DE102015117147A1 - Verfahren und Systeme zum Betrieb eines Sauerstoffsensors mit veränderlicher Spannung - Google Patents

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Gopichandra Surnilla
Richard E. Soltis
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Abstract

Es werden Systeme und Verfahren zum Einstellen einer Änderungsrate einer Referenzspannung eines Sauerstoffsensors bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren allmähliches Vergrößern einer Referenzspannung eines Sauerstoffsensors von einer niedrigeren, ersten Spannung auf eine höhere, zweite Spannung mit einer Anstiegsrate beinhalten. Die Anstiegsrate kann auf Motorbetriebszuständen basieren.

Description

  • Erfindungsgebiet
  • Die vorliegende Beschreibung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren und Systeme zum Einstellen des Betriebs eines Sauerstoffsensors mit veränderlicher Spannung eines Motors mit innerer Verbrennung, um Verschlechterung des Sensors zu reduzieren.
  • Hintergrund/Kurzfassung
  • Einlass- und/oder Abgassensoren können betrieben werden, um Messwerte verschiedener Abgasbestandteile bereitzustellen. Zum Beispiel beschreibt US 2012/0037134 das Detektieren von Motoreinlassverdünnung unter Verwendung eines Einlasssauerstoffsensors. In alternativen Ansätzen kann die Motorverdünnung durch einen Abgassauerstoffsensor geschätzt werden. Die geschätzte Motorverdünnung kann verwendet werden, um verschiedene Motorbetriebsparameter einzustellen, wie zum Beispiel die Kraftstoffzufuhr und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Als ein anderes Beispiel beschreibt US 5145566 das Detektieren des Wassergehalts im Abgas unter Verwendung eines Abgassauerstoffsensors. Das Schätzen des Wassergehalts unter Verwendung eines Einlass- oder Abgassauerstoffsensors kann verwendet werden, um eine Umgebungsfeuchte während des Motorbetriebs und/oder einen Alkoholgehalt eines im Motor verbrannten Kraftstoffs abzuleiten.
  • In einigen Beispielen kann der Sauerstoffsensor ein Sauerstoffsensor mit veränderlicher Spannung (VVs, Variable Voltage) sein. Eine Referenzspannung des VVs-Sauerstoffsensors kann zwischen einer niedrigeren Basisspannung, bei der Wasser nicht dissoziiert wird, und einer höheren Zielspannung, bei der Wasser dissoziiert wird, einstellbar sein. Die Ausgaben des Sauerstoffsensors bei den beiden Referenzspannungen können dann verwendet werden, um den Wassergehalt der Einlassluft oder der Abluft des Motors zu bestimmen.
  • Allerdings haben die Erfinder hier potentielle Probleme mit dem wiederholten Ändern der Referenzspannungen des VVs-Sauerstoffsensors direkt von der Basisspannung zur Zielspannung und wieder zurück erkannt. Als ein Beispiel: Die wiederholten Übergänge zwischen Referenzspannungen können zu Sensorschwärzung und/oder Pumpstromnachschwingen führen. Zum Beispiel können Übergänge in einem einzelnen Schritt zwischen einer niedrigeren und einer höheren Referenzspannung zu hohen Überschwingern sowohl der Zellpumpspannung als auch des Pumpstroms des VVs-Sensors führen. Dies kann zu Sensorverschlechterung führen, wenn es in Tausenden von Zyklen wiederholt wird. Durch Nachschwingen bewirkte lange Einschwingzeiten können die Fähigkeit des Sauerstoffsensors verschlechtern, zu seiner Basisreferenzspannung zurückzukehren, wodurch sich eine im Kraftstoffleerlaufbetrieb verbrachte Zeit erhöht.
  • In einem Beispiel können die oben beschriebenen Probleme durch ein Verfahren zum allmählichen Erhöhen einer Referenzspannung eines Sauerstoffsensors von einer ersten Spannung auf eine zweite Spannung in einer Anstiegsrate behandelt werden, wobei die Anstiegsrate auf Motorbetriebszuständen basiert. Auf diese Weise kann die Referenzspannung des Sauerstoffsensors allmählicher geändert werden, wodurch Beanspruchung des Sensors reduziert und die Langlebigkeit des Sensors verbessert wird.
  • Als ein Beispiel: Das Erhöhen der Referenzspannung des Sauerstoffsensors von der ersten Spannung auf die zweite Spannung kann den inkrementellen Übergang von der ersten zur zweiten Spannung in einer Reihe von Schritten in der Anstiegsrate beinhalten, anstatt in einem einzelnen Schritt. Die Anstiegsrate kann auf Motorbetriebszuständen basieren, wie zum Beispiel Umgebungsfeuchte und Motorkraftstoffzufuhr. Zum Beispiel können sich Sensorüberschwingen, -unterschwingen und -einschwingen bei Zuständen mit geringer Feuchte erhöhen und/oder wenn hauptsächlich Umgebungsluft über den Sensor strömt (wie zum Beispiel während eines Ereignisses der Kraftstoffabschaltung bei Verlangsamung). Somit kann durch Verringern der Anstiegsrate bei Zuständen mit geringer Feuchte und/oder verringerter Motorkraftstoffzufuhr Sensorschwärzung und Nachschwingen aufgrund von Überschwing-, Unterschwing- und Einschwingzeiten reduziert werden, wodurch die Verschlechterung des Sauerstoffsensors reduziert wird.
  • Es versteht sich, dass die oben genannte Zusammenfassung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Es ist nicht beabsichtigt, wesentliche oder Schlüsselmerkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Schutzbereich einzig durch die auf die ausführliche Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Weiterhin ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung erwähnte Nachteile beheben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motors mit einem Abgassauerstoffsensor und einem Einlasssauerstoffsensor.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Sauerstoffsensors.
  • 3 zeigt zwei Kurven beispielhafter Änderungen einer Referenzspannung (Vs) eines Sauerstoffsensors bei Verwendung eines einzelnen Änderungsschritts und den resultierenden Pumpstrom (Ip) bei unterschiedlichen Fahrzeugkraftstoffzufuhrzuständen.
  • 4 zeigt eine Kurve von beispielhaften Änderungen des Pumpstroms eines Sauerstoffsensors als Reaktion auf Änderungen der Referenzspannung des Sauerstoffsensors in unterschiedlichen Raten.
  • 5 zeigt einen beispielhaften Kurvenverlauf einer Änderung der Referenzspannung eines Sauerstoffsensors, einschließlich eines einzelnen Änderungsschritts und einer Änderung mit einer langsamer ansteigenden Änderungsrate.
  • 6 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Einstellen des Betriebs eines Sauerstoffsensors veranschaulicht.
  • 7 zeigt eine Kurve, die Änderungen einer Anstiegsrate einer Referenzspannung eines Sauerstoffsensors auf Basis von Motorbetriebsparametern veranschaulicht.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Einstellen einer Änderungsrate einer Referenzspannung eines Sauerstoffsensors. Ein Fahrzeugmotor, wie er in 1 gezeigt wird, kann einen Sauerstoffsensor enthalten, der in einem Einlass- und/oder Auslasskanal des Motors liegt. Der Sauerstoffsensor kann ein Sauerstoffsensor mit veränderlicher Spannung (VVs) sein, wie in 2 gezeigt wird, wobei eine Referenzspannung des VVs-Sauerstoffsensors zwischen einer niedrigeren Basisreferenzspannung und einer höheren Referenzspannung einstellbar ist. In einem Beispiel kann der Übergang zwischen einem niedrigeren und einem höheren Referenzspannungswert in einem Schritt zu hohen Überschwingern und/oder Unterschwingern sowohl der Zellpumpspannung als auch des Pumpstroms des VVs-Sensors führen, wie in 3 zu erkennen ist. Dies kann zu Verschlechterung des Sauerstoffsensors führen, wenn es über mehrere aufeinanderfolgende Zyklen wiederholt wird. Als ein Beispiel: Die Verschlechterung des Sauerstoffsensors kann reduziert werden, indem die Referenzspannung des Sauerstoffsensors allmählich von einer niedrigeren ersten Referenzspannung zu einer höheren zweiten Referenzspannung mit einer Anstiegsrate oder in inkrementellen Schritten erhöht wird (z. B. ansteigt). Auf diese Weise können die Überschwinger und Unterschwinger der Zellpumpspannung und des Pumpstroms reduziert werden, wie in 4 gezeigt wird. Beispielhafte Verfahren für allmähliches Ändern der Referenzspannung eines Sauerstoffsensors zur Reduzierung der Verschlechterung werden in 5 gezeigt. Zum Beispiel kann ein Verfahren das Erhöhen der Referenzspannung des Sauerstoffsensors von einer niedrigeren ersten Spannung auf eine Zwischenspannung mit einem einzelnen Änderungsschritt und dann das Erhöhen von der Zwischenspannung auf eine höhere, zweite Spannung mit einer reduzierten Rate beinhalten, wobei die Zwischenspannung zwischen der ersten und der zweiten Spannung liegt. Die Änderungsrate der Referenzspannung kann auch auf Basis der Motorbetriebsparameter eingestellt werden, wie zum Beispiel Motorkraftstoffzufuhr und/oder Umgebungsfeuchte, wie in 7 gezeigt wird. Auf diese Weise kann Beanspruchung des Sauerstoffsensors verringert werden, und die Langlebigkeit des Sauerstoffsensors kann erhöht werden, wodurch sich das Motorsteuern auf Basis einer Sauerstoffsensorausgabe erhöht.
  • Jetzt mit Bezug auf 1: Es wird eine schematische Darstellung veranschaulicht, die einen Zylinder eines Mehrzylinder-Motors 10 zeigt, der in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann. Der Motor 10 kann zumindest zum Teil von einem Steuerungssystem, das eine Steuerung 12 enthält, und durch Eingabe eines Fahrzeugnutzers 132 über eine Eingabeeinrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel enthält die Eingabeeinrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalstellungssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalstellungssignals PP. Ein Brennraum (d. h. ein Zylinder) 30 des Motors 10 kann Brennraumwandungen 32 mit einem darin positionierten Kolben 36 enthalten. Der Kolben 36 kann so mit einer Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, dass eine Hin- und Her-Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann mit wenigstens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs über ein dazwischenliegendes Getriebesystem gekoppelt sein. Weiterhin kann ein Anlassermotor mit der Kurbelwelle 40 über ein Schwungrad gekoppelt sein, um einen Anlassbetrieb des Motors 10 zu ermöglichen.
  • Der Brennraum 30 kann Einlassluft aus einem Einlasskrümmer 44 über einen Einlasskanal 42 aufnehmen und kann Verbrennungsgase über einen Auslasskanal 48 ausstoßen. Der Einlasskrümmer 44 und der Auslasskanal 48 können selektiv mit dem Brennraum 30 über das jeweilige Einlassventil 52 und Auslassventil 54 in Verbindung stehen. In einigen Ausführungsformen kann der Brennraum 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile enthalten.
  • In diesem Beispiel können das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 durch Nockenbetätigung mittels der entsprechenden Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können jeweils eine oder mehrere Nocken enthalten und eines oder mehrere der folgenden Systeme nutzen: Nockenprofil-Umschaltung (CPS, Cam Profile Switching), variable Nockensteuerung (VCT, Variable Cam Timing), variable Ventilsteuerung (VVT, Variable Valve Timing) und/oder variablen Ventilhub (VVL, Variable Valve Lift), die von einer Steuerung 12 betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu verändern. Die Stellung des Einlassventils 52 und die Stellung des Auslassventils 54 können durch die Stellungssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können das Einlassventil 52 und/oder das Auslassventil 54 durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Zylinder 30 alternativ ein Einlassventil, das mittels elektrischer Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das mittels Nockenbetätigung einschließlich CPS- und/oder VCT-Systemen gesteuert wird, enthalten.
  • In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10 mit einer oder mehreren Einspritzdüsen ausgelegt sein, um Kraftstoff dafür bereitzustellen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel wird der Zylinder 30 mit einer Kraftstoffeinspritzdüse 66 gezeigt. Die Kraftstoffeinspritzdüse 66 wird direkt mit dem Zylinder 30 gekoppelt gezeigt, um direkt dort Kraftstoff im Verhältnis zur Pulsbreite des Signals FPW, das aus der Steuerung 12 über die elektronische Treiberstufe 68 aufgenommen wird, einzuspritzen. Auf diese Art und Weise stellt die Kraftstoffeinspritzdüse 66 das bereit, was als Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 30 bezeichnet wird (nachstehend hier auch als „DI“ bezeichnet).
  • Es versteht sich, dass in einer alternativen Ausführungsform die Einspritzdüse 66 eine Kanal-Einspritzdüse sein kann, die Kraftstoff in den Einlasskanal, vorgelagert zum Zylinder 30, bereitstellt. Es versteht sich auch, dass der Zylinder 30 Kraftstoff aus mehreren Einspritzdüsen aufnehmen kann, wie zum Beispiel aus mehreren Kanal-Einspritzdüsen, mehreren Direkteinspritzungen oder einer Kombination daraus.
  • Ein Kraftstofftank in einem Kraftstoffsystem 172 kann Kraftstoff unterschiedlicher Kraftstoffqualitäten halten, wie zum Beispiel unterschiedliche Kraftstoffzusammensetzungen. Zu diesen Unterschieden können unterschiedlicher Alkoholgehalt, unterschiedliche Oktanzahl, unterschiedliche Verdampfungswärme, unterschiedliche Kraftstoffmischungen und/oder Kombinationen daraus usw. zählen. Der Motor kann eine Alkohol enthaltende Kraftstoffmischung verwenden, wie zum Beispiel E85 (das aus ungefähr 85 % Ethanol und 15 % Benzin besteht) oder M85 (das aus ungefähr 85 % Methanol und 15 % Benzin besteht). Alternativ kann der Motor mit anderen, im Tank gespeicherten Verhältnissen von Benzin und Ethanol betrieben werden, einschließlich 100 % Benzin und 100 % Ethanol, und veränderlichen Verhältnissen zwischen ihnen, abhängig vom Alkoholgehalt des Kraftstoffs, der vom Nutzer in den Tank zugeführt wird. Außerdem können sich die Kraftstoffcharakteristika des Kraftstoffs im Tank häufig verändern. In einem Beispiel kann der Fahrer an einem Tag den Kraftstofftank mit E85 und am nächsten mit E10 und am nächsten mit E50 befüllen. Von daher kann sich auf Basis des Pegels und der Zusammensetzung des zum Zeitpunkt des Befüllens im Tank verbleibenden Kraftstoffs die Kraftstoffzusammensetzung im Tank dynamisch ändern.
  • Die Schwankungen von Tag zu Tag beim Befüllen können somit zu sich häufig verändernden Kraftstoffzusammensetzungen des Kraftstoffs im Kraftstoffsystem 172 führen, was die von der Einspritzdüse 66 zugeführte Kraftstoffzusammensetzung und/oder die Kraftstoffqualität beeinflusst. Die unterschiedlichen, von der Einspritzdüse 66 eingespritzten Kraftstoffzusammensetzungen können hier als eine Kraftstoffart bezeichnet werden. In einem Beispiel können die unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzungen qualitativ durch ihre Research-Oktanzahl (ROZ), den Alkoholprozentsatz, den Ethanolprozentsatz usw. beschrieben werden.
  • Während in einer Ausführungsform der Motor durch Einspritzen der veränderlichen Kraftstoffmischung über eine Direkt-Einspritzdüse betrieben werden kann, versteht es sich, dass der Motor in alternativen Ausführungsformen unter Verwendung von zwei Einspritzdüsen und Verändern einer relativen Einspritzmenge aus jeder Einspritzdüse betrieben werden kann. Wenn der Motor mit einer Aufladung aus einer Aufladeeinrichtung, wie zum Beispiel einem Turbolader oder einem Vorverdichter (nicht dargestellt), betrieben wird, versteht es sich weiterhin, dass die Aufladegrenze erhöht werden kann, wenn ein Alkoholgehalt der veränderlichen Kraftstoffmischung erhöht wird.
  • Weiter mit 1: Der Einlasskanal 42 kann eine Drossel 62 mit einer Drosselklappe 64 enthalten. In diesem besonderen Beispiel kann die Stellung der Drosselklappe 64 von der Steuerung 12 über ein Signal verändert werden, das einem in der Drossel 62 enthaltenen Elektromotor oder Stellglied bereitgestellt wird, eine Konfiguration, die üblicherweise als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC, Electronic Throttle Control) bezeichnet wird. Auf diese Art und Weise kann die Drossel 62 dazu betrieben werden, die dem Brennraum 30, neben anderen Motorzylindern, bereitgestellte Einlassluft zu verändern. Die Stellung der Drosselklappe 64 kann der Steuerung 12 durch ein Drosselklappenstellungssignal TP bereitgestellt werden. Der Einlasskanal 42 kann einen Luftmassensensor 120 und einen Krümmerdrucksensor 122 zum Bereitstellen der jeweiligen Signale MAF (Mass Airflow) und MAP (Manifold Air Pressure) für die Steuerung 12 enthalten.
  • Ein Zündsystem 88 kann dem Brennraum 30 unter ausgewählten Betriebsmodi über eine Zündkerze 92 einen Zündfunken als Reaktion auf das Zündverstellungssignal SA (Spark Advance) aus der Steuerung 12 bereitstellen. Obwohl Fremdzündkomponenten gezeigt werden, kann in einigen Ausführungsformen der Brennraum 30 oder einer oder mehrere andere Brennräume des Motors 10 in einem Kompressionszündmodus mit oder ohne einen Zündfunken betrieben werden.
  • Ein Sauerstoffsensor 126 mit veränderlicher Spannung (VVs) wird als gekoppelt mit dem Auslasskanal 48 gezeigt, einer Abgasreinigungseinrichtung 70 vorgelagert. Die Abgasreinigungseinrichtung 70 wird in Anordnung längs des Auslasskanals 48, dem VVs-Sauerstoffsensor 126 nachgeschaltet, gezeigt. Die Einrichtung 70 kann ein Dreiwege-Katalysator (TWC, Three Way Catalyst), eine NOx-Falle, verschiedene andere Abgasreinigungseinrichtungen oder Kombinationen aus diesen sein. In einigen Ausführungsformen kann die Abgasreinigungseinrichtung 70 während des Betriebs des Motors 10 periodisch zurückgesetzt werden, indem wenigstens ein Zylinder des Motors in einem besonderen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird.
  • Wie in dem Beispiel in 1 gezeigt wird, enthält das System weiterhin einen Einlassluftsensor 127, der mit dem Einlasskanal 44 gekoppelt ist. Der Sensor 127 kann ein VVs-Sauerstoffsensor sein, kann aber auch irgendein Sensor sein, der zur Bereitstellung einer Angabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Abgas geeignet ist, wie zum Beispiel ein linearer Sauerstoffsensor oder Breitband-Lambdasonde (UEGO), ein Zweipunkt-Sauerstoffsensor oder Lambdasonde (EGO), eine beheizte Lambdasonde (Heated EGO), ein NOx-, HC- oder CO-Sensor.
  • Weiterhin kann in den offenbarten Ausführungsformen ein Abgasrückführungs-(AGR-)System über einen AGR-Kanal 140 einen gewünschten Anteil Abgas aus dem Auslasskanal 48 in den Einlasskanal 44 leiten. Die dem Einlasskanal 44 bereitgestellte AGR-Menge kann von der Steuerung 12 über ein AGR-Ventil 142 verändert werden. Weiterhin kann ein AGR-Sensor 144 im AGR-Kanal 140 angeordnet sein und eine Angabe eines oder mehrerer der folgenden Werte bereitstellen: Druck, Temperatur und Konzentration des Abgases. Bei einigen Zuständen kann das AGR-System verwendet werden, um die Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Brennraum zu regeln, wodurch bei einigen Verbrennungsmodi ein Verfahren zum Steuern des Zünd-Timings bereitgestellt wird. Weiterhin kann bei einigen Zuständen ein Teil der Verbrennungsgase im Brennraum gehalten oder aufgefangen werden, indem das Timing des Auslassventils gesteuert wird, wie zum Beispiel durch Steuern eines veränderlichen Ventil-Timing-Mechanismus.
  • Die Steuerung 12 wird in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit (CPU) 102, Eingangs-/Ausgangs-Ports 104 (I/O), ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, das in diesem besonderen Beispiel als Festwertspeicher-Chip (ROM) 106 gezeigt wird, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 108, einen Keep-Alive-Speicher (KAM) 110 und einen Datenbus enthält. Die Steuerung 12 kann verschiedenen Signale von Sensoren aufnehmen, die mit dem Motor 10 gekoppelt sind, zusätzlich zu den vorher erörterten Signalen, einschließlich Messung der induzierten Luftmassenströmung (MAF, Mass Air Flow) vom Luftmassensensor 120; Motorkühlmitteltemperatur (ECT, Engine Coolant Temperature) von einem Temperatursensor 112, der mit einem Kühlmantel 114 gekoppelt ist; ein Kurbelwellenstellungssignal (PIP, Profile Ignition Pickup Signal) von einem Hall-Sensor 118 (oder einer anderen Art), der mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt ist; Drosselstellung (TP, Throttle Position) von einem Drosselklappenstellungssensor; und ein Absolut-Krümmerdrucksignal (MAP, Manifold Air Pressure) vom Sensor 122. Das Motordrehzahlsignal RPM kann von der Steuerung 12 anhand des Signals PIP erzeugt werden.
  • Das Speichermedium Festwertspeicher 106 kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die Anweisungen darstellen, die vom Prozessor 102 ausführbar sind, um die nachstehend beschriebenen Verfahren sowie andere Varianten, die erwartet, aber nicht speziell aufgeführt werden, durchzuführen.
  • Wie oben beschrieben wird, zeigt 1 nur einen Zylinder eines Mehrzylindermotors, und jeder Zylinder kann gleichermaßen seinen eigenen Satz Einlass-/Auslassventile, Kraftstoffeinspritzdüse, Zündkerze usw. enthalten.
  • Als Nächstes zeigt 2 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Sauerstoffsensors 200, der dazu ausgelegt ist, eine Konzentration des Sauerstoffs (O2) in einem Einlassluftstrom in einem Einlasskanal oder in einem Abgasstrom in einem Auslasskanal zu messen. Der Sensor 200 kann zum Beispiel als VVs-Sauerstoffsensor 126 oder 127 aus 1 betrieben werden. Der Sensor 200 umfasst mehrere Schichten aus einem oder mehreren keramischen Materialien, die in einer gestapelten Konfiguration angeordnet sind. In der Ausführungsform aus 2 werden fünf Keramikschichten als die Schichten 201, 202, 203, 204 und 205 gezeigt. Diese Schichten enthalten eine oder mehrere Schichten aus einem Feststoffelektrolyt, die in der Lage sind, Sauerstoff in Ionenform zu leiten. Zu Beispielen für geeignete Feststoffelektrolyte zählen, sind aber nicht darauf beschränkt, Materialien auf Basis von Zirconiumoxid. Weiterhin kann in einigen Ausführungsformen ein Heizelement 207 in thermischer Verbindung mit den Schichten angeordnet sein, um die ionische Leitfähigkeit der Schichten zu erhöhen. Obwohl der gezeigte Sauerstoffsensor aus fünf Keramikschichten aufgebaut ist, versteht es sich, dass der Sauerstoffsensor andere geeignete Anzahlen von Keramikschichten enthalten kann.
  • Die Schicht 202 enthält ein Material oder Materialien, die einen Diffusionsweg 210 schaffen. Der Diffusionsweg 210 ist dazu ausgelegt, Abgase in einen ersten, innenliegenden Hohlraum 222 mittels Diffusion einzubringen. Der Diffusionsweg 210 kann dazu ausgelegt sein, einer oder mehreren Komponenten der Einlassluft oder der Abgase, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, einem gewünschten Analyt (z. B. O2) zu gestatten, mit einer begrenzteren Rate, als der Analyt von einem Pumpelektrodenpaar 212 und 214 hinein oder heraus gepumpt werden kann, in den innenliegenden Hohlraum 222 zu diffundieren. Auf diese Weise kann im ersten, innenliegenden Hohlraum 222 ein stöchiometrischer O2-Pegel erreicht werden.
  • Der Sensor 200 enthält weiterhin einen zweiten, innenliegenden Hohlraum 224 innerhalb der Schicht 204, der vom ersten, innenliegenden Hohlraum 222 durch die Schicht 203 getrennt ist. Der zweite, innenliegende Hohlraum 224 ist dazu ausgelegt, einen konstanten Sauerstoffpartialdruck aufrechtzuerhalten, der äquivalent zu einem stöchiometrischen Zustand ist, z. B. ist ein im zweiten, innenliegenden Hohlraum 224 vorhandener Sauerstoffpegel gleich zu dem, den die Einlassluft oder das Abgas aufweisen würden, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch wäre. Die Sauerstoffkonzentration im zweiten, innenliegenden Hohlraum 224 wird von der Pumpspannung Vcp konstant gehalten. Hier kann der zweite, innenliegende Hohlraum 224 als eine Referenzzelle bezeichnet werden.
  • Ein Paar Abtastelektroden 216 und 218 ist in Verbindung mit dem ersten, innenliegenden Hohlraum 222 und der Referenzzelle 224 angeordnet. Das Abtastelektrodenpaar 216 und 218 detektiert ein Konzentrationsgefälle, das sich zwischen dem ersten innenliegenden Hohlraum 222 und der Referenzzelle 224 aufgrund davon entwickeln kann, dass eine Sauerstoffkonzentration in der Einlassluft oder im Abgas höher als oder geringer als der stöchiometrische Pegel ist. Eine hohe Sauerstoffkonzentration kann durch ein mageres Einlassluft- oder Abgasgemisch bewirkt werden, während eine geringe Sauerstoffkonzentration durch ein fettes Gemisch bewirkt werden kann.
  • Ein Paar Pumpelektroden 212 und 214 ist in Verbindung mit dem innenliegenden Hohlraum 222 angeordnet und ist dazu ausgelegt, einen ausgewählten Gasbestandteil (z. B. O2) aus dem innenliegenden Hohlraum 222 durch die Schicht 201 und aus dem Sensor 200 elektrochemisch heraus zu pumpen. Alternativ kann das Paar Pumpelektroden 212 und 214 dazu ausgelegt sein, ein gewähltes Gas elektrochemisch durch die Schicht 201 und in den innenliegenden Hohlraum 222 zu pumpen. Hier kann das Pumpelektrodenpaar 212 und 214 als eine O2-Pumpzelle bezeichnet werden.
  • Die Elektroden 212, 214, 216 und 218 können aus verschiedenen geeigneten Materialien bestehen. In einigen Ausführungsformen können die Elektroden 212, 214, 216 und 218 wenigstens zum Teil aus einem Material bestehen, das die Dissoziation von molekularem Sauerstoff katalysiert. Zu Beispielen für solche Materialien zählen, ohne darauf beschränkt zu sein, Elektroden, die Platin und/oder Silber umfassen.
  • Zu dem Prozess, elektrochemisch Sauerstoff aus dem oder in den innenliegenden Hohlraum 222 zu pumpen, zählt das Anlegen einer Spannung Vp über dem Pumpelektrodenpaar 212 und 214. Die an die O2-Pumpzelle angelegte Pumpspannung Vp pumpt Sauerstoff in den oder aus dem ersten, innenliegenden Hohlraum 222, um einen stöchiometrischen Sauerstoffpegel im Hohlraum der Pumpzelle aufrechtzuerhalten. Der resultierende Pumpstrom Ip ist proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas. Ein Steuerungssystem (in 2 nicht dargestellt) erzeugt das Pumpstromsignal Ip als eine Funktion der Stärke der angelegten Pumpspannung Vp, die erforderlich ist, um einen stöchiometrischen Pegel im ersten, innenliegenden Hohlraum 222 aufrechtzuerhalten. Somit wird ein mageres Gemisch bewirken, dass Sauerstoff aus dem innenliegenden Hohlraum 222 gepumpt wird, und ein fettes Gemisch wird bewirken, dass Sauerstoff in den innenliegenden Hohlraum 222 gepumpt wird.
  • Es versteht sich, dass der hier beschriebene Sauerstoffsensor lediglich ein Ausführungsbeispiel für einen Sauerstoffsensor ist und dass andere Ausführungsformen von Sauerstoffsensoren zusätzliche und/oder alternative Merkmale und/oder Designs aufweisen können.
  • In einem Beispiel kann der Sauerstoffsensor 200 (und die in 1 gezeigten Sauerstoffsensoren 126 und 127) ein Sauerstoffsensor mit veränderlicher Spannung (veränderliche Vs oder VVs) sein, wobei eine Referenzspannung des Sensors zwischen einer niedrigeren oder Basisspannung, bei der Sauerstoff detektiert wird (und Wasser nicht dissoziiert wird), und einer höheren Spannung, bei der Wassermoleküle im Gasstrom dissoziiert werden können, moduliert wird. Zum Beispiel kann der Sauerstoffsensor während des Basisbetriebs bei der Basisreferenzspannung betrieben werden. Bei der Basisreferenzspannung kann, wenn Wasser auf den Sensor trifft, das beheizte Element des Sensors das Wasser verdampfen und es als örtlichen Dampf oder Verdünner messen. Der Sauerstoffsensor kann auch in einem zweiten Modus betrieben werden, bei dem die Referenzspannung auf eine zweite Referenzspannung erhöht ist. Die zweite Referenzspannung kann höher als die Basisreferenzspannung sein. Wenn der Einlass-Sauerstoffsensor bei der zweiten Referenzspannung betrieben wird, dissoziiert das beheizte Element des Sensors Wasser in der Luft und misst anschließend die Wasserkonzentration. Somit kann der resultierende Pumpstrom des Sensors bei der zweiten Referenzspannung eine Sauerstoffmenge im Gasstrom plus eine Sauerstoffmenge aus dissoziierten Wassermolekülen angeben. Eine Änderung des Pumpstroms zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung kann dann eine Wassermenge in einem Gasstrom angeben, in dem der Sauerstoffsensor positioniert ist.
  • Auf diese Weise kann der VVs-Sauerstoffsensor aus 2 verwendet werden, um den Sauerstoffgehalt der im Einlasskrümmer aufgenommenen Frischluft (falls der Sensor in einem Einlasskanal des Motors positioniert ist) oder den Sauerstoffgehalt vom Motor ausgestoßenen Abgases (falls der Sensor in einem Auslasskanal positioniert ist, der einem Motorzylinder nachgeschaltet ist) zu schätzen. Der VVs-Sauerstoffsensor kann ebenfalls verwendet werden, um eine Alkoholmenge in dem im Motor verbrannten Kraftstoff und Umgebungsfeuchte zu schätzen.
  • Unter Bezugnahme auf 3: Zwei Kurven 300 und 308 zeigen eine sich ändernde Referenzspannung und den resultierenden Pumpstrom über der Zeit für einen Sauerstoffsensor mit veränderlicher Spannung (z. B. den in 1 gezeigten VVs-Sauerstoffsensor 126 oder 127). Die Kurve 300 besteht aus zwei Verläufen 302 und 304, die die Referenzspannung bzw. den Pumpstrom eines Sauerstoffsensors (z. B. des VVs-Sauerstoffsensors) in Bezug auf die Zeit unter typischen Auslasszuständen zeigen. Sowohl die Referenzspannung als auch der Pumpstrom des Sauerstoffsensors ändern sich periodisch zwischen einem niedrigeren ersten Wert und einem oberen zweiten Wert. Die erste Referenzspannung V1 kann solch einen Wert aufweisen, dass Sauerstoff aus der Zelle gepumpt wird, jedoch niedrig genug, so dass Sauerstoffverbindungen, wie zum Beispiel Wasser, nicht am Sensor dissoziiert werden (z. B. kann V1 in einem Beispiel ungefähr 450 mV betragen). Das Anlegen der ersten Referenzspannung V1 kann eine Ausgabe des Sensors in Form eines ersten Pumpstroms I1 erzeugen, der die Sauerstoffmenge im Messgas angibt. Sobald die Sauerstoffmenge bestimmt ist, kann eine zweite Pumpspannung V2 an die Sauerstoffpumpzelle des Sauerstoffsensors angelegt werden. Die zweite Spannung V2 kann größer als die erste, an den Sensor angelegte Spannung V1 sein. Insbesondere kann die zweite Spannung V2 einen Wert aufweisen, der hoch genug ist, um eine gewünschte Sauerstoffverbindung zu dissoziieren. Zum Beispiel kann die zweite Spannung V2 hoch genug sein, um Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff zu dissoziieren (z. B. kann V2 in einem Beispiel ungefähr 1,1 V betragen). Das Anlegen der zweiten Spannung V2 kann einen zweiten Pumpstrom I2 erzeugen, der die Menge von Sauerstoff und Wasser im Messgas angibt. Es versteht sich, dass sich der Begriff „Wasser“ in „Menge von Sauerstoff und Wasser“, wie er hier verwendet wird, auf die Sauerstoffmenge aus den dissoziierten Wassermolekülen im Messgas bezieht.
  • Die Umgebungsfeuchte (z. B. die absolute Feuchte der das Fahrzeug umgebenden Frischluft) kann auf Basis des ersten Pumpstroms und des zweiten Pumpstroms bei einem Zustand ohne Kraftstoffzufuhr (z. B. einem DFSO-Ereignis) bestimmt werden. In diesem Fall kann der erste Pumpstrom vom zweiten Pumpstrom subtrahiert werden, um einen Wert zu erhalten, der die Sauerstoffmenge aus dissoziierten Wassermolekülen (z. B die Wassermenge) im Messgas angibt. Dieser Wert kann proportional zur Umgebungsfeuchte sein. Zusätzlich kann die Alkoholmenge im Kraftstoff und somit die Kraftstoffart unter normalen Kraftstoffzufuhrzuständen identifiziert werden. Ein normaler Kraftstoffzufuhrzustand kann sich nachstehend auf irgendeinen Zustand beziehen, bei dem Kraftstoff in die Motorzylinder eingespritzt wird. In diesem Fall kann die Wassermenge im Abgas proportional zu einer Alkoholmenge (z. B. ein Ethanolprozentsatz) in dem in den Motor eingespritzten Kraftstoff sein. Weil die Umgebungsfeuchte ebenfalls zu einer Wassermenge im Abgas beiträgt, kann die bei einem Zustand ohne Kraftstoffzufuhr (z. B. einem DFSO-Ereignis) bestimmte Umgebungsfeuchte von der Wassermenge subtrahiert werden, damit sich ein genauerer Messwert der Alkoholmenge im Kraftstoff ergibt.
  • Zurück zur Kurve 300: Die Referenzspannung des Sauerstoffsensors geht zwischen der ersten Spannung V1 und der zweiten Spannung V2 durch einen einzelnen Änderungsschritt über. Auf andere Weise ausgedrückt: Die Referenzspannung ändert sich direkt von der ersten Spannung V1 zur zweiten Spannung V2 und wieder zurück, ohne in irgendwelche Zwischenspannungen zwischen der ersten Spannung V1 und der zweiten Spannung V2 überzugehen. Entsprechend geht auch der Pumpstrom vom ersten Pumpstrom I1 zum zweiten Pumpstrom I2 über und wieder zurück. Allerdings unterschwingt der Pumpstrom seinen niedrigen Wert (I1) als Ergebnis der Referenzspannungsänderung, die in einem einzigen Schritt von ihrem oberen zu ihrem niedrigeren Wert stattfindet, wie in der Kurve 300 gezeigt wird. Das Ip-Unterschwingen 306 kann zu Sensorverschlechterung führen, falls es über mehrere wiederholte Zyklen (z. B. Tausende Zyklen) anhält.
  • Die Kurve 308 besteht aus zwei Verläufen 310 und 312, die die Referenzspannung bzw. den Pumpstrom des Sauerstoffsensors über der Zeit bei Motorzuständen ohne Kraftstoffzufuhr zeigen. In einem Beispiel kann eine Kraftstoffabschaltung bei Verlangsamung (DFSO) zu den Zuständen ohne Kraftstoffzufuhr zählen. Bei einem DFSO-Ereignis strömt lediglich Umgebungsluft am Sauerstoffsensor vorbei, und somit ist der Sensor einem Zustand mit geringerer Feuchte ausgesetzt als bei normalen Kraftstoffzufuhrzuständen (z. B. wenn der Motor Kraftstoff in Motorzylinder einspritzt). Wie anhand der Kurve 312 zu erkennen ist, können sich bei Zuständen mit geringerer Feuchte Ip-Unterschwinger verschlimmern. Der Ip-Unterschwinger 316 bei DFSO-Zuständen ist größer als der Ip-Unterschwinger 306 unter normalen Kraftstoffzufuhrzuständen. Zusätzlich wird bei DFSO-Zuständen ein Ip-Überschwinger 314 beobachtet, wenn die Referenzspannung von einer ersten, niedrigeren Spannung auf eine zweite, höhere Spannung hochgesetzt wird. In diesem Fall überschreitet der Ip seinen oberen Zielwert (I3) und braucht dann Zeit, um sich zurück zum oberen Ip-Wert I3 einzuschwingen. Sowohl der Ip-Überschwinger 314 als auch die fehlende Einschwingzeit kann Sensorverschlechterung verursachen. Zustände mit geringerer Feuchte, die beispielhaft bei DFSO-Ereignissen erläutert werden, können sowohl zu Ip-Überschwingern als auch zu Ip-Unterschwingern führen und können daher zu erhöhter Sensorbeschädigung und reduzierter Sensorfunktion führen. Somit können sowohl Änderungsschritte der Referenzspannung eines Sauerstoffsensors als auch Zustände mit geringerer Feuchte zu Sensorverschlechterung beitragen.
  • Unter Bezugnahme auf 4: eine Kurve 400 zeigt zwei Verläufe eines Sauerstoffsensor-Ip, die aus zwei unterschiedlichen Anstiegsraten resultieren, die zum Einstellen des Sauerstoffsensors Vs zwischen einem ersten niedrigeren Wert und einem zweiten höheren Wert verwendet werden. Vs wechselt zum Bestimmen verschiedener Motorbetriebsparameter (z. B. Wassergehalt des Abgases, Wassergehalt der Einlassluft, Umgebungsfeuchte, Alkoholmenge im in den Motor eingespritzten Kraftstoff usw.) unter Verwendung der früher in 3 beschriebenen Verfahren zwischen ersten und zweiten Werten. Die Vs-Kurven 402 und 404 zeigen eine erste, niedrigere Spannung (V1), die auf eine zweite, höhere Spannung (V2) hochgefahren wird, jedoch mit unterschiedlichen Raten. Die Vs-Kurve 402 zeigt die Anstiegsrate von V1 nach V2 und die Abnahme von V2 zu V1als kleiner als der Wert der Vs-Kurve 404. Die Kurve 400 beinhaltet auch den Ip-Verlauf 406, der aus der im Vs-Verlauf 402 angelegten Spannung resultiert, und den Ip-Verlauf 408, der aus der im Vs-Verlauf 404 angelegten Spannung resultiert. Im Ip-Verlauf 406 sind die Größe des Ip-Überschwingers 412 und die Größe des Ip-Unterschwingers 416 kleiner als die Größe des Ip-Überschwingers 410 und die Größe des Ip-Unterschwingers 418 im Verlauf 408. Somit kann das Hochfahren der Referenzspannung des Sauerstoffsensors von V1 nach V2 mit einer allmählicheren Rate, wie im Verlauf 402, im Vergleich zu der schnelleren Rate im Verlauf 404, die Größe des Ip-Überschwingers verringern. Gleichermaßen kann das Reduzieren der Spannung von V2 nach V1 mit einer allmählicheren Rate wie im Verlauf 402 im Vergleich zur schnelleren Rate im Verlauf 404 die Größe eines Ip-Unterschwingers verringern.
  • In einem Beispiel kann die im Verlauf 404 gezeigte Änderungsrate der Referenzspannung ein einzelner Änderungsschritt sein, bei der die Referenzspannung direkt von V1 nach V2 und weder zurück übergeht. In einem anderen Beispiel kann die im Verlauf 404 gezeigte Änderungsrate der Referenzspannung eine schnellere Rate sein (und somit weist der Verlauf 404 eine größere Steilheit auf) als die im Verlauf 402 gezeigte Änderungsrate der Referenzspannung (die eine kleinere Steilheit aufweisen kann). Das Übergehen zwischen V1 und V2 mit einer Rate, die geringer als die eines einzelnen Änderungsschritts ist, und/oder das Reduzieren der Änderungsrate zwischen V1 und V2 kann die Größe von Ip-Überschwingern und Ip-Unterschwingern reduzieren, wodurch Verschlechterung eines Sauerstoffsensors aufgrund von Sensorschwärzen und/oder Pumpstromnachschwingen reduziert wird. Im Ergebnis kann die Lebenserwartung des Sauerstoffsensors erhöht werden. Weiterhin kann das Reduzieren der Änderungsrate zwischen V1 und V2 Einschwingzeiten (z. B. eine Zeit verringern, die der Sensor braucht, um zu seiner Basisspannung V1 zurückzukehren) verringern, wodurch die im Kraftstoffleerlaufbetrieb verbrachte Zeit verringert wird.
  • 5 zeigt eine Kurve 500 einer beispielhaften Anstiegsfunktion für den Übergang einer Referenzspannung (Vs) eines Sauerstoffsensors zwischen einer niedrigeren ersten Spannung V1 und einer höheren zweiten Spannung V2. Zweck der Anstiegsfunktion ist es, einen allmählicheren Übergang zwischen der ersten und der zweiten Spannung bereitzustellen, so dass Sensorverschlechterung reduziert werden kann. Während des Zeitintervalls 504 wird eine erste Referenzspannung (z. B. die erste Spannung) über der Pumpzelle (z. B. dem Pumpelektrodenpaar 212 und 214) angelegt, die gering genug ist, so dass Wassermoleküle nicht dissoziiert werden. In einem Beispiel beträgt die erste Spannung ungefähr 450 mV. In anderen Ausführungsformen kann die erste Spannung eine andere Referenzspannung sein, bei der Wasser nicht dissoziiert wird. Die erste Spannung kann einen Pumpstrom erzeugen, der verwendet werden kann, um den Sauerstoffgehalt des Messgases zu messen, wie in den Verfahren oben beschrieben wird.
  • Die Referenzspannung wird dann während des Zeitintervalls 506 von der ersten Spannung, bei der Wassermoleküle nicht dissoziiert werden, auf eine zweite Spannung, bei der Wassermoleküle dissoziiert werden, erhöht. In einem Beispiel kann die zweite Spannung ungefähr 1,2 V (z. B. 1200 mV) betragen. In alternativen Ausführungsformen kann die zweite Spannung eine andere Spannung sein, bei der Wassermoleküle am Sensor dissoziiert werden. Das Anlegen der zweiten Spannung während des Zeitintervalls 508 kann einen zweiten Pumpstrom erzeugen, der verwendet werden kann, um die Menge von Sauerstoff und Wasser im Messgas zu schätzen, die dann verwendet werden kann, um die Umgebungsfeuchte und den Alkoholgehalt im eingespritzten Kraftstoff zu schätzen, wie oben ausführlicher beschrieben wird. Anschließend, während des Zeitintervalls 510, wird die Referenzspannung von der zweiten Spannung auf die erste Spannung reduziert, und die erste Spannung wird im Zeitintervall 512 aufrechterhalten. Es folgt eine Beschreibung mehrerer Ausführungsformen von Verfahren zum Erhöhen oder Verringern der Vs zwischen der ersten, niedrigeren und der zweiten, höheren Spannung. Es ist wichtig anzumerken, dass die Raten, mit denen die Spannungen erhöht oder verringert werden, bei allen folgenden Verfahren entweder voreingestellt oder veränderlich sein können, abhängig von den Betriebsparametern des Fahrzeugmotors. Als ein Beispiel: Falls Zustände mit geringerer Feuchte detektiert werden, kann die Rate, mit der die Spannung des Sauerstoffsensors zwischen der ersten und der zweiten Referenzspannung ansteigt, reduziert werden, weil Zustände mit geringerer Feuchte zu größerer Sensorverschlechterung führen können (wie ausführlich in 7 beschrieben wird).
  • Während der Zeitintervalle 506 und 510 kann die Referenzspannung zwischen der ersten und der zweiten Spannung mit einer einstellbaren Anstiegsrate übergehen. Die Anstiegsrate kann eine lineare Funktion oder eine andere glatte Funktion sein, deren Erhöhungsrate allmählich abnehmen kann, wenn sich die Referenzspannung der zweiten, höheren Spannung nähert. In einer anderen Ausführungsform kann die Spannung in einer Reihe von kleinen, inkrementellen Schritten erhöht werden, die gleich groß sein können oder deren Größe sich verringern kann, wenn sich die Referenzspannung der zweiten Spannung nähert.
  • Wie im Verlauf 502 während des Zeitintervalls 506 gezeigt wird, kann in einer anderen Ausführungsform die Referenzspannung in einem einzelnen Schritt von der ersten Spannung V1 auf eine Zwischenspannung IV erhöht werden, bei der Wassermoleküle gerade anfangen, dissoziiert zu werden. Anders ausgedrückt: Die Referenzspannung kann sich direkt von der ersten Spannung auf die Zwischenspannung IV über einen Änderungsschritt und ohne zusätzliche, eingeschaltete Schritte erhöhen. In einem Beispiel, wie in der Kurve 500 gezeigt wird, beträgt die Zwischenspannung ungefähr 900 mV. In einem anderen Beispiel kann die Zwischenspannung eine andere Spannung zwischen der ersten und der zweiten Spannung sein, bei der Wassermoleküle davon, nicht dissoziiert zu werden, dazu übergehen, am Sauerstoffsensor dissoziiert zu werden. In noch einem anderen Beispiel kann die Zwischenspannung eine Referenzspannung sein, vor der das Dissoziieren von Wassermolekülen am Sauerstoffsensor beginnt.
  • Die Referenzspannung erhöht sich dann allmählich von der Zwischenspannung auf die zweite Spannung. Weil möglicherweise keine Sensorverschlechterung bei Schritten zwischen Spannungspegeln, bei denen Wassermoleküle nicht dissoziiert werden (z. B. zwischen 450 und 900 mV) auftritt, wird eine Anstiegsfunktion möglicherweise nicht zum Erhöhen von Vs von der ersten Spannung auf die Zwischenspannung im Zeitintervall 506 umgesetzt. Somit reduziert der Übergang von der ersten zur Zwischenspannung in einem Schritt eine Zeit, die bei Anfangsspannungspegeln verbracht wird, und erhöht die Abtastrate, die der Sensor durchführen kann, wodurch sich seine Genauigkeit erhöht. Die reduzierte Rate, bei der sich die Referenzspannung von der Zwischenspannung zur zweiten Spannung erhöhen kann, kann durch eine lineare Funktion oder eine andere glatte Funktion bestimmt werden, deren Erhöhungsrate allmählich abnehmen kann, wenn die Referenzspannung sich der zweiten, höheren Spannung nähert. Die Spannung kann auch in einer Reihe von kleinen, inkrementellen Schritten von der Zwischen- zur zweiten Spannung erhöht werden, die gleich groß sein können oder deren Größe sich verringern kann, wenn sich die Referenzspannung der zweiten Spannung nähert. Dieser gleiche Prozess kann umgekehrt angewendet werden, wie im Zeitintervall 510 des Verlaufs 502 zu erkennen ist. Die Referenzspannung kann in einer allmählich abfallenden Funktion (z. B. in inkrementellen Schritten oder durch eine lineare oder eine andere glatte Funktion) von einer zweiten Spannung auf eine Zwischenspannung verringert werden, bei der Wassermoleküle aufhören, dissoziiert zu werden (z. B. 900 mV). Schließlich kann die Referenzspannung von der Zwischenspannung auf die erste Spannung in einem einzelnen Schritt reduziert werden (oder mit einer höheren Rate als die Anstiegsrate von der zweiten Spannung zur Zwischenspannung).
  • Von daher können Verfahren in einer Ausführungsform das Ansteigen (oder den Übergang) der Referenzspannung eines Sauerstoffsensors zwischen einer ersten und zweiten Spannung mit einer allmählicheren Rate als der eines einzelnen Änderungsschritts beinhalten. In einer anderen Ausführungsform können Verfahren das Reduzieren der Rate, mit der die Referenzspannung zwischen der ersten und der zweiten Spannung übergeht, beinhalten. Im Ergebnis des Reduzierens der Rate des Übergangs zwischen der ersten und der zweiten Sauerstoffsensorreferenzspannung kann Sauerstoffsensorverschlechterung reduziert werden.
  • 6 zeigt ein Verfahren 600 zum Einstellen des Betriebs eines Sauerstoffsensors (wie zum Beispiel des in 1 gezeigten Sauerstoffsensors 126 oder 127). Befehle zum Ausführen des Verfahrens 600 können in einem Speicher der Steuerung gespeichert werden (z. B. im Nur-Lese-Speicherchip 106 der in 1 gezeigten Steuerung 12). Von daher kann die Steuerung das Verfahren 600 auf Basis von aus verschiedenen Motorsensoren aufgenommenen Signalen ausführen, wie oben bei 1 beschrieben worden ist.
  • Das Verfahren 600 beginnt in 602 mit dem Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsparametern. Zu Motorbetriebsparametern zählen Umgebungsfeuchte, Motordrehzahl und -last, Luft-Kraftstoff-Verhältnis, Luftmasse, Motortemperaturen, eine Kraftstoffeinspritzmenge usw. Das Verfahren 600 wird von 602 zu 604 fortgesetzt, wo die Steuerung eine gewünschte Anstiegsrate des Sauerstoffsensors auf Basis der Motorbetriebszustände bestimmt. Wie oben beschrieben worden ist, kann die gewünschte Anstiegsrate eine gewünschte Rate sein, mit der die Referenzspannung des Sauerstoffsensors zwischen einer ersten Spannung und einer zweiten Spannung eingestellt wird. Die erste Spannung kann eine niedrigere Basisspannung sein, bei der Wassermoleküle nicht dissoziiert werden, und die zweite Spannung kann eine höhere Zielspannung sein, bei der Wassermoleküle dissoziiert werden. Die gewünschte Anstiegsrate kann auf Motorbetriebszuständen basieren, einschließlich Umgebungsfeuchte und Motorkraftstoffzufuhrzuständen. Wenn sich zum Beispiel die Umgebungsfeuchte verringert, kann sich die gewünschte Anstiegsrate verringern. In einem anderen Beispiel kann sich, wenn sich die Motorkraftstoffzufuhr verringert, die gewünschte Anstiegsrate verringern. In noch einem anderen Beispiel kann die gewünschte Anstiegsrate bei Zuständen ohne Kraftstoffzufuhr langsamer sein, wie zum Beispiel bei einer Kraftstoffabschaltung bei Verlangsamung (DFSO), als wenn der Motor Kraftstoff in Motorzylinder einspritzt. In noch anderen Beispielen kann sich die gewünschte Anstiegsrate verringern, wenn sich die Sauerstoffmenge in der den Sauerstoffsensor umgebenden Luft erhöht.
  • In 606 beinhaltet das Verfahren das Bestimmen auf Basis der bestimmten, gewünschten Anstiegsrate der gewünschten inkrementellen Schrittgröße und des Zeitintervalls, über dem die Schritte für den Anstieg stattfinden. Die gewünschte, inkrementelle Schrittgröße kann auf dem Zeitintervall, über dem der Anstieg (oder Erhöhung von der ersten Spannung zur zweiten Spannung) stattfindet, der gewünschten Anstiegsrate und einer gewünschten Schrittgröße basieren. Die gewünschte Schrittgröße kann eine gewünschte, inkrementelle Erhöhung der Referenzspannung sein. Die gewünschte Schrittgröße kann auch auf einer Anzahl von Gesamtschritten im Anstieg basieren. Alternativ kann die Gesamtanzahl von Schritten im Anstieg auf der Anstiegsrate, der Schrittgröße und dem Zeitintervall für den Anstieg basieren.
  • Sobald die Steuerung die inkrementelle Schrittgröße bestimmt, sendet sie dann ein Signal an den Sauerstoffsensor, die Referenzspannung entsprechend einzustellen. Es ist wichtig anzumerken, dass während jedes Anstiegs, wenn die Spannung von einer ersten auf eine zweite Spannung erhöht wird, die inkrementelle Schrittgröße möglicherweise nicht konstant ist. Als ein Beispiel: Es kann wünschenswert sein, wenn die Erhöhungsrate der Spannung abnimmt, wenn die angelegte Spannung sich der zweiten, höheren Spannung nähert, wo größere Sensorbeschädigung auftreten kann. In einer anderen Ausführungsform von Schritt 606 kann eine glatte Anstiegsfunktion umgesetzt werden (z. B. eine lineare, logarithmische oder eine andere glatte Funktion). In dieser Ausführungsform wird die Steilheit oder die Erhöhungsrate der Referenzspannung anhand des Schritts 604 bestimmt. Die Anstiegsrate kann konstant sein (z. B. linear), kann sich aber auch während des Zeitintervalls verändern, in dem die Spannung von der ersten zur zweiten Spannung ansteigt. Als ein Beispiel: Die Anstiegsrate kann sich verringern, wenn sich die angelegte Spannung der zweiten Spannung nähert, bei der Wasser dissoziiert und die potentiell größeren Schaden am Sensor bewirken kann.
  • Nach dem Bestimmen der gewünschten Anstiegsrate, der inkrementellen Schrittgröße (falls die Anstiegsfunktion keine glatte Funktion ist) und dem Zeitintervall für die Spannungserhöhung kann das Verfahren 600 optional mit 608 fortfahren, wo die Steuerung ein Signal an den Sauerstoffsensor sendet, die Referenzspannung von der ersten Spannung auf eine Zwischenspannung in einem Schritt zu erhöhen (z. B. nicht mit einer reduzierten Erhöhungsrate). Die Zwischenspannung kann eine Spannung sein, die größer als die erste Spannung und kleiner als die zweite Spannung ist. In einem Beispiel kann die Zwischenspannung eine Referenzspannung sein, bei der Wasser beginnt, dissoziiert zu werden. In einem anderen Beispiel kann die Zwischenreferenzspannung eine Referenzspannung sein, oberhalb der Wasser dissoziiert wird. In noch einem anderen Beispiel kann die Zwischenspannung eine Referenzspannung sein, bei der Wasser nicht dissoziiert wird. Von daher wird die Referenzspannung des Sauerstoffsensors über eine Schrittfunktion von der ersten Spannung zur Zwischenspannung erhöht, bevor die im Schritt 604 bestimmte, verringerte Anstiegsrate eingeleitet wird.
  • Das Verfahren 600 kann entweder aus dem Schritt 606 oder optional aus dem Schritt 608 mit dem Schritt 610 fortfahren. Falls das Verfahren 600 aus dem Schritt 606 im Schritt 610 ankommt, sendet die Steuerung dann ein Signal an den Sauerstoffsensor, um die Referenzspannung von der ersten zur zweiten Spannung mit einer in den Schritten 604 und/oder 606 bestimmten Rate oder Schrittgröße einzustellen. Falls das Verfahren 600 aus dem Schritt 608 im Schritt 610 ankommt, sendet alternativ die Steuerung dann ein Signal an den Sauerstoffsensor, um die Referenzspannung von der Zwischenspannung auf die zweite Spannung mit einer in den Schritten 604 und/oder 606 bestimmten Rate oder Schrittgröße einzustellen. Indem somit der Schritt 608 im Verfahren 600 eingeschlossen ist, kann die Referenzspannung in geringerer Zeit als durch das direkte Fortfahren vom Schritt 606 zum Schritt 610 von einer ersten auf eine zweite Spannung erhöht werden, weil der allmähliche Anstieg mit einer höheren Spannung beginnt (z. B. der Zwischenspannung anstelle der ersten Basisspannung), was zu einer höheren Zyklusrate für den Sensor führt. Von daher kann sich die Genauigkeit der Messungen des Sauerstoffsensors erhöhen. Falls das Verfahren 600 zusätzlich einen optionalen Schritt 608 einsetzt, wird möglicherweise zusätzlich der Gesundheitszustand des Sensors nicht reduziert, weil Sensorverschlechterung möglicherweise nur in Spannungsschrittintervallen stattfindet, bei denen Wasser am Sensor dissoziiert, wie ausführlicher oben in Bezug auf 5 beschrieben wird.
  • Sobald die angelegte Spannung im Schritt 610 die gewünschte zweite obere Spannung erreicht, wird das Verfahren 600 mit dem Schritt 612 fortgesetzt, in dem die Steuerung die Motorbetriebsparameter auf Basis der Rückmeldung vom Sensor bei der ersten und zweiten Spannung schätzen kann. Die Steuerung kann die Umgebungsfeuchte, das Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, den Wassergehalt des Gases in der Nähe des Sauerstoffsensors, den Alkoholgehalt des Kraftstoffs und die AGR-Rate oder Ähnliches auf Basis eines Unterschieds des Pumpstroms des Sauerstoffsensors bei der ersten und der zweiten Spannung bestimmen. Das Verfahren 600 wird dann mit dem Schritt 614 fortgesetzt, in dem die Steuerung den Motorbetrieb auf Basis der geschätzten Betriebsparameter einstellt (z. B. der auf Basis der Sauerstoffsensorausgaben geschätzten Betriebsparameter). Als ein Beispiel: Der Motor kann die Menge des in den Einlasskanal zurückgeführten Abgases erhöhen, falls die Menge an unverbranntem Kraftstoff im Auslasskanal einen ausreichend hohen, ersten Schwellenwert erreicht. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung die Kraftstoffeinspritzung auf Basis des geschätzten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einstellen.
  • Auf diese Weise kann die Steuerung den Motorbetrieb auf Basis von Ausgaben des Sauerstoffsensors einstellen. Weiterhin kann die Steuerung auf Basis von Motorbetriebsparametern, einschließlich Umgebungsfeuchte und Motorkraftstoffzufuhr, die Rate bestimmen, mit der die Referenzspannung des Sauerstoffsensors von einer ersten, niedrigeren Spannung auf eine zweite, höhere Spannung erhöht wird (und von der zweiten Spannung auf die erste Spannung verringert wird). Im Ergebnis kann Sauerstoffsensorverschlechterung aufgrund Sensorschwärzung und -nachschwingen reduziert werden.
  • Wie in 6 gezeigt wird, beinhaltet ein Verfahren in einer Ausführungsform Erhöhen einer Referenzspannung eines Sauerstoffsensors von einer ersten Spannung auf eine Zwischenspannung in einem einzelnen Schritt; und allmähliches Erhöhen der Referenzspannung von der zweiten, der Zwischenspannung, auf eine dritte Spannung in mehreren Schritten. In einem Beispiel basiert eine Schrittgröße jedes der mehreren Schritte auf einer gewünschten Anstiegsrate, einer Gesamtanstiegszeit für das Erhöhen von der zweiten, der Zwischenspannung, auf die dritte Spannung und einer gewünschten Schrittzeitlänge. Weiterhin kann die gewünschte Anstiegsrate auf der Umgebungsfeuchte und/oder den Motorkraftstoffzufuhrzuständen basieren. Das Verfahren kann weiterhin Verringern der gewünschten Anstiegsrate und Erhöhen der Gesamtanstiegszeit während einer Kraftstoffabschaltung bei Verlangsamung umfassen. In einem Beispiel kann das Verfahren weiterhin Verringern der gewünschten Anstiegsrate und Erhöhen der Gesamtanstiegszeit umfassen, wenn sich die Umgebungsfeuchte verringert. Die erste Spannung kann eine Basisspannung sein, bei der Wasser nicht dissoziiert wird, und die dritte Spannung kann eine Zielspannung sein, bei der Wasser dissoziiert wird. Weiterhin liegt die Zwischenspannung zwischen der ersten Spannung und der dritten Spannung.
  • 7 zeigt eine Kurve 700, die demonstriert, wie die Steuerung (z. B. die in 1 gezeigte Steuerung 12) die Anstiegsrate der Referenzspannung eines Sauerstoffsensors zwischen einer niedrigeren, ersten Spannung und einer höheren, zweiten Spannung auf Basis von Motorbetriebsparametern, wie zum Beispiel Kraftstoffzufuhr und/oder Umgebungsfeuchte, einstellen kann. Der Verlauf 706 zeigt, wie der in den Motor eingespritzte Kraftstoff sich mit der Zeit ändern kann, und gleichermaßen zeigt der Verlauf 708, wie sich die Umgebungsfeuchte der durch den Motor strömenden Luft mit der Zeit ändern kann. Der Verlauf 702 zeigt Einstellungen der Anstiegsrate der Referenzspannung des Sauerstoffsensors als Reaktion auf die Änderungen in der Kraftstoffzufuhr und/oder der Umgebungsfeuchte aus den Verläufen 706 und 708. Der Verlauf 704 zeigt die aus Verlauf 702 resultierenden Änderungen des Pumpstroms des Sauerstoffsensors.
  • Sowohl die Kraftstoffzufuhr als auch die Umgebungsfeuchte werden so gezeigt, dass sie sich zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 auf einem ersten Pegel befinden. Somit kann dieses Zeitintervall normale Motorbetriebszustände darstellen, bei denen dem Motor Kraftstoff zugeführt wird (z. B. wird Kraftstoff in die Motorzylinder eingespritzt) und die Umgebungsfeuchte über einem unteren Schwellenwertpegel liegt. Zum Zeitpunkt t1 kann die Steuerung eine Verringerung der Kraftstoffmenge, die in den Motor eingespritzt wird, unter einen Schwellenwertpegel detektieren. In einem Beispiel kann die Verringerung der Motorkraftstoffzufuhr unter den Schwellenwertpegel das Ergebnis einer Kraftstoffabschaltung bei Verlangsamung oder einem anderen Zustand ohne Kraftstoffzufuhr sein. Dies kann die Feuchte des Gasgemisches verringern, weil Wasser aus dem Kraftstoff zur Gesamtfeuchte des Gasgemisches im Brennraum beiträgt. Zusätzlich kann sich bei den Zuständen ohne Kraftstoffzufuhr der Sauerstoffgehalt in dem Abgas erhöhen, das zu einem Auslass-Sauerstoffsensor strömt (der in einem Auslasskanal, den Motorzylindern nachgeschaltet, positioniert ist). Diese Verringerung der Feuchte und Erhöhung des Sauerstoffgehalts kann zu erhöhten Pumpstromüberschwingern, -unterschwingern und/oder -einschwingzeiten des Sauerstoffsensors führen, was zur Verschlechterung des Sensors beiträgt. Als Reaktion auf die Verringerung der Motorkraftstoffzufuhr kann die Steuerung somit die Anstiegsrate verringern, mit der sich die Referenzspannung des Sauerstoffsensors (z. B. des Auslass-Sauerstoffsensors) von einer ersten Spannung auf eine zweite Spannung erhöht und sich von der zweiten Spannung auf die erste Spannung verringert. Dies kann im Verlauf 702 beobachtet werden. Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, wo sich der in den Motor eingespritzte Kraftstoff vom ersten Pegel F1 verringert, ist die Rate, mit der sich die Referenzspannung von der ersten, niedrigeren Spannung auf die zweite, höhere Spannung erhöht (z. B. die zweite Steilheit 712 der Linie des Verlaufs 702) kleiner als die Rate zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 (z. B. kleiner als die erste Steilheit 710 der Linie des Verlaufs 702).
  • Sobald die Kraftstoffzufuhrzustände zum Zeitpunkt t2 zum ersten Pegel F1 zurückkehren, wird die Anstiegsrate der Referenzspannung (z. B. die Änderungsrate zwischen der ersten und der zweiten Spannung) im Verlauf 702 auf eine ähnliche Rate wie die während des Zeitintervalls von t0 bis t1 zurückgebracht. Somit wird die Anstiegsrate der Referenzspannung wieder nach dem Zeitpunkt t2 erhöht. Zum Zeitpunkt t3 detektiert die Steuerung eine Verringerung der Umgebungsfeuchte von einem ersten Pegel A1 aus unter einen unteren Schwellenwertpegel. Dies kann passieren, wenn das Fahrzeug in eine besonders trockene Umgebung gelangt, wo der Feuchtegehalt in der Umgebungslauft sehr gering ist. Weil Zustände mit geringer Feuchte zu erhöhter Sauerstoffsensorverschlechterung führen können, kann die Steuerung die Anstiegsrate, mit der die Referenzspannung zwischen der niedrigeren, ersten Spannung und der höheren, zweiten Spannung übergeht, reduzieren. Wie im Verlauf 702 nach dem Zeitpunkt t3 zu erkennen ist, ist die Änderungsrate zwischen der niedrigeren, ersten Spannung und der höheren, zweiten Spannung (z. B. die dritte Steilheit 714 der Linie im Verlauf 702) kleiner als die zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 und t2 und t3, wenn die Umgebungsfeuchte auf dem ersten Pegel A1 liegt und die Motorkraftstoffzufuhr auf dem ersten Pegel F1 liegt.
  • Wie im Verlauf 702 zu beobachten ist, kann die Anstiegsrate der Spannungserhöhung oder -verringerung zwischen der niedrigeren, ersten Spannung und der höheren, zweiten Spannung auf Basis von Motorbetriebszuständen eingestellt werden. Die Anstiegsrate (hier auch als die Änderungsrate der Referenzspannung bezeichnet) kann sich verringern, wenn die in Zylinder des Motors eingespritzte Kraftstoffmenge und/oder die Umgebungsfeuchte sich verringern. In einem anderen Beispiel kann sich die Anstiegsrate nur verringern, wenn sich die Kraftstoffeinspritzmenge und/oder die Umgebungsfeuchte unter jeweilige Schwellenwertpegel verringern, wobei die Schwellenwertpegel auf Pegeln basieren, bei denen Sauerstoffsensorüberschwinger, -unterschwinger und/oder -einschwingzeiten in der Pumpstromausgabe zu Sensorverschlechterung führen können. In einigen Beispielen kann ein DFSO-Ereignis mit Zuständen mit geringerer Feuchte zusammentreffen. In diesem Beispiel kann sich die Anstiegsrate der Referenzspannung des Sauerstoffsensors als Reaktion sowohl auf das DFSO-Ereignis als auch auf die Zustände mit verringerter Feuchte verringern. Zum Beispiel kann die Anstiegsrate um ein größeres Ausmaß verringert werden (der Übergang zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung kann sogar noch allmählicher verlaufen), als zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 oder nach t3 beobachtet wird, falls die Steuerung sowohl einen Zustand mit geringerer Feuchte als auch ein DFSO-Ereignis detektiert. Das heißt, dass ein DFSO-Ereignis (oder ein Ereignis ohne Kraftstoffzufuhr) und ein Ereignis mit verringerter Feuchte sich möglicherweise nicht ausschließen und dass beide zeitgleich auftreten, kann zu einer allmählicheren Anstiegsrate, als in der Kurve 700 beobachtet wird, führen.
  • Die Anstiegsrate oder der allmählichere Übergang zwischen der ersten Spannung (z. B. der Basisspannung, bei der Wasser nicht dissoziiert) und der zweiten Spannung (z. B. der Zielspannung, bei der Wasser dissoziiert wird) ist kleiner als die Rate eines einzelnen Schritts (auch als ein einzelner Änderungsschritt zwischen der ersten und der zweiten Spannung bezeichnet). Wie hier beschrieben wird, wechselt die Referenzspannung des Sauerstoffsensors während des Motorbetriebs zwischen der niedrigeren, ersten Spannung und der höheren, zweiten Spannung über einem Zeitintervall mit einer Rate, die von der Steuerung auf Basis von Motorbetriebszuständen eingestellt wird. Die Änderungsrate zwischen den Referenzspannungen kann dann auf Basis der Motorbetriebsparameter einstellbar sein. Allerdings kann die Änderungsrate der Referenzspannung (z. B. die Anstiegsrate) in einer Ausführungsform immer kleiner als die Änderungsrate eines einzelnen, direkten Änderungsschritts zwischen der ersten und der zweiten Spannung sein. Somit kann es eine Schwellenwertanstiegsrate geben, die auf der Rate eines einzelnen Änderungsschritts zwischen Spannungen basiert, unterhalb der die Sauerstoffsensoranstiegsrate bleiben kann.
  • Auf diese Weise kann ein Verfahren allmähliches Ändern einer Referenzspannung eines Sauerstoffsensors zwischen einer ersten Spannung und einer zweiten Spannung mit einer Anstiegsrate beinhalten, wobei die Anstiegsrate auf Motorbetriebszuständen basiert. Wie oben beschrieben worden ist, kann der Sauerstoffsensor ein Sauerstoffsensor mit veränderlicher Spannung sein, der in einem Auslass- oder Einlasskanal eines Motors positioniert ist. Die Referenzspannung des Sauerstoffsensors mit veränderlicher Spannung ist zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung einstellbar, wobei die erste Spannung eine niedrigere Spannung ist, bei der Wasser nicht am Sensor dissoziiert wird, und die zweite Spannung eine höhere Spannung ist, bei der Wasser am Sensor dissoziiert wird. Eine technische Wirkung wird durch allmähliches Einstellen der Referenzspannung des Sauerstoffsensors mit einer Anstiegsrate auf Basis von Motorbetriebszuständen erreicht, wodurch Sauerstoffsensorverschlechterung verringert und eine Genauigkeit der Motorsteuerung auf Basis von Sauerstoffsensorausgaben erhöht wird. Insbesondere der Übergang zwischen der ersten und der zweiten Spannung mit einer geringeren Anstiegsrate kann Sensorüberschwinger, -unterschwinger und -einschwingzeiten verringern, die zu Sensornachschwingen und -schwärzungswirkungen führen können, die den Sensor verschlechtern können. Weiterhin können diese Auswirkungen deutlicher hervortreten, wenn sich der Sauerstoffgehalt in dem den Sauerstoffsensor umgebenden Gas erhöht. Somit kann weiteres Verringern der Anstiegsrate der Referenzspannung des Sauerstoffsensors bei Erhöhung des Sauerstoffgehalts des Auslass- und/oder des Einlassgases (z. B. für einen Auslass-Sauerstoffsensor während verringerter Motorkraftstoffzufuhr und sowohl für Einlass- als auch Auslass-Sauerstoffsensoren während verringerter Umgebungsfeuchte) Verschlechterung des Sauerstoffsensors weiter reduzieren.
  • Als eine Ausführungsform beinhaltet das Verfahren allmähliches Erhöhen einer Referenzspannung eines Sauerstoffsensors von einer ersten Spannung auf eine zweite Spannung mit einer Anstiegsrate, wobei die Anstiegsrate auf Motorbetriebszuständen basiert. In einem Beispiel basiert die Anstiegsrate auf Umgebungsfeuchte, wobei die Anstiegsrate sich mit Verringerung der Umgebungsfeuchte verringert. In einem Beispiel basiert die Anstiegsrate auf Motorkraftstoffzufuhr, wobei die Anstiegsrate sich mit Verringerung der Motorkraftstoffzufuhr verringert. Das Verfahren beinhaltet weiterhin Verringern der Anstiegsrate von einem ersten Pegel auf einen niedrigeren, zweiten Pegel während eines Motorzustands ohne Kraftstoffzufuhr.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin Erhöhen der Referenzspannung von der ersten Spannung auf eine Zwischenspannung mit einem einzelnen Änderungsschritt und dann Erhöhen der Referenzspannung von der Zwischenspannung auf die zweite Spannung mit der Anstiegsrate, wobei die Änderungsrate der Anstiegsrate kleiner als bei dem einzelnen Änderungsschritt ist. In einem Beispiel ist die Zwischenspannung eine Spannung, unterhalb der Wasser nicht dissoziiert wird und oberhalb der Wasser dissoziiert wird. Zusätzlich ist die erste Spannung eine Basisreferenzspannung, und die zweite Spannung ist eine Zielspannung, bei der Wasser dissoziiert wird. Das Verfahren beinhaltet weiterhin allmähliches Verringern der Referenzspannung von der zweiten Spannung zur ersten Spannung mit der Abfallrate. In einem Beispiel ist der Sauerstoffsensor ein Auslass-Sauerstoffsensor, der in einem Auslasskanal eines Motors positioniert ist, und das Verfahren beinhaltet weiterhin das Bestimmen des Wassergehalts der Abluft auf Basis von Ausgaben des Sauerstoffsensors bei der ersten Spannung und der zweiten Spannung. Das Verfahren kann weiterhin das Schätzen eines Kraftstoffalkoholgehalts auf Basis des bestimmten Wassergehalts beinhalten. In einem anderen Beispiel ist der Sauerstoffsensor ein Einlass-Sauerstoffsensor, der in einem Einlasskrümmer eines Motors positioniert ist, und das Verfahren beinhaltet weiterhin das Bestimmen eines Wassergehalts der Einlassluft auf Basis von Ausgaben des Sauerstoffsensors bei der ersten Spannung und der zweiten Spannung.
  • In noch einer anderen Ausführungsform kann das Motorsystem einen in einem Auslasskanal einem Motorzylinder nachgeschaltet positionierten Auslass-Sauerstoffsensor und eine Steuerung mit computerlesbaren Befehlen für Folgendes enthalten: bei einem ersten Zustand, wenn dem Motorzylinder Kraftstoff zugeführt wird, allmähliches Erhöhen einer Referenzspannung des Auslass-Sauerstoffsensors von einer ersten Spannung auf eine zweite Spannung mit einer ersten Anstiegsrate und während eines zweiten Zustands, wenn dem Motorzylinder kein Kraftstoff zugeführt wird, allmähliches Erhöhen der Referenzspannung des Auslass-Sauerstoffsensors von der ersten Spannung auf die zweite Spannung mit einer zweiten Anstiegsrate, wobei die zweite Anstiegsrate allmählicher als die erste Anstiegsrate verläuft. Erhöhen der Referenzspannung des Auslass-Sauerstoffsensors von der ersten Spannung auf die zweite Spannung beim ersten und zweiten Zustand beinhaltet das Erhöhen der Referenzspannung von der ersten Spannung auf die zweite Spannung in einer Reihe von inkrementellen Schritten, wobei eine Anzahl inkrementeller Schritte und die Größe jedes aus der Reihe inkrementeller Schritte sowohl auf der ersten Anstiegsrate als auch auf der zweiten Anstiegsrate basieren. Weiterhin ist der Auslass-Sauerstoffsensor ein Sauerstoffsensor mit veränderlicher Spannung, wobei die erste Spannung eine Basisspannung ist und wobei die zweite Spannung eine Zielspannung ist, wobei die Zielspannung auf einem gewünschten, vom Sauerstoffsensor zu messenden Gasbestandteil basiert. Das Motorsystem kann weiterhin einen Einlass-Sauerstoffsensor enthalten, der in einem Einlasskanal, dem Motorzylinder vorgeschaltet positioniert ist.
  • Es ist anzumerken, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert werden und können vom Steuerungssystem ausgeführt werden, zu dem die Steuerung in Kombination mit verschiedenen Sensoren, Aktoren oder anderer Motor-Hardware zählen. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere von einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie zum Beispiel ereignisgesteuerte, interrupt-gesteuerte, Multitasking, Multithreading und Ähnliche. Von daher können verschiedene veranschaulichte Aktionen, Operationen und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel ausgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise zum Erreichen der Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele erforderlich, sondern sie wird zur Vereinfachung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen können wiederholt ausgeführt werden, abhängig von der besonderen Strategie, die verwendet wird. Weiterhin können die beschriebenen Aktionen, Operationen und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuerungssystem programmiert werden soll, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführen der Anweisungen in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Motor-Hardware-Komponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung enthält.
  • Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen vom Wesen her beispielhaft sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne betrachtet werden sollen, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die obige Technologie bei Sechszylinder-V-Motoren (V-6), Vierzylinder-Reihenmotoren (I-4), Sechszylinder-Reihenmotoren (I-6), Zwölfzylinder-V-Motoren (V-12), Vierzylinder-Boxermotoren (Opposed 4) und anderen Motorarten angewendet werden. Zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung zählen alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unter-Kombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart werden.
  • Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere gewisse Kombinationen und Unter-Kombinationen auf, die als neuartig und nicht offensichtlich angesehen werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie den Einschluss eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehr solche Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, sei ihr Schutzbereich weiter, enger oder verschieden vom Schutzbereich der Originalansprüche, werden ebenfalls so angesehen, dass sie im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2012/0037134 [0002]
    • US 5145566 [0002]

Claims (20)

  1. Motorverfahren, das Folgendes umfasst: allmähliches Erhöhen einer Referenzspannung eines Sauerstoffsensors von einer ersten Spannung auf eine zweite Spannung mit einer Anstiegsrate, wobei die Anstiegsrate auf Motorbetriebszuständen basiert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anstiegsrate auf Umgebungsfeuchte basiert, wobei die Anstiegsrate sich mit Verringerung der Umgebungsfeuchte verringert.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anstiegsrate auf Motorkraftstoffzufuhr basiert, wobei die Anstiegsrate sich mit Verringerung der Motorkraftstoffzufuhr verringert.
  4. Das Verfahren nach Anspruch 3, das weiterhin Verringern der Anstiegsrate von einem ersten Pegel auf einen niedrigeren, zweiten Pegel bei einem Motorzustand ohne Kraftstoffzufuhr umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin Erhöhen der Referenzspannung von der ersten Spannung auf eine Zwischenspannung mit einem einzelnen Änderungsschritt und dann Erhöhen der Referenzspannung von der Zwischenspannung auf die zweite Spannung mit der Anstiegsrate umfasst, wobei eine Änderungsrate der Anstiegsrate kleiner als beim einzelnen Änderungsschritt ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Zwischenspannung eine Spannung ist, unterhalb der Wasser nicht dissoziiert wird und oberhalb der Wasser dissoziiert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Spannung eine Basisreferenzspannung ist und die zweite Spannung eine Zielspannung ist, bei der Wasser dissoziiert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin allmähliches Verringern der Referenzspannung von der zweiten Spannung zur ersten Spannung mit der Abfallrate umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Sauerstoffsensor ein Auslass-Sauerstoffsensor ist, der in einem Auslasskanal eines Motors positioniert ist, und das weiterhin Bestimmen eines Wassergehalts der Abluft auf Basis von Ausgaben des Sauerstoffsensors bei der ersten Spannung und der zweiten Spannung umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, das weiterhin Schätzen eines Kraftstoffalkoholgehalts auf Basis des bestimmten Wassergehalts umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Sauerstoffsensor ein Einlass-Sauerstoffsensor ist, der in einem Einlasskrümmer eines Motors positioniert ist, und das weiterhin Bestimmen eines Wassergehalts der Einlassluft auf Basis von Ausgaben des Sauerstoffsensors bei der ersten Spannung und der zweiten Spannung umfasst.
  12. Motorverfahren, das Folgendes umfasst: Erhöhen einer Referenzspannung eines Sauerstoffsensors von einer ersten Spannung auf eine zweite Spannung, eine Zwischenspannung, in nur einem einzelnen Schritt; und inkrementelles Erhöhen der Referenzspannung von der zweiten, der Zwischenspannung, auf eine dritte Spannung in mehreren Schritten.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei eine Schrittgröße jedes der mehreren Schritte auf einer gewünschten Anstiegsrate, einer Gesamtanstiegszeit für das Erhöhen von der zweiten, der Zwischenspannung, auf die dritte Spannung und einer gewünschten Schrittzeitlänge basiert.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die gewünschte Anstiegsrate auf der Umgebungsfeuchte und/oder den Motorkraftstoffzufuhrzuständen basiert.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, das weiterhin Verringern der gewünschten Anstiegsrate und Erhöhen der Gesamtanstiegszeit während einer Kraftstoffabschaltung bei Verlangsamung umfasst.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, das weiterhin Verringern der gewünschten Anstiegsrate und Erhöhen der Gesamtanstiegszeit umfasst, wenn sich die Umgebungsfeuchte verringert.
  17. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die erste Spannung eine Basisspannung ist, bei der Wasser nicht dissoziiert wird, und die dritte Spannung eine Zielspannung ist, bei der Wasser dissoziiert wird, und wobei die zweite, die Zwischenspannung, zwischen der ersten Spannung und der dritten Spannung liegt.
  18. Motorsystem, das Folgendes umfasst: einen Auslass-Sauerstoffsensor, der in einem Auslasskanal einem Motorzylinder nachgeschaltet positioniert ist; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen für: bei einem ersten Zustand, wenn dem Motorzylinder Kraftstoff zugeführt wird, allmähliches Erhöhen einer Referenzspannung des Auslass-Sauerstoffsensors von einer ersten Spannung auf eine zweite Spannung mit einer ersten Anstiegsrate; und bei einem zweiten Zustand, wenn dem Motorzylinder kein Kraftstoff zugeführt wird, allmähliches Erhöhen der Referenzspannung des Auslass-Sauerstoffsensors von der ersten Spannung auf die zweite Spannung mit einer zweiten Anstiegsrate, wobei die zweite Anstiegsrate allmählicher als die erste Anstiegsrate ist.
  19. System nach Anspruch 18, wobei das Erhöhen der Referenzspannung des Auslass-Sauerstoffsensors von der ersten Spannung auf die zweite Spannung beim ersten und zweiten Zustand das Erhöhen der Referenzspannung von der ersten Spannung auf die zweite Spannung in einer Reihe von inkrementellen Schritten beinhaltet, wobei eine Anzahl inkrementeller Schritte und die Größe jedes aus der Reihe inkrementeller Schritte sowohl auf der ersten Anstiegsrate als auch auf der zweiten Anstiegsrate basieren.
  20. System nach Anspruch 18, wobei der Auslass-Sauerstoffsensor ein Sauerstoffsensor mit veränderlicher Spannung ist, wobei die erste Spannung eine Basisspannung ist und wobei die zweite Spannung eine Zielspannung ist, wobei die Zielspannung auf einem gewünschten, vom Sauerstoffsensor zu messenden Gasbestandteil basiert.
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