CN107061025A - 利用可变电压氧传感器估计空燃比的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及利用可变电压氧传感器估计空燃比的方法和系统。一种用于发动机的方法可以包含：响应于包含在可变电压模式下操作的第一排气氧传感器的基准电压增加到阈值电压以上的第一条件，确定与基准电压的增加对应的第一排气氧传感器的输出的变化，基于输出变化校正第一排气氧传感器的输出，以及基于校正的输出调节发动机操作。以这种方式，可以保持基于排气传感器的空气‑燃料估计的精度，并且即使当排气氧传感器正在以VVs模式操作时，也可以维持发动机的闭环燃料控制，从而减少发动机排放、增加燃料经济性并且提高车辆驾驶性能。

Description

利用可变电压氧传感器估计空燃比的方法和系统
技术领域
本说明书整体涉及用于操作内燃发动机的可变电压排气传感器的方法和系统。
背景技术
排气传感器(例如，排气氧传感器)可以被定位在车辆的排气系统中并且被操作以提供各种排气成分的指示。在一个示例中，排气传感器可以用于检测从车辆的内燃发动机排出的排气的空燃比。然后，排气传感器读数可以用于控制内燃发动机的操作以推进车辆。在另一示例中，排气传感器的输出可以用于估计排气中的水含量。使用排气氧传感器估计的水含量可以用于推断在发动机操作期间的环境湿度。更进一步地，水含量可以用于推断发动机中燃烧的燃料的醇含量。在选择条件下，排气传感器可以作为可变电压(VVs)氧传感器操作，以便更精确地确定排气水含量。当在VVs模式下操作时，排气传感器的基准电压从较低的基本电压(例如，大约450mv)增加到较高的目标电压(例如，在 900-1100mV的范围内)。在一些示例中，较高的目标电压可以是水分子在氧传感器处部分或完全解离的电压，而基本电压是水分子在传感器处未解离的电压。
发明内容
然而，发明人在此已经认识到在VVs模式中操作排气传感器的潜在问题。作为一个示例，当基准电压增加到基本电压以上时，利用排气传感器的空气-燃料估计可能是无效的，因为氧传感器不再是化学计量的。例如，在较高的基准电压下，传感器解离水蒸气和二氧化碳，这有助于在由排气传感器输出的泵浦电流中表示的氧浓度。由于水蒸气和二氧化碳随着燃料中的环境湿度和乙醇浓度而变化，并且这些参数是未知的，因此传统的泵浦电流与空燃比传递函数在提高的基准电压下是不准确的。因此，车辆可能不得不在开环燃料控制中操作，这可能对排放、燃料经济性以及驾驶性能产生负面影响。
在一个示例中，上述问题可以通过一种用于发动机的方法至少部分地解决，该方法包含：响应于包含在可变电压模式下操作的第一排气氧传感器的基准电压增加到阈值电压以上的第一条件，确定与基准电压的增加对应的第一排气氧传感器的输出的变化，基于输出变化校正第一氧传感器的输出，以及基于所校正的输出来调节发动机操作。
在另一示例中，一种方法可以包含在基于空燃比的闭环控制模式中的内燃发动机的操作期间，校正在可变电压模式下操作的第一排气氧传感器的输出，以及基于第一排气氧传感器的校正的输出确定空燃比。
以这种方式，可以实现保存基于排气传感器的空气-燃料估计的精度并且即使当排气氧传感器正在以VVs模式操作时，也维持发动机的闭环燃料控制的技术效果，从而减少发动机排放、增加燃料经济性并且提高车辆驾驶性能。
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随附于具体实施方式的权利要求唯一地限定。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示出包括一个或多个排气氧传感器的发动机的示意图。
图2示出描绘空燃比的估计可以如何受到排气氧传感器的基准电压的变化影响的曲线图。
图3A和图3B分别示出描绘HEGO排气氧传感器和UEGO排气氧传感器的示例输出的曲线图。
图4示出用于估计在排气氧传感器的可变电压操作期间的排气空燃比的方法的流程图。
图5示出描绘在使用一个或多个排气氧传感器的变化的发动机工况下空气- 燃料估计变化的时间线。
具体实施方式
以下描述涉及用于估计排气中的空燃比的系统和方法。如图1所示，发动机可以包括位于发动机的排气通道中的一个或多个排气氧传感器。氧传感器中的一个可以包括可变电压氧传感器，并且因此氧传感器的基准电压可以在水蒸气和二氧化碳未解离的较低电压状态与水蒸气和/或二氧化碳解离的较高电压状态之间被调节。氧传感器的输出可以是以泵浦电流的形式，泵浦电流可以用于确定排气的空燃比。具体地，当氧传感器在非加燃料条件期间(诸如在减速燃料切断(DFSO)事件期间)正在操作时，从基准点获得的泵浦电流的变化可以用于推断空燃比。然而，如图2中所见，当在较高电压状态下操作时，氧传感器的输出可以被破坏，并且因此基于此可以降低空燃比估计的精度。排气氧传感器可以包括UEGO传感器和HEGO传感器中的一个或两个，其具有如图3所示的相应特性输出。图4示出用于增加氧传感器在较高的第二基准电压下操作期间的空燃比估计精度的方法。因此，如图5中所见，当氧传感器在可变电压模式下操作时，可以减少空气-燃料估计的误差。
现在参考图1，其示出显示可以包括在汽车的推进系统中的多缸发动机10 的一个汽缸的示意图。发动机10可以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来自车辆操作员132的输入来控制。在该示例中，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的燃烧室(例如，汽缸)30可以包括其中定位有活塞36的燃烧室壁32。活塞36可以耦接到曲轴40，使得活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器系统耦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耦接到曲轴40，以实现发动机10的起动操作。
燃烧室30可以经由进气通道42从进气歧管44接收进气，并且可以经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48可以经由相应的进气门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可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。
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和凸轮致动系统53通过凸轮致动控制。凸轮致动系统51和凸轮致动系统53可以各自包括一个或多个凸轮，并且可以利用可以由控制器12操作的凸轮廓线变换 (CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL) 系统中的一个或多个来改变气门操作。进气门52和排气门54的位置可以分别由位置传感器55和位置传感器57确定。在替代实施例中，进气门52和/或排气门54可以通过电动气门致动控制。例如，汽缸30可以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的每个汽缸可以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。燃料喷射器66被示出直接耦接到汽缸30，用于与经由电子驱动器68从控制器 12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射在其中。以这种方式，燃料喷射器66提供所谓的燃料到燃烧汽缸30中的直接喷射(以下也称为“DI”)。
应当认识到，在替代实施例中，喷射器66可以是向汽缸30上游的进气道提供燃料的进气道喷射器。还应当认识到，汽缸30可以从多个喷射器(诸如多个进气道喷射器、多个直接喷射器或其组合)接收燃料。
燃料系统172中的燃料箱可以容纳具有不同燃料品质的燃料，诸如不同的燃料组分。这些不同可以包括不同的醇含量、不同的辛烷值、不同的蒸发热、不同的混合燃料和/或它们的组合等。发动机可以使用包含醇的混合燃料，诸如 E85(其为大约85％的乙醇和15％的汽油)或者M85(其为大约85％的甲醇和 15％的汽油)。替代地，根据由操作员供应到燃料箱中的燃料的醇含量，发动机可以利用储存在燃料箱中的其它比例的汽油和乙醇(包括100％的汽油和100％的乙醇以及其间的可变比例)进行操作。此外，燃料箱的燃料特性可以频繁地改变。在一个示例中，驾驶员可以在一天使用E85、在下一天使用E10并且在下一天使用E50再填充燃料箱。因此，基于再填充时残留在燃料箱中的燃料的水平和组分，燃料箱组分可以动态地改变。
因此，燃料箱再填充的每天变化可以导致燃料系统172中的燃料的燃料组分频繁地变化，从而影响由喷射器66传输的燃料组分和/或燃料品质。由喷射器 66喷射的不同燃料组分在本文中可以称为燃料类型。在一个示例中，不同的燃料组分可以由它们的研究法辛烷值(RON)等级、醇百分比、乙醇百分比等来定性地描述。
应当认识到，虽然在一个实施例中，发动机可以通过经由直接喷射器喷射可变混合燃料来操作，但是在替代实施例中，发动机可以通过使用两个喷射器并且改变来自每个喷射器的相对喷射量来操作。应该进一步认识到，当利用来自增压装置(诸如涡轮增压器或机械增压器(未示出))的增压操作发动机时，增压极限可以随着可变混合燃料的醇含量增加而增加。
继续参考图1，进气通道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的位置可以经由提供给包括有节气门62的电动马达或致动器(这种配置通常被称为电子节气门控制(ETC))的信号通过控制器12改变。以这种方式，可以操作节气门62以改变提供至燃烧室30等其它发动机汽缸的进气。节流板64的位置可以通过节气门位置信号TP提供至控制器12。进气通道42可以包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，用于向控制器12提供相应的信号MAF和MAP。
在选择的操作模式下，点火系统88可以响应于来自控制器12的火花提前信号SA经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。虽然示出了火花点火部件，但是在一些实施例中，发动机10的燃烧室30或一个或多个其它燃烧室可以在具有或不具有点火火花的压缩点火模式下操作。
UEGO(通用或宽域排气氧)氧传感器126被示出耦接到排放控制装置70 上游的排气通道48。氧传感器126还可以是可变电压(VVs)氧传感器。VVs 氧传感器的基准电压在水未解离的较低基本电压(例如，较低电压状态)和水解离的较高目标电压(例如，较高电压状态)之间可以是可调节的。氧传感器在两个基准电压处的输出然后可以用于确定发动机的排气的水含量。此外，如下面将更详细地描述的，氧传感器126可以用于在较低电压状态和在较高电压状态下的两个操作期间提供排气空燃比的指示。第二排气氧传感器128可以耦接到排气通道48并且定位在第一排气氧传感器126的下游。如图1所示，第二排气氧传感器128可以定位在排放控制装置70的下游，然而在其它示例中，第二排气氧传感器128可以定位在排放控制装置的上游。第二排气氧传感器128 可以包括VVs氧传感器，但是其也可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。第一排气氧传感器和第二排气氧传感器两者都可以将其输出传送到控制器12。排放控制装置70被示出沿VVs氧传感器126下游的排气通道48布置。装置70可以是三元催化剂 (TWC)、NOx捕集器、多种其它排放控制装置或它们的组合。在一些实施例中，在发动机10的操作期间，可以通过在特定的空燃比内操作发动机的至少一个汽缸来周期性地重设排放控制装置70。
如在图1的示例所示，该系统进一步包括耦接到进气通道44的进气传感器 127。进气传感器127可以是VVs氧传感器，但是其还可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。
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EGR 通道140将排气的期望部分从排气通道48传送至进气通道44。提供至进气通道 44的EGR量可以通过控制器12经由EGR阀142来改变。进一步地，EGR传感器144可以布置在EGR通道140内，并且可以提供排气的压力、温度和浓度中的一个或多个的指示。在一些条件下，EGR系统可以用于调整燃烧室内的空气和燃料混合物的温度，从而提供在一些燃烧模式期间控制点火正时的方法。进一步地，在一些条件期间，通过控制排气门正时(诸如通过控制可变气门正时机构)，可以在燃烧室中保留或捕集一部分燃烧气体。
控制器12在图1中被示为微型计算机，包括微处理器单元102、输入/输出端口104、用于可执行程序和校准值的电子存储介质-在该特定示例中被示为只读存储器芯片106、随机存取存储器108、不失效存储器110和数据总线。除了先前讨论的那些信号之外，控制器12还可以接收来自耦接到发动机10的传感器的各种信号，包括来自质量空气流量传感器120的引入的质量空气流量(MAF) 的测量；来自耦接到冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自耦接到曲轴40的霍尔效应传感器118(或其它类型)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。发动机速度信号RPM可以由控制器12根据信号PIP产生。
存储介质只读存储器106可以用表示可由处理器102执行的指令的计算机可读数据编程，用于执行下述方法以及预期的但未具体列出的其它变体。
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本身的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
转向图2，曲线图200描绘可以如何通过排气氧传感器的基准电压的变化来破坏利用排气氧传感器(例如，氧传感器126)估计的排气空燃比。曲线210示出施加到氧传感器的基准电压的变化、曲线220示出氧传感器的泵浦电流输出的变化并且曲线230示出基于氧传感器的输出(诸如如上所述的泵浦电流)估计的空气-燃料比。如参考图1所述，来自可变电压(VVs)排气氧传感器(例如，氧传感器126)的输出可以用于估计排气中的空燃比。具体地，氧传感器的输出可以是通过施加的基准电压产生的泵浦电流(Ip)的形式(曲线220)。泵浦电流可以响应于喷射到发动机汽缸(例如，汽缸30)的燃料量的变化而变化，并且因此可以被用作空燃比的指示。当燃料未被供应到发动机汽缸时，可以基于泵浦电流从基线值的变化来估计空燃比。可以在非加燃料条件期间(诸如在减速燃料切断(DFSO)事件期间)估计基线值。另外，氧传感器可以用于估计排气中的水量，该排气中的水量可以用于估计各种发动机操作参数，诸如环境湿度、燃料乙醇含量，以及如果发动机是双燃料发动机，则该排气中的水量可以用于估计次级流体喷射量。为了给出水含量的估计，可以在如曲线210描绘的水未解离的较低基本电压状态V1(例如，大约450mV)和水解离的阈值电压以上的较高目标电压状态V2(例如，大约1100mV)之间调节基准电压氧传感器。可以通过比较在两个不同的基准电压处的泵浦电流输出(曲线220)的差来估计水含量。因此，如曲线210所示，可以在V1和V2之间调制基准电压，以测量排气水含量。
然而，在氧传感器在较高目标电压状态下的操作期间，可以破坏空燃比的估计。具体地，在较高基准电压状态V2下，氧传感器解离水蒸气和二氧化碳，这可以有助于在Ip信号中所表示的氧浓度。因此，作为基准电压增加到阈值电压以上的结果，Ip信号可以由于水蒸气和二氧化碳解离导致的氧浓度的增加而增加。因此，可能过高估计空燃比。如曲线230所示，当基准电压从V1增加到 V2时，即使实际空燃比可以保持在相对相同的第一水平L1，空燃比的估计也从较低的第一水平L1增加到较高的第二值L2。因此，当氧传感器在足够高以解离水和/或二氧化碳的基准电压下操作时，空燃比估计可能具有降低的精度。因此，使用可变电压排气传感器估计空燃比的传统方法可以限于仅当氧传感器在其较低的基本电压或足够低使得水蒸气和二氧化碳未解离的电压下操作时才估计空燃比。如下面进一步描述的，当氧传感器在可变电压模式下操作时，通过校正来自第一排气氧传感器的输出信号(例如，Ip)，即使当氧传感器在较高电压状态下以可变电压模式操作时，也可以维持空燃比的可靠和精确的估计。换言之，为了在氧传感器在足够高的基准电压下操作以解离水蒸气和二氧化碳时提高空气-燃料估计的精度，校正氧传感器输出的方法可以用于补偿由解离的水蒸气和二氧化碳贡献的附加氧。
由排气氧传感器输出的泵浦电流可以受到喷射到发动机汽缸的燃料量的变化以及施加到氧传感器的引起水和/或二氧化碳解离以产生附加氧的基准电压的变化的影响。具体地，基准电压的增加可以引起泵浦电流的增加。然而，由于相对于发动机排气中氧的燃料量增加，燃料喷射量的增加可以引起泵浦电流的降低。当在足够高以解离水蒸气和二氧化碳的电压下操作时，由氧传感器输出的泵浦电流可以响应于排气的氧浓度增加而增加。然而，由发动机中的燃料燃烧产生的排气中的实际空燃比可以仅受到喷射到发动机汽缸的燃料量的影响。因此，当氧传感器的基准电压改变时，可以破坏基于由氧传感器输出的泵浦电流的空燃比的估计。因此，为了考虑不对应于空燃比的实际变化的泵浦电流的变化，(如下所述)控制器可以实施校正泵浦电流以提高空燃比的估计的精度的方法。例如，为了考虑由于基准电压的变化而引起的泵浦电流的变化，控制器可以减去与氧传感器的基准电压变化对应的泵浦电流的变化。此外，控制器可以根据第二排气氧传感器测量估计空燃比，并且可以根据来自第二排气氧传感器测量的空燃比估计来校正第一排气氧传感器的泵浦电流和/或基于此的空燃比估计。以这种方式，如果由于第一排气氧传感器的基准电压增加到足够高以解离水蒸气和/或二氧化碳的电压而引起泵浦电流改变，则控制器可以维持排气空燃比的精确估计。
现在参考图3A和图3B，其描述两种常见类型的排气氧传感器，即开关 (HEGO)传感器和宽域(UEGO)传感器。HEGO传感器提供高增益并且接近化学计量操作，但在有限的范围内提供空气-燃料信息。UEGO传感器在宽范围的空燃比下操作，通常从10:1到空气，但因此具有较低的增益。此外，UEGO 传感器不提供与HEGO传感器一样精度的化学计量的指示。双单元UEGO传感器通过(如通过内部HEGO状基准电路测量)测量维持传感器内的腔体中的化学计量空燃比所需的氧泵浦电流来测量空燃比。图3A中的曲线300示出示例 HEGO传感器输出电压310响应，并且图3B的曲线302示出相对于标准化空燃比的示例UEGO传感器输出电压320响应。
当比较HEGO传感器和UEGO传感器时，可以存在优点和缺点。例如，当传感器用于催化剂后位置时，由HEGO传感器给出的化学计量的精确指示是有用的，但是有限的带宽限制控制系统的能力。进一步地，精确信息的有限范围还限制远离化学计量操作的使用(诸如在反馈稀空燃比或富空燃比控制期间)。如上所述，第一排气氧传感器126可以包括UEGO型传感器，而第二排气氧传感器128可以包括UEGO或HEGO或其它类型的氧传感器。
继续前进到图4，其示出当排气氧传感器在高电压状态下以VVs模式操作时用于校正空燃比估计的示例方法400。方法400可以由内燃发动机推进的车辆 (诸如混合动力车辆)上的控制器执行。
方法400在404处通过估计和/或测量发动机工况开始。发动机工况可以基于来自多个传感器的反馈，并且可以包括发动机温度、发动机速度和负载、进气质量空气流量、歧管压力等。
随后在408处，控制器可以估计和/或测量排气系统条件，诸如第一排气氧传感器的基准电压或泵浦电流。基于来自第一排气氧传感器(例如，氧传感器 126)的反馈，控制器可以测量由施加到氧传感器的较低基准电压产生的第一泵浦电流(Ip)。较低的基准电压可以是足够低以使得水蒸气和二氧化碳未解离的基准电压(例如，450mV)。如前面参考图2所解释的，因为水蒸气和二氧化碳未解离，所以处于较低基准电压的氧传感器的第一泵浦电流可以相对地不受环境湿度或燃料的乙醇浓度变化的影响。因此，第一泵浦电流可以与空燃比直接相关。因此，发动机可以在闭环空气-燃料控制模式下操作，其中控制器可以基于在404处测量的泵浦电流来估计空燃比。如上面参考图2所解释的，当燃料没有被喷射到发动机时，诸如在减速燃料切断(DFSO)事件期间，控制器可以基于泵浦电流从基准点的变化来估计空燃比。在410处，控制器可以确定闭环空气-燃料控制是否接通。作为闭环空气-燃料控制模式操作的示例，如果所估计的空燃比不同于期望的空燃比，则控制器可以调节喷射到发动机汽缸(例如，汽缸30)的燃料量，其中期望的空燃比可以基于发动机操作参数，发动机操作参数包括发动机负载、发动机速度、发动机温度等。可以基于第一排气氧传感器的一个或多个输出来确定所估计的空燃比。例如，可以基于第一排气氧传感器的泵浦电流(Ip)来估计空燃比。在另一示例中，任何泵浦电流导数信号可以用于估计空燃比，包括排气氧浓度。如果接通闭环空气-燃料控制，则方法400 可以在420处继续。
在420处，控制器可以确定第一排气氧传感器(EOS1)是否以可变电压 (VVs)模式操作。具体地，EOS1可以包括UEGO传感器，并且可以以VVs 模式操作以估计一个或多个排气性质，诸如水含量、湿度或醇含量。由于第一较低基准电压状态和较高的第二电压状态之间的基准电压的调制而引起的氧传感器的泵浦电流输出的变化可以用于估计排气的水含量和其它性质。作为示例，如果发动机是双燃料发动机，则控制器可以确定期望估计排气的水含量，以便可以调节喷射到发动机的次级燃料量。
如果EOS1以VVs模式操作，则方法400在430处继续，在430处控制器确定基准电压VEOS1是否大于阈值基准电压VEOS,TH。如上面参考图2所述，VEOS,TH可以对应于一电压，超过该电压排气流中的水和/或二氧化碳可以解离以形成氧。因此，如果VEOS1>VEOS,TH，则EOS1的输出可以包括对解离的氧的响应，并且可以在基于此产生空燃比的估计之前进行校正，如下面进一步描述的。在其它示例中，控制器可以确定另一EOS1输出(诸如泵浦电流)是否可以大于阈值水平。例如，在430处，控制器可以确定Ip是否大于阈值泵浦电流Ip,TH。Ip,TH可以对应于泵浦电流，超过该泵浦电流，水和二氧化碳在排气流中解离。
如果VEOS1不大于VEOS,TH，则方法400继续到434，并且控制器可以使用未校正的EOS1输出(例如，泵浦电流)基于来自在较低的第一基准电压下操作的氧传感器的输出来估计空燃比。换言之，当第一排气氧传感器的基准电压可以维持在水蒸气和二氧化碳未解离的较低的第一基准电压时，可以直接使用EOS1 输出，而不进行用于估计空燃比的校正。在438处，方法400维持当前的发动机排气系统操作。例如，在434处估计空燃比之后，方法400维持闭环空气-燃料控制接通，并且维持在VVs模式下操作EOS1。如果在410处闭环空气-燃料控制关闭，则控制器在438处维持闭环空气-燃料控制关闭。作为示例，当发动机关闭时，例如，当电动马达仅用于推进混合动力车辆时，当车辆停车时等，闭环空气-燃料控制可以关闭。如果在420处控制器确定EOS1没有以VVs模式操作，则控制器可以在VVs模式中维持EOS1的操作，并且在438处维持闭环空气-燃料控制接通。
在430处返回到方法400，如果控制器确定VEOS1>VEOS,TH，则控制器前进到 440，其中控制器可以确定对应于VEOS1增加到VEOS,TH以上的一个或多个EOS1 输出的变化。例如，响应于且对应于VEOS1增加到VEOS,TH以上，EOS1的泵浦电流Ip可以增加。因此，在440处，可以通过控制器来确定一个或多个EOS1输出(诸如Ip)的变化并将其存储在存储器中。在450处，控制器可以基于对应于VEOS1增加到VEOS,TH以上的EOS1输出的变化来校正EOS1输出。例如，控制器可以从Ip输出信号中减去对应于VEOS1增加到VEOS,TH以上的Ip的变化，从而校正Ip。因此，校正的Ip信号可以包括由于排气流中的氧引起的泵浦电流输出，不包括由二氧化碳和水的解离产生的氧的贡献。以这种方式，在460处，控制器可以基于校正的EOS1输出估计校正的排气流空燃比λEOS1,corr。因此，基于由于排气流中的氧引起的EOS1输出信号来估计λEOS1,corr，不包括由二氧化碳和水的解离产生的氧的贡献。
在470处，控制器可以进一步基于第二排气氧传感器(EOS2)估计排气流的空燃比λEOS2。如上所述，EOS2可以是定位在EOS1下游的排气流中的氧传感器。EOS2可以包括HEGO、UEGO或另一类型的氧传感器。在一个示例中，EOS2 可以包括定位在排气通道的排放控制装置70下游的HEGO传感器。
在480处，控制器可以计算基于EOS2估计的空燃比和基于EOS1估计的空燃比之间的差，|λEOS1,corr－λEOS2|大于阈值偏移offsetTH。如果|λEOS1,corr－λEOS2|＞ offsetTH，则可以指示基于EOS1的校正的估计的空燃比λEOS1,corr可能需要进一步校正。如果|λEOS1,corr－λEOS2|＞offsetTH，则方法400在484处继续，在484处控制器可以基于λEOS2校正λEOS1,corr，使得|λEOS1,corr－λEOS2|＜offsetTH。作为示例，offsetTH可以被设定为0，并且λEOS1,corr可以通过设定λEOS1,corr＝λEOS2来校正。在另一示例中，可以将offsetTH设定为等于λEOS2的测量不确定性，使得如果|λEOS1,corr－λEOS2| 小于该测量不确定性，则λEOS1,corr可以不基于λEOS2被进一步校正。|λEOS1,corr－λEOS2| 大于offsetTH可以在λEOS1的累积校正之后出现。例如，当在430处VEOS1增加到 VEOS,TH以上时，可以存在与估计对应于VEOS1增加到VEOS,TH以上的EOS1输出的变化相关联的小误差，因为VEOS1和Ip的测量敏感性限制以及在VEOS1增加到 VEOS,TH以上和对应的Ip(或其它EOS1输出信号)变化的测量之间的时间延迟等。因此，对于在步骤440-460中VEOS1增加到VEOS,TH以上并且λEOS1被校正的每个随后的事件，λEOS1,corr和λEOS2之间的偏移可以累积。通过在480处检查该偏移，并且基于λEOS2校正针对该偏移的λEOS1，可以保持排气流的估计的空燃比的精度。在490处，控制器基于λEOS1,corr维持闭环控制模式中的空气-燃料控制。因此，通过校正由于EOS1在VVs模式中的操作引起的EOS1输出的变化，并且通过进一步校正λEOS1,corr和λEOS2之间的偏移，控制器可以通过方法400维持空燃比的闭环控制，包括当EOS1可以在VVs模式下操作时。
以这种方式，用于发动机的方法可以包含：响应于包含以可变电压模式操作的第一排气氧传感器的基准电压增加到阈值电压以上的第一条件，确定与基准电压的增加对应的第一排气氧传感器的输出的变化，基于输出变化校正第一排气氧传感器的输出，以及基于校正的输出调节发动机操作。附加地或替代地，调节发动机操作可以基于校正的输出，包括基于校正的输出确定空燃比，以及基于空燃比调节发动机操作。附加地或替代地，该方法可以进一步包括响应于基准电压的增加，基于第二排气氧传感器的输出来校正第一排气氧传感器的输出。附加地或替代地，第一条件可以进一步包括第一排气氧传感器的泵浦电流增加到阈值电流以上。附加地或替代地，该方法可以进一步包括在第一排气氧传感器以可变电压模式操作期间，基于空燃比以闭环方式控制发动机，并且响应于基准电压的增加，基于空燃比维持发动机的闭环控制。附加地或替代地，阈值电压可以包含一电压，在该电压以上排出的水或排出的二氧化碳在第一氧传感器处解离。附加地或替代地，第二排气氧传感器可以定位在第一排气氧传感器的下游。附加地或替代地，第一排气氧传感器可以定位在排放控制装置的上游。附加地或替代地，校正第一氧传感器的输出可以基于输出变化，包括从输出中减去输出变化。
在另一示例中，一种方法可以包含：在基于空燃比的闭环控制模式下的内燃发动机的操作期间，校正以可变电压模式操作的第一排气氧传感器的输出，以及基于第一排气氧传感器的校正输出来确定空燃比。附加地或替代地，该方法可以进一步包含当第一排气氧传感器在较高的电压状态下操作时，校正第一排气氧传感器的输出。附加地或替代地，校正第一排气氧传感器的输出可以包含确定与第一排气氧传感器的基准电压从较低电压状态到较高电压状态的增加对应的输出的变化，以及从输出减去输出变化。附加地或替代地，校正第一排气氧传感器的输出可以进一步包括基于第二排气氧传感器的输出来校正输出。附加地或替代地，第一排气氧传感器可以定位在第二排气氧传感器的上游。附加地或替代地，较高电压状态可以对应于排出的水或排出的二氧化碳解离成氧的电压。
现在返回到图5，其示出描绘在使用一个或多个排气氧传感器的变化的发动机工况下的空气-燃料估计变化的时间线500。时间线500包括用于闭环空燃比控制模式状态504、EOS1VVs模式状态508、VEOS1 510、EOS1未校正的泵浦电流Ip 520、校正的EOS Ipcorr526、基于EOS1的未校正的空燃比λEOS1 530、校正的空燃比λEOS1,corr 534、基于EOS2的空燃比λEOS2 538、估计的空燃比偏移 (|λEOS1,corr－λEOS2|)540以及喷射到发动机汽缸的燃料喷射量550的走向线。还示出VEOS,TH 512、阈值泵浦电流IpTH 522、Ip的变化528(对应于VEOS1增加到VEOS,TH以上)以及offsetTH 542。作为示例，EOS1可以是能够以VVs模式操作并定位在排放控制装置上游的UEGO。在时间线500的示例中，EOS2可以包含以化学计量操作的HEGO(λ＝1)。在时间线500中，出于说明性目的，λEOS2 538 被示为稍微偏移低于λ＝1。在其它示例车辆系统中，EOS2可以包括UEGO或 HEGO或定位在EOS1下游的其它类型的氧传感器。出于说明性目的，EOS1未校正的泵浦电流Ip 520和基于EOS1未校正的空燃比λEOS1在时间线500中示出。通过比较Ip与Ipcorr和λEOS1与λEOS1,corr，可以使EOS1在可变电压模式下操作期间响应于VEOS1增加到VEOS,TH以上而校正EOS1泵浦电流的优点变得更加明显。具体地，可以保持基于排气氧传感器的空气-燃料估计的精度，并且即使当排气氧传感器正在以VVs模式操作时，也可以维持发动机的闭环燃料控制，从而减少发动机排放、增加燃料经济性并且提高车辆驾驶性能。
在时间t1之前，空燃比闭环控制模式关闭，指示车辆可以在电动模式下操作、车辆可以停车等。在时间t1处，闭环空燃比控制模式接通，并且控制器开始监测VEOS1和来自EOS1的一个或多个输出信号，包括Ip。燃料喷射量在时间 t1之前直到时间t2a在较低水平处相对恒定。在时间t1之后，控制器还基于EOS1 输出信号(例如，Ip)开始估计λEOS1。在时间t2处，EOS1VVs模式状态接通。出于上述各种原因，EOS1可以以可变电压模式操作，包括确定排气流的湿度、水含量或醇含量。在时间t2处，闭环空燃比控制模式状态保持接通，并且因此控制器继续估计排气空燃比。
VEOS1被示为在时间t2处从第一较低基准电压状态增加到VEOS,TH以上的第二较高基准电压状态，从而产生包括泵浦电流Ip 520的EOS1的一个或多个输出信号的相应增加。VEOS,TH可以包括一电压，高于该电压排气中的水和/或二氧化碳被解离以形成氧。因此，基于未校正的Ip信号520估计的未校正的空燃比 530基于由排气中的水和/或二氧化碳的解离产生的氧的存在而改变。因此，控制器可以通过基于EOS1校正空燃比的估计来补偿排气中的附加解离的氧。在时间t2处，响应于VEOS1＞VEOS,TH，控制器可以确定与t2处的VEOS1＞VEOS,TH的增加对应的Ip的增加528。随后，控制器可以减去与t2处的VEOS1＞VEOS,TH的增加对应的Ip的增加528，如针对泵浦电流Ip 526的校正的输出信号所示。如在 t2处由时间线500所示，当排气中的水和/或二氧化碳未解离时，校正的泵浦电流信号526刚好保持在时间t2之前的Ip值。因此，控制器可以基于来自EOS1 的校正的输出信号Ip来精确地估计校正的空燃比λEOS1,corr 534。因为针对由排气中的水和/或二氧化碳解离而产生的氧已经及时校正了λEOS1,corr 534，所以λEOS1,corr可以用作EOS1的VVs操作期间的空燃比的闭环控制的控制输入。在时间t2和时间t3之间，λEOS1,corr和λEOS2之间的偏移540(例如，～0)小于offsetTH。因此，λEOS1,corr不被控制器基于λEOS2进一步校正。
在时间t2a处，喷射到发动机汽缸550中的燃料量增加到较高水平。因为第一排气氧传感器保持以可变电压模式操作，所以EOS1基准电压保持在相同的较高电压状态。然而，由于燃料喷射量550在时间t2a处的增加，由氧传感器输出的未校正的泵浦电流520可以在时间t2a处减小，因为相对于排气中的空气存在较高的燃料量(例如，指示较低的氧浓度)。如前所述，泵浦电流可以与排气的氧浓度直接相关，并且燃料喷射量的增加可以导致排气的氧浓度的降低，这可以反映在泵浦电流的减小中。泵浦电流的减小可以反映为未校正的泵浦电流520 和校正的泵浦电流526两者的等效减小。因为基准电压VEOS1在时间t2a处未从低于VEOS,TH增加到高于VEOS,TH，所以不对泵浦电流信号进行进一步校正。响应于泵浦电流526的减小，基于EOS1(λEOS1、λEOS1,corr)和EOS2(λEOS2)估计的空燃比也在时间t2a处减小，以反映由于燃料喷射量的增加引起的较低的排气氧浓度。在时间t3处，VEOS1从高于VEOS,TH的第二较高基准电压状态降低到低于 VEOS,TH的第一较低基准电压状态，并且燃料喷射量550在t2a之前降低回到其初始水平。因此，基于EOS1和EOS2的泵浦电流Ip(校正和未校正)和估计的空燃比在t2之前返回到其初始水平。时间线500中的未校正的泵浦电流520和校正的泵浦电流520以及未校正的空燃比530和校正的空燃比534之间的差异示出响应于VEOS1＞VEOS,TH如何校正泵浦电流可以维持空燃比的精确估计，并且能够在第一排气氧传感器的可变电压模式操作期间基于空燃比保持发动机的可靠闭环控制。
在稍后的时间t4处，VEOS1再次从低于VEOS,TH的第一较低基准电压状态增加到高于VEOS,TH的第二较高基准电压状态，从而产生包括泵浦电流Ip 520的 EOS1的一个或多个输出信号的相应增加。VEOS,TH可以包含一电压，高于该电压排气中的水和/或二氧化碳解离以形成氧。因此，基于未校正的Ip信号520估计的未校正的空燃比530基于由排气中的水和/或二氧化碳的解离产生的氧的存在而改变。因此，控制器可以通过基于EOS1校正空燃比的估计来补偿排气中的附加解离的氧。在时间t4处，一个或多个输出信号(诸如Ip)可以响应于VEOS1增加到VEOS,TH以上而增加。另外，响应于VEOS1增加到VEOS,TH以上，控制器可以确定对应于t4处的VEOS1＞VEOS,TH的增加的Ip的增加528。随后，控制器可以通过减去与t4处的VEOS1＞VEOS,TH的增加对应的Ip的增加528来校正Ip，如针对泵浦电流Ip 526的校正的输出信号所示。在时间t4处，控制器可以基于校正的EOS1输出来估计校正的空燃比λEOS1,corr。如时间线500所示，未校正的空燃比估计530随着VEOS1在时间t4处增加到VEOS,TH以上而急剧增加。相反，在 VEOS1增加到VEOS,TH以上之前，基于校正的Ip信号526确定的校正的空燃比534 更接近刚好在t4之前的空气-燃料估计。
在时间t4处(并且刚好在如用于说明性目的的时间线500所示的时间t4之后)，校正的空燃比534保持从根据EOS2估计的空燃比λEOS2 538偏移。响应于在时间t4处的偏移|λEOS1,corr－λEOS2|大于offsetTH 542，控制器可以基于λEOS2进一步校正λEOS1,corr，使得偏移减少到offsetTH以下。在一个示例中，如时间线500 所示，刚好在时间t4之后，当偏移减少到0时，控制器可以设定λEOS1,corr＝λEOS2。以这种方式，估计的空燃比λEOS1,corr可以用作到闭环空气-燃料控制器的输入，并且可以在第一排气氧传感器以可变电压模式操作期间可靠地维持闭环空气-燃料控制。在时间t5处，VEOS1从大于VEOS,TH的第二较高基准电压状态减小到小于VEOS,TH的第一较低基准电压状态，并且EOS1输出信号Ip减小。时间线500 中的未校正的泵浦电流520和校正的泵浦电流520以及未校正的空燃比530和校正的空燃比534之间的差异示出响应于VEOS1＞VEOS,TH如何校正泵浦电流可以维持空燃比的精确估计，并且能够在第一排气氧传感器的可变电压模式操作期间基于空燃比保持发动机的可靠闭环控制。
以这种方式，发动机系统可以包含：发动机；定位在发动机的排气通道处的第一排气氧传感器；以及控制器，控制器包括可执行指令，以在基于空燃比的闭环控制模式中的发动机的操作期间，校正以可变电压模式操作的第一排气氧传感器的输出，以及基于第一排气氧传感器的校正输出确定空燃比。附加地或替代地，可执行指令可以进一步包含在第一排气氧传感器在较高电压状态下操作时，校正第一排气氧传感器的输出。附加地或替代地，校正第一排气氧传感器的输出可以包含确定对应于第一排气氧传感器的基准电压从较低电压状态到较高电压状态的增加的输出变化，以及从输出中减去输出变化。附加地或替代地，发动机系统可以进一步包含设置在发动机的排气通道中的第二排气氧传感器，其中校正第一排气氧传感器的输出进一步包含基于第二排气氧传感器的输出来校正输出。附加地或替代地，第一排气氧传感器可以包含UEGO传感器，并且第二排气氧传感器包含HEGO传感器。
以这种方式，本文所述的系统和方法可以在排气氧传感器以可变电压模式操作期间提高空燃比的估计精度，在所述可变电压模式中，传感器在小于阈值电压的较低第一电压状态和高于阈值电压的第二较高电压状态之间被调节。具体地，当氧传感器在足够高以解离水蒸气和/或二氧化碳的基准电压下操作时，可以提高空燃比的精度。氧传感器可以在水蒸气和二氧化碳为解离的较低的第一基准电压和水蒸气和可选的二氧化碳解离的较高的第二电压之间被调节。当以较高的第二电压操作时，呈泵浦电流(Ip)形式的氧传感器的输出可以由于从解离的水蒸气和/或二氧化碳对氧浓度的贡献而被破坏。在非加燃料事件期间，诸如在减速燃料切断(DFSO)期间，可以通过将氧传感器的泵浦电流和氧传感器的输出进行比较来估计空燃比。因此，空气-燃料估计的精度可以受到氧传感器的精度的影响。因此，当氧传感器以其较高的第二基准电压操作时，可以减少空燃比估计。控制器可以通过减去对应于基准电压增加到阈值电压以上的泵浦电流的变化来校正以可变电压模式操作的排气氧传感器的泵浦电流。此外，控制器可以在基于第二排气氧传感器的空燃比估计的基础上校正基于第一排气氧传感器的空燃比估计。以这种方式，可以保持基于排气传感器的空燃比估计的精度，并且即使当排气氧传感器正在以VVs模式操作时，也可以维持发动机的闭环燃料控制，从而减少发动机排放、增加燃料经济性并且提高车辆驾驶性能。
注意，包括在本文中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。本文公开的控制方法和程序可以存储为非临时性存储器中的可执行指令，并且可以由包括控制器与各种传感器、致动器和其它发动机硬件的控制系统执行。本文描述的具体程序可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等。因此，所示的各种行为、操作和/或功能可以按所示的顺序执行、并行地执行或在一些情况下省略。同样，处理的顺序不是实现本文面描述的实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述提供。根据使用的特定策略，所示的行为、操作和/或功能中的一个或多个可以被重复地执行。此外，所述的行为、操作和/或功能可以图形化地被程序化到发动机控制系统的计算机可读存储介质的非临时性存储器之内的代码，其中所述的行为通过执行包括各种发动机硬件组件与电子控制器的系统中的指令而被执行。
应当认识到，本文所公开的构造和程序在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为具有限制意义，因为许多变体是可能的。例如，上述技术可以使用到V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置和其它特征、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。
随附的权利要求具体指出被认为新颖的和非显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这样的权利要求应当被理解为包括一个或多个这样的元件的组合，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。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修改本申请的权利要求或通过在本申请或相关的申请中提出新权利要求被要求保护。这样的权利要求，无论比原权利要求范围更宽、更窄、等同或不同，均被认为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：
响应于包含在可变电压模式下操作的第一排气氧传感器的基准电压增加到阈值电压以上的第一条件，
确定与所述基准电压的增加对应的所述第一排气氧传感器的输出的变化，
基于所述输出变化校正所述第一排气氧传感器的所述输出，以及
基于所述校正的输出调节发动机操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述校正的输出调节发动机操作包含基于所述校正的输出确定空燃比以及基于所述空燃比调节发动机操作。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包含响应于所述基准电压的增加，基于第二排气氧传感器的输出校正所述第一排气氧传感器的所述输出。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一条件进一步包含所述第一排气氧传感器的泵浦电流增加到阈值电流以上。
5.根据权利要求4所述的方法，进一步包含在所述第一排气氧传感器在可变电压模式下操作期间，基于所述空燃比以闭环方式控制所述发动机，并且响应于所述基准电压的增加，基于所述空燃比维持所述发动机的闭环控制。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述阈值电压包含一电压，在所述电压以上，排出的水或排出的二氧化碳在所述第一氧传感器处解离。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二排气氧传感器被定位在所述第一排气氧传感器的下游。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一排气氧传感器被定位在排放控制装置的上游。
9.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述输出变化校正所述第一氧传感器的输出包含从所述输出中减去所述输出的变化。
10.一种方法，其包含：
在内燃发动机基于空燃比以闭环控制模式操作期间，校正在可变电压模式下操作的第一排气氧传感器的输出，以及基于所述第一排气氧传感器的所述校正的输出确定所述空燃比。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包含当所述第一排气氧传感器在较高电压状态下操作时，校正所述第一排气氧传感器的所述输出。
12.根据权利要求11所述的方法，其中校正所述第一排气氧传感器的所述输出包含确定与所述第一排气氧传感器的基准电压从较低电压状态到所述较高电压状态的增加对应的所述输出的变化，以及从所述输出中减去所述输出变化。
13.根据权利要求12所述的方法，其中校正所述第一排气氧传感器的输出进一步包含基于第二排气氧传感器的输出校正所述输出。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一排气氧传感器被定位在所述第二排气氧传感器的上游。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述较高电压状态对应于排出的水或排出的二氧化碳解离成氧的电压。
16.一种发动机系统，其包含：
发动机；
第一排气氧传感器，其被定位在所述发动机的排气通道处；以及
控制器，其包含可执行指令，以：
在所述发动机基于空燃比以闭环控制模式操作期间，
校正在可变电压模式下操作的所述第一排气氧传感器的输出，以及
基于所述第一排气氧传感器的校正的输出确定所述空燃比。
17.根据权利要求16所述的发动机系统，其中所述可执行指令进一步包含当所述第一排气氧传感器在较高电压状态下操作时，校正所述第一排气氧传感器的所述输出。
18.根据权利要求17所述的发动机系统，其中校正所述第一排气氧传感器的所述输出包含确定与所述第一排气氧传感器的基准电压从较低电压状态到所述较高电压状态的增加对应的所述输出的变化，以及从所述输出中减去所述输出变化。
19.根据权利要求18所述的发动机系统，进一步包含设置在所述发动机的所述排气通道中的第二排气氧传感器，其中校正所述第一排气氧传感器的所述输出进一步包含基于第二排气氧传感器的输出校正所述输出。
20.根据权利要求19所述的发动机系统，其中所述第一排气氧传感器包含UEGO传感器，并且所述第二排气氧传感器包含HEGO传感器。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015217246B4 (de) * 2015-09-09 2018-09-27 Continental Automotive Gmbh Verfahren und Steuergerät
CN110685811B (zh) * 2019-09-26 2021-12-17 潍柴西港新能源动力有限公司 一种天然气发动机燃气品质自适应控制方法
DE102021203499A1 (de) 2021-04-09 2022-10-13 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffumsetzungssystems und ein Brennstoffumsetzungssystem
DE102021203502A1 (de) 2021-04-09 2022-10-13 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffumsetzungssystems und ein Brennstoffumsetzungssystem zur Durchführung eines derartigen Verfahrens

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5706654A (en) * 1995-03-27 1998-01-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Air-fuel ratio control device for an internal combustion engine
US20040098967A1 (en) * 2003-11-10 2004-05-27 Cook Jeffrey A. Control approach for use with dual mode oxygen sensor
CN101042091A (zh) * 2006-03-20 2007-09-26 福特环球技术公司 具有多个喷射器位置的发动机
JP4325054B2 (ja) * 1999-02-03 2009-09-02 株式会社デンソー ガス濃度検出装置
CN102733972A (zh) * 2011-04-08 2012-10-17 福特环球技术公司 用于调节发动机空燃比的方法
CN104373199A (zh) * 2013-08-15 2015-02-25 福特环球技术公司 估算增压空气冷却器的冷凝物存储和/或释放的方法
CN104421010A (zh) * 2013-08-22 2015-03-18 福特环球技术公司 用于经由排气传感器检测湿度的方法和系统
CN104421032A (zh) * 2013-08-21 2015-03-18 福特环球技术公司 湿度和燃料醇含量估计
CN104454166A (zh) * 2013-09-25 2015-03-25 福特环球技术公司 经由排气传感器用于湿度和pcv流检测的方法和系统
CN104775924A (zh) * 2014-01-09 2015-07-15 福特环球技术公司 经由氧传感器确定燃料乙醇含量的方法和系统
CN104863739A (zh) * 2014-02-20 2015-08-26 丰田自动车株式会社 内燃机的控制装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6567738B2 (en) 2001-01-30 2003-05-20 Ford Global Technologies, Llc Fueling control system
JP2002317678A (ja) * 2001-02-16 2002-10-31 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気系異常検出装置
US7449092B2 (en) 2003-12-17 2008-11-11 Ford Global Technologies, Llc Dual mode oxygen sensor
RU2275523C1 (ru) * 2004-11-18 2006-04-27 Сергей Иванович Граденко Способ обработки воздушно-топливной смеси
EP1876323A1 (de) * 2006-06-01 2008-01-09 Perewusnyk, Josef Verbrennungsmotor mit selbstzündung des Luftbrennstoffgemisches
US8763594B2 (en) 2009-12-04 2014-07-01 Ford Global Technologies, Llc Humidity and fuel alcohol content estimation
US8495996B2 (en) 2009-12-04 2013-07-30 Ford Global Technologies, Llc Fuel alcohol content detection via an exhaust gas sensor
US8522760B2 (en) 2009-12-04 2013-09-03 Ford Global Technologies, Llc Fuel alcohol content detection via an exhaust gas sensor
US9057330B2 (en) 2013-01-18 2015-06-16 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for humidity detection via an exhaust gas sensor
US9109523B2 (en) 2013-01-18 2015-08-18 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for humidity and PCV flow detection via an exhaust gas sensor
US8857155B2 (en) * 2013-01-18 2014-10-14 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for humidity detection via an exhaust gas sensor
US9650946B2 (en) 2013-08-15 2017-05-16 Ford Global Technologies, Llc Method for estimating charge air cooler condensation storage and/or release with two intake oxygen sensors
US9482189B2 (en) 2013-09-19 2016-11-01 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for an intake oxygen sensor
US9328684B2 (en) 2013-09-19 2016-05-03 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for an intake oxygen sensor
US9518529B2 (en) 2013-10-11 2016-12-13 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for an intake oxygen sensor

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5706654A (en) * 1995-03-27 1998-01-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Air-fuel ratio control device for an internal combustion engine
JP4325054B2 (ja) * 1999-02-03 2009-09-02 株式会社デンソー ガス濃度検出装置
US20040098967A1 (en) * 2003-11-10 2004-05-27 Cook Jeffrey A. Control approach for use with dual mode oxygen sensor
CN101042091A (zh) * 2006-03-20 2007-09-26 福特环球技术公司 具有多个喷射器位置的发动机
CN102733972A (zh) * 2011-04-08 2012-10-17 福特环球技术公司 用于调节发动机空燃比的方法
CN104373199A (zh) * 2013-08-15 2015-02-25 福特环球技术公司 估算增压空气冷却器的冷凝物存储和/或释放的方法
CN104421032A (zh) * 2013-08-21 2015-03-18 福特环球技术公司 湿度和燃料醇含量估计
CN104421010A (zh) * 2013-08-22 2015-03-18 福特环球技术公司 用于经由排气传感器检测湿度的方法和系统
CN104454166A (zh) * 2013-09-25 2015-03-25 福特环球技术公司 经由排气传感器用于湿度和pcv流检测的方法和系统
CN104775924A (zh) * 2014-01-09 2015-07-15 福特环球技术公司 经由氧传感器确定燃料乙醇含量的方法和系统
CN104863739A (zh) * 2014-02-20 2015-08-26 丰田自动车株式会社 内燃机的控制装置

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Publication number Publication date
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