专利名称：通过排气传感器检测燃料酒精含量的制作方法
技术领域：
本申请一般地涉及连接于内燃发动机的排气系统的排气传感器。
背景技术：
可以操作排气传感器以提供多种排气成分的指示。例如美国专利U. S. 5，145，566 描述了检测排气中的水含量。
发明内容
本发明的发明人已经认识到，能够从排气传感器的操作中获得多种附加的信息， 包括与在发动机中燃烧的燃料的燃料酒精含量相关的信息。因此，在一个例子中，描述了一 种用于连接于发动机的排气系统的排气传感器的方法。该方法包括在选择的发动机加燃 料状况期间，对该排气传感器交替地施加不同电压，并且根据在不同电压下的传感器输出 识别向发动机喷射的燃料中的酒精的量。因此，在一个例子中，传感器输出可以用于使排气水含量与燃料酒精含量关联。具 体说，对应于第一电压和第二电压的施加，可以产生第一泵送电流(pumping current)和 第二泵送电流。第一泵送电流可以表示采样气体中的氧的量，而第二泵送电流可以表示采 样气体中的氧的量加该采样气体的水分子中包含的氧的量。因此，由第一泵送电流所表示 的氧的量可以从该氧的量加包含在水分子中的氧的量中减去，以获得排气中的水的量的指 示。以这种方式根据排气中的水的量可识别燃料酒精含量。而且，本发明人已经认识到，当利用诸如氧排气传感器的排气传感器时，各种外部 因素能够混淆燃料酒精含量的测量。例如环境湿度的变化和/或排气再循环(EGR)能够影 响排气水含量并且因此使燃料酒精含量识别降低。因此，为了减少对这种测量的干扰，环境 湿度信息也可以用在识别燃料酒精含量中。在一个具体的有利方法中，排气传感器本身或 另一个排气传感器可以用于确定环境湿度，例如，当发动机运行而没有加燃料时(例如，减 速燃料停供)，或当该燃料的燃料酒精含量知道并且不变时(例如，在不同于燃料箱被再注 满之后的状态期间)。同样，当外部EGR被禁止使用，使得由于EGR的改变的水平而对排气 水含量的影响减少时，传感器输出可以用于确定酒精含量。应当理解，提供上面的概述以便以简化的形式引入在详细描述中进一步描述的概 念的选择。这并不意味着被视为所主张的主题的关键或基本特征，所主张主题的范围由权 利要求唯一地限定。而且，所主张的主题不限于解决上面指出的任何优点的或本发明的任 何部分中的装置。
图1示出包括排气系统和排气传感器的发动机的示意图。图2示出示例性的排气传感器的示意图。图3示出说明在用具有一个汽缸组的发动机的排气传感器估算燃料中的酒精的 量的方法的流程图。图4示出说明在用具有两个汽缸组的发动机的排气传感器估算燃料中的酒精的 量的方法的流程图。图5示出表示乙醇和排气中的水之间的关系的曲线图。图6示出说明根据排气传感器控制发动机的方法的流程图。图7示出用于估计曲轴箱强制通风量的方法的流程图。
具体实施例方式下面的描述涉及根据来自诸如氧传感器的排气传感器的输出确定燃料混合物 (例如，乙醇和汽油)中的酒精的量的方法。该排气传感器可以用来确定采样气体中的水的 量，该水的量表示在测量时排气中的水的量。例如，第一电压和第二电压可以施加于传感器 以产生第一泵送电流和第二泵送电流(例如，传感器输出)。在诸如减速燃料停供的发动机 不加燃料的状态下，传感器的输出可以用来产生环境湿度的指示。在发动机加燃料的状态 下，传感器输出可以与环境湿度一起使用，以识别排气中的水的量，该排气中的水的量与燃 料混合物中的酒精的含量成正比。在一个例子中，诸如点火正时和/或燃料喷射量的发动 机运行参数可以根据检测的燃料中的酒精的量来调节。以这种方式，尽管燃料中的酒精的 量变化，但是仍然能够保持或改进发动机性能、燃料经济性和/或排放物。参考图1，图1显示多气缸发动机10的一个气缸的示意图，该发动机可以包含在汽 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的控制系统控制，以及由输 入装置130通过来自的车辆操作者132的输入来控制。在这个例子中，输入装置130包括 加速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(即气缸)30可以包括具有设置在其中的活塞36的燃烧室壁32。活塞36可以连接于曲 轴40，使得活塞的往复运动转换成曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间传动系连接于车 辆的至少一个驱动轮。而且，起动电机可以经由飞轮连接于曲轴40，以实现发动机10的起 动操作。燃烧室30可以经由进气道42接收来自进气歧管44的吸入空气，并且可以经由排 气道48排出燃烧后气体。进气歧管44和排气道48能够经由相应的进气门52和排气门M 与燃烧室30选择地连通。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。在这个例子中，进气门52和排气门M可以经由相应的凸轮致动系统51和53由 凸轮致动控制。凸轮致动系统51和53每个可以包括一个或多个凸轮，并且可以利用一个 或多个凸轮轮廓转换(CPS)、可变化的凸轮正时(VCT)、可变的气门正时(VVT)、和/或可以 由控制器12控制以改变气门操作的可变的气门升程系统(VVL)。进气门52和排气门M的 位置可以分别由位置传感器阳和57确定。在可选实施例中，进气门52和/或排气门M 可以由电动气门致动。例如，气缸30可以交替地包括经由电门传动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮驱动的控制的排气门。 在一些实施例中，发动机10的每个气缸可以用为其提供燃料的一个或多个喷油 器构成。作为非限制性的例子，所示的气缸30包括一个喷油器66。所示的喷油器66直接 连接于气缸30，用于经由电子驱动装置68与从控制器12所接收的信号的脉冲宽度FPW成 比例，直接将燃料喷入其中。以这种方式，喷油器66提供通常所说的燃料直接喷入(下文 称作“DI”)燃烧气缸30中。 应当理解，在可选实施例中，喷油器66可以是将燃料提供给气缸30上游的进气口 的进气口喷油器。还应当理解，气缸30可以接收来自诸如多个进气口喷油器、多个直接喷 油器或其组合的多个喷油器的燃料。燃料系统172中的燃料箱可以保持具有不同燃料质量的燃料，例如不同的燃料成 分(composition)。这些不同可以包括不同的酒精含量、不同的辛烷、不同的气化热、不同的 燃料混合物和/或其组合等。发动机可以利用包含酒精的燃料混合物，例如E85 (其为大约 85%的乙醇和15%汽油)或M85(其为大约85%的甲醇和15%的汽油)。可选地，根据由 操作者供给燃料箱的燃料的酒精含量，发动机可以用储存在燃料箱中的其他比例的汽油和 乙醇运行，包括100%的汽油和100%的乙醇，以及它们之间的可变的比例。而且，燃料箱的 燃料特性可以经常地改变。在一个例子中，驾驶员一天可以用E85再填满燃料箱，第二天可 以用E10，第三天用E50。因此，根据在加燃料时装在燃料箱中的燃料的量和成分，燃料箱内 的成分可以动态地改变。燃料箱中加燃料一天一天的变化因此经常能够导致改变燃料系统172中的燃 料的成分，因而影响由喷油器66提供的燃料成分和/或燃料质量。由喷油器66喷射的 燃料的成分在这里叫做燃料类型。在一个例子中，不同的燃料成分可以由它们的分析的 (research)辛烷数(RON)、额定值、酒精百分比、乙醇百分比等定性地描述。应当理解，虽然在一个实施例中，发动机可以通过经由直接喷油器喷射弹性燃料 混合物来运行，但是在可选实施例中，该发动机可以通过利用两个喷油器并且改变来自每 个喷油器的喷射的相对的量来运行。还应当理解，当用来自诸如涡轮增压器或发动机增压 器(未示出)的增压装置的增压运行发动机时，当弹性燃料混合物的酒精含量增加时，增压 限度可以提高。燃料系统172可以进一步包括具有燃料蒸汽抽取阀的燃料蒸汽罐。例如，燃料蒸 汽罐可以是用于捕获来自燃料箱的燃料蒸汽的碳罐。当燃料蒸汽抽取阀开启时，燃料蒸汽 抽取阀允许储存的燃料蒸汽被吸入气缸以与供气/燃料混合物燃烧。继续参考图1，进气道42可以包括具有节气门片64的节气门62。在这个具体例 子中，节流阀片64的位置可以通过向电机或包括节气门62的致动器，通常叫做电子节气门 控制(ETC)的结构提供信号由控制器12改变。以这种方式，节气门62可以运行以改变提 供给在其他发动机气缸中的燃烧室30的吸入空气。节气门片64的位置可以通过节气门位 置信号TP提供给控制器12。进气道42可以包括用于为控制器12提供相应的信号MAF和 MAP质量空气流传感器120和歧管空气压力传感器122。点火系统88在选定的运行模式下响应来自控制器12的点火提前信号SA可以经 由火花塞92为燃烧室30提供点火火花。虽然火花点火部件在一些实施例中是已知的，但 是发动机10的燃烧室30或一个或多个其他燃烧室可以在压缩点火模式中运行，具有或不具有点火火花。所示的排气传感器1 连接于排放物控制装置70上游的排气道48。传感器1 可 以是用于提供排气空气/燃料比指示的任何合适的传感器，例如线性氧传感器或UEGO(通 用的或宽范围排气氧)，两种状态氧传感器或EG0、HEG0 (加热的EGO)、N0x、HC或CO传感器。 所示的排放物控制装置70沿着排气传感器1 下游的排气道48设置。装置70可以是三 通催化剂(TWC)、NOx收集器、各种其他的排放物控制装置，或器组合。在一些实施例中，在 发动机10运行期间，排放物控制装置70可以通过在特定的空气/燃料比内操作发动机的 至少一个气缸周期性地重新设置。而且，在所公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统经由EGR通道可以从排气道48 提供期望的排气部分到进气道44。提供给进气道44的EGR的量可以经由EGR阀142由控 制器12改变。而且，EGR传感器144可以设置在EGR通道内，并且可以提供排气的压力、温 度和浓度的一个或多个指示。在一些状态下，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，因此在一些燃烧模式期间提供控制点火正时的方法。而且，在一些状态下， 燃烧后气体的一部分可以通过控制排气门正时，例如通过控制可变的门正时机构保持或收 集在燃烧室中。发动机10可以进一步包括如涡轮增压器或机械增压器的压缩装置，期至少包括 沿进气歧管44设置的压缩器162。对于涡轮增压器，压缩器162可以至少部分地被沿排气 管路48设置的涡轮164(如，通过轴)驱动。对于机械增压器，压缩器162可以至少部分地 被发动机和/或电机驱动，并且可以不包括涡轮。因此，通过涡轮增压器或机械增压器提供 给发动机一个或多于一个气缸的压缩量可以通过控制器12改变。在图1中控制器12被示作微型计算机，包括微处理器单元(CPU) 102、输入/输出 接口 104，用于可执行的程序和在这个具体的例子中示作只读存储芯片(ROM) 106的校准值 的电子存储介质、随机存取储存器(RAM) 108、保持存储器(KAM)IlO以及总线。除了上面讨 论的这些信号之外，控制器12可以接收来自连接于发动机10的传感器的各种信号，包括从 质量空气流传感器120引入的质量空气流(MAF)的测量；来自连接于冷却套筒114的温度 传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自连接于曲轴40的霍尔效应传感器118(或其 他类型)点火拾波器信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及来自传 感器122的绝对歧管压力信号。发动机速度信号可以用信号PIP通过控制器12生成。存储介质只读存储器106可以用计算机可读数据编程，该计算机可读数据代表由 用于执行下面描述的方法的控制器12可执行的指令，以及预期的但是未具体列出的其他 变量。如上所述，图1只示出多缸发动机的一个气缸，并且每个气缸可以同样地包括其 自己的一组进气门/排气门、喷油嘴、火花塞等。接下来，图2示出UEGO传感器200的示例性实施例的示意图，其构造成用于测量 排气流中的氧的浓度。传感器200例如可以用作例如图1的UEGO传感器126。传感器200 包括多层以堆叠结构形式设置的一个或多个陶瓷材料。在图2的实施例中，五个陶瓷层被 示为层201、202、203、204和205。这些层包括能够传导离子氧的一层或多层固体电解质。 合适的固体电解质的例子包括，但不限于，氧化锆为基的材料。而且，在一些实施例中，加热 器207可以设置成与这些层热传递，以增加这些层的离子传导性。虽然所示的UEGO传感器用五个陶瓷层形成，但是应当理解，UEGO传感器可以包括其他合适数目的陶瓷层。层202包括形成扩散路径210的材料。扩散路径210构造成以通过扩散将排气引 进到第一内腔222。扩散路径210可以构造成使排气的一个或多个成分，包括但不限于希望 的分析物(analyte)(例如氧)，以比分析物能够由泵送电极对212和214抽入或抽出更有 限的速率扩散到内腔222中。以这种方式，可以在第一内腔中获得&的理想配比的水平。传感器200还包括在层204内的第二内腔224，层204被层203与第一内腔222分 开。第二内腔2M构造成包含相当于理想配比状态的恒定的氧局部压力，例如存在于第二 内腔224中的氧的水平等于如果空气燃料比是理想配比时排气将具有的氧水平。在这里， 第二内腔2M可以叫做参比室。如所示，参考电压是可变的(如，在OmV和1300mV之间)。一对检测电极216和218设置成与第一内腔222和基准腔连通。检测电极对216 和218检测由于高于或低于理想配比水平的排气中的氧浓度而在第一内腔222和基准腔 2M之间可能形成的浓度梯度。高氧浓度可以由稀薄的排气混合物引起，而低氧浓度可以由 富氧混合物引起。一对泵送电极212和214设置成与内腔222连通，并且构造成从内腔222电化学 地泵送选择的气体成分(例如，O2)通过层210并到传感器200外面。可选地，这对泵送电 极212和214可以构造成电化学地泵送选择的气体通过层201并进入内腔222。在这里，泵 送电极对212和214可以叫做氧泵送室。电极212、214、216和218可以用各种合适的材料制造。在一些实施例中，电极212、 214、216和218可以至少部分地用催化分子氧分离的材料制造。这种材料的例子包括，但不 限于，包含钼和/或银的电极。将氧电化学地泵出或泵入内腔222的过程包括在泵送电极对212和214上施加电 压VP。施加于氧泵送室的电压将氧泵入或泵出第一内腔222，以便保持内腔泵送室的氧的 理想配比水平。结果得到的泵送电流Ip与排气中的氧浓度成正比。控制系统(图2中未 示出)生成泵送电流信号Ip，泵送电流信号Ip是维持第一内腔222中的理想配批水平所需 要施加的泵送电压Vp的强度的函数。因此，稀薄的混合物将使氧被泵出内腔222，而富氧混 合物将使氧被泵进内腔222。此外，泵送电流的输出增益可以通过可变增益运算放大器(如 op-amp)改变。通过改变参考电压以及op-amp的输出增益，UEGO传感器可以提供更高分辨 率的信号。 应当理解，这里描述的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也可以具有附加的和/或可选的特征和/或结构。参考图3，图3示出说明用于具有一个汽缸组的发动机的，诸如图2所示的UEGO 200，排气传感器的估算方法300的流程图。具体说，方法300确定向发动机喷射的燃料中 的酒精的量，并且因此在选择的发动机运行状态期间根据施加于传感器的泵送室的电压确 定燃料的类型。在方法300的310，确定发动机运行状态。例如，发动机运行状态可以包括但不限 于空气燃料比、进入燃烧室的EGR的量以及加燃料状态。一旦发动机运行状态确定之后，方法300延续到312，在312判断发动机是否在非 加燃料状态。非加燃料状态包括车辆减速状态和燃料供给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运行的发动机运行状态；因此，空气流过一个或多个发动机
7气缸，但是燃料不喷射到该气缸中。在非加燃料状态下，不进行燃烧并且周围空气可以从进 气到排气流动通过该气缸。以这种方式，传感器，诸如UEGO传感器，可以接收在其上测量的 周围空气，例如可以进行环境湿度检测。正如所指出的，非加燃料状态可以包括，例如，减速燃料停供(DFSO)。DFSO对操作 者踏板起反应(例如响应驾驶员抬脚(tip out)以及在车辆加速大于阈值量的情况下)。 DFSO状态在行驶周期期间可以反复发生，并且因此在整个行驶周期期间，例如在每个DFSO 事件期间，可以产生许多环境湿度指示。例如，尽管在行驶周期之间或甚至在同一个行驶周 期期间湿度波动，但是仍然可以根据排气中的水分的量精确地识别燃料类型。继续参考图3，如果确定发动机在诸如DFSO的非加燃料状态下，方法300延续倒 314，在314第一泵送电压(V1)施加于排气传感器的氧泵送室。该第一泵送电压可以具有一 定值，使得氧从该室被泵送，但是电压足够低，使诸如H20(例如，水)的氧化合物不分解(例 如，V1 = 450mV)。第一电压的施加可以产生第一泵送电流(I1)形式的传感器输出，该泵送 电流(I1)表示出采样气体中的氧的量。在这个例子中，由于发动机在非加燃料状态下，氧 的量可以对应于车辆周围的新鲜空气中的氧的量。一旦氧的量被确定之后，方法300进行倒316，在316第二泵送电压(V2)施加于该 传感器的氧泵送室。该第二电压可以大于施加于该传感器的第一电压。具体说，第二电压 可以具有足够高的值，以分解希望的氧化合物。例如，第二电压可以足够高以将H2O分子分 解成为氢和氧(例如，V2 = 950mV)。第二电压的施加可以产生第二泵送电流(I2)。第二泵 送电流(I2)表示出采样气体中氧和水的量。应当懂得，这里所用的术语在“氧和水的量”中 的“7jC”是指来自在采样气体中分解的H2O分子的氧的量。环境湿度(例如，车辆周围的新鲜空气中绝对湿度)可以在方法300的318根据 第一泵送电流和第二泵送电流确定。例如，第一泵送电流可以从第二泵送电流中被减去以 得到表示来自在采样气体中的分解的水分子(例如，水的量)的氧的量的值。这个与环境 湿度成比例。另一方面，如果确定发动机不是在非加燃料状态，图3的方法300移动到320，在 320判断是否想要或进行根据传感器的反馈空气燃料比控制，或由该传感器进行的酒精检 测。选择可以基于运行状态，例如从上次酒精确定的时间间隔，或是否能够进行闭合回路空 气燃料比控制。例如，如果不能进行反馈空气燃料比控制，则过程可以继续到确定酒精含 量，而如果命令或能够进行反馈空气燃料比，则过程可以继续以完成这种反馈空气燃料比 控制(不确定酒精含量)。如果确定需要反馈控制，方法300移至步骤342并且传感器被运行为氧(如，O2) 传感器，以确定排气的氧含量以及空气-燃料比，并且方法结束。例如，如本文描述，燃料喷 射被调节以基于指示排气空气-燃料比的氧传感器的反�。�-气燃料比保持在主要的 空气-燃料比。如果需要酒精检测，方法300前进至步骤322，其确定曲轴箱强制通风(PCV)是否 在需要的水平。图7显示用于确定PCV量的估算方法700的示例。在方法700的步骤710，确定发动机速度是否高。拂过发动机速度高，则估计有增 加的PCV气流。另一个示例状态包括增加歧管真空，增加曲轴箱压力，高环境状态，以及它 们的组合。如果发动机速度相对低，方法700前进至步骤712，其确定涡轮增压是否启动，并且发动机是否增压。如果发动机在未增压状态，PCV气流可以被增加。在另一方面，方法 700在步骤714继续，其确定来自PCV阀的气流是充分低。继续参考图3，如果在322确定PCV量高于希望水平(如，PCV气流高)，方法300 移动到步骤342并且传感器被运行为氧传感器以确定排气的氧浓度，从而用于，例如，空 气-燃料控制，并且方法结束。在另一方面，如果PCV在需要水平(如，PCV气流低)，方法300在步骤3M继续， 其确定排气再循环(EGR)阀是否开启。如果确定EGR阀开启，方法300移动到步骤334并 且EGR阀被关闭。一旦在3M关闭EGR阀，或如果在322确定EGR阀被关闭，并且因此进入燃烧室的 EGR的量基本为零，则方法300进行到326，其确定燃料蒸汽抽取(purge)阀是否开启。如果确定燃料蒸汽抽取阀被开启，方法300移动到346并且燃料蒸汽抽取阀被关 闭。被储存在燃料蒸汽罐内的燃料蒸汽可以具有酒精含量，并且不同于当前在燃料箱中的 燃料。因此，进入燃烧室的燃料蒸汽可以影响UEGO传感器检测的酒精的量并导致不准确的 估计。—旦燃料蒸汽抽取阀在346被关闭，或者在3 确定燃料蒸汽抽取阀被关闭，那 么方法300在3 继续，在此，第一泵送电压(V1)施加于排气传感器。正如在314，第一泵 送电压可以从氧泵送室泵送氧，但是可以具有足够低的值，以便不分解泵送室中的水分子 (例如，H2O)(例如V1 = 450mV)。在一些例子中，在3 施加于传感器的第一泵送电压可以 与在314施加于该传感器的电压相同。当第一电压施加于泵送室时，可以产生第一泵送电 流(I1)。在这个例子中，由于燃料喷射到发动机中并且进行燃烧，该第一泵送电流可以表示 出排气中的氧。在方法300的330，第二泵送电压(V2)施加于排气传感器的泵送室。如上所述，第 二泵送电压可以大于第一泵送电压，并且第二泵送电压可以足够高，以分解诸如水分子的 氧化合物。在氧泵送室上的第二泵送电压的施加可以产生第二泵送电流(I2)。第二泵送电 流可以表示出采样气体中的氧和水的量(例如，已经存在于采样气体中的氧加当施加第二 泵送电压时来自分解的水分子的氧)。一旦产生第一和第二泵送电流时，在图3中的方法300的332，可以确定采样气体 中的水的量。例如，第一泵送电流可以从第二泵送电流中减去以确定对应于水的量的值。燃料中的酒精的量可以在方法300的334识别。例如，在排气中的水的量可以与 向发动机喷射的燃料中的酒精的量(例如酒精的百分比)成正比，因为环境湿度可以对排 气中的水的量产生影响，在318确定的环境湿度可以从在330确定的水的量中减去。在一 些实施例中，计算机可读的接收来自传感器的通信的控制系统的储存介质包括用于识别酒 精的量的指令。例如，图4中的曲线图500示出在燃烧之后的水(例如排气中的水的百分 比)和可以以查表的方式储存在计算可读介质中的燃料中的乙醇的百分比之间的关系。曲 线图500中的实线曲线506示出当存在零环境湿度时排气中的水的百分比。虚线曲线504 和点画线曲线502分别示出当由于环境湿度而存在0. 5摩尔和3. 5摩尔水时，排气中的水 的百分比。正如曲线图500所示，由于在燃料中的乙醇的量增加，因此在排气中的水的量增 加。在方法300的336，第三泵送电压(V3)被施加到排气传感器的泵送单元。第三泵送电压可以大于第一泵送电压，并且第二电压可以足够高以分解氧化合物，如水和二氧化 碳(CO2)(如，V3 = 1. 2V)。对氧泵送单元的第三泵送电压的施加会产生第三泵送电流(I3)。 第三泵送电流可以指示在采样空气中氧、水和二氧化碳的量(如已经存在于采样空气的氧 加施加第二泵送电压时分解的H2O分子加当施加第三泵送电压时分解的(X)2分子)。一旦第三泵送电流被产生，采样气体中二氧化碳的量可以在图3中方法300的338 确定。例如，第一和第二泵送电流可以从第三泵送电流中减去以确定与二氧化碳量对应的 值。最后在步骤300的340，基于在338确定的二氧化碳的量，燃料类型可以被确定。 例如，一旦二氧化碳的量被确定，碳含量可以识别。一旦二氧化碳的量被识别，燃料的类型 可以被确定(如乙醇、甲醇、CNG，即压缩天然气，等)。此外，通过使用分解水和二氧化碳的 泵送电流确定氧含量，酒精浓度可以通过信噪比被确定，该信噪比高于仅使用分解水的泵 送电流的信噪比。因此，根据对应于在发动机加燃料期间和非加燃料状态期间施加于排气传感器的 氧泵送室的电压所产生的传感器输出(例如，泵送电流)，可以确定在排气中的水和二氧化 碳的量。以这种方式，可以识别在燃料中的酒精量(例如乙醇百分比)以及燃料类型(如 乙醇、甲醇等)的精确指示。而且，一旦燃料类型被确定，可以调节各种发动机运行参数，以 维持发动机和/或排放物效率，这将在下面详细描述。图3显示改善燃料酒精含量确定的多种操作，如降低或停止EGR和/或抽取 (purge)蒸汽气流，该方法可以被调节以采用更被动方式并在确定燃料酒精含量检验以及 等待该状态。在这种情况下，3M和326中的“是”会指向342。例如，方法可以确定燃料蒸 汽抽取是否小于阈值量。如果是，酒精确定可以被执行。通过主动关闭抽取阀，气流可以被 降低到阈值下，或者等待抽取气流下降到阈值抽取水平之下。相似的方式可以通过EGR阈 值水平与EGR共同使用。此外，即使当反馈空气-燃料控制要被实施，第一氧传感器(如第一 UEGO传感器) 可以被用于反馈控制，并且第二氧传感器(如第二 UEGO传感器)可以被用于确定燃料酒精 量。例如，如果发动机具有两个汽缸组，每个具有排气UEGO传感器，假设传感器至少指示两 个组的空气-燃料比，一个UEGO传感器可以用于控制每个汽缸组的空气-燃料比(即使 传感器不接触一个汽缸组的排气)，而另一汽缸组的UEGO被运行以确定燃料酒精含量。可 代替地，第一 UEGO传感器可以在相同排气系统的第二 UEGO传感器的上游。同样，发动机 空气-燃料比可以基于上游UEGO通过调节燃料喷射被控制，并且下游UEGO可以被用于测 量燃料酒精含量。图4显示用于排气传感器的估算方法的流程图，排气传感器例如图2中 UEG0200，其中发动机具有两个汽缸组并且每个汽缸组具有对应的UEGO传感器。具体地，在 选择的发动机运行状态期间，方法400基于施加到传感器泵输单元的电压确定喷射到发动 机的燃料内酒精的量，并从而确定燃料酒精含量。在方法400的410，发动机运行条件被确定。如上文描述，发动机运行条件可以包 括但不限制于，例如，空气-燃料比，进入燃烧室的EGR量以及燃料状态和发动机负载。一旦发动机运行状态被确定，方法400在412继续，其确定发动机是否在非加燃料 状态。如果发动机在非加燃料状态，如DFS0，方法400移动到422并且对应于第一和第二汽 缸组的第一和第二 UEGO传感器都运行以指示环境湿度，如上文描述。然而，在这个示例中，两个传感器被用于检测环境湿度，方法可以平均每个传感器确定的环境湿度以减小信号中 的噪声影响并降低估算误差。在另一方面，如果确定发动机在加燃料状态，并因此燃料的酒精含量可以被确定， 方法400前进到414.，其确定发动机是否在低负载状态。例如，在低负载状态期间，当相对 小量的燃料和空气被用于燃烧时，一个汽缸组的闭环反馈可以被关闭，从而相对低的影响 排放。如果确定发动机未低于最低负载状态，方法400移动到424如果确定发动机在低负载状态下运行，方法400在416继续，其确定是否需要酒精 检测。如上文描述，选择可以基于操作状态，如自最后一次酒精确定的间隔。如果酒精检测 是不期望的，方法400移动到422并且第一和第二 UEGO传感器连续操作以通过闭环反馈用 于空气-燃料比控制。如果确定酒精检测是需要的，方法400进行到418并且喷射到第一气缸组的燃料 独立于第一 UEGO传感器以开环形式被确定(但可以基于连接到第二组的空气-燃料传感 器被调节，例如连接到排放控制装置下游的HEGO传感器，其中排放控制装置专有地连接到 第一气缸组)。此外，对第二组的燃料喷射可以基于从第二 UEGO传感器的反馈(同样基于 连接到排放控制装置下游的HEGO传感器，其中排放控制装置专有地连接到第二气缸组)。 此外，来自用于第二组空气-燃料控制的第二 UEGO传感器的反馈同样可以为第一汽缸组的 燃料喷射提供反馈。这样，由于第一 UEGO传感器被运行以识别喷射燃料的水含量，并因此 识别喷射燃料的酒精含量，对两个汽缸组的反馈燃料喷射调节给予第二 UEGO传感器，并独 立于第一 UEGO传感器。这样，同样的燃料喷射到两个组，这种方式允许燃料酒精含量的确 定并基于反馈控制实现对对两组气缸的燃料喷射的控制。随后，方法400在420继续，并且图3的方法300从322开始进行以确定燃料酒精含量。因此，在一个例子中，可以提供一种用于具有第一和第二 UEGO传感器的发动机的 方法，其中在选择的发动机加燃料状态期间，第一和第二电压交替地施加于第一 UEGO传感 器(并且燃料酒精含量根据从第一和第二电压得到的传感器输出来确定)，并且同时，调节 向发动机喷射的燃料，以根据来自第二 UEGO传感器的反馈维持希望的空气燃料比。然后这 样的运行可以在第一和第二 UEGO传感器之间转换，以便监控是否实现燃料酒精含量的适 当确定，并且因此以识别燃料酒精含量的方式监控第一和第二 UEGO传感器的性能。应该理解，不同的发动机汽缸组可以同时在不同模式运行。例如一个汽缸组可以 在DFSO模式运行，而第二个气缸组可以进行燃烧。这样，连接到DFSO气缸的UEGO传感器 可以提供环境湿度指示，而专有地连接到实现燃烧(不带有EGR和燃料蒸汽抽取)的气缸 的UEGO传感器可以确定燃料和环境空气水含量，并通过这两个读数确定燃料的酒精含量。参考图6，图6示出说明用于根据向发动机喷射的燃料中的酒精的量调节发动机 运行参数的控制方法的流程图。具体说，一个或多个发动机运行参数可以对应于燃料中的 酒精的量的变化而被调节。例如，包含不同酒精量的燃料可以具有不同的属性，例如，粘滞 度、辛烷数目、汽化的潜在热函(焓)等。例如，如果一个或多个适当的运行参数不被调节， 发动机性能、燃料经济性和/或排放物可以变差。在方法600的610，确定发动机的运行状态。发动机运行状态可以包括，例如，空 气燃料比、喷油正时和点火正时。例如，对于变化的类型理想配比的空气对燃料比可以变化(例如汽油为14. 7，E85为9. 76)，并且喷油正时和点火正时可以根据燃料类型进行调节。—旦发动机运行状态确定之后，在方法600的612，确定燃料混合物中的酒精的 量。如上所述，燃料的类型可以根据来自诸如UEGO传感器的排气传感器的输出来确定。在 知道燃料的类型之后，方法600进行到614，在614，在诸如冷起动或瞬态加燃料状态的选择 的运行状态下，根据燃料中的酒精的量调节一个或多个希望的运行参数。例如，系统可以根 据燃料中的酒精的量调节理想配比的空气燃料比。而且，在冷起动期间希望的空气燃料比 可以根据燃料中的酒精的量进行调节，还有，点火角度(例如点火延迟)和/或增压水平可 以根据燃料中的酒精的量进行调节。在一些实施例中，例如，可以调节在一个或多个气缸中的喷油正时和喷油量。例 如，如果确定在冷起动状态期间燃料中的酒精的量增加(例如，从10%乙醇到30%乙醇)， 则向发动机喷射的燃料的量可以增加。作为另一个例子，点火正时可以根据燃料中的酒精的量进行调节。例如，如果检测 酒精的百分比低于前面检测的百分比(例如，从85%乙醇到50%乙醇)，点火正时可以延 迟，以便实现高发动机输出或增压而没有暴震(knock)。因此，在选择的运行状态期间可以根据向发动机的气缸喷射的燃料中检测的酒精 的量调节各种发动机运行参数。以这种方式，可以保持或提高发动机和/或排放物效率以 及燃料经济性。在一个示例中，用于连接到发动机排气系统的排气传感器的方法在选择的发动机 加燃料期间，交替地对传感器施加第一电压和第二电压，并且基于在第一和第二电压的传 感器输出识别喷射到发动机的燃料内酒精的量。识别可以进一步基于大气湿度，并且传感 器输出可以包括分别对应于施加的第一和第二电压的第一和第二泵送电流。在一些实施例 中，方法可以通过在发动机的非加燃料状态，交替地施加第一和第二电压到传感器以产生 环境湿度指示来实现。发动机非加燃料状态可以包括减速燃料停供，并且例如，至少发动机 的一个进气门和一个排气门被打开。此外，选择的发动机燃料状态可以包括零排气再循环。在一些实施例中，第一电压可以小于第二电压，并且第二电压可以分解水分子并 且第一电压不能。在这种示例中，第一泵送电压指示氧的量并且第二泵送电压指示氧和水 的量。此外，水的量与喷射到发动机内的燃料内的酒精的量成比例。其中酒精的量是百分 比乙醇。在另一个示例中，排气传感器可以是通用排气氧传感器，并且该方法进一步包括基 于传感器输出，调节燃料喷射量以保持发动机空气-燃料比在需要的值。另一种用于控制弹性燃料车辆的发动机的方法，发动机具有排气系统和连接到排 气系统的排气传感器，该方法包括在发动机非加燃料状态期间，根据传感器产生环境湿度 的指示；在选择的发动机加燃料状态期间对传感器施加第一电压；根据对应于第一电压 的第一泵送电流产生氧的量的指示；对传感器施加第二电压；根据对应于第二电压的第二 泵送电流产生氧和水的量的指示；根据环境湿度，由第一泵送电流指示的氧的量，以及由第 二泵送电流指示的氧和水的量，识别向发动机喷射的燃料中的酒精的量；以及在选择的运 行状态下，根据燃料中的酒精的量调节发动机运行参数。在一些实施例中，选择的运行状态包括冷起动和瞬态燃料控制。此外，第二电压大 于第一电压，并且第二电压足够高以分解水分子。在这种实施例中，环境湿度的指示基于在 发动机非加燃料状态期间对应于施加第一电压和第二电压的传感器输出。例如，发动机非加燃料状态包括减速燃料停供。在另一个实施例中，水的量与燃料中酒精的量成比例，并且 酒精的量是百分比乙醇。此外，选择的发动机加燃料状态包括零排气再循环。在另一个实 施例中，运行参数包括燃料喷射的量，并且在至少一个状态中，燃料喷射的量随着燃料中酒 精的量的增加而增加。在另一个实施例中，一种用于控制弹性燃料车辆中的发动机的系统，该系统包括 排气系统；连接到排气系统的排气氧传感器；以及包括计算机可读储存介质的控制系统， 介质包括其上的指令，控制系统接收来自排气氧传感器的通信，该介质包含的指令用于在 发动机非加燃料状态期间，根据传感器产生环境湿度的指示；在选择的发动机加燃料状态 期间对传感器施加第一电压；根据对应于第一电压的第一泵送电流产生氧的量的指示； 对传感器施加第二电压；根据对应于第二电压的第二泵送电流产生氧和水的量的指示；根 据环境湿度，由第一泵送电流指示的氧的量，以及由第二泵送电流指示的氧和水的量，识别 向发动机喷射的燃料中的酒精的量；以及在选择的运行状态下，根据燃料中的酒精的量调 节发动机运行参数。在一些实施例中，发动机的非加燃料状态包括减速燃料停供，并且选择的发动机 加燃料状态包括零排气再循环。此外，水的量与燃料中的酒精的量成比例，并且燃料的量是 百分比乙醇。在另一个实施例中，选择的运行状态包括冷起动，并且其中运行参数包括燃料 喷射的量，并且在至少一个状态下，燃料喷射的量随着燃料中酒精的量的增加而增加。应当指出，这里所包含的示例性控制和估算过程可以与各种发动机和/或车辆系 统结构一起使用。这里所描述的特定的过程可以代表任何数目的一个或多个处理策略，例 如勻速驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种动作、操作或功能可以以所示 的顺序进行、平行地或进行或在一些情况下被省去。同样，要求实现这里所描述的示例性实 施例的特征和优点，处理的顺序不是必需的，但是提供容易说明和描述。一个或多个所示的 动作或功能根据所用的具体策略可以重复进行。而且，动作可以图形地表示编程为在发动 机控制系统中的计算机可读储存介质的代码。应当理解，这里所公开的结构和过程在性质上是示范性的，并且这些具体的实施 例不被认为是限制意义的，因为许多变化是可能的。例如，上面的技术可以用于与4相对的 V6、L4、L6、V12以及其他发动机类型。本发明的主题包括各种系统和结构的所有的新颖性 和非显而易见的组合以及子组合，以及这里所公开的其他特征、功能和/或性质。本发明的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。 这些权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这样的权利要求应当理解 为包括一个或多个这种元件的结合，既不需要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/或性能的组合或子组合可以通过本申请或相关申请中的现存权利要 求的修改，或者通过新权利要求的表示来主张。这种权利要求，无论广义、狭义、等同或不同的原权利要求的范围，也被认为是包 括在本发明的主题内。
权利要求
1.一种用于连接到发动机的排气系统的排气传感器的方法，包括 在选择的发动机加燃料状态期间，对所述排气传感器施加不同电压，并且根据在所述不同电压下的传感器输出，识别向所述发动机喷射的燃料中的酒精的量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述选择的状态包括在阈值量下的燃料蒸汽抽取。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述选择的状态包括在阈值量下的排气再循环， 即 EGR。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述选择的状态包括在阈值量下的曲轴箱强制通 风，即PCV。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一电压和所述第二电压被连续地交替施加。
6.一种用于连接到发动机的排气系统的排气传感器的方法，包括在选择的发动机加燃料状态期间，对所述传感器施加第一电压、第二电压和第三电压；以及根据在所述第一电压和所述第二电压的传感器输出，识别喷射到所述发动机内的燃料 中酒精的量；以及根据在所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压的传感器输出，识别喷射到所述 发动机的燃料的燃料类型。
7.一种用于连接到发动机的排气系统的第一排气传感器和第二排气传感器的方法，包括在第一模式期间对所述第一排气传感器施加不通电压，并基于在所述不同电压的所述第一排气传感器 的传感器输出，识别喷射到所述发动机内的燃料中酒精的量，以及响应来自所述第二排气 传感器的反馈调节燃料喷射，以保持需要的空气-燃料比；以及 在第二模式期间保持施加到所述第一排气传感器和所述第二排气传感器的电压，并响应来自所述第一 排气传感器和所述第二排气传感器的反馈调节燃料喷射，以保持需要的空气-燃料比。
8.一种用于发动机的方法，包括响应所述发动机排气中水含量识别喷射到所述发动机的燃料的燃料酒精含量，所述水 含量由通过不同电池电位运行的氧传感器产生。
9.一种用于发动机的方法，包括响应所述发动机排气中水含量和二氧化碳含量识别喷射到所述发动机的燃料的燃料 类型，所述水含量和所述二氧化碳含量由通过不同电池电位运行的氧传感器产生。
全文摘要
本发明公开了用于连接于发动机的排气系统的排气传感器的多种系统和方法。一个示例性的方法包括在选择的发动机加燃料状态期间，对排气传感器交替地施加不同电压，并且根据在不同电压下的传感器输出，识别向发动机喷射的燃料中的酒精的量。
文档编号G01N27/00GK102086814SQ20101019254
公开日2011年6月8日 申请日期2010年5月27日 优先权日2009年12月4日
发明者C·P·哈伯德, G·索尼拉, K·J·贝洱, R·E·索蒂斯, T·J·克拉克 申请人:福特环球技术公司
专业数控铣床产品供应商
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