料经济性和排放益处。
在406，可确定EGR是否已被启用。例如，可确定EGR阀是否被致动开启。如果EGR未被启用，则在408处可启用EGR。例如，EGR阀可被开启。一旦确定EGR被启用，则在410处，可基于排气歧管氧传感器的输出推断EGR空燃比。例如，EGR空燃比可基于由传感器输出的泵送电流。这样，可将排气歧管氧传感器设置在EGR通道的入口的上游，EGR通道将来自排气歧管(位于排气氧传感器的下游和排气涡轮的下游)的排气残留物的输送至进气歧管(位于进气压缩机的上游和进气氧传感器的上游)。
在412处，可确定EGR空燃比是否比阈值稀。在一个示例中，阈值是化学计量比并且确定EGR空燃比是否比化学计量比稀。如果不是，则在422处可确定EGR空燃比是否比阈值富。在一个示例中，确定EGR空燃比是否比化学计量比富。
如果EGR空燃比比化学计量比富，那么在424处可基于进气氧传感器的输出估算EGR率。这样，可将进气氧传感器设置在EGR通道的出口下游和进气节气门的上游。具体地，可基于在EGR启用情况下由进气传感器输出的泵送电流相对于之前获知的进气氧传感器的零点(即，在EGR禁用情况下进气传感器输出的泵送电流)之间的差，估算EGR率。当泵送电流之间的差增大时，控制器可推断出更大稀释量(或用EGR取代进气氧)和因此更大的EGR率。
在426，响应于EGR空燃比比阈值富，程序包括基于EGR空燃比的富足度用修正系数修正进气歧管氧传感器的输出。具体地，该修正包括基于富足程度增大传感器的输出。这是因为在富EGR中的额外燃料与氧气反应并引起由进气氧传感器感测到的输出进一步被减小。因此，EGR率被高估。因而，通过修正传感器输出，基于富足的程度减小EGR率。
在428处，使用修正的传感器输出来闭环控制EGR阀的位置达到目标EGR率(如之前在404处确定的)。该闭环调整包括基于目标EGR率和基于修正的传感器输出估算的EGR率之间的差反馈调整EGR阀，同时保持EGR阀的前馈调整。例如，可基于期望的目标EGR率和由基于修正的传感器输出估算的所传送的实际EGR率之间的差调整EGR阀开度。如果期望速率高于估算速率，则EGR阀的开度增大。否则，如果期望率比估算率低，则EGR阀的开度减小。
在430处，计算EGR中的过量燃料的量。此外，基于所计算的过量燃料的量调整汽缸燃料喷射。具体地，基于修正的进气传感器输出和EGR的富足程度(或EGR空燃比)估算富EGR中过量燃料的量。例如，基于排气氧传感器和进气氧传感器(或EGR率)的输出中的每个计算在EGR中过量燃料的量。
这样，排气氧传感器的输出确定EGR空燃比。对于具有富空燃比的EGR，未燃烧的燃料在EGR中以未燃烧或部分地燃烧的碳氢化合物和一氧化碳的形式存在。测得的EGR空燃比的未燃烧燃料的浓度能够由发动机控制器分析确定或者提前计算出来并储存在发动机控制器中。然后通过将从修正的进气氧传感器确定的EGR率乘以在富EGR中未燃烧燃料浓度，确定在进气充气中的总的未燃烧燃料浓度，其中，EGR空燃比由排气氧传感器确定。针对燃料喷射正时和排气氧传感器的输出正时之间的传输延时进一步调整过量燃料的量以便使时间一致。然后，基于所计算的过量燃料的量减小汽缸燃料喷射量。
在432处，可基于EGR的富空燃比和由进气氧传感器估算的EGR调整一个或更多个发动机运行参数。作为一个示例，可使用修正的传感器输出来调整火花正时和/或进气节气门开度。这包括，随着传感器输出增加，调整火花正时和/或调整进气节气门开度。例如，对于冷却的LP-EGR的情况，随着传感器输出增加(并因此EGR减少)，火花正时可能被延迟和/或进气节气门开度可能被减少。
以此方式，响应于EGR空燃比比阈值富，控制器基于修正的传感器输出调整EGR率和汽缸燃料喷射中的每个。
转到412处，如果EGR空燃比比阈值稀，那么在414处(和在424处一样)，可基于进气歧管氧传感器的输出估算EGR率。具体地，可基于由在EGR被启用情况下进气传感器输出的泵送电流相对于进气氧传感器的之前获知的零点(即，由在EGR被禁用情况下进气传感器输出的泵送电流)之间的差估算EGR率。当泵送电流之间的差增大时，控制器可推断更大量的稀释(或用EGR取代进气氧)和因此更大的EGR率。
在418处，传感器输出被用于闭环控制EGR阀的位置到目标EGR率(如之前在404处确定的)。该闭环调整包括基于目标EGR率和基于未修正的传感器输出估算的EGR率之间的差反馈调整EGR阀，同时基于EGR空燃比的稀贫程度前馈调整EGR阀。例如，可基于期望的目标EGR率和如基于未修正的传感器输出估算的所传送的实际EGR率之间的差调整EGR阀开度。如果期望率高于估算率，则EGR阀的开度增大。否则，如果期望率比估算率低，则EGR阀的开度减小。
在420处，该程序包括基于EGR的稀空燃比和由进气氧传感器估算的EGR调整一个或更多个发动机运行参数。作为一个示例，基于未修正的传感器输出来调整火花正时和进气节气门位置中的一个或更多个(如提前或延迟火花正时以及增加或减小进气节气门开度)。这里，使用未修正的传感器输出是因为进气传感器的未修正的输出正确地反应了EGR的燃烧质量分数。在一个示例中，对于冷却的LP-EGR的情况，当传感器输出增加(并因此EGR减少)时，火花正时可被延迟且/或进气节气门开度可被减少。
在一个示例中，在第一种状况期间，当输送比阈值空燃比富的EGR时，控制器可基于EGR的富足度修正氧传感器输出、基于修正的传感器输出调整EGR率和火花正时中的每个并基于修正的传感器输出调整燃料喷射。然后，在第二种状况期间，当输送比阈值空燃比稀的EGR时，控制器可基于EGR的稀贫度修正氧传感器输出、基于未修正的传感器输出调整EGR率并基于未修正的传感器输出调整火花正时和进气节气门位置中的每个。这里，在第一和第二状况中的每个期间，可基于燃烧的燃料的乙醇含量进一步修正传感器输出。例如，当燃烧燃料的乙醇含量增加时，传感器输出可被调整。
如本文所用，在第一种状况期间修正传感器输出包括基于EGR的富足度增加传感器输出，而在第二种状况期间的传感器输出不需要修正。此外，第一种状况期间基于修正的传感器输出调整燃料喷射包括基于修正的传感器输出和EGR的富足度估算EGR中的过量燃料的量，并基于过量燃料的量减少汽缸燃料喷射。
在另一个示例中，发动机系统包含：包括进气和排气歧管的发动机；包括EGR阀的EGR通道，该通道将排气歧管耦接至进气歧管；在EGR通道的出口的下游和进气压缩机的上游处耦接至进气歧管的第一氧传感器；在EGR通道的入口的上游和排气涡轮的下游处耦接至排气歧管的第二氧传感器；和具有计算机可读指令的控制器。可将控制器配置为基于第二氧传感器的输出估算EGR的空燃比。如果估算的空燃比比化学计量比更富，则控制器可基于富足的程度增加第一传感器的输出，同时基于第一传感器的增加的输出前馈调整EGR阀的开度。否则，如果估算的空燃比比化学计量比更稀，则控制器可基于来自第一传感器的未修正的输出反馈调整EGR阀开度，同时基于第二传感器的稀贫程度前馈调整EGR阀的开度。
控制器还包括用于如下的指令：如果估算的空燃比比化学计量比更富则基于第一传感器的增加的输出反馈调整EGR阀的开度，而如果估算的空燃比比化学计量比更稀则基于第一传感器的未修正的输出反馈调整EGR阀的开度。控制器还可以被配置成具有如下代码，该代码用于：如果估算的空燃比比化学计量比更富则基于第一传感器的增加的输出延迟火花正时，而如果估算的空燃比比化学计量比更稀则基于第一传感器的未调整的输出延迟火花正时。
控制器可进一步被配置成具有如下指令，该指令用于：如果估算的空燃比比化学计量比更富则基于第一传感器的增加的输出减少发动机燃料喷射，而如果估算的空燃比比化学计量比更稀则基于第一传感器的未减少的输出减少发动机进气空气流。最后，控制器可进一步包括指令用于：基于第二传感器的输出估算在发动机中燃烧的燃料的醇含量，且当估算的空燃比比化学计量比更稀或更富时基于估算的醇含量进一步调整第一传感器的输出。
以此方式，进气氧传感器的输出能够针对改变EGR的空燃比的影响而被调整。通过当EGR比化学计量比更富时使用修正系数增加传感器输出，能够考虑到由于富EGR空燃比中的过量燃料所导致的EGR率估算误差。还通过根据富EGR中的过量燃料的量减少汽缸燃料喷射，改善燃料控制并减小燃料系统误差被错误地触发的可能性。通过在EGR比化学计量比更稀时使用未修正的传感器输出，能够提高在稀EGR空燃比中过量空气存在的情况下的EGR率估算。同样地，这允许在化学计量的以及稀或富的EGR状况期间使用进气歧管氧传感器的输出进行EGR估算，从而改善在较广泛的发动机工况范围内的EGR控制。
注意，本文所包括的示例控制和估算程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。这里公开的控制方法和程序可被作为被存储在永久记忆存储器中的可执行指令。本文所描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或更多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等等。同样地，所描述的各种动作、操作和/或功能可以按说明的顺序、并行或者在某些情况下省略。同样，实现本文所描述的示例实施例的特征和优点时，处理的顺序不是必须要求的，而这里给出是为了便于说明和描述。取决于所用的具体策略，一个或多个说明性的动作、操作和/或功能可能会重复执行。而且，所述动作、操作和/或功能可以以图形编码的方式编入发动机控制系统的计算机可读存储介质的永久记忆存储器中。
应当理解，本文公开的配置和程序本质上是示范性的，且这些具体实施例不被认为是限制性的，因为大量的变体是可能的。例如，上述方法可以应用于V-6、I-3、I-4、I-6、V-12、对置4以及其他发动机类型。本公开的主题包括本文中所公开的各种系统和构造和其它的特征、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。
所附权利要求特别指出被认为是新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。应当理解，这样的权利要求包括纳入一个或更多个这样的元件，既不必也不排除两个或更多个这样的元件。在这个或相关的申请中，通过修改本权利要求或提出新权利要求，所公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合可以被要求保护。这样的权利要求，无论是比原权利要求范围更宽、更窄、相同或不同，也被认为包含在本公开的主体之内。

Claims (20)

1.一种用于发动机的方法，所述方法包括：
响应EGR空燃比比阈值更富，
基于所述EGR空燃比的富足度，用修正系数修正进气氧传感器的输出；以及
基于所述修正的传感器输出，调整EGR率和汽缸燃料喷射中的每个。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于排气氧传感器的输出，推断所述EGR空燃比。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述进气氧传感器位于EGR通道的出口的下游，并且其中所述排气氧传感器位于所述EGR通道的入口的上游。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述修正包括随着所述富足度的程度增加，增加所述传感器的输出。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，调整所述汽缸燃料喷射包括：计算所述EGR中的过量燃料的量，并基于所述计算的过量燃料的量减少汽缸燃料喷射。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，基于所述排气氧传感器的输出和所述EGR率中的每个，计算所述EGR中的所述过量燃料的量。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，针对燃料喷射正时和来自所述排气歧管氧传感器的输出正时之间的传输延时进一步调整所述过量燃料的量以便使时间一致。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，调整所述EGR率包括：基于目标EGR率和基于所述修正的传感器输出估算的EGR率之间的差反馈调整EGR阀，同时保持所述EGR阀的前馈调整。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括，响应EGR空燃比比阈值更稀，
基于所述目标EGR率和基于未修正的传感器输出估算的EGR率之间的差反馈调整所述EGR阀；以及
基于所述EGR空燃比的稀贫程度前馈调整所述EGR阀。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括，基于未修正的传感器输出调整火花正时和进气节气门位置中的一个或多个。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阈值包括化学计量比。
12.一种用于发动机的方法，包括：
在第一状况期间，当输送比阈值空燃比更富的EGR时，
基于所述EGR的富足度修正氧传感器输出，基于所述修正的传感器输出调整EGR率和火花正时中的每个，并基于所述修正的传感器输出调整燃料喷射；以及
在第二状况期间，当输送比阈值空燃比更稀的EGR时，
基于未修正的传感器输出调整所述EGR率，并基于所述未修正的传感器输出调整火花正时和进气节气门位置中的每个。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述第一和第二状况中的每个期间，基于燃烧燃料的乙醇含量进一步修正所述传感器输出。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述第一状况期间修正所述传感器输出包括基于所述EGR的富足度增加所述传感器输出。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述第一种状况期间基于修正的传感器输出调整燃料喷射包括：基于所述修正的传感器输出和所述EGR的富足度估算所述EGR中的过量燃料的量，并基于所述过量燃料的量减少汽缸燃料喷射。
16.一种发动机的系统，包括：
发动机，其包括进气歧管和排气歧管；
EGR通道，其包括EGR阀，所述通道将所述排气歧管耦接至所述进气歧管；
第一氧传感器，其被耦接至进气、位于所述EGR通道的出口的下游和进气节气门的上游；
第二氧传感器，其被耦接至排气、位于所述EGR通道的入口的上游；以及
具有计算机可读指令的控制器，用于：
基于所述第二氧传感器的输出估算EGR的空燃比；
如果所述估算的空燃比比化学计量比更富，则基于富足的程度增加所述第一传感器的输出，同时基于所述第一传感器的增加的输出前馈调整所述EGR阀的开度；以及
如果所述估算的空燃比比化学计量比更稀，则基于所述第一传感器的未调整的输出前馈调整所述EGR阀的所述开度。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述控制器包括进一步指令用于：如果所述估算的空燃比比化学计量比更富则基于所述第一传感器的所述增加的输出反馈调整所述EGR阀的所述开度，并且如果所述估算的空燃比比化学计量比更稀则基于所述第一传感器的所述未调整的输出反馈调整所述EGR阀的所述开度。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述控制器包括进一步指令用于：如果所述估算的空燃比比化学计量比更富，则基于所述第一传感器的所述增加的输出延迟火花正时，并且如果所述估算的空燃比比化学计量比更稀，则基于所述第一传感器的所述未调整的输出延迟火花正时。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述控制器包括进一步指令用于：如果所述估算的空燃比比化学计量比更富，则基于所述第一传感器的所述增加的输出减少发动机燃料喷射，并且如果所述估算的空燃比比化学计量比更稀，则基于所述第一传感器的未减少的输出减少发动机进气空气流。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述控制器包括进一步指令用于：基于所述第二传感器的输出估算在所述发动机中燃烧的燃料的醇含量，并且当所述估算的空燃比比化学计量比更稀或更富时，基于所述估算的醇含量进一步调整所述第一传感器的输出。
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