用于气体组分传感器的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本申请涉及用于气体组分传感器的方法和系统。描述了用于具有排气再循环系统的发动机系统的各种系统和方法。在一个示例方法中，根据来自气体组分传感器的输出和来自压力传感器的输出，在增压压力的范围内确定气体组分传感器的修正。根据所述修正调节所述气体组分传感器输出，并且根据所述调节的气体组分传感器输出调节排气再循环的量。
【专利说明】用于气体组分传感器的方法和系统
【技术领域】
[0001]本申请大体涉及包括在内燃发动机的进气系统中的气体组分传感器。
【背景技术】
[0002]发动机系统可以利用从发动机排气系统到发动机进气系统(进气道)的排气再循环，一种被称为排气再循环(EGR)的过程，以减少调节的排放物。EGR系统可以包括各种传感器以测量该EGR。作为一个示例，EGR系统可以包括进气组分传感器，其可以被用来测量氧气以确定在发动机的进气道中燃烧过的气体的比例。这种传感器的输出可以根据在传感器位置处的压力而变化；例如，该输出可以根据该传感器的扩散系数而变化。例如，由于制造易变性，扩散系数可以在传感器之间变化。因此，可能降低传感器输出的精度。
【发明内容】
[0003]发明人在此已经认识到上述问题并且已经设计出一种至少部分地解决这种问题的途径。因此，公开一种用于包括EGR系统的发动机系统中的气体组分传感器的方法。该方法包括，根据气体组分传感器输出和压力传感器输出，在排气再循环关闭时产生修正。该方法还包括在排气再循环打开时，根据气体组分传感器输出和该修正，调节EGR的量。
[0004]例如，该气体组分传感器可以是输出进气氧气浓度的进气组分传感器。通过在EGR关闭时产生修正，可以减少由于EGR引起的进气系统中的压力变化。而且，因为EGR关闭，流过进气道的空气基本上是氧气浓度已知的环境空气。因此，可以获得较高精度的用于气体组分传感器的修正。一旦该修正应用于传感器输出，调节EGR的量，使得可以改善发动机运行。例如，当根据修正的传感器输出调节EGR时，发动机可以以较接近于期望空燃比的空燃比运行。
[0005]应当明白，提供上面的概述是为了以简化的形式介绍在【具体实施方式】中进一步描述的一系列概念。这并不意味着区分要求保护的主题的关键的或必要的特征，要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。而且，要求保护的主题不限于解决在上面或在本发明的任何部分指出的任何缺点的实施方式。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1示出包括排气再循环系统和进气组分传感器的发动机的示意图。
[0007]图2示出用于估测进气组分传感器的修正的程序。
[0008]图3示出图示说明进气组分传感器的修正的曲线图。
[0009]图4示出用于根据修正的进气组分传感器输出调节排气再循环的控制程序。
【具体实施方式】
[0010]下面的描述涉及用于具有排气再循环(EGR)系统的发动机系统的方法和系统。在一个不例中，方法包括根据气体组分传感器输出和压力传感器输出，在EGR关闭时产生修正。该方法还包括在排气再循环打开时，根据该气体组分传感器输出和该修正，调节EGR的量。在一些实施例中，该气体组分传感器可以是进气氧气传感器。通过在EGR关闭时产生修正，不仅进气系统中的压力变化减少，而且进气系统中的氧气浓度与发动机系统外部的环境空气的氧气浓度基本相同。以此方式，气体组分传感器的修正可以更加精确地产生。而且，在获得修正并且应用于随后的气体组分传感器输出之后，由于可以相应地调节诸如影响进气氧气浓度的EGR的参数，因此可以改善发动机运行。
[0011]现在参考图1，其示出具有可以包含在汽车的推进系统中的发动机102的发动机系统100的示意图。如所示出的，该发动机系统100包括排气再循环系统，其包括高压EGR系统104和低压EGR系统106。该发动机系统100可以至少部分地由包括控制器108的控制系统控制。
[0012]发动机102可以包括多个汽缸(未示出)，该多个汽缸被构造成燃烧增压空气(例如，进气)和燃料的混合物，燃料诸如为柴油、汽油、酒精(例如，乙醇、甲醇等)、燃料混合物或另一种合适的燃料。增压空气可以经由进气道Iio被输送至发动机102，并且发动机102可以经由排气道112排出燃烧气体。
[0013]进气道110可以包括一个或多个节气门，例如具有节流板116的节气门114。在这个具体的示例中，节流板116的位置可以经由提供至包括有节气门114的电动马达或执行器的信号由控制器108改变，这种结构通常称为电子节气门控制(ETC)。以此方式，节气门114可以被操作以改变提供至发动机汽缸的进气。节流板116的位置可以通过节气门位置信号TP提供至控制器108。在图1中所示的示例中，进气道110还包括压力传感器134，例如节气门入口压力(TIP)传感器，其被构造成提供节气门114上游的压力的指示。正如在下面更加详细地描述的，压力传感器134还可以被用于确定进气组分传感器136的修正。进气道110还可以包括质量空气流传感器(未示出)和歧管空气压力传感器(未示出)，用于分别提供信号MAF和MAP至控制器108。
[0014]在所公开的实施例中，根据HP EGR和LP EGR的期望量，EGR系统经由高压EGR系统104和/或低压EGR系统106使期望部分的排气从排气道112到进气道110。高压EGR从排气道112中的涡轮增压器的涡轮126的上游经由高压EGR通道118到进气道110中的涡轮增压器的压缩机128的下游。低压EGR从涡轮增压器的涡轮126的下游经由低压EGR通道120到该涡轮增压器的压缩机128的上游。提供至进气道110的EGR的量可以经由连接在高压EGR系统104中的高压EGR阀122和连接在低压EGR系统106中的低压EGR阀124由控制器108改变。在一些实施例中，例如，节气门可以包括在排气中以辅助驱动EGR。而且，在图1所示的示例实施例中，例如，高压EGR系统包括高压EGR冷却器130，而低压EGR系统包括低压EGR冷却器132，以从再循环的排气排出热至发动机冷却剂。在可替换的实施例中，发动机102可以只包括高压EGR系统或只包括低压EGR系统。
[0015]EGR的总量和/或高压EGR与低压EGR的比例可以根据排气组分传感器138 (例如，排气氧气传感器)和/或进气组分传感器136 (例如,进气氧气传感器)来控制。排气组分传感器138被示出在涡轮126的上游连接至排气道112，而进气组分传感器136被示出在高压EGR入口 148的下游连接至进气道110。传感器138和136可以是用于提供排气或进气空燃比的指示的任何合适的传感器，例如线性氧传感器或UEGO (通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO、HEGO (加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。在下面关于图2_4描述的示例实施例中，例如，该进气组分传感器是氧气(O2)传感器。例如，正如在下面更加详细地描述的，进气组分传感器136的修正可以在增压压力的范围内根据来自压力传感器134的输出和来自进气组分传感器136的输出来确定。在一些条件下，EGR系统可以用来调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温度。
[0016]如上所述，发动机系统100还包括涡轮增压器，其具有沿着排气道112设置的涡轮126和沿着进气道110设置的压缩机128。例如，该压缩机128可以至少部分地由涡轮126(例如，经由轴)驱动。在这个示例中，经由该涡轮增压器提供至发动机的一个或多个汽缸的压缩(例如，增压)的量可以由控制器108改变。
[0017]而且，在图1的示例中，排放控制装置140被示出在涡轮126和低压EGR通道120的下游沿着排气道112设置。排放控制装置140可以是选择性催化还原(SCR)系统、三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其他的排放控制装置或其组合。而且，在一些实施例中，在发动机102的运行期间，例如，排放控制装置140可以通过在特定的空燃比内运行发动机的至少一个汽缸而周期性地重置。
[0018]发动机系统100还包括增压空气冷却器(CAC) 142。CAC142在压缩机128的下游沿着进气道110设置，用于在发动机进气已经通过涡轮增压器之后，和/或如果发动机进气例如用低压EGR稀释，则冷却发动机进气。
[0019]而且，发动机系统100包括燃料蒸气滤罐144，该滤罐144可以用吸附剂填满以在燃料箱补给燃料操作和运行损失(即，燃料在车辆运行期间蒸发)期间暂时捕集燃料蒸气(包括气化的碳氢化合物)。在一个示例中，所用的吸附剂是活性炭。例如，控制器108可以构造成调节燃料蒸气吹扫阀146,以控制从燃料蒸气滤罐144到进气道110的燃料蒸气流。
[0020]控制器108可以是微型计算机，虽然图1中未示出，但是其包括:微处理器单元、输入/输出端口、用于可执行程序和校正值的电子存储介质(例如，只读存储器芯片)、随机存取存储器、保活存储器和数据总线。存储介质只读存储器可以用表示非瞬变指令的计算机可读数据编程，该非瞬变指令可由微处理器执行，用于执行下面所描述的方法以及预期但没有具体列出的其他变体。例如，控制器可以接收来自各种传感器的通信(例如，输入数据)，处理该输入数据，并且响应于处理的输入数据，根据对应于一个或多个程序编程在其中的指令或代码，触发执行器。示例控制程序在本文中关于图2和图4描述。
[0021]图2和图4分别示出图示说明用于确定气体组分传感器的修正和用于根据修正的气体组分传感器输出而调节运行参数的程序的流程图。在参考图2和图4描述的示例实施例中，气体组分传感器是设置在进气道中的氧气传感器，并且被调节的运行参数是EGR。但是，应当理解，该气体组分传感器可以检测任何合适的进气组分或排气组分，并且可以调节对应于该修正的气体组分传感器输出的任何合适的运行参数。
[0022]现在参考图2，其示出用于确定进气组分传感器的修正的程序200，进气组分传感器例如为上面参考图1描述的进气组分传感器136。具体说，该程序确定在EGR关闭时在EGR入口下游的进气道中的一个位置的氧气浓度和压力。氧气浓度和压力在涡轮增压器增压压力的范围内确定，使得可以确定关系，并且因此确定进气氧气传感器的修正。在一个示例中，该范围可以至少是增压压力的阈值范围。在另一个示例中，该范围可以是至少从大气压力以下到至少两倍的大气压力。
[0023]在202，确定工况。作为非限制性的示例，工况可以包括环境温度和压力、增压、EGR的量、空燃比等。
[0024]在工况被确定之后，该程序继续到204，在204处，高压和低压EGR被关闭。例如，控制器可以发送信号以调节高压EGR阀和低压EGR阀，使得它们关闭并且排气不从排气道流至进气道
[0025]在EGR关闭之后，如果燃料蒸气吹扫打开，则燃料蒸气吹扫在206处关闭。例如，控制器可以发送信号以调节燃料蒸气吹扫阀，使得它关闭并且燃料蒸气不从燃料蒸气滤罐流至进气道。通过关闭高压和低压EGR以及燃料蒸气吹扫，流过进气道的空气可以基本上是环境空气。因此，例如，空气的氧气浓度可以是已知的，并且可以根据环境湿度进行调节。
[0026]在208，调节涡轮增压器，使得增压在一定范围内变化。例如，可以调节涡轮增压器废气门以改变增压的量。作为示例，该范围可以是整个增压范围，例如，从零增压压力到最大水平的增压压力。在其他示例中，增压可以只在部分可能的增压范围内变化。该范围的跨度可以根据工况调节，例如前面的行驶周期和前面的平均最大增压值。在增压变化时，在210 (例如，通过进气组分传感器136)确定在各种增压水平下的进气氧气浓度，并且在212(例如通过压力传感器134)确定在各种增压水平下的进气压力。
[0027]在214，确定氧气传感器的修正。该修正可以根据在210和212处在各种增压水平下确定的进气氧气浓度和进气压力来确定。例如，图3示出图示说明根据进气氧气浓度和进气压力确定的压力修正方程式的曲线图。在图3的曲线图中所示的方块点302表示计算的压力修正系数Kp。作为一个示例，该压力修正系数可以根据例如下面的方程式来确定。
[0028]
P 读数
[0029]其中O2读数是传感器的输出，而基本O2是针对湿度修正的基本O2浓度。方块点302可以被拟合成曲线304，其具有例如下面的方程式:
[0030]KP=aP2+bP+c
[0031]其中P是进气压力。因此，用于具体传感器的二次项系数可以修改，例如，使得该修正可以根据进气压力来确定。曲线306示出测量的氧气传感器输出与进气压力。
[0032]继续参考图2，在确定修正之后，根据该修正调节氧气传感器输出。换句话说，例如，该压力修正应用于氧气传感器输出，使得该氧气传感器输出在进气道压力的范围内具有较高的精度。
[0033]在218，根据该调节的氧气传感器输出调节运行参数。作为一个示例，该运行参数可以是EGR，并且该EGR可以根据图4所示的程序进行调节，如在下面更加详细地描述的。
[0034]因此，进气氧气传感器的修正可以根据在EGR关闭时的进气压力和进气氧气浓度来确定。以此方式，可以修正进气氧气传感器输出，使得该传感器的输出在系统运行压力的范围内具有较高的精度。
[0035]继续参考图4，图4示出用于响应于进气氧气的修正指示调节EGR的程序400。具体地，该程序根据修正的进气氧气传感器输出，例如在上面描述的在图2的程序200中确定的修正的进气氧气传感器输出，确定高压EGR的量与低压EGR的量的期望比。
[0036]在402，确定工况。该工况的非限制性的示例可以包括环境温度和压力、增压、低压和高压EGR的量、空燃比、进气氧气浓度等。[0037]在确定工况之后，在404确定该调节的进气氧气浓度。例如，该调节的进气氧气浓度可以是在程序200的216处确定的修正的进气氧气浓度。
[0038]在确定该调节的氧气浓度之后，在406处根据调节的氧气浓度确定高压EGR与低压EGR的期望比。例如，进气氧气传感器可以用来根据该进气氧气浓度确定在发动机的进气道中燃烧过的气体的比例。当根据该修正调节进气氧气传感器输出时，在进气道中燃烧过的气体的计算的比例可以变化。因此，可以调节EGR的量以及高压EGR与低压EGR之比。作为一个具体的示例，当修正的进气氧气浓度增加使得进气氧气浓度高于期望时，EGR的量可以减少。另一方面，当修正的进气氧气浓度减少使得进气氧气浓度低于期望时，EGR的量可以增加。
[0039]在一些示例中，高压EGR可以增加并且低压EGR可以减少。在其他示例中，高压EGR可以减少而低压EGR可以增加。在其他示例中，高压和低压EGR两者都可以增加。在其他示例中，高压和低压EGR两者都可以减少。在其他示例中，仅高压EGR或低压EGR可以增加或减少。
[0040]在确定高压EGR与低压EGR的期望比之后，该程序进行到408，在408，调节高压和低压EGR阀，使得高压EGR和低压EGR的量满足在406处确定的高压EGR和低压EGR的期望量。
[0041]因此，响应于修正的进气氧气传感器输出，可以调节高压和低压EGR其中之一或两者。以此方式，由于根据以增加的精度确定的进气氧气浓度调节EGR的量，可以改善发动机运行。
[0042]应当指出，这里所包括的示例控制和估测程序可以与各种发动机和/或车辆系统构造一起应用。这里描述的具体程序可以表示任何数目的处理策略中的一个或多个，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，图示说明的各种动作、操作或功能可以以图示说明的顺序执行，同时执行，或在一些情况下可以省略。同样，为了实现本文所述的示例性实施例的特征和优点，处理的次序不是必需要求的，而是为了容易示出和描述而提供。图示说明的动作或功能中的一个或多个可以根据所用的特定策略而重复地执行。而且，所述的动作可以图示地表示被编程到发动机控制系统中的计算机可读储存介质中的编码。
[0043]应当明白，本文所公开的结构和程序在性质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。例如，上述技术可以应用于V-6、L-4、L-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和构造以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
[0044]所附权利要求具体指出被认为是新颖的和非显而易见的一些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一种”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合或子组合可以通过修改本权利要求或通过在本申请和相关申请中提出新权利要求来要求保护。
[0045]这些权利要求，无论在范围上无论比原权利要求更宽、更窄、相等或不同，都被认为包含在本公开的主题内。
【权利要求】
1.一种方法，其包括: 在排气再循环关闭时，根据气体组分传感器输出和压力传感器输出，产生修正；和 在排气再循环打开时，根据所述气体组分传感器输出和所述修正，调节排气再循环的量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体组分传感器和所述压力传感器位于发动机的进气道中排气再循环入口的下游。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述排气再循环入口是设置在涡轮增压器的压缩机的下游的高压排气再循环入口。
4.根据权利要求1所述的方法，其中调节排气再循环的量包括调节高压排气再循环和低压排气再循环的量。
5.根据权利要求4所述的方法，其中调节高压排气再循环和低压排气再循环的量包括增加高压排气再循环的量和减少低压排气再循环的量。
6.根据权利要求1所述的方法，其还包括在涡轮增压器增压压力的范围内产生所述修正。
7.根据权利要求1所述的方法，其还包括在燃料蒸气滤罐吹扫没有流动时产生所述修正。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体组分传感器是氧气传感器。·
9.根据权利要求1所述的方法，其还包括根据所述修正调节所述气体组分传感器输出。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述修正是压力修正。
11.一种方法，其包括: 当排气再循环关闭时，在增压压力的范围内: 从气体组分传感器产生进气组分浓度；和 从压力传感器产生进气压力，并且 根据所述气体组分浓度和所述压力，产生所述气体组分传感器的修正；和 在排气再循环打开时: 根据所述修正，调节所述气体组分传感器随后的输出；并且 根据所述气体组分传感器的调节的输出，调节排气再循环的量。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述气体组分传感器和所述压力传感器在发动机的进气道中设置在高压排气再循环入口的下游。
13.根据权利要求11所述的方法，其中调节所述排气再循环包括调节高压排气再循环的量和低压排气再循环的量。
14.根据权利要求13所述的方法，其中调节所述高压排气再循环的量和所述低压排气再循环的量包括调节高压排气再循环与低压排气再循环之比。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述气体组分传感器是氧气传感器，并且所述气体组分浓度是氧气浓度。
16.—种系统,其包括: 具有进气道和排气道的发动机； 包括连接在所述进气道中的压缩机的涡轮增压器；高压排气再循环系统和低压排气再循环系统，所述高压排气再循环系统具有设置在所述压缩机的下游的高压排气再循环入口； 气体组分传感器，其位于所述高压排气再循环入口的下游，并且被构造成输出气体组分浓度； 压力传感器，其位于所述排气再循环入口的下游并且被构造成输出进气压力；以及 与这些传感器通信的控制系统，所述控制系统包括指令，以关闭高压和低压排气再循环，并根据来自所述气体组分传感器和所述压力传感器的输出产生气体组分传感器修正，并且当所述高压和低压排气再循环系统打开时，根据所述气体组分传感器输出和所述修正，调节高压和低压排气再循环的量。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述气体组分传感器是氧气传感器，其被构造成输出氧气浓度，并且其中所述修正是压力修正。
18.根据权利要求16所述的系统，其中调节高压排气再循环和低压排气再循环的量包括调节高压排气再循环与低压排气再循环之比。
19.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制系统进一步被构造成在产生所述修正时改变所述涡轮增压器的增压压力。
20.根据权利要求16所述的系统，其进一步包括燃料蒸气滤罐，并且其中所述控制系统被进一步构造成在产生 所述修正时关闭所述燃料蒸气滤罐的吹扫。
【文档编号】F02M25/07GK103850810SQ201310646661
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2012年12月5日
【发明者】G·苏尼拉, R·E·索尔蒂斯, J·H·维瑟, T·J·克拉克, D·J·斯稠勒 申请人:福特环球技术公司