CN107575290B - 用于氧传感器的方法和系统 - Google Patents

用于氧传感器的方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN107575290B
CN107575290B CN201710536384.2A CN201710536384A CN107575290B CN 107575290 B CN107575290 B CN 107575290B CN 201710536384 A CN201710536384 A CN 201710536384A CN 107575290 B CN107575290 B CN 107575290B
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
temperature
sensor
oxygen sensor
oxygen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710536384.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107575290A (zh
Inventor
M·麦奎林
G·苏尔尼拉
R·E·索蒂斯
D·A·马克莱德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
Publication of CN107575290A publication Critical patent/CN107575290A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107575290B publication Critical patent/CN107575290B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/0015—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for using exhaust gas sensors
    • F02D35/0046—Controlling fuel supply
    • F02D35/0092—Controlling fuel supply by means of fuel injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1493—Details
    • F02D41/1494—Control of sensor heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1439—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
    • F02D41/144—Sensor in intake manifold
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F02D41/1456—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with sensor output signal being linear or quasi-linear with the concentration of oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1493—Details
    • F02D41/1495—Detection of abnormalities in the air/fuel ratio feedback system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/2406—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/26—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2051—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit using voltage control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D2041/389—Controlling fuel injection of the high pressure type for injecting directly into the cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/04—Engine intake system parameters
    • F02D2200/0418—Air humidity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0611—Fuel type, fuel composition or fuel quality
    • F02D2200/0612—Fuel type, fuel composition or fuel quality determined by estimation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/025—Adding water

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

本申请涉及用于氧传感器的方法和系统，提供用于减少由于电压偏移到过电位区域中而引起的氧传感器的黑化的方法和系统。在可变电压操作期间将传感器从下限电压转变到上限电压之前，通过对传感器加热器设置的调整降低传感器的操作温度。温度的降低增加了在进入过电位区域之前可用于传感器的温度的范围。

Description

用于氧传感器的方法和系统
技术领域
本发明整体涉及用于减少氧传感器的黑化的发生的方法和系统。
背景技术
进气传感器和/或排气传感器可操作以提供各种进气成分和排气成分的指示。例如，来自通用排气氧(UEGO)传感器的输出可用来确定排气的空燃比(AFR)。进气氧含量和排气氧含量的指示可用来调整各种发动机操作参数，诸如加注燃料。因此，氧传感器的测量准确度可受到氧传感器中的元件的劣化(诸如由于传感器元件黑化)的显著影响。氧传感器元件黑化是一种劣化形式，其可由于当产生高于阈值的电流时在处于传感器元件的过电位区域的电压下操作传感器而发生。
已经使用各种方法来减少氧传感器元件的黑化。在由Tsukada等人在US20120001641中示出的一个示例方法中，氧传感器的氧泵浦电池中使用的泵浦电压可被限制在阈值电压内。阈值电压可对应于电池的过电位区域的边界。在传感器的可变电压操作期间，其中传感器操作在较高电压和较低电压之间移位，较低操作电压和较高操作电压中的每一个不可超过阈值电压。
本文的发明人已经认识到上述方法的潜在问题。作为一个示例，通过将泵浦电压限制到阈值极限，可降低传感器的氧含量测量的准确度。所需的泵浦电压可基于诸如气体浓度的因素改变，并且固定的上阈值电压限制可不利地影响传感器操作。此外，黑化的可能性可基于传感器的操作温度而变化，并且在较高的操作温度下，即使在阈值电压内操作，也可发生传感器元件的黑化。本发明人还认识到，由于在转变为较高电压期间电池过冲目标泵浦电压，在可变电压模式下操作传感器可导致黑化。过冲电压可将传感器置于过电位区域(即，处于较高电压可导致传感器中的电解质由于从传感器中除去氧而被部分电解的区域)。
在用于控制氧传感器元件中的黑化的替代方法中，可使用较低的斜升(ramping)速率以在UEGO传感器电池中获得期望的较高电压，使得电压过冲到过电位区域的可能性较低。然而，本发明人也认识到这种方法的潜在问题。例如，使用较低的斜升速率增加操作电压可以是耗时的，并且导致由传感器执行的测量的延迟，从而不利地影响传感器的操作。
发明内容
本发明人已经认识到，当传感器的操作温度降低时，跨过过电位区域的电压阈值增加。因此，通过降低传感器的操作温度，在引发传感器黑化之前可升高黑化传感器所需的电压，以使传感器能够在较大的电压范围内操作。在一个示例中，上述问题可通过用于发动机的方法来解决，该方法包括：在氧传感器的可变电压操作期间，在从较低操作电压转变到较高操作电压之前，通过将氧传感器的操作温度从第一温度降低到第二温度，减少氧传感器元件的黑化的发生。以这种方式，通过在UEGO传感器的可变电压操作期间调整UEGO传感器温度，可减少由于过电位区域引起的UEGO电池的移动，从而降低传感器黑化的可能性。
作为一个示例，在当排气UEGO传感器以可变电压模式操作(诸如用于排气氧含量估计)时的条件期间，至少在将UEGO传感器电压从较低的标称电压上升到上限电压之前，可降低UEGO传感器的温度。通过降低传感器温度，过电位区域的边界可朝向较高的绝对电压移位。基于参数，诸如传感器的当前温度，以及期望的较高电压和过电位电压的温度修改后的边界之间的差值，可确定UEGO温度的降低量。通过调整耦接到UEGO传感器的加热器元件的设置可进行UEGO温度的降低，使得加热器产生较少的热量。如果确定仅通过降低UEGO温度不可以将过电位区域的边界移位到期望的水平(诸如，由于较高的环境温度或由于其他温度约束)，则可将上限电压限制为等于或低于过电位区域的边界的阈值电压。然后，较低的电压斜升速率可用来获得阈值范围内的较高电压，以便减少电压过冲。
以这种方式，通过首先降低UEGO温度，然后从UEGO传感器的较低电压操作转变到较高电压操作，过电位区域的边界可移位到较高的电压值，并且在该较高的电压下操作期间，UEGO传感器元件的黑化的风险可以被降低。通过在可变电压UEGO操作期间实现较高的电压值，可在UEGO传感器测量中实现较高的准确度。因此，可增加UEGO传感器的操作电压范围。将过电位区域的边界移位到较高电压的技术效果是可以用更快的斜升速率来获得较高的电压，而没有电压过冲到过电位区域的风险。此外，在电压转换期间电压过冲到过电位区域的风险也降低。通过使用更快的斜升速率，可在更短的时间内获得较高的电压，这可提高测量准确度。总的来说，通过有效降低UEGO元件黑化的风险，氧传感器的劣化降低，并且保持氧传感器操作的准确度，从而实现高效的发动机性能。
应当理解，上面的发明内容被提供是为了以简化的形式介绍在详细描述进一步描述的一些概念。并不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，所述主题的范围由与具体实施方式随附的权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上面或在本公开的任何部分提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出了包括进气氧传感器和排气氧传感器的示例发动机系统。
图2示出了示例UEGO传感器的示意图。
图3示出了一幅流程图，该流程图示例说明了可实现以减少氧传感器中黑化的发生的方法。
图4示出了过电位区域阈值随温度变化的示例曲线图。
图5示出了为减少黑化的发生的UEGO电池的示例操作。
具体实施方式
以下描述涉及用于通过对操作温度的调整来减少一个或多个UEGO电池中的黑化的发生的系统和方法。如图1的发动机系统中所示，氧传感器可设置在进气通道或排气通道中。图2示出了可受黑化影响的氧传感器的示意图。发动机控制器可被配置成执行控制程序，诸如图3中的示例程序，以减少UEGO传感器的泵电池和能斯特(Nernst)电池中的中每一个的黑化的发生。图4示出了基于传感器的操作温度的过电位区域的下限阈值的移位。图5中示出了用于减少黑化的发生的UEGO传感器的示例操作。
图1是示出发动机系统100中的多缸发动机10的一个汽缸的示意图。发动机10可至少部分地由包括控制器12的控制系统和来自车辆操作者132经由输入装置130的输入进行控制。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(汽缸)30可包括具有被定位在其中的活塞36的燃烧室壁32。活塞36可耦接到曲轴40，使得活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴40可通过中间变速器系统耦接到车辆的至少一个驱动轮。此外，起动机马达可通过飞轮耦接到曲轴40，以实现发动机10的起动操作。
燃烧室30可通过进气通道42接收来自进气歧管44的进入空气，并且可通过排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48可通过相应的进气门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，经由相应的凸轮致动系统51和53通过凸轮致动可控制进气门52和排气门54。凸轮致动系统51和53可各自包括一个或多个凸轮，并且可利用可以由控制器12操作以改变气门操作的凸轮廓线变换(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)系统中的一个或多个。进气门52和排气门54的位置可分别由位置传感器55和57确定。在替代实施例中，进气门52和/或排气门54可由电动气门致动进行控制。例如，燃烧室30可替换地包括通过电动气门致动控制的进气门和通过包括CPS系统和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。
燃料喷射器66被示出直接地耦接到燃烧室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地喷射到燃烧室。以这种方式，燃料喷射器66将已知的燃料的直接喷射提供到燃烧室30。例如，燃料注射器可安装在燃烧室的侧面或燃烧室的顶部中(如图所示)。通过包括燃料箱、燃料泵以及燃料轨的燃料系统(未示出)，燃料可被递送到燃料喷射器66。在一些实施例中，燃烧室30可替换地或另外地包括以某种配置布置在进气歧管44中的燃料喷射器，该配置将已知的燃料的进气道喷射提供到燃烧室30上游的进气端口中。
进气通道42可包括具有节流板64的节气门62。在该特定示例中，节流板64的位置可通过控制器12经由提供到包括在节气门62内的电动马达或致动器的信号来改变，这种配置通常被称为电子节气门控制(ETC)。以这种方式，节气门62可操作以改变被提供到燃烧室30以及其它发动机汽缸中的进入空气。通过节气门位置信号TP可将节流板64的位置提供到控制器12。进气通道42可包括进气温度(IAT)传感器125和大气压力(BP)传感器128。IAT传感器125估计在发动机操作中使用的进气温度，并且将信号提供到控制器12。类似地，BP传感器128估计发动机操作的环境压力，并且将信号提供到控制器12。进气通道42可还包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，用于将相应的信号MAF和MAP提供到控制器12。
排气传感器126被显示在排放控制装置70的上游耦接到排气通道48。传感器126可以是用于提供排气空气/燃料比(AFR)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传感器、HEGO(加热型EGO)传感器、NOx传感器、HC传感器、或CO传感器。参考图2描述氧(UEGO)传感器的详细实施例。氧传感器可用来估计进气和排气两者的AFR。基于AFR估计，可调节发动机操作参数，例如加注燃料。此外，通过利用排气的AFR估计，可提高排放控制装置的操作效率。
为了改善发动机操作，希望能够减少氧传感器中任何劣化的发生。在一个示例中，由于氧传感器在较高的电压(诸如在传感器的过电位区域)下的操作，可产生高于阈值的电流，该电流可部分地电解存在于传感器电池中的白色二氧化锆(zirconia)以形成较暗的材料，氧化锆(zirconium oxide)，从而导致传感器中的劣化。这种现象可称为UEGO电池的黑化。为了减少黑化的发生，在排气UEGO传感器以可变电压模式操作时的条件期间，在将UEGO传感器电压从下限电压上升到上限电压之前，可降低UEGO传感器的温度。通过降低传感器温度，过电位区域的边界可朝向较高的绝对电压移位。将参照图3-5讨论用于减少由于元件黑化引起的氧传感器劣化的发生的详细方法。
排放控制装置70被显示在排气传感器126的下游沿着排气通道48进行布置。装置70可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各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，通过在特定空燃比内操作发动机的至少一个汽缸，排放控制装置72可周期性地重置。
此外，排气再循环(EGR)系统140可通过EGR通道142将排气的期望部分从排气通道48传送到进气歧管44。提供到进气歧管44的EGR的量可通过控制器12经由EGR阀144改变。此外，EGR传感器146可布置在EGR通道142内，并且可提供排气的压力、温度和成分浓度中的一个或多个的指示。线性氧传感器172可被定位在进气节气门下游的进气通道处，以便于EGR调节。在一些条件下，EGR系统140可用来调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温度，因此提供在一些燃烧模式期间控制点火正时的方法。此外，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，可将燃烧气体的一部分保留或捕集在燃烧室中。
控制器12在图1中被示为微型计算机，其包括微处理器电池102，输入/输出端口104，在该特定中被示为只读存储器芯片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108，不失效存储器110，以及数据总线。除了先前讨论的那些信号，控制器12可从耦接到发动机10的传感器接收各种信号，其包括来自氧传感器126和172的空燃比和湿度，来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量(MAF)中的一个或多个的测量值；来自耦接到冷却套筒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。通过控制器12可从信号PIP产生发动机转速信号RPM。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用来提供进气歧管中的真空或压力的指示。需注意，上述传感器的各种组合可被使用，诸如没有MAP传感器的MAF传感器，或者反之亦然。在化学计量操作期间，MAP传感器可给出发动机扭矩的指示。此外，该传感器与所检测的发动机转速一起可提供引入汽缸的充气(包括空气)的估计。在一个示例中，也被用作发动机转速传感器的传感器118可以在曲轴的每个旋转产生预定数量的等距脉冲。
存储介质只读存储器106可用表示可由处理器102执行的非临时性指令的计算机可读数据进行编程，所述非临时性指令用于执行下面描述的方法以及预期但未具体列出的其它变型。如上所述，图1示出了多汽缸发动机的一个汽缸，并且每个汽缸可类似地包括其自己的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
控制器12接收来自图1的各种传感器的信号，并且基于接收的信号和存储在控制器12的存储器上的指令，采用图1的各种致动器调整发动机操作。在一个示例中，控制器12可接收来自氧传感器126和172的关于传感器的操作温度和电压的输入。在从氧传感器的较低的操作电压转变到较高的操作电压期间，控制器12可将信号发送到耦接到氧传感器的加热器(加热元件)，以减少由加热器再生的热量，以便降低氧传感器的操作温度。例如，可减少传感器加热器的输出(例如，加热器的电压或电流输出)。
图2示出了排气氧传感器(诸如UEGO传感器200)的示例实施例的示意图，其被配置成在加注燃料条件期间测量排气流中的氧气(O2)的浓度。在一个示例中，UEGO传感器200是图1的UEGO传感器126的实施例。然而，应当理解，图2的传感器可替换地表示进气氧传感器，诸如图1的传感器172。
传感器200包括以层叠配置布置的一种或多种陶瓷材料的多个层。在图2的实施例中，五个陶瓷层(元件)被描绘为层201、202、203、204和205。这些层包括能够传导离子氧的固体电解质的一个或多个层。此外，在诸如图2所示的一些实施例中，加热器207可设置成与层热连通。可调整加热器的温度设置以改变传感器的操作温度。虽然描绘的UEGO传感器200由五个陶瓷层形成，但是应当理解，UEGO传感器可包括其它合适数量的陶瓷层。
合适的固体电解质的示例包括氧化锆(也称为二氧化锆ZrO2)基材料。ZrO2的颜色通常是白色。随着在较高的电压下(在过电位区域中)的使用，两个氧原子可从ZrO2中去除，从而将白色的ZrO2改变为深色金属锆(Zr)，导致对应元件的黑化。黑化发生的其它原因可包括，但不限于，高操作温度、低空气和氧气条件。新形成的Zr不仅具有离子导电性，而且能够具有电子导电性。电子导电性可与黑化程度成比例地增加，这可不利地影响传感器测量的准确度。
层202包括产生扩散路径210的一种多孔材料或多种多孔材料。扩散路径210被配置成通过扩散将排气引入第一内部腔体(也称为气体检测腔体)222。扩散路径210可被配置为允许排气的一个或多个组分(包括但不限于期望的分析物(例如，O2))以比分析物可通过泵浦电极对212和214被泵入或泵出更限制的速率扩散到内部腔体222中。以这种方式，可在第一内部腔体222中获得化学计量水平的O2。
传感器200还包括层204内的第二内部腔体224，其通过层203与第一内部腔体222分开。第二内部腔体224被配置为保持等于化学计量条件的恒定的氧分压，例如，第二内部腔体224中存在的氧水平等于如果空燃比是化学计量时排气将具有的氧水平。第二内部腔体224中的氧气浓度通过泵浦电压Vcp保持恒定。在本文，第二内部腔体224可称为参考电池。
一对感测电极216和218设置成与第一内部腔体222和参考电池224连通。感测电极对216和218检测由于排气中的氧气浓度高于或低于化学计量水平而可在第一内部腔体222和参考电池224之间产生的浓度梯度。高的氧气浓度可由稀进气或排气混合物引起，而低的氧气浓度可由富混合物引起。
一对泵浦电极212和214设置成与内部腔体222连通，并且被配置为电化学地将选择的气体成分(例如，O2)从内部腔体222泵浦通过层201并且泵出传感器200。替换地，该对泵浦电极212和214可被配置为电化学地将所选择的气体泵浦通过层201并且泵入内部腔体222。在本文，电解层201与泵浦电极对212和214一起可称为O2泵浦电池。此外，电解层203与电极对216和218一起可称为能斯特电池(也称为感测电池)。电极212、214、216和218可由各种合适的材料制成。在一些实施例中，电极212、214、216和218可由催化分子氧的离解的材料至少部分地制成。这些材料的示例包括，但不限于，包含铂和/或金的电极。
感测电池(能斯特电池)可被动地测量第一内部(气体检测)腔体222中的氧气浓度。泵浦电池可基于来自感测电池的反馈调整腔体222中的氧气浓度。外部比较器电路可将由感测电池产生的电压与参考电压Vp进行比较。在一个示例中，在正常操作条件下，参考电压Vp可以是450mV。泵浦电池两侧的电压可与能斯特电池两侧的电压成比例。因此，此时，能斯特电池两侧产生的电压可为大约450mV，其中一个电极暴露于空气(～20％氧气浓度)，并且另一个电极暴露于低的氧气浓度(～10ppm氧)。该氧气浓度(～10ppm)可对应于化学计量。如果腔体222中的氧气浓度小于对应于化学计量(～10ppm)的氧气浓度(由于诸如一氧化碳或氢气的还原剂)，则比较器电路可向泵浦电池发送信号以将氧从排气泵入腔体222中。氧将与还原剂反应，从而升高氧气浓度水平，直到水平达到对应于如通过感测(能斯特)电池测量的化学计量(～10ppm)的氧气浓度。腔体中所有这些还原剂的量确定了需要将多少氧气通过泵浦电池泵入腔体以完全反应。泵浦电流Ip与泵浦电池中的氧气浓度成正比。泵送的氧的量刚好足以与所有的还原剂完全反应。传感器可采用不同的技术确定还原剂的浓度。在一个示例中，与泵浦电池中的氧气浓度成比例的泵浦电流可用来估计还原剂浓度。
如果腔体中的氧气浓度大于对应于化学计量(～10ppm)的氧气浓度，则可发生相反的方法。感测电池可测量小于参考电压Vp(450mV)的电压，并且比较器电路可将信号发送到泵浦电池，以通过在相反方向上施加泵浦电流Ip将氧泵出腔体。泵浦电流Ip与从电池泵出的氧的量成正比，所述氧的量又与扩散到腔体222中的氧的量成正比。该氧的量可与排气中的氧的浓度成正比。在选择的条件下，当作为排气氧传感器包括时，氧传感器可在可变电压下操作，诸如用于检测在发动机中燃烧的燃料的醇含量、湿度估计、水检测、部件至部件和传感器老化校正、排气压力检测等。作为另一个示例，当传感器作为进气氧传感器被包括时，在选择的条件下，传感器可用可变电压模式操作，用于测量进入空气湿度，测量水喷射系统喷射的水的量，确定洗涤流体喷射组成、空燃比，以及基于进入发动机的碳氢化合物、湿气、氧气和EGR的量进行扭矩控制。
在传感器的可变电压操作期间，在能斯特电池处可期望较高的电压，并且相应地，泵浦电池电压可从较低的操作电压增加到较高的电压，以便获得较高的能斯特电池电压。在一个示例中，在可变电压操作期间使用的较低的操作电压V1可以是450mV，并且在可变电压操作期间可使用较高的操作电压Vh可以是1V。因此，能斯特电池电压和泵电池电压之间存在直接关系，并且它们彼此成比例。泵电池电压是施加在泵电池两侧以便达到所期望的测量的能斯特电池电压的电压。因此，当在可变电压操作期间命令能斯特电池电压从低电压(Vs)转变为高电压时，泵电池电压也从较低的电压转变为较高的电压以便达到此目的。因此，当能斯特电池在450mV下操作时，泵电池也将为约450mV，并且当期望能斯特电池电压为约1V时，则泵电压也将为约1V。
在可变电压操作期间，当施加较高的电压时，如果施加的电压处于过电位区域中时，则可产生高于阈值的电流。这个高于阈值的电流可导致存在于泵电池和能斯特电池中每一个的氧化锆(zirconium oxide)转化为金属氧化锆(zirconia)，其可积聚在泵电池和能斯特电池的电极上。金属氧化锆(zirconia)的这种积聚可导致传感器电池的黑化，这可不利地影响传感器的性能。
为了减少这种黑化的发生，在氧传感器的可变电压操作期间，控制器可在从较低的操作电压转变到较高的操作电压之前降低氧传感器的操作温度(例如，从第一/当前温度降到第二较低的温度)。本发明人已经认识到，随着传感器的操作温度降低，能斯特/泵电池跨界进入(cross into)过电位区域的电压升高。换句话说，在较低的操作温度下(在与传感器黑化相关的问题发生之前)，较大范围的操作电压可用于氧传感器的可变电压操作。因此，通过降低传感器的操作温度，能够升高上限电压，超过该上限电压传感器可黑化。因此，这增加了传感器的准确度和可靠性，并且降低了传感器的劣化。在一个示例中，通过减小传感器加热元件的输出可降低操作温度。另选地，通过降低到达传感器的排气的温度可降低操作温度。
应当理解，本文所述的氧传感器仅仅是UEGO传感器的示例实施例，并且进气氧传感器或排气氧传感器的其它实施例可具有附加的和/或替代的特征和/或设计。
以这种方式，图1-2的系统实现了一种发动机系统，包括：包括排气装置的发动机；用于将燃料递送到发动机汽缸的燃料喷射器；耦接到排气装置的氧传感器，所述氧传感器包括加热器、泵电池和能斯特电池；以及控制器。控制器可被配置具有存储在非临时存储器上的计算机可读指令，用于：在泵电池两侧施加第一较低的电压；在施加之后，调整加热器的温度设置以降低泵电池和能斯特电池中每一个的温度；在调整之后，将泵电池电压从第一电压增加到第二电压；基于泵电池在第二电压下相对于第一电压的电流变化，估计排气的氧含量；以及响应于估计的氧含量调整发动机加注燃料。该系统可还包括用于估计环境温度的温度传感器，其中控制器还包括另外的指令，用于：基于环境温度，降低泵电池和能斯特电池中每一个的温度，随着环境温度增加，加热器的温度设置被调整到泵电池和能斯特电池中每一个的较高温度。附加地或任选地，控制器可包括另外的指令，用于：当第二电压较高时，将泵电池电压以较高的斜升速率从第一电压增加到第二电压，并且当第二电压较低时，将泵电池电压以较低的斜升速率从第一电压增加到第二电压。
图3示出了示例方法300，其用于在可变电压操作期间通过调整传感器电池的操作温度减少通用排气氧(UEGO)传感器元件的黑化的发生。基于存储在控制器的存储器上的指令，并且结合从发动机系统的传感器(诸如上面参考图1所述的传感器)接收的信号，通过控制器可执行用于进行方法300和本文包括的其余方法的指令。根据下面描述的方法，控制器可采用发动机系统的发动机致动器，以调整发动机操作。氧传感器可以是在进气节气门的下游(且在EGR阀的上游)耦接到进气通道的进气氧传感器和在排气催化剂的上游耦接到排气通道的排气氧传感器中的一个。该方法实现减少氧传感器元件黑化的发生，具体是在氧传感器的可变电压操作期间，通过在从较低的操作电压转变到较高的操作电压之前，将氧传感器的操作温度从第一温度降低到第二温度。基于存储在控制器的存储器上的指令，并且结合从发动机系统的传感器(诸如上面参考图1-2所述的传感器)接收的信号，通过控制器可执行用于进行方法300的指令。根据下面描述的方法，控制器可采用发动机系统的发动机致动器，以调整发动机操作。
在302，可以在泵电池两侧施加第一较低的(标称)电压(Vi)。在一个示例中，较低的电压可为450mV。相应地，在能斯特电池处的电压可达到第一较低的电压值。在一个示例中，每当传感器被操作用于氧含量估计时，第一较低的电压可以是施加到传感器的默认电压。
在304，该程序包括确定在能斯特电池处是否期望增加电压(至较高的操作电压)。在一个示例中，响应于以可变电压模式来操作传感器(诸如用于燃料醇含量估计)的指示，可期望增加电压。此外，对氧传感器的可变电压操作的请求可响应于对发动机中燃烧的燃料的醇含量的估计，进气充气的环境湿度的估计，以及进气充气或排气的氧含量的估计中的一个或多个的请求。在另外的示例中，排气氧传感器可在可变电压下操作，用于检测在发动机中燃烧的燃料的醇含量、湿度估计、水检测、部件至部件和传感器老化校正、排气压力检测，而进气氧传感器可在可变电压模式下操作，用于测量进入空气湿度，测量水喷射系统喷射的水的量，确定洗涤剂流体喷射组成、空燃比和用于基于进入发动机的碳氢化合物、湿气、氧气和EGR的量进行扭矩控制。在306，如果确定不期望增加能斯特电池电压，则泵电池电压可保持在较低的电压(Vi)电平。因此，能斯特电池电压也可继续处于较低的值。
在308，如果确定在能斯特电池处期望较高的操作电压，则控制器可基于发动机工况和排气氧水平来确定在能斯特电池处的期望电压(Vh)。在一个示例中，期望的较高的电压为1V。此外，可确定传感器(泵电池和能斯特电池中每一个)的当前操作温度。在一个示例中，可根据传感器加热器元件(诸如图2中的加热器207)的设置和环境条件来推断传感器的操作温度。在另一个示例中，可基于通过传感器的排气的温度确定传感器的操作温度。
在310，该程序包括确定所期望的较高的电压(Vh)是否高于阈值电压。阈值电压可对应于过电位区域的较低的边界。具体地，阈值电压可以是这样的电压，其中对于泵电池电流的给定变化，泵电池电压的上升速率高于阈值。如果UEGO电池以在过电位区域内的电压操作，则可产生高于阈值的电流，这可导致存在于电池中的氧化锆的电解，导致传感器黑化。因此，为了减少UEGO传感器中黑化的发生，UEGO电池中的每一个的操作电压可保持在过电位区域以下。然而，在转变到较高的电压期间，实际电压可过冲，并且无意地落在过电位区域中。因此，过电位区域的边界可取决于传感器的操作温度。在较低的操作温度下，过电位区域的边界可处于较高的绝对电压，从而在黑化可发生之前增加传感器可用的操作电压的范围。
如果确定期望的较高的电压(Vh)高于阈值电压(对于当前工况，包括当前操作温度)，则可推断出，泵电池电压升高至Vh可导致泵电池和能斯特电池中每一个在具有发生黑化的较高风险的过电位区域内操作。为了将过电位区域的边界移位到较高的绝对电压，在312，可降低UEGO传感器的操作温度。降低传感器的操作温度包括降低氧传感器的泵电池和能斯特电池中每一个的操作温度。基于一些参数，诸如传感器的当前温度，以及期望的较高的电压和过电位电压的温度修改后的边界之间的差值，可确定UEGO温度的降低量。
在一个示例中，温度可从第一温度降低到第二温度。根据第一温度和较高操作电压与阈值电压之间的差值中的每一个调整第二温度。具体地，随着较高操作温度和阈值电压之间的差值增加，第二温度可降低。此外，随着第一温度增加，第二温度可增加。基于环境温度可进一步调整第二温度，所述第二温度随着环境温度增加而朝第一温度升高。如本文详细阐述的，随着第二温度升高，可增加从较低操作电压向较高操作电压的斜升速率。
通过调整耦接到UEGO传感器的加热器元件的设置可进行UEGO温度的降低，使得加热器产生较少的热量。例如，降低操作温度可包括调整氧传感器的加热器元件的输出以限制在传感器操作期间产生的热量，所述输出包括加热器电流和加热器电压中的一个。在一个示例中，控制器可向加热器的恒温器发送信号以改变加热器元件的温度设置。在另一个示例中，控制器可向加热器发送信号以减少加热器元件的输出(电流或电压)。
例如，控制器可确定发送到传感器元件致动器的控制信号，诸如基于期望的较高的电压和过电位电压的温度修改后的边界之间的差值的确定，确定信号的脉冲宽度。期望的较高的电压可基于传感器所需的感测的类型，而温度修改的边界可基于映射图或模型，诸如参考图4的映射图详细阐述的。控制器可通过直接考虑上限电压的预测或建模变化的确定来确定脉冲宽度，诸如在预测差值增加时增加脉冲宽度。控制器可使用查表基于计算替换地确定脉冲宽度，其中输入是期望的上限电压，或上限电压的期望变化(对于传感器的可变电压操作)，并且输出是脉冲宽度。
在314，一旦UEGO传感器的操作温度已经降低，程序可包括确定期望的较高操作电压(Vh)是否在过电位区域的温度修改后的边界之外。在316，如果确认过电位区域的修改边界高于Vh，则期望的较高的电压(Vh)可施加到泵电池，并且相应地，能斯特电池电压也可增加到Vh。此外，如果在310确定期望的Vh低于过电位区域的边界(不需要温度修改)，则程序可直接移动到316，其中泵电池的操作电压可直接增加到Vh，同时操作温度没有任何变化。由于所期望的较高的电压低于过电位区域的边界，所以可使用较高的斜升速率来达到Vh，其中在转变期间没有电压过冲到过电位区域中的增加的风险。具体地，在降低氧传感器的操作温度(例如，从第一温度到第二温度)之后，程序包括以斜升速率将传感器从较低的电压转变到较高的电压，根据相对于第一温度的第二温度，确定斜升速率。例如，斜升速率随着第一温度和第二温度之间的差值减小而降低(即，从较低的电压到较高的电压的电压的较小变化以较慢速率，以及从较低的电压到较高的电压的电压的较大变化以较快速率)。通过使用较高的斜升速率，可在更短的时间内达到Vh，这可增加UEGO传感器操作的准确度。
然而，在314，如果确定即使在降低传感器温度之后，期望的较高的电压(Vh)在过电位区域内，则可推断出边界过电位区域中的期望移位不可以仅仅通过降低温度进行。当由于较高的环境温度或由于其他温度限制而导致温度降低受到限制时，可发生这种情况。例如，当环境温度较高时，即使传感器输出减小，传感器操作温度也可与(较高的)环境温度平衡，导致传感器的较高的电压更接近过电位区域。在318，为了抑制在过电位区域中操作UEGO电池，基于环境温度限制温度调整，并且将上限电压限制为等于或低于具有限制的温度调整的过电位区域的边界的阈值电压。此外，可使用较低的斜升速率以获得阈值电压，以便降低电压过冲到过电位区域的可能性。
在316和318转变到较高的电压之后，控制器可产生排气氧含量或燃料醇含量(基于可变电压操作模式的原因确定)的指示，该指示基于在可变电压操作期间氧传感器的泵浦电流的变化。此外，控制器可基于指示来调整包括汽缸加注燃料的发动机操作参数。
图4的映射图400示出了氧传感器的过电位区域的下边界随着操作温度的变化的示例变化。该映射图描绘了沿y轴的泵电池泵浦电流(Ip)和沿x轴的泵电池泵浦电压(Vp)。通过具有不同形式的线(实线、虚线等)的曲线402-412示出了在温度范围T1-T6(例如，在本文作为示例从950℃变化至580℃)的电压变化与电流变化的示例曲线。
过电位区被定义为这样的区域，在该区域内对于给定的电流应用，电压开始迅速上升。例如，参照曲线402(针对第一温度T1(诸如950℃)校准)，过电位区域开始于或超过V1。在V1之前，对于给定的Ip，电压是线性的，但是在V1之后，电压以指数方式增长。因此，在T1(例如，950℃)的可变电压操作期间，传感器处可应用的最高上限电压被限制为V1(或略低于V1)。
相比之下，参考曲线412(针对低于T1的第二温度T2(诸如580℃)校准)，过电位区域开始于或超过V2，其中V2高于V1。在V2之前，对于给定的Ip，电压是线性的，但是在V2之后，电压以指数方式增长。因此，在T2(例如，580℃)的可变电压操作期间，传感器处可应用的最高上限电压被限制为V2(或略低于其)。
因此，通过将温度从T1降低到T2，可变电压操作可用的电压范围增加在本文被定义为V2-V1的ΔV。因此，温度的变化可不与所有温度下的电压范围的变化线性相关。例如，该关系在一些温度下可以是线性的，并且在其它温度下可以是非线性的。传感器的操作温度的变化相对于电压范围的变化(或者在进入过电位区域之前可能的最高电压)之间的关系可在校准程序期间获悉，并作为温度的函数以查找表存储在控制器的存储器中。在图3的程序期间，控制器可参考该映射图，诸如在310和312。
现在转到图5，示出了用于调整氧传感器的操作以减少由于偏移(excursions)到过电位区域(over-potential region)而引起的劣化和黑化的示例映射图500。在本文，传感器是排气氧传感器。在替代示例中，传感器可以是进气氧传感器。映射图500在曲线502处描绘了传感器的泵电池电压的变化，在曲线504处描绘了传感器的能斯特电池电压的变化，在曲线504处描绘了传感器操作温度，以及在曲线508处描绘了环境温度。虚线503描绘了泵电池的过电位区域的下边界的变化，并且虚线505描绘了能斯特电池的过电位区域的下边界的对应变化。所有曲线都沿x轴随着时间进行描绘。
在t1之前，传感器在非可变电压模式下操作，用于氧含量估计。其中，能斯特电池被设置为第一较低的能斯特电池电压Vn1，其导致泵电池的电压相应地变化到第一较低的泵电池电压Vp1。该状态保持到t1，并且在应用Vp1之后由泵电池输出的电流用于排气的氧含量估计。在t1和t2之间，传感器不操作。
在t2，传感器转变为用于燃料醇含量估计的可变电压模式。此时，传感器温度较高(在T1)，并且环境温度较低。在t2和t3之间，第一电压Vn1被施加到能斯特电池，这导致泵电池的电压对应地变化到第一电压Vp1。在t2和t3之间，获悉在应用Vp1之后由泵电池输出的电流的变化(作为ΔIp1)。
在可变电压操作期间，期望将第二较高的电压Vp2施加到泵电池。然而，在传感器温度的当前条件下，这将导致泵电池操作非常接近或进入过电位区域，如虚线503处的过电位区域的下边界所示。类似地，泵电池在该电压下的操作将需要能斯特电池也非常接近或进入过电位区域操作，如虚线505处的过电位区域的下边界所示。为了提高过电位区域的边缘，在t3，调整传感器加热器输出以降低传感器操作温度。具体地，由于较低的环境温度，并且基于Vp1和Vp2之间的差值，传感器操作温度可从T1降低到T2。作为降低的结果，过电位区域的边缘增加，使得当Vp2施加到泵电池时，转变到过电位区域的风险降低。此外，在t4，由于较大的边缘，能斯特电池和泵电池以更快的斜升速率转变到较高的电压(Vp2和Vn2)。
在t4和t5之间，第二电压Vn2施加到能斯特电池，这导致泵电池的电压对应地变到第一电压Vp2。在t4和t5之间，获悉应用Vp2之后由泵电池输出的电流的变化(作为ΔIp2)。基于ΔIp1和ΔIp2之间的差值，获悉在发动机中燃烧的燃料的氧含量。
在t5，请求另一个可变电压操作模式，用于排气氧含量估计。因此，在t5，通过将能斯特电池和泵电池的电压降低到第一较低的电压(Vn1和Vp1)，传感器转变为可变电压模式。另外，调整传感器输出，以将传感器的操作温度升高到T1。在此期间环境温度可能增加。
在t5和t6之间，第一电压Vn1施加到能斯特电池，这导致泵电池的电压对应地变化到第一电压Vp1。在t5和t6之间，获悉应用Vp1之后泵电池输出的电流的变化(作为ΔIp3)。
在可变电压操作期间，期望将第二较高的电压Vp2应用到泵电池。然而，在传感器温度的当前条件下，这将导致泵电池操作非常接近或进入过电位区域，如虚线503处的过电位区域的下边界所示。类似地，泵电池在该电压下的操作将需要能斯特电池也非常接近过电位区域操作或在过电位区域中操作，如虚线505处的过电位区域的下边界所示。在t6，为了提高过电位区域的边缘，调整传感器加热器输出以降低传感器操作温度。然而，由于较高的环境温度，并且基于Vp1和Vp2之间的差值，传感器操作温度只可从T1降低到T3，并且不可降低到T2。作为减少的结果，过电位区域的边缘增加，但是增加的程度不如当温度降低到T2时(t3-t4)可能的程度大。因此，当Vp2施加到泵电池时，转变到过电位区域的风险降低，但不如期望的那样大。在t7，为了补偿较大的边缘，能斯特电池和泵浦电池以较慢的斜升速率转变到较高的电压(Vp2和Vn2)，以避免进入过电位区域。
在t7和t8之间，第二电压Vn2施加到能斯特电池，这导致泵电池的电压对应地变化到第一电压Vp2。在t7和t8之间，获悉应用Vp2之后泵电池输出的电流的变化(作为ΔIp4)。基于ΔIp3和ΔIp4之间的差值，获悉排气的氧含量，并且将其用于空燃比校正。例如，如果所获悉的氧含量指示排气富于化学计量，则可减少加注燃料以将空燃比恢复到化学计量。作为另一个示例，如果所获悉的氧含量指示排气稀于化学计量，则可增加加注燃料以将空燃比恢复到化学计量。
应当理解，在另一个示例中，如果在可变电压操作期间环境温度相同并且期望较大的电压变化(诸如Vp2'，其中Vp2'-Vp1大于Vp2-Vp1)，则其他所有相同，将需要传感器操作温度的较大下降，以向过电位区域提供相同的边缘。此外，由于较大的电压差，电压可以较高的斜升速率从下限电压转变为上限电压。
以这种方式，响应于在传感器处于第一温度和第一电压时接收的氧传感器的可变电压操作的请求，控制器可调整氧传感器元件的输出以将氧传感器降低到第二温度；并且在降低之后，将氧传感器以根据第二温度调整的斜升速率从第一电压斜升至高于第一电压的第二电压。另外地或任选地，可调整第二温度以将第二电压限制为低于氧传感器的过电位区域中的阈值电压。此外，随着第二温度接近第一温度，斜升速率可减小。对氧传感器的可变电压操作的请求可响应于对发动机中燃烧的燃料的醇含量的估计，进气充气的环境湿度的估计，以及进气充气或排气的氧含量的估计中的一个或多个的请求。氧传感器可以是在进气节气门的下游耦接到进气通道的进气氧传感器，以及在排气催化剂的上游耦接到排气通道的排气氧传感器中的一个。
以这种方式，通过在可变电压操作模式期间降低氧传感器的温度，可增加可变电压操作的电压范围。因此，这使传感器能够以更高的准确度和可靠性操作。此外，通过延长该范围，减少了泵电池电压到过电位区域中的意外偏移。此外，通过延长范围并允许传感器在可变电压模式期间施加的较低的电压和较高的电压之间的较大差值下操作，实现更快的电压斜升速率，这允许在较短的时间内执行感测，从而增加传感器的准确度。通过降低氧传感器在过电位区域中操作的可能性，减少由于传感器元件黑化引起的传感器劣化。因此，除了增加传感器性能之外，延长传感器寿命。
用于发动机的一个示例方法包括：在氧传感器的可变电压操作期间，在从较低操作电压转变到较高操作电压之前，通过将氧传感器的操作温度从第一温度降低到第二温度，减少氧传感器元件的黑化的发生。另外地或任选地，在前述示例中，根据第一温度和较高操作电压与阈值电压之间的差值中的每一个调整第二温度。另外或任选地，在任一或所有前述示例中，第二温度随着较高操作温度与阈值电压之间的差值增加而降低，并且随着第一温度增加而增加。另外或任选地，在任何或所有前述示例中，基于环境温度进一步调整第二温度，所述第二温度随着环境温度增加而朝第一温度升高。另外或任选地，在任一或所有前述示例中，该方法还包括随着第二温度升高，降低从较低操作电压到较高操作电压的斜升速率。另外地或任选地，在任一或所有前述示例中，阈值电压是对于泵电池电流的给定变化的泵电池电压的上升速率高于阈值的电压。另外或任选地，在任一或所有前述示例中，降低操作温度包括降低氧传感器的泵电池和能斯特电池中的每一个的操作温度。另外地或任选地，在任一或所有前述示例中，降低操作温度包括调整氧传感器的加热器元件的输出以限制在传感器操作期间产生的热量，所述输出包括加热器电流和加热器电压中的一个。另外或任选地，在任一或所有前述示例中，该方法还包括在将氧传感器的操作温度从第一温度降低到第二温度之后，将传感器以斜升速率从较低的电压转变到较高的电压，所述斜升速率根据相对于第一温度的第二温度而被确定。另外地或任选地，在任一或所有前述示例中，随着第一温度和第二温度之间的差值减小，斜升速率减小。另外地或任选地，在任一或所有前述示例中，氧传感器的可变电压操作响应于对排气氧气浓度估计的请求。另外或任选地，在任一或所有前述示例中，该方法还包括基于在可变电压操作期间氧传感器的泵浦电流的变化来产生燃料醇含量的指示；以及基于指示来调整包括汽缸加注燃料的发动机操作参数。
用于发动机的另一个示例方法包括响应于在传感器处于第一温度和第一电压时接收的氧传感器的可变电压操作的请求，调整氧传感器元件的输出以将氧传感器降低到第二温度；并且在降低之后，将氧传感器以根据第二温度调整的斜升速率从第一电压斜升至高于第一电压的第二电压。在前述示例中，另外地或任选地，调整第二温度以将第二电压限制为低于氧传感器的过电位区域中的阈值电压。另外地或任选地，在任一或所有前述示例中，随着第二温度接近第一温度，斜升速率减小。另外或任选地，在任一或所有前述示例中，对氧传感器的可变电压操作的请求响应于对在发动机中燃烧的燃料的醇含量的估计，进气充气的环境湿度的估计，以及进气充气或排气的氧含量的估计中的一个或多个的请求。另外地或任选地，在任一或所有前述示例中，氧传感器是在进气节气门的下游耦接到进气通道的进气氧传感器，以及在排气催化剂的上游耦接到排气通道的排气氧传感器中的一个。
另一个示例发动机系统包括：包括排气装置的发动机；用于将燃料递送到发动机汽缸的燃料喷射器；耦接到排气装置的氧传感器，所述氧传感器包括加热器、泵电池和能斯特电池；以及控制器，其具有存储在非临时存储器上的计算机可读指令，用于：在泵电池两侧施加第一较低的电压；在施加之后，调整加热器的温度设置以降低泵浦电池和能斯特电池中每一个的温度；在调整之后，将泵电池电压从第一电压增加到第二电压；基于相对于第一电压的第二电压下的泵电池的电流变化，估计排气的氧含量；以及响应于估计的氧含量调整发动机加注燃料。在前述示例中，另外地或任选地，系统还包括用于估计环境温度的温度传感器，其中控制器还包括另外的指令，用于：基于环境温度，降低泵电池和能斯特电池中每一个的温度，随着环境温度增加，加热器的温度设置被调整到泵电池和能斯特电池中每一个的较高温度。另外地或任选地，在任一或所有前述示例中，控制器包括另外的指令，用于：当第二电压较高时，将泵电池电压以较高的斜升速率从第一电压增加到第二电压，并且当第二电压较低时，将泵电池电压以较低的斜升速率从第一电压增加到第二电压。
在另外的表示中，在氧传感器处于第一操作温度的第一条件期间，在向氧传感器的泵电池施加第一较低的电压之后，电压以第一较低斜升速率增加到第二电压。此外，在氧传感器处于低于第一操作温度的第二操作温度的第二条件期间，在将第一电压施加到氧传感器的泵电池之后，电压以第二较高的斜升速率增加到第三电压。在本文，第三电压高于第二电压。此外，在第一条件期间，氧传感器的温度通过对传感器加热器的调整而降低到第一温度，并且在第二条件期间，氧传感器的温度通过对传感器加热器的调整而降低到第二温度。此外，在第一条件期间，环境温度较高，并且在第二条件期间，环境温度较低。
需注意，包括在本文的示例控制和估计程序可与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可作为可执行指令存储在非暂时存储器中，并且可由控制系统进行，所述控制系统包括与各种传感器、致动器和其它发动机硬件组合的控制器。本文描述的专用程序可表示任何数量的处理策略，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等等中的一个或多个。这样，示出的各种动作、操作和/或功能可以用示出的顺序、并行或以其它省略的情况执行。同样地，处理的顺序不是实现本文所描述的示例实施例的特征和优点必须的，而是为了便于说明和描述被提供的。根据使用的特定策略，可重复执行示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可用图表表示被编程进发动机控制系统中计算机可读存储介质的非临时存储器的代码，其中通过执行系统中的指令进行所述动作，所述系统包括与电子控制器组合的各种发动机硬件部件。
应该理解，本文公开的配置和程序在本质上是示例性的，且这些具体实施例不应视为限制性意义，因为许多变化是可能的。例如，以上技术可应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其它的发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置，以及其它特征、功能和/或特性的所有新颖的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视为新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可指“一个”元件或“第一”元件或其等同物。应该理解，这些权利要求包括一个或更多这些元件的结合，既不要求也不排除两个或更多这些元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合可通过本权利要求的修改或通过在这个或相关申请的新权利要求的提出被要求保护。这些权利要求，无论是更宽于、更窄于、等于或不同于原始的权利要求的范围，也被视为包括在本公开的主题之内。

Claims (18)

1.一种用于发动机的方法，其包括：
在氧传感器的可变电压操作期间，在从较低操作电压转变到较高操作电压之前，通过将所述氧传感器的操作温度从第一温度降低到第二温度，减少氧传感器元件的黑化的发生；以及
随着所述第二温度升高，降低从所述较低操作电压到所述较高操作电压的斜升速率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中根据所述第一温度和所述较高操作电压与阈值电压之间的差值中的每一个调整所述第二温度。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第二温度随着所述较高操作电压与所述阈值电压之间的所述差值增加而降低，并且随着所述第一温度增加而增加。
4.根据权利要求3所述的方法，其中基于环境温度进一步调整所述第二温度，所述第二温度随着所述环境温度增加而朝所述第一温度升高。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述阈值电压是这样的电压，其中对于泵电池电流的给定变化的泵电池电压的上升速率高于阈值。
6.根据权利要求1所述的方法，其中降低所述操作温度包括降低所述氧传感器的泵电池和能斯特电池中的每一个的所述操作温度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中降低所述操作温度包括调整所述氧传感器的加热器元件的输出以限制在传感器操作期间产生的热量，所述输出包括加热器电流和加热器电压中的一个。
8.根据权利要求1所述的方法，其还包括在将所述氧传感器的操作温度从所述第一温度降低到所述第二温度之后，将所述传感器以斜升速率从所述较低的电压转变到所述较高的电压，所述斜升速率根据相对于所述第一温度的所述第二温度而被确定。
9.根据权利要求8所述的方法，其中随着所述第一温度和所述第二温度之间的差值减小，所述斜升速率减小。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧传感器的所述可变电压操作响应于对排气氧气浓度估计的请求。
11.根据权利要求1所述的方法，其还包括基于所述氧传感器在所述可变电压操作期间的泵浦电流的变化产生燃料醇含量的指示；以及基于所述指示调整包括汽缸加注燃料的发动机操作参数。
12.一种用于发动机的方法，其包括：
响应于当氧传感器处于第一温度和第一电压时接收的对氧传感器的可变电压操作的请求，
调整氧传感器元件的输出以将所述氧传感器降低到第二温度；以及
在所述降低之后，将所述氧传感器以某一斜升速率从所述第一电压斜升到高于所述第一电压的第二电压，根据所述第二温度调整所述斜升速率。
13.根据权利要求12所述的方法，其中调整所述第二温度以将所述第二电压限制为低于所述氧传感器的过电位区域中的阈值电压。
14.根据权利要求12所述的方法，其中随着所述第二温度接近所述第一温度，所述斜升速率减小。
15.根据权利要求12所述的方法，其中对所述氧传感器的可变电压操作的所述请求响应于对在所述发动机中燃烧的燃料的醇含量的估计，进气充气的环境湿度的估计，以及所述进气充气或排气的氧含量的估计中的一个或多个的请求。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述氧传感器是在进气节气门的下游耦接到进气通道的进气氧传感器，以及在排气催化剂的上游耦接到排气通道的排气氧传感器中的一个。
17.一种发动机系统，其包括：
发动机，其包括排气装置；
燃料喷射器，其用于将燃料递送到发动机汽缸；
氧传感器，其耦接到所述排气装置，所述氧传感器包括加热器、泵电池和能斯特电池；以及
控制器，其具有存储在非临时存储器上的计算机可读指令，用于：
在所述泵电池的两侧施加第一较低的电压；
在所述施加之后，调整所述加热器的温度设置以降低所述泵电池和所述能斯特电池中每一个的温度；
在所述调整之后，将泵电池电压从所述第一电压增加到第二电压；
基于在相对于所述第一电压的所述第二电压下的所述泵电池的电流的变化，估计排气的氧含量；以及
响应于估计的所述氧含量，调整发动机加注燃料；
所述控制器包括另外的指令，用于：
当所述第二电压较高时，将所述泵电池电压以较高的斜升速率从所述第一电压增加到所述第二电压，并且当第二电压较低时，将所述泵电池电压以较低的斜升速率从所述第一电压增加到所述第二电压。
18.根据权利要求17所述的系统，其还包括用于估计环境温度的温度传感器，其中所述控制器包括另外的指令，用于：
基于所述环境温度，降低所述泵电池和所述能斯特电池中每一个的所述温度，随着所述环境温度增加，所述加热器的所述温度设置被调整到所述泵电池和所述能斯特电池中每一个的较高温度。
CN201710536384.2A 2016-07-05 2017-07-04 用于氧传感器的方法和系统 Active CN107575290B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/202,396 2016-07-05
US15/202,396 US9856799B1 (en) 2016-07-05 2016-07-05 Methods and systems for an oxygen sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107575290A CN107575290A (zh) 2018-01-12
CN107575290B true CN107575290B (zh) 2022-02-25

Family

ID=60676627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710536384.2A Active CN107575290B (zh) 2016-07-05 2017-07-04 用于氧传感器的方法和系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9856799B1 (zh)
CN (1) CN107575290B (zh)
DE (1) DE102017114710A1 (zh)
RU (1) RU2017123374A (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10078033B2 (en) * 2016-01-20 2018-09-18 Ford Global Technologies, Llc Oxygen sensor element blackening detection
US10267243B2 (en) * 2016-12-19 2019-04-23 Ford Global Technologies, Llc Method and system for pulsed engine water injection
DE102018208317A1 (de) * 2018-05-25 2019-11-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Diagnose von Abgassensoren
US10975746B1 (en) * 2019-12-12 2021-04-13 GM Global Technology Operations LLC Varying closed loop gain control to constrain ramp rate of oxygen sensors in exhaust systems
DE102020214036A1 (de) * 2020-11-09 2022-05-12 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betreiben einer Lambdasonde

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5833836A (en) * 1995-12-18 1998-11-10 Denso Corporation Method and device for measuring oxygen concentration
EP2278316A1 (en) * 2009-07-17 2011-01-26 NGK Insulators, Ltd. Ammonia concentration detection sensor

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0672867B2 (ja) 1986-03-19 1994-09-14 本田技研工業株式会社 酸素濃度検出装置
US4860712A (en) * 1987-07-01 1989-08-29 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Method of controlling an oxygen concentration sensor
JP3056365B2 (ja) * 1993-12-28 2000-06-26 三菱電機株式会社 酸素濃度センサの制御装置
JP2005042637A (ja) * 2003-07-23 2005-02-17 Hitachi Unisia Automotive Ltd 排気センサのヒータ制御装置
JP3855979B2 (ja) * 2003-08-04 2006-12-13 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気ガスセンサの制御装置
JP4270286B2 (ja) * 2007-02-07 2009-05-27 トヨタ自動車株式会社 ガスセンサ用の制御装置
JP5062755B2 (ja) * 2007-05-07 2012-10-31 日本特殊陶業株式会社 センサ制御装置
JP5140005B2 (ja) * 2009-01-07 2013-02-06 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサ制御装置及びガスセンサ制御方法
JP5134065B2 (ja) * 2009-12-22 2013-01-30 日本特殊陶業株式会社 センサ制御装置
US9874549B2 (en) 2014-10-17 2018-01-23 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for operating a variable voltage oxygen sensor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5833836A (en) * 1995-12-18 1998-11-10 Denso Corporation Method and device for measuring oxygen concentration
EP2278316A1 (en) * 2009-07-17 2011-01-26 NGK Insulators, Ltd. Ammonia concentration detection sensor

Also Published As

Publication number Publication date
US9856799B1 (en) 2018-01-02
US20180010530A1 (en) 2018-01-11
DE102017114710A1 (de) 2018-01-11
RU2017123374A (ru) 2019-01-09
CN107575290A (zh) 2018-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107575290B (zh) 用于氧传感器的方法和系统
US8296042B2 (en) Humidity detection via an exhaust gas sensor
US10422292B2 (en) Methods and systems for an exhaust oxygen sensor operation
US8763594B2 (en) Humidity and fuel alcohol content estimation
US9109523B2 (en) Methods and systems for humidity and PCV flow detection via an exhaust gas sensor
CN104775924B (zh) 经由氧传感器确定燃料乙醇含量的方法和系统
CN105526019B (zh) 操作可变电压氧传感器的方法和系统
US9410467B2 (en) Methods and systems for humidity detection via an exhaust gas sensor
US10539482B2 (en) Oxygen sensor element blackening detection
US20160245193A1 (en) Methods and system for fuel ethanol content estimation and engine control
US9376968B2 (en) Methods and systems for fuel ethanol content determination via an oxygen sensor
JP4577160B2 (ja) 排気ガスセンサの故障検出装置
CN105909408B (zh) 经由氧传感器进行湿度确定的方法和系统
CN108571362B (zh) 检测由于密封剂放气所引起的氧传感器劣化的方法和系统
CN106545410B (zh) 启动湿度测量的方法
US8168060B2 (en) System and method for improving accuracy of a gas sensor
CN105909398B (zh) 用可变电压氧传感器估计空燃比的方法和系统
CN107061025B (zh) 利用可变电压氧传感器估计空燃比的方法和系统
US20170167420A1 (en) Methods and systems for estimating exhaust pressure with a variable voltage oxygen sensor
CN108060985B (zh) 用于基于传感器处的水接触操作排气氧传感器的方法和系统
US9926872B2 (en) Methods and systems for estimating ambient pressure using an oxygen sensor
CN105298661B (zh) 经由氧传感器的燃料乙醇含量确定的方法和系统
CN115199425A (zh) 氧传感器自适应阻抗控制

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant