CN107965393A - 用于经由排气氧传感器的排气再循环估计的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于经由排气氧传感器的排气再循环估计的方法和系统，提供了通过在可变电压(VV)模式下操作排气氧传感器而估计从发动机系统的排气通道进入进气通道中的排气再循环(EGR)的量的方法和系统。在一个示例中，方法包括在排气氧传感器的参考电压从较低的第一电压调整到较高的第二电压的VV模式下的排气氧传感器的操作期间，基于EGR量调整发动机操作，所述EGR量基于排气氧传感器的输出和基于第二电压的学习的校正因数而被估计。以这种方式，排气氧传感器可以用于校正由于变化的燃料成分和环境湿度所导致的变化，并且还用于估计在系统中再循环的EGR量，从而增强发动机燃料加注和EGR控制。

Description

用于经由排气氧传感器的排气再循环估计的方法和系统
技术领域
本申请一般涉及基于耦接到内燃发动机的排气系统的排气传感器的输出的排气再循环控制。
背景技术
发动机系统可以利用排气从发动机排气系统到发动机进气系统(进气通道)的再循环(一种被称为排气再循环(EGR)的过程)以减少所调节的排放并增强燃料经济性。具体地，再循环的EGR量影响NOX排放和燃料经济性。增加的排气再循环可以导致部分燃烧和熄火，因此导致增加的排放、降低的车辆的可驱动性和增加的燃料消耗。各种传感器可以耦接在发动机系统中以估计输送到发动机的EGR的量。这些可以包括例如耦接到发动机进气歧管和/或排气歧管的各种温度传感器、压力传感器、氧传感器和湿度传感器。
用于测量EGR的一个示例方法由Kotwicki等人在US 6,321,732中示出。其中，EGR系统包括安装在固定孔口上方的压力传感器，其中压力传感器用于测量横跨该孔口的压力(例如，差值压力)的变化。被称为差值压力传感器的压力传感器用于测量横跨孔口的压力差，所述压力差继而用于测量EGR并因此控制发动机系统中的排气流。然而，差值压力传感器是充满噪声的，进而引起可能导致前述问题的不精确的EGR测量。另外，这些传感器安装在发动机系统中以用于测量EGR的唯一目的，从而发动机系统中包括此类传感器可增加制造成本。
用于测量EGR的另一种示例方法由Matsubara等人在US 6,742,379中示出。其中，该EGR系统包括进气成分传感器，如氧传感器，其可以在非EGR状况期间用以确定新鲜进气空气的氧含量。在EGR状况期间，传感器可以用于基于由于添加EGR作为稀释剂引起的氧浓度变化而推断EGR。
然而，本发明人已经认识到关于此类方法的潜在问题。一个或多个其他发动机操作参数还受当存在富或稀(相对于化学计量比)EGR时由进气氧传感器做出的EGR错误表示的影响。例如，当存在稀EGR时，尽管传感器测量到较低的(绝对的)EGR量，但是传感器输出正确地反映了已燃气体分数。因此，基于所调整的校准系数对火花正时、节气门位置和/或燃料喷射的任何调整可能是不正确的。作为另一个示例，当存在富EGR时，传感器不提供对EGR中具有多少过量燃料的精确估计。这样，如果过量燃料不适当地占据汽缸燃料喷射，则所喷射的燃料将高于期望。这可以使发动机的开环燃料加注比期望的更富。在闭环燃料控制中，自适应燃料可以适应EGR中的过量燃料，但是自适应校正将被归因于燃料系统错误。如果校正高于阈值，那么这可以错误地触发燃料系统错误。由于燃料喷射正时和在进气氧传感器处的燃料感测之间的延迟，问题可以加剧。因此，发动机燃料加注和EGR控制可以被破坏。
发明内容
在一个示例中，部分上述问题可以通过一种方法解决，所述方法包括在排气氧传感器的参考电压被从较低的第一电压调整到较高的第二电压的可变电压(VV)模式下的排气氧传感器的操作期间，基于排气再循环(EGR)量调整发动机操作，所述排气再循环量是基于排气氧传感器的输出和基于第二电压的学习的(learned)校正因数估计的。以这种方式，排气氧传感器可以用于EGR估计和相应地补偿的发动机燃料加注。
作为示例，排气氧传感器可以在参考模式下操作，在参考模式中，传感器在较低电压下操作，并且排气氧传感器的输出可以用于控制空燃比(AFR)。然而，在选择的状况下，排气氧传感器可以从参考模式转换到可变电压(VV)模式，在可变电压模式下，传感器在较高电压下操作和/或在较低电压和较高电压之间调制。在一些示例中，较高电压是在该电压下水分子在排气氧传感器处部分地或完全地解离的电压，而较低电压是在该电压下水分子在该传感器处未被解离的电压。因此，所选择的状况可以包括诸如减速燃料关闭(DFSO)等发动机非燃料加注状况和诸如发动机怠速等发动机稳态状况。在此类状况期间，排气氧传感器可以产生输出，该输出可以用于根据燃料乙醇含量和环境湿度估计排气水浓度。具体地，可以通过在DFSO期间在VV模式下操作排气氧传感器而估计环境湿度，并且可以当无EGR时在发动机怠速状况期间估计燃料乙醇含量。因此，环境湿度和燃料乙醇含量可以被称为校正因数，并且当EGR被禁用时还可以用于估计排气中的水量。
因此，在发动机怠速状况期间，EGR可以从排气通道再循环到进气通道，并且排气传感器可以在VV模式下操作以估计排气中的总水浓度。这样，总水浓度可以包括与例如针对给定燃料成分的再循环的EGR量直接相关的额外水量。因此，通过从总水浓度减去校正因数，可以估计再循环的EGR量。
以这种方式，排气氧传感器可以用于校正由于变化的燃料成分和环境湿度导致的变化，并且还用于估计在系统中再循环的EGR量。通过适当地校正传感器输出以补偿燃料成分和环境湿度的影响，可以通过传感器提供更精确的EGR估计，从而改进发动机燃料加注和EGR控制。通过扩展排气氧传感器在VV模式下的功能性(其可以用于在参考模式下的AFR估计)，相同的传感器可以用于估计所有的燃料乙醇含量、环境湿度和排气中的水浓度，从而消除对用于测量这些因数中的每个因数的额外传感器的需要，并且因此降低了制造成本。可以理解的是，传感器不可以在VV模式下连续地操作，而是在所选择的状况期间估计校正和水位之后返回到参考模式。因此，排气氧传感器的完整性可以通过降低例如传感器劣化来维持。
应该理解的是，提供上述发明内容是用于以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。本发明内容并不旨在确认所要求保护的主题的关键或必要特征，所述主题的范围由所附权利要求书唯一地限定。此外，所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出的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出包括排气系统和排气氧传感器的发动机的示意图。
图2示出示意图，其说明了排气氧传感器的参考模式和可变电压(VV)模式操作。
图3示出流程图，其说明了用于基于在VV模式下的排气氧传感器的输出并且进一步基于学习的校正因数估计排气再循环(EGR)的量的示例方法，学习的校正因数包括燃料乙醇含量校正和环境湿度校正。
图4示出流程图，其说明了用于使用在VV模式下的排气氧传感器估计干燥空气泵送电流的示例方法。
图5-6示出流程图，其说明了用于使用在VV模式下操作的排气氧传感器并且进一步基于估计的干燥空气泵送电流估计环境湿度的示例方法。
图7示出流程图，其说明了用于使用在VV模式下操作的排气氧传感器精确地估计燃料乙醇含量的量的示例方法。
具体实施方式
以下描述涉及用于基于来自排气传感器的输出(如图1-2中所示的氧传感器(在本文被称为排气氧传感器))的输出确定排气再循环(EGR)的量的系统和方法。发动机控制器可以经配置执行控制例程(如图3的示例方法)以确定是否到EGR估计的时间，并相应地将传感器从非可变电压模式转换为可变电压(VV)模式。因此，传感器可以在非VV模式下正常地操作以估计空燃比(AFR)，并且仅当可以在VV模式下操作传感器并且仅在所选择的工况(例如，发动机非燃料加注状况、稳态状况等)下时，传感器才转换为VV模式。另外，控制器可以基于在所选择的工况期间的传感器的输出而估计校正因数。具体地，校正因数可以包括通过在发动机非燃料加注状况(图5-6)期间在VV模式下操作排气氧传感器而估计的环境湿度校正。其中，排气氧传感器可以在VV模式下操作以确定干燥空气泵送电流(图4)，并且控制器可以基于干燥空气泵送电流(图5-6)估计环境湿度。校正因数可以另外地包括燃料乙醇含量校正，该燃料乙醇含量校正通过在如图7中所示的发动机稳态状况期间在VV模式下操作排气氧传感器而被估计。总之，当无EGR再循环时，环境湿度和燃料乙醇含量可以用于确定排气水浓度。控制器可以在发动机稳态状况期间流动EGR的同时在VV模式下操作传感器，并基于传感器的输出估计排气中的总水浓度。控制器然后可通过将环境湿度和燃料乙醇含量校正从总水浓度中减去，来确定当EGR启用时系统中的额外水量。因此，此额外的水与再循环的EGR量成正比。以这种方式，可以确定系统中的EGR量的精确测量，从而增强EGR控制。
现在参照图1，图1示出了多汽缸发动机10的一个汽缸的示意图，所述多汽缸发动机可包括在汽车的推进系统中。发动机10可以至少部分地通过包括控制器12的控制系统并通过经由输入装置130的来自车辆操作员132的输入控制。在此示例中，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(即汽缸)30可以包括具有活塞36位于其中的燃烧室壁32。活塞36可以耦接到曲轴40，使得活塞的再循环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。此外，起动机马达可以经由飞轮耦接到曲轴40以启动发动机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排放燃烧气体。进气歧管44和排气通道48可以经由相应进气门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。
在此示例中，进气门52和排气门54可以经由相应凸轮致动系统51和53通过凸轮致动控制。凸轮致动系统51和53可以各自包括一个或多个凸轮，并且可以利用可由控制器12操作以改变气门操作的凸轮廓线切换(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的位置可以分别通过位置传感器55和57确定。在可替换的实施例中，进气门52和/或排气门54可以通过电动阀致动控制。例如，汽缸30可以可替换地包括经由电动阀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用于向其提供燃料的一个或多个燃料喷射器。作为非限制性示例，汽缸30被示出为包括一个燃料喷射器66。燃料喷射器66被示出为直接耦接到汽缸30以用于直接在汽缸30中喷射燃料，所喷射的燃料与经由电子驱动器68从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例。以这种方式，燃料喷射器66提供燃料到燃烧室30中的所谓的直接喷射(在下文中也被称为“DI”)。
应当理解，在可替换的实施例中，喷射器66可以是将燃料提供到汽缸30上游的进气道中的进气道喷射器。还将理解，汽缸30可以从多个喷射器(如多个进气道喷射器、多个直接喷射器或它们的组合)接收燃料。
燃料系统172中的燃料箱可以保持具有不同的燃料质量(如不同的燃料成分)的燃料。这些差异可以包括不同的醇类含量、不同的辛烷、不同的蒸发热、不同的燃料混合物和/或它们的组合等。发动机可以使用包含诸如E85(其约为85％乙醇和15％汽油)或M85(其约为85％甲醇和15％汽油)等燃料混合物的乙醇。可替换地，发动机可以用储存在燃料箱中的汽油与乙醇的其它比率(包括100％汽油和100％乙醇)以及在其间的可变比率进行操作，这取决于由操作员提供给燃料箱的燃料的乙醇含量。此外，燃料箱的燃料特性可以频繁地改变。在一个示例中，驾驶员可在一天用E85再加注燃料箱，接着用E10并且接着用E50再加注燃料箱。因此，基于在再加注时保持在燃料箱中的燃料的液位和成分，燃料箱成分可以动态地改变。
燃料箱再加注的逐日变化可以因此导致燃料系统172中的燃料的频繁改变的燃料成分，从而影响由喷射器66输送的燃料成分和/或燃料质量。由喷射器66喷射的不同燃料成分可以在本文称为燃料类型。在一个示例中，不同的燃料成分可以通过它们的研究辛烷值(RON)评级、醇类百分比、乙醇百分比等定性地描述。
应当理解，虽然在一个实施例中，可以经由直接喷射器喷射可变的燃料混合物来操作发动机，但在可替换的实施例中，可以通过使用两个喷射器并改变来自每个喷射器的相对喷射量来操作发动机。还应当理解，当用来自诸如涡轮增压器或机械增压器(未示出)等升压装置的升压操作发动机时，随着可变燃料混合物的醇类含量增大，升压极限可以被增大。在一个实施例中，耦接到排气通道48的排气传感器126可以在可变电压(VV)模式(图2)下操作，以估计被喷射到发动机的燃料中的醇类含量(例如，如图7中所示的燃料乙醇含量估计)。
继续参考图1，进气通道42可以包括具有节气门板64的节气门62。在此特定的示例中，节气门板64的位置可以通过控制器12经由提供给包括节气门62的电动马达或致动器的信号来改变，即通常被称为电子节气门控制(ETC)的配置。以这种方式，节气门62可以操作以改变提供给燃烧室30以及其他发动机汽缸的进气。节气门板64的位置可以通过节气门位置信号TP提供给控制器12。进气通道42可以包括用于提供相应信号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。在一个实施例中，进气通道42可以另外地包括用于测量环境湿度的湿度传感器121。在另一个实施例中，湿度传感器121可以另外地或可替换地放置在排气通道48中。在另一个实施例中，排气传感器126可以在VV模式下操作以估计如图5-6中所示的环境湿度。
点火系统88可以在所选择的操作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提供点火火花给燃烧室30。虽然示出火花点火组件，但是在一些实施例中，发动机10的燃烧室30或一个或多个其他燃烧室可以用点火火花或不用点火火花在压缩点火模式下操作。
排气传感器126(例如，排气氧传感器)被示出为在排放控制装置70的上游耦接到排气通道48。在下文中，排气传感器126可以互换地称为排气氧传感器或排气传感器或传感器。排气传感器126可以是用于提供排气空燃比(AFR)的指示的任何合适传感器，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(加热型EGO)、NOX、HC或CO传感器。
排放控制装置70被示出为在排气传感器126的下游沿排气通道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它们的组合。在一些实施例中，在发动机10的操作期间，排放控制装置70可以通过在特定空燃比内操作发动机的至少一个汽缸而被周期性地重新设置。
此外，在公开的实施例中，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传送到进气通道44。提供给进气通道44的EGR量可以通过控制器12经由EGR阀142改变。此外，EGR传感器144可以布置在EGR通道内，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。在一些状况下，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。此外，在一些状况期间，燃烧气体的一部分可以通过控制排气门正时(如通过控制可变气门正时机制)被保持或捕获在燃烧室中。因此，用于估计EGR的附加传感器的使用可以被添加到发动机系统的制造成本。
本发明人已经认识到可以在各种发动机工况下在可变电压(VV)模式下操作排气传感器126，以确定从排气通道再循环到进气通道中的EGR量。在本文中，通常在非可变电压模式(也被称为参考模式)下操作以用于测量空燃比的排气传感器126可以在VV模式下使用以估计EGR量。在非VV模式下，传感器在较低电压下操作，并且在非VV模式下的传感器的输出可以用于估计AFR，并且在VV模式下，传感器在较低电压和较高电压之间操作(例如，在较低电压和较高电压之间调制和/或从较低电压转换至较高电压)(如下面参照图2进一步描述)。这样，在VV模式下的传感器的输出可以用于如参照图3-7详细解释地估计环境湿度、燃料乙醇含量和排气中的总水浓度中的一个或多个。以这种方式，通过考虑燃料乙醇含量和环境湿度，可以确定再循环的EGR量的精确估计。因此，EGR控制可以被增强，燃料经济性可以被提高，并且NOX排放可以被减少。
控制器12在图1中被示出为微型计算机，包括微处理器单元102、输入/输出端口104、在此特定示例中被示出为只读存储器芯片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、保活存储器110和数据总线。控制器12可以从耦接到发动机10的传感器接收各种信号，除了前面讨论的那些信号之外，还包括：来自质量空气流量传感器120的吸入的质量空气流量(MAF)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(或其他类型传感器)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)；和来自传感器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产生。控制器12从前述传感器接收信号，并采用图1的各种致动器以基于存储在控制器的存储器上的接收的信号和指令调整发动机操作。
作为一个示例，控制器可以继续以较低电压在非VV模式下操作排气传感器126，以测量空燃比(AFR)的富度和稀度，并且相应地调整到汽缸的燃料喷射，以维持化学计量操作。作为另一示例，在选择的发动机工况(如发动机非燃料加注状况和稳态状况)期间，控制器可以通过将传感器的操作电压从较低电压增大到较高电压来将排气氧传感器从非VV模式转换至VV模式。通过在较高电压下操作传感器(和/或在较低电压和较高电压之间调制传感器)，控制器可以在选择的发动机工况期间监控传感器的输出。基于该输出，控制器还可以在选择的发动机工况期间基于传感器的输出而估计燃料乙醇含量、环境湿度和排气中的总水含量中的每个(图3-7)。
例如，在减速燃料关闭(DFSO)期间，控制器可以将传感器从非VV模式转换到VV模式以估计环境湿度，并且然后一旦估计完成便将传感器返回到非VV模式。估计的环境湿度可以存储在存储器中并且可以稍后被检索以用于EGR的估计。作为另一示例，在发动机怠速状况期间，控制器可以致动EGR阀(如图1的EGR阀142)以关闭EGR阀，以便停止从排气通道到进气通道中的EGR流。此外，控制器可以以较高电压在VV模式下操作排气氧传感器，以确定燃料乙醇含量。一旦估计完成，控制器可以通过在较低电压下操作传感器将燃料乙醇含量值存储在存储器中并且可以将传感器返回到非VV操作模式，并且通过在非VV模式下的操作继续估计AFR。因此，环境湿度和燃料乙醇含量可以是可用于估计EGR量的校正因数。在发动机怠速状况期间，当到EGR估计的时间时，控制器可以致动EGR阀以打开EGR阀，从而将EGR从排气通道再循环到进气通道，并且另外在VV模式下操作排气氧传感器以确定排气中的总水含量。控制器可以从排气中的总水含量减去校正因数(例如，由于环境湿度和燃料乙醇含量产生的贡献)，从而估计从排气通道再循环到进气通道的EGR量。以这种方式，控制器可以通过在选择的发动机工况期间在VV模式下选择性地操作排气氧传感器而确定EGR量。
存储介质只读存储器106可以用计算机可读数据编程，所述计算机可读数据表示由处理器102可执行以用于执行下面描述的方法以及预期的但未具体列出的其他变体的指令。
如上所述，图1仅示出多汽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一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
接着，图2示出经配置测量排气流中的氧(O2)的浓度的UEGO传感器200的示例性实施例的示意图。传感器200可以作为例如图1的排气传感器126操作。传感器200包括布置在堆叠配置中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。合适的固体电解质的示例包括但不限于基于氧化锆的材料。此外，在一些实施例中，加热器207可以与所述层热连通地设置，以增大各层的离子传导性。虽然所示的UEGO传感器由五个陶瓷层形成，但是应当理解，UEGO传感器可以包括其他合适数量的陶瓷层。
层202包括产生扩散路径210的一种材料或多种材料。扩散路径210经配置经由扩散将排气引入第一内部腔体222中。扩散路径210可以经配置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))以比能够通过泵送电极对212和214泵入或泵出的分析物更为限制性的速率扩散到内部腔体222中。以这种方式，O2的化学计量水平可以在第一内部腔体222中获得。
传感器200还包括通过层203与第一内部腔体222分离的在层204内的第二内部腔体224。第二内部腔体224经配置维持等同于化学计量比状况的恒定氧部分压力，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比时排气具有的氧水平。第二内部腔体224中的氧浓度通过泵送电压Vcp保持恒定。在此，第二内部腔体224可以被称为参考单元(cell)。
一对感测电极216和218被设置成与第一内部腔体222和参考单元224连通。感测电极对216和218检测浓度梯度，该浓度梯度可由于高于或低于化学计量水平的排气中的氧浓度而在第一内部腔体222和参考单元224之间产生。高氧浓度可以由稀排气混合物引起，而低氧浓度可以由富混合物引起。
一对泵送电极212和214被设置成与内部腔体222连通，并经配置经过层201从内部腔体222电化学地泵送选择的气体成分(例如，O2)并从传感器200泵出。可替换地，该对泵送电极212和214可以经配置经过层201电化学地泵送选择的气体并泵送到内部腔体222中。在此，泵送电极对212和214可以被称为O2泵送单元。
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可以至少部分地由催化分子氧的分解的材料制成。此类材料的示例包括但不限于包含铂和/或银的电极。
从内部腔体222电化学地将氧泵出或将氧电化学地泵送到内部腔体222中的过程包括横跨泵送电极对212和214施加电压Vp(例如，参考电压)。施加到O2的泵送单元的泵送电压Vp泵送氧到第一内部腔体222中或者从第一内部腔体222泵出氧，以便维持腔体泵送单元中的氧的化学计量水平。所得的泵送电流Ip与排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体222内的化学计量水平所需的施加的泵送电压Vp的强度，产生泵送电流信号Ip。因此，稀混合物将使氧从内部腔体222泵出，并且富混合物将使氧泵送到内部腔体222中。
应该理解的是，本文所述的UEGO传感器仅是UEGO传感器的示例实施例，并且UEGO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。图2的氧传感器可以是可变电压氧传感器，其经配置在水分子未分解时的第一较低电压(例如，参考电压)下操作并在水分子完全分解时的第二较高电压(例如，参考电压)下操作。如此，第二电压高于第一电压。因此，排气氧传感器可以在仅较低的第一参考电压(例如，约450mV)下操作为传统的氧传感器(例如，空气-燃料传感器)。此较低电压可以在本文称为基础参考电压。以所述另一种方式，UEGO可以作为空气-燃料传感器操作，以便确定排气空气-燃料比。
如下面详细阐述的，图2的UEGO传感器可以有利地用于估计发动机中燃烧的燃料中的醇类量以及环境湿度和EGR。在所选择的发动机工况下，传感器可以在VV模式下操作，其中传感器在第二较高电压下操作，和/或在第一较低电压和第二较高电压之间调制。响应于在第一电压和第二电压之间调制排气氧传感器的电压，可以产生第一泵送电流和第二泵送电流。第一泵送电流可以指示样本气体中的氧量，而第二泵送电流可以指示样本气体中氧量加上样本气体中的水分子中包含的氧量。第一泵送电流和第二泵送电流可以基于AFR校正、压力校正和/或环境湿度校正进行校正，并且所校正的电流可以然后用于估计如图7中所示的燃料乙醇含量。
传感器可以在VV模式下操作以确定环境湿度。如此，环境湿度(例如，车辆周围的新鲜空气的绝对湿度)可以基于第一泵送电流和第二泵送电流(或校正第一泵送电流和第二泵送电流)确定。例如，可以从第二泵送电流减去第一泵送电流以获得泵送电流变化，所述泵送电流变化指示来自样本气体中的分解的水分子的氧量(例如，水量)。该值可以与环境湿度成比例。
排气氧传感器可以在VV模式下操作以估计排气中的总水浓度。在示例性实施例中，排气中的总水浓度可以基于平衡和重新布置下面所示的基本燃烧等式(1)进行估计：
(1)(汽油+EtOH)+(空气+湿度)+EGR＝CO2+H2O+N2
其中(汽油+EtOH)表示燃料混合物，并且EGR表示从排气通道再循环到进气通道中的排气量。等式(1)的右侧表示诸如二氧化碳(CO2)、水(H2O)和氮气(N2)等燃烧产物。对于包括100％汽油、0％湿度和无EGR并另外地包括空气成分的发动机系统，等式(1)可以简化为如下面等式(2)所示：
(2)(汽油)+(aO2+bN2)＝CO2+H2O+N2
其中a和b是表示空气成分(a＝20.95％和b＝79.05％)的常数。等式(1)可以重新写为：
(3)C8H15+y[z(EGR)+(1-z)(aO2+bN2)]->8CO2+uH20+vN2
其中y表示化学计量比要求的空气量，z表示摩尔％湿度，u和v分别是排气H2O和排气N2的摩尔％。
等式(2)还可以分解为各化学成分并如下面等式(4)中所示平衡：
(4)C8H15+y(aO2+bN2)->8CO2+7.5H20+y*b N2
其中C8H15表示汽油，并且y表示化学计量比要求的空气量。因此，y*a＝16+7.5(例如，平衡等式(3)中的氧)，其中a＝0.2095。通过求解y，我们得到y＝112.17，并且在等式(3)中替代该值，我们得到如在等式(5)中所示的EGR：
(5)EGR＝8CO2+7.5H2O+112.12*b N2
当EGR被再循环时，燃烧等式可以写为如下所示：
(6)(C8H15)+y'(z(EGR)+(1-z)(aO2+bN2))→xCO2+uH2O+vN2
其中y’是化学计量比要求的总进气(例如，EGR+空气)的摩尔％，并且x表示EtOH的摩尔％。将EGR从等式(5)替代到等式(6)中，我们得到
(7)(C8H15)+y'(z((8)CO2+(7.5)H2O+(112.17b)N2)+(1-z)(aO2+bN2))→xCO2+uH2O+vN2
u、x、v和y’中每个的值可以通过平衡氢、碳、氮和氧而估计，如在等式(8)至(11)中所示：
(8)u＝7.5+(7.5)*y’*z
(9)x＝8+8*y’*z
(10)v＝(112.017)*b*y’*z+y’*b–y’*b*z
(11)y’＝(2X+u)/(23.5z+(1-z)*2*a)
使用这些等式，以摩尔％为单位产生的最终或总的水通过等式(12)给出：
(12)其中u表示H2O的摩尔，并且(x+u+v)表示总摩尔。
以这种方式，排气中的总水含量可以通过在VV模式下操作传感器而被估计从而估计H2O的摩尔和总摩尔，其中总水浓度可以根据H2O的摩尔和总摩尔被估计。其中，总水含量可以包括来自环境湿度的水浓度、燃料乙醇含量和在系统中再循环的EGR的体积百分比。因此，再循环的EGR量可以通过将由于燃料乙醇含量和环境湿度引起的水含量从总水含量中减去而被估计。以这种方式，可以精确地估计在系统中再循环的EGR量。
图1-2的系统提供一种系统，所述系统包括：排气再循环(EGR)系统，所述排气再循环系统包括将排气通道与进气通道耦接的EGR通道，所述EGR通道包括EGR阀；排气氧传感器，其经配置在可变电压模式下操作，在所述可变电压模式下，排气氧传感器的参考电压被从第一较低电压调整到第二较高电压，并且排气氧传感器耦接到排气通道。另外地或可替换地，该系统包括控制器，所述控制器包括用于以下操作的计算机可读指令：在EGR阀关闭时在可变电压模式下操作排气氧传感器以产生第一输出，打开EGR阀以循环EGR并在可变电压模式下操作排气氧传感器以产生第二输出，以及基于所估计的EGR量调整发动机操作，所估计的EGR量基于第二输出和第一输出(如图3-7中所示)之间的差确定。另外地或可替换地，控制器可以包括用于在发动机怠速状况期间产生第一输出和第二输出中的每个的另外的指令。另外地或可替换地，控制器可以包括用于以下操作的另外的指令：在发动机非燃料加注状况期间在可变电压模式下操作排气氧传感器并产生排气氧传感器的第三输出，以及基于排气氧传感器的第三输出并进一步基于排气氧传感器的干燥空气泵送电流输出而估计环境湿度。另外地或可替换地，控制器可以包括用于以下操作的另外的指令：基于第二输出与第一输出和第三输出中每个之间的差估计发动机中流动的EGR量。另外地或可替换地，控制器可以包括用于以下操作的另外的指令：基于在当排气氧传感器在第一电压下操作时产生的第一泵送电流与当排气氧传感器在第二电压下操作时产生的排气氧传感器的第二泵送电流之间的比率，估计干燥空气泵送电流，如下面所示。
转到图3，方法300被示出为用于基于排气氧传感器的输出调整发动机操作。具体地，排气氧传感器可以在所选择的状况(例如，发动机非燃料加注状况和发动机稳态状况)下操作，以估计燃料乙醇含量和环境湿度中的每个。这些估计可以用作校正因数，并从排气中估计的总水量中减去，以确定从排气通道循环到进气通道的排气循环(EGR)量。因此，发动机操作可以基于EGR估计而调整。
如下面所示，控制器(如图1的控制器12)可以操作排气氧传感器(例如，经由发送一个或多个电控制信号至传感器)，以基于在具有EGR流动的情况下在VV模式下(在所述VV模式下，排气氧传感器的参考电压被从较低第一电压调整到较高第二电压)的操作期间的排气氧传感器的第一输出，和在无EGR流动的情况下在VV模式下的操作期间的排气氧传感器的第二输出，确定在发动机中流动的排气再循环(EGR)量。控制器可以另外基于确定的EGR量调整发动机操作。例如，控制器可以致动EGR阀以打开该阀从而允许EGR从排气通道流入进气通道中。当EGR正在流动时，控制器可以在VV模式下操作排气氧传感器并监控该传感器的第一输出。然后，控制器可以关闭EGR阀以停止EGR从排气通道流入进气通道中。另外，控制器可以在VV模式下操作传感器并监控传感器的第二输出。此外，控制器可以基于在稳态发动机工况(例如，发动机怠速)期间的排气氧传感器的第二输出估计燃料乙醇含量，并且基于估计的燃料乙醇含量推断发动机排气中的第一水浓度。此外，控制器可以基于在发动机非燃料加注状况(例如，DFSO)期间在VV模式下操作时的排气氧传感器的第三输出，并进一步基于估计的排气氧传感器的干燥空气泵送电流输出，而估计环境湿度。此外，控制器可以基于估计的环境湿度估计排气中的第二水浓度。最后，控制器可以通过从排气中的总水浓度减去第一水浓度和第二水浓度中的每个，从而确定在发动机中流动的EGR量，所述总水浓度如下所示基于排气氧传感器的第一输出确定。
如上所述，排气氧传感器(如图1中所示的排气传感器126和图2中所示的传感器200)可以是在较低的基础电压下可操作并在较高的目标电压下可操作的可变电压(VV)传感器。因此，排气氧传感器可以作为传统的空气-燃料传感器操作，其中传感器的参考电压维持在较低的基础电压(例如，约450mV)，在所述较低的基础电压下，水和二氧化碳分子未在传感器处分解(在本文称为非VV操作)。然后，在所选择的状况下，排气氧传感器的参考电压可以从较低的基础电压(例如，第一电压)增大到较高的目标电压(例如，第二电压)，在所述较高的目标电压下，水分子和/或二氧化碳分子被分解。在一个示例中，第二电压可以在约900mV至1100mV的范围中。因此，燃料乙醇含量、环境湿度和总水浓度中的每个可以如下所述在选择的状况下基于在VV模式下的传感器的输出而被估计。
用于实施本文包括的方法300和其余方法400、500、600和700的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器(如参照图1和图2在上面描述的传感器)接收的信号来执行。控制器可以采用发动机系统的发动机致动器以根据下面所述的方法调整发动机操作。
方法300通过估计和/或测量发动机工况而在302处开始。发动机工况可以包括发动机转速和/或负荷、发动机温度、排气空燃比、环境湿度、环境温度、质量空气流速、排气再循环(EGR)流量等等。在304处，该方法包括确定是否到了EGR估计的时间。在一个示例中，如果阈值时间自之前的EGR估计起已经消逝，则控制器可以确定到了EGR估计的时间。在另一个示例中，如果最近已经发生了再加注燃料事件或者如果燃料成分在再加注燃料期间改变，则控制器可以确定到了EGR估计的时间。通常，当需要全部功率时(例如，在瞬态发动机工况期间)，关闭EGR，并且一旦实现稳态，便打开EGR。在一个示例中，如果发动机在瞬态下保持阈值时间之后返回到稳态，则控制器可以确定到了EGR估计的时间。在另一个示例中，如果NOX排放达到阈值水平，则控制器可以确定到了EGR估计的时间。在一些示例中，EGR可以在诸如巡航(例如，低至中等车辆速度)等部分负荷状况下并在高负荷状况下(如在拖车牵引期间)被再循环。在此类工况期间，控制器可以确定到了EGR估计的时间。在一些其他示例中，再循环的EGR量和EGR的流速可以基于某些发动机或发动机工况而调整。当在此类状况下操作时，控制器可以确定到了EGR估计的时间。作为一个示例，当发动机温度低于阈值温度(例如，发动机冷起动)时，EGR可以停止或不再循环。作为另一个示例，EGR流速可以基于湿度而被调整。作为另一个示例，EGR可以在当水可以在CAC中冷凝时的状况下受限制。典型地，EGR可以在0.2至0.8的负荷下流动。在一些系统中，EGR可以在非常高的负荷状况下流动以缓和过热的排气组件。因此，当任何前述状况发生时，控制器均可以确定到了EGR估计的时间。
如果未到EGR估计的时间(例如，在304处“否”)，则方法300继续到306，其中控制器继续在非VV模式(或参考模式)下操作排气氧传感器。如前面所述，排气氧传感器可以在较低电压下操作，并且排气氧传感器的输出可以用于控制AFR。然而，如果到了EGR估计的时间(例如，在304处“是”)，则方法前进到308，其中控制器确定排气氧传感器是否能够在可变电压(VV)模式下操作。例如，在当排气氧传感器正用于空气燃料(A/F)控制时的一些状况下，传感器可能无法在VV模式下操作。在此类情况下，A/F控制可以优先于EGR估计。然而，EGR估计优先于A/F控制是可能的。在下面讨论EGR估计可以优先于A/F的一些示例情况。
在发动机非燃料加注状况和稳态状况期间，传感器可以在VV模式下操作，以基于排气中估计的水含量确定环境湿度、燃料乙醇浓度和在系统中再循环的EGR量。因此，EGR可以通过EGR阀的致动和与进气中的校准的EGR测量传感器(IAO2、差值压力传感器等)比较而被控制。这样，所有变量(环境湿度、燃料乙醇百分比和EGR)将是已知的。因此，维持UEGO的VV操作将是可能的并且仍能够保持A/F比率控制。由于许多原因，这可以是有利的。例如，一个原因是UEGO不必从低电压转换到高电压。这样，这可以帮助节省低电压测量和高电压测量之间的过渡时间。此外，这可以减少电压过冲，所述电压过冲将使排气氧传感器以其他方式劣化(例如，使排气氧传感器变黑)。此外，恒定的高电压测量允许影响排气水浓度的所有变量的连续测量。例如，由于是对排气水浓度作出贡献的变量之一，因此可以在这种情况下连续地测量乙醇百分比。因此，排气氧传感器能够替换嵌入的(in-line)乙醇燃料传感器。
EGR测量可以优先于A/F比率测量的另一种示例情况是如果确定EGR提升阀需要重新校准(即通过各种提升阀角度运行大范围EGR浓度，并使用VV测量在排气氧处产生的EGR，并且然后将校准数据存储在控制器的存储器中存储的表格中)。
另一种示例情况包括如果诸如差值压力传感器等EGR测量传感器需要被重新校准并确定排气氧传感器将提供更精确的EGR测量以校准EGR测量传感器。用于此情况的进入状况(除了确定EGR阀或传感器需要重新校准的状况以外)是车辆的AFR处于稳态，使得车辆可以维持该AFR，同时排气氧传感器进入开环以校准EGR阀或传感器。
如上所述，VV模式包括将氧传感器的参考电压(在本文还称为泵送电压)从较低的基础电压(例如，约450mV)调整到较高的目标电压，在所述较高的目标电压下，水分子在传感器处分解。在一些示例中，在VV模式下操作可以包括在基础电压(例如，第一电压)和目标电压(例如，第二电压)之间连续地调制参考电压。在一些示例中，在VV模式下并且具体在较高的第二电压下连续地操作氧传感器可使传感器随时间劣化。因此，减少传感器在VV模式下操作花费的时间量可以是有利的。在一个示例中，如果自之前的VV操作时间段起已经过去一定的持续时间，则传感器仅可以在VV模式下操作。在另一个示例中，如果在发动机使用的时间段内的VV模式操作的总持续时间低于上阈值水平，则传感器可以仅在VV模式下操作。在另一个示例中，传感器可以基于自之前的测量起的持续时间(例如，消逝的时间量)在VV模式下操作。如果自测量起已经过去总阈值时间，则传感器还可以关闭。在另一个实施例中，如果气体成分和第二电压在减少劣化的某些阈值范围内，则在较高的第二电压下连续地操作氧传感器可以不使传感器劣化。在此实施例中，如果传感器的气体成分和第二电压均维持在它们的阈值范围内，则传感器可以默认在VV模式下操作并且该方法可以继续到312。
在312处，方法300包括通过在VV模式下操作传感器确定干燥空气泵送电流(Ip)，如图4中所示。现在转向图4，其示出流程图，该流程图说明了用于使用氧传感器(如参照图2在上面描述的氧传感器200)确定干燥空气泵送电流或干燥空气氧读数的方法400。具体地，方法400基于在所选择的发动机工况期间施加到氧传感器的泵送单元(pumping cell)的不同电压(例如，参考电压)确定干燥空气泵送电流。产生的干燥空气泵送电流可以然后连同在另外的选择的工况期间的随后的氧传感器输出一起使用以估计环境湿度(图5-6)。
在方法400的410处，确定发动机工况。发动机工况可以包括但不限于例如空燃比、进入燃烧室的EGR量和燃料加注状况。
一旦确定了发动机工况，方法400继续到412，其中确定选择的工况是否得到满足。例如，选择的工况可以包括发动机非燃料加注状况。非燃料加注状况包括车辆减速状况和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正在操作的发动机工况；因此，空气正在流过汽缸中的一个或多个，但是燃料未喷射在汽缸中。在非燃料加注状况下，不实施燃烧，并且环境空气可以从进气口移动通过汽缸至排气口。以这种方式，诸如排气氧传感器等传感器可以接收环境空气，其中诸如环境湿度检测等测量可以基于该环境空气执行。
如所述，非燃料加注状况可以包括例如减速燃料关闭(DFSO)。DFSO响应于操作员踏板(例如，响应于驾驶员松加速器踏板和车辆在无操作员踏板应用的情况下减速大于阈值量或持续时间的情况)。DFSO状况可以在驱动循环期间重复地发生，并且因此环境湿度的许多指示可以贯穿驱动循环(如在每个DFSO事件期间)产生。因此，燃料类型可以基于排气中的水量被精确地识别，而不管在多个驱动循环之间或甚至在相同的驱动循环期间的湿度波动。
此外，在412处的选择的状况可以另外地包括遵循发动机起动或发动机操作的持续时间(例如，在若干行进里数之后，在发动机操作的持续时间之后，或在若干发动机循环之后)。例如，在412处的选择的状况可以包括遵循在发动机非燃料加注状况期间(例如，当如上所述禁用燃料加注时)的发动机起动(或在发动机操作的持续时间之后)。以这种方式，如在下面进一步描述的，当经过氧传感器的碳氢化合物的流动减少时，学习干燥空气氧读数(或干燥空气泵送电流)可以仅在每次发动机起动之后或在发动机操作的持续时间之后周期性地发生。以这种方式，可以在减少在VV模式下操作氧传感器的时间量的同时获得更精确的传感器读数。
继续图4，如果确定选择的工况未得到满足(例如，在412处“否”)，则方法400继续到413以继续当前氧传感器操作(在当前泵送电压下，如在基础或较低的第一参考电压下)并基于之前确定的干燥空气泵送电流(例如，干燥空气氧读数)确定环境湿度。例如，在确定干燥空气氧读数的方法400的每次执行之后，产生的干燥空气氧读数(例如，泵送电流)值可以存储在控制器的存储器中。然后，例如在环境湿度估计期间，最近存储的干燥空气泵送电流可以在控制器的存储器中被查找并用于确定环境湿度。在413处的方法可以包括不在VV模式下操作氧传感器，而是继续在较低的第一参考电压下操作氧传感器，所述较低的第一参考电压在本文中也被称为基础参考电压。在基础参考电压下操作氧传感器可以导致比在较高的第二参考电压下操作氧传感器时更少的传感器劣化。
相反地在412处，如果确定选择的工况得到满足(例如，在412处为“是”)，则方法400继续到414，其中将第一泵送电压(V1)(例如，第一参考电压)施加于氧传感器的氧泵送单元并接收第一泵送电流(Ip1)。第一泵送电压可以具有一数值，使得氧从该单元被泵送，但是足够低使得诸如H2O等氧化合物(例如，水)不分解(例如，V1＝约450mV)。例如，在第一泵送电压下，氧传感器可以不使任何水分子分解。第一电压的施加以指示样本气体中的氧量的第一泵送电流(Ip1)的形式产生传感器的输出。在此示例中，因为发动机是在选择的状况(如非燃料加注状况)下，所以氧量可以对应于车辆周围的新鲜空气中的氧量或湿空气氧读数。
一旦氧量确定，方法400前进到416，其中将第二泵送电压(V2)(例如，参考电压)施加于氧传感器的氧泵送单元并接收第二泵送电流(Ip2)。第二电压可以大于施加于传感器的第一电压。具体地，第二电压可以具有足够高以使期望的氧化合物分解的值。例如，第二电压可以足够高以使所有H2O分子分解为碳和氧(例如，V2＝约1.1V)。第二电压的施加产生指示样本气体中的氧和水的量的第二泵送电流(I2)。应当理解，如在本文所用的术语“氧和水的量”中的“水”是指来自样本气体中的分解的H2O分子的氧量。
在一个特定示例中，第二电压(例如，第二参考电压)可以是1080mV，空气中的水在该第二电压下充分地(例如，完全地)分解(例如，100％的空气中的水在1080mV下分解)。该第二电压可以大于第三中间电压，在所述第三中间电压下，空气中的水被部分地分解(例如，约40％的空气中的水分解)。在一个示例中，第三中间电压可以约为920mV。在另一个示例中，第三中间电压可以约为950mV。作为示例，在920mV下的传感器输出可以对应于在湿度条件的范围下的干燥空气读数。在1.1V下的传感器输出可以对应于空气中的所有水已在传感器处分解时的湿空气读数，并且在450mV下的传感器输出可以对应于空气中的水未分解时的湿空气读数。因此，干燥空气氧读数可以由当氧传感器在450mV和1.1V下操作时的氧传感器输出的比率获得。在可替换的实施例中，干燥空气氧读数可以由氧传感器在未使水分解(例如，甚至未部分分解)的0.92V以下的电压和使水完全分解(例如，100％分解)的0.92V以上的电压下操作时的氧传感器输出的比率而获得。
在418处，基于第一泵送电流和第二泵送电流确定干燥空气泵送电流。例如，如上所述，通过在450mV(或不使水在传感器处分解的类似电压)下操作传感器，可以获得较低泵送电流和氧读数，并且通过在1080mV(或使所有水在传感器处分解的类似电压)下操作传感器，可以获得较高泵送电流和氧读数。然后可以从较低第一泵送电流和较高第二泵送电流之间的比率估计指示干燥空气氧读数的干燥空气泵送电流。例如，40％的较高第二泵送电流和60％的较低第一泵送电流之和可以基本上等于干燥空气泵送电流和氧读数。在可替换的示例中，较高泵送电流和较低泵送电流的不同百分比可以加在一起以确定干燥空气泵送电流。例如，如果较高电压或较低电压分别不同于450mV和1080mV，则用于确定较高泵送电流和较低泵送电流之间的比率的对应百分比可以成比例地不同。
基于较高泵送电流和较低泵送电流(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)之间的比率而估计的干燥空气泵送电流可以然后用于在方法300的316处确定环境湿度估计。例如，在420处的方法400可以包括将所确定的干燥空气泵送电流值存储在控制器的存储器中。然后，在图3的方法期间(例如，在步骤316处)，控制器可以通过如目前由此所述执行方法400产生干燥空气泵送电流，或者可替换地，控制器可以简单地查找最近存储的干燥空气泵送以确定环境湿度估计，如参照图3和图5-6所述。此外，在420处的方法可以包括用控制器的存储器中的新干燥空气电流更新先前存储的干燥空气泵送电流。例如，存储的干燥空气泵送电流可以在每次发动机起动之后被更新。
返回到图3，在312处，方法300包括确定干燥空气电流Ip或者检索存储在存储器中的最近干燥空气Ip值(如图4中所示)。然后，方法300前进到314，其中确定来自(例如，由于)环境湿度和燃料乙醇含量的排气水浓度(W1)。在此，环境湿度和燃料乙醇含量中的每个均可以导致用于从环境湿度和燃料乙醇含量W1确定排气水的校正因数。
如先前所述，控制器可以在VV模式下操作排气氧传感器以确定排气水浓度W1。估计排气水浓度W1包括在316处在非燃料加注发动机状况下估计环境湿度，以及另外地在318处在稳态状况下估计燃料乙醇浓度。具体地，在316处，控制器可以在VV模式下操作排气氧传感器以使用在312处估计的干燥空气Ip确定环境湿度，如图5中所示。
在316处，该方法包括在VV模式下操作排气氧传感器，以基于传感器的第二电压学习校正因数。在一个示例中，学习的校正因数可以包括由于环境湿度导致的排气中的水的量或百分比，其可以基于在发动机非燃料加注状况(如减速燃料关闭)下在VV模式下操作时的排气氧传感器的输出并基于排气氧传感器的干燥空气泵送电流输出而被估计。简言之，当在发动机起动、若干行进里数、时间量、若干发动机循环和发动机非燃料加注状况中的一个或多个期间在VV模式下操作排气氧传感器时，干燥空气泵送电流可以基于排气氧传感器的输出而被估计。
在318处，该方法另外地包括在VV模式下操作排气氧传感器，以基于传感器的第二电压学习校正因数。在此，学习的校正因数可以包括当EGR不流动时由于燃料乙醇含量导致的排气中的水的量或百分比，如图7中所示。因此，当EGR关闭且不从排气通道循环到进气通道时，可以基于在稳态发动机工况期间在VV模式下的排气氧传感器的操作期间的排气氧传感器的输出，估计燃料乙醇含量。在此，稳态发动机工况可以包括发动机怠速状况。
如下所述，方法500、方法600和方法700可以嵌套在方法300内。因此，方法500、方法600和方法700在方法300内执行的顺序可以由控制器基于当前发动机工况和在VV模式中操作传感器的能力中的一个或多个进行选择。在一些示例中，当发动机是非燃料加注状况(例如，DFSO)时，控制器可以选择不执行方法700；相反可以执行方法500和方法600以估计环境湿度并将产生的环境湿度值存储在存储器中。然而，如果发动机处于稳态下，则控制器可以选择不执行方法500和方法600；相反控制器可以执行方法700以估计燃料乙醇浓度。在任一情况下，产生的值(环境湿度或燃料乙醇含量)可以用于确定EGR量。图5-7在下面一起描述。
现在转向图5，示例方法500被示出为用于通过VV排气氧传感器(如图1中所示的排气氧传感器126和图2中所示的排气氧传感器200)估计环境湿度。该方法通过确定是否到了环境湿度估计的时间而在502处开始。这样，如果发动机正在非燃料加注状况下操作，则控制器可以确定到了环境湿度估计的时间并且该方法可以继续到504。在另一个示例中，方法500可以在一持续时间之后(如在发动机操作的时间段后、若干发动机汽缸事件后、车辆行进的持续时间或车辆行进的距离后)被执行。在另一个示例中，方法500可以在发动机起动后执行。如果不到环境湿度估计的时间(例如，在502处为“否”)，则该方法继续到503以不估计环境湿度，并且该方法结束。如果环境湿度测量是从另一个控制例程请求的，则控制器可以查找先前存储的环境湿度估计并返回到方法300的318。
继续图5，在504处，方法500包括确定是否具有到来的变速器换挡。可以基于是否已经设置换挡请求标记、对一个或多个操作员踏板的观察和/或车辆加速度中的一个或多个而预测到来的变速器换挡。在非燃料加注状况之后的变速器换挡(例如，减速燃料关闭)期间，由于在变速器换挡期间减小负荷的需要，使用排气氧传感器的湿度检测可能是不行的(并且使用排气氧传感器的湿度检测可以包括打开节气门以减少PCV噪声)。因此，如果在504处预测到变速器换挡(例如，在504处为“是”)，则该方法继续到506以使用可替换的方法确定环境湿度，如图6中所示。
如果未在504处预测到到来的变速器换挡(例如，在504处为“否”)，则方法500继续到508以打开进气节气门(例如，图1中所示的节气门62)来进一步减少流动经过排气氧传感器(例如，图1中所示的排气氧传感器126和/或图2中所示的排气氧传感器200)的碳氢化合物的量。例如，打开节气门可以减少来自通过排气到来的PCV的碳氢化合物的量。更具体地，如果进气节气门在发动机非燃料加注状况期间关闭，则产生大进气歧管真空，该大进气歧管真空可吸入曲轴箱强制通风(PCV)碳氢化合物。这样，即使PCV端口在DFSO期间关闭，真空也可以足够强烈以通过活塞环吸入PCV碳氢化合物。由于经过活塞环和阀的PCV气体的泄漏，所吸入的PCV流可以在老化发动机中加重。所摄入的碳氢化合物可以影响排气氧传感器的输出并且可以混淆湿度测量。具体地，碳氢化合物效应导致过度估计环境湿度的传感器输出。
在510处，该方法任选地包括确定排气氧传感器是否应该在可变电压(VV)模式下操作。在一个示例中，如果控制器在执行方法300之后到达510，则由于在方法300的308处执行了类似检查，因此步骤510可以被视为是冗余的，并且控制器可以跳过510处的检查，并且继续执行512至518。然而，如果控制器独立于方法300执行方法500，则控制器可以在510处检查传感器是否能够在VV模式下操作。如上所述，VV模式包括将氧传感器的参考电压(在本文也称为泵送电压)从较低的基础电压(例如，约450mV)调整到较高的目标电压，在该较高的目标电压下，水分子在传感器处分解。在一些示例中，在VV模式下操作可以包括在基础电压(例如，第一电压)和目标电压(例如，第二电压)之间连续地调制参考电压。在一些示例中，在VV模式下并且具体地在较高的第二电压下连续地操作氧传感器可使传感器随时间劣化。因此，减少传感器在VV模式下操作的时间量可以是有利的。在一个示例中，如果自先前VV操作时间段起已经过去一定持续时间，则传感器可以仅在VV模式下操作。在另一个示例中，如果在发动机使用的时间段内的VV模式操作的总持续时间低于上阈值水平，则传感器可以仅在VV模式下操作。在另一个示例中，传感器可以基于自先前测量起的持续时间(例如，消逝的时间量)在VV模式下操作。如果自测量起已经过去总阈值时间，则传感器也可以被关闭。在另一个实施例中，如果气体成分和第二电压在减少劣化的某些阈值范围内，则在较高的第二电压下连续地操作氧传感器可以不使传感器劣化。在此实施例中，如果传感器的气体成分和第二电压维持在它们的阈值范围内，则传感器可以默认在VV模式下操作，并且该方法可以继续到512。
如果控制器确定能够在VV模式下操作排气氧传感器，则该方法继续到512以在第一电压(V1)和第二电压(V2)之间调制排气氧传感器的参考电压。例如，在512处的方法包括首先在514处将第一电压(V1)施加到排气传感器的氧泵送单元并接收第一泵送电流(Ip1)。第一参考电压可以具有一数值，使得氧从该单元泵送，但是足够低使得诸如H2O等氧化合物(例如，水)不分解(例如，V1＝约450mV)。第一电压的施加以指示样本气体中的氧量的第一泵送电流(Ip1)的形式产生传感器的输出。在此示例中，因为发动机是在非燃料加注状况下，所以氧量可以对应于车辆周围的新鲜空气中的氧量。在512处的方法还包括在516处将第二电压(V2)施加到传感器的氧泵送单元并接收第二泵送电流(Ip2)。第二电压可以大于施加到传感器的第一电压。具体地，第二电压可以具有足够高以使期望的氧化合物分解的值。例如，第二电压可以足够高以使H2O分子分解成氢和氧(例如，V2＝约1.1V)。第二电压的施加产生指示样本气体中的氧和水的量的第二泵送电流(I2)。应当理解，如本文所用术语“氧和水的量”中的“水”是指来自样本气体中的分解的H2O分子的氧量。在一些示例中，第一泵送电流和第二泵送电流可以用学习的空燃比校正因数校正。
环境湿度(例如，车辆周围的新鲜空气的绝对湿度)可以基于第一泵送电流和第二泵送电流(或校正第一泵送电流和第二泵送电流)而在例程500的518处确定。例如，可以从第二泵送电流减去第一泵送电流以获得指示来自样本气体中的分解的水分子的氧量(例如，水量)的泵送电流变化。该值可以与环境湿度成比例。
返回到510，如果不期望在VV模式下操作排气氧传感器，则该方法可以改为包括基于在第一电压下的排气氧传感器的输出和干燥空气泵送电流值而确定环境湿度。具体地，在520处的方法包括确定干燥空气泵送电流。在图4中示出了用于确定排气氧传感器的干燥空气泵送电流的方法。该方法可以包括在较低的第一电压下操作排气氧传感器，以获得指示湿空气氧读数的第一输出。传感器然后可以在较高的第二电压下操作，以获得指示其中空气中的所有湿气已经在氧传感器处分解的湿空气氧读数的第二输出。在较低第一电压和较高第二电压之间的中间电压可以产生指示干燥空气氧读数的氧传感器输出，在该干燥空气氧读数中，发生湿气的部分分解。然后可以由第一输出和第二输出之间的比率估计干燥空气氧读数。以这种方式，可以通过在VV模式下操作氧传感器来确定干燥空气氧读数。在520处，控制器可以查找干燥空气泵送电流的最近存储值(由例程800确定)，以在520处使用。
该方法继续到522以将较低第一参考电压(例如，基础电压V1)施加到排气氧传感器并接收泵送电流(IpB)。因此，在522处的方法包括不在VV模式下操作氧传感器，而是改为将传感器的参考电压维持在减少氧传感器劣化的较低的基础水平。以另一种方式来说，在522处的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。所产生的泵送电流可以指示样本气体中的氧量。
该方法然后继续到524以基于IpB(在非VV传感器操作期间在522处确定的泵送电流)和在方法400期间确定(并在510处查找)的干燥空气泵送电流来确定环境湿度。由于环境湿度的稀释效应导致的氧量减少然后可以基于干燥空气泵送电流与在522处确定或检索的泵送电流IpB之间的差而被确定。通过乘以转换因数，此差可以然后从泵送电流转换为湿度百分比。以这种方式，通过比较在基础参考电压下在非VV模式下操作的氧传感器的输出与存储的干燥空气泵送电流值，可以通过在VV模式下连续操作氧传感器而确定环境湿度。在514处确定的环境湿度值可以然后用于在方法300的314处校正水估计值，和/或可以存储在控制器的存储器中。在其他示例中，可以基于确定的环境湿度调整发动机操作。
返回到方法500的504，如果在504处预测到变速器换挡，则该方法继续到506以使用可替换的方法确定环境湿度，如在图6中所示。从506继续到图6，方法600通过确定环境湿度传感器是否可用而在602处开始。例如，在一个实施例中，发动机可以包括湿度传感器，如图1中所示的湿度传感器121，以用于直接测量环境湿度(例如，测量到来的进气的湿度)。
如果环境湿度传感器不可用(例如，发动机不包括专用环境湿度传感器)，则该方法继续到612以基于环境空气温度估计环境湿度。例如，可以基于环境空气温度和使用50％相对湿度的假设而估计的饱和蒸气压力来估计环境湿度。类似于在606处的方法，在614处，可以基于湿度估计值来确定等价的泵送电流。如上所述，该方法然后继续到608。基于环境空气温度估计环境湿度可能不与使用专用湿度传感器或可变电压排气氧传感器一样精确。因此，当可能时，控制器可以优选基于VV排气氧传感器的输出确定湿度，如在下面进一步描述的。
相反地在602处，如果环境湿度传感器存在并可用于使用，则该方法继续到604以通过湿度传感器测量环境湿度。在606处，该方法包括基于湿度测量和用于燃料醇类确定的排气氧传感器的当前电压设置点(图7)而确定用于氧传感器的等价泵送电流Ip。例如，湿度传感器的输出可以用作到存储在控制器的存储器中的查找表的输入。该查找表可以将湿度测量值(例如，来自湿度传感器的原始湿度测量值)和氧传感器电压与泵送电流关联。在一个示例中，所产生的泵送电流可以用作用于图7中燃料乙醇确定的水估计的湿度校正。该方法然后可以继续到608，以基于可用的可变电压湿度估计值来改善在606处确定的湿度校正，如继续参照图5在下面进一步描述的。例如，当未期望变速器换挡时在非燃料加注状况期间使用可变电压排气氧传感器的湿度估计可以存储在控制器的存储器中并用于进一步改善湿度校正。
在610处，该方法包括基于确定的湿度校正来校正用于燃料醇类确定的排气水估计。因此，在610处的方法可以包括将在606处确定的(或在608处改善的)等价泵送电流从泵送电流测量变化中减去。以这种方式，可以在确定燃料中乙醇的百分比之前从排气中的总水的估计值中减去环境湿度。
继续到图7，示出了流程图，其说明了用于诸如图2所示的UEGO 200等排气氧传感器的估计方法700。具体地，方法700基于在选择的发动机燃料加注状况期间施加到传感器的泵送单元的电压并进一步基于如参照图3-6所述计算的多个校正因数，确定喷射到发动机的燃料中的醇类的量(例如，燃料乙醇含量估计)。
在方法700的710处，确定发动机工况。发动机工况可以包括但不限于例如空燃比、进入燃烧室的EGR量和燃料加注状况。
一旦确定了发动机工况，方法700继续到712，其中确定发动机是否在非燃料加注状况下。非燃料加注状况包括车辆减速状况和其中燃料供给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正在运转的发动机工况；因此，空气正流过汽缸中的一个或多个，但是燃料不在汽缸中喷射。在非燃料加注状况下，不实施燃烧并且环境空气可以从进气口移动通过汽缸到达排气口。以这种方式，诸如UEGO传感器(例如，排气氧传感器)等传感器可以接收环境空气，针对该环境空气可执行诸如环境湿度检测等测量。
如所述，非燃料加注状况可以包括例如减速燃料关闭(DFSO)。DFSO响应于操作员踏板(例如，响应于驾驶员松加速器踏板和车辆加速大于阈值量的情况)。DFSO状况可以在驱动循环期间重复地发生，并且因此环境湿度的许多指示可以贯穿驱动循环(如在每个DFSO事件期间)产生。因此，可以基于排气中的水量精确地识别燃料类型，而不管在多个驱动循环之间或甚至在相同的驱动循环期间的湿度波动。
继续图7，如果确定发动机是在诸如DFSO等非燃料加注状况下，则方法700继续到718以使用图5-6所述的方法确定环境湿度，如下面进一步描述的。可替换地，如果确定发动机不在非燃料加注状况下，则图7的方法700移动到720，其中确定是否期望或将实施基于传感器的反馈空燃比控制、或由传感器进行的醇类检测。该选择可以基于工况，如自醇类的最后一次确定起的持续时间、或是否启动闭环空燃比控制。例如，如果禁用反馈空燃比控制，则该方法可以继续确定醇类含量，然而如果命令或启动反馈空燃比，则该方法可以继续执行此类反馈空燃比控制(而不确定醇类含量)。例如，如果在方法300的步骤316处具有用于VV燃料乙醇含量检测的请求，则可以在空燃比反馈控制期间选择燃料醇类检测。如果确定期望反馈控制，则方法700移动到736，并且传感器在非VV模式下(例如，在较低的基础电压下)作为氧(例如，O2)传感器操作以确定排气的氧浓度和/或空燃比，并且该方法结束。
如果期望醇类检测，方法700前进到721，其中确定曲轴箱强制通风(PCV)是否处于期望的水平。在一个示例中，PCV水平可以基于发动机转速和/或涡轮增压器操作(例如，升压操作与(vs.)非升压操作)。例如，如果发动机转速为高，则可以估计可能具有增大的PCV流。其他示例状况包括增大的歧管真空、增大的曲轴箱压力、高环境状况、它们的组合、等等。如果发动机转速相对低，则PCV水平还可以基于涡轮增压器是否开启并且发动机是否被升压。如果发动机在非升压状况下，则PCV流可以增大。另一方面，如果发动机被升压，来自PCV阀的流量可以足够低。如果在721处确定PCV的量高于期望的水平(例如，PCV流量为高)，则方法700移动到736并且传感器作为氧传感器(在非VV模式下)操作，以确定例如用于空气-燃料控制的排气的氧浓度，并且该方法结束。
另一方面，如果PCV处于期望的水平(例如，PCV流量为低)，则方法700继续到722，其中确定排气再循环(EGR)阀是否被打开。如果确定EGR阀是打开的，则方法700移动到723并且EGR阀关闭。一旦EGR阀在723处关闭或者如果确定EGR阀在722处关闭，并且因此进入燃烧室的EGR量基本上为零，则方法700前进到724，在724处确定燃料蒸气净化阀是否被打开。
如果确定燃料蒸气净化阀是打开的，则方法700移动到725并且燃料蒸气净化阀关闭。储存在燃料蒸气滤罐中的燃料蒸气可以具有与当前在燃料箱中的燃料不同的醇类含量。因此，进入燃烧室的燃料蒸气可以影响由排气氧传感器(例如，UEGO)检测到的醇类的量，从而导致不精确的估计。
一旦燃料蒸气净化阀在725处关闭，或者如果确定燃料蒸气净化阀在724处关闭，则方法700继续到726，其中将第一泵送电压(V1)(例如，在本文也被称为参考电压)施加于排气传感器并接收第一泵送电流(Ip1)。第一泵送电压可以从氧泵送单元泵送氧，但是可以具有足够低的值以便不使泵送单元中的水分子(例如，H2O)分解(例如，V1＝约450mV)。在一些示例中，在726处施加到传感器的第一泵送电压可以与在非VV模式操作期间施加到传感器的第一泵送电压相同。当第一电压被施加到泵送单元时，产生第一泵送电流(Ip1)。在此示例中，因为燃料被喷射到发动机并且实施燃烧，所以第一泵送电流可以指示排气中的氧量。
在方法700的728处，第二泵送电压(V2)(例如，在本文也被称为第二参考电压)被施加到排气传感器的泵送单元并接收第二泵送电流(Ip2)。第二泵送电压可以大于第一泵送电压，并且第二电压可以足够高以使氧化合物如水分子分解。在氧泵送单元两端施加第二泵送电压产生第二泵送电流(Ip2)。第二泵送电流可以指示样本气体中的氧和水的量(例如，已经存在于样本气体中的氧加上来自当施加第二泵送电压时分解的水分子的氧)。
任选地，在730处，第一泵送电流和第二泵送电流可以用学习的空燃比校正因数校正。例如，学习的空燃比校正可以在方法700的720处确定，参照图7在下面描述。另外在730处，第一泵送电流和第二泵送电流可以任选地针对压力和水蒸气环境被校正。
继续到731，该方法包括基于环境湿度在两个电压之间校正泵送电流的变化(例如，在第一泵送电流和第二泵送电流之间的差)。例如，可以从指示排气中的总水量(包括湿气)的泵送电流的变化中减去环境湿度。在一个示例中，可以基于在非燃料加注状况期间的排气氧传感器的输出而确定环境湿度。在另一个示例中，可以基于发动机工况使用可替换的方法确定环境湿度。在731处的方法可以包括瞬时地确定环境湿度或在控制器的存储器中查找最近的环境湿度估计值。用于确定环境湿度的方法参照图5-6描述。
一旦基于各种学习的校正因数产生并校正第一泵送电流和第二泵送电流，则可以在图7中的方法700的732处确定样本气体中的水量W1。例如，第一泵送电流可以从第二泵送电流中被减去，并且然后基于空燃比校正因数、压力校正因数和/或环境湿度被校正以确定对应于水量的值。
最后，燃料中的醇类的量(例如，在本文中称为燃料乙醇含量)可以在734处被识别。例如，排气中的水量可以与喷射到发动机的燃料中的醇类量(例如，乙醇的百分比)成比例。在一些实施例中，接收来自传感器的通信的控制系统的计算机可读存储介质可以包括用于识别醇类量的指令。例如，燃烧之后的水(例如，排气中的水的百分比)和燃料中的乙醇的百分比之间的关系可以例如以查找表的形式存储在计算机可读存储介质上。随着燃料中的乙醇量增大，排气中的水量增大。
因此，基于通过在发动机燃料加注状况期间顺序地施加到排气传感器的氧泵送单元的两个不同电压产生的排气氧传感器输出(例如，泵送电流)和以上描述的各种校正因数，可以确定排气中的水量。以这种方式，可以识别燃料中的醇类量(例如，乙醇百分比)的精确指示。
返回到图3，由控制器产生的环境湿度(图5-6)值和燃料乙醇浓度(图7)值可以用于在314处确定水浓度W1。接着，在320处，方法300包括在VV模式下操作传感器以用EGR流动确定排气中的水浓度W2(例如，总水浓度)。具体地，控制器可以打开EGR阀(例如，图1中所示的EGR阀142)，以允许EGR从排气通道(例如，图1的排气通道48)再循环到进气通道(例如，图1的进气通道44)中。因此，在EGR正从排气通道流动到进气通道时，获得排气氧传感器的输出，其中排气氧传感器设置在排气通道中，EGR通道在该排气氧传感器上游耦接到排气通道。
此外，控制器可以在VV模式下操作排气氧传感器，以确定排气的水浓度W2。其中，水浓度W2可以是排气中的总水浓度，并且还可以包括来自环境湿度、燃料乙醇含量和从在系统中再循环的EGR贡献的水中的每个的水浓度(W)。在数学上，总水浓度W2可以被写为如下等式(13)：
(13)W2＝W1+W
其中W1表示来自环境湿度和燃料乙醇含量中的每个的水浓度。因此，自环境湿度和燃料乙醇含量中的每个贡献的水可以被视为由控制器通过在选择的发动机工况下执行图5-7中所示的方法在VV模式中由操作传感器获得的校正因数。
在下文中，W2可以互换地称为校正因数。具体地，可以在发动机非燃料加注状况(例如，DFSO)期间使用干燥空气泵送电流(图4)估计环境湿度，并且可以在发动机稳态状况(例如，怠速)期间估计燃料乙醇含量。
接着，在322处，通过将校正因数从排气中的总水浓度W2中减去而确定从在系统中再循环的EGR贡献的水(W)，如等式(14)中所示：
(14)W＝W2－W1
方法300包括在324处基于差W估计排气中的EGR量。因此，该方法包括基于排气氧传感器的输出确定排气中的总水浓度，和基于学习的校正因数确定由于湿度和燃料乙醇含量导致的排气中的水浓度，以及通过将由于湿度和燃料乙醇含量导致的排气中的水浓度从总水浓度中减去来估计EGR量。此外，控制器可以将使用等式(14)估计的EGR量存储在存储器中。在一些示例中，控制器可以基于附加因数调整EGR量。例如，控制器可以在当采取排气成分的VV测量时将多少AFR为富并且多少AFR为稀列为重要因素，并且相应地调整EGR估计。在一些其他示例中，从EGR再循环阀打开时直到排气氧传感器将看到水的额外贡献时的输送延迟可以是附加因数，所述附加因数可以用于辨别水贡献值和EGR贡献值。在此类示例中，该方法可以包括将由排气氧传感器检测到的EGR贡献值之前和之后进行比较。
以这种方式，控制器可以在VV模式下操作排气氧传感器，以基于在排气中估计的水含量确定环境湿度、燃料乙醇浓度和在系统中再循环的EGR量中的每个。
因此，仅当排气氧传感器在VV模式下操作时，此估计是可行的(如在308处检查)。然而，如果不能在VV模式下操作传感器(例如，在308处为“否”)，则方法300前进到310。在310处，方法300包括使用可替换的方法确定EGR。
在一个示例中，控制器可以从存储器检索最近的环境湿度、燃料乙醇含量值和排气中的总水浓度，并且还使用这些值估计EGR量。在另一示例中，控制器可以使用来自耦接到发动机系统的各种传感器的输出以估计从排气通道再循环到进气通道的EGR量。传感器的示例包括但不限于温度传感器、压力传感器、流量传感器、位置传感器和气体成分传感器。
不管EGR量是否通过在VV模式下操作排气氧传感器(在312至324处)或通过可替换的方法(310)确定，一旦控制器确定EGR量，则方法300前进到326。
在326处，方法300包括基于确定的EGR量调整发动机操作。例如，控制器可以基于估计的EGR量调整发动机燃料加注。在一个示例中，控制器基于EGR量调整燃料喷射量。例如，控制器可以确定控制信号(如基于EGR量的确定而确定的信号的脉冲宽度)以发送至燃料喷射器致动器。控制器可以通过直接考虑确定的EGR量的确定(如用增大的EGR来增大脉冲宽度)，从而确定该脉冲宽度。控制器可以可替换地基于使用查找表的计算来确定该脉冲宽度，该查找表的输入是EGR量并且该查找表的输出是脉冲宽度。
方法继续到328，其中方法300包括将排气氧传感器返回到非VV模式操作。将传感器返回到非VV模式包括在较低电压下操作并使用在非VV模式下的传感器的输出以用于例如估计AFR。因此，排气氧传感器可以响应于确定发动机的空燃比的请求而在非可变电压模式下在仅第一电压下操作，并基于估计的空燃比调整发动机操作。其中，基于在非可变电压模式下操作的排气氧传感器的输出而确定估计的空燃比。方法300结束。
以这种方式，排气氧传感器可以用于EGR估计和相应地补偿的发动机燃料加注。学习校正因数为来自燃料乙醇含量和环境湿度的排气水浓度和将此排气水浓度从总水浓度中减去的技术效果是，所产生的差是正在从排气通道再循环到进气通道中的EGR的精确测量值。因此，EGR的精确测量值导致增强的EGR控制，进一步导致提高的燃料经济性和减少的NOX排放。
上面描述的系统和方法提供了一种方法，所述方法包括在排气氧传感器的参考电压被从较低第一电压调整到较高第二电压的可变电压模式下的排气氧传感器的操作期间，根据基于排气氧传感器的输出估计的排气再循环(EGR)量和基于第二电压的学习的校正因数，来调整发动机操作。在该方法的第一示例中，该方法可以另外地或可替换地包括其中学习的校正因数包括估计的燃料乙醇含量，并且进一步包括当EGR关闭且不从排气通道循环到进气通道时，在稳态发动机工况期间在可变电压模式下的排气氧传感器的操作期间，基于排气氧传感器的输出估计燃料乙醇含量。该方法的第二示例任选地包括第一示例，并且还包括其中稳态发动机工况包括发动机怠速状况。该方法的第三示例任选地包括第一示例和第二示例中的一个或多个，并且还包括其中学习的校正因数还包括环境湿度。该方法的第四示例任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个，并且还包括基于在发动机非燃料加注状况期间在可变电压模式下操作时的排气氧传感器的输出，并且基于排气氧传感器的干燥空气泵送电流输出，来估计环境湿度。该方法的第五示例任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个，并且还包括在发动机起动、在若干行进里数之后、在发动机操作的持续时间之后、在若干发动机循环之后和发动机非燃料加注状况中的一个或多个期间，基于在可变电压模式下操作排气氧传感器时的排气氧传感器的输出，来估计干燥空气泵送电流输出。该方法的第六示例任选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个，并且还包括其中发动机非燃料加注状况包括减速燃料关闭。该方法的第七示例任选地包括第一示例至第六示例中的一个或多个，并且还包括其中在EGR正在从排气通道流动到进气通道的同时获得排气氧传感器的输出，其中EGR量估计基于该排气氧传感器的输出，其中排气氧传感器设置在排气通道中。该方法的第八示例任选地包括第一示例至第七示例中的一个或多个，并且还包括基于排气氧传感器的输出确定排气中的总水浓度，和基于学习的校正因数确定由于湿度和燃料乙醇含量导致的排气中的水浓度，以及通过将由于湿度和燃料乙醇含量导致的排气中的水浓度从总水浓度中减去来估计EGR量。
上面描述的系统和方法还提供了一种方法，所述方法包括：基于排气再循环(EGR)流动时的在可变电压模式下(在所述可变电压模式下，排气氧传感器的参考电压被从较低第一电压调整到较高第二电压)的操作期间的排气氧传感器的第一输出，和无EGR流动时的在可变电压模式下的操作期间的排气氧传感器的第二输出，确定在发动机中流动的排气再循环(EGR)的量；和基于确定的EGR的量调整发动机操作。在该方法的第一示例中，该方法可以另外地或可替换地包括基于在稳态发动机工况期间排气氧传感器的第二输出估计燃料乙醇含量，以及基于估计的燃料乙醇含量推断发动机排气中的第一水浓度。该方法的第二示例任选地包括第一示例，并且还包括基于在发动机非燃料加注状况期间在可变电压模式下操作时的排气氧传感器的第三输出并基于排气氧传感器的干燥空气泵送电流输出而估计环境湿度，所述干燥空气泵送电流在发动机起动、在若干行进里数之后、在发动机操作的持续时间之后、在若干发动机循环之后和发动机非燃料加注状况中的一个或多个期间被估计。该方法的第三示例任选地包括第一示例和第二示例中的一个或多个，并且还包括基于估计的环境湿度推断排气中的第二水浓度。该方法的第四示例任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个，并且还包括通过将第一水浓度和第二水浓度中的每个从排气中的总水浓度中减去而确定在发动机中流动的EGR量，所述总水浓度基于排气氧传感器的第一输出确定。该方法的第五示例任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个，并且还包括响应于确定发动机的空燃比的请求而在非可变电压模式下在仅第一电压下操作排气氧传感器，以及基于估计的空燃比调整发动机操作，估计的空燃比基于在非可变电压模式下操作的排气氧传感器的输出而被确定。
上面描述的系统和方法提供了一种用于发动机的系统，所述系统包括：排气再循环(EGR)系统，其包括将排气通道与进气通道耦接的EGR通道，所述EGR通道包括EGR阀、经配置在可变电压模式(在所述可变电压模式下，排气氧传感器的参考电压被从较低第一电压调整到较高第二电压)下操作并耦接到排气通道的排气氧传感器、和控制器，所述控制器包括用于以下操作的计算机可读指令：在EGR阀关闭时在可变电压模式下操作排气氧传感器以产生第一输出；打开EGR阀以循环EGR并且在可变电压模式下操作排气氧传感器以产生第二输出；以及基于估计的EGR量调整发动机操作，估计的EGR量基于第二输出和第一输出之间的差确定。在该系统的第一示例中，该系统可以另外地或可替换地包括其中控制器包括用于在发动机怠速状况期间产生第一输出和第二输出中的每个的另外的指令。该系统的第二示例任选地包括第一示例，并且还包括其中控制器包括用于以下操作的指令：在发动机非燃料加注状况期间在可变电压模式下操作排气氧传感器，并产生排气氧传感器的第三输出；以及基于排气氧传感器的第三输出并进一步基于排气氧传感器的干燥空气泵送电流输出而估计环境湿度。该系统的第三示例任选地包括第一示例和第二示例中的一个或多个，并且进一步包括其中控制器包括用于基于第二输出与第一输出和第三输出中的每个之间的差而估计在发动机中流动的EGR量的另外的指令。该系统的第四示例任选地包括第一示例至第三示例，并且进一步包括其中控制器包括用于基于排气氧传感器的第一泵送电流与第二泵送电流之间的比率来估计干燥空气泵送电流的另外的指令，其中所述第一泵送电流在排气氧传感器在第一电压下操作时产生，所述第二泵送电流排气氧传感器在第二电压下操作时产生。
应注意，本文包括的示例控制和估计例程可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非临时性存储器中，并且可以由包括控制器与各种传感器、致动器和其他发动机硬件结合的控制系统实施。本文描述的具体例程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，所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示的顺序执行、并行地执行或在一些情况下被省略。同样地，所述处理顺序不是实现本文描述的示例实施例的特征和优点所必须要求的，而是为了说明和描述的目的而提供。所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以根据使用的特定策略重复地执行。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以以图形方式表示被编程入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中的代码，其中所描述的动作通过执行在包括各种发动机硬件组件与电子控制器结合的系统中的指令而实施。
应当理解，本文公开的配置和例程在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应视为具有限制意义，因为许多变化都是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置及其他特征、功能和/或属性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
所附权利要求特别指出被视为新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一”元件或“第一”元件或它们的等价物。此类权利要求应该被理解为包括一个或多个此类元件的并入，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/或属性的其他组合和子组合可以通过对本权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求而要求保护。此类权利要求，无论在范围上比原始权利要求更宽、更窄、相同或不同，都被视为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
在排气氧传感器的参考电压被从较低的第一电压调整到较高的第二电压的可变电压模式下的所述排气氧传感器的操作期间，基于排气再循环量即EGR量调整发动机操作，所述排气再循环量基于所述排气氧传感器的输出和基于所述第二电压的学习的校正因数而被估计。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述学习的校正因数包括估计的燃料乙醇含量，并且还包括当EGR关闭并且不从排气通道循环到进气通道时，在稳态发动机工况期间，在所述可变电压模式中的所述排气氧传感器的操作期间，基于排气氧传感器的输出估计所述燃料乙醇含量。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述稳态发动机工况包括发动机怠速状况。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述学习的校正因数还包括环境湿度。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括基于在发动机非燃料加注状况期间所述排气氧传感器以所述可变电压模式操作时的输出并基于所述排气氧传感器的干燥空气泵送电流输出，估计所述环境湿度。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括在发动机起动、在若干行进里数之后、在发动机操作的一段持续时间之后、在若干发动机循环之后和发动机非燃料加注状况中的一个或多个期间，基于在所述可变电压模式下操作所述排气氧传感器时的所述排气氧传感器的输出，估计所述干燥空气泵送电流输出。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述发动机非燃料加注状况包括减速燃料关闭。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在EGR正从排气通道流动到进气通道时，获得所述EGR量估计所基于的所述排气氧传感器的所述输出，其中所述排气氧传感器设置在所述排气通道中。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括基于所述排气氧传感器的所述输出确定排气中的总水浓度，并且基于所述学习的校正因数确定由于湿度和燃料乙醇含量导致的排气中的水浓度，以及通过将由于湿度和燃料乙醇含量导致的所述排气中水浓度从所述总水浓度中减去而估计所述EGR量。
10.一种用于发动机的方法，所述方法包括：
基于在具有排气再循环即EGR流动的情况下所述排气氧传感器的参考电压从较低的第一电压调整到较高的第二电压的所述排气氧传感器在可变电压模式下的操作期间的第一输出并且基于在无EGR流动的情况下所述可变电压模式下的操作期间的所述排气氧传感器的第二输出，确定在所述发动机中流动的EGR量；以及
基于所述确定的EGR量调整发动机操作。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括在稳态发动机工况期间基于所述排气氧传感器的所述第二输出估计燃料乙醇含量，以及基于所述估计的燃料乙醇含量推断发动机排气中的第一水浓度。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括基于在发动机非燃料加注状况期间所述排气氧传感器以所述可变电压模式操作时的第三输出，并基于所述排气氧传感器的干燥空气泵送电流输出，估计环境湿度，所述干燥空气泵送电流在发动机起动、在若干行进里数之后、在发动机操作的一段持续时间之后、在若干发动机循环之后和所述发动机非燃料加注状况中的一个或多个期间被估计。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括基于估计的环境湿度推断所述排气中的第二水浓度。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括通过将所述第一水浓度和所述第二水浓度中的每个从所述排气中的总水浓度中减去，确定在所述发动机中流动的所述EGR量，所述总水浓度基于所述排气氧传感器的所述第一输出而确定。
15.根据权利要求10所述的方法，还包括响应于确定所述发动机的空燃比的请求在非可变电压模式下仅以所述第一电压操作所述排气氧传感器，以及基于估计的空燃比调整发动机操作，所述估计的空燃比基于在所述非可变电压模式下操作的所述排气氧传感器的输出而确定。
16.一种用于发动机的系统，所述系统包括：
排气再循环系统即EGR系统，其包括将排气通道与进气通道耦接的EGR通道，所述EGR通道包括EGR阀；
排气氧传感器，其经配置在所述排气氧传感器的参考电压被从较低的第一电压调整到较高的第二电压的可变电压模式下操作，并且耦接到所述排气通道；以及
控制器，其包括用于执行以下操作的计算机可读指令：
在所述EGR阀关闭时在所述可变电压模式下操作所述排气氧传感器以产生第一输出；
打开所述EGR阀以循环EGR，并在所述可变电压模式下操作所述排气氧传感器以产生第二输出；以及
基于估计的EGR量调整发动机操作，所述估计的EGR量基于所述第二输出和所述第一输出之间的差确定。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器包括用于在发动机怠速状况期间产生所述第一输出和所述第二输出中的每个的另外的指令。
18.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器包括进一步的指令以用于：
在发动机非燃料加注状况期间在所述可变电压模式下操作所述排气氧传感器，并产生所述排气氧传感器的第三输出；以及
基于所述排气氧传感器的所述第三输出并且进一步基于所述排气氧传感器的干燥空气泵送电流输出而估计环境湿度。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述控制器包括用于执行以下操作的另外的指令：基于所述第二输出与所述第一输出和所述第三输出中的每个之间的差估计在所述发动机中流动的所述EGR量。
20.根据权利要求18所述的系统，其中所述控制器包括用于执行以下操作的另外的指令：基于所述排气氧传感器的第一泵送电流与第二泵送电流之间的比率估计所述干燥空气泵送电流，所述第一泵送电流在所述排气氧传感器以所述第一电压操作时产生，所述第二泵送电流在所述排气氧传感器以所述第二电压操作时产生。
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