利用可变电压氧传感器估计排气压力的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及利用可变电压氧传感器估计排气压力的方法和系统，提供了用于基于来自排气氧传感器的输出而估计发动机排气压力的方法和系统。在一个示例中，一种方法可以包括，基于被设置在排气通道中的氧传感器的第一输出与氧传感器的第二输出之间的差估计流过发动机排气通道的排气的排气压力，并且然后基于估计的排气压力调整发动机运转。作为一个示例，当使传感器在可变电压模式中运转时，在将氧传感器的参考电压从较低的第一电压增加到较高的第二电压之后，第一和第二输出可以被获取。
【专利说明】
利用可变电压氧传感器估计排气压力的方法和系统
技术领域
[0001]本发明大体涉及用于使内燃发动机的可变电压排气传感器运转的方法和系统。
【背景技术】
[0002]流过内燃发动机的排气通道的排气流的排气压力的测量和/或估计可以被用作各种车辆控制策略中的输入，以便控制发动机运转。在一个示例中，发动机可以包括被设置在催化剂上游的发动机的排气通道中的专用的、单独的压力传感器，以测量排气压力。然而，一些发动机可以不包括排气压力传感器。专用的排气压力传感器可以增加发动机系统成本和发动机系统控制复杂性。在另一示例中，排气压力可以基于替代的发动机工况和/或传感器测量值来建模。然而，发明人在此已经认识到，这些排气压力模型会具有误差，该误差可以级联到使用建模的排气压力的其他模型内。此外，某些模型可以以某窗口为界，在该窗口中，排气压力仅可以在某些发动机工况下建模。因此，在窗口之外的运转期间基于排气压力估计的发动机控制可能具有降低的准确度。
【发明内容】
[0003]在一个示例中，上述问题可以通过以下方法来解决:基于设置在排气通道中的氧传感器的第一输出与氧传感器的第二输出之间的差估计流过发动机排气通道的排气的排气压力，在将氧传感器的参考电压从更低的第一电压增加到更高的第二电压之后获取第一和第二输出。以此方式，现有的发动机传感器(例如，排气氧传感器)可以被用来更准确地估计发动机排气压力，由此增加基于排气压力估计的发动机控制的准确度。
[0004]作为一个示例，排气传感器(例如，排气氧传感器)可以被设置在发动机的排气通道中，并且被运转以提供各种排气成分的指示。在选择的状况下，排气传感器可以作为可变电压(VVs)氧传感器运转。当在VVs模式中运转时，排气传感器的参考电压从更低的基本电压(例如，大约450mv)增加至更高的目标电压(例如，在900-1 10mV的范围内)。在一些示例中，更高的目标电压可以是水分子在氧传感器处被部分或完全分解的电压，而基本电压是水分子在传感器处不被分解的电压。发明人在此已经认识到，排气传感器具有特性压力依赖性。由于压力改变氧气穿过传感器的扩散屏障的能力，排气压力改变可以反映在传感器的栗送电流输出中，尤其是当在VVs模式中运转时。因此，一种方法可以包括，当传感器正在更高的第二电压(例如，目标电压)下运转时产生氧传感器的第一输出，并且然后当传感器正在相同的第二电压下并且在相同的空气-燃料环境中(例如，排气空燃比在产生第一和第二输出期间基本上相同)运转时随后产生氧传感器的第二输出。第一与第二输出之间的差然后可以表示产生第一输出的时间与产生第二输出的时间之间的排气压力的改变。在一些示例中，在第二输出时间的排气压力然后可以被确定。控制器然后可以基于确定的排气压力的改变和/或在产生第二输出的时间期间的排气压力而调整发动机运转。
[0005]应当理解，提供以上
【发明内容】
是为了以简化的形式介绍一系列概念，这些概念在【具体实施方式】中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围被所附权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
[0006]图1示出了包括排气系统和排气传感器的发动机的示意图。
[0007]图2示出了示例性排气传感器的示意图。
[0008]图3示出了用于基于建模的或估计的排气压力调整发动机运转的方法的流程图。
[0009]图4A-4B示出了利用可变电压排气氧传感器估计发动机中的排气压力的方法的流程图。
[0010]图5示出了用于估计环境湿度的方法的流程图。
[0011]图6示出了用于在排气氧传感器的可变电压运转期间估计排气空燃比的方法的流程图。
[0012]图7示出了描绘在变化的发动机工况下利用排气氧传感器的空气/燃料估计的改变的曲线图。
【具体实施方式】
[0013]以下描述涉及用于估计发动机中的排气的排气压力的系统和方法。如在图1中示出的，发动机可以包括位于发动机的排气通道中的排气氧传感器。氧传感器可以是可变电压(VVs)氧传感器，诸如在图2中示出的VVs传感器。因此，氧传感器的参考电压可以在水蒸气和二氧化碳未被分解的更低的第一电压与水和/或二氧化碳被分解的更高的第二电压之间被调整。氧传感器的输出可以具有栗送电流的形式，所述栗送电流可以被用来确定排气的空燃比。排气氧传感器可以具有压力依赖性，当在更高的第二电压下运转时，所述压力依赖性会尤其显著。因此，排气氧传感器可以被用来确定流过其中安装有传感器的排气通道的排气的排气压力。例如，图4A-4B示出了用于使排气氧传感器在更高的第二电压下运转并且基于在相同的电压和空气/燃料状况下的两种随后的测量之间的排气氧传感器的输出的改变确定排气压力的方法。控制器然后可以使用氧传感器排气压力估计直接用于发动机控制，或使用它来确认和/或修正替代的排气压力模型，如在图3中示出的。在一些示例中，排气氧传感器的输出可以在估计排气压力之前首先针对通过在图5处示出的方法确定的环境湿度进行修正。此外，当排气氧传感器正在更高的第二电压下(并且在VVs模式中)运转以估计排气压力时，控制器可以利用在图6-7中示出的方法估计排气空燃比。以此方式，基于排气压力估计的发动机控制可以在更宽的发动机工况范围内被改善。
[0014]现在参照图1，说明了示出多缸发动机10的一个汽缸的示意图，发动机10可以被包括在汽车的推进系统中。发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制系统以及经由输入装置130来自车辆操作者132的输入控制。在这个示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即汽缸)30可以包括燃烧室壁32，活塞36被设置在其中。活塞36可以被耦接至曲轴40，使得活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器系统耦接至车辆的至少一个驱动轮。另外，起动机马达可以经由飞轮耦接至曲轴40，以实现发动机10的起动操作。
[0015]燃烧室30可以经由进气通道42从进气歧管44接收进气，并且可以经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48可以经由各自的进气门52和排气门54与燃烧室30选择性地连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。
[0016]在这个示例中，可以经由各自的凸轮致动系统51和53通过凸轮致动控制进气门52和排气门54。凸轮驱动系统51和53均可以包括一个或更多个凸轮，并且可以使用可由控制器12运转的凸轮廓线变换(CPS )、可变凸轮正时(VCT )、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个，以改变气门运转。进气门52和排气门54的位置可以分别由位置传感器55和57确定。在可替代的实施例中，进气门52和/或排气门54可以由电动气门致动控制。例如，汽缸30可以可替代地包括通过电动气门致动控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。
[0017]在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以被配置为具有一个或多个燃料喷射器，以用于将燃料提供至其内。作为非限制性的示例，汽缸30被示出为包括一个燃料喷射器66。燃料喷射器66被示出为直接耦接至汽缸30，以便经由电子驱动器68与从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射到汽缸30中。以此方式，燃料喷射器66提供了到燃烧汽缸30中的所谓的燃料的直接喷射(在下文中也被称为“DI”)。
[0018]应认识到，在替代的实施例中，喷射器66可以是进气道喷射器，其提供燃料到汽缸30上游的进气道内。也应认识到，汽缸30可以从多个喷射器接收燃料，诸如多个进气道喷射器、多个直接喷射器或其组合。
[0019]燃料系统172中的燃料箱可以容纳具有不同燃料品质(诸如不同燃料成分)的燃料。这些差别可以包括不同的醇含量、不同的辛烷值、不同的汽化热、不同的燃料混合和/或其组合等。发动机可以使用含醇的燃料混合，诸如E85(其约为85%乙醇和15%汽油)或M85(其约为85%甲醇和15%汽油)。可替代地，发动机可以以存储在燃料箱中的汽油和乙醇的其他比例运转，包括100%汽油和100%乙醇、以及在其间的可变比例，这取决于操作者向燃料箱供应的燃料的醇含量。此外，燃料箱的燃料特性可能频繁地改变。在一个示例中，驾驶员可能有一天用E85再加注燃料箱，而下次用ElO再加注，而下次用E50再加注。因此，基于再加注时间燃料箱中剩下的燃料的水平和成分，燃料箱成分可以动态地改变。
[0020]因此，燃料箱再加注的每天的变化会导致频繁地改变燃料系统172中的燃料的燃料成分，由此影响通过喷射器66输送的燃料成分和/或燃料质量。通过喷射器66喷射的不同的燃料成分在本文中可以被称为燃料类型。在一个示例中，不同的燃料成分可以通过其研究法辛烷值(RON)等级、醇百分比、乙醇百分比等被定性地描述。
[0021]应意识到，虽然在一个实施例中，发动机可以通过经由直接喷射器来喷射可变燃料混合而运转，但是在替代实施例中，发动机可以通过使用两个喷射器并改变来自每个喷射器的相对喷射量而运转。还应意识到，当使发动机以来自升压装置(诸如涡轮增压器或机械增压器(未示出))的升压运转时，升压极限可以随着可变燃料混合的醇含量的增加而增加。
[0022]继续图1，进气通道42可以包括具有节流板64的节气门62。在这个具体的示例中，控制器12可以通过提供给被包括在节气门62内的电动马达或执行器的信号来改变节流板64的位置，这种构造通常被称为电子节气门控制(ETC)。以此方式，节气门62可以被运转为改变提供给在只是发动机汽缸之一的燃烧室30的进气。节流板64的位置可以通过节气门位置信号TP提供给控制器12。进气通道42可以包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，用于向控制器12提供各自的信号MAF和MAP。在一个实施例中，进气通道42可以额外地包括用于测量环境湿度的湿度传感器121。在另一实施例中，湿度传感器121可以额外地或替代地被设置在排气通道48中。
[0023]在选择的运转模式下，响应于来自控制器12的火花提前信号SA，点火系统88可以经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。尽管示出了火花点火部件，但在一些实施例中，在具有或没有点火火花的情况下，都可以以压缩点火模式运转发动机10的燃烧室30或一个或多个其他燃烧室。
[0024]排气传感器126(例如，排气氧传感器)被示为耦接至排放控制装置70上游的排气通道48。传感器126可以是用于提供排气空燃比指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EG0、HEG0(加热型EGO)、N0x、HC或CO传感器。在另一实施例中，发动机可以包括额外的排气传感器，使得发动机包括两个排气传感器，两个排气传感器都被设置在排放控制装置70的上游(例如，在发动机系统中的任意和所有催化剂的上游)。例如，排气传感器126可以是空燃比传感器，而第二排气传感器可以是专门用于确定发动机排气压力而非用于确定空燃比的排气传感器。
[0025]排放控制装置70被示为在排气传感器126的下游沿着排气通道48布置。装置70可以是三元催化剂(TWC)、Ν0χ捕集器、各种其他排放控制装置或其组合。在一些实施例中，在发动机10的运转期间，排放控制装置70可以通过使发动机中的至少一个汽缸在特定空燃比内运转而被周期性地重置。
[0026]另外，在所公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可以通过EGR通道140将期望的一部分排气从排气通道48发送至进气通道44。控制器12可以通过EGR阀142改变提供给进气通道44的EGR量。另外，EGR传感器144可以被布置在EGR通道内，并且可以提供排气的压力、温度和浓度中的一个或多个的指示。在一些情况下，EGR系统可以被用来调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温度，因此提供了在一些燃烧模式期间控制点火正时的方法。另外，在一些状况期间，通过控制排气门正时，诸如通过控制可变气门正时机构，可以将一部分燃烧气体保留或捕集在燃烧室中。
[0027]控制器12在图1中被示为微型计算机，包括微处理器单元102、输入/输出端口104、在这个具体示例中作为只读存储器芯片106示出的用于可执行程序和校准数值的电子存储介质、随机存取存储器108、保活存储器110和数据总线。控制器12可以接收来自耦接至发动机10的传感器的各种信号，除了之前所讨论的那些信号外，还包括来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量计(MAF)的测量值;来自耦接至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT);来自耦接至曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP);来自节气门位置传感器的节气门位置(TP);以及来自传感器122的歧管绝对压力信号MAP ο发动机转速信号RPM可以由控制器12根据信号PIP产生。
[0028]存储介质只读存储器106可以用计算机可读数据编程，该计算机可读数据表示可由处理器102执行的指令，用于实现以下所述方法以及可预计但没有具体列出的其他变型。
[0029]如上所述，图1仅示出了多缸发动机的一个汽缸，并且每个汽缸可以类似地包括其自己的一组进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
[0030]其次，图2示出了被配置为测量排气流中的氧气(O2)浓度的UEGO传感器200的示例性实施例的示意图。传感器200可以作为例如图1的UEGO传感器126运转。传感器200包含以堆叠配置布置的一种或多种陶瓷材料的多个层。在图2的实施例中，五个陶瓷层被描述为层201、202、203、204和205。这些层包括能够传导氧离子的一层或多层固体电解质。合适的固体电解质的示例包括但不限于氧化锆基材料。另外，在一些实施例中，加热器207可以被设置为与层热连通，以增加层的离子传导率。虽然所描述的UEGO传感器由五个陶瓷层构成，但是应意识到，UEGO传感器可以包括其他合适数量的陶瓷层。
[0031]层202包括产生扩散路径210的一种或多种材料。扩散路径210被配置为经由扩散而将排气引入第一内腔222中。扩散路径210可以被配置为允许排气中的一种或多种成分(包括但不限于期望的分析物(例如，O2))，以比分析物可以被栗送电极对212和214栗入或栗出的速率更受限的速率扩散到内腔222中。以此方式，可以在第一内腔222中获得化学计量比水平的02。
[0032]传感器200进一步包括在层204内的第二内腔224，第二内腔224通过层203与第一内腔222分开。第二内腔224被配置为维持等同于化学计量比状况的恒定的氧气分压，例如，存在于第二内腔224中的氧气水平等于排气将会在空燃比为化学计量比的情况下具有的氧气水平。第二内腔224中的氧气浓度通过栗送电压Vcp来保持恒定。在本文中，第二内腔224可以被称为参考单元。
[0033]—对感测电极216和218被设置为与第一内腔222和参考单元224连通。感测电极对216和218检测由于排气中高于或低于化学计量比水平的氧气浓度而可以在第一内腔222与参考单元224之间产生的浓度梯度。高氧气浓度可以由稀排气混合物引起，而低氧气浓度可以由富混合物引起。
[0034]—对栗送电极212和214被设置为与内腔222连通，并且被配置为将选择气体组分(例如，O2)从内腔222电化学地栗送通过层201并栗出传感器200。可替代地，该对栗送电极212和214可以被配置为将选择的气体电化学地栗送通过层201并栗入内腔222。在本文中，栗送电极对212和214可以被称为O2栗送单元。
[0035]电极212、214、216和218可以由各种合适的材料制成。在一些实施例中，电极212、214、216和218可以至少部分地由催化氧气分子分解的材料制成。这类材料的示例包括但不限于包含铂和/或银的电极。
[0036]将氧气电化学地栗出或栗入内腔222的过程包括在栗送电极对212和214两端施加电压Vp(例如，参考电压)。施加到O2栗送单元的栗送电压Vp将氧气栗入或栗出第一内腔222，以便维持腔栗送单元中的氧气的化学计量比水平。因而产生的栗送电流“与排气中的氧气浓度成比例。控制系统(在图2中未示出)根据维持第一内腔222内的化学计量比水平所需的施加的栗送电压％的强度产生栗送电流信号Ip。因此，稀混合物将使氧气被栗出内腔222，而富混合物将使氧气被栗入内腔222。
[0037]应当意识到，在本文中描述的UEGO传感器仅仅是UEGO传感器的示例性实施例，并且UEGO传感器的其他实施例可以具有另外的和/或可替代的特征和/或设计。
[0038]以此方式，图2的氧传感器可以是被配置为在水分子不被分解的第一更低的电压(例如，参考电压)和水分子被完全分解的第二更高的电压(例如，参考电压)下运转的可变电压氧传感器。因此，第二电压高于第一电压。
[0039]如在下面详述的，图2的UEGO传感器可以被有利地用来估计流过在催化剂上游(例如，在包括一种或多种催化剂的排气后处理系统的上游)的发动机排气通道的排气的排气压力以及环境湿度。具体地，由传感器在两种不同的参考电压下输出的栗送电流的改变(SIp)被用来确定来自水和/或CO2分解的氧气量。在另一示例中，比较由传感器在两个不同的时间点但在相同的第二更高的参考电压下输出的两个栗送电流可以被用来确定发动机排气压力。
[0040]在另一示例中，排气氧传感器(例如，图2的UEGO传感器和/或图1的排气传感器126)可以作为常规的氧传感器(例如，空气-燃料传感器)在更低的第一参考电压(例如，大约450mV)下运转。该更低的电压可以在本文中被称为基本参考电压。换言之，UEGO可以作为空气-燃料传感器运转，以便确定排气空燃比。在一些示例中，在发动机中燃烧的燃料的乙醇含量的估计(例如，EtOH估计)然后可以基于空燃比来估计。
[0041]以此方式，排气传感器(例如，排气氧传感器)可以被运转以提供各种排气成分的指示。在选择的状况下，排气氧传感器可以在可变电压(VVs)模式下运转。如上所述，当在VVs模式下运转时，排气传感器的参考电压从更低的基本电压(例如，大约450mv，在本文中也被称为标称状况)被增加至更高的目标电压(例如，在900-1100mV的范围内)。在一些示例中，更高的目标电压可以是水分子在氧传感器处被部分或完全分解的电压，而基本电压是水分子在传感器处不被分解的电压。
[0042]发明人在此已经认识到，氧传感器具有特性压力依赖性。由于压力改变氧气穿过传感器的扩散屏障的能力，传感器被放置在其中的环境(例如，排气通道中的排气)中的压力改变(例如，排气压力改变)可以反映在传感器的栗送电流输出中。在标称的Vs状况下(例如，当传感器在更低的基本电压下运转时)，排气氧传感器可以输出大约为零的栗送电流或大约为I的空燃比。在当传感器在更高的第二电压下运转时的VVs模式中，由于排气水在更高的参考电压下被分解，因此栗送电流测量值可以正好在零之上。由于当使传感器在比更低的基本电压更高的参考电压下运转时表示排气压力的改变的栗送电流的改变会更显著，因此这可以提供检测排气压力的改变的增加的灵敏度。因此，排气压力的改变可以基于当氧传感器正在相同的更高的目标参考电压下运转并且空气/燃料控制在两种测量期间被启用并且被控制为相同的空燃比时由排气氧传感器在两种不同的测量(例如，在两个不同的时间点)之间输出的栗送电流的改变。在相同的参考电压和空气/燃料状况下两种氧传感器测量之间的栗送电流的差然后可以利用转换因数被转换为排气压力的改变。基于氧传感器输出确定的排气压力中的改变然后可以被用来调整发动机运转。额外地或可替代地，基于氧传感器输出确定的排气压力中的改变可以被用来确认、修正或代替利用排气压力模型确定的建模的排气压力。例如，排气压力模型可以基于额外的发动机工况(除氧传感器输出之夕卜)估计排气压力。然而，如上所述，这些建模的排气压力的估计会具有相对于氧传感器估计降低的准确度，尤其是当发动机工况处于利用选择的发动机工况来建模排气压力的设定窗口(例如，设定的发动机工况)之外时。建模的排气压力中的误差可以级联到使用建模的排气压力作为输入的其他的发动机控制模型和/或发动机控制程序，由此降低了发动机控制的准确度。如在上面描述的并且如在下面进一步详细描述的，基于排气氧传感器输出确定排气压力可以提供更准确的排气压力估计，由此增加了发动机控制的准确度。
[0043]图1-2的系统提供了一种系统，其包含:排气氧传感器，其被设置在催化剂上游的发动机的排气通道中；以及控制器，其具有计算机可读指令，该指令用于:基于流过排气通道的排气的排气压力调整发动机运转，其中排气压力基于当使排气氧传感器在可变电压模式下运转时并且当使发动机以第一空燃比运转时排气氧传感器的第一输出和在第一输出之后的持续时间获得的当使排气氧传感器在目标电压下运转时并且当使发动机以第一空燃比运转时排气氧传感器的第二输出而被估计，在可变电压模式中，传感器的参考电压处于水分子被分解的目标电压。作为一个示例，持续时间基于产生第一输出与由控制器接收用以估计排气压力的请求之间的时间，其中所述请求响应于排气氧传感器在目标电压下运转、发动机在基于替代的发动机运转参数的用于排气压力模型的更新窗口之外运转和确认根据排气压力模型确定的建模的排气压力的请求中的一个或多个。
[0044]转向图3，示出了用于基于建模的或估计的(例如，基于氧传感器输出)排气压力调整发动机运转的方法300。排气压力可以是流过发动机的排气通道的排气的压力。在一个示例中，排气压力可以利用基于除氧传感器输出之外的发动机工况的排气压力模型来建模。在另一示例中，排气压力可以基于来自单个传感器(诸如排气氧传感器(例如，在图1-2中示出的排气传感器156和/或200)的测量值而被估计。在本文中描述的方法300和其他方法可以由控制器(诸如在图1中示出的控制器12)根据被存储在控制器的存储器中的指令来执行。
[0045]方法300在302处以估计和/或测量发动机工况开始。发动机工况可以包括发动机负荷、升压水平、发动机转速、排气空燃比、发动机温度、环境湿度、环境压力、质量空气流量、EGR流量、进气压力等。在304处，该方法包括，确定选择的发动机工况是否在用于建模排气压力的窗口内。作为一个示例，排气压力利用使用选择的一组发动机工况作为输入的排气压力模型而被估计。例如，排气压力可以基于排气流量来建模。在另一示例中，排气压力可以基于发动机的组成(例如，部件位置和结构)和一种或多种可变发动机工况来建模。例如，发动机的组成可以包括催化转化器、抽取控制阀(PCV)和排气再循环(EGR)系统中的一个或多个的设计、位置和/或尺寸。EGR系统的类型(例如，高压与低压)也可以影响排气压力模型，并且被包括在排气压力模型中。排气压力模型也可以基于发动机是否包括微粒过滤器(以及其可能的尺寸、位置和设计的类型)和用于过滤器的再生方法或系统。用作到排气压力模型的输入的一种或多种可变发动机工况可以包括发动机转速(例如，RPM)、车辆速度、发动机负荷、进气温度、推断的大气压力、湿度、催化剂温度、歧管绝对压力(MAP)和/或节气门位置。以此方式，除来自排气氧传感器的输出之外，排气压力模型还可以基于发动机部件结构和一种或多种发动机工况。然而，如果选择的发动机工况在阈值范围内和/或如果某些工况被满足，则排气压力可以仅利用所述模型来被确定。例如，在一些工况下，排气压力模型会具有降低的准确度，所述降低的准确度可以导致劣化的发动机控制。
[0046]如果用于确定建模的排气压力的发动机工况不在设定窗口内，那么该方法继续到306，以基于排气氧传感器的输出确定第二排气压力(例如排气压力的第二估计)。例如，在306处确定的排气压力的第二估计可以基于氧传感器测量而不基于排气压力模型。作为一个示例，排气氧传感器可以是用于估计排气压力的专用传感器。在另一示例中，排气氧传感器可以被用于确定排气压力和排气空燃比两者。306处的方法在下面参照图4A-4B进一步详细地描述。在利用排气氧传感器确定第二排气压力之后，该方法继续到308，以基于第二排气压力调整发动机运转。作为一个示例，发动机控制器可以使用第二排气压力作为额外的控制程序和运转参数模型中的输入。在另一示例中，基于第二排气压力调整发动机运转可以包括调整发动机燃料供给、发动机空气充气、发动机升压(例如，涡轮增压器运转)、微粒过滤器的再生等中的一个或多个。
[0047]可替代地，在304处，如果用于确定建模的排气压力的发动机工况在设定窗口内，那么该方法继续到310，以利用排气压力模型基于替代的发动机工况确定第一排气压力(例如，排气压力的第一估计)。例如，第一排气压力可以基于排气流量来建模。在另一示例中，如上所述，第一排气压力可以基于发动机结构(例如，某些发动机部件(诸如消声器、催化转化器、PCV阀、EGR系统等)的存在、尺寸和位置)和一种或多种发动机工况(诸如发动机转速、车辆速度、发动机负荷、进气温度、推断的大气压力、湿度、催化剂温度、歧管绝对压力(MAP)和/或节气门位置)来建模。以此方式，除来自排气氧传感器的输出之外，第一排气压力模型还可以基于发动机部件结构和一种或多种发动机工况。该方法然后继续到312，以确定第一排气压力值的确认是否被请求。在一些示例中，建模的第一排气压力可以始终被确认。在另一示例中，建模的第一排气压力可以仅在某些发动机工况下或当估计的第二排气压力(经由排气氧传感器)可用于当前的工况时被确认。如果确认不被要求或不被请求，那么该方法继续到320，以基于第一排气压力(例如，建模的值)而不基于第二排气压力(例如，基于氧传感器输出的估计值)调整发动机运转(如上在308处讨论的)。
[0048]可替代地，如果第一排气压力的确认被要求，那么该方法继续到314，以基于排气氧传感器的输出确定第二排气压力。314处的方法可以与306处的方法相同，并且在下面参照图4A-4B进一步详细地描述。方法300继续到316，以确定第一排气压力是否在第二排气压力的阈值内(例如，第一与第二排气压力之间的差小于阈值)。如果第一和第二排气压力在彼此的阈值内，那么该方法继续到318，其中控制器可以基于第一或第二排气压力调整发动机运转。可替代地，如果第一和第二排气压力不在彼此的阈值内，该方法继续到308，以基于第二排气压力而不基于第一排气压力调整发动机运转。因此，第二排气压力估计可以代替传统建模的用于发动机控制的排气压力的第一估计。在其他实施例中，如果第一和第二排气压力不在彼此的阈值内，该方法可以包括基于第二排气压力修正第一排气压力。
[0049]继续到图4A-4B，示出了用于利用可变电压(VVs)排气氧传感器估计发动机中的排气压力的方法400。VVs排气氧传感器(例如，在图1-2中不出的排气传感器156和/或200)可以被设置在发动机下游和催化剂上游的发动机排气通道中。如上所述，排气氧传感器可以提供流过排气通道的排气的排气压力的估计，所述估计可以具有比建模的排气压力的估计更高的准确度。作为一个示例，当用于利用排气压力模型建模排气压力的状况不被满足时，控制器(诸如在图1中示出的控制器12)可以执行方法400以在方法300期间利用VVs排气氧传感器确定排气压力。作为另一示例，每当用于使氧传感器在VVs模式下运转的状况被满足时，控制器就可以执行方法400以利用VVs排气氧传感器估计排气压力。以此方式，每当选择的传感器状况被满足并且不是正好当排气压力模型可以具有降低的准确度(如在上面参照图3描述的)时，利用氧传感器的排气压力估计就可以被连续地获取。方法400可以进一步包括确定环境湿度，并且然后将环境湿度存储在控制器的存储器内。
[0050]方法400在402处以估计和/或测量发动机工况开始。发动机工况可以包括但不限于例如空燃比(例如，A/F)、进入燃烧室的EGR量和燃料供给状况。
[0051 ] 一旦发动机工况被确定，方法400就继续到404，其中确定发动机是否在非燃料供给状况下。非燃料供给状况包括车辆减速状况和燃料供应被中断但是发动机继续旋转并且至少一个进气门和一个排气门正在运转的发动机工况；因此，空气正流过一个或多个汽缸，但是燃料不被喷射到汽缸中。在非燃料供给状况下，不进行燃烧，并且环境空气可以从进气装置移动通过汽缸到达排气装置。以此方式，传感器(诸如UEGO传感器(例如排气氧传感器))可以接收对其可以进行测量(诸如环境湿度检测)的环境空气。
[0052]如所提及的，非燃料供给状况可以包括例如减速燃料切断(DFSO)AFSO响应于操作者踏板(例如，响应于驾驶员松加速器踏板并且其中车辆加速大于阈值量)JSFO状况可以在行驶周期期间反复地发生，并且因此，可以在整个行驶周期期间(诸如在每个DFSO事件期间)产生环境湿度的很多指示。因此，尽管在行驶周期之间或甚至在相同的行驶周期期间存在湿度的波动，但仍可以基于排气中的水量准确地识别燃料类型。
[0053]继续图4A-4B，如果确定发动机在非燃料供给状况(诸如DFS0)下，那么程序400继续到406，以利用如在下面进一步描述的图5的方法来确定环境湿度。作为一个示例，环境湿度可以通过调节排气氧传感器的参考电压并且基于在调节期间的栗送电流的改变估计环境湿度而被确定。在替代实施例中，环境湿度可以在燃料供给和/或非燃料供给状况期间利用替代方法(除利用VVs传感器之外，如在下面参照图5描述的)来确定。
[0054]可替代地，如果确定发动机不在非燃料供给状况下，那么图4A-4B的方法400移动到408，其中控制器可以确定排气氧传感器是否可以在可变VVs模式下运转(例如，传感器是否能够在第二更高的参考电压下运转)。如在上面描述的，VVs模式包括，将氧传感器的参考电压(在本文中也被称为栗送电压)从更低的基本电压(例如，大约450mV)调整到水分子在传感器处被分解的更高的目标电压(例如，lOOO-llOOmV)。然而，在某些状况下，诸如当传感器正在主动测量气体成分(例如，空燃比)和/或传感器已经在更高的目标电压下运转达大于阈值持续时间时，排气氧传感器可以在更低的基本电压(例如，第一电压)而非在更高的目标电压(例如，第二电压)下运转。如果排气氧传感器不能在更高的第二电压下运转，那么该方法继续到410，以使氧传感器在当前电压(例如，第一电压)下运转，并且利用排气压力模型来确定排气压力，如在上面参照图3描述的。
[0055]可替代地，在408处，如果传感器可以在更高的第二电压下运转，那么该方法继续到412，以使排气氧传感器在更高的第二参考电压V2下运转，并且测量由传感器输出的栗送电流Ipl。例如，在412处，该方法包括，将第二参考电压V2施加于排气传感器的栗送单元，并且接收第一栗送电流Ipl。在另一示例中，在412处，该方法可以包括，将排气氧传感器的参考电压从更低的第一参考电压Vl增加到更高的第二参考电压V2。第一参考电压可以从氧栗送单元栗送氧气，而且可以具有足够低的值以便不在栗送单元中分解水(例如，H20)分子(例如，Vl =大约450mV)。在一些示例中，第一电压可以与在非VVs模式运转期间施加于传感器的电压相同。相反，第二参考电压可以大于第一参考电压，并且第二电压可以足够高以分解含氧化合物(诸如水分子)。氧栗送单元两端的第二参考电压的施加产生第一栗送电流Ip I。第一栗送电流可以表不米样气体中的氧气和水(例如，已经存在于米样气体中的氧气)加上当第二参考电压被施加时从水分子中分解的氧气的量。
[0056]在414处，该方法可以包括，针对当前的空燃比(A/F)值、A/Fi和第二参考电压值V2(例如，1080mV、11 OOmV等)将第一栗送电流IPI存储在控制器的存储器中。例如，在414处，该方法可以进一步包括，当产生第一栗送电流Ipl时(或刚好在之前或刚好在之后)测量A/F。如果相同的排气氧传感器被用来确定排气空燃比和排气压力，那么在414处，该方法可以包括，利用在VVs模式中运转的排气氧传感器来估计空燃比，如在图6中示出并且在下面进一步描述的。换言之，如果排气氧传感器是空气/燃料传感器而非用于确定排气压力的专用VVs传感器，那么控制器可以同时确定排气空燃比并且获得用于当在第二电压V2下运转时确定排气压力的第一栗送电流。
[0057]该方法继续到416，以基于环境湿度修正第一栗送电流Ipl。例如，环境湿度可以从表示排气(包括湿度)和氧气中的水的总量的Ipi中被减去。在一个示例中，环境湿度可以基于排气氧传感器在非燃料供给状况期间的输出而被确定。在另一示例中，环境湿度可以利用替代方法基于发动机工况来确定。在416处，该方法可以包括，瞬间确定环境湿度或查询控制器的存储器中的最近的环境湿度估计。用于确定环境湿度的方法在下面参照图5进一步描述。
[0058]在对Ipl执行环境湿度修正之后，该方法继续到418，以使排气氧传感器返回到请求的电压(例如，Vs)运转。例如，在418处，该方法可以包括，将参考电压从第二电压降低至更低的第一电压，并且将传感器返回到非VVs运转。在另一示例中，在418处，该方法可以包括，将传感器维持在第二参考电压处。在又一示例中，在418处，该方法可以包括，在第一与第二电压之间调节排气氧传感器的参考电压达一持续时间。在又一示例中，在418处，该方法可以包括，使传感器在第三参考电压下运转，所述第三参考电压高于基本的第一电压，但是不同于第二电压的值(例如，高于或低于第二电压)。例如，第三电压可以足够高以在传感器处分解水分子，但是第三电压可以是与第二电压不同的值。传感器的运转的电压和模式可以基于利用传感器确定额外的排气成分的请求。用于基于传感器输出确定运转参数的不同程序可以要求传感器在不同的参考电压下运转。
[0059]在420处，该方法包括，确定排气压力估计是否被请求(例如，确定是否是时候利用排气氧传感器来估计排气压力)。作为一个示例并且如在上面参照图3描述的，当用于利用排气压力模型确定排气压力的选择的参数在更新的窗口之外(或在用于使用模型的阈值之夕卜)时，利用氧传感器的排气压力估计可以被请求。在另一示例中，利用氧传感器的排气压力估计可以被请求，以便确认、修正和/或代替利用排气压力模型确定的建模的排气压力。在又一示例中，不管排气压力模型的准确度如何，利用氧传感器的排气压力估计可以在设定的间隔处(例如，在持续时间或发动机运转之后)或每当传感器在更高的第二电压下被请求。如果不存在利用排气氧传感器确定排气压力的请求，那么该方法继续到422，以继续使传感器在当前电压下运转。
[0060]相反，如果存在利用排气氧传感器估计排气压力的请求，那么该方法继续到424，以确定当前测量的空燃比是否处于在414处确定的相同的空燃比(例如，A/FD。换言之，在424处，该方法包括，确定当前的排气空燃比是否正在被控制为与在第一栗送电压Ipl测量期间的空燃比相同的空燃比。因此，在424处，该方法包括，确定发动机是否正在与在步骤412-414处所述的方法期间相同的排气空气/燃料状况下运转。如果空燃比未处于A/Fi，那么该方法继续到426，以等待直至空燃比与A/F!基本上相同。在另一实施例中，在426处，该方法可以包括，将空燃比控制为AM。例如，控制器可以调整燃料喷射，使得排气空燃比处于与之前在414处测量的相同的值，S卩A/Fu
[0061]一旦发动机正在与Ipl的测量期间相同的空气-燃料状况下运转，该方法就继续到428，以使排气氧传感器在第二参考电压V2下运转，并且测量由氧传感器输出的第二栗送电流Ip2。在428处，该方法包括，施加与在Ipl的测量期间(在412处)施加的电压相同的参考电压值V2。因此，氧传感器在Ipl和Ip2的测量期间被控制为相同的目标，即第二电压V2。以此方式，Ipl和Ip2测量在相同的空气/燃料状况下并且在相同的参考电压下被获得。在430处，该方法包括，基于环境湿度修正第二栗送电流IP2330处的方法可以与在上面描述的416处的方法相同。
[0062]在432处，该方法包括，基于第一栗送电流Ipl与第二栗送电流Ip2之间的差确定排气压力的改变。如果Ipl和Ip2两者在相同的排气压力环境中获得，那么δ?ρ(例如，两种测量之间的差)将为零。然而，如果排气压力在每一种测量之间改变(例如，在第一测量的时间与第二测量的时间之间改变)，那么SIp将反映所述差。排气压力的改变然后可以通过将第一与第二栗送电流之间的差(Ipl-1p2)乘以转换因数来确定。转换因数可以是将栗送电流转换为等效压力值的因数。
[0063]在432处确定的排气压力的改变可以是自初始测量值(Ipl是初始测量值，而Ιρ2是当前的或最近的排气压力环境)的排气压力的改变。在另一示例中，在432处确定的排气压力的改变可以是自之前的测量值(Ipl为用来确定排气压力的之前的氧传感器输出)的排气压力的改变。如果在Ipl的测量期间的排气压力是已知的(例如，来自另一传感器或估计(诸如建模的排气压力)、或来自利用方法400和不同的初始或之前的栗送电流输出在之前确定的Ipl)，那么在Ιρ2的测量时间期间的排气压力(例如，瞬间的排气压力)可以被确定。例如，在434处，该方法可以包括，基于在432处确定的排气压力的改变和在Ipl处已知的排气压力来确定当前的排气压力。作为一个示例，Ipl处的排气压力可以在控制器的存储器中被查询为之前在412处的方法期间存储的值。在确定排气压力之后，控制器可以将排气压力以及相关的栗送电流、电压和A/F存储在控制器的存储器中，以与随后的氧传感器输出进行比较，以便确定更新的排气压力值。
[0064]同样在确定排气压力之后，控制器可以基于排气压力(或基于排气压力的改变)调整发动机运转，如在上面参照图3描述的。因此，方法400可以在图3的方法期间被执行，以利用排气氧传感器确定发动机的排气压力的估计。如在上面描述的，使氧传感器在更高的第二参考电压下运转可以增加用于感测排气压力的改变的传感器的灵敏度。因此，由此产生的排气压力估计可以具有替代的排气压力估计方法(例如，基于替代的发动机工况建模压力)的增加的准确度。这进而可以增加基于估计的排气压力的发动机控制的准确度。使氧传感器在更高的第二电压下运转还允许排气压力估计在供给燃料的和未供给燃料的环境中被确定。换言之，方法400可以在燃料供给状况期间和在非燃料供给状况(诸如DFS0)期间被执行。这可以增加排气压力估计可行的发动机运转窗口(例如，增加工况的数量)。
[0065]现在转向图5，示出了用于利用VVs排气氧传感器(诸如在图1中示出的排气氧传感器126和在图2中示出的传感器200)估计环境湿度的方法500。该方法在502处以确定是否是环境湿度估计的时间开始。在一个示例中，方法500可以从如在上面描述的方法400的406继续。因此，如果发动机正在非燃料供给状况下运转，那么该方法可以继续到504。在另一示例中，方法500可以在某持续时间之后(诸如在一段发动机运转、多个发动机汽缸、车辆行进的持续时间之后)或在车辆行进的某距离之后被执行。在另一示例中，方法500可以在发动机起动后被执行。如果不是进行环境湿度估计的时间，那么该方法继续到503，以不估计环境湿度，并且该方法结束。如果环境湿度测量由另一控制程序请求，那么控制器可以查询之前存储的环境湿度估计。
[0066]在504处，该方法包括，确定是否存在即将到来的变速器换挡。即将到来的变速器换挡可以基于换挡请求标志是否已经被设定、一个或更多个操作者踏板的监测和/或车辆加速度中的一个或多个而被预测。在非燃料供给状况(例如，减速燃料切断)后的变速器换挡期间，由于在变速器换挡期间降低负荷的需要，利用排气氧传感器的湿度检测可能是不可行的(并且利用排气氧传感器的湿度检测可以包括打开节气门以降低PCV噪声)。因此，如果在504处预测到变速器换挡，那么该方法继续到506，以利用替代方法来确定环境湿度。作为一个示例，替代方法可以包括，由专用的湿度传感器(如果发动机包括湿度传感器)测量湿度。替代方法可以进一步包括，基于湿度测量和在图4A-4B中用于排气压力确定的排气氧传感器的当前电压设定点来确定用于氧传感器的等效栗送电流Ip。作为另一示例，用于确定湿度的替代方法可以包括，基于环境空气温度估计环境湿度。例如，环境湿度可以基于环境空气温度和利用50%相对湿度的假设估计的饱和蒸汽压力而被估计。等效栗送电流然后可以基于湿度估计来确定。
[0067]可替代地，如果在504处未预测到即将到来的变速器换挡，那么该方法继续到508，以打开进气节气门(例如，在图1中示出的节气门62)，从而进一步降低流经排气氧传感器(例如，在图1中示出的排气氧传感器126和/或在图2中示出的传感器200)的碳氢化合物的量。例如，打开节气门可以降低从PCV经过排气的碳氢化合物的量。更具体地，如果在发动机非燃料供给状况期间进气节气门关闭，则产生能够吸入曲轴箱强制通风(PCV)碳氢化合物的大的进气歧管真空。因此，即使在DFSO期间PCV端口关闭，真空也可以足够强以通过活塞环吸入PCV碳氢化合物。由于PCV气体经过活塞环和阀的泄漏，被吸入的PCV流可以在老化的发动机中被加剧。吸入的碳氢化合物会影响排气氧传感器的输出，并且能够混淆湿度测量。具体地，碳氢化合物影响导致过高估计环境湿度的传感器输出。
[0068]在510处，该方法包括，确定排气氧传感器是否应当在可变电压(VVs)模式下运转。如在上面描述的，VVs模式包括，将氧传感器的参考电压(在本文中也被称为栗送电压)从更低的基本电压(例如，大约450mV)调整到水分子在传感器处被分解的更高的目标电压。在一些示例中，在VVs模式中运转可以包括，在基本电压(例如，第一电压)与目标电压(例如，第二电压)之间连续调节参考电压。在一些示例中，使氧传感器在VVs模式中并且尤其是在更高的第二电压下连续运转会使传感器随着时间而劣化。因此，有利的是减少传感器在VVs模式中运转花费的时间量。在一个示例中，如果自之前的V V S运转时间段起已经逝去某持续时间，那么传感器仅可以在VVs模式中运转。在另一示例中，如果用于发动机使用的时间段的VVs模式运转的总持续时间在上阈值水平之下，那么传感器仅可以在VVs模式中运转。在又一示例中，基于自之前的测量起的持续时间(例如，逝去的时间量)，传感器可以在VVs模式中运转。如果自测量起已经逝去总阈值时间，那么传感器也可以被关闭。在另一实施例中，如果气体成分和第二电压在降低劣化的某些阈值范围内，那么使氧传感器在更高的第二电压下连续运转不会使传感器劣化。在该实施例中，如果气体成分和传感器的第二电压被维持在其阈值范围内，那么传感器可以缺省为在VVs模式中运转，并且该方法可以继续到512。
[0069]如果控制器确定能够使排气氧传感器在VVs模式中运转，那么该方法继续到512，以在第一电压(Vl)与第二电压(V2)之间调节排气氧传感器的参考电压。例如，在512处，该方法包括，第一，在514处，将第一电压(Vl)施加到排气传感器的氧栗送单元，并接收第一栗送电流(Ipl)。第一参考电压可以具有这样的值(例如，Vl =约450mV)，使得从所述单元中栗送氧气，但是足够低以至于不分解含氧化合物(诸如H20(例如，水))。第一电压的施加产生第一栗送电流(Ipl)形式的表不米样气体中的氧气量的传感器输出。在该不例中，因为发动机在非燃料供给状况下，氧气量可以对应于车辆周围的新鲜空气中的氧气量。在512处，该方法进一步包括，在516处，将第二电压(V2)施加于传感器的氧栗送单元，并接收第二栗送电流(Ip2)。第二电压可以大于施加到传感器的第一电压。具体地，第二电压可以具有高到足以分解期望的含氧化合物的值。例如，第二电压可以高到足以将H20分子分解为氢气和氧气(例如，V2 =大约1.1V)。第二电压的施加产生表示采样气体中的氧气和水的量的第二栗送电流(12)。应理解，在本文中使用的“氧气和水的量”中的术语“7K”指的是来自采样气体中的被分解的H20分子的氧气量。
[0070]环境湿度(例如，车辆周围的新鲜空气的绝对湿度)可以在程序500的518处基于第一栗送电流和第二栗送电流(或经修正的第一和第二栗送电流)来确定。例如，第一栗送电流可以从第二栗送电流中减去，以获得表示来自采样气体中的被分解的水分子(例如，水量)的氧气量的栗送电流的改变。该值可以与环境湿度成比例。环境湿度值可以被用来在方法400的416和430处修正栗送电流输出，和/或可以被存储在控制器的存储器中。在其他示例中，发动机运转可以基于经确定的环境湿度而被调整。
[0071]返回到510，如果使排气氧传感器在VVs模式中运转不被期望，那么该方法可以改为包括基于排气氧传感器在第一电压下的输出和干燥空气栗送电流值来确定环境湿度。具体地，在520处，该方法包括，确定干燥空气栗送电流。例如，该方法可以包括，使排气氧传感器在第一更低的电压下运转以获得表示潮湿空气氧气读数的第一输出。传感器然后可以在第二更高的电压下运转以获得第二输出，该第二输出表示空气中的所有湿气都已经在氧传感器处被分解的潮湿空气氧气读数。第一更低的电压与第二更高的电压之间的中等电压可以产生表示发生湿气的部分分解的干燥空气氧气读数的氧传感器输出。干燥空气氧气读数然后可以通过第一输出与第二输出之比来估计。以此方式，干燥空气氧气读数可以通过使氧传感器在VVs模式中运转来确定。在520处，控制器可以查询干燥空气栗送电流的最近存储的值，以在520处使用。
[0072]该方法继续到522，以将第一更低的参考电压(例如，基本电压VI)施加于排气氧传感器，并且栗送电流(IpB)被接收。因此，在522处，该方法包括，不使氧传感器在VVs模式中运转，并且改为将传感器的参考电压维持在减小氧传感器劣化的更低的基本水平。换言之，在522处，该方法包括，不在较低的第一电压与较高的第二电压之间调节氧传感器的参考电压。因而产生的栗送电流可以表示采样气体中的氧气量。
[0073]程序然后继续到524，以基于IpB(在522处在非VVs传感器运转期间确定的栗送电流)和在520处确定和/或查询的干燥空气栗送电流来确定环境湿度。由于环境湿度的稀释效应导致的氧气量的减少然后可以基于干燥空气栗送电流与在522处确定的栗送电流IpB之间的差来确定。通过乘以转换因数，该差然后可以从栗送电流被转换为湿度百分比。以此方式，通过比较在非VVs模式中在基本参考电压下运转的氧传感器的输出与存储的干燥空气栗送电流值，环境湿度可以通过使氧传感器在VVs模式中连续运转来确定。在524处确定的环境湿度值然后可以被用来在方法400的416和430处修正栗送电流输出和/或可以被存储在控制器的存储器中。在其他示例中，发动机运转可以基于经确定的环境湿度来调整。
[0074]图6示出了用于在排气氧传感器的可变电压运转期间估计排气空燃比(例如，A/F)的方法600。如上所述，当用于估计排气压力的排气氧传感器是与用于估计排气空燃比的排气氧传感器相同的传感器(例如，与空气/燃料传感器相同)时，方法600可以被控制器采用。在方法600期间，由排气氧传感器(例如氧传感器126)输出的栗送电流可以与参考栗送电流进行比较。参考栗送电流可以是基于被施加到氧传感器的参考电压，并基于栗送电流与空燃比之间的已知关系的预期的栗送电流。换言之，在不同的传感器参考电压下的一系列栗送电流与空燃比传递函数可以被用于确定参考栗送电流。因此，在氧传感器的给定参考电压(例如传递函数)下栗送电流与空燃比之间的已知关系可以与由氧传感器输出的栗送电流进行比较，以给出偏置。该偏置然后可以被用来估计空燃比。用于执行方法600的指令可以被存储在发动机控制器的存储器(诸如在图1中示出的控制器12)中。另外，方法600可以由控制器来执行。
[0075]方法600在602处以估计和/或测量发动机工况开始。发动机工况可以基于来自多个传感器的反馈，并且可以包括:发动机温度、发动机转速与负荷、进气质量空气流量、歧管压力等。
[0076]在604处，控制器可以使排气氧传感器(例如，在图1-2中示出的氧传感器126或200)作为空气/燃料传感器运转，并且测量通过被施加到氧传感器的较低的第一参考电压产生的第一栗送电流(Ip)。较低的第一参考电压可以是足够低的参考电压，使得水蒸气和二氧化碳不被分解(例如，大约450mV)。氧传感器在第一参考电压下的第一栗送电流会相对不受环境湿度或燃料的乙醇浓度的改变的影响，因为水蒸气和二氧化碳未被分解。因此，第一栗送电流可以与空燃比直接相关。因此，控制器可以进入到606，以基于在604处测量的栗送电流估计空燃比。例如，控制器可以基于当燃料未被喷射到发动机时(诸如在减速燃料切断(DFSO)事件期间)栗送电流自参考点的改变而估计空燃比。
[0077]随后，在608处，控制器可以确定用于使排气氧传感器在可变电压(VVs)模式下运转以估计排气压力的状况是否被满足。具体地，当控制器确定期望利用排气氧传感器估计排气的排气压力时，氧传感器可以在VVs模式中运转，如在上面参照图3-4描述的。如果控制器确定氧传感器的VVs运转未被期望，那么方法600继续到610，以基于来自在较低的第一参考电压下运转的氧传感器的输出而估计空燃比。换言之，在610处，该方法可以包括，继续使排气氧传感器作为空气/燃料传感器在较低的第一参考电压下运转。该方法然后可以进入到620，以基于估计的空燃比调整发动机运转。作为一示例，如果估计的空燃比不同于期望的空燃比，那么控制器可以调整被喷射到发动机汽缸(例如，汽缸30)的燃料量，其中期望的空燃比可以基于发动机运转参数，所述发动机运转参数包括:发动机负荷、发动机转速、发动机温度等。
[0078]然而，如果在608处控制器确定期望氧传感器在VVs模式中运转以便估计排气压力，那么方法600可以进入到612，以将较高的第二参考电压施加到氧传感器，并且在第二参考电压下确定参考Ip。第二参考电压可以是高到足以分解水蒸气和二氧化碳(例如，大约IlOOmV)的电压，并且可以是排气压力估计所需的第二电压。参考Ip可以基于针对给定的施加的参考电压(例如，针对大于大约450mv的基本的第一参考电压的给定的参考电压)使栗送电流与空燃比相关的传递函数而被确定。另外，传递函数可以被限制于环境湿度和乙醇浓度的基准状况。在一个示例中，基准状况可以是当乙醇浓度和环境湿度都为O %时。在另一示例中，基准状况可以基于更新的传递函数，其中环境湿度和乙醇浓度可以不同于0%。因此，控制器可以从多个传递函数中查询与在612处被施加到传感器的第二参考电压相关的传递函数，在所述多个传递函数中，每个传递函数被分配给特定的参考电压。在一个示例中，多个传递函数可以作为氧传感器参考电压的函数被存储在控制器的存储器中。示例性传递函数被描绘为图7的曲线图700中的曲线702。曲线702使空燃比与用于特定参考电压的参考栗送电流相关。曲线702可以与被施加的IlOOmV的参考电压相关。因此，曲线702可以表示针对当湿度和乙醇浓度在基准状况下时在方法600中被施加到氧传感器的第二参考电压在栗送电流与空燃比之间的已知关系。控制器然后可以使用与第二参考电压相关的传递函数来确定参考栗送电流。
[0079]在一个实施例中，控制器可以基于在606处在非VVs模式运转期间(例如，在使氧传感器运转在较低的第一参考电压期间)确定的空燃比和与第二参考电压相关的传递函数来确定参考栗送电流。在606处确定的空燃比表示当氧传感器正在其较低的第一电压下运转时最近的空燃比估计。因此，控制器可以查询由与606处确定的空燃比处的第二参考电压相关的传递函数限定的栗送电流。作为一示例，在606处估计的空燃比可以是在曲线图700中描绘的空燃比A1。如在曲线图700中看出的，空燃KA1在曲线702上限定了点X1。点X1具有相关的栗送电流P1。因此，丹可以是在612处由控制器确定的参考栗送电流的示例。由于氧传感器的参考电压可以在非常短的时间间隔内从较低的第一电压被调整到较高的第二电压，因此空燃比可以在两种参考电压之间的转变期间相对(relatively)相同。点X1因此可以表示参考栗送电流，该参考栗送电流将在基准的湿度和乙醇浓度状况下在排气中的当前空燃比处被预期。
[0080]在另一实施例中，控制器可以基于预定的空燃比和与第二参考电压有关的传递函数来确定参考栗送电流。作为一示例，预定的空燃比可以为I，如在曲线图700中描绘的。如在曲线图700中看出的，为I的空燃比可以在曲线702上限定点X2。点X2具有相关的栗送电流Ρ2。因此，内可以是在612处由控制器确定的参考栗送电流。控制器因此可以通过查询由与预定的空燃比处的第二参考电压相关的传递函数限定的栗送电流来确定参考栗送电流。作为一示例，曲线图700中的点X2因此可以表示将对于针对预定的空燃比施加的第二参考电压所预期的参考栗送电流。
[0081]因此，参考Ip可以基于当氧传感器正在其较低的第一电压下运转时的最近的空燃比估计和/或基于预定的空燃比来确定。
[0082]一旦控制器已经在612处确定参考栗送电流，控制器然后就可以在614处进行到测量由氧传感器在较高的第二参考电压下输出的实际栗送电流。作为一示例，在较高的第二参考电压下的测量的栗送电流可以处于如在图7的曲线图700中描绘的水平Ρ3。如所描绘的，Ρ3可以大于Pl和Ρ2。在另一不例中，Ρ3可以小于Ρ2，但是大于Pi。在另一不例中，P3可以小于PdPP2。由于自基准状况的燃料的环境湿度和/或乙醇浓度的改变，测量的栗送电流P3可以不同于参考栗送电流。然后，在616处，控制器可以基于在614处测量的Ip和在612处确定的参考Ip来确定Ip偏置。
[0083]在一个实施例中，Ip偏置可以基于参考Ip与在较高的第二参考电压下的实际测量的Ip之间的差来确定。参考Ip可以是当氧传感器正在其较低的第一参考电压下运转时基于最近的空燃比估计确定的参考Ip。作为一示例，在图7的曲线图700中，差D可以是参考栗送电流实际测量的栗送电流P3之间的差。如在上面的实施例中解释的，空燃比可以被假设为在从较低的第一参考电压到较高的第二参考电压的转变期间在^处保持恒定。因此，点X3可以将在相同的空燃比处的测量的栗送电流P3限定为在点&处限定的参考栗送电流。差D因此可以表示参考栗送电流与针对当前空燃比的测量的栗送电流之间的差。Ip偏置因此可以使用于相关的参考电压的传递函数移位参考Ip与实际的测量的Ip之间的差的量。作为一示例，在图7中，曲线702可以垂直向上移位量D。换言之，控制器可以基于测量的Ip与参考Ip之间的差更新用于相关的参考电压的传递函数。作为一示例，更新的或移位的传递函数可以是图7的曲线图700中的曲线704。空燃比因此可以通过查询由测量的栗送电流限定的更新的传递函数上的点来确定。
[0084]重要的是注意，在当前的实施例下，Ip偏置可以连续地或在预定的持续时间之后被更新。持续时间可以是时间量、发动机循环的数量等。因此，如果传递函数由于传递函数的更新而移位，那么参考Ip可以改变。然而，如果传递函数未被更新并且测量的栗送电流改变，那么栗送电流的那些改变可以与空燃比的改变相关。因此，空燃比可以通过查询用于测量的栗送电流的相关的空燃比来确定，所述测量的栗送电流由最近更新的传递函数限定。
[0085]在另一实施例中，Ip偏置可以通过比较测量的Ip与参考Ip来建立，所述参考Ip由针对预定的空燃比的与氧传感器的较高的第二参考电压相关的传递函数限定。远离参考Ip的Ip的改变可以与空气/燃料测量相关。作为一示例，如在图7的曲线图700中示出的栗送电流P3可以是在较高的第二参考电压下的测量的栗送电流。正如在之前的实施例中，差可以建立在测量的栗送电流与基于用于第二参考电压的传递函数和当氧传感器正在较低的第一参考电压下运转时估计的最近的空燃比而建立的栗送电流之间。然而，代替使传递函数移位的是，测量的栗送电流可以被叠加在基准湿度和乙醇浓度状况下用于较高的第二参考电压的传递函数上。作为一示例，在图7中，点X3可以被向下移位到点X1。控制器然后可以基于参考栗送电流与移位的测量的Ip之间的差而确定Ip偏置。作为一示例，在曲线图700中，差E可以是Ip偏置，所述Ip偏置可以是用于预定的空燃比的在X2处的参考栗送电流与移位的测量的栗送电流丹和被表示为曲线702的传递函数上的点&之间的栗送电流的差。Ip偏置的改变然后可以与空燃比的改变相关。重要的是注意，在当前的实施例中，基准传递函数不被更改，并且因此可以表示0%湿度和燃料的乙醇浓度的状况。此外，Ip偏置可以连续地或在某持续时间之后被更新，其中所述持续时间可以基于时间量、发动机循环的数量等而被预先确定。因此，空燃比可以通过以下方式来估计，即基于Ip偏置确定栗送电流，并且然后查询在由偏置栗送电流限定的传递函数上限定的空燃比。
[0086]在616处确定Ip偏置之后，控制器然后可以在618处基于Ip偏置和参考Ip而估计空燃比。如在上面描述的，Ip偏置可以被用来将测量的栗送电流匹配到可以限定对应的空燃比的传递函数。在一个示例中，传递函数可以通过Ip偏置来调整，并且空燃比可以通过由用于与测量的Ip相关的调整的传递函数的值限定的空燃比来确定。在另一示例中，测量的Ip通过Ip偏置而被调整，并且空燃比可以通过由用于与测量的Ip相关的参考传递函数的值限定的空燃比而确定。
[0087]在618处估计在氧传感器的第二较高的参考电压下的空燃比之后，控制器可以继续到620，并且基于估计的空燃比调整发动机运转。在一个示例中，控制器可以基于期望的燃料量调整正在被喷射到发动机汽缸(例如，汽缸30)的燃料量。期望的燃料量可以基于发动机运转参数(诸如发动机负荷、发动机转速、发动机温度、EGR流量等)来确定。
[0088]方法600然后可以进行到622，并且控制器可以继续基于在616处确定的Ip偏置而估计空燃比。因此，只要氧传感器继续在相同的较高的第二参考电压下运转，在616处确定的相同的Ip偏置可以被用来估计空燃比。因此，随后的栗送电流的改变可以表示空燃比的改变。作为一示例，如果Ip偏置调整与较高的第二参考电压相关的传递函数，那么测量的栗送电流可以在调整的传递函数上被查询，并且相关的空燃比可以被用作空燃比估计。因此，在Ip偏置已经被建立之后发生的栗送电流的改变可以与空燃比的改变相关，所述空燃比的改变可以通过在调整的传递函数上查询对应于测量的栗送电流的空燃比而被估计。在另一示例中，如果Ip偏置调整由氧传感器输出的栗送电流而非传递函数，那么调整的栗送电流的改变可以在传递函数上被查询，并且相关的空燃比可以被用来估计空燃比。
[0089]以此方式，发动机排气压力可以基于被设置在发动机的排气通道中的排气氧传感器的输出而被估计。更具体地，控制器可以获得当使氧传感器在水分子在传感器处被分解的较高的第二参考电压下运转时氧传感器的第一输出。然后，控制器可以获得当在与产生第一输出期间相同的第二电压和相同的空燃比下运转时氧传感器的第二输出。排气压力的改变然后可以基于第一与第二输出之间的差来确定，其中对于第一与第二输出之间的更大的差来说，排气压力的改变增加。通过比较在较高的第二电压下的氧传感器的输出，排气压力的改变可以以比在较低的第一电压(例如，大约450mV的基本电压)下的氧传感器输出更高的灵敏度被检测。此外，通过使传感器在较高的第二电压下运转，排气压力可以在发动机燃料供给状况以及非燃料供给状况期间被估计。这可以允许排气压力在更宽的发动机工况范围内被更准确地估计。因此，基于排气压力估计的发动机控制可以被改善。
[0090]作为一个实施例，一种方法包括，基于被设置在排气通道中的氧传感器的第一输出与氧传感器的第二输出之间的差而估计流过发动机排气通道的排气的排气压力，在将氧传感器的参考电压从较低的第一电压增加到较高的第二电压之后获取第一和第二输出。在一个示例中，该方法进一步包含，在发动机运转期间在与产生第一输出期间相同的空气-燃料状况下并且在相同的第二电压下产生第二输出。此外，该方法包括，在发动机燃料供给期间当空燃比控制被启用时产生第二输出。在另一示例中，该方法进一步包含，基于第一与第二输出之间的差估计排气压力的改变。在又一示例中，该方法进一步包含，基于环境湿度修正第一和第二输出中的每一个，并且基于修正的第一和第二输出估计排气压力。
[0091]氧传感器的第一和第二输出是当氧传感器正在第二电压下运转时输出的栗送电流。此外，作为一个示例，估计排气压力包括基于第一与第二输出之间的差和转换因数来估计排气压力，其中转换因数将栗送电流的改变转换为等效排气压力。
[0092]在一个示例中，估计排气压力响应于在用于利用排气压力模型基于选择的发动机工况建模排气压力的窗口之外的发动机工况和确认利用排气压力模型确定的建模的排气压力的请求中的一个或多个。该方法可以进一步包含，在估计排气压力期间当使氧传感器在第二电压下运转时基于第二输出估计空燃比。此外，该方法可以进一步包含，基于估计的排气压力调整发动机运转，其中调整发动机运转包括调整发动机燃料供给、发动机空气充气和发动机升压中的一个或多个。作为一个不例，第一电压是水分子在氧传感器处未被分解的电压，而第二电压是水分子被分解的电压。此外，氧传感器可以被设置在催化剂上游的发动机排气通道中。
[0093]作为另一实施例，一种方法包含，在发动机燃料供给状况期间:产生当空燃比处于第一水平时在水分子被分解的目标参考电压下运转的氧传感器的第一输出，氧传感器被设置在发动机排气通道中；随后产生当空燃比处于第一水平时以目标参考电压运转的氧传感器的第二输出；以及基于第一输出与第二输出之间的差估计流过发动机排气通道的排气的排气压力。作为一个示例，产生第一输出包括在氧传感器在已知排气压力下处于目标参考电压下的情况下产生第一栗送电流输出。此外，氧传感器的第二输出是由氧传感器在目标参考电压下输出的第二栗送电流，并且估计排气压力可以包括基于产生第一输出与第二输出的时间之间的排气压力的改变和已知排气压力而估计排气压力，其中排气压力的改变基于第一输出与第二输出之间的差。作为另一示例，该方法进一步包含，基于环境湿度调整第一输出和第二输出，并且基于调整的第一输出与调整的第二输出之间的差估计排气压力。该方法可以进一步包含，在当燃料未被喷射到包括排气通道的发动机汽缸内时在较低的第一电压与较高的第二电压之间连续地调节氧传感器的参考电压时，基于由氧传感器输出的栗送电流的改变而估计环境湿度。该方法可以进一步包含，基于估计的排气压力调整发动机运转，其中调整发动机运转包括调整发动机燃料供给、发动机空气充气、发动机升压和微粒过滤器的再生中的一个或多个。
[0094]在另一表不中，一种方法包含:在当发动机工况处于用于建模排气压力的窗口(例如，阈值范围)内时的第一状况期间，基于第一排气压力调整发动机运转，所述第一排气压力利用排气压力模型基于选择的发动机工况来估计；以及在第二状况期间，基于第二排气压力调整发动机运转，所述第二排气压力基于当在可变电压模式下运转时并且当使发动机以第一空燃比运转时排气氧传感器的第一输出和当在目标电压下运转时并且当使发动机以第一空燃比运转时在第一输出之后的持续时间获得的排气氧传感器的第二输出而被估计，在所述可变电压模式中，氧传感器的参考电压处于水分子被分解的目标电压。作为一个示例，第一状况进一步包括，当第一排气压力处于第二排气压力的阈值内时。该方法可以进一步包含，基于第二排气压力调整第一排气压力，并且基于调整的第一排气压力调整发动机运转。
[0095]注意，本文中包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。在本文中所公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非临时性存储器中并且可以由包括控制器与各种传感器、执行器和其他发动机硬件的结合的控制系统来实施。在本文中描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所描述的各种动作、操作和/或功能可以所示的顺序执行、并行地执行，或者在一些情况下被省略。同样，实现在本文中描述的本发明的示例实施例的特征和优点不一定需要所述处理顺序，所述处理顺序是为了便于描述和说明而提供的。取决于所使用的特定策略，说明的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以被重复执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时存储器中的代码，其中通过执行在包括各种发动机硬件部件与电子控制器的结合的系统中的指令而实施所描述的动作。
[0096]应认识到，在本文中公开的配置和程序本质上是示范性的，并且这些具体实施例不被认为具有限制意义，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、1-4、I_6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括在本文中公开的各种系统和构造以及其他的特征、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。
[0097]所附权利要求具体地指出被认为是新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等价物。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多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过修改现有权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求而要求保护。这些权利要求，无论与原始权利要求的范围相比更宽、更窄、相同或不同，都被认为包括在本公开的主题内。
【主权项】
1.一种方法，其包含: 基于流过发动机排气通道的排气的排气压力而调整发动机运转，所述排气压力基于被设置在所述发动机排气通道中的氧传感器的第一输出与所述氧传感器的第二输出之间的差而被估计，在将所述氧传感器的参考电压从较低的第一电压增加到较高的第二电压之后获取所述第一输出和第二输出。2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含，在发动机运转期间在与产生所述第一输出期间相同的空气-燃料状况和相同的第二电压下产生所述第二输出。3.根据权利要求2所述的方法，其进一步包含，在发动机燃料供给期间当空燃比控制被启用时产生所述第二输出。4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含，基于所述第一输出与第二输出之间的差而估计排气压力的改变。5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含，基于环境湿度修正所述第一输出和第二输出中的每一个，并且基于修正的所述第一输出和第二输出而估计所述排气压力。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧传感器的所述第一输出和第二输出是当所述氧传感器正以所述第二电压运转时输出的栗送电流。7.根据权利要求6所述的方法，其中估计所述排气压力包括基于所述第一输出与第二输出之间的差和转换因数来估计所述排气压力，其中所述转换因数将栗送电流的改变转换为等价的排气压力。8.根据权利要求1所述的方法，其中估计所述排气压力响应于在用于利用排气压力模型基于选择的发动机工况建模所述排气压力的窗口之外的发动机运转状况和确认利用所述排气压力模型确定的建模的排气压力的请求中的一个或多个。9.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含，当使所述氧传感器以所述第二电压运转时，在估计所述排气压力期间，基于所述第二输出估计空燃比。10.根据权利要求1所述的方法，其中调整发动机运转包括调整发动机燃料供给、发动机空气充气和发动机升压中的一个或多个。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电压是水分子在所述氧传感器处未被分解的电压，而所述第二电压是水分子被分解的电压。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧传感器被设置在催化剂上游的所述发动机排气通道中。13.—种方法，其包含: 在发动机燃料供给状况期间: 产生当空燃比处于第一水平时在水分子被分解的目标参考电压下运转的氧传感器的第一输出，所述氧传感器被设置在发动机排气通道中； 随后产生当所述空燃比处于所述第一水平时以所述目标参考电压运转的所述氧传感器的第二输出；以及 基于所述第一输出与所述第二输出之间的差来估计流过所述发动机排气通道的排气的排气压力。14.根据权利要求13所述的方法，其中产生所述第一输出包括在所述氧传感器在已知排气压力下处于所述目标参考电压的情况下产生第一栗送电流输出。15.根据权利要求13所述的方法，其中所述氧传感器的所述第二输出是由所述氧传感器在所述目标参考电压下输出的第二栗送电流，并且其中估计所述排气压力包括基于产生所述第一输出与所述第二输出的时间之间的排气压力的改变和所述已知排气压力而估计所述排气压力，其中排气压力的所述改变基于所述第一输出与所述第二输出之间的所述差。16.根据权利要求13所述的方法，其进一步包含，基于环境湿度调整所述第一输出和所述第二输出，并且基于调整的所述第一输出与调整的所述第二输出之间的差而估计所述排气压力。17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含，基于当在较低的第一电压与较高的第二电压之间连续地调节所述氧传感器的参考电压同时燃料未被喷射到包括所述发动机排气通道的发动机汽缸内时由所述氧传感器输出的栗送电流的改变而估计所述环境湿度。18.根据权利要求13所述的方法，其进一步包含，基于估计的所述排气压力调整发动机运转，其中调整发动机运转包括调整发动机燃料供给、发动机空气充气、发动机升压和微粒过滤器的再生中的一个或多个。19.一种用于发动机的系统，其包含: 排气氧传感器，其被设置在催化剂上游的所述发动机的排气通道中；以及 控制器，其具有计算机可读指令，以用于: 基于流过所述排气通道的排气的排气压力而调整发动机运转，其中所述排气压力基于当使所述排气氧传感器在可变电压模式中运转时并且当使所述发动机以第一空燃比运转时所述排气氧传感器的第一输出和当使所述排气氧传感器以所述目标电压运转时并且当使所述发动机以所述第一空燃比运转时在所述第一输出之后的持续时间获得的所述排气氧传感器的第二输出而被估计，在所述可变电压模式中，所述传感器的参考电压处于水分子被分解的目标电压。20.根据权利要求19所述的系统，其中所述持续时间基于产生所述第一输出与由所述控制器接收的用以估计所述排气压力的请求之间的时间，其中所述请求响应于所述排气氧传感器以所述目标电压运转、所述发动机在基于替代的发动机运转参数的排气压力模型的更新窗口之外运转、以及确认根据所述排气压力模型确定的建模的排气压力的请求中的一个或多个。
【文档编号】F01N11/00GK105937428SQ201610121724
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月3日
【发明人】D·A·马克莱德, G·苏尔尼拉, R·E·索蒂斯, M·麦奎林
【申请人】福特环球技术公司