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Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein einen Gasbestandteilssensor, der in einem Einlasssystem eines Verbrennungsmotors enthalten ist.
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Motorsysteme verwenden möglicherweise die Rückführung von Abgas von einem Motorauslasssystem zu einem Motoreinlasssystem (Einlasspassage), einen als Abgasrückführung (AGR) bezeichneten Prozess, um geregelte Emissionen zu reduzieren. Ein AGR-System kann verschiedene Sensoren enthalten, um die AGR zu messen und/oder zu steuern. Als ein Beispiel kann das AGR-System einen Einlassgasbestandteilssensor wie etwa einen Sauerstoffsensor enthalten, der verwendet werden kann, um Sauerstoff zu messen, um den Anteil an verbrannten Gasen in einer Einlasspassage des Motors zu bestimmen. Weiterhin ist der Sensor gegenüber einem Gesamtdruck empfindlich. Als solches kann der Sensor gegenüber Verdünnungsmitteln wie etwa Umgebungsfeuchtigkeit, Abgasfeuchtigkeit und Kohlendioxid empfindlich sein. Aufgrund der Äquilibrierung des erfassten Gases durch ein katalysierendes Meßelement des Sensors ist der Sauerstoffsensor sowohl für den Partialdruck von Sauerstoff als auch die Anwesenheit von Kraftstoff (oder anderen Reduktionsmitteln oder Oxidationsmitteln) empfindlich. Als solches kann der Sensor gegenüber Oxidationsmitteln und Reduktionsmitteln wie etwa Ölnebel und Kraftstoffdampf empfindlich sein. Somit können die Sensormessungen durch die verschiedenen Empfindlichkeiten verwirrt werden, und die Genauigkeit des Sensors und somit der Messung und/oder der Steuerung der AGR kann reduziert werden.
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Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat das obige Problem erkannt und einen Ansatz ausgedacht, um es mindestens teilweise zu behandeln. Somit wird ein Verfahren für ein Motorsystem offenbart. Das Verfahren beinhaltet auf der Basis von Ausgaben von einem katalysierenden Sensor und einem nichtkatalysierendem Sensor, Anzeigen einer Einlasssauerstoffkonzentration und einer Kraftstoffdampfkonzentration. Das Verfahren beinhaltet weiterhin Justieren der AGR als Reaktion auf die Sauerstoffkonzentration und Justieren der Kraftstoffeinspritzung als Reaktion auf die Kraftstoffdampfkonzentration.
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Bei einem derartigen Beispiel wird der nichtkatalysierende Sensor verwendet, um ein Ausmaß an AGR zu bestimmen, und die Differenz zwischen der Ausgabe des katalysierenden Sensors und der Ausgabe des nichtkatalysierenden Sensors wird zum Bestimmen einer Kraftstoffdampfmenge verwendet. Durch Verwendung eines nichtkatalysierenden Sensors wird die Äquilibrierung an einer erfassenden Oberfläche des Sensors so reduziert, dass der Kraftstoffdampf als ein Verdünnungsmittel wirkt, anstatt die gemessene Oxidationsmittelkonzentration direkt zu reduzieren. Als solches kann die AGR mit vergrößerter Genauigkeit gemessen und gesteuert werden. Weiterhin kann eine Differenz bei der Ausgabe zwischen dem katalysierenden Sensor und dem nichtkatalysierenden Sensor die Kraftstoffdampfkonzentration anzeigen. Auf diese Weise kann ein Arbeitsparameter wie etwa Kraftstoffeinspritzung als Reaktion auf die Kraftstoffdampfkonzentration in der Einlasspassage justiert werden.
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Es versteht sich, dass die obige kurze Darstellung vorgelegt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine wichtigen oder essentiellen Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren, dessen Schutzbereich ausschließlich durch die Ansprüche, die auf die ausführliche Beschreibung folgen, definiert wird. Weiterhin ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die etwaige, oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung erwähnten Nachteile lösen.
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1 zeigt ein Schemadiagramm eines Motors mit einem Abgasrückführungssystem und einem Doppel-Element-Sauerstoffsensor.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Einlassgasbestandteilsensors.
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3 zeigt ein Schemadiagramm eines Doppel-Element-Sauerstoffsensors.
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4 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Routine für ein Motorsystem mit einem Doppel-Element-Sauerstoffsensor veranschaulicht.
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Die folgende Beschreibung betrifft Verfahren und Systeme für ein Motorsystem mit einem Abgasrückführungssystem (AGR-System) und katalysierenden und nichtkatalysierenden Einlassgasbestandteilssensoren wie etwa einem Sauerstoffsensor.
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Bei einem Beispiel umfasst ein Verfahren auf der Basis von Ausgaben von einem katalysierenden Sensor und einem nichtkatalysierenden Sensor, Anzeigen einer Einlasssauerstoffkonzentration und einer Kraftstoffdampfkonzentration. Das Verfahren umfasst weiterhin Justieren der AGR als Reaktion auf die Sauerstoffkonzentration und Justieren der Kraftstoffeinspritzung und/oder der Kraftstoffdampfspülung als Reaktion auf die Kraftstoffdampfkonzentration. Bei einem derartigen Beispiel kann die nichtkatalysierende Sensorausgabe die Sauerstoffkonzentration anzeigen, während eine Differenz zwischen der Ausgabe des katalysierenden Sensors und des nichtkatalysierenden Sensors die Kraftstoffdampfkonzentration anzeigt. Als solches kann ein Maß der AGR erhalten werden, das nicht durch den in der Einlasspassage des Motors vorliegenden Kraftstoffdampf beeinflusst wird. Somit kann die AGR mit erhöhter Genauigkeit gesteuert werden, und die Kraftstoffdampfspülung und/oder die Kraftstoffeinspritzung können auf der Basis der gemessenen Kraftstoffdampfkonzentration justiert werden.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 1 wird ein Schemadiagramm eines Motorsystems 101 mit einem Motor 102 gezeigt, das in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann. Wie dargestellt, enthält das Motorsystem 100 ein Abgasrückführungssystem mit einem Hochdruck-AGR-System 104 und einem Niederdruck-AGR-System 106. Das Motorsystem 100 kann mindestens teilweise durch ein Steuersystem gesteuert werden, das einen Controller 108 enthält.
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Der Motor 102 kann mehrere nichtgezeigte Zylinder enthalten, die konfiguriert sind zum Verbrennen einer Mischung aus Ladeluft (z.B. Einlassluft) und Kraftstoff wie etwa Diesel, Benzin, Alkohol (z.B. Ethanol, Methanol usw.), einer Kraftstoffmischung oder einem anderen geeigneten Kraftstoff. Die Ladeluft kann dem Motor 102 über eine Einlasspassage 110 zugeführt werden, und der Motor 102 kann Verbrennungsabgase über eine Abgaspassage 112 ausstoßen.
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Die Einlasspassage 110 kann eine oder mehrere Drosseln wie etwa eine Drossel 114 mit einer Drosselplatte 116 enthalten. Bei diesem bestimmten Beispiel kann eine Position der Drosselplatte 116 durch den Controller 108 über Signale, die an einen mit der Drossel 114 enthaltenen Elektromotor oder Aktuator geliefert werden, variiert werden, eine Konfiguration, die üblicherweise als elektronische Drosselklappe (ETC – Electronic Throttle Control) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 114 dahingehend betätigt werden, die an die Motorzylinder gelieferte Einlassluft zu variieren. Die Position der Drosselplatte 116 kann durch Drosselpositionssignale TP an den Controller 108 geliefert werden. Bei dem in 1 dargestellten Beispiel enthält die Einlasspassage 110 weiterhin einen Einlassgasbestandteilssensor 136 wie etwa einen Sauerstoffsensor, der konfiguriert ist zum Liefern einer Anzeige der Sauerstoffkonzentration (oder eines Ausmaßes an AGR) vor der Drossel 114. Wie unten ausführlicher beschrieben wird, kann der Einlassgasbestandteilssensor 136 ein Doppel-Element-Sensor mit einem nichtkatalysierenden Sensor und einem katalysierenden Sensor sein. Die Einlasspassage 110 kann weiterhin einen nichtgezeigten Luftmassensensor und einen nichtgezeigten Krümmerluftdrucksensor enthalten, um jeweilige Signale MAF und MAP an den Controller 108 zu liefern.
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Bei den offenbarten Ausführungsformen lenkt das AGR-System einen gewünschten Anteil an Abgas von der Auslasspassage 112 je nach den gewünschten Ausmaßen an HP-AGR und LP-AGR über das Hochdruck-AGR-System 104 und/oder das Niederdruck-AGR-System 106 an die Einlasspassage 110. Die Hochdruck-AGR wird von vor einer Turbine 126 eines Turboladers in der Auslasspassage 112 zu einem Punkt hinter einem Verdichter 128 des Turboladers in der Einlasspassage 110 über eine Hochdruck-AGR-Passage 118 gelenkt. Die Niederdruck-AGR wird von hinter der Turbine 126 des Turboladers über eine Niederdruck-AGR-Passage 120 zu einem Punkt vor dem Verdichter 128 des Turboladers gelenkt. Das an die Einlasspassage 110 gelieferte Ausmaß an AGR kann durch den Controller 108 über ein in das Hochdruck-AGR-System 104 gekoppelte Hochdruck-AGR-Ventil 122 und ein in das Niederdruck-AGR-System 106 gekoppeltes Niederdruck-AGR-Ventil 124 variiert werden. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Drossel in dem Auslass enthalten sein, um das Ansteuern beispielsweise der AGR zu unterstützen. Weiterhin enthält bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel das Hochdruck-AGR-System einen Hochdruck-AGR-Kühler 130, und das Niederdruck-AGR-System enthält einen Niederdruck-AGR-Kühler 132, um beispielsweise Wärme von dem rückgeführten Abgas zum Motorkühlmittel zurück abzugeben. Bei alternativen Ausführungsformen enthält der Motor 102 möglicherweise nur ein Hochdruck-AGR-System oder nur ein Niederdruck-AGR-System.
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Das gesamte Ausmaß an AGR und/oder einem Verhältnis von Hochdruck-AGR zu Niederdruck-AGR kann auf der Basis eines Abgasbestandteilssensors 138 (z.B. eines Abgassauerstoffsensors) und/oder des Einlassgasbestandteilssensors 136 (z.B. eines Einlasssauerstoffsensors) gemessen und/oder gesteuert werden. Der Abgasbestandteilssensor 138 ist vor der Turbine 126 an die Auslasspassage 112 gekoppelt gezeigt, und der Einlassgasbestandteilssensor 136 ist hinter einem Hochdruck-AGR-Einlass 148 an die Einlasspassage 110 gekoppelt gezeigt. Die Abgasbestandteilssensoren 136 und 138 können beliebige geeignete Sensoren sein, um eine Anzeige des Verhältnisses Abgas oder Einlassgasluft/Kraftstoff zu liefern, wie etwa eine lineare Sauerstoffsonde oder ein UEGO (Universal or Wide-Range Exhaust Gas Oxygen – Sauerstoff-Breitbandsonde), ein Zwei-Zustand-Sauerstoffsensor oder EGO, ein HEGO (beheizter EGO), ein NOx-, HC- oder CO-Sensor. Bei den unten unter Bezugnahme auf 2–3 beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Einlassgasbestandteilssensor beispielsweise ein Doppel-Element-Sauerstoffsensor (z.B. O2). Der Einlassgasbestandteilssensor 136 kann verwendet werden, um eine Einlasssauerstoffkonzentration für AGR-Messung und/oder -steuerung zu bestimmen und eine Kraftstoffdampfkonzentration beispielsweise für Kraftstoffdampfspülung und/oder Kraftstoffeinspritzsteuerung zu bestimmen.
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Wie oben angegeben, enthält das Motorsystem 100 weiterhin einen Turbolader mit der entlang der Auslasspassage 112 angeordneten Turbine 126 und dem entlang der Einlasspassage 110 angeordneten Verdichter 128. Beispielsweise kann der Verdichter 128 wenigstens teilweise (z.B. über eine Welle) durch die Turbine 126 angetrieben werden. Bei diesem Beispiel kann das Ausmaß an Verdichtung (z.B. Aufladung), das an eine oder mehrere Zylinder des Motors über den Turbolader geliefert wird, durch den Controller 108 variiert werden.
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Weiterhin ist in dem Beispiel von 1 eine Abgasreinigungseinrichtung 140 entlang der Auslasspassage 112 hinter der Turbine 126 und der Niederdruck-AGR-Passage 120 angeordnet gezeigt. Bei der Abgasreinigungseinrichtung 140 kann es sich um ein System zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR Selective Catalytic Reduction), einen Dreiwege-Katalysator (Three Way Catalyst), eine NOx-Falle, verschiedene andere Abgasreinigungseinrichtungen oder Kombinationen davon handeln. Weiterhin kann bei einigen Ausführungsformen während des Betriebs des Motors 102 die Abgasreinigungseinrichtung 140 periodisch zurückgesetzt werden, indem beispielsweise mindestens ein Zylinder des Motors innerhalb eines bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses betrieben wird.
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Das Motorsystem 100 enthält weiterhin einen Ladeluftkühler (CAC – Charge Air Cooler) 142. Der CAC 142 ist entlang der Einlasspassage 110 hinter dem Verdichter 128 angeordnet, um die Motoreinlassluft zu kühlen, nachdem sie durch den Turbolader hindurchgetreten ist und/oder falls sie beispielsweise mit Niederdruck-AGR verdünnt ist.
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Weiterhin enthält das Motorsystem 100 einen Kraftstoffdampfbehälter 144, der mit einem Absorbens gefüllt sein kann, um Kraftstoffdämpfe (einschließlich verdampfter Kohlenwasserstoffe) während Kraftstofftanknachfülloperationen und den „laufenden Verlust“ (d.h. während des Fahrzeugbetriebs verdampften Kraftstoff) vorübergehend einzufangen. Bei einem Beispiel ist das Absorbens Aktivkohle. Der Controller 108 kann konfiguriert sein, ein Kraftstoffdampfspülventil 146 zu verstellen, um beispielsweise einen Strom von Kraftstoffdämpfen von dem Kraftstoffdampfbehälter 144 zur Einlasspassage 110 zu steuern. Wie unten ausführlicher beschrieben wird, können, wenn der Einlassgasbestandteilssensor 136 ein Doppelelementsensor ist, der einen katalysierenden Sensor und einen nichtkatalysierenden Sensor enthält, oder wenn separate katalysierende und nichtkatalysierende Sensoren verwendet werden, die Sensoren verwendet werden, um auf der Basis einer Differenz zwischen der Ausgabe von dem katalysierenden Sensor und dem nichtkatalysierenden Sensor eine Kraftstoffdampfmenge zu bestimmen.
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Der Controller 108 kann ein Mikrocomputer sein, der Folgendes enthält, wenngleich in 1 nicht gezeigt: eine Mikroprozessoreinheit, Eingangs-/Ausgangsports, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte (z.B. einen Festwertspeicherchip), einen Direktzugriffspeicher, einen Arbeitsspeicher und einen Datenbus. Das Speichermedium Festwertspeicher kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die nichtvorübergehende Anweisungen darstellen, die durch den Mikroprozessor ausgeführt werden können, um die unten beschriebenen Verfahren sowie andere Varianten, die antizipiert werden, aber nicht spezifisch aufgeführt sind, auszuführen. Beispielsweise kann der Controller eine Kommunikation (z.B. Eingangsdaten) von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und die Aktuatoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf der Basis einer Anweisung oder eines Codes, die darin entsprechend einer oder mehrerer Routinen programmiert sind, auslösen. Beispielhafte Routinen werden hier bezüglich 4 beschrieben.
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2 zeigt eine Schemaansicht eines Ausführungsbeispiels eines Sauerstoffsensors 200, der konfiguriert ist zum Messen einer Sauerstoffkonzentration (O2) in einem Einlassgasstrom. Der Sensor 200 kann als der Einlassgasbestandteilssensor 136 von 1 arbeiten, als Beispiel. Der Sensor 200 umfasst mehrere Schichten aus einem oder mehreren, in einer gestapelten Konfiguration angeordneten Keramikmaterialien. Bei der Ausführungsform von 2 sind fünf Keramikschichten als Schichten 201, 202, 203, 204 und 205 dargestellt. Diese Schichten enthalten eine oder mehrere Schichten aus einem festen Elektrolyt, der Sauerstoffionen leiten kann. Zu Beispielen für geeignete feste Elektrolyte zählen unter anderem auf Zirconiumoxid basierende Materialien. Weiterhin kann bei einigen Ausführungsformen eine Heizung 207 in thermischer Kommunikation mit den Schichten angeordnet sein, um die Ionenleitfähigkeit der Schichten zu erhöhen. Während der dargestellte Sauerstoffsensor aus fünf Keramikschichten ausgebildet ist, versteht sich, dass der Sauerstoffsensor andere geeignete Anzahlen an Keramikschichten enthalten kann.
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Die Schicht 202 enthält ein oder mehrere Materialien, die einen Diffusionsweg 210 herstellen. Der Diffusionsweg 210 ist konfiguriert, Einlassgase über Diffusion in einen ersten internen Hohlraum 222 einzuleiten. Der Diffusionsweg 210 kann so konfiguriert sein, dass er gestattet, dass eine oder mehrere Komponenten von Einlassgasen, einschließlich unter anderem einem gewünschten Analyt (z.B. O2), mit einer begrenzenderen Rate in den internen Hohlraum 222 diffundiert, als der Analyt durch ein pumpendes Elektrodenpaar 212 und 214 hinein- oder herausgepumpt werden kann. Auf diese Weise kann im ersten internen Hohlraum 222 eine stöchiometrische Konzentration an O2 erhalten werden.
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Der Sensor 200 enthält weiterhin einen zweiten internen Hohlraum 224 innerhalb der Schicht 204, durch die Schicht 203 von dem ersten internen Hohlraum 222 getrennt. Der zweite interne Hohlraum 224 ist konfiguriert, um einen konstanten Sauerstoffpartialdruck gleich einer stöchiometrischen Bedingung zu halten, zum Beispiel ist eine in dem zweiten internen Hohlraum 224 vorliegende Sauerstoffkonzentration gleich der, die das Abgas aufweisen würde, falls das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch wäre. Die Sauerstoffkonzentration im zweiten internen Hohlraum 224 wird durch einen pumpenden Strom Icp konstant gehalten. Hierin kann der zweite interne Hohlraum 224 als Referenzzelle bezeichnet werden.
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Ein Paar Erfassungselektroden 216 und 218 ist in Kommunikation mit dem ersten internen Hohlraum 222 und der Referenzzelle 224 angeordnet. Das Erfassungselektrodenpaar 216 und 218 detektiert einen Konzentrationsgradienten, der zwischen dem ersten internen Hohlraum 222 und der Referenzzelle 224 aufgrund einer Sauerstoffkonzentration im Abgas entstehen kann, die über- oder unterstöchiometrisch ist. Eine hohe Sauerstoffkonzentration kann durch eine magere Abgasmischung verursacht werden, während eine geringe Sauerstoffkonzentration durch eine fette Mischung verursacht werden kann.
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Ein Paar pumpende Elektroden 212 und 214 ist in Kommunikation mit dem internen Hohlraum 222 angeordnet und ist konfiguriert zum elektrochemischen Pumpen eines ausgewählten Gasbestandteils (z.B. O2) aus dem internen Hohlraum 222 durch die Schicht 201 und aus dem Sensor 200 heraus. Alternativ kann das Paar pumpender Elektroden 212 und 214 konfiguriert sein zum elektrischen Pumpen eines ausgewählten Gases durch die Schicht 201 und in den internen Hohlraum 222. Hierbei kann das pumpende Elektrodenpaar 212 und 214 als eine O2-pumpende Zelle bezeichnet werden.
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Die Elektroden 212, 214, 216 und 218 können aus unterschiedlichen geeigneten Materialien bestehen. Bei einigen Ausführungsformen können die Elektroden 212, 214, 216 und 218 mindestens teilweise aus einem Material bestehen, das die Dissoziation von molekularem Sauerstoff katalysiert. Im Fall eines katalysierenden Sensors zählen zu Beispielen für solche Materialien unter anderem Elektroden, die Platin und/oder Gold enthalten. Im Fall eines nicht katalysierenden Sensors können mindestens die erfassenden Elektroden mit einem anderen Metall wie etwa Silber oder Blei beschichtet sein, so dass sie schwach bis nichtkatalytisch sind.
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Der Prozess des elektrochemischen Pumpens des Sauerstoffs in den internen Hohlraum 222 hinein oder aus diesem heraus beinhaltet das Anlegen eines elektrischen Stroms Ip an das pumpende Elektrodenpaar 212 und 214. Der an die O2-pumpenden Zellen angelegte Pumpstrom Ip pumpt Sauerstoff in den ersten internen Hohlraum 222 hinein oder aus diesem heraus, um in der pumpenden Hohlraumzelle eine stöchiometrische Sauerstoffkonzentration aufrechtzuerhalten. Der pumpende Strom Ip ist proportional zur Sauerstoffkonzentration im Einlassgas. Somit bewirkt eine magere Mischung, dass Sauerstoff aus dem internen Hohlraum 222 herausgepumpt wird, und eine fette Mischung bewirkt, dass Sauerstoff in den internen Hohlraum 222 hineingepumpt wird.
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Ein in 2 nichtgezeigtes Steuersystem generiert das pumpende Spannungssignal Vp als Funktion der Intensität des pumpenden Stroms Ip, die erforderlich ist, um innerhalb des ersten internen Hohlraums 222 eine stöchiometrische Konzentration aufrechtzuerhalten.
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Unter weiterer Bezugnahme auf 3 wird ein Ausführungsbeispiel eines Doppel-Element-Sauerstoffsensors 300 gezeigt. Der Sauerstoffsensor 300 kann in einem Einlasssystem positioniert sein, wie etwa beispielsweise der oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Sensor 136. Der Sensor 300 kann ein beliebiger geeigneter Sensor sein, um eine Anzeige einer Gaskonzentration, wie etwa von Sauerstoff, in einem Einlasskrümmer zu liefern, wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Beispielsweise kann der Sensor 300 ein linearer Sauerstoffsensor, ein UEGO-Sensor usw. sein. Weiterhin kann der Sensor 300 ein geheizter Sensor sein.
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Wie in 3 gezeigt, kann der Sensor 300 einen Körperabschnitt 304 mit einem Gewindeabschnitt 306 für eine Ineingriffnahme mit einer geeigneten Gewindeöffnung in einem Einlasskrümmer oder einer Auslasspassage eines Motors enthalten. Der Körperabschnitt 304 kann beispielsweise aus Stahl bestehen. Weiterhin erstreckt sich von dem Körperabschnitt 304 aus ein Kabel 308. Das Kabel 308 enthält nicht gezeigte Drähte zur elektrischen Verbindung mit einer Steuereinheit, die es ermöglichen, dass der Sensor beispielsweise in einem Rückkopplungskraftstoffsteuersystem verwendet wird.
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In diesem Beispiel ist der Sensor 300 so dargestellt, dass er zwei erfassende Elemente 301 und 302 hält, die sich vom Körperabschnitt 304 in der entgegengesetzten Richtung des Kabels 308 nach außen erstrecken, wie in 3 gezeigt. Wenn wie in Beispiel von 1 installiert, erstrecken sich die erfassenden Elemente 301 und 302 an einer Wand (z.B. inneren Oberfläche) des Einlasskrümmers vorbei in den Einlasskrümmer hinein.
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Die erfassenden Elemente 301 und 302 können auf den Partialdruck des Sauerstoffs in dem Gasstrom durch einen Motor reagieren und können aus einem Keramik-Metalloxid wie etwa beispielsweise einem auf Zirkoniumoxid basierenden Material bestehen, wie oben beschrieben. Weiterhin können die Messelemente 301 und 302 ein Heizelement zum Heizen des Sensors enthalten, um die Impedanz des Metalloxids zu senken und Abscheidungen zu minimieren, die den Sensor verschlechtern können, während sich der Sensor in Betrieb befindet, als Beispiel. Als Beispiel kann das Messelement 301 Teil eines katalysierenden Sensors sein, und das Messelement 302 kann Teil eines nichtkatalysierenden Sensors sein. Indem ein katalysierender Sensor und ein nichtkatalysierender Sensor aufgenommen werden, kann eine präzisere Messung der AGR erhalten werden, da ein Effekt von Verdünnungsmitteln wie etwa Kraftstoffdampf auf die Messung reduziert ist. Weiterhin kann unter einigen Bedingungen eine Differenz zwischen den Ausgaben der Sensoren eine Konzentration an Kraftstoffdampf im Einlass anzeigen, wie unten ausführlicher beschrieben wird.
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Es versteht sich, dass der in 2 und 3 gezeigte Sauerstoffsensor nur ein Beispiel eines Sauerstoffsensors ist und dass andere Ausführungsformen von Sauerstoffsensoren zusätzliche und/oder alternative Merkmale und/oder Designs aufweisen können. Als ein weiteres nicht-beschränkendes Beispiel kann das Motorsystem zwei Einlassgasbestandteilsensoren enthalten, wobei einer der Sensoren ein katalysierendes Messelement und der andere Sensor ein nichtkatalysierendes Messelement aufweist.
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4 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Routine für ein Motorsystem mit einem Doppel-Element-Sauerstoffsensor (z.B. katalysierend und nichtkatalysierend) darstellt, wie etwa das oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Motorsystem 101. Insbesondere bestimmt die Routine einen Arbeitszustand der AGR und der Kraftstoffdampfspülung (z.B. ein oder aus) und verstellt einen oder mehrere Arbeitsparameter auf der Basis der Ausgabe des katalysierenden und nichtkatalysierenden Sauerstoffsensors. Bei einigen Beispielen können der katalysierende und nichtkatalysierende Sauerstoffsensor zwei in der Einlasspassage des Motors positionierte getrennte Sensoren sein.
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Bei 402 werden Arbeitsbedingungen bestimmt. Als nicht beschränkende Beispiele können zu den Arbeitsbedingungen die Umgebungstemperatur und der Umgebungsdruck, die Aufladung, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis usw. zählen.
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Nachdem die Arbeitsbedingungen bestimmt sind, geht die Routine weiter zu 404, wo bestimmt wird, ob die AGR eingeschaltet ist. Es kann bestimmt werden, dass die AGR eingeschaltet ist, falls das Hochdruck- und/oder Niederdruck-AGR-Ventil derart positioniert sind, dass Abgas von der Auslasspassage zur Einlasspassage strömt, als Beispiel.
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Falls bestimmt wird, dass die AGR nicht eingeschaltet ist, geht die Routine weiter zu 406, wo bestimmt wird, ob die Kraftstoffdampfspülung eingeschaltet ist. Es kann bestimmt werden, dass die Kraftstoffdampfspülung eingeschaltet ist, auf der Basis einer Position des Kraftstoffdampfspülventils. Beispielsweise kann bestimmt werden, dass die Kraftstoffdampfspülung eingeschaltet ist, falls das Kraftstoffdampfspülventil derart positioniert ist, dass Kraftstoffdämpfe von dem Kraftstoffdampfbehälter zur Einlasspassage strömen.
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Falls bestimmt wird, dass die Kraftstoffdampfspülung nicht eingeschaltet ist, geht die Routine weiter zu 408, wo bestimmt wird, ob Ausgaben von dem katalysierenden Sensor und dem nichtkatalysierenden Sensor im Wesentlichen gleich sind. Falls die Ausgaben nicht im Wesentlichen gleich sind, zeigt dies die Anwesenheit von Kraftstoffdampf (oder irgendeines Produktionsmittels) an. Falls bestimmt wird, dass die Sensorausgaben nicht gleich sind, geht die Routine somit weiter zu 410, wo die Ausgabe von dem katalysierenden Sensor eine Kraftstoffdampfkonzentration, wie etwa eine Kurbelgehäuseentlüftung (PCV – Positive Crankcase Ventilation) in der Einlasspassage anzeigt, und die Kraftstoffeinspritzung kann auf der Basis der Anzeige des Kraftstoffdampfs verstellt werden. Falls andererseits bestimmt wird, dass die Sensorausgaben gleich sind, geht die Routine zu 414, wo der aktuelle Betrieb fortgesetzt wird.
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Falls wieder unter Bezugnahme auf 406 bestimmt wird, dass die Kraftstoffdampfspülung eingeschaltet ist, geht die Routine zu 412, wo Kraftstoffdampf durch den katalysierenden Sensor detektiert wird und die Kraftstoffdampfspülung auf der Basis einer Differenz bei der Ausgabe zwischen dem katalysierenden Sensor und dem nichtkatalysierenden Sensor verstellt wird. Bei einigen Beispielen kann die Kraftstoffeinspritzung zusätzlich oder alternativ als Reaktion auf die Ausgaben des katalysierenden und nichtkatalysierenden Sensors verstellt werden. Als ein Beispiel kann die Kraftstoffeinspritzung reduziert werden, falls die Kraftstoffdampfspülung über einer Schwellwertkonzentration liegt.
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Falls wieder unter Bezugnahme auf 404 bestimmt wird, dass die AGR eingeschaltet ist, geht die Routine zu 416, wo bestimmt wird, ob die Kraftstoffdampfspülung eingeschaltet ist. Wie oben beschrieben, kann bestimmt werden, dass die Kraftstoffdampfspülung eingeschaltet ist, falls das Kraftstoffdampfspülventil derart positioniert ist, dass Kraftstoffdämpfe von dem Kraftstoffdampfbehälter zur Einlasspassage strömen, als Beispiel.
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Falls bestimmt wird, dass die Kraftstoffdampfspülung nicht eingeschaltet ist, geht die Routine weiter zu 418, wo bestimmt wird, ob die Ausgabe von dem katalysierenden Sensor und dem nichtkatalysierenden Sensor im Wesentlichen gleich sind. Wenn beispielsweise die AGR eingeschaltet ist und die Kraftstoffdampfspülung ausgeschaltet ist, sollten die Sensoren aufgrund der AGR jeweils eine Sauerstoffkonzentration in der Einlassluft messen, da die Kraftstoffdampfspülung nicht eingeschaltet ist und die AGR-Messung des katalysierenden Sensors nicht beeinflussen sollte (dies setzt voraus, dass das Abgas auf stöchiometrisch gesteuert wird, was die vorherrschende Situation ist.). Falls bestimmt wird, dass die Sensorausgaben im Wesentlichen gleich sind, geht die Routine zu 424 und der aktuelle Betrieb wird fortgesetzt.
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Falls andererseits bestimmt wird, dass die Sensorausgaben nicht gleich sind, geht die Routine zu 420, wo die Sensoren diagnostiziert werden. Beispielsweise kann der katalysierende Sensor auf der Basis des nichtkatalysierenden Sensors oder der nichtkatalysierende Sensor auf der Basis des katalysierenden Sensors diagnostiziert werden.
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Falls wieder unter Bezugnahme auf 416 bestimmt wird, dass die Kraftstoffdampfspülung eingeschaltet ist, geht die Routine zu 422, wo die AGR auf der Basis des nichtkatalysierenden Sensors gemessen und gesteuert wird und die Kraftstoffdampfkonzentration auf der Basis einer Differenz zwischen dem katalysierenden Sensor und dem nichtkatalysierenden Sensor gemessen wird. Beispielsweise kann auf der Basis der gemessenen Konzentration von Sauerstoff im Einlassgas das AGR-Ausmaß als Reaktion auf die Sauerstoffkonzentration erhöht oder reduziert werden. Weiterhin können die Kraftstoffdampfspülung und/oder die Kraftstoffeinspritzung auf der Basis der Kraftstoffdampfkonzentration verstellt werden. Als ein Beispiel kann die Kraftstoffeinspritzung reduziert werden, falls die Kraftstoffdampfspülung über einer Schwellwertkonzentration liegt, oder umgekehrt.
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Somit können die AGR, die Kraftstoffdampfspülung und/oder die Kraftstoffeinspritzung als Reaktion auf eine Ausgabe von einem in einer Einlasspassage eines Motors positionierten Doppel-Element-Sauerstoffsensor verstellt werden, wobei der Sensor katalysierende und nichtkatalysierende Elemente enthält. Weil die Äquilibrierung an dem nichtkatalysierenden Sensor reduziert ist, kann die AGR mit größerer Genauigkeit gemessen und gesteuert werden. Weil sowohl katalysierende als auch nichtkatalysierende Elemente enthalten sind, kann weiterhin die Kraftstoffdampfkonzentration ebenfalls gemessen und zum Verstellen von Arbeitsparametern verwendet werden.
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Man beachte, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl an Verarbeitungsstrategien darstellen, wie etwa ereignisgetrieben, interruptgetrieben, Multitasking, Multi-Threading und dergleichen. Als solches können verschiedene dargestellte Handlungen, Operationen oder Funktionen in der dargestellten Sequenz oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen entfallen. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erhalten, wird aber zur Erleichterung der Darstellung und Beschreibung vorgelegt. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen oder Funktionen können je nach der verwendeten jeweiligen Strategie wiederholt ausgeführt werden. Weiterhin können die beschriebenen Handlungen grafisch einen Code darstellen, der in das computerlesbare Speichermedium in dem Motorsteuersystem programmiert werden soll.
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Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen von beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem beschränkenden Sinne anzusehen sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die obige Technologie auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Viertakt-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nichtoffensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere hierin offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
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Die folgenden Ansprüche heben bestimmte Kombinationen und Teilkombinationen, die als neuartig und nicht offensichtlich angesehen werden, besonders hervor. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Aufnahme eines oder mehrerer solcher Elemente beinhalten, wobei zwei oder mehr derartige Elemente weder erforderlich sind noch ausgeschlossen werden. Andere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden.
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Solche Ansprüche, seien sie breiter, enger, ähnlich oder unterschiedlich hinsichtlich ihres Schutzbereichs bezüglich der ursprünglichen Ansprüche, werden ebenfalls als in dem Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten angesehen.
