CN104564482B - 使用进气氧传感器估计增压空气冷却器冷凝物存储的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及使用进气氧传感器估计增压空气冷却器冷凝物存储的方法。提供了用于估计在增压空气冷却器(CAC)中的水存储的方法和系统。在一个示例中，在CAC中积聚的水量可以基于被放置在CAC下游的氧传感器的输出和环境湿度。进一步地，基于在CAC内的水量，可以调整发动机致动器以便从CAC清除冷凝物和/或减少冷凝物形成。

Description

使用进气氧传感器估计增压空气冷却器冷凝物存储的方法
技术领域
本发明涉及使用进气氧传感器估计增压空气冷却器冷凝物存储的方法。
背景技术
涡轮增压的和机械增压的发动机可以经配置压缩进入发动机的周围空气，以便增加动力。空气的压缩可以导致空气温度的增加，因此，中冷器或增压空气冷却器(CAC)可以用来冷却被加热的空气，从而增加其密度并且进一步增加发动机的潜在动力。当周围空气温度下降时，或者在潮湿或多雨的气象条件期间，此时进气空气被冷却到低于水露点，则在CAC中可以形成冷凝物。冷凝物可以聚集在CAC的底部处或在内部通道中，且冷却紊流器。在某些气流条件下，冷凝物会离开CAC并且作为水滴进入发动机的进气歧管。如果发动机吸收过多冷凝物，则会发生发动机失火和/或燃烧不稳定。
解决发动机由于摄取冷凝物而失火的其他尝试包括避免冷凝物累积。在一个示例中，为减少冷凝物形成，会降低CAC的冷却效率。然而，发明人在此已经认识到使用此类方法的潜在问题。特别地，尽管一些方法可以减少或减慢在CAC中的冷凝物形成，但是冷凝物仍然会随着时间累积。如果这种累积不能被停止，则在加速期间冷凝物的摄取会导致发动机失火。此外，在另一个示例中，可调整发动机致动器以增加在冷凝物摄取期间的燃烧稳定性。在一个示例中，冷凝物摄取可以基于质量空气流率和在CAC中的冷凝物的量；然而，这些参数不会准确反映离开CAC并且进入进气歧管的增压空气中的水的量。因此，发动机失火和/或不稳定燃烧仍会发生。
发明内容
在一个示例中，通过基于在增压空气冷却器(CAC)处的水存储来调整发动机致动器的方法，可以解决上述问题，所述水存储基于被放置在CAC下游的氧传感器的输出和环境湿度。特别地，氧传感器可以被放置在CAC的出口处。发动机控制器可以使用氧传感器的输出来确定在CAC处的水存储。在一个示例中，水存储可以包括水存储量或水存储率(例如，在CAC内的水积聚率)中的一个或更多个。然后，响应确定的水存储值，发动机控制器可以调整发动机操作，以增加燃烧稳定性、减少在CAC中的冷凝物形成和/或从CAC中排出冷凝物。因此，在CAC内的冷凝物形成可以减少，并且由于摄取水而导致的发动机失火和燃烧不稳定性可以被减少。
应该理解，提供上述发明内容是为了以简化形式引入所选概念，其将在具体实施例中进一步描述。这并非意味着确立所要求保护的主题的关键或基本特征，其要求保护的范围由随附权利要求唯一限定。此外，所要求的主题不限于解决以上的或本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1为包括增压空气冷却器的示例性发动机系统的示意图。
图2为用于操作氧传感器以确定在增压空气冷却器处的水存储的方法的流程图。
图3为用于基于在增压空气冷却器处的水存储调整发动机操作的方法的流程图。
图4示出说明了基于在增压空气冷却器处的水存储的发动机操作的示例性调整的图表。
具体实施方式
以下描述涉及用于估计在诸如图1的系统的发动机系统内的增压空气冷却器(CAC)中的水存储的系统和方法。第一氧传感器可以被放置在CAC的出口处。在一个示例中，氧传感器可以是可变电压进气氧传感器，其可以在可变电压(VVs)模式和基本模式之间操作。图2示出了用于操作确定在CAC处的水存储的第一氧传感器的方法。特别地，水存储量或在CAC内积聚的水的量，可以基于第一氧传感器的输出和环境湿度被确定。第一氧传感器可以与被放置在进气歧管内的确定EGR流量的第二进气氧传感器不同。如在图3中所示，发动机控制器可以基于水存储量调整发动机操作。调整发动机操作可以包括，调整发动机致动器以减少CAC的冷却效率、从CAC中清除冷凝物和/或增加在发动机摄取水期间的燃烧稳定性。图4示出基于在CAC处的水存储的示例性发动机致动器调整。这样，将第一氧传感器放置在CAC的出口处可以允许确定在CAC中的冷凝物存储。然后，基于冷凝物存储的发动机致动器调整可以减少在CAC中的冷凝物形成，增加在从CAC清除冷凝物期间的燃烧稳定性，且/或减少在CAC内的水存储。
图1为示出示例性发动机10的示意图，该发动机可以被包括在汽车的推进系统中。所示发动机10具有四个汽缸或燃烧室30。然而，根据本公开，也可以使用其他数目的汽缸。发动机10可以至少部分由包括控制器12的控制系统和经由输入装置130来自车辆操作员132的输入控制。在该示例中，输入装置130包括加速踏板和用于生成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可以包括燃烧室壁，其中活塞(未示出)放置在燃烧室壁中。活塞可以联接到曲轴40，使得活塞的往复运动被转化成曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间传动系统150联接到车辆的至少一个驱动轮。进一步地，起动机马达可以经由飞轮联接到曲轴40，以便启用发动机10的起动操作。曲轴40也可以用于驱动交流发电机(未在图1中示出)。
发动机输出扭矩可以被传递至液力变矩器(未示出)以驱动自动传动系统150。进一步地，包括前进离合器154的一个或更多个离合器可以接合，以推进汽车。在一个示例中，液力变矩器可以被称为传动系统150的部件。进一步地，传动系统150可以包括多个齿轮离合器152，其根据需要接合以激活多个固定的传动齿轮比。特别地，通过调整多个齿轮离合器152的接合，传动装置可在较高档位/齿轮(即，具有较低齿轮比的齿轮)和较低档位/齿轮(即，具有较高齿轮比的齿轮)之间转换。正因如此，当传动装置在较高档位时，齿轮比差使得传动装置具有较低扭矩放大倍数，而当传动装置在较低档位时，齿轮比差使得传动装置具有较高扭矩放大倍数。车辆可以具有四个可用档位，其中传动档位四(传动第四档位)为最高可用档位，并且传动档位一(传动第一档位)为最低可用档位。在另一些实施例中，车辆可以具有多于或少于四个可用档位。如在此所详述，控制器可以改变传动档位(例如，使传动档位升档或降档)，以调整在传动装置和液力变矩器上运送至车辆轮156的扭矩的量(即，发动机轴输出扭矩)。
随着传动装置换档到较低档位，发动机转速(Ne或RPM)增加，从而增加发动机气流。在较高RPM下，由旋转发动机生成的进气歧管真空可增加。如以下进一步所讨论，在一些示例中，降档可以被用于增加发动机气流并且清除在增压空气冷却器(CAC)80中累积的冷凝物。
燃烧室30可以从进气歧管44接收进气空气，并且可以经由排气歧管46将燃烧气体排放至排气通道48。经由各自的进气门和排气门(未示出)，进气歧管44和排气歧管46能够与燃烧室30选择性连通。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。
所示燃料喷射器50直接联接到燃烧室30，用于在燃烧室30中与从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地直接喷射燃料。以这种方式，燃料喷射器50提供被称为燃料的直接喷射进入燃烧室30；然而应该清楚，进气道喷射也是可能的。通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)，可将燃料输送到燃料喷射器50。
在被称为点火的过程中，被喷射的燃料由已知的诸如火花塞52的点火器件点燃，从而引起燃烧。火花点火正时可以被控制为使得火花在制造商的规定时间之前(提前)或之后(延迟)发生。例如，火花正时可以从最大破坏扭矩(MBT)正时延迟，以控制发动机爆震，或者火花正时在高湿度条件下可以被提前。具体地，可以提前MBT以考虑到慢的燃烧率。在一个示例中，火花可以在踩油门踏板期间延迟。在可替代的实施例中，可以使用压缩点火点燃所喷射的燃料。
进气歧管44可以从进气通道42接收进气空气。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的流量。在该特定的示例中，节流板22的位置(TP)可以由控制器12改变，以启用电子节气门控制(ETC)。以这种方式，节气门21可以经操作改变被提供给燃烧室30的进气空气。例如，控制器12可以调整节流板22以增大节气门21的开度。增大节气门21的开度可以增加被供给到进气歧管44的空气的量。在可替代的示例中，节气门21的开度可以减小或完全闭合，以切断到进气歧管44的气流。在一些实施例中，附加的节气门可以存在于进气通道42中，诸如在压缩机60上游的节气门(未示出)。
进一步地，在所公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可以经由诸如高压EGR通道140的EGR通道将期望的排气部分从排气通道48运送至进气通道42。经由诸如高压EGR阀142的EGR阀，控制器12可以改变被提供给进气通道42的EGR的量。在一些条件下，EGR系统可以被用于调节在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的上游被运送至涡轮增压器的压缩机的下游。图1也示出低压EGR系统，其中EGR通过低压EGR通道157从涡轮增压器的涡轮的下游被运送至涡轮增压器的压缩机的上游。低压EGR阀155可以控制被提供给进气通道42的EGR的量。如在图1中所示，在一些实施例中，发动机可以包括高压EGR系统和低压EGR系统两者。在另一些实施例中，发动机可以包括低压EGR系统或高压EGR系统中任意一者。如以下更详细地描述，当可操作时，特别是当压缩空气由增压空气冷却器冷却时，EGR系统可以诱导从压缩空气形成冷凝物。
发动机10可以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，经由例如轴或其他联接布置，压缩机60可以至少部分地由涡轮62驱动。涡轮62可以沿着排气通道48被布置。可以提供各种布置以驱动压缩机。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，控制器12可以改变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。
在图1中所示的实施例中，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。正因如此，压缩机60的速度可以基于涡轮62的速度。随着压缩机60的速度增加，更多的升压可以通过进气通道42被提供给进气歧管44。
进一步地，排气通道48可以包括废气门26，用于使排气转向离开涡轮62。此外，进气通道42可以包括经配置绕压缩机60转向进气空气的压缩旁通或再循环阀(CRV)27。例如，当需要较低升压压力时，控制器12可以控制废气门26和/或CRV 27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以降低在压缩机60的出口处的压力。这可以使压缩机喘振减少或停止。
进气通道42可以进一步包括增压空气冷却器(CAC)80(例如，中冷器)，以降低涡轮增压或机械增压的进气气体的温度。在一些实施例中，CAC 80可以是空气对空气热交换器。在另一些实施例中，CAC80可以是空气对液体热交换器。CAC 80也可以是可变容积CAC。来自压缩机60的热增压空气(升压空气)进入CAC 80的进口，随着其行进通过CAC而冷却，并且然后离开穿过节气门21，且然后进入发动机进气歧管44。来自车辆外部的周围空气流动可以通过车辆前端进入发动机10，并且横穿CAC，以帮助冷却增压空气。当周围空气温度下降时或者在潮湿或多雨的气象条件期间(此时增压空气冷却到低于水露点)，冷凝物可以在CAC中形成并且积聚。进一步地，当进入CAC的增压空气升压(例如，升压压力和/或CAC压力大于大气压力)时，如果CAC温度下降到露点温度以下，则可以形成冷凝物。当增压空气包括再循环排气时，冷凝物能够变酸并且腐蚀CAC外壳。该腐蚀能够导致在增压空气、大气以及在水-空气冷却器的情况下的冷却液之间的泄露。进一步地，如果冷凝物在CAC中累积，在增加气流的时间期间，发动机可以吸收冷凝物。因此，会发生不稳定的燃烧和/或发动机失火。
发动机10可以进一步包括被放置在进气通道42中的一个或更多个氧传感器。正因如此，所述一个或更多个氧传感器可以被称为进气氧传感器。在所描绘的实施例中，第一氧传感器162被放置在CAC 80的下游。在一个示例中，第一氧传感器162可以被放置在CAC 80的出口处。正因如此，第一氧传感器162在此可以被称为CAC出口氧传感器。在另一个示例中，第一氧传感器162可以被放置在CAC 80出口的下游。如在图1中所示，在一些实施例中，可选的第二氧传感器164可以被放置在进气歧管44中。如以下所进一步描述，第二氧传感器164可以被用来估计EGR流量。在另一个实施例中，第二氧传感器164可以被放置在压缩机60和EGR通道140(或者如果发动机仅包括低压EGR，则为EGR通道157)下游的进气通道42中。在另一些实施例中，第三氧传感器可以被放置在CAC的进口处。
进气氧传感器162和/或164可以是用于提供增压空气(例如，流经进气通道42的空气)的氧浓度指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器、进气UEGO(通用或宽域排气氧)传感器、双态氧传感器等。在一个示例中，进气氧传感器162和/或进气氧传感器164可以是包括加热元件作为测量元件的进气氧传感器。在操作期间，进气氧传感器的泵送电流可以指示在气流中的氧量。
在另一个示例中，进气氧传感器162和/或进气氧传感器164可以是可变电压(可变Vs或VVs)进气氧传感器，其中传感器的参考电压可以在检测氧的较低电压或基础电压和在气流中的水分子可以被离解的较高电压之间被调制。例如，在基础操作期间，进气氧传感器可以在基础参考电压下操作。在基础参考电压下，当水撞击传感器时，传感器的加热元件可以使水蒸发并且将其作为局部蒸汽或稀释剂进行测量。这种操作模式在此可以被称为基础模式。进气氧传感器也可以以第二模式操作，在该第二模式中参考电压增加至第二参考电压。第二参考电压可以高于基础参考电压。在第二参考电压下操作进气氧传感器在此可以被称为可变Vs(VVs)模式。当进气氧传感器以VVs模式操作时，传感器的加热元件离解在空气中的水，并且随后测量水浓度。在该模式中，传感器的泵送电流可以指示在气流中的氧量加上来自所离解的水分子的氧量。然而，如果参考电压进一步增加，诸如CO2的附加分子也会离解，并且来自这些分子的氧也可以被传感器测量。在非限制性示例中，较低的基础参考电压可以是450mV，并且较高的第二参考电压可以大于950mV。然而，在图2提出的用于确定在增压空气中的水量的方法中，第二参考电压可以保持在低于CO2也可以被离解的电压处。这样，第二参考电压可以被设置为使得在VVs模式中只测量来自水(而非CO2)的氧。
第一氧传感器162可以被用于估计在CAC 80处的冷凝物或水存储。如以下关于图2所进一步讨论，在离开CAC 80的空气中的氧浓度(例如，由第一氧传感器162所确定的)可以被用于确定在CAC 80内的水浓度。可以使用各种方法来估计在CAC 80中的水。例如，进气氧传感器可以测量在增压空气中的氧量，并且然后使用稀释法估计在增压空气中的水量。如果进气氧传感器是VVs进气氧传感器，那么该传感器可以使用离解法估计在增压空气中的水量(例如，以VVs模式操作，并且在基础参考电压和较高的第二参考电压之间调制)。以下进一步讨论了用于测量和/或估计在增压空气中的水量的这两种方法。
用于使用进气氧传感器估计在增压空气中的水的第一种方法包括稀释法。当使用稀释法时，进气氧传感器可以以基础模式在基础参考电压下操作。在一个示例中，基础参考电压可以是450mV。在另一个示例中，基础参考电压可以是大于或小于450mV的电压。进气氧传感器可以进行测量并且基于传感器的泵送电流确定在气体(进气或增压空气)中的氧量。然后，测量的氧浓度相对于空气量的比较可以被用于确定在增压空气中作为稀释剂的水量。如果稀释剂包括除水之外的物质，诸如EGR和/或燃料蒸汽，则稀释法会给出不准确的水估计。
用于使用进气氧传感器估计在增压空气中的水的第二种方法包括离解法。特别地，对于离解法，VVs进气氧传感器可以以VVs模式操作，在该模式中，参考电压从基础参考电压增加至较高的第二参考电压。在一个示例中，第二参考电压可以是950mV。在另一个示例中，第二参考电压可以是大于950mV的电压。然而，第二参考电压可以维持在低于传感器离解CO2所处的电压。在VVs模式中，进气氧传感器将水离解成氢和氧，并且除测量在气体中的氧的量之外，还测量来自离解的水分子的氧的量。通过获得在第二参考电压时和基础参考电压时的测量之间的差异，可以确定对增压空气中的总水浓度的估计。此外，在CAC出口处的每个温度条件下，可以产生不同量的饱和水。如果在CAC出口温度条件下的饱和水已知(例如，在储存在控制器中的查找表中)，则控制器12可以从由进气氧传感器测量的总水浓度中减去该值，以确定以水滴形式的在增压空气中的水量。例如，在CAC出口温度条件下的饱和水可以包括在CAC出口处的饱和蒸气压条件下的大量水。这样，控制器就可以从进气氧传感器测量确定在离开CAC的增压空气中的液态水的量。
此外，在估计在离开CAC的增压空气中的水的两种方法(例如，稀释和离解)中，来自进气氧传感器(IAO2)的氧浓度测量(例如，第一氧传感器162的传感器输出)可以基于在增压空气中的附加稀释剂被调整，该增压空气诸如净化蒸汽(例如，来自燃料筒净化事件)、曲轴箱强制通风流(PCV)等。在一些实施例中，对于不同的发动机工况，用于净化和/或PCV流的校正因子可以被预先确定。然后，在估计水浓度之前，校正因子可以被用于调整IAO2的输出。因此，由于净化或PCV流的任何氧浓度的下降均可以用校正因子被校正。这可以导致更准确的水估计。
此外，通过获得在进入CAC的水和离开CAC的水(由第一氧传感器的输出确定)的估计之间的差异，可以确定储存(例如，积聚)在CAC内的水量。进入CAC的水量可以由环境湿度逼近。在一个示例中，环境湿度可以用环境湿度传感器测量。在另一个示例中，可以基于进气温度、进气压力和/或雨刷占空比估计环境湿度。在另一个示例中，当EGR未流动并且无PCV或净化的影响存在时(例如，在无PCV或净化流期间)，可以基于来自当地气象站的信息或使用IAO2传感器读数估计环境湿度。例如，只有当低压EGR未流动时和/或在无任何低压EGR流动的条件期间，环境湿度才按照规定被确定。在另一些示例中，发动机不包括低压EGR。因此，在CAC中的水积聚率可以由在环境湿度和如从第一氧传感器162的输出所确定的CAC出口空气的水浓度之间的差异被确定。进一步地，基于在一段时间内的水积聚率，可以确定在CAC内的水量。在一些示例中，只有当EGR未流动时，才以这种方式估计在CAC内的水。即，只有当EGR关闭或低于阈值比率时，基于环境湿度和第一氧传感器162的输出在CAC处的水估计才会是准确的，其中所述阈值比率基于不会显著改变氧传感器输出的EGR流率。如在以下所进一步讨论，如果EGR正在流动，则可以使用估计在CAC中的水积聚的替代性方法。
控制器12可以使用在第一氧传感器162处的测量和环境湿度值(估计的或测量的)，以确定在CAC 80中的水存储率和/或水存储量(例如，在CAC 80内积聚的水量)。例如，可以由来自被放置在CAC出口处的第一氧传感器162的测量估计在CAC 80中储存的水量。通过上述方法(例如，稀释法或离解法)中的一种或更多种，控制器12可以确定水存储量。在另一个示例中，从CAC中释放的水的量可以由来自第一氧传感器162的测量被确定。
响应水存储估计，控制器12可以调整发动机致动器以调整燃烧参数、激活冷凝物净化程序和/或调整致动器以提高或降低CAC冷却效率。响应来自氧传感器的水存储测量的发动机致动器调整将在下文图3被进一步呈现。
第二氧传感器164可以被用于确定EGR流量。例如，基于来自第二氧传感器164的反馈，控制器12可以估计EGR流量的稀释百分比。在一些示例中，控制器12然后可以调整EGR阀142、EGR阀155、节气门122、CRV 27和/或废气门26中的一个或更多个，以实现进气空气的期望EGR稀释百分比。因此，在该示例中，第一氧传感器162不同于用来估计EGR流量的第二氧传感器164。在另一些示例中，EGR流量可以由第一氧传感器162确定。
控制器12在图1中被示为微型计算机，其包括微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、在该特定示例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可以接收来自联接到发动机10的用于执行操作发动机10的各种功能的各种信号。除先前讨论的那些信号外，这些信号还可以包括，来自MAF传感器120的引入质量空气流量(MAF)测量；来自温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)，其中温度传感器112示意性被示出在发动机10内的一个位置中；来自联接到曲轴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)；如上所讨论的来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及如上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可以由控制器12从信号PIP生成。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以被用于提供对进气歧管44中的真空或压力的指示。注意可以使用上述传感器的各种组合，诸如有MAF传感器而无MAP传感器，或反之亦然。在化学计量操作期间，MAP传感器能够给出对发动机扭矩的指示。进一步地，该传感器以及所检测到的发动机转速能够提供对被引入到汽缸中的充气(包括空气)的估计。在一个示例中，也可以被用作发动机转速传感器的霍尔效应传感器118可以在曲轴40的每次回转产生预定数目的等距脉冲。
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、第一氧传感器162、第二氧传感器164和升压压力传感器126。未描绘出的其他传感器也可以存在，诸如在增压空气冷却器的进口处用于确定进气空气速度的传感器，以及其他传感器。在一些示例中，存储介质只读存储器芯片106可以用代表由微型计算机单元102可执行的指令的计算机可读数据编程，其中所述指令用于执行上述方法以及其他所预期但未特别列出的变型。在此，在图2-图3中描述了示例性程序。
图1的系统提供了发动机系统，该发动机系统包括进气歧管、被放置在进气歧管上游的增压空气冷却器、被放置在增压空气冷却器出口处的氧传感器和具有计算机可读指令的控制器，所述指令用于响应在增压空气冷却器处的水存储调整发动机操作，当EGR未流动时水存储基于氧传感器的输出和环境湿度。在一个示例中，调整发动机操作包括调整火花正时、质量空气流量、车辆格栅百叶窗、发动机冷却风扇、增压空气冷却器冷却剂泵和/或降档传动档位中的一种或更多种。进一步地，水存储包括在增压空气冷却器中的水存储量或在增压空气冷却器中的水存储率中的一个或更多个。
图2示出用于操作氧传感器以确定在CAC处的水存储的方法200。特别地，氧传感器可以是邻近CAC出口被放置的氧传感器。在一个示例中，方法200可由在图1中示出的控制器12执行。方法200可以在发动机系统中被使用，在该系统中，氧传感器在CAC出口处(诸如在图1中示出的第一氧传感器162)，并且环境湿度被用于确定在CAC处的水存储参数。在一个示例中，氧传感器是能够在两个参考电压之间调制的VVs氧传感器。在另一个示例中，氧传感器可以不是VVs传感器，并且可以使用稀释法估计在CAC处的水存储。
通过估计和/或测量发动机工况，方法200在202处开始。发动机工况可以包括发动机转速和负载、EGR流率、质量空气流率、增压空气冷却器的状况(例如，进口和/或出口温度和压力)、环境湿度、环境温度、扭矩要求等。在204处，该方法包括确定EGR是否关闭(例如，EGR没有流动)。如上所讨论，如果EGR正在流动，则由氧传感器确定的氧浓度可以下降，从而降低水估计的准确性。因此，如果EGR未关闭，则该方法继续到205，以便使用替代性方法估计在CAC处的水存储。即，如果EGR正在流动，则在CAC处的水存储可以不使用氧传感器输出和环境温度被估计。
然而，如果EGR关闭并且没有正在流动，则该方法继续到206，以基于被放置在CAC出口处(例如，被放置在CAC的下游)的氧传感器的输出，估计在离开CAC的增压空气中的总水浓度。在一个示例中，可以使用稀释法由氧传感器的输出估计在增压空气中的水浓度。如以上所讨论，稀释法可以包括测量在离开CAC出口的增压空气中的氧量。假设在增压空气中的稀释剂为水，则控制器可以基于在空气中的氧浓度相对于在增压空气中测量的氧浓度(使用被放置在CAC出口处的氧传感器测量)的关系，确定在增压空气中的水量。由于氧传感器可以被放置在CAC出口处，所以在增压空气中的水量可以是从CAC的水释放量的估计。
在另一个示例中，可以使用离解法由氧传感器输出估计在增压空气中的水浓度(如果氧传感器是VVs氧传感器的话)。如以上所讨论，离解法可以包括将氧传感器的参考电压从基础第一电压增至第二电压。该方法可以进一步包括确定在基础参考电压和第二参考电压之间的泵送电流的变化。如上所述，泵送电流的变化可以指示出在气体中的氧量和从气体(例如，增压空气)中的水分子离解出的氧量。然后，基于泵送电流的变化，可以确定在增压空气(例如，在CAC出口处的增压空气)中的总水(例如冷凝物)浓度。在一些示例中，然后，通过从总水浓度中减去针对CAC出口温度的饱和水值，可以确定在CAC出口处的增压空气中的液态水(例如水滴)的量。饱和水值可以包括在CAC出口处的在饱和蒸气压条件下的水的质量。如以上所讨论，控制器可以从储存在控制器中的在各种CAC出口温度时的饱和水值的查找表中确定饱和水值。
在210处，该方法包括确定在环境湿度和CAC出口处的增压空气中的总水浓度之间的差异，以便确定在CAC(例如，在CAC内部)处的水存储量。如以上所讨论，环境湿度可以是由湿度传感器、(从气象站、远程装置、车内娱乐和通信系统等接收的)气象数据、进气温度、进气压力和/或雨刷占空比中的一个或更多个确定的估计值或测量值。环境湿度可以给出进入CAC的水的估计。因此，在CAC内的水积聚率(例如，水存储率)可以基本等于在环境湿度和CAC出口处的水浓度(例如，来自CAC出口处的氧传感器的水测量)之间的差异。然后，该方法在210处也可以包括，基于在一段时间内的水存储率，确定积聚在CAC中的水的量。
如果在环境湿度和CAC出口处的水浓度之间的差异(在208处和210处所确定的)为正(例如，环境湿度大于在CAC出口处的水浓度)，则水正被储存在CAC中。可替代地，如果在环境湿度和CAC出口处的水浓度之间的差异为负(例如，环境湿度小于在CAC出口处的水浓度)，则水正从CAC被释放。在一些示例中，该方法还可以包括，基于在CAC出口处的氧传感器的输出和环境湿度估计水释放量和/或水释放率。以此方式，负的水存储率可以表明来自CAC的正的水释放率。水释放率可以进一步基于来自总水浓度的针对CAC出口温度的饱和水值。饱和水值可以包括在CAC出口处的在饱和蒸气压下的水的质量。在一个示例中，控制器可以从被储存在控制器中的在各种CAC出口温度时的饱和水值的查找表中确定饱和水值。
在212处，控制器可以基于在210处确定的水存储率或水存储量调整发动机致动器。在一些示例中，控制器可以基于来自CAC的水释放率和/或水释放量另外地或替代性地调整发动机致动器。用于响应水存储调整发动机致动器的方法在图3中被呈现。
以此方式，方法可以包括，响应在进气系统中的含水量调整发动机操作，含水量基于进气氧传感器的输出，其中进气氧传感器的参考电压在第一电压和第二电压之间被调整。如上所述，氧传感器可以被放置在进气系统(例如，在图1中示出的进气通道42和/或进气歧管44)内。在一个示例中，进气氧传感器可以被放置在CAC出口处。在另一个示例中，进气氧传感器可以被放置在进气系统中的另一个位置，诸如CAC的下游。进气氧传感器的参考电压可以在第一电压和第二电压之间被调整或调制，第二电压大于第一电压。例如，第一电压可以是可以确定在进气空气中的氧浓度时所处的电压，而第二电压可以是水分子可以被离解时所处的电压。在第一电压和第二电压下的进气氧传感器的泵送电流的差异可以指示出在进气系统中的含水量。然后，响应在进气氧传感器处所确定的含水量，可以调整诸如火花正时、气流等的发动机操作。
现在转向图3，所示方法300用于基于在CAC中的水存储调整发动机致动器和/或发动机操作。在一个示例中，方法300可由在图1中示出的控制器12执行。通过从一个或更多个氧传感器获得氧传感器数据，方法300在302处开始。所述一个或更多个氧传感器可以包括邻近CAC出口被放置的氧传感器(例如，在图1中示出的第一氧传感器162)。例如，该方法在302处可以包括获得在图2中呈现的方法200中所确定的CAC水存储数据或参数。水存储参数可以包括水存储率(例如，在CAC内积聚的水的速率)和/或水存储量(例如，在CAC中储存的水的量)中的一个或更多个。在一些示例中，水存储参数可以进一步包括水释放率和/或水释放量。
在303处，该方法包括确定水存储率是否为正。如在图2中所描述，水存储率可以基于在环境湿度和CAC出口处的水浓度(基于氧传感器输出)之间的差异。如果环境湿度大于在CAC出口处的水浓度(例如，在CAC进口处的含水量大于在CAC出口处的含水量)，则水正被储存在CAC中并且水存储率为正。相反地，如果环境湿度小于在CAC出口处的水浓度(例如，在CAC出口处的含水量大于在CAC进口处的含水量)，则水正从CAC被释放并且水存储率可以为负。虽然水存储率可以为负，但是在CAC内的冷凝物的净含量仍可以大于零。在环境湿度基本等于在CAC出口处的水浓度的一些示例中，水存储率可以基本为零，使得没有水正被释放或存储在CAC内。然后，基于在一段时间内的先前的水存储率，可以确定在CAC中的水的量。
在303处，如果水存储率为负，则该方法继续到314以表明水正从CAC被释放。响应负的水存储率(例如，环境湿度小于在CAC出口处的增压空气的水浓度)，该方法继续到316，以调整燃烧参数和/或限制到发动机的气流。在一个示例中，调整燃烧参数可以包括调整火花正时以增加在水吸收期间(例如，从CAC释放水)的燃烧稳定性。例如，当水释放率和/或水释放量大于其各自的阈值时，在踩油门踏板(例如，踏板位置大于上限阈值位置)期间，控制器可以使火花正时提前。在另一个示例中，当水释放率和/或水释放量大于其各自的阈值时(例如，在冷凝物净化程序期间)，如果踏板位置相对恒定或低于阈值位置，控制器可以延迟火花正时。火花延迟或火花提前的量可以基于水释放率和/或水释放量。在另一个示例中，在水释放条件期间，可以调整附加的或替代性的燃烧参数。
替代性地在303处，如果水存储率为正，则该方法继续到304以确定水存储率(例如，在CAC中的冷凝物存储率或水积聚率)是否大于阈值率。在一个示例中，阈值水存储率可以基于冷凝物的阈值量可在CAC中积聚的速率。如果立即从CAC泄漏且被发动机吸收，则冷凝物(或水)的阈值量会导致发动机失火或不稳定燃烧。如果水存储率大于阈值率，则该方法继续到306，以降低CAC的冷却效率。降低CAC的冷却效率可以包括闭合或减小车辆格栅百叶窗的开度、关闭或减小发动机冷却风扇和/或专用CAC风扇的速度和/或降低冷却剂冷却的CAC冷却剂泵的冷却剂泵速度中的一个或更多个。也可作出其他的发动机致动器调整，以降低CAC的冷却效率，从而减少冷凝物的形成。在一个示例中，控制器可以调整以上的发动机致动器(例如，风扇、格栅百叶窗等)，以将CAC温度增加到高于露点温度。可替代地或另外地，可以减小EGR率以减少冷凝物的形成。
在降低CAC冷却效率之后，该方法继续到308以确定在CAC处的水存储量是否大于阈值量。如以上所讨论，水存储量可以是被储存(例如，累积)在CAC内的冷凝物或水的量。在一个示例中，阈值水存储量可以基于如果从CAC泄漏且立即被发动机吸收则会导致发动机失火和/或不稳定燃烧的水的量。如果在CAC处的水存储量大于阈值量，则该方法继续到310，以将积聚的冷凝物从CAC清除。在310处，基于发动机工况，控制器可以激活各种冷凝物净化程序以将冷凝物从CAC排出。例如，在踩油门踏板期间或在发动机气流的其他增加期间，控制器可以限制发动机气流的增加，以便可控制地从CAC释放冷凝物到发动机的进气歧管中。在另一个示例中，即使没有增加扭矩的请求，但是控制器仍可以增加发动机气流，以便将冷凝物从CAC清除/净化。在一个示例中，控制器可以通过在传动档位处降档来增加发动机气流。在另一个示例中，增加发动机气流可以包括增加节气门的开度以增加质量空气流量。在另一个示例中，净化程序可以包括激活冷凝泵和用于冷凝物的处理的方法。该方法在310处也可以包括，在各种冷凝物净化程序期间调整附加发动机致动器，诸如火花正时、空燃比等。替代性地，如果在308处水存储量不大于阈值量，则该方法可以继续到312，以便将发动机气流维持在所请求的水平并且维持发动机工况。
以此方式，控制器可以调整发动机致动器以减少在CAC处的冷凝物形成和/或增加在水从CAC释放期间的燃烧稳定性。控制器可以使发动机致动器调整基于水存储和/或水释放(例如，在离开CAC的增压空气中的水的量)参数。进一步地，基于来自被放置在CAC出口下游(例如，在CAC的出口处)的氧传感器的输出，控制器可以确定CAC水存储和/或水释放参数。
除控制CAC冷却效率和/或燃烧参数以外，来自出口CAC氧传感器的输出也可以被用于各种诊断。在一个示例中，控制器可以使用氧传感器输出诊断CAC效率、CAC冷凝物和/或CAC露点的替代性模式和/或估计。例如，由出口CAC氧传感器确定的水存储率(或水存储量)和环境温度可以与由CAC冷凝物模式中的一个所确定的预期水存储率相比较。如果这两个水存储率估计不在彼此的阈值内，则控制器可以指示出冷凝物模式中的错误。然后，控制器可以对模式做出调整以增加准确性。
以此方式，发动机方法包含，基于在增压空气冷却器处的水存储调整发动机致动器，所述水存储基于被放置在增压空气冷却器下游的氧传感器的输出和环境湿度。在一个示例中，氧传感器被放置在增压空气冷却器的出口处。此外，水存储可以是在增压空气冷却器内的水存储率或被储存在增压空气冷却器内的水的量中的一者。
在一个示例中，基于水存储调整发动机致动器包括，响应水存储率增加到高于阈值率，调整车辆格栅百叶窗、发动机冷却风扇或增压空气冷却器冷却剂泵中的一者以降低增压空气冷却器的冷却效率。在另一个示例中，基于水存储调整发动机致动器包括，响应被存储在增压空气冷却器内的水量增加到阈值量以上，增加发动机气流，以将冷凝物从增压空气冷却器清除。在另一个示例中，基于水存储调整发动机致动器包括，响应在增压空气冷却器出口处的水浓度增加到环境湿度以上，调整火花正时或发动机气流中的一个或更多个，其中所述水浓度基于氧传感器的输出。
在一些实施例中，氧传感器可以是可变电压氧传感器。在这种实施例中，氧传感器的参考电压可以在第一电压和第二电压之间被调制，第二电压高于第一电压。水存储可以基于在第一电压和第二电压之间的氧传感器的泵送电流的差异，并且其中如果更进一步，水的量基于环境湿度。在另一个示例中，氧传感器可以以基础模式操作。进一步地，只有当EGR没有正在流动(或在阈值EGR率以下)时，水存储可以基于氧传感器的输出。
在一个示例中，用湿度传感器测量环境湿度。在另一个示例中，基于进气温度、进气压力或雨刷占空比中的一个或更多个估计环境湿度。在另一个示例中，基于从气象站、远程装置或车辆的车内娱乐和通信系统中的一个或更多个接收的气象数据确定环境湿度。
图4示出基于在CAC处的水存储调整发动机操作的图例。特别地，图形400在曲线402处示出氧传感器输出的变化，在曲线404处示出环境湿度的变化，在曲线406处示出基于氧传感器输出的CAC水存储的变化，在曲线410处示出CAC水释放的变化，在曲线412处示出EGR流量的变化，在曲线414处示出踏板位置(PP)的变化，在曲线416处示出火花正时的变化，在曲线418处示出车辆格栅百叶窗的位置的变化，并且在曲线420处示出质量空气流量的变化。氧传感器可以被放置在CAC的出口处，并且在此被称为出口氧传感器。环境湿度可以用湿度传感器被测量，或者可以基于环境条件(例如，温度和压力)被估计。如以上所讨论，在一些示例中，附加的氧传感器(不同于出口氧传感器)可以被放置在进气装置(例如，进气歧管)中，以用于估计EGR流量。此外，如果出口氧传感器为VVs传感器，则出口氧传感器可以在第一参考电压V1和第二参考电压V2之间被调制。第一参考电压也可以被称为基础参考电压。在出口传感器处的水浓度可以基于当在V1和V2之间转换时的泵送电流的变化。在替代性实施例中，如果氧传感器不是VVs传感器，则传感器可以被维持在基础参考电压，并且在CAC出口处的氧浓度可以使用稀释法被确定。
曲线406示出在CAC中的水存储的变化，水存储基于来自出口氧传感器的输出和环境湿度。在曲线406处示出的水存储可以包括被储存在CAC中的水的量或在CAC中的水存储率。曲线410示出来自CAC的水释放。水释放可以是基于水存储值(并且因此基于出口氧传感器输出和环境湿度)的水释放量或水释放率。在曲线406处，基本零水存储被示出在零线408处。在零线408以下，水存储值为负，因此对应如在曲线410处所示的正的水释放值。
在时间t1之前，在CAC中的水存储可以小于阈值T1(曲线406)，并且来自CAC的水释放可以小于阈值T2(曲线410)。此外，踏板位置可以是相对恒定的(曲线414)，并且格栅百叶窗可以打开(曲线418)。在时间t1之前，环境湿度可以增加。在一个示例中，环境湿度可以是进入CAC的增压空气中的水量的估计。因此，增加环境湿度可以表明在进入CAC的增压空气中的水量的增加。因此，在时间t1之前，CAC水存储水平可以增加(曲线406)。同样在时间t1之前，EGR率可以在阈值T3以下。在一个示例中，阈值T3可以基本为零，使得EGR关闭。在另一个示例中，阈值T3可以是大于零但是足够小以致EGR流量不会改变出口氧传感器读数的流率。
在时间t1处，CAC水存储水平增加到高于阈值T1(曲线406)。作为响应，控制器可以闭合格栅百叶窗(曲线418)以减少在CAC中的冷凝物形成。在替代性示例中，控制器可以调整替代性的或附加的发动机致动器，以减少冷凝物形成。例如，在时间t1处，控制器可以另外地或替代性地关闭发动机冷却风扇。
在时间t1和时间t2之间，CAC水存储水平会降低。在时间t2处，CAC水存储会降低到阈值T1以下，并且达到大体上为零的值(曲线406)。作为响应，控制器可以再次打开格栅百叶窗(曲线418)。在替代性实施例中，在时间t2处，格栅百叶窗可以保持打开。同样在时间t2之前，质量空气流量开始增加。在一个示例中，控制器可以基于发动机操作增加质量空气流量。在另一个示例中，控制器可以增加质量空气流量，以将存储的冷凝物从CAC清除。随着质量空气流量增加，出口氧传感器输出也增加。输出的这种增加可以表明在离开CAC的增压空气中的水的增加。在时间t2处，CAC水存储值变为负，并且在时间t2和时间t3之间CAC水释放开始增加(曲线410)。在时间t3处，CAC水释放增加到高于阈值T2。作为响应，控制器从MBT延迟火花正时(曲线416)。由于在时间t3处踏板位置保持相对恒定，所以控制器可以延迟火花正时而不是将火花正时提前。随着发动机吸收释放的水(例如，冷凝物)，在从CAC释放水期间延迟火花会增加燃烧稳定性。在时间t4处，来自CAC的水释放降低到阈值T2以下(曲线410)。然后，控制器停止延迟火花(曲线416)。
如在图4中所示，发动机方法包括，基于在增压空气冷却器处的水存储率调整发动机致动器，水存储率基于被放置在增压空气冷却器出口处的氧传感器的输出和环境湿度。如在时间t3处所示，在一个示例中，调整发动机致动器包括，响应水存储率为负，调整火花正时或质量空气流量中的一个或更多个。进一步地，调整火花正时包括，当踏板位置增加时提前火花正时，并且当踏板位置在阈值位置以下时延迟火花正时。
在另一个示例中，如在时间t1处所示，调整发动机致动器包括，响应水存储率增加到高于阈值率(例如，阈值T1)，调整车辆格栅百叶窗、发动机冷却风扇、增压空气冷却器冷却风扇或增压空气冷却器冷却剂泵中的一个或更多个，以降低增压空气冷却器的冷却效率。该方法可以进一步包括，基于水存储率估计水存储量。在另一个示例中，调整发动机致动器包括，响应水存储量增加到高于阈值量，增加发动机气流，以将水从增压空气冷却器清除。
以此方式，来自被放置在邻近CAC出口的氧传感器的输出可以被用于确定在CAC处的水存储。在一个示例中，被放置在CAC出口处的氧传感器连同环境湿度一起可以被用于确定被储存在CAC内的水的量。响应在CAC处的水存储(例如，积聚在CAC中的水量或水率)，控制器可以调整一个或更多个发动机致动器。例如，响应水存储量或水存储率高于阈值，控制器可以调整车辆格栅百叶窗、发动机冷却风扇和/或发动机冷却剂泵，以降低CAC的冷却效率。在另一个示例中，响应水存储量增加到高于阈值，控制器可以经由调整节气门和/或降档操作调整发动机气流，以将冷凝物从CAC清除。以此方式，可以实现由氧传感器和环境湿度确定在CAC处的水存储的技术效果，从而减少CAC冷凝物形成并且增加燃烧稳定性。
注意的是，在此包括的示例性控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统构造一起使用。在此公开的控制方法和程序可以被储存为在非暂时性存储器中的可执行指令。在此所描述的特定程序可以代表任何数目的处理策略中的一种或更多种，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所说明的各种动作、操作和/或功能可以按说明的顺序执行、并行执行或在一些情况下被省略。同样，处理的顺序不是实现在此所述的示例性实施例的特征和优点所必需的，而是为易于说明和描述提供。根据所使用的具体策略，可以重复执行所说明的动作、操作和/或功能中的一种或更多种。进一步地，所述动作、操作和/或功能可以用图形表示待编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码。
应该清楚，因为可能有许多变化，所以在此公开的构造和程序实际上是示例性的，并且这些特定实施例不应被视为具有限制意义。例如，上述技术可以被应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它的发动机类型。本公开的主题包括在此公开的不同系统和构造，以及其它特征、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。
随附权利要求特别指出被视为新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求会提到“一个”元件或“第一”元件或其等价物。此类权利要求应被理解成包括一个或更多个此类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个此类元件。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通过本权利要求的修正或通过在本申请或相关申请中呈现的新权利要求加以要求。此类权利要求，无论比原始权利要求范围更宽、更窄、相同或不同，仍被视为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种发动机方法，包括：
基于在增压空气冷却器处的水存储调整发动机致动器，所述水存储基于被放置在所述增压空气冷却器下游的氧传感器的输出和环境湿度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧传感器被放置在所述增压空气冷却器的出口处。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述水存储是在所述增压空气冷却器内的水存储率或在所述增压空气冷却器内储存的水量中的一者。
4.根据权利要求3所述的方法，其中基于水存储调整发动机致动器包括，响应所述水存储率增加到高于阈值率，调整车辆格栅百叶窗、发动机冷却风扇或增压空气冷却器冷却剂泵中的一个或多个，以降低所述增压空气冷却器的冷却效率。
5.根据权利要求3所述的方法，其中基于水存储调整发动机致动器包括，响应在所述增压空气冷却器内存储的所述水量增加到高于阈值量，增加发动机气流以便将冷凝物从所述增压空气冷却器清除。
6.根据权利要求3所述的方法，其中基于水存储调整发动机致动器包括，响应所述增压空气冷却器的出口处的水浓度增加到高于环境湿度，调整火花正时或发动机气流中的一个或多个，所述水浓度基于所述氧传感器的所述输出。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧传感器是可变电压氧传感器，并且包含在第一电压和第二电压之间调制所述氧传感器的参考电压，所述第二电压高于所述第一电压。
8.根据权利要求7所述的方法，其中水存储基于在所述第一电压和所述第二电压之间的所述氧传感器的泵送电流的差异，并且其中所述水存储基于环境湿度。
9.根据权利要求1所述的方法，其中仅当EGR没有正在流动时，所述水存储基于所述氧传感器的所述输出。
10.根据权利要求1所述的方法，其中用湿度传感器测量环境湿度。
11.根据权利要求1所述的方法，其中基于进气温度、进气压力或雨刷占空比中的一个或多个估计环境湿度。
12.根据权利要求1所述的方法，其中基于从气象站、远程装置或车内娱乐和通信系统中的一个或多个接收的气象数据确定环境湿度。
13.一种发动机方法，包括：
基于在增压空气冷却器处的水存储率调整发动机致动器，所述水存储率基于被放置在所述增压空气冷却器的出口处的氧传感器的输出和环境湿度。
14.根据权利要求13所述的方法，其中调整发动机致动器包括，响应所述水存储率为负，调整火花正时或质量空气流量中的一个或多个。
15.根据权利要求14所述的方法，其中调整火花正时包括，当踏板位置增加时提前火花正时，并且当所述踏板位置低于阈值位置时延迟火花正时。
16.根据权利要求13所述的方法，其中调整发动机致动器包括，响应所述水存储率增加到高于阈值率，调整车辆格栅百叶窗、发动机冷却风扇、增压空气冷却风扇或增压空气冷却器冷却剂泵中的一个或多个，以降低所述增压空气冷却器的冷却效率。
17.根据权利要求13所述的方法，进一步包含基于所述水存储率估计水存储量，并且其中调整发动机致动器包括，响应所述水存储量增加到高于阈值量，增加发动机气流，以便将水从所述增压空气冷却器清除。
18.一种发动机系统，包含：
进气歧管；
被放置在所述进气歧管上游的增压空气冷却器；
被放置在所述增压空气冷却器的出口处的氧传感器；以及
具有计算机可读指令的控制器，所述指令用于响应在所述增压空气冷却器处的水存储调整发动机操作，当排气再循环没有正在流动时所述水存储基于所述氧传感器的输出和环境湿度。
19.根据权利要求18所述的系统，其中调整发动机操作包括调整火花正时、质量空气流量、车辆格栅百叶窗、发动机冷却风扇、增压空气冷却器冷却剂泵或降档传动档位中的一个或多个。
20.根据权利要求18所述的系统，其中水存储包括在所述增压空气冷却器中的水存储量或在所述增压空气冷却器中的水存储率中的一个或多个。
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