CN105909408B - 经由氧传感器进行湿度确定的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及经由氧传感器进行湿度确定的方法和系统。本申请公开基于进气传感器或排气传感器的输出确定环境湿度的方法。在一个示例中，氧传感器可以作为可变电压传感器被操作在较低第一电压和较高第二电压之间以确定干燥空气氧读数。然后，环境湿度可以基于干燥空气氧读数和在较低第一电压下且不以可变电压模式运转时氧传感器的第三输出而被确定。

Description

经由氧传感器进行湿度确定的方法和系统
技术领域
本发明总体涉及使用内燃发动机的氧传感器估计环境湿度。
背景技术
在发动机未加注燃料状态期间，其中至少一个进气门和一个排气门在运行，例如在减速燃料切断(DFSO)期间，环境空气可以流经发动机汽缸并且进入排气系统。在一些示例中，排气传感器可以被利用以在发动机未加注燃料状态期间确定环境湿度。然而，在发动机未加注燃料状态期间，可能花长时间使排气流缺乏碳氢化合物，因此，环境湿度的准确指示可能被延迟。在一个示例中，如US 2014/0202135中所示，可以在较低第一电压(例如，基础电压)和较高第二电压之间调制氧传感器的参考电压时，基于由氧传感器输出的泵浦电流(pumping current)的变化来确定环境湿度的指示。在该方式中，氧传感器可以是能够以可变电压模式运转的可变电压氧传感器。
然而，本发明者已经意识到以可变电压模式运转氧传感器可能降低氧传感器的耐久性。具体地，在较高第二电压下运转氧传感器可能劣化所述传感器，由此降低氧传感器的寿命。更加频繁地以可变电压模式运转氧传感器可能增加氧传感器劣化速率。
发明内容
在一个示例中，上述问题可以被如下方法解决：在第一状态期间，将较低第一参考电压应用于氧传感器以生成第一输出以及将较高第二参考电压应用于氧传感器以生成第二输出；在第二状态期间，将所述第一参考电压应用于所述氧传感器以生成第三输出；以及基于根据所述第一输出、第二输出和第三输出估计的环境湿度，调节发动机运转。以此方式，所述氧传感器可以只在所述第一状态期间以可变电压模式被运转，并且氧传感器耐久性可以被增加。
在一个示例中，在选择的状态期间，氧传感器被运转以确定针对干燥空气状态校正的氧传感器读数。例如，在净化(purge)气体和曲轴箱通风气体不被吸取到发动机进气歧管内的状态期间，进气氧传感器的参考电压可以被调制。可替换地，在氧传感器是排气氧传感器的实施例中，选择的状态可以包括发动机未加注燃料状态，诸如减速燃料切断(DFSO)事件。具体地，氧传感器的参考电压可以从输出(例如，泵浦电流)表示潮湿状态中氧读数的第一较低电压提升到输出(例如，泵浦电流)表示由于湿气的完全离解而产生的氧增加的第二较高电压。然后，干燥空气泵浦电流可以基于第一输出和第二输出之间的比而被确定，其中干燥空气泵浦电流指示干燥空气中的氧读数。干燥空气氧读数(第一输出和第二输出之间的比)只可以被周期地确定和更新，诸如在每次发动机起动之后或发动机运转持续一段时间之后。那么，在满足选择状态的发动机运转期间，氧传感器可以在第一较低电压(而不在第二较高电压)下被运转。环境湿度然后可以基于之前确定的干燥空气氧读数和只在第一较低电压下运转时氧传感器的输出而被确定。因此，可以获得多个环境湿度估计，同时没有以可变电压模式运转所述氧传感器。然后控制器可以基于多个环境湿度估计调节发动机运转。通过基于较低第一电压下的第一氧传感器输出并且将其与比第一氧传感器输出较不频繁地确定的干燥空气氧读数比较来确定湿度，氧传感器以可变电压模式运转的时间量可以被减小。因此，氧传感器的劣化可以降低，同时传感器的寿命可以增加。
应当理解，提供以上本发明内容是为了以简化的形式介绍一系列概念，这些概念在下面具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着识别要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围由所附权利要求限定。另外，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示出包括排气氧传感器和进气氧传感器的发动机的示意图。
图2示出示例氧传感器的示意图。
图3示出说明使用氧传感器估计干燥空气泵浦电流的程序的流程图。
图4示出描绘在各种湿度状态下氧传感器输出相对于施加电压的图形。
图5示出说明基于干燥空气泵浦电流读数和进气氧传感器或排气氧传感器的输出估计环境湿度的程序的流程图。
具体实施方式
以下描述涉及基于来自进气传感器或排气传感器(诸如图1-2所示的氧传感器)的输出确定环境湿度的方法。例如，如图3所示，传感器可以在第一较低电压下被运转，以获得指示潮湿空气氧读数的第一输出。然后，传感器在第二较高电压下被运转，以获得指示潮湿空气氧读数的第二输出，其中空气中的所有湿气已经在氧传感器处被离解。在第一较低电压和第二较高电压之间的中间电压可以产生指示其中湿气的部分离解发生的干燥空气氧读数的氧传感器输出，如图4说明。然后，干燥空气氧读数可以通过第一输出和第二输出之间的比来估计。以这种方式，通过以可变电压(VVs)模式运转氧传感器可以确定干燥空气氧读数。随后，当在第一较低电压下且不以VVs模式运转氧传感器时，氧传感器的第三输出可以被产生。如在图5呈现的方法中，然后环境湿度的估计可以基于干燥空气读数和第三输出之间的差而被确定。然后，发动机的运转可以基于估计的环境湿度而被调节。干燥空气氧读数可以被周期性地确定(和更新)(例如，在每次发动机起动时或在发动机运转持续一段时间后)。剩余的时间，氧传感器不以VVs模式被运转，并且湿度可以通过在第一较低电压下运转氧传感器时生成第三输出并且比较第三输出和之前确定的干燥空气氧读数而被确定。在这种方式中，空气湿度的更准确的估计可以被确定以用于发动机控制，同时降低了由于氧传感器以VVs模式运转而产生的劣化。
现在参考图1，其说明示出多缸发动机10的一个汽缸的示意图，所述汽缸可以被包括在汽车的推进系统内。发动机10可以通过包括控制器12的控制系统和通过经由输入装置130来自车辆操作者132的输入至少部分地控制。在该示例中，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的燃烧室(即，汽缸)30可以包括其中设置有活塞36的燃烧室壁32。活塞36可以被耦接至曲轴40，使得活塞的往复运动被转换成曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器系统而被耦接至车辆的至少一个驱动轮。此外，起动机马达可以经由飞轮耦接至曲轴40，从而使得能够进行发动机10的起动操作。
燃烧室30可以经由进气道42接收来自进气歧管44的进气，并且可以经由排气道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气道48能够经由相应的进气门52和排气门54选择性地与燃烧室30连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或者更多个进气门和/或两个或者更多排气门。
在该示例中，进气门52和排气门54可以经由相应的凸轮致动系统51和53由凸轮致动控制。凸轮致动系统51和53每个均可以包括一个或更多个凸轮，并且可以使用可由控制器12操作以改变气门运行的凸轮廓线变换(CPS)系统、可变凸轮正时(VCT)系统、可变气门正时(VVT)系统和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或更多个。进气门52和排气门54的位置可以分别由位置传感器55和57确定。在可替换的实施例中，进气门52和/或排气门54可以通过电动气门驱动致动控制。例如，汽缸30可以可替换地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸均配置有一个或多个燃料喷射器，用于向其提供燃料。作为非限制性示例，汽缸30被示出包括一个燃料喷射器66。示出的燃料喷射器66被直接耦接至汽缸30，以便与经由电子驱动器68从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地向其中直接喷射燃料。以此方式，燃料喷射器66提供到燃烧汽缸30的所谓的燃料直接喷射(此后被称为“DI”)。
应当理解，在可选实施例中，喷射器66可以是将燃料提供给汽缸30上游的进气道的进气道喷射器。还应当理解，汽缸30可以接收来自诸如多个进气道喷射器、多个直接喷射器或其组合的多个喷射器的燃料。
燃料系统172中的燃料箱可以保持具有不同燃料品质的燃料，例如不同的燃料成分。这些不同可以包括不同的酒精含量、不同的辛烷、不同的汽化热、不同的燃料混合物和/或其组合等。发动机可以利用包含燃料混合物的酒精，例如E85(其为大约85％的乙醇和15％汽油)或M85(其为大约85％的甲醇和15％的汽油)。可替换地，发动机可以用储存在燃料箱中的其他比例的汽油和乙醇运行，包括100％的汽油和100％的乙醇，以及它们之间的可变比例，这取决于操作者供给燃料箱的燃料的酒精含量。而且，燃料箱的燃料特性可以经常地改变。在一个示例中，驾驶员可以一天用E85再加注燃料箱，第二天可以用E10，第三天用E50。因此，根据再加注燃料时燃料箱中剩余的燃料的水平和成分，燃料箱内的成分可以动态地改变。
因此，燃料箱再加注燃料的经常变化能够频繁地导致燃料系统172中燃料的燃料成分变化，因而影响到由喷射器66输送的燃料成分和/或燃料品质。由喷射器66喷射的不同燃料成分在这里被称为燃料类型。在一个示例中，不同的燃料成分可以用它们的研究法辛烷值(RON)评级、酒精百分比、乙醇百分比等来定性地描述。
应当理解，虽然在一个实施例中，发动机可以经由直接喷射器通过喷射可变燃料混合物来运行，但是在可替换实施例中，该发动机可以通过利用两个喷射器并且改变来自每个喷射器的喷射的相对量来运行。还应当进一步认识到，当用来自诸如涡轮增压器或机械增压器(未示出)的增压装置的增压运行发动机时，增压限制可以随着可变燃料混合物中酒精含量的增加而增加。
继续参考图1，进气道42可以包括具有节流板64的节气门62。在该特定示例中，节流板64的位置可以经由被提供至节气门62包括的电动马达或执行器(通常被称为电子节气门控制(ETC)的配置)的信号由控制器12改变。以此方式，节气门62可以被操作以改变被提供至燃烧室30以及其他发动机汽缸的进气。节流板64的位置可以通过节气门位置信号TP被提供至控制器12。进气道42可以包括用于提供相应的信号MAF和MAP给控制器12的质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122。
点火系统88可以在选择的运行模式下响应于来自控制器12的火花提前信号SA经由火花塞92为燃烧室30提供点火火花。虽然火花点火部件被显示，但是在一些实施例中，发动机10的燃烧室30或一个或多个其他燃烧室可以用具有或不具有点火火花的压缩点火模式运行。
排气传感器126被示为耦接至排放控制装置70上游的排气道48。排气传感器126可以是用于提供排气空燃比指示的任何合适的传感器，例如线性排气传感器或者UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态排气传感器或者EGO、HEGO(加热式EGO)、NOX、HC或者CO传感器。排放控制装置70被示为沿排气传感器126下游的排气道48布置。装置70可以是三元催化剂(TWC)、NOX捕集器、各种其他排放控制装置或者其组合。在一些实施例中，在发动机10的运行期间，通过在特定的空燃比内运行发动机的至少一个汽缸，可以周期性地重设排放控制装置70。
在如图1所示的示例中，系统进一步包括耦接至进气歧管44的进气传感器(例如，进气氧传感器)127。进气传感器127可以是用于提供排气空燃比的指示的任意适合的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热式EGO)、NOX、HC或者CO传感器。
此外，在所公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可以经EGR通道140将期望部分的排气从排气道48传送至进气歧管44。提供至进气歧管44的EGR量可以由控制器12经由EGR阀142改变。此外，EGR传感器144可以被布置在EGR通道140内并且可以提供排气的压力、温度以及浓度中的一个或更多个的指示。在一些状态下，EGR系统可以被用于调整燃烧室内的空气和燃料混合物的温度，因此提供了在一些燃烧模式期间控制点火正时的方法。此外，在一些状态下，通过控制排气门正时，例如通过控制可变气门正时机构，一部分燃烧气体可以被保留或者捕集在燃烧室中。
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、在该特定示例中被显示为只读存储器芯片(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、不失效存储器(KAM)110以及数据总线。控制器12可以从耦接至发动机10的传感器接收各种信号，除了先前讨论的那些信号外，还包括：来自质量空气流量传感器120的感应质量空气流量(MAF)的测量值；来自耦接至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自耦接至曲轴40的霍尔效应传感器118(或者其他类型)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及来自传感器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根据信号PIP生成。
存储介质只读存储器106可以用计算机可读数据编程，该计算机可读数据表示为进行以下所述方法以及可被预期但未具体列出的其他变体而由处理器102可执行的指令。
如上所述，图1仅示出多缸发动机的一个汽缸，并且每个汽缸可以类似地包括其自身的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等等。
接下来，图2示出氧传感器200的示例性实施例的示意图，所述氧传感器经配置用于测量进气道中进气流和排气道中排气流中的氧气(O2)的浓度。传感器200可以作为例如图1的排气传感器126或进气传感器127运转。传感器200包括以堆叠结构布置的多层一种或多种陶瓷材料。在图2的实施例中，五个陶瓷层被描绘为层201、202、203、204和205。这些层包括能够传导离子氧的一层或多层固体电解质。合适的固体电解质的示例包括，但不限于，氧化锆基材料。而且，在一些实施例中，加热器207可以设置成与这些层热传递(thermalcommunication)，以增加这些层的离子传导性。虽然所示的氧传感器由五个陶瓷层形成，但是应当理解，氧传感器可以包括其他合适数目的陶瓷层。
层202包括形成扩散路径210的一种材料或多种材料。扩散路径210被配置为通过扩散作用将排气引入第一内部腔室222。扩散路径210可以被配置为允许进气或排气的一个或更多组分，包括但不限于期望的分析物(例如，O2)，以比可以通过泵浦电极对212和214而被泵浦进或者泵浦出的分析物更受限的速率扩散至内部腔室222。以此方式，可在第一内部腔室222中获得化学计量水平的O2。
传感器200还包括在层204内的第二内部腔室224，其通过层203与第一内部腔室222隔开。第二内部腔室224被配置为维持等于化学计量状态的恒定的氧分压，例如，第二内部腔室224内存在的氧水平等于若空燃比为化学计量时排气或进气应具有的氧水平。第二内部腔室224中的氧浓度通过泵浦电压Vcp保持恒定。在本文中，第二内部腔室224可被称为参比室(reference cell)。
一对感测电极216和218被设置以连通第一内部腔室222和参比室224。感测电极对216和218检测由于进气或排气内的氧浓度高于或低于化学计量水平而可在第一内部腔室222和参比室224之间形成的浓度梯度。高氧浓度可以由稀进气或排气混合物引起，而低氧浓度可由富混合物引起。
泵浦电极对212和214被设置与内部腔室222连通，并且被配置为将内部腔室222中的选择气体成分(例如，O2)电化学地泵浦通过层201并且泵浦出传感器200。可替换地，泵浦电极对212和214可以被配置为电化学地泵浦选择气体通过层201并且泵浦至内部腔室222中。在本文中，泵浦电极对212和214可以被称为O2泵浦电池(pumping cell)。
电极212、214、216和218可以由各种合适的材料制成。在一些实施例中，电极212、214、216和218可以由催化氧分子离解的材料至少部分地制成。这种材料的示例包括但不限于含钼和/或银的电极。
将氧电化学地泵浦出或泵浦入内部腔室222的过程包括将电压Vp施加至泵浦电极对212和214两端。施加至O2泵浦电池的泵浦电压Vp将氧泵浦入或泵浦出第一内部腔室222，以便维持腔室泵浦电池中氧的化学计量水平。产生的泵浦电流Ip与排气(或进气)中的氧浓度成比例。控制系统(图2中未示出)根据维持第一内部腔室222内的化学计量水平所需的泵浦电压Vp的强度，生成泵浦电流信号Ip。因此，稀混合物将引起氧被泵浦出内部腔室222，并且富混合物将引起氧被泵浦入内部腔室222。
应明白本文所述氧传感器仅是氧传感器的示例性实施例，氧传感器的其他实施例可以具有另外的和/或可替换的特征和/或设计。
以此方式，图2的氧传感器可以是可变电压氧传感器，其配置为在第一较低电压下运转时水分子不被离解，并且在第二较高电压下运转时水分子被完全离解。因此，第二电压高于第一电压。然而，如上所述，以可变电压(VVs模式)并且特别是在较高第二电压下连续运转氧传感器，可以劣化氧传感器，由此降低传感器的寿命。因此，降低氧传感器在较高第二电压下运转花费的时间量可以是有利地。因此，传感器劣化可以降低，由此增加传感器的寿命以及产生更准确的传感器输出用于发动机控制。
如下面详细描述，图2的氧传感器可以有利地用于估计环境湿度，所述环境湿度估计可以随后被用于调节发动机运转，诸如调节EGR流量、空燃比、火花正时等。具体地说，估计的干燥空气氧读数可以基于第一较低电压下的氧传感器输出和第二较高电压下的氧传感器输出之间的比而被确定。在选择状态下的发动机运转期间，在第一较低电压下的第三氧传感器输出可以被确定并且然后与干燥空气氧读数比较，以确定环境湿度。在第一较低电压下的多个氧传感器读数可以被获取以便基于相同的(例如，之前被确定的)干燥空气氧读数确定连续且更新的环境湿度估计。以此方式，氧传感器可以花费增加的时间量以在第一较低电压下且不以VVs模式运转，由此降低传感器的劣化。
继续参考图3，其显示了说明用于使用氧传感器(诸如参照图2上面描述的氧传感器200)来确定干燥空气氧读数的程序300的流程图。具体地，程序300基于在选择的发动机工况期间施加到氧传感器的泵浦电池的不同的电压(例如，参考电压)来确定干燥空气氧读数。然后，所生成的干燥空气氧读数可以与额外的选择工况期间的随后氧传感器输出一起使用来估计环境湿度，如下面参考图5进一步描述。
在程序300的310处，确定发动机工况。例如，发动机工况可以包括但不限于空气燃料比、进入燃烧室的EGR量以及加注燃料状态。
一旦确定发动机工况，则程序300继续到312，在312中确定选择的状态是否满足。例如，当氧传感器是被定位在进气道(或进气歧管)中的进气氧传感器时，选择的状态可以包括EGR被启用和在进气歧管中没有净化(purge)气体或曲轴箱通风气体被接收。可替换地，选择的状态可以包括在进气氧传感器的上游没有净化气体或曲轴箱通风气体被接收。作为另一示例，当氧传感器是被定位在排气道中的排气氧传感器时，选择的状态可以包括发动机未加注燃料状态。未加注燃料状态包括车辆减速状态和如下发动机工况，其中燃料供给被中断但是发动机继续旋转并且至少一个进气门和一个排气门运行；因此空气正流过一个或多个汽缸但是燃料不喷射到汽缸内。在未加注燃料状态下，不进行燃烧并且周围空气可以从进气系统到排气系统移动通过该汽缸。以这种方式，传感器，诸如进气氧传感器或排气氧传感器，可以接收周围空气，其中可以进行关于周围空气的测量，例如环境湿度检测。
正如所指出的，未加注燃料状态可以包括，例如，减速燃料切断(DFSO)。DFSO响应于操作者踏板(例如响应于驾驶员松加速器踏板(tip out)以及车辆加速大于阈值量的情况)。DFSO状态可以在行驶周期期间反复发生，并且因此在整个行驶周期期间(例如在每个DFSO事件期间)，可以产生许多环境湿度指示。因此，尽管在行驶周期之间或甚至在同一个行驶周期期间湿度波动，但是仍然可以基于排气中的水分的量准确地识别燃料类型。
另外，在312处的选择状态可以额外地包括在发动机起动或发动机运转一段持续时间(例如，数个行程英里、时间量或数个发动机循环)之后。例如，如果氧传感器是进气氧传感器，那么在312处的选择状态可以包括在发动机起动之后(或发动机运转一段持续时间之后)到进气歧管的净化流和曲轴箱强制通风装置(PCV)流被禁用之时。在另一示例中，如果氧传感器是排气传感器时，那么在312处的选择状态可以包括在发动机起动之后(或发动机运转一段持续时间之后)的发动机未加注燃料状态期间(例如，在上述的加注燃料被禁用之时)。以此方式，获知下文进一步描述的干燥空气氧读数可以只周期性地发生在每次发动起动之后或发动机运转一段持续时间之后经过氧传感器的碳氢化合物流被降低之时。以此方式，更准确的传感器读数可以被获得，同时降低以VVs模式运转氧传感器的时间的量。
继续参考图3，如果确定选择的工况不被满足，则程序300继续到313以继续当前氧传感器运转(在当前泵浦电压下，诸如在基础或较低第一参考电压下)以及基于之前确定的干燥空气泵浦电流(例如，干燥空气氧读数)来确定环境湿度。因此，图5的方法可以包括使用来自之前的干燥空气氧读数获知程序的之前已储存的干燥空气氧读数来确定环境湿度。例如，在确定干燥空气氧读数的程序300的每次执行之后，产生的干燥空气氧读数(例如，泵浦电流)值被储存在控制器的存储器中。然后，在图5的程序期间，可以在控制器的存储器中查询最近储存的干燥空气泵浦电流，并且将其用于确定环境湿度。在313处，该方法可以包括不以VVs模式运转氧传感器并且代替地继续在较低第一参考电压(在本文中也被称为基础参考电压)下运转氧传感器。在基础参考电压下运转氧传感器可以导致比在较高第二参考电压下运转氧传感器更低的传感器劣化。
相反地，在312处，如果确定选择的工况被满足，则程序300继续到314，在314中第一泵浦电压(V1)(例如，第一参考电压)被施加到氧传感器的氧泵浦电池，并且第一泵浦电流(Ip1)被接收。第一泵浦电压可以具有值，使得氧从所述电池被泵浦，但是该值足够低，使得诸如H2O(例如，水)的氧化合物不被离解(例如，V1＝450mV)。例如，在第一泵浦电压下，氧传感器可以离解任何水分子。第一电压的施加生成了形式为第一泵浦电流(Ip1)的传感器输出，其指示样品气体(the sample gas)中氧的量。在该示例中，因为发动机在选择状态中(诸如，未加注燃料的状态)，氧的量可以对应于车辆周围新鲜空气中氧的量或潮湿空气氧读数。
一旦氧的量被确定，那么程序300前进到316，在316个第二泵浦电压(V2)(例如，参考电压)被施加于氧传感器的氧泵浦电池，并且第二泵浦电流(Ip2)被接收。第二电压可以大于施加于传感器的第一电压。具体地说，第二电压可以具有足够高以离解期望的氧化合物的值。例如，第二电压可以足够高以将所有H2O分子离解成为氢和氧(例如，V2＝1.1V)。第二电压的施加生成第二泵浦电流(I2)，第二泵浦电流指示样品气体中的氧和水的量。应当明白，在本文中使用的“氧和水的量”中的术语“水”指的是来自样品气体中离解的H2O分子的氧的量。
在一个特定示例中，第二电压(例如，第二参考电压)可以是1080mV，在所述电压下空气中的水被完全(例如，全部)离解(例如，在1080mV下空气中100％的水被离解)。第二电压可以大于第三中间电压，其中在第三电压下空气中的水被部分离解(例如，空气中大约40％的水被离解)。在一个示例中，第三中间电压可以大约为920mV。在另一示例中，第三中间电压可以大约为950mV。作为一示例，图4的曲线400示出在一系列湿度状态下(例如，从1.5％湿度到4％湿度)的氧传感器输出。如图所示，在920mV下传感器输出对应于在一系列湿度状态下的干燥空气读数。在1.1V下的传感器输出对应于在传感器处空气中的所有水已经被离解的潮湿空气读数，并且在4.5V下的传感器输出对应于空气中没有水被离解的潮湿空气读数。因此，干燥空气氧读数可以由氧传感器在4.5V和1.1V下被运转时氧传感器输出的比获得。在可替换的实施例中，干燥空气氧读数可以由氧传感器在水不被离解(例如，甚至没有部分被离解)的低于0.92V的电压下和水被完全离解(例如，100％被离解)的高于0.92V的电压下被运转时氧传感器输出的比获得。
在318处，基于第一泵浦电流和第二泵浦电流确定干燥空气氧读数和相关校正因子。例如，如上所述，通过在450mV(或在传感器处没有水被离解的相似电压)下运转传感器，较低泵浦电流和氧读数可以被获得，并且在通过1080mV(或在传感器处所有水都被离解的相似电压)下运转传感器，较高的泵浦电流和氧读数可以被获得。然后，指示干燥空气氧读数的干燥空气泵浦电流可以由较低第一泵浦电流和较高第二泵浦电流之间的比估计。例如，较高第二泵浦电流的40％和较低第一泵浦电流的60％的和可以基本上等于干燥空气泵浦电流和氧读数。在可替换的示例中，较高和较低泵浦电流的不同的百分比可以被加在一起，以确定干燥空气泵浦电流。例如，如果较高或较低电压分别不同于450mV和1080mV，那么用于确定较高泵浦电流和较低泵浦电流之间的比的相应百分比可以成比例地不同。
然后，在320处，可以使用基于较高泵浦电流和较低泵浦电流(例如，对应于较高电压和较低电压的较高氧传感器输出和较低氧传感器输出)之间的比的估计干燥空气氧读数来确定环境湿度估计，如下面参考图5进一步描述。例如，在320处，所述方法可以包括在控制器的存储器中储存确定的干燥空气氧读数(例如，作为干燥空气泵浦电流值)。然后，在图5的程序过程中，控制器可以查询最近储存的干燥空气氧读数，并且将最近储存的干燥空气氧读数与在选择发动机工况下的另一氧传感器输出比较，以确定环境湿度估计。另外，在320处，所述方法可以包括用所述控制器的存储器中新干燥空气氧读数，更新之前储存的干燥空气氧读数。例如，可以在每次发动机起动之后更新所储存的干燥空气氧读数。
现在参照图5，其显示描绘了基于环境湿度而调节发动机运转的控制程序500的流程图，所述环境湿度基于干燥空气氧读数和氧传感器在选择发动机工况期间的额外输出而被估计。执行程序500(和以上描述的程序300)的指令可以被储存在控制器(诸如，图1中所示的控制器12)的储存器上。另外，控制器可以执行程序500，如下面进一步描述的。
程序500通过估计和/或测量发动机工况开始于502。发动机工况可以包括发动机转速和负载、EGR流量、空燃比、质量空气流量、MAP等。在504处，所述程序包括确定是否是时候估计环境湿度。确定是否是时候估计环境湿度可以包括确定选择发动机工况是否被满足。在一个示例中，如果氧传感器是被定位在进气道和/或发动机上游进气歧管中的进气氧传感器，那么选择发动机工况可以包括当燃料滤罐净化气体和曲轴箱气体不流动到进气歧管之时。在另一示例中，如果氧传感器是被定位到发动机下游(例如，发动机汽缸排气门的下游)的排气道中的排气氧传感器，则选择发动机工况可以包括在发动机未加注燃料状态期间，如上面参考图3描述的。例如，发动机未加注燃料状态可以包括没有燃料正被喷射到发动机汽缸内之时，同时至少一个进气门和一个排气门仍在运转。在另一示例中，发动机未加注燃料状态可以包括DFSO事件。以此方式，选择发动机工况可以包括流过氧传感器的碳氢化合物的量被减少的状态。
在508处，该程序包括打开进气节气门(例如，图1中所示的节气门62)以进一步降低流过氧传感器的碳氢化合物的量。如果氧传感器是排气氧传感器，那么打开节气门可以降低来自经历排气空气的PCV的碳氢化合物的量。例如，如果在发动机未加注燃料状态期间，进气节气门被关闭，那么大量进气歧管真空被产生，所产生的大量进气歧管真空可以抽吸曲轴箱强制通风装置(PCV)碳氢化合物。因此，即使在DFSO期间关闭PCV端口，真空也可以充分强，以抽吸PCV碳氢化合物通过活塞环。在老化的发动机内由于PCV气体通过活塞环和气门的泄漏，抽吸进的PCV流可能会被加剧。吸取的碳氢化合物可以影响排气传感器的输出，并且可以使湿度测量混乱。具体地说，碳氢化合物效应导致了对环境湿度估计过高的传感器输出。因此，当氧传感器是排气氧传感器时，程序500包括在确定氧传感器输出之前在508打开进气节气门。
在510处，该程序包括将第一较低参考电压(例如，基础电压V1)施加到氧传感器以及泵浦电流(IpB)被接收。因此，在510处，该方法包括不以VVs模式运转氧传感器并且代替地将传感器的参考电压维持在降低氧传感器劣化的较低基础水平。也就是说，在510处，所述方法包括不在较低第一电压和较高第二电压之间调制氧传感器的参考电压。产生的泵浦电流可以指示样品气体中氧的量。
然后程序继续到512以基于IpB(在非VVs传感器运转期间在510处确定的泵浦电流)和在程序300期间确定的干燥空气泵浦电流来确定环境湿度。如上所述，控制器可以查询最近储存的干燥空气泵浦电流值以便在512中使用。然后由于环境湿度的稀释效果而产生的氧减少量可以基于干燥空气泵浦电流和在510处确定的泵浦电流IpB之间的差被确定。通过乘以转换因子，然后该差可以从泵浦电流被转换到湿度百分比。以此方式，通过比较在基础参考电压下以非VVs模式运转的氧传感器的输出和储存的干燥空气泵浦电流值，可以确定以VVs模式连续运转氧传感器的环境湿度。
一旦环境湿度被确定，那么程序继续到514，在514中，基于确定的环境湿度，一个或多个运转参数可以被调节。此类运转参数可以包括EGR的量、火花正时和空燃比以及其他参数。如上所述，在内燃发动机中，期望规划发动机运转参数，诸如火花正时，以便优化发动机性能。在一些实施例中，只有一个参数可以响应于湿度被调节。在另一实施例中，响应于环境湿度的测量波动，这些运转参数的任一组合或子组合可以被调节。
在一个示例性实施例中，可以基于测量的环境湿度而调节EGR量。例如，在一种状态下，包围车辆的空气中的水浓度可能由于例如雾的天气状况而增加；因此，在发动机未加注燃料状态期间，排气传感器检测到较高的湿度。响应于增加的湿度测量值，在随后的发动机加注燃料操作期间，可以减少流入至少一个燃烧室的EGR流量。结果，可以维持发动机效率。
响应于绝对环境湿度的波动，至少一个燃烧室内的EGR流量可以被增加或减少。如此，EGR流量可以仅在一个燃烧室内、在一些燃烧室内或者在所有燃烧室内被增加或者减少。此外，EGR流量的变化量可以对于所有汽缸将是相同的，或者EGR流量的变化量可以基于每个汽缸的具体工况而按汽缸变化。
在另一个实施例中，可以响应于环境湿度而调整火花正时。在至少一个状态下，例如，响应于较高湿度读数，在随后发动机加注燃料操作期间可以提前一个或更多个汽缸内的火花正时。例如，可以规划火花正时(例如，从峰值扭矩正时延迟)，以便减少在低湿度状态下的爆震。当排气传感器检测到湿度增加时，可以提前火花正时，以便维持发动机性能并且运转得更接近或者处于峰值扭矩火花正时。
另外，火花正时可以响应于环境湿度的降低而延迟。例如，环境湿度从较高湿度的降低可能造成爆震。如果在例如DFSO的未加注燃料状态期间排气传感器检测到湿度降低，则火花正时可以在随后的发动机加注燃料操作期间被延迟，并且爆震可以被减少。
应注意，在随后的发动机加注燃料操作期间可以提前或者延迟一个或更多个汽缸中的火花。此外，火花正时的变化量可以对于所有汽缸是相同的，或者一个或更多个汽缸可以具有不同的火花提前或者延迟变化量。
在又一个示例性实施例中，可以在随后的发动机加注燃料操作期间，响应于测量的环境湿度，调节排气空燃比。例如，发动机可以用针对低湿度优化的稀空燃比来运转。在湿度增加的事件中，混合物可以被稀释，导致发动机失火。然而，如果在未加注燃料状态期间排气传感器检测到湿度增加，则可以调节空燃配给量使得发动机在随后的加注燃料操作期间以较不稀的稀空燃比运转。同样，响应于测量到环境湿度的降低，在随后的发动机加注燃料操作期间，空燃比可以被调节成更稀的稀空燃比。以此方式，可以减少例如由于湿度波动导致的发动机失火的状态。
在一些示例中，发动机可以按化学计量空燃比或者富空燃比运转。如此，空燃比可以独立于环境湿度，并且测量的湿度波动不会导致调节空燃比。
以此方式，发动机运转参数可以响应于由耦接至发动机(在进气系统中或排气系统中)的氧传感器所生成的环境湿度而被调节。因为在行驶周期期间DFSO或禁用的净化和PCV流可以发生数次，所以在整个行驶周期期间可以数次生成环境湿度测量，并且可以相应地调节一个或更多个发动机运转参数，从而不管环境湿度的波动如何，产生优化的整体发动机性能。此外，在不以VVs模式连续运转氧传感器的情况下(例如，在较低第一参考电压和较高第二参考电压之间进行调制)，环境湿度的指示可以被确定。相反，在每次发动机起动或发动机使用一段持续时间之后，一个干燥空气氧读数可以被确定。这一个干燥空气氧读数然后可以与选择状态期间的每个氧传感器输出比较以便环境湿度确定，而不必在较高参考电压下运转氧传感器。以此方式，通过降低以VVs模式运转氧传感器的持续时间，由此降低氧传感器的劣化并且增加氧传感器的寿命，达到本发明的技术效果。与此同时，增加准确度的环境湿度测量可以被获得用于改善发动机控制。
作为一个实施例，一种方法包含在第一状态期间，将较低第一参考电压施加于氧传感器以生成第一输出以及将较高第二参考电压施加于氧传感器以生成第二输出；在第二状态期间，将所述第一参考电压施加于所述氧传感器以生成第三输出；以及基于根据所述第一输出、第二输出和第三输出而估计的环境湿度调节发动机运转。所述方法还可以包含在第二状态期间打开进气节气门，然后从所述氧传感器生成所述第三输出。此外，所述第二状态比所述第一状态更频繁地发生。另外，将所述第一参考电压施加到所述氧传感器以生成所述第三输出可以包括只将所述第一参考电压施加于所述氧传感器并且不将所述第二参考电压施加于所述氧传感器。因此，在生成所述第三输出期间，所述氧传感器的所述参考电压可以被维持在所述较低第一参考电压并且不被增加到所述第二电压。
在一个示例中，所述氧传感器是被耦接至排气催化剂上游的发动机排气歧管的通用或宽域排气氧传感器，并且所述第二状态包括至少一个进气门和至少一个排气门正运转的发动机未加注燃料状态。例如所述发动机未加注燃料状态包括减速燃料切断事件。在另一示例中，所述氧传感器是被耦接至进气压缩机上游的发动机进气歧管的进气氧传感器，并且所述第二状态包括没有燃料滤罐净化气体或曲轴箱气体正被接收在进气歧管内之时。因此，所述第二状态可以包括增压被关闭并且燃料滤罐净化阀被关闭之时。
在发动机起动或发动机运转一段持续时间的一个或多个之后，当所述氧传感器是排气氧传感器时，所述第一状态可以包括发动机未加注燃料状态，或者当所述氧传感器是进气氧传感器时，所述第一状态包括没有净化气体和曲轴箱气体流到进气歧管。也就是说，第一状态只可以发生在发动机起动和发动机运转一段持续时间的一个或多个之后第二状态的条件(conditions)被满足之时。此外，所述第一输出包括响应于施加所述第一参考电压而生成的第一泵浦电流，所述第二输出包括响应于施加所述第二参考电压而生成的第二泵浦电流，其中所述第一输出指示潮湿空气氧读数，并且所述第二输出指示由于潮湿空气的离解而导致的氧增加，另外，干燥空气泵浦电流基于所述第一输出和所述第二输出之间的比，所述干燥空气泵浦电流指示干燥空气氧读数。在一个示例中，所述第一参考电压是水分子不被离解的参考电压，并且所述第二参考电压是水分子被完全离解的参考电压。作为一个示例，调节发动机运转包括调节排气再循环量，并且，在至少一种状态中，调节排气再循环量包括响应于较高湿度的指示降低所述排气再循环量。作为另一示例，调节发动机运转包括调节发动机燃烧空燃比，并且调节所述发动机燃烧空燃比包括基于所述氧传感器维持期望的排气空燃比。
作为另一实施例，一种用于发动机的方法，其包含：在发动机运转一段持续时间之后并且在第一状态期间，在水分子不被离解的较低参考电压下运转氧传感器以生成第一输出，并且在水分子被完全离解的较高参考电压下运转氧传感器以生成第二输出；在第一状态下的随后运转期间，打开进气节气门并且在所述较低参考电压下运转所述氧传感器以生成第三输出；以及基于所述第一输出、第二输出和第三输出估计环境湿度。在一个示例中，所述氧传感器是定位在发动机的排气道内的排气氧传感器，并且第一状态包括至少一个进气门和一个排气门正在运转的发动机未加注燃料状态。例如，所述排气氧传感器可以被定位在排气催化剂的上游并且在排气再循环通道的入口的上游，所述排气再循环通道被配置为将剩余排气从发动机的排气歧管再循环到发动机的进气歧管。在另一示例中，所述氧传感器是定位在发动机的进气歧管内的进气氧传感器，并且第一状态包括没有净化气体或曲轴箱气体正流动到进气氧传感器上游的进气歧管之时。
此外，第一输出包括响应于运转在所述较低参考电压下时生成的第一泵浦电流，并且所述第二输出包括响应于运转在所述较高参考电压下时而生成的第二泵浦电流，所述第一输出和所述第二输出指示所述潮湿空气氧量，并且所述较低参考电压低于中间参考电压，并且所述较高参考电压高于所述中间参考电压，所述中间参考电压生成指示干燥空气氧量的第三泵浦电流。
所述方法还进一步包含基于所估计的环境湿度，调节一个或多个发动机运转参数，其中所述一个或多个发动机运转参数包括排气再循环量、火花正时和发动机空燃比。另外，在发动机运转一段持续时间之后包括在每次发动机起动之后、数个发动机循环之后、发动机使用一段时间之后和安装发动机的车辆行进阈值距离之后中的一个或多个。
作为另一实施例，一种系统包含具有排气系统的发动机，设置在所述排气系统内的排气氧传感器，以及与所述排气氧传感器通信的控制器，所述控制器包括计算机可读指令以用于：基于在施加水分子不被离解的较低第一参考电压后所述排气氧传感器的第一输出和在施加水分子被完全离解的较高第二参考电压后所述排气氧传感器的第二输出，周期性地确定干燥空气泵浦电流；在至少一个进气门和至少一个排气门正在运转的发动机未加注燃料状态期间，只在所述较低第一参考电压下运转所述排气氧传感器以生成第三输出；以及基于所述第一输出、所述第二输出和第三输出估计环境湿度。所述系统还包括进气节气门，并且其中所述计算机可读指令还包括用于在运转所述排气氧传感器以生成所述第三输出之前打开所述进气节气门的指令。
注意，本文中包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。在本文中所公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非临时性存储器中，并且可以由包括与各种传感器、致动器以及其他发动机硬件结合的控制器的控制系统执行。在本文中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多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所描述的各种动作、操作或功能可以按所示顺序、并行地被执行，或者在一些情况下被省略。同样，所述处理次序不是实现本文描述的示例实施例的特征和优点所必须的，而是为了便于图示和说明而提供。取决于所使用的特定策略，所示出的动作、操作或功能中的一个或多个可以被重复执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示待被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器的代码，其中通过执行包括各种发动机硬件部件与电子控制器结合的系统中的指令，实现所描述的动作。
应当理解，本文公开的配置和方法本质上是示例性的，并且这些具体实施例并不被认为是限制性的，因为多种变化是可能的。例如，以上技术可以被应用于V-6、L-4、L-6、V-12、对置4缸以及其它发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
随附的权利要求具体指出被认为新颖且非显而易见的某些组合及子组合。这些权利要求可能提到“一个/一”元件或“第一”元件或其等价物。这些权利要求应当被理解为包含一个或多个这种元件的组合，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/或特性的其它组合和子组合可以通过修改本权利要求来主张，或者通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来主张。这些权利要求，不管在范围上比原权利要求更宽、更窄、相同或不同，都认为被包含在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于发动机的方法，其包含：
在第一状态期间，将较低的第一参考电压施加于氧传感器以生成所述氧传感器的第一输出以及将较高的第二参考电压施加于氧传感器以生成所述氧传感器的第二输出；
在第二状态期间，仅将所述第一参考电压施加于所述氧传感器，并且在仅施加所述第一参考电压期间生成所述氧传感器的第三输出；以及
基于根据所述第一输出、第二输出和第三输出估计的环境湿度，调节发动机运转。
2.根据权利要求1所述的方法，还包含在所述第二状态期间打开进气节气门，并且然后从所述氧传感器生成所述第三输出，并且其中所述第二状态比所述第一状态更频繁地发生。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧传感器是被耦接至排气催化剂上游的发动机排气歧管的通用或宽域排气氧传感器，并且其中所述第二状态包括至少一个进气门和至少一个排气门正运转的发动机未加注燃料状态。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述发动机未加注燃料状态包括减速燃料切断事件。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧传感器是被耦接至进气压缩机上游的发动机进气歧管的进气氧传感器。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二状态包括没有燃料滤罐净化气体或曲轴箱气体正被接收在所述进气歧管中之时。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一状态包括，在发动机起动或发动机运转一段持续时间的一个或多个之后，当所述氧传感器是排气氧传感器时的发动机未加注燃料状态，或者当所述氧传感器是进气氧传感器时没有净化气体和曲轴箱气体流到进气歧管。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一输出包括响应于施加所述第一参考电压而生成的第一泵浦电流，其中所述第二输出包括响应于施加所述第二参考电压而生成的第二泵浦电流，其中所述第一输出指示潮湿空气氧读数，并且所述第二输出指示由于潮湿空气的离解而导致的氧增加，并且其中干燥空气泵浦电流基于所述第一输出和所述第二输出之间的比，所述干燥空气泵浦电流指示干燥空气氧读数。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一参考电压是水分子不被离解的参考电压，并且所述第二参考电压是水分子被完全离解的参考电压。
10.根据权利要求1所述的方法，其中调节发动机运转包括调节排气再循环量，并且，在至少一种状态中，调节所述排气再循环量包括响应于较高湿度的指示降低所述排气再循环量。
11.根据权利要求1所述的方法，其中调节发动机运转包括调节发动机燃烧空燃比，并且调节所述发动机燃烧空燃比包括基于所述氧传感器维持期望的排气空燃比。
12.一种用于发动机的方法，其包含：
在发动机运转一段持续时间之后并且在第一状态期间，在水分子不被离解的较低参考电压下运转氧传感器以生成第一输出，并且在水分子被完全离解的较高参考电压下运转氧传感器以生成第二输出；
在所述第一状态下的随后运转期间，打开进气节气门并且仅在所述较低参考电压下运转所述氧传感器并且在仅以所述较低参考电压下运转所述氧传感器期间生成第三输出；以及
基于所述第一输出、第二输出和第三输出估计环境湿度。
13.根据权利要求12所 述的方法，其中所述氧传感器是被定位在所述发动机的排气道内的排气氧传感器，并且其中所述第一状态包括至少一个进气门和至少一个排气门正运转的发动机未加注燃料状态。
14.根据权利要求13所 述的方法，其中所述排气氧传感器被定位在排气催化剂的上游并且在排气再循环通道的入口的上游，所述排气再循环通道被配置为将排气残余从所述发动机的排气歧管再循环到所述发动机的进气歧管。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述氧传感器是被定位在所述发动机的进气歧管内的进气氧传感器，并且其中所述第一状态包括没有净化气体或曲轴箱气体正流动到所述进气氧传感器的上游的所述进气歧管之时。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一输出包括响应于运转在所述较低参考电压下时生成的第一泵浦电流，并且所述第二输出包括响应于运转在所述较高参考电压下时生成的第二泵浦电流，所述第一输出和所述第二输出指示潮湿空气氧量，并且其中所述较低参考电压低于中间参考电压，并且所述较高参考电压高于所述中间参考电压，所述中间参考电压生成指示干燥空气氧量的第三泵浦电流。
17.根据权利要求12所述的方法，还包括基于估计的环境湿度，调节一个或多个发动机运转参数，其中所述一个或多个发动机运转参数包括排气再循环的量、火花正时和发动机空燃比。
18.根据权利要求17所述的方法，其中在所述发动机运转一段持续时间之后包括在每次发动机起动之后、数个发动机循环之后、发动机使用一段时间之后和安装所述发动机的车辆行进阈值距离之后中的一个或多个。
19.一种发动机的系统，其包含：
具有排气系统的发动机；
设置在所述排气系统内的排气氧传感器；以及
与所述排气氧传感器通信的控制器，所述控制器包括计算机可读指令，用于：
基于在施加水分子不被离解的较低第一参考电压后所述排气氧传感器的第一输出和在施加水分子被完全离解的较高第二参考电压后所述排气氧传感器的第二输出，周期性地确定干燥空气泵浦电流；
在至少一个进气门和至少一个排气正在运转的发动机未加注燃料状态期间，只在所述较低第一参考电压下运转所述排气氧传感器并且在仅以所述较低第一参考电压下运转所述排气氧传感器期间生成第三输出；以及
基于所述第一输出、所述第二输出和所述第三输出估计环境湿度。
20.根据权利要求19所述的系统，还包括进气节气门，并且其中所述计算机可读指令还包括用于在运转所述排气氧传感器以生成所述第三输出之前打开所述进气节气门的指令。
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