CN108060985A - 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 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及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。公开了用于响应于传感器处检测水而操作联接到内燃发动机的排气通道的排气氧传感器的方法和系统。在一个实例中，方法包括：基于排气氧传感器的传感器参数指示位于发动机排气通道中的所述排气氧传感器处的水，同时以可变电压(VVs)模式操作所述排气氧传感器，在所述可变电压(VVs)模式中将参考电压从较低的第一电压调整到较高的第二电压；以及基于指示水调整传感器操作和发动机操作中的一个或多个。

Description

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
技术领域
本说明书大体涉及用于响应于传感器处的水检测操作联接到内燃发动机的排气通道的排气氧传感器的方法和系统。
背景技术
发动机系统可以利用一个或多个气体成分传感器(诸如氧传感器)，以用于感测流动通过发动机空气通道的空气的氧浓度。在一个实例中，发动机系统可以包括位于发动机进气中的一个或多个进气氧传感器(IAO2)。例如，进气氧传感器可以位于进气通道中(在压缩机和增压空气冷却器的下游)以便提供EGR流的指示。在另一个实例中，发动机系统可以包括在发动机系统的排气系统中的一个或多个排气传感器，以便检测从发动机排出的排气的空燃比。在某些发动机工况(诸如冷启动或冷凝物形成)下，水可飞溅到氧传感器并接触氧传感器。当水接触氧传感器时，传感器的温度开始降低。因此，氧传感器的加热元件的加热功率增加，以便增加传感器温度。在水位于氧传感器上的情况下，当加热功率在长时间段内增加时，加热元件可破裂，由此使氧传感器劣化。
解决由于水接触传感器而引起的氧传感器劣化的其他尝试包括调整氧传感器的加热元件的加热功率。Surnilla等人在US 2015/0076134中示出了一种示例性方法。其中，响应于加热功率增加了阈值量，调整氧传感器的加热元件的加热功率。作为实例，在没有水接触传感器的情况下，确定氧传感器的基线功率水平。当加热功率增加到基线功率水平以上(例如，由于水飞溅在传感器上)时，可以通过使传感器的加热元件断电来减少加热功率。在特定持续时间之后，加热功率可重新开启并且增加到基线功率水平。以此方式，在氧传感器处指示水时减少加热功率可以减少通过加热元件的破裂而引起的氧传感器劣化。
然而，本文的发明人已经认识到此类系统的潜在问题。例如，在传感器上指示水时关闭到加热元件的加热功率、并且然后在一定时间之后再打开加热器导致传感器温度的波动。因此，传感器温度的波动可不利地影响传感器感测排气中氧浓度的能力。此外，传感器在此类条件下的输出可能不准确，由此影响空气燃料控制并且从而影响发动机的性能。
发明内容
在一个实例中，上述问题可以通过用于发动机方法的方法来解决，所述方法包括：基于排气氧传感器的传感器参数来指示位于发动机排气通道中的排气氧传感器处的水，同时以可变电压(VVs)模式操作排气氧传感器，在所述可变电压(VVs)模式中将参考电压从较低的第一电压调整到较高的第二电压；以及基于指示水来调整传感器操作和发动机操作中的一个或多个。以此方式，可以减少传感器劣化。
作为实例，排气氧传感器可以传统上以非VVs模式操作，在所述非VVs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用于确定空燃比(AFR)。因此，可以基于传感器参数(诸如排气氧传感器的泵送电流或泵送电流的改变)来检测排气氧传感器处的水。例如，当传感器的泵送电流下降到阈值电流以下时，可以指示传感器上的水飞溅。在另一个实例中，如果泵送电流的改变高于泵送电流的基线改变(例如，当传感器上不存在水时)，则可以指示传感器上的水飞溅。当指示了传感器上的水飞溅时，排气氧传感器可以不再用作传统的空燃传感器；相反，传感器可以从非VVs模式转换到VVs模式，在所述VVs模式中传感器在较高电压下操作和/或在较低电压与较高电压之间被调制(modulated)。虽然排气氧传感器不像传统空燃传感器那样操作，但可以使用不同的下游传感器和/或使用先前确定的AFR来估计AFR。以此方式，当以VVs模式操作排气氧传感器时，空气燃料控制可不受影响。
附加地，在传感器处于VVs模式的情况下可以连续检查传感器参数，以便确定水何时从排气氧传感器蒸发。例如，一旦泵送电流的改变达到泵送电流的基线改变，则排气氧传感器被认为是“干燥的”，并且传感器可以然后转换回非VVs模式。一旦排气氧传感器处于非VVs模式，则传感器可用于确定AFR。以此方式，可以减少传感器劣化，并且可以维持排气氧传感器的完整性。此外，可以增加基于排气氧传感器输出的AFR估计的准确度，由此增加发动机效率。
应理解，提供以上发明内容来引入在具体实施方式中进一步描述的概念选择的简单形式。这并不意味着识别要求保护的主题的关键或本质特征，所述要求保护的主题的范围由随附权利要求书唯一限定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决以上或本公开中任何部分所指出的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出了包括排气系统和排气氧传感器的发动机的示意图。
图2示出了图示说明能够以参考模式或非可变电压模式(VVs)以及VVs模式中的每一个进行操作的排气氧传感器的示意图。
图3示出了图示说明响应于检测到排气氧传感器处的水而以VVs模式操作排气氧传感器的示例性方法的流程图。
图4示出了排气氧传感器的操作模式、排气氧传感器的泵送电流输出、基线泵送电流的改变、空燃比控制与燃料喷射曲线之间的示例性关系。
具体实施方式
以下描述涉及用于响应于传感器(诸如图1-2所示的氧传感器(在本文中被称为排气氧传感器))处的水飞溅而操作排气氧传感器的系统和方法。发动机控制器可以被配置成执行控制例程(诸如图3的示例性方法)，以便确定水是否飞溅在排气氧传感器上，并且因此将传感器从非VVs模式转换到VVs模式。因此，传感器可能以非VVs模式正常操作以便估计空燃比(AFR)，并且只有当水飞溅在传感器上时才转换到VVs模式。在图4中示出了排气氧传感器的操作模式、排气氧传感器的泵送电流输出、基线泵送电流的改变、空燃比控制与燃料喷射曲线之间的示例性关系。当排气氧传感器以VVs模式操作时，控制器可以基于不同的下游传感器的输出来调整针对发动机气缸的燃料喷射(图4)。一旦水已经从排气氧传感器蒸发，则传感器可以返回非VVs模式并且随后用于估计AFR。以此方式，通过当水飞溅在传感器上时将传感器转换到VVs模式，可减少传感器劣化。附加地，通过在排气氧传感器上存在水时使用下游传感器来估计AFR，可以维持气缸的化学计量操作。
现参见图1，图示说明了一个示意图，所述示意图示出可包括在汽车推进系统中的多气缸发动机10的一个气缸。发动机10可至少部分地被包括控制器12的控制系统以及被通过输入装置130的来自车辆操作者132的输入控制。在此实例中，输入装置130包括加速器踏板和踏板位置传感器134以用于产生成比例的踏板位置信号PP。发动机10的燃烧室(即气缸)30可以包括活塞36定位在其中的燃烧室壁32。活塞36可联接到曲轴40，以使得活塞的往复运动转换成曲轴的旋转运动。曲轴40可通过中间变速器系统联接到车辆的至少一个驱动轮。另外，起动器马达可通过飞轮联接到曲轴40以便启用发动机10的起动操作。
燃烧室30可通过进气通道42从进气歧管44接收进气，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可以通过相应的进气门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。
在此实例中，凸轮致动可通过相应的凸轮致动系统51和53来控制进气门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，并且可利用以下中的一个或多个：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，其可以被控制器12操作以便改变气门操作。位置传感器55和57可分别确定进气门52和排气门54的位置。在替代性实施例中，进气门52和/或排气门54可以被电动气门致动控制。例如，气缸30可以替代性地包括通过电动气门致动控制的进气门、以及通过包括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的每个气缸可以被配置成具有用于向其提供燃料的一个或多个燃料喷射器。作为非限制性实例，示出了气缸30包括一个燃料喷射器66。示出了燃料喷射器66直接联接到气缸30，以用于直接在其中喷射与通过电子驱动器68从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例的燃料。以此方式，燃料喷射器66提供所谓的燃料到燃烧气缸30中的直接喷射(以下也被称为“DI”)。
将理解，在替代性实施例中，喷射器66可以是将燃料提供到气缸30上游的进气端口中的进气道喷射器。还将理解，气缸30可从多个喷射器(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中的燃料箱可保持具有不同燃料品质的燃料，诸如不同燃料组成。这些差异可包括不同醇含量、不同辛烷、不同蒸发热、不同燃料混合物、和/或其组合等。发动机可使用包含燃料混合物的醇，诸如E85(其为近似85％的乙醇和15％的汽油)或M85(其为近似85％的甲醇和15％的汽油)。可替代地，取决于操作者向箱供应的燃料的醇含量，发动机可以以存储在箱中的其他比率的汽油和乙醇(其包括100％的汽油和100％的乙醇以及在其之间的可变比率)来操作。此外，燃料箱的燃料特性可频繁变化。在一个实例中，驾驶员可以一天用E85、并且下一天用E10、以及下一天用E50来重新填充燃料箱。因此，基于在重新填充时的箱中剩余燃料的水平和组成，燃料箱组成可动态改变。
箱重新填充的逐日变化可由此导致频繁变化燃料系统172中燃料的燃料组成，由此影响喷射器66所递送的燃料组成和/或燃料品质。喷射器66所喷射的不同燃料组成在本文中可以被称为燃料类型。在一个实例中，不同燃料组成可以通过其研究法辛烷值(research octane number，RON)等级、醇百分比、乙醇百分比等来定性描述。
将理解，尽管在一个实施例中，发动机可通过经由直接喷射器喷射可变燃料混合物来操作，但在替代性实施例中，发动机可通过使用两个喷射器和改变来自每个喷射器的相对喷射量来操作。还将理解当通过来自升压装置(诸如涡轮增压器或机械增压器(未示出))的升压来操作发动机时，升压限制可随着可变燃料混合物的醇含量增加而增加。在一个实施例中，联接到排气通道48的排气传感器126可能以可变电压(VVs)模式(图2)操作，以便估计喷射到发动机的燃料中的醇的量(例如，如图3所示的燃料乙醇含量估计)。
继续图1，进气通道42可包括具有节流板64的节气门62。在此特定实例中，控制器12可以通过向包括有节气门62的电动机或致动器提供的信号来改变节流板64的位置，所述配置通常被称为电子节气门控制(ETC)。以此方式，可以操作节气门62以便改变向其他发动机气缸中的燃烧室30提供的进气。可通过节气门位置信号TP向控制器12提供节流板64的位置。进气通道42可包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，以用于向控制器12提供相应的信号MAF和MAP。在一个实施例中，进气通道42可附加地包括湿度传感器121以用于测量环境湿度。在另一个实施例中，湿度传感器121可附加地或可替代地放置在排气通道48中。
在选择的操作模式下，点火系统88可响应于来自控制器12的火花提前信号SA，通过火花塞92向燃烧室30提供点火火花。虽然示出了火花点火部件，但在一些实施例中，燃烧室30或发动机10的一个或多个其他燃烧室可在具有或不具有点火火花的情况下以压缩点火模式操作。
排气传感器126(例如，排气氧传感器)被示出在排放控制装置70的上游联接到排气通道48。此后，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，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EGO)、NOx、HC或CO传感器。
另外，在所公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可通过EGR通道140将期望的排气部分从排气通道48引导(route)到进气通道44。控制器12可通过EGR阀142来改变向进气通道44提供的EGR的量。另外，EGR传感器144可布置在EGR通道内，并且可提供排气的压力、温度和浓度中的一个或多个的指示。在一些情况下，EGR系统可用于调节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。另外，在一些条件下，可通过控制排气门正时(诸如通过控制可变气门正时机构)将一部分燃烧气体保持或捕获在燃烧室中。
排气传感器126可能以非可变电压模式(也被称为参考模式)正常操作以用于测量空燃比(AFR)。在一些实例中，可以使用位于排放控制装置70下游的附加传感器128来估计AFR。因此，排放控制装置70被示为沿排气通道48布置排气传感器126下游。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其组合。在一些实施例中，在发动机10的操作期间，可通过在特定空燃比内操作发动机的至少一个气缸来周期性地重置排放控制装置70。
传感器128可以是线性氧传感器或UEGO、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热EGO)、NOx、HC或CO传感器。在一个实例中，除了排气氧传感器126之外还可以使用传感器128来确定AFR。以下，传感器128可以互换地称为下游传感器。在另一个实例中，可以代替排气氧传感器126而使用下游传感器128来确定AFR。例如，当水飞溅在排气氧传感器上时，一些水可进入传感器内腔。本发明人已经认识到：如果在传感器上仍然存在水时排气氧传感器被错误地控制，则这可以使排气氧传感器劣化。因此，为了减少传感器劣化，可能以VVs模式操作排气氧传感器。在VVs模式中，排气氧传感器在较低电压与较高电压之间进行操作(例如，在较低电压与较高电压之间进行调制、和/或从较低电压转换到较高电压)(如以下参考图2进一步描述的)。当以VVs模式操作排气氧传感器126(例如，直到水已经从排气氧传感器126蒸发)时，可以不使用排气氧传感器126来估计AFR；相反，可以使用不同的传感器(例如，下游传感器128)来估计AFR，例如像图2和图3所示。在示例性实施例中，当系统不包括附加的下游传感器时，可以基于先前使用排气氧传感器126确定的AFR来调整燃料喷射，如图3所示。
控制器12在图1中被示出为微型计算机，其包括微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、用于可执行程序和校准值的电子存储介质(在此特定实例中示为只读存储器芯片(ROM)106)、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110和数据总线。除先前讨论的那些信号之外，控制器12可以从联接到发动机10的传感器接收各种信号，其包括：来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量计(MAF)的测量值；来自联接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自联接到曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP)；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。控制器12可根据信号PIP产生发动机转速信号RPM。控制器12从上述传感器接收信号并且采用图1的各种致动器，以便基于所接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令来调整发动机操作。
作为一个实例，控制器可以基于一个或多个传感器(诸如排气氧传感器126和下游传感器128)测量空燃比(AFR)的丰富度和稀薄度，并且可以因此调整喷射到气缸的燃料量以便维持化学计量操作。例如，控制器可以在较低电压下以非VVs模式操作排气传感器126以便估计AFR。基于估计的AFR，控制器可以调整递送到燃料喷射器(例如，燃料喷射器66)的脉冲宽度信号，以便调整通过燃料喷射器递送的燃料量以维持整个化学计量的发动机操作。
然而，当水飞溅(或存在于)排气氧传感器126上时，控制器可以通过将传感器的操作电压从较低电压增加到较高电压，将排气氧传感器126从非VVs模式转换到VVs模式。例如，控制器可以基于排气氧传感器的加热功率、泵送电流和/或泵送电流的改变中的一个或多个的改变，推断出水飞溅在传感器上。作为实例，如果排气氧传感器的泵送电流下降到第一阈值电流以下，则控制器可以推断出水已经飞溅到传感器上。当确定水飞溅在传感器上时，控制器可停止以非VVs模式操作传感器，并且进一步将传感器转换到VVs模式。通过在较高电压下以VVs模式操作传感器(和/或在较低电压与较高电压之间调制传感器)，控制器可以监测传感器的输出并且确定水何时从传感器蒸发。例如，当泵送电流升高到第二阈值电流以上时，控制器可以确定水已经从传感器蒸发。因此，控制器可以基于排气氧传感器上不存在水来设置第一阈值电流，并且进一步基于排气氧传感器上存在水来设置第二阈值。当水已经从排气氧传感器蒸发时，控制器可以通过在较低电压下操作传感器将传感器转换到非VVs模式。
作为另一个实例，控制器可能以非VVs模式操作排气氧传感器，以便基于排气氧传感器的泵送电流(ΔIp)的基线改变来确定环境湿度。例如，当排气氧传感器上不存在水时，控制器可以由于环境湿度将传感器从非VVs模式转换到VVs模式以便估计排气中的水量，并且然后一旦估计完成就使传感器返回非VVs模式。因此，当传感器上不存在水时，以VVs模式使用排气氧传感器来估计的水量可以是说明由于排气中的湿度和/或附加成分(诸如燃料醇含量)而引起的水的基线测量。因此，如参考图3所描述的，基线水(或环境湿度)测量表示通常在发动机操作期间存在的水，并且该测量用于在传感器上检测到水时与传感器输出进行比较。排气中由于环境湿度引起的估计水量可以存储在存储器中，并且可以稍后被检索以用于估计泵送电流比较的改变。当水飞溅在传感器上时，控制器可能以VVs模式操作传感器，并且将传感器泵送电流的改变与基线ΔIp进行比较，以便确定传感器上是否存在水，如参考图3所解释的。当以VVs模式操作排气氧传感器时，控制器可以根据定位在发动机系统中的其他传感器(例如，传感器128)来估计AFR，或者使用预定的AFR估计来调整燃料喷射。以此方式，控制器可以在水飞溅在传感器上时选择性地调整排气氧传感器的操作并且减少传感器劣化。参考图2描述排气氧传感器的非VVs操作模式和VVs操作模式。
存储介质只读存储器106可通过表示可由处理器102执行的指令的计算机可读数据来编程，以用于执行以下所描述的方法以及预期但未具体列出的其他变体。
如以上所描述的，图1仅示出多气缸发动机中的一个气缸，并且每个气缸可类似地包括其自身的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
接下来，图2示出UEGO传感器200的示例性实施例的示意图，所述UEGO传感器200被配置成测量排气流中的氧(O2)浓度。例如，传感器200可以作为图1的排气传感器126操作。传感器200包括以堆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，5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实例包括但不限于基于氧化锆的材料。另外，在一些实施例中，加热器207可以被设置成与所述层热连通以便增加层的离子电导率。尽管所描述的UEGO传感器由5个陶瓷层形成，但将理解UEGO传感器可以包括其他合适数目的陶瓷层。
层202包括创建扩散路径210的一种或多种材料。扩散路径210被配置成通过扩散将排气引入第一内腔222中。与分析物可通过泵送电极对212和214来泵入或泵出相比，扩散路径210可以被配置成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))以更有限的速率扩散到内腔222中。以此方式，可以在第一内腔222中获得O2的化学计量水平。
传感器200还包括在层204内的第二内腔224，所述第二内腔224通过层203与第一内腔222分开。第二内腔224被配置成维持等于化学计量条件的恒定氧分压，例如，第二内腔224中存在的氧水平等于如果空燃比为化学计量的时排气将具有的氧水平。第二内腔224中的氧浓度通过泵送电压Vcp来保持恒定。在此，第二内腔224可以便被称为参考单元。
一对感测电极216和218被设置成与第一内腔222和参考单元224连通。感测电极对216和218检测浓度梯度，所述浓度梯度可由于高于或低于化学计量水平的排气中氧浓度而在第一内腔222与参考单元224之间形成。稀排气混合物可导致高氧浓度，而富混合物可导致低氧浓度。
一对泵送电极212和214被设置成与内腔222连通，并且被配置成电化学地将所选择的气体成分(例如，O2)从内腔222泵送通过层201并到传感器200外。可替代地，该对泵送电极212和214可以被配置成电化学地将所选择的气体泵送通过层201并且到内腔222中。在此，泵送电极对212和214可以便被称为O2泵送单元。
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可至少部分地由催化分子氧解离的材料形成。此类材料的实例包括但不限于包含铂和/或银的电极。
电化学地将氧泵送到内腔222外或中的过程包括在泵送电极对212和214两端施加电压Vp(例如，参考电压)。向O2泵送单元施加的泵送电压Vp将氧泵送到第一内腔222中或之外，以便维持内腔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)产生泵送电流信号Ip，其作为维持第一内腔222内的化学计量水平所需的施加的泵送电压Vp的强度的函数。由此，稀混合物将导致将氧泵送到内腔222外，并且富混合物将导致将氧泵送到内腔222中。
应当理解，本文描述的UEGO传感器仅作为UEGO传感器的示例性实施例，并且UEGO传感器的其他实施例可具有附加和/或替代性特征和/或设计。图2的氧传感器可以是可变电压氧传感器，所述可变电压氧传感器被配置成在水分子未解离的第一较低电压(例如，参考电压)下操作，以及在水分子完全解离的第二较高电压(例如，参考电压)下操作。因此，第二电压高于第一电压。因此，排气氧传感器可以仅在较低的第一参考电压(例如，约450mV)下作为传统的氧传感器(例如，空燃传感器)操作。此较低电压在本文中可以被称为基础参考电压。也就是说，UEGO可作为空燃传感器操作以便确定排气空燃比。
可能以VVs模式操作传感器以便确定环境湿度的估计。这样，可以基于第一泵送电流和第二泵送电流(或校正第一和第二泵送电流)确定环境湿度(例如，围绕车辆的新鲜空气的绝对湿度)。例如，可从第二泵送电流减去第一泵送电流以便获得泵送电流改变，所述泵送电流改变指示来自样本气体中的解离的水分子(例如，水量)的氧气量。该值可以与排气内的环境湿度和/或附加成分成比例。在此，该值可以被称为泵送电流的基线改变。当水飞溅在排气氧传感器上时，排气氧传感器所输出的泵送电流的改变可以用于估计排气氧传感器上的除了排气中的湿度和/或附加成分之外的过量水(例如，通过与泵送电流的基线改变进行比较)。
因此，图1-2的系统提供了一种用于发动机的系统，所述系统包括联接到发动机的排气通道的排气氧传感器、以及包括计算机可读指令的控制器，所述指令用于：在以排气氧传感器的参考电压维持在较低第一电压的参考模式来操作排气氧传感器期间，基于排气氧传感器的第一泵送电流下降到第一阈值电流以下来检测水飞溅事件。附加地或可替代地，控制器可以包括用于以下的指令：将排气氧传感器转换为参考电压在第一电压与较高第二电压之间调制的可变电压(VVs)模式，并且维持以VVs模式的操作，直到排气氧传感器的第二泵送电流下降到第二阈值电流以下。附加地或可替代地，第一阈值电流可以基于当在排气氧传感器上不存在水时的排气氧传感器在参考模式下的第一输出；并且第二阈值可以基于当在排气氧传感器上存在水时的排气氧传感器在VVs模式下的第二输出。附加地或可替代地，第二阈值电流可以高于第一阈值电流。附加地或可替代地，控制器可以包括用于在以参考模式操作排气氧传感器时估计空燃比的指令。附加地或可替代地，控制器可以包括用于在以VVs模式操作排气氧传感器时估计环境湿度的指令。
转向图3，示出了用于基于排气氧传感器的输出调整发动机操作的方法300。具体地，可以监测排气氧传感器的传感器参数(例如，泵送电流、加热功率、泵送电流的改变等)以便确定水是否已经飞溅在(或存在于)排气氧传感器上。如以下所描述的，当在排气氧传感器处指示水时，传感器从非VVs模式转换到VVs模式，所述传感器维持在所述VVs模式直到水已经从排气氧传感器蒸发。
如以上所描述的，排气氧传感器(诸如图1所示的排气传感器126和图2所示的传感器200)可以是可在较低基础电压和较高目标电压下操作的VVs传感器。因此，排气氧传感器可以作为其中传感器的参考电压维持在较低基础电压(例如，约450mV)的传统空燃传感器操作，在所述较低基础电压下水分子和二氧化碳分子在传感器处不解离(在本文中被称为非VVs操作)。然后，在选择的条件下(如以下所解释的)，排气氧传感器的参考电压可以从较低基础电压(例如，第一电压)增加到较高目标电压(例如，第二电压)，在所述较高目标电压下水分子和/或二氧化碳分子解离。在一个实例中，第二电压可以在约900mV-1100mV的范围内。
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(诸如以上参考图1和图2描述的传感器)接收的信号，控制器可以执行用于执行方法300的指令。根据下述方法，控制器可以采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机操作。
方法300通过估计和/或测量发动机工况在302处开始。发动机工况可包括：发动机转速和/或负载、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、排气氧传感器温度、排气氧传感器的泵送电流、排气氧传感器的泵送电流改变、排气氧传感器的加热功率、排气氧传感器的温度等。
在304处，方法300包括以非VVs模式操作排气氧传感器并且基于传感器在非VVs模式(或参考模式)下的输出控制AFR。因此，以非VVs模式操作排气氧传感器包括在较低第一电压(例如，约450mV)下操作排气氧传感器。控制器可以基于排气氧传感器读数来确定AFR，并且因此，响应于所确定的AFR，调整至一个或多个气缸(诸如图1的气缸30)的燃料喷射。
例如，控制器可以确定要发送到燃料喷射器致动器的控制信号(诸如信号的脉冲宽度)是基于AFR的确定来确定的。当在传感器上没有检测到水时，AFR可能基于排气氧传感器读数。控制器可以通过直接考虑到所确定的AFR的确定来确定脉冲宽度，诸如当所确定的AFR比化学计量更稀时增加脉冲宽度。可替代地，控制器可以基于使用查询表的计算来确定脉冲宽度，在所述查询表中输入是AFR并且输出是脉冲宽度。
在另一个实例中，控制器可以基于来自联接到排气通道的一个或多个传感器的输出来估计AFR。例如，第二下游排气传感器(诸如图1所示的排气氧传感器128)可以联接到排放控制装置(诸如图1所示的排放控制装置70)下游的排气通道(诸如图1所示的排气通道48)。因此，下游传感器可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适传感器(诸如UEGO、EGO、HEGO等)。
在一个实施例中，下游传感器是被配置成指示排气在经过催化剂之后的相对变富或变稀的EGO。因此，EGO可以提供以切换点形式的输出、或排气从稀变到富的点处的电压信号。
控制器可以基于排气氧传感器和下游传感器中的一个或多个来估计AFR。基于所估计的AFR，控制器可以调整至气缸的燃料喷射以便维持化学计量操作。作为实例，控制器可以基于从上游排气氧传感器和下游传感器估计的AFR的平均值来估计AFR。在另一个实例中，控制器可以使用从下游传感器估计的AFR作为针对从排气氧传感器估计的AFR的校正因子，并且应用已校正的AFR以用于空气燃料控制。在又另一个实例中，排气氧传感器可以提供反馈以便将AFR调整成接近化学计量，并且下游传感器可以提供反馈以便使AFR偏向更富或更稀以增强催化剂效率。在另外的实例中，上游排气氧传感器可能以控制AFR的内环的方式操作，并且下游氧传感器(例如，HEGO)可能以控制AFR的外环的方式操作。在此，下游传感器的输出可以用于向排气氧传感器所进行的AFR比率测量施加小的校正。以此方式，可以维持催化剂的适当丰富对比稀薄的状态。
在306处，方法300包括确定水是否已经飞溅在排气氧传感器上。在某些发动机工况(诸如在冷启动期间或当冷凝物在排气中形成时)下，水可飞溅到排气氧传感器并接触排气氧传感器。水飞溅在排气氧传感器上可导致水滴进入传感器腔并直接接触传感器单元。在水已经飞溅到传感器上之后，继续以非VVs模式操作排气氧传感器可导致传感器劣化。如以下所描述的，为了减少传感器劣化，控制器可以监测传感器以便检测水飞溅事件，并且因此，修改排气氧传感器的操作。在此，如以下所描述的，方法包括基于传感器参数(例如，泵送电流、传感器温度、加热功率等)来指示位于发动机排气通道中的排气氧传感器处的水。
例如，控制器可以监测排气氧传感器的加热器(诸如图2所示的传感器200的加热器207)。如果水飞溅在排气氧传感器上并且进入传感器单元，则水可以接触加热器。当水接触排气氧传感器时，传感器的温度可降低。控制器可以监测排气氧传感器的温度，并且如果传感器的温度下降到阈值温度以下，则控制器可以推断出水已经飞溅在传感器上。
在另一个实例中，当水飞溅在传感器上时，排气氧传感器的加热功率可减少。如果加热功率减少到阈值水平，则控制器可能推断出水已经飞溅在传感器上。
在又一个实例中，当水飞溅在传感器上时，排气氧传感器的加热功率可以自动增加以便增加传感器温度。在这种实例中，控制器可以监测排气氧传感器的加热功率。如果加热功率增加到特定的功率输出，则控制器可推断出水已经飞溅在传感器上。
在另外的实例中，当排气氧传感器的泵送电流减少了阈值电流量时，可以指示水接触加热元件。例如，当以非VVs模式操作排气氧传感器时，传感器可以在较低电压下操作，并且可以使用对应的泵送电流输出来估计AFR。然而，当水飞溅在传感器上时，传感器的泵送电流可以减少。因此，响应于空气流的氧浓度减小(例如，水飞溅可导致传感器周围的水蒸气减小氧浓度)，泵送电流可减少。当传感器的泵送电流减少到阈值电流以下时，控制器可以断定发生了水飞溅事件。因此，可以通过监测能斯特电池电阻(Nernst cellresistance，Rpvs)来检测传感器上的水飞溅。在此，使用能斯特电池电阻来推断传感器的温度。因此，当Rpvs降低到阈值电阻以下时，控制器可以推断出传感器的温度已经下降到阈值温度以下，并且因此，确定水已经飞溅在传感器的元件上。在另一个实例中，可以通过监测氧传感器加热器电阻来检测传感器上的水飞溅。在又一个实例中，控制器可以基于传感器在VVs模式下的泵送电流来检测排气氧传感器上的水。例如，可能以排气湿度解离的VVs模式操作排气氧传感器。因此，传感器在VVs模式下的泵送电流Ip可以是对应于从水解离的氧量的基础信号。当处于VVs模式的排气氧传感器上由于水飞溅而存在液态水时，将会有超过排气中存在的基础水平的过量水解离。因此，传感器在VVs模式下的泵送电流信号可急剧地增加。因此，只有在传感器上存在液态水时，才可以达到高电平的泵送电流。因此，当排气氧传感器的泵送电流突然增加时，控制器可以检测传感器上的水。
如果在排气氧传感器上没有检测到水(例如，在306处为“否”)，则方法300行进到310，在所述310中检查是否是泵送电流的基线改变(ΔIp)测量的时间。基线ΔIp值可以表示排气中由于湿度(和/或排气中的其他水元素)引起的水量。在一些实例中，控制器估计在特定发动机工况下的基线ΔIp。作为实例，控制器可以操作排气氧传感器，以便估计在发动机启动时的ΔIp。作为另一个实例，控制器可以周期性地估计ΔIp(例如，在阈值持续时间的发动机操作、阈值数量的发动机循环等之后)。
如果是基线ΔIp测量的时间(例如，在310处为“是”)，则方法300行进到318。在318处，控制器以VVs模式操作排气氧传感器，在所述VVs模式中传感器在第二较高电压下操作和/或在较低第一电压与第二较高电压之间调制。响应于在第一电压与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品气体中的氧量，而第二泵送电流可以指示样品气体中的氧量加上样品气体中的水分子中包含的氧量。控制器可以发现第一泵送电流与第二泵送电流之间的差以便确定基线ΔIp。基线ΔIp反映排气中存在的水量。排气中的该水量可能由于排气中的湿度(并且不是过量的水飞溅在传感器上)。控制器可以将基线ΔIp存储在数据库中以便稍后进行检索，并且所述方法返回。
如果不是基线ΔIp测量的时间(例如，在310处为“否”)，则方法300行进到320，在所述320中，控制器继续维持排气氧传感器的非VVs操作。附加地，如先前所描述的，控制器可以基于排气氧传感器的输出来估计AFR。因此，控制器可以调整至发动机气缸的燃料喷射以便维持整体化学计量操作。方法300返回。
返回方法300的306，如果控制器推断出水已经飞溅在传感器上(例如，在306处为“是”)，则方法300行进到308，在所述308中，将传感器转换到VVs模式。如先前描述的，控制器可以基于若干条件推断出水已经飞溅在排气氧传感器上(或者发生了水飞溅事件)。如先前讨论的，条件包括以下中的一个或多个：排气氧传感器的温度下降到阈值温度以下，加热功率减少到阈值水平，以及传感器的泵送电流下降到阈值电流电平以下。因此，控制器可以将排气氧传感器从非VVs模式转换到VVs模式，在所述VVs模式中，传感器在第二较高电压下操作和/或在较低第一电压与第二较高电压之间调制。
接下来，在312处，方法300包括在第一电压和第二电压下获得排气氧传感器的泵送电流。类似于方法300的318，控制器可以在第一电压与第二电压之间调制排气氧传感器，并且在相应电压下产生第一泵送电流和第二泵送电流。附加地，控制器可以确定第一泵送电流与第二泵送电流之间的差ΔIp。具体地，ΔIp是在排气氧传感器上存在水的情况下，在第一电压与第二电压之间调制排气氧传感器时的泵送电流的改变。为了区别ΔIp与318处确定的基线ΔIp，在312处产生的ΔIp(在传感器上存在水时)之后将被称为第二ΔIp。
接下来，在314处，方法包括将第二ΔIp与第一或基线ΔIp进行比较。要重申的是，基线ΔIp是在传感器上没有检测到水时，通过以VVs模式操作排气氧传感器确定的泵送电流的改变，而第二ΔIp是在传感器上检测到水时，通过以VVs模式操作排气氧传感器确定的泵送电流的改变。在一些实例中，基线ΔIp或排气氧传感器的基线泵送电流可以被称为排气氧传感器的基线输出。在此，排气氧传感器的基线输出(或基线ΔIp)基于从排气环境中存在的水解离的预期氧量。因此，基线ΔIp表示排气中存在的水的基础水平。然而，当水飞溅在排气氧传感器上时，将会有超过排气中存在的基础水平的水的过量水解离。
在一个实例中，控制器可以执行用于加速水从排气氧传感器蒸发的动作。例如，控制器可以将加热功率增加到特定水平以便加速水从排气氧传感器的蒸发。在某些情况下，以VVs模式操作传感器可用于使附加的水解离，这可加速蒸发，因为它解离了传感器上存在的水。在另一个实例中，通过在第一电压与第二电压之间调制操作电压来以VVs模式操作排气氧传感器可加速蒸发过程。
在316处，控制器可以确定第二ΔIp是否在基线ΔIp的阈值量内。在一个实例中，如果第二ΔIp在基线ΔIp的5％或10％内，则方法300行进到332，否则方法300行进到322。在一些实例中，控制器可以产生在第二ΔIp与基线ΔIp之间的差d以便推断传感器上是否存在水。作为实例，控制器可以确定第二ΔIp与基线ΔIp之间的差d，并且检查差d是否低于阈值。如果差d低于阈值，则控制器可以确定第二ΔIp在第一或基线ΔIp的阈值量内，并且因此，方法300行进到332。然而，如果差d高于阈值，则控制器可以确定第二ΔIp不在基线ΔIp的阈值量内，并且方法300行进到322。
在322处，方法300包括推断出排气氧传感器上仍然存在水。因此，方法包括基于第二ΔIp不在基线ΔIp的阈值内，指示排气氧传感器上仍然存在水。因为所述指示，所以控制器可以在324处进一步调整传感器操作和发动机操作中的一个或多个。在324处调整传感器和/或发动机操作包括在326处继续以VVs模式操作排气氧传感器。因此，控制器可以继续在第一电压与第二电压之间调制排气氧传感器。此外，控制器可以在第一电压与第二电压之间调制传感器的同时，监测第一泵送电流和第二泵送电流中的每一个。例如，控制器可以继续以VVs模式操作传感器并且通过基线ΔIp保持检查第二ΔIp，以便确定传感器上是否仍然存在水，或者水是否已经从传感器蒸发。此外，在324处调整传感器和/或发动机操作可以包括减少排气再循环(EGR)流。例如，控制器可以减少位于EGR通道中的EGR阀的开度，以便减少通过排气通道的EGR流。因此，可以减少EGR流以便减小进入排气的水分。
在328处，方法300包括基于不同传感器的输出确定排气中的AFR。具体地，控制器可以不基于排气氧传感器的输出来确定AFR。由于排气氧传感器上仍然存在水，因此控制器可以继续以VVs模式操作排气氧传感器，并且不作为传统的空燃传感器。然而，虽然排气氧传感器不用作传统的空燃传感器，但是控制器可以操作联接到发动机系统的附加传感器以便确定AFR。作为实例，控制器可以基于下游传感器的输出来估计AFR。下游传感器可以是图1所示的下游传感器128的非限制性实例。如先前所描述的，下游传感器可以是线性氧传感器或UEGO、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热EGO)、NOx、HC或CO传感器。控制器可以基于下游传感器的输出，而不是基于其上仍存在水的排气氧传感器的输出来估计AFR。作为另一个实例，控制器可以基于联接到发动机系统的一个或多个质量流量传感器和进气歧管压力传感器的输出来估计AFR。
在330处，控制器可以基于使用除了排气氧传感器之外的传感器确定的AFR来调整燃料喷射。例如，控制器可以确定要发送到燃料喷射器致动器的控制信号(诸如信号的脉冲宽度)是基于AFR的确定来确定的。控制器可以通过直接考虑到所确定的AFR(例如来自下游传感器)的确定来确定脉冲宽度，诸如通过减小AFR来增加脉冲宽度以便维持化学计量操作。可替代地，控制器可以基于使用查询表或空燃比映射图的计算来确定脉冲宽度，在所述查询表或空燃比映射图中输入是AFR并且输出是脉冲宽度。方法300返回316以便继续监测泵送电流的改变(或第二ΔIp)，并且将其与如前所述的泵送电流的基线改变(或第一ΔI)进行比较。在一些实例中，控制器可以不使用附加的传感器来估计AFR。然而，控制器可以查询在水飞溅在传感器之前使用排气氧传感器估计的AFR。在330处，控制器可以使用该先前确定的AFR来调整燃料喷射。
返回方法300的316，如果第二ΔIp在第一或基线ΔIp的阈值内(例如，在316处为“是”)，则方法300行进到332，在所述322处，方法300包括推断出排气氧传感器上的水已经蒸发。接下来，在334处，方法300包括基于所有水已经从排气氧传感器蒸发的推断，调整传感器操作和发动机操作中的一个或多个。调整传感器和/或发动机操作包括在336处使排气氧传感器从VVs操作模式返回非VVs或参考模式。使排气氧传感器返回非VVs模式包括在较低电压下操作传感器，并且在338处使用排气氧传感器在非VVs模式下的输出以用于估计AFR。因此，在非VVs模式中，响应于水已经从传感器中蒸发的推断，排气氧传感器可以仅在第一电压下操作。在此，基于以非VVs模式操作的排气氧传感器的输出来确定所估计的AFR。此外，可以增加通过EGR通道的EGR流。例如，控制器可以基于传感器上不再存在水的推断增加EGR阀的开度以便增加通过EGR通道的EGR流。方法300返回。
因此，上述示例性方法包括：响应于在排气氧传感器上检测到水，将排气氧传感器的操作从非可变电压(VVs)模式转换为VVs模式；以及响应于在VVs模式下进行操作期间的排气氧传感器的输出大于基线输出，调整发动机工况。附加地或可替代地，基线输出可以包括在排气氧传感器上不存在水时，以VVs模式操作排气氧传感器时的排气氧传感器的基线泵送电流。附加地或可替代地，基线输出可以基于从排气环境中存在的水解离的预期氧量。附加地或可替代地，将排气氧传感器的操作从非VVs模式转换到VVs模式可以包括将排气氧传感器从在第一参考电压下操作转换到在第一参考电压与第二参考电压之间调制，第二参考电压高于第一参考电压。附加地或可替代地，调整发动机工况可以包括当在排气氧传感器上没有检测到水时，基于排气氧传感器在非VVs模式下估计的空燃比(AFR)来调整燃料喷射。附加地或可替代地，调整发动机工况还可以包括当在排气氧传感器上检测到水时，基于从不同的下游传感器估计的AFR来调整燃料喷射。以此方式，通过在已经发生水飞溅事件时选择性地以VVs模式操作排气氧传感器，可减少传感器劣化。
现在转向图4，映射图400示出了排气氧传感器(诸如图1所示的排气氧传感器126和/或图2的传感器200)的操作模式、排气氧传感器的泵送电流输出、基线泵送电流的改变、空燃比控制与燃料喷射曲线之间的示例性关系。映射图400的曲线402示出了以两种模式之一操作排气氧传感器：非VVs模式和VVs模式。曲线404示出了排气氧传感器在以非VVs模式操作时的泵送电流(例如，基线泵送电流)，并且曲线405示出了如图2和图3所描述的传感器在VVs模式下的泵送电流(例如，第二泵送电流)。曲线408示出了当以VVs模式操作排气氧传感器时的相对于基线ΔIp(虚线410)的泵送电流改变ΔIp。曲线412指示水飞溅事件，并且示出了当以VVs模式操作传感器时的排气氧传感器上的水量(曲线414)。曲线416示出了基于排气氧传感器(例如，UEGO)的输出估计的空燃比，并且图426示出了使用不同的下游传感器(例如，HEGO)估计的AFR。曲线418示出了基于使用排气氧传感器和下游传感器两者估计的AFR的燃料喷射曲线，并且曲线420示出了基于仅使用下游传感器估计的AFR的燃料喷射曲线。对于每个曲线，沿x(水平)轴描绘时间，而沿y(垂直)轴描绘每个相应参数的值。
在时间t0与t1之间，排气氧传感器作为传统的空燃传感器操作。因此，如图2所描述的，以非VVs模式(402)操作排气氧传感器，在所述非VVs模式中，传感器在较低电压下操作。在非VVs模式中，使用排气氧传感器的泵送电流(404)来估计AFR(416)。在一些实例中，当传感器在第一(较低)电压下操作时，泵送电流(404)可表示排气氧传感器的第一泵送电流。作为实例，当空气/燃料混合物是丰富的时，排气氧传感器产生沿“负”方向的泵送电流(404)以便消耗游离(free)燃料。当空气/燃料混合物是稀薄的时，排气氧传感器产生沿相反(“正”)方向的泵送电流以便消耗游离氧。以此方式，排气氧传感器可用于估计AFR。基于使用排气氧传感器的泵送电流估计的AFR，可以调整燃料喷射曲线(418)以便维持化学计量的操作。在一些实例中，可以基于排气氧传感器和不同的下游传感器中的一个或多个来调整燃料喷射曲线(418)。如前所述，发动机系统可以包括沿着排气通道安装的附加传感器，其可用于AFR估计。例如，可以将HEGO传感器放置在排放装置的下游，并且除了排气氧传感器的输出之外，还可以使用HEGO传感器的输出来确定燃料喷射曲线(418)。在一个实例中，控制器可以基于从UEGO传感器和HEGO传感器估计的AFR的平均值来估计AFR。在另一个实例中，控制器可以使用从HEGO估计的AFR作为针对从UEGO传感器估计的AFR的校正因子，并且应用已校正的AFR以用于空气燃料控制。在又另一个实例中，UEGO传感器可以提供反馈以将AFR调整成接近化学计量，并且HEGO传感器可以提供反馈以便使AFR偏向更富或更稀以增强催化剂效率。例如，上游排气氧传感器(UEGO)可能以控制AFR的内环的方式操作，并且下游氧传感器(HEGO)可能以控制AFR的外环的方式操作。可以使用HEGO传感器以便对UEGO的AFR比率测量施加校正，并且因此可以维持催化剂的适当丰富对比稀薄的状态。
在时间t1与t2之间，排气氧传感器的泵送电流(404)开始减小。在此，当在传感器上没有检测到水时，泵送电流(404)可以被称为排气氧传感器在非VVs模式下的基线泵送电流。在时间t2，泵送电流下降到第一阈值电流(虚线407)以下。当发生这种情况时，检测到水飞溅事件(412)。因此，水可飞溅在排气氧传感器上，从而导致基线泵送电流下降到第一阈值电流以下。在此，当在排气氧传感器上不存在水时，第一阈值电流基于排气氧传感器在非VVs模式或参考模式下的第一输出或泵送电流(404)。在一些实例中，可以基于传感器温度下降到阈值温度以下来检测水飞溅事件。
如果即使在检测到水飞溅之后，仍继续以非VVs模式操作排气氧传感器，则传感器可变得劣化。为了减少传感器劣化，可不再以非VVs模式操作排气氧传感器。相反，排气氧传感器可以在时间t2从非VVs模式转换到VVs模式(402)。因此，在t2与t3之间，以VVs模式操作排气氧传感器，在所述VVs模式中传感器在较低的第一电压与较高的第二电压之间调制。当传感器在第一电压与第二电压之间调制时，传感器在相应的电压下产生第一泵送电流和第二泵送电流。在此，在曲线405中示出了原始泵送电流输出(第一泵送电流或第二泵送电流)，并且在曲线408中示出了第二泵送电流与第一泵送电流之间的差。
在VVs模式中，可能不使用排气氧传感器输出来确定AFR(参见t2与t3之间的平坦线416)。然而，可以使用下游传感器来估计AFR(426)，并且可以基于从下游传感器估计的AFR(426)来调整燃料喷射曲线(420)。
如果下游传感器不可用，则可以在预定阈值(422和424)之间调整燃料喷射曲线(420)。例如，当以非VVs模式操作排气氧传感器(例如，在t0与t1之间)时，可以基于先前估计的AFR来确定下阈值(424)和上阈值(422)。在t2与t3之间，可以在先前确定的上阈值与下阈值之间调整燃料喷射曲线(420)。
因此，在排气氧传感器上检测到水时，传感器可能不作为传统的空燃传感器操作。相反，可以将传感器转换到VVs模式，并且在一些实例中，可以操作传感器以便估计环境湿度。响应于在第一电压与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品气体中的氧量，而第二泵送电流可以指示样品气体中的氧量加上排气中的水分子(由于水飞溅而添加的)中包含的氧量。因此，可以通过从第二泵送电流减去第一泵送电流来确定泵送电流改变ΔIp(408)。因此，可以将泵送电流改变ΔIp(408)与泵送电流的基线改变(410)进行比较。如前所述，可以在某些发动机工况下(例如，在发动机启动期间、或在阈值持续时间的发动机操作之后、或在阈值数量的发动机循环之后)确定基线ΔIp(410)。在t2与t3之间，泵送电流改变(408)高于基线ΔIp(410)，因此指示在排气氧传感器处仍然存在水(如由曲线414的传感器处存在的水量所指示的)。
排气氧传感器上的水可开始蒸发(如曲线414所指示的)。在t3，泵送电流改变(408)达到基线ΔIp(410)，从而指示排气中的水位基本上等于预期在排气中存在的基线水位。因此，在t3，可以断定水已经从传感器蒸发(或者传感器上的水基本上等于排气中的预期水位)，并且因此，排气氧传感器可以返回非VVs模式，在所述非VVs模式中它作为传统的空燃传感器操作。因此，在t3与t4之间，可以使用排气氧传感器来估计AFR(416)，并且基于所估计的AFR，可以相应地调整燃料喷射曲线(418)。
在一些实例中，代替使用泵送电流改变，控制器可以使用原始泵送电流值来确定传感器上是否仍然存在水。例如，可以在t2与t3之间监测排气氧传感器在第一较低电压和第二较高电压中的一个或多个下的原始泵送电流(405)。当在时间t2与t3之间传感器以VVs模式在第一电压与第二电压之间进行调制时，代替计算第一泵送电流与第二泵送电流之间的差，原始泵送电流值可用于检测传感器上是否仍然检测到水。在一个实例中，原始泵送电流可以包括第一泵送电流(在第一电压下)和第二泵送电流(在第二电压下)的平均值。传感器在非VVs模式下的基线泵送电流(404)可以指示样品气体中的氧量，而传感器在VVs模式下的原始泵送电流(405)可以指示样品气体中的氧量加上排气中的水分子(由于水飞溅而添加的)中包含的氧量。
例如，在时间t2与t3之间，第二泵送电流(405)高于第二阈值电流(虚线406)。这指示在传感器上仍然存在水。在此，当传感器上不存在水时，第一阈值电流(407)基于传感器在非VVs模式下的第一输出；并且当传感器上存在水时，第二阈值电流(406)基于传感器在VVs模式下的第二输出。如映射图400所示，第二阈值电流(406)高于第一阈值电流(407)。因此，当第二泵送电流(405)高于第二阈值电流(406)时，控制器可以推断出传感器上仍然存在水。
然而，在t3，当第二泵送电流(405)下降到第二阈值电流(406)以下时，指示传感器上不再存在水。如先前所讨论的，排气氧传感器可以转换回非VVs模式，在所述非VVs模式中它用作传统的空燃传感器。因此，在t3与t4之间，可以使用排气氧传感器来估计AFR(416)，并且基于所估计的AFR，可以相应地调整燃料喷射曲线(418)。
以此方式，通过在传感器上存在水时以VVs模式操作排气氧传感器，可减少传感器劣化。在检测到水时将传感器从非VVs模式转换到VVs模式的技术效果是：在VVs模式下的传感器参数用来确定水何时已经从传感器中蒸发。因此，可以避免传感器劣化。此外，当排气氧传感器上仍然存在水时，可能不使用所述传感器来确定AFR，而可以从不同的传感器估计AFR。以此方式，可以维持发动机系统的空气燃料控制。
以上描述的系统和方法提供了一种方法，其包括：基于排气氧传感器的传感器参数来指示位于发动机排气通道中的排气氧传感器处的水，同时以可变电压(VVs)模式操作排气氧传感器，在可变电压(VVs)模式中将参考电压从较低的第一电压调整到较高的第二电压；以及基于指示水来调整传感器操作和发动机操作中的一个或多个。在方法的第一实例中，方法可以附加地或可替代地包括：其中传感器参数包括当排气氧传感器在第一电压与第二电压之间调制时的泵送电流的改变。方法的第二实例任选地包括第一实例并且还包括：其中传感器参数包括当排气氧传感器在第二电压下操作时的排气氧传感器的泵送电流。方法的第三实例任选地包括第一实例和第二实例中的一个或多个并且还包括：响应于排气氧传感器的泵送电流高于阈值电流，指示排气氧传感器处的水，并且其中调整排气氧传感器操作包括以VVs模式操作排气氧传感器，直到泵送电流下降到阈值电流以下。方法的第四实例任选地包括第一实例至第三实例中的一个或多个并且还包括：一旦泵送电流下降到阈值电流以下，则指示排气氧传感器处没有水，且其中调整排气氧传感器操作包括将排气氧传感器从VVs模式转换到非VVs模式，在非VVs模式中将参考电压调整到第一电压并且保持在第一电压。方法的第五实例任选地包括第一实例至第四实例中的一个或多个并且还包括：其中阈值电流基于基线泵送电流，当传感器处没有检测到水时，基于排气氧传感器在以VVs模式操作时的输出来确定基线泵送电流。方法的第六实例任选地包括第一实例至第五实例中的一个或多个并且还包括：其中调整传感器操作和发动机操作中的一个或多个包括响应于排气氧传感器的泵送电流高于阈值电流，减少排气再循环(EGR)流。方法的第七实例任选地包括第一实例至第六实例中的一个或多个并且还包括：其中调整传感器操作和发动机操作中的一个或多个还包括响应于排气氧传感器的泵送电流下降到阈值电流以下，增加EGR流。方法的第八实例任选地包括第一实例至第七实例中的一个或多个并且还包括：其中减少EGR流包括减少位于EGR通道中的EGR阀的开度，并且增加EGR流包括增加EGR阀的开度。
以上描述的系统和方法还提供了一种方法，其包括：响应于检测到排气氧传感器上的水，将排气氧传感器的操作从非可变电压(VVs)模式转换为VVs模式；以及响应于排气氧传感器在以VVs模式操作期间的输出大于基线输出，调整发动机工况。在方法的第一实例中，方法可以附加地或可替代地包括：其中，基线输出包括在排气氧传感器上不存在水时，以VVs模式操作排气氧传感器时的排气氧传感器的基线泵送电流。方法的第二实例任选地包括第一实例并且还包括：其中基线输出基于从排气环境中存在的水解离的预期氧量。方法的第三实例任选地包括第一实例和第二实例中的一个或多个并且还包括：其中将排气氧传感器的操作从非VVs模式转换到VVs模式包括将排气氧传感器从在第一参考电压下操作转换到在第一参考电压与第二参考电压之间调制，第二参考电压高于第一参考电压。方法的第四实例任选地包括第一实例至第三实例中的一个或多个并且还包括：其中调整发动机工况包括当在排气氧传感器上没有检测到水时，基于排气氧传感器在非VVs模式下估计的空燃比(AFR)来调整燃料喷射。方法的第五实例任选地包括第一实例至第四实例中的一个或多个并且还包括：其中调整发动机工况还包括响应于当排气氧传感器上检测到水时，基于从不同的下游传感器估计的AFR来调整燃料喷射。
以上描述的系统和方法提供了一种用于发动机的系统，其包括：排气氧传感器，其联接到发动机的排气通道；以及控制器，其包括计算机可读指令，用于：在以排气氧传感器的参考电压维持在较低第一电压的参考模式来操作排气氧传感器期间，基于排气氧传感器的第一泵送电流下降到第一阈值电流以下来检测水飞溅事件；以及将排气氧传感器转换为参考电压在第一电压与较高第二电压之间调制的可变电压(VVs)模式，并且维持以VVs模式的操作，直到排气氧传感器的第二泵送电流下降到第二阈值电流以下，在第一电压和第二电压中的一个或多个下产生第二泵送电流。在系统的第一实例中，系统可以附加地或可替代地包括：其中，第一阈值电流基于当在排气氧传感器上不存在水时的排气氧传感器在参考模式下的第一输出；并且第二阈值电流基于当在排气氧传感器上存在水时的排气氧传感器在VVs模式下的第二输出。系统的第二实例任选地包括第一实例并且还包括：其中第二阈值电流高于第一阈值电流。系统的第三实例任选地包括第一实例和第二实例中的一个或多个并且还包括：其中控制器包含用于以下的指令：当以参考模式操作排气氧传感器时，基于排气氧传感器的第一输出来估计空燃比。系统的第四实例任选地包括第一实例至第三实例并且还包括：其中控制器包括用于以下的指令：当以VVs模式操作排气氧传感器时，基于排气氧传感器的第二输出来估计环境湿度。
注意，本文包括的示例性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瞬态存储器中，并且可以由控制系统执行，所述控制系统包括与各种传感器、致动器和其他发动机硬件组合的控制器。本文描述的特定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、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可能以所示的顺序并行地执行，或在一些情况下被省略。同样地，处理顺序不必是实现本文所述的示例性实施例的特征和优点所需的，而是为了便于说明和描述而提供。可以取决于所使用的特定策略，重复地执行所示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示将编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非瞬态存储器中的代码，其中通过在包括与电子控制器组合的各种发动机硬件部件的系统中执行指令来执行所描述的动作。
应当理解，本文所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被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。例如，上述技术可以应用于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所公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或属性的全部新颖且非显而易见的组合和子组合。
以下权利要求特别指出被认为是新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以指“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这样权利要求应当被理解为包括一个或多个此类元件的合并，既不要求也不排除两个或更多个此类元件。可以通过修改本权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护所公开的特征、功能、元件和/或属性的其他组合和子组合。此类权利要求，无论范围上与原始权利要求相比更宽、更窄、相等还是不同，也被认为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种发动机方法，其包括：
基于排气氧传感器的传感器参数指示位于发动机排气通道中的所述排气氧传感器处的水，同时以可变电压模式即VVs模式操作所述排气氧传感器，在所述VVs模式中将参考电压从较低的第一电压调整到较高的第二电压；以及
基于所述指示水调整传感器操作和发动机操作中的一个或多个。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述传感器参数包括当所述排气氧传感器在所述第一电压与所述第二电压之间调制时的泵送电流的改变。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述传感器参数包括当所述排气氧传感器在所述第二电压下操作时的所述排气氧传感器的泵送电流。
4.根据权利要求3所述的方法，其还包括响应于所述排气氧传感器的所述泵送电流高于阈值电流，指示所述排气氧传感器处的水，并且其中所述调整所述排气氧传感器操作包括以所述VVs模式操作所述排气氧传感器，直到所述泵送电流下降到所述阈值电流以下。
5.根据权利要求4所述的方法，其还包括一旦所述泵送电流下降到所述阈值电流以下，则指示所述排气氧传感器处没有水，其中所述调整所述排气氧传感器操作包括将所述排气氧传感器从所述VVs模式转换到非VVs模式，在所述非VVs模式中，将所述参考电压调整到所述第一电压并且保持在所述第一电压。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述阈值电流基于基线泵送电流，当所述传感器处没有检测到水时，基于所述排气氧传感器在以所述VVs模式操作时的输出确定所述基线泵送电流。
7.根据权利要求4所述的方法，其中调整所述传感器操作和所述发动机操作中的一个或多个包括响应于所述排气氧传感器的所述泵送电流高于所述阈值电流，减少排气再循环流即EGR流。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述调整所述传感器操作和所述发动机操作中的一个或多个还包括响应于所述排气氧传感器的所述泵送电流下降到所述阈值电流以下，增加所述EGR流。
9.根据权利要求8所述的方法，其中减少所述EGR流包括减少位于EGR通道中的EGR阀的开度，并且增加所述EGR流包括增加所述EGR阀的开度。
10.一种方法，其包括：
响应于检测到排气氧传感器上的水，将所述排气氧传感器从非可变电压VVs模式即非VVs模式转换为VVs模式；以及
响应于所述排气氧传感器在以所述VVs模式操作期间的输出大于基线输出，调整发动机工况。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述基线输出包括在所述排气氧传感器上没有检测到水时，以所述VVs模式操作所述排气氧传感器时的所述排气氧传感器的基线泵送电流。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述基线输出基于从排气环境中存在的水解离的预期氧量。
13.根据权利要求10所述的方法，其中将所述排气氧传感器的操作从所述非VVs模式转换到所述VVs模式包括将所述排气氧传感器从在第一参考电压下操作转换到在所述第一参考电压与第二参考电压之间调制，所述第二参考电压高于所述第一参考电压。
14.根据权利要求10所述的方法，其中调整所述发动机工况包括响应于在所述排气氧传感器上没有检测到水，基于所述排气氧传感器在所述非VVs模式下估计的空燃比即AFR调整燃料喷射。
15.根据权利要求14所述的方法，其中调整所述发动机工况还包括响应于在所述排气氧传感器上检测到水，基于从不同的下游传感器估计的AFR调整所述燃料喷射。
16.一种用于发动机的系统，其包括：
排气氧传感器，其联接到所述发动机的排气通道；以及
控制器，其包括存储在存储器中的计算机可读指令，所述指令用于：
在以所述排气氧传感器的参考电压维持在较低的第一电压的参考模式操作所述排气氧传感器期间，基于所述排气氧传感器的第一泵送电流下降到第一阈值电流以下，检测水飞溅事件；以及
将所述排气氧传感器转换为所述参考电压在所述第一电压与较高的第二电压之间被调制的可变电压模式即VVs模式，并且维持以所述VVs模式的操作，直到所述排气氧传感器的第二泵送电流下降到第二阈值电流以下，在所述第一电压和所述第二电压中的一个或多个下产生所述第二泵送电流。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述第一阈值电流基于当在所述排气氧传感器上不存在水时所述排气氧传感器在所述参考模式下的第一输出；并且所述第二阈值电流基于当在所述排气氧传感器上存在水时所述排气氧传感器在所述VVs模式下的第二输出。
18.根据权利要求16所述的系统，其中所述第二阈值电流高于所述第一阈值电流。
19.根据权利要求17所述的系统，其中所述控制器包含用于以下的指令：当以所述参考模式操作所述排气氧传感器时，基于所述排气氧传感器的所述第一输出估计空燃比。
20.根据权利要求17所述的系统，其中所述控制器包括用于以下的指令：当以所述VVs模式操作所述排气氧传感器时，基于所述排气氧传感器的所述第二输出估计环境湿度。
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