СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДАТЧИКА СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА В ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОНТАКТА ВОДЫ С ДАТЧИКОМ
METHOD AND SYSTEM FOR OPERATION OF OXYGEN CONTENT SENSOR IN EXHAUST GASES DEPENDING ON CONTACT OF WATER WITH SENSOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в основном к способам и системам для эксплуатации датчика содержания кислорода в отработавших газах, соединенного с выхлопным каналом двигателя внутреннего сгорания, в ответ на обнаружение воды на датчике.
Уровень техники
В системах двигателя могут использовать один или более датчиков компонентов газа, например, датчиков содержания кислорода, для измерения концентрации кислорода в воздухе, проходящем через воздушные каналы двигателя. В одном из примеров, система двигателя может содержать один или более датчиков содержания кислорода на впуске (СКВ), размещенных на впуске двигателя. Например, датчик содержания кислорода на впуске может быть расположен во впускном канале, расположенном ниже по потоку от компрессора и охладителя наддувочного воздуха, для обеспечения показаний потока РОГ. В другом примере, система двигателя может содержать один или более датчиков отработавших газов в выхлопной системе двигателя для определения воздушно-топливного отношения отработавших газов, выходящих из двигателя. В определенных условиях работы двигателя, например, при холодном запуске или образовании конденсата, может происходить разбрызгивание воды и контакт с датчиком содержания кислорода. При контакте воды с датчиком содержания кислорода, температура датчика начинает уменьшаться. В результате увеличивают мощность нагревателя нагревательного элемента датчика содержания кислорода для увеличения температуры датчика. Когда мощность нагревателя увеличивается в течение длительного периода времени при наличии воды на датчике содержания кислорода, может появиться трещина на нагревательном элементе, что приводит к деградации датчика содержания кислорода.
Другие попытки решения проблемы деградации датчика содержания кислорода ввиду контакта воды с датчиком включают в себя регулировку мощности нагрева нагревательного элемента датчика содержания кислорода. Один из примеров подхода представлен Сернила (Surnilla) и др. в патентном документе US 2015/0076134. В данном подходе, мощность нагревателя нагревательного элемента датчика содержания кислорода регулируют в ответ на увеличение мощности нагревателя до порогового значения. В качестве примера, базовый уровень мощности датчика содержания кислорода определяют в условии, при котором отсутствует контакт воды с датчиком. Когда мощность нагревателя увеличивается выше базового уровня мощности (например, из-за разбрызгивания воды на датчик), мощность нагрева может быть уменьшена путем отключения питания нагревательного элемента датчика. После определенной продолжительности, мощность нагревателя может быть восстановлена и увеличена до базового уровня мощности. Таким образом, снижение мощности нагревателя при наличии показаний на датчике содержания кислорода, может уменьшить деградацию датчика содержания кислорода из-за образования трещин на нагревательном элементе.
Однако, авторы настоящего изобретения признают потенциальные проблемы таких систем. Например, отключение мощности нагревателя для нагревательного элемента при наличии показаний воды на датчике, и затем повторное включение нагревателя через определенное время, приводит к отклонениям в температуре датчика. В связи с этим, отклонения в температуре датчика могут отрицательно влиять на способность датчика по измерению концентрации кислорода в отработавших газах. Кроме того, выходной сигнал датчика в таких условиях может быть неточным, что влияет на управление водушно-топливным отношением и, следовательно, влияет на работу двигателя.
Раскрытие изобретения
В одном из примеров, раскрытые выше проблемы могут быть устранены посредством способа для двигателя, включающего в себя указание на наличие воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах, размещенном в выхлопном канале двигателя, на основании параметра датчика содержания кислорода в отработавших газах при работе датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме регулируемого напряжения (РН), в котором опорное напряжение регулируют от пониженного, первого напряжения, до повышенного, второго напряжения, и регулировку работы датчика и/или работы двигателя в зависимости от указания на наличие воды. Таким образом деградация датчика может быть уменьшена.
Например, датчик содержания кислорода в отработавших газах может обычно работать в режиме не-РН, в котором обеспечена работа датчика при пониженном напряжении, а выходной сигнал датчика содержания кислорода в отработавших газах может быть использован для определения воздушно-топливного отношения (ВТО). Таким образом, вода на датчике содержания кислорода в отработавших газах может быть обнаружена на основании параметра датчика, например, тока накачки или изменения тока накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах. Например, при падении тока накачки датчика ниже порогового значения тока, может быть указано наличие брызг воды на датчике. В другом примере, если изменение тока накачки выше, чем базовое изменение тока накачки (например, когда на датчике отсутствует вода), тогда может быть указано наличие брызг воды на датчике. При указании наличия брызг воды на датчике, датчик содержания кислорода в отработавших газах больше не может быть использован в качестве стандартного датчика воздушно-топливного отношения; вместо этого, датчик могут перевести из режима не-РН в режим РН, в котором обеспечивают работу датчика при повышенном напряжении и/или напряжении, модулируемым между повышенным напряжением и пониженным напряжением. Пока датчик содержания кислорода в отработавших газах не работает как стандартный датчик воздушно-топливного отношения, ВТО могут оценивать с использованием другого расположенного ниже по потоку датчика, и/или с использованием ранее определенного ВТО. Таким образом, управление воздушно-топливным отношением может не пострадать, пока датчик содержания кислорода в отработавших газах работает в режиме РН.
В дополнение к этому, параметры датчика могут непрерывно проверять, пока датчик находится в режиме РН, для определения того, когда вода испарилась с датчика содержания кислорода в отработавших газах. Например, как только изменение тока накачки достигнет базового изменения тока накачки, тогда датчик содержания кислорода в отработавших газах считают «сухим», и датчик может далее быть переведен обратно в режим не-РН. Как только датчик содержания кислорода в отработавших газах находится в режиме не-РН, датчик можно использовать для определения ВТО. Таким образом, деградация датчика может быть уменьшена, и может быть поддержано техническое состояние датчика содержания кислорода в отработавших газах. Кроме того, точность оценок ВТО на основании выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах может быть увеличена, что повышает эффективность двигателя.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие изобретения служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это раскрытие не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показан схематический чертеж двигателя, содержащего выхлопную систему и датчик содержания кислорода в отработавших газах.
На Фиг. 2 показан схематический чертеж, отображающий датчик содержания кислорода в отработавших газах, способный работать в опорном режиме или в режиме нерегулируемого напряжения и в режиме регулируемого напряжения (РН).
На Фиг. 3 показана схема работы, отображающая пример способа работы датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме РН в ответ на обнаружение воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах.
На Фиг. 4 показан пример связи между режимами работы датчика содержания кислорода в отработавших газах, выходным сигналом тока накачки от датчика содержания кислорода в отработавших газах, изменением базового тока накачки, управлением воздушно-топливного отношения и профилем впрыска топлива.
Осуществление изобретения
Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам для работы датчика содержания кислорода в отработавших газах в ответ на наличие брызг воды на датчике, например, на датчике содержания кислорода, показанном на Фиг. 1-2 (обозначенном в данном документе как датчик содержания кислорода в отработавших газах). Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнения управляющего алгоритма, например, примера способа, представленного на Фиг. 3 для определения, присутствует ли разбрызгивание воды на датчик содержания кислорода в отработавших газах, и, соответственно, перевода датчика из режима не-РН в режим РН. В связи с этим, может быть обеспечена нормальная работа датчика в режиме не-РН для оценки воздушно-топливного отношения (ВТО), и перевод в режим РН только при наличии разбрызгивания воды на датчике. Пример отношения между режимами работы датчика содержания кислорода в отработавших газах, выходным сигналом тока накачки от датчика содержания кислорода в отработавших газах, изменением в базовом токе накачки, управлением воздушно-топливного отношения и профилем впрыска топлива показан на Фиг. 4. В то время как датчик содержания кислорода в отработавших газах работает в режиме РН, контроллером может быть отрегулирован впрыск топлива в цилиндры двигателя на основании выходного сигнала от другого, расположенного ниже по потоку, датчика (Фиг. 4). Как только вода будет испарена от датчика содержания кислорода в отработавших газах, датчик может быть возвращен в режим не-РН и впоследствии быть использован для оценки ВТО. Таким образом, путем перевода датчика в режим РН при наличии брызг воды на датчике, деградация датчика может быть уменьшена. Дополнительно, посредством использования, расположенного ниже по потоку датчика для оценки ВТО, пока вода присутствует на датчике содержания кислорода в отработавших газах, может быть поддержана работа цилиндров при стехиометрическом составе.
Обратимся теперь к Фиг. 1, на которой отображен схематический чертеж, представляющий один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10, который может быть включен в состав системы обеспечения движения автомобиля. Управление двигателем 10 по меньшей мере частично может быть осуществлено системой управления, содержащей контроллер 12, и посредством входного сигнала от оператора 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В данном примере, устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерации сигнала, пропорционального положению педали (ПП). Камера сгорания (т.е. цилиндр) 30 двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания с расположенным там поршнем 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 так, чтобы была возможность преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен по меньшей мере с одним ведущим колесом транспортного средства при помощи промежуточной системы трансмиссии. Также стартерный электродвигатель может быть соединен с коленчатым валом 40 посредством маховика для обеспечения запуска работы двигателя 10.
Камера 30 сгорания может получать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выводить газы сгорания через выхлопной канал 48. Впускной коллектор 44 и выхлопной канал 48 могут иметь выборочное сообщение с камерой 30 сгорания посредством соответствующих впускного клапана 52 и выхлопного клапана 54. В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выхлопных клапанов.
В данном примере впускной клапан 52 и выхлопной клапан 54 могут быть выполнены с возможностью управления посредством кулачковых исполнительных механизмов через соответствующие системы 51 и 53 кулачковых исполнительных механизмов. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового исполнительного механизма может содержать один или более кулачков и может использовать одну или более систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз клапанного газораспределения (ИФКГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которые контроллер 12 может применять для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выхлопного клапана 54 может быть определено посредством датчиков 55 и 57 положения, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления, впускной клапан 52 и/или выхлопной клапан 54 могут управляться посредством электропривода клапанов. Например, в качестве альтернативы, цилиндр 30 может содержать впускной клапан, управляемый посредством электромагнитного исполнительного механизма, и выхлопной клапан, управляемый посредством кулачкового исполнительного механизма, содержащего системы ППК и/или ИФКР.
В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одним или более топливным инжектором для подачи топлива в цилиндр. В качестве не ограничивающего примера, цилиндр 30 показан содержащим один топливный инжектор 66. Топливный инжектор 66 показан соединенным непосредственно с цилиндром 30 для прямого впрыска топлива в цилиндр в количестве, пропорциональном длительности импульса сигнала впрыска топлива (ДИВТ), получаемого от контроллера 12 через электронный привод 68. Таким образом, топливный инжектор 66 обеспечивает так называемый прямой впрыск (далее также упоминаемый как «ПВ») топлива в цилиндр 30 сгорания.
Следует понимать, что в альтернативном варианте осуществления, инжектор 66 может быть инжектором впрыска во впускные каналы, подающим топливо во впускные каналы выше по потоку от цилиндра 30. Следует также понимать, что цилиндр 30 может получать топливо от множества инжекторов, например, множества инжекторов впрыска во впускные каналы, множества инжекторов прямого впрыска или их комбинации.
Топливный бак в топливной системе 172 может содержать топливо, обладающее различными свойствами, например, различным составом топлива. Данные различия могут включать в себя различное содержание спирта, различное октановое число, различную теплоту парообразования, различные топливные смеси и/или их комбинации. Двигатель может быть выполнен с возможностью использования топливной смеси с содержанием спирта, например, Е85 (что приблизительно составляет 85% этанола и 15% бензина) или М85 (что приблизительно составляет 85% метанола и 15% бензина). Альтернативно, двигатель может быть выполнен с возможностью работы с другими отношениями бензина и этанола, хранящимися в баке, включающими в себя 100% бензина и 100% этанола, и различными отношениями между ними, зависящими от содержания спирта в топливе, подводимым оператором в топливный бак. Более того, характеристики топлива в топливном баке могут часто меняться. В одном из примеров, водитель может пополнить топливный бак топливом Е85 в один день, топливом Е10 в следующий раз, а затем топливом Е50. Таким образом, состав топлива в топливном баке может динамически изменяться в зависимости от уровня и состава топлива, оставшегося в топливном баке на момент заправки.
Таким образом, ежедневные изменения в наполнении топливного бака могут привести к частым изменениям состава топлива в топливной системе 172, что влияет на состав и/или качество топлива, подаваемого посредством инжектора 66. Топливо различного состава, впрыскиваемое посредством инжектора 166, может быть упомянуто в данном документе как вид топлива. В одном из примеров, топливо различного состава может быть раскрыто посредством его оценки октанового числа по исследовательскому методу (ОЧИМ), процентного содержания спирта, процентного содержания этанола, и т.д.
Следует понимать, что в то время, как в одном варианте осуществления, двигатель может работать посредством впрыска изменяемой топливной смеси через инжектор прямого впрыска, в альтернативном варианте осуществления, двигатель может работать посредством использования двух инжекторов и изменяемого относительного количества впрыска от каждого из инжекторов. Следует также понимать, что при работе двигателя с наддувом от устройства наддува, например, турбокомпрессора или нагнетателя (не показан), ограничение наддува может быть увеличено также, как может быть увеличено содержание спирта в изменяемой топливной смеси. В одном из вариантов осуществления, датчик 126 отработавших газов, соединенный с выхлопным каналом 48, может работать в режиме регулируемого напряжения (РН) (Фиг. 2) для оценки количества спирта во впрыскиваемом в двигатель топливе (например, оценка содержания этанола в топливе, как показано на Фиг. 7).
Вернемся на Фиг. 1, впускной канал 42 может содержать дроссель 62, имеющий дроссельную заслонку 64. В данном конкретном примере, положение дроссельной заслонки 64 может быть изменено с помощью контроллера 12 посредством сигнала, подаваемого на электромотор или исполнительный механизм, входящий в состав дросселя 62, в конфигурации, которую обычно называют электронным управлением дросселем (ЭУД). Таким образом, дроссель 62 может регулироваться для изменения всасываемого воздуха, поступающего в камеру 30 сгорания, а также в другие цилиндры двигателя. Положение дроссельной заслонки 64 может быть сообщено в контроллер 12 посредством сигнала положения дроссельной заслонки (ПДЗ). Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для подачи соответствующих сигналов МРВ и ДВК контроллеру 12. В одном из вариантов осуществления, впускной канал 42 может дополнительно содержать датчик 121 влажности для измерения влажности окружающей среды. В другом варианте осуществления, датчик 121 влажности может, дополнительно или в качестве альтернативы, быть размещен в выхлопном канале 48.
Система 88 зажигания может подавать искру зажигания в камеру 30 сгорания посредством свечи 92 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания (ОЗ) от контроллера 12 во время выборочных режимов работы. Несмотря на то, что показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания или одна, или более других камер сгорания двигателя 10 могут работать в режиме воспламенения от сжатия с искрой зажигания или без нее.
Датчик 126 отработавших газов (например, датчик содержания кислорода в отработавших газах) показан соединенным с выхлопным каналом 48 выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности выбросов. В дальнейшем, датчик 126 отработавших газов может быть взаимозаменяемо упомянут в качестве датчика содержания кислорода в отработавших газах, либо датчика отработавших газов, либо датчика. Датчик 126 отработавших газов может быть любым подходящим датчиком для обеспечения показаний воздушно-топливного отношения (ВТО) отработавших газов, например, линейным датчиком содержания кислорода или универсальным датчиком содержания кислорода в отработавших газах (УДКОГ), двухрежимным датчиком содержания кислорода или датчиком КОГ, датчиком НКОГ (нагреваемого КОГ), датчиком оксидов азота, датчиком углеводородов, или датчиком монооксида углерода.
Дополнительно, в раскрытых вариантах осуществления, система рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять желаемую часть отработавших газов из выхлопного канала 48 во впускной канал 44 посредством канала 140 РОГ. Количество потока РОГ, поступающего во впускной канал 44, может быть изменено контроллером 12 посредством клапана 142 РОГ. Дополнительно, датчик 144 РОГ может быть расположен внутри канала 140 РОГ и может обеспечивать показания одного или более из следующего: давления, температуры и концентрации отработавших газов. В некоторых условиях система РОГ может быть использована для регулировки температуры воздуха и топливной смеси в камере сгорания, таким образом, обеспечивая способ регулирования момента зажигания в некоторых режимах сгорания. Дополнительно, в некоторых условиях, часть газов сгорания может быть задержана или захвачена в камере сгорания путем регулирования фаз газораспределения выпускного клапана, например, посредством регулировки механизма изменения фаз клапанного газораспределения.
Датчик 126 отработавших газов может нормально работать в режиме нерегулируемого напряжения (также упомянутом как опорный режим) для измерения воздушно-топливного отношения (ВТО). В некоторых примерах, дополнительный датчик 128, размещенный ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выбросов, может быть использован для оценки ВТО. В связи с этим, устройство 70 снижения токсичности выбросов показано расположенным по ходу выхлопного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (ТКН), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности выбросов или их комбинациями. В некоторых вариантах осуществления, во время работы двигателя 10, устройство 70 снижения токсичности выбросов может быть периодически сброшено в нуль посредством работы, по меньшей мере, одного цилиндра двигателя при конкретном воздушно-топливном отношении.
Датчик 128 может быть линейным датчиком содержания кислорода или УДКОГ, двухрежимным датчиком содержания кислорода или КОГ, НКОГ (нагреваемый КОГ), датчиком NOx, НС или датчиком СО. В одном из примеров, датчик 128 может быть использован в дополнение к датчику 126 содержания кислорода в отработавших газах для определения ВТО. В дальнейшем, датчик 128 может быть взаимозаменяемо упомянут как расположенный ниже по потоку датчик. В другом примере, расположенный ниже по потоку датчик 128 может быть использован вместо датчика 126 содержания кислорода в отработавших газах для определения ВТО. Например, при наличии брызг воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах, некоторое количество воды может попасть в полости датчика. Авторы настоящего изобретения признают, что если датчиком содержания кислорода в отработавших газах управляют неправильно, когда вода все еще находится на датчике, то это может привести к деградации датчика содержания кислорода в отработавших газах. Таким образом для уменьшения деградации датчика, датчик содержания кислорода в отработавших газах может работать в режиме РН. В режиме РН, датчик содержания кислорода в отработавших газах работает в пределах (например, модулируется в пределах и/или переключается от пониженного к повышенному напряжению) пониженного напряжения и повышенного напряжения (как раскрыто дополнительно ниже согласно Фиг. 2). При работе датчика 126 содержания кислорода в отработавших газах в режиме РН (например, пока вода не испарилась с датчика 126 содержания кислорода в отработавших газах), ВТО нельзя оценить, используя датчик 126 содержания кислорода в отработавших газах, вместо этого ВТО можно оценить, используя другой датчик (например, расположенный ниже по потоку датчик 128), например, как представлено на Фиг. 2 и Фиг. 3. В варианте осуществления, когда система не содержит дополнительных расположенных ниже по потоку датчиков, впрыск топлива может быть отрегулирован на основании ВТО, определенного ранее с использованием датчика 126 содержания кислорода в отработавших газах, как представлено на Фиг. 3.
Контроллер 12 показан на Фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, электронное устройство хранения данных для исполняемых программ и калибровочных значений, показанное в качестве микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства, в данном конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110, и шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к тем сигналам, рассмотренным ранее, содержащие измерение массового расхода всасываемого воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ТОЖД) от датчика 112 температуры, соединенного с охлаждающей рубашкой 114; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; положение дроссельной заслонки (ПДЗ) от датчика положения дроссельной заслонки; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (АДК) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД), могут генерировать посредством контроллера 12 из сигнала ПЗ. Контроллер 12 выполнен с возможностью получения сигналов от вышеупомянутых датчиков и использования различных исполнительных механизмов, представленных на Фиг. 1, для регулировки работы двигателя на основании полученных сигналов и инструкций, хранимых в памяти контроллера.
В одном из примеров, контроллер может быть выполнен с возможностью измерения степени обогащения и обеднения воздушно-топливного отношения на основании сигналов от одного или более датчиков, например, датчика 126 содержания кислорода в отработавших газах, либо расположенного ниже по потоку датчика 128, и может, соответственно, быть выполнен с возможностью регулировки количества впрыскиваемого топлива в цилиндры для поддержания работы при стехиометрическом составе. Например, контроллер может быть выполнен с возможностью обеспечения работы датчика 126 отработавших газов в режиме не-РН при пониженном напряжении для оценки ВТО. На основании оценки ВТО, контроллер может регулировать сигнал ширины импульса, подаваемый к топливному инжектору (например, топливному инжектору 66) для регулировки количества топлива, подаваемого через топливный инжектор, для поддержания общей работы двигателя при стехиометрическом составе.
Однако, при разбрызгивании воды (или ее наличии) на датчике 126 содержания кислорода в отработавших газах, контроллер может быть выполнен с возможностью перевода датчика 126 содержания кислорода в отработавших газах из режима не-РН в режим РН посредством увеличения рабочего напряжения датчика от пониженного напряжения до повышенного напряжения. Например, контроллер может установить, что разбрызгивание воды на датчик присутствует, на основании изменения одного или более из следующего: мощности нагревателя, тока накачки и/или изменения тока накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах. В качестве примера, если присутствует падение тока накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах ниже первого порогового значения тока, контроллер может установить, что разбрызгивание воды на датчик присутствует. После определения того, что присутствует разбрызгивание воды на датчик, контроллер может остановить работу датчика в режиме не-РН, и дополнительно перевести датчик в режим РН. Посредством работы датчика в режиме РН при повышенном напряжении (и/или модуляции напряжения датчика между пониженным и повышенным напряжениями), контроллер может контролировать выходной сигнал датчика и определять, когда вода была испарена с датчика. Например, контроллер может определять, что вода была испарена с датчика, когда ток накачки достигает значения, выше второго порогового значения тока. В связи с этим, контроллер может установить первое пороговое значение тока на основании отсутствия воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах, и дополнительно установить второе пороговое значение на основании наличия воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах. Когда вода испарена с датчика содержания кислорода в отработавших газах, контроллер может перевести датчик в режим не-РН посредством обеспечения работы датчика при пониженном напряжении.
В другом примере, контроллер может обеспечивать работу датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме не-РН для определения влажности окружающей среды на основании базового изменения тока накачки (ΔIр) датчика содержания кислорода в отработавших газах. Например, контроллер может перевести датчик из режима не-РН в режим РН для оценки количества воды в отработавших газах за счет влажности окружающей среды, когда вода отсутствует на датчике содержания кислорода в отработавших газах, и затем вернуть датчик обратно в режим не-РН, как только выполнена оценка. В связи с этим, количество воды, оцениваемое с использованием датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме РН, когда вода отсутствует на датчике, может быть базовым измерением, которое учитывают для наличия воды за счет влажности и/или дополнительных составных компонентов (например, содержания спирта в топливе) в отработавших газах. Вследствие этого, базовое измерение воды (или влажности окружающей среды) представляет собой измерение воды, которая обычна присутствует во время работы двигателя, и это используют для сравнения выходного сигнала датчика при обнаружении воды на датчике, как раскрыто согласно Фиг. 3. Оцениваемое количество воды в отработавших газах за счет влажности окружающей среды может быть сохранено в памяти и может быть восстановлено позже для сравнения оценки изменения тока накачки. Когда брызги воды присутствуют на датчике, контроллер может обеспечивать работу датчика в режиме РН, и сравнивать изменение тока накачки датчика с базовым ΔIр для определения того, присутствует ли вода на датчике, как подробно раскрыто согласно Фиг. 3. Когда датчик содержания кислорода в отработавших газах работает в режиме РН, контроллер может оценивать ВТО от других датчиков, расположенных в системах двигателя (например, датчика 128), или использовать ранее заданную оценку ВТО для регулировки впрыска топлива. Таким образом, контроллер может выборочно регулировать работу датчика содержания кислорода в отработавших газах, когда разбрызгивание воды на датчик присутствует, и уменьшить деградацию датчика. Режим не-РН и режим РН работы датчика содержания кислорода в отработавших газах раскрыты согласно Фиг. 2.
Постоянное запоминающее устройство 106 носителя данных может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими инструкции, исполняемые процессором 102 для выполнения раскрытых ниже способов, а также других вариантов, которые предполагаются, но не указаны конкретно.
Как раскрыто выше, на Фиг. 1 представлен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и каждый цилиндр может подобным образом содержать собственный набор впускных/выхлопных клапанов, топливный инжектор, свечу зажигания и т.д.
На следующей Фиг. 2 показано схематическое представление варианта осуществления датчика 200 УДКОГ, выполненного с возможностью оценки концентрации кислорода (O2) в потоке отработавших газов. Датчик 200 может быть выполнен с возможностью работы также, как датчик 126 отработавших газов, представленный на Фиг. 1, например. Датчик 200 содержит множество слоев одного или более керамических материалов, уложенных друг на друга. В варианте осуществления, представленном на Фиг. 2, пять керамических слоев отображены как слои 201, 202, 203, 204 и 205. Данные слои содержат один или более слоев твердого электролита, способного проводить ионизированный кислород. Примеры подходящих твердых электролитов могут включать в себя, но не ограничиваясь, материалы на основе оксида циркония. Дополнительно, в некоторых вариантах осуществления, нагреватель 207 может быть размещен в тепловом контакте со слоями для увеличения ионной проводимости слоев. Несмотря на то, что представленный датчик УДКОГ выполнен из пяти керамических слоев, следует понимать, что датчик УДКОГ может содержать другое подходящее количество керамических слоев.
Слой 202 содержит материал или материалы, создающие диффузионный путь 210. Диффузионный путь 210 выполнен с возможностью введения отработавших газов в первую внутреннюю полость 222 посредством диффузии. Диффузионный путь 210 может быть выполнен с возможностью допуска одного или более компонентов отработавших газов, включающих в себя, но не ограничиваясь, желаемое анализируемое вещество (например, O2), для диффузии во внутреннюю полость 222 на более ограниченной скорости, чем анализируемое вещество может быть перекачано внутрь и наружу посредством перекачивающей пары электродов 212 и 214. Таким образом, в первой внутренней полости 222 может быть проучен стехиометрический уровень O2.
Датчик 200 дополнительно содержит вторую внутреннюю полость 224 внутри слоя 204, отделенную от первой внутренней полости 222 слоем 203. Вторая внутренняя полость 224 выполнена с возможностью поддержания постоянного парциального давления кислорода, эквивалентного стехиометрическим условиям, например, уровню кислорода, находящегося во второй внутренней полости 224, равному уровню, который имели бы отработавшие газы при стехиометрическом воздушно-топливном отношении. Концентрацию кислорода во второй внутренней полости 224 поддерживают постоянной посредством напряжения накачки, Vcp. В данном документе, вторую внутреннюю полость 224 можно считать опорной ячейкой.
Пара чувствительных электродов 216 и 218 установлена в сообщении с первой внутренней полостью 222 и опорной ячейкой 224. Пара чувствительных электродов 216 и 218 выполнена с возможностью обнаружения градиента концентрации, появление которого между первой внутренней полостью 222 и опорной ячейкой 224 возможно за счет концентрации кислорода в отработавших газах, которая выше или ниже стехиометрического уровня. Высокая концентрация кислорода может быть вызвана обедненной смесью отработавших газов или смесью отработавших газов, тогда как низкая концентрация кислорода может быть вызвана обогащенной смесью.
Пара электродов 212 и 214 накачки размещена в сообщении с внутренней полостью 222 и выполнена с возможностью электрохимического перекачивания выбранного газового состава (например, О2) из внутренней полости 222 через слой 201 и на выход датчика 200. В качестве альтернативы, пара электродов 212 и 214 накачки может быть выполнена с возможностью электрохимического перекачивания выбранного газа через слой 201 и во внутреннюю полость 222. В данном документе, пара электродов 212 и 214 накачки может быть упомянута как ячейка накачки.
Электроды 212, 214, 216 и 218 могут быть изготовлены из различных подходящих материалов. В некоторых вариантах осуществления, электроды 212, 214, 216 и 218 могут быть, по меньшей мере, частично изготовлены из материала, который является катализатором диссоциации молекулярного кислорода. К примерам таких материалов относятся, в том числе, электроды, содержащие платину и/или серебро.
Процесс электрохимического перекачивания кислорода во внутреннюю полость 222 или из нее включает в себя приложение напряжения Vp (например, опорного напряжения) на концах пары электродов 212 и 214 накачки. Напряжение накачки Vp прикладывают к ячейке накачки О2 для перекачивания кислорода в первую внутреннюю полость 222 или из нее для поддержания стехиометрического уровня кислорода в полости ячейки накачки. В результате ток накачки Ip пропорционален концентрации кислорода в отработавших газах. Система управления (не показана на Фиг. 2) генерирует сигнал тока накачки Ip как функцию от интенсивности приложенного напряжения накачки Vp, требуемого для поддержания стехиометрического уровня внутри первой внутренней полости 222. Таким образом, наличие обедненной смеси будет вызывать перекачивание кислорода наружу из внутренней полости 222, а наличие обогащенной смеси будет вызывать перекачивание кислорода внутрь внутренней полости 222.
Следует понимать, что датчик УДКОГ, раскрытый в данном документе, является лишь одним из вариантов осуществления датчика УДКОГ, и что другие варианты осуществления датчиков УДКОГ могут иметь дополнительные и/или альтернативные признаки и/или конструкции. Датчик содержания кислорода, представленный на Фиг. 2, может быть датчиком содержания кислорода регулируемого напряжения, выполненным с возможностью работы при первом, пониженном напряжении (например, ниже опорного напряжения), при котором молекулы воды не диссоциируют, и втором, повышенном напряжении (например, выше опорного напряжения), при котором молекулы воды диссоциируют полностью. В связи с этим, второе напряжение выше, чем первое напряжение. Таким образом, датчик содержания кислорода в отработавших газах может быть выполнен с возможностью работы как стандартный датчик содержания кислорода (например, датчик воздушно-топливного отношения), только при пониженном, первом опорном напряжении (например, приблизительно 450 мВ). Это пониженное напряжение может быть упомянуто в данном документе как базовое опорное напряжение. Иначе говоря, УДКОГ может быть выполнен с возможностью работы как датчик воздушно-топливного отношения для определения воздушно-топливного отношения отработавших газов.
Датчик может быть выполнен с возможностью работы в режиме РН для определения оценки влажности окружающей среды. Например, влажность окружающей среды (например, абсолютная влажность свежего воздуха, окружающего транспортное средство) может быть определена на основании первого тока накачки и второго тока накачки (или корректировки первого и второго тока накачки). Например, первый ток накачки может быть вычтен из второго тока накачки для получения изменения тока накачки, указывающего на количество кислорода из молекул диссоциированной воды (например, на количество воды) в пробе газа. Это значение может быть пропорционально влажности окружающей среды и/или дополнительным составным компонентам в отработавших газах. В данном документе, это значение может быть упомянуто как базовое изменение тока накачки. При наличии брызг воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах, изменение выходного сигнала тока накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах может быть использовано для оценки избытка воды, в дополнение к влажности и/или в дополнение к составным компонентам в отработавших газах (например, посредством сравнения с базовым изменением тока накачки), на датчике содержания кислорода в отработавших газах.
Таким образом, системы, представленные на Фиг. 1-2, обеспечивают систему для двигателя, содержащую датчик содержания кислорода в отработавших газах, соединенный с выхлопным каналом двигателя, и контроллер, содержащий машиночитаемые инструкции, для: во время работы датчика содержания кислорода в отработавших газах в опорном режиме, в котором опорное напряжение датчика содержания кислорода в отработавших газах поддерживают на уровне пониженного, первого напряжения, обнаружения события разбрызгивания воды на основании падения первого тока накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах ниже первого порогового значения тока. Дополнительно или альтернативно, контроллер может включать в себя инструкции для перевода датчика содержания кислорода в отработавших газах в режим регулируемого напряжения (РН), в котором опорное напряжение модулируют между первым напряжением и повышенным, вторым напряжением, и поддержания работы в режиме РН до тех пор, пока второй ток накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах не упадет ниже второго порогового значения тока. Дополнительно или альтернативно, первое пороговое значение тока может зависеть от первого выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах в опорном режиме, когда на датчике содержания кислорода в отработавших газах отсутствует вода, а второе пороговое значение может зависеть от второго выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме РН, когда вода присутствует на датчике содержания кислорода в отработавших газах. Дополнительно или альтернативно, второе пороговое значение тока может быть выше, чем первое пороговое значение тока. Дополнительно или альтернативно, контроллер может включать в себя инструкции для оценки воздушно-топливного отношения при работе датчика содержания кислорода в отработавших газах в опорном режиме. Дополнительно или альтернативно, контроллер может включать в себя инструкции для оценки влажности окружающей среды при работе датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме РН.
Перейдем на Фиг. 3, где показан способ 300 для регулировки работы двигателя на основании выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах. В особенности, параметр датчика содержания кислорода в отработавших газах (например, ток накачки, мощность нагревателя, изменение тока накачки и т.п.) могут контролировать для определения, было ли разбрызгивание воды (или присутствует ли вода) на датчике содержания кислорода в отработавших газах. При наличии показаний воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах, датчик переводят из режима не-РН в режим РН, в котором его поддерживают до тех пор, пока вода не будет испарена с датчика содержания кислорода в отработавших газах, как раскрыто ниже.
Как раскрыто выше, датчик содержания кислорода в отработавших газах (например, датчик 126 отработавших газов показанный на Фиг. 1 и датчик 200, показанный на Фиг. 2) может быть датчиком РН, выполненный с возможностью работы при пониженном базовом напряжении и при повышенном целевом напряжении. Таким образом, датчик содержания кислорода в отработавших газах может работать в качестве стандартного датчика воздушно-топливного отношения, в котором опорное напряжение датчика поддерживают на уровне пониженного базового напряжения (например, приблизительно 450 мВ), при котором молекулы воды и диоксида углерода не диссоциируют на датчике (упомянутом в данном документе, как работа не-РН). Тогда, при выбранных условиях (как подробно раскрыто ниже), опорное напряжение датчика содержания кислорода в отработавших газах может быть увеличено от пониженного базового напряжения (например, первого напряжения) до повышенного целевого напряжения (например, второго напряжения), при котором молекулы воды и/или молекулы диоксида углерода диссоциированы. В одном из примеров, второе напряжение может находиться в диапазоне приблизительно от 900 до 1100 мВ.
Инструкции для осуществления способа 300, могут быть выполнены посредством контроллера на основании инструкций, хранимых в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше согласно Фиг. 1 и Фиг. 2. Контроллер может использовать исполнительные механизмы двигателя системы двигателя для регулировки работы двигателя, соответственно способам, раскрытым ниже.
Способ 300 начинается на шаге 302 посредством оценки и/или измерения условий работы двигателя. Условия работы двигателя могут включать в себя частоту вращения двигателя и/или нагрузку, температуру двигателя, воздушно-топливное отношение отработавших газов, влажность окружающей среды, температуру окружающей среды, массовый расход воздуха, поток рециркуляции отработавших газов (РОГ), температуру датчика содержания кислорода в отработавших газах, ток накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах, изменение тока накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах, мощность нагревателя датчика содержания кислорода в отработавших газах, температуру датчика содержания кислорода в отработавших газах и т.д.
На шаге 304 способ 300 включает в себя работу датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме не-РН и управление ВТО на основании выходного сигнала датчика в режиме не-РН (или опорном режиме). В связи с этим, работа датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме не-РН включает в себя работу датчика содержания кислорода в отработавших газах при пониженном, первом напряжении (например, приблизительно 450 мВ). Контроллер может быть выполнен с возможностью определения ВТО на основании показаний датчика содержания кислорода в отработавших газах и, соответственно, регулировки впрыска топлива в один или более цилиндров (например, цилиндр 30, представленный на Фиг. 1) в ответ на определенное ВТО.
Например, контроллер может быть выполнен с возможностью определения управляющего сигнала для отправки на исполнительный механизм топливного инжектора, например, ширины импульса сигнала, определяемой на основании определенного ВТО. ВТО может зависеть от показаний датчика содержания кислорода в отработавших газах, когда воды не обнаружено воды на датчике. Контроллер может определять ширину импульса посредством определения, которое непосредственно учитывает определенное ВТО, например, увеличение ширины импульса, когда определенное ВТО более обедненное, чем стехиометрическое. Контроллер может в качестве альтернативы определять ширину импульса на основании вычисления при использовании таблицы преобразования с входными данными о ВТО и выходными данными о ширине импульса.
В другом примере, контроллер может быть выполнен с возможностью оценки ВТО на основании выходных сигналов от одного или более датчиков, соединенных с выхлопным каналом. Например, второй расположенный ниже по потоку датчик (например, датчик 128 содержания кислорода в отработавших газах, показанный на Фиг. 1) может быть соединен с выхлопным каналом (например, выхлопным каналом 48, показанным на Фиг. 1) ниже по потоку от устройства снижения токсичности выбросов (например, устройства 70 снижения токсичности выбросов, показанное на Фиг. 1). В связи с этим, расположенный ниже по потоку датчик может быть любым подходящим датчиком для обеспечения показаний воздушно-топливного отношения отработавших газов, например, УДКОГ, КОГ, НКОГ и т.д.
В одном из вариантов осуществления, расположенный ниже по потоку датчик является датчиком КОГ, выполненным с возможностью обеспечения показаний относительного обогащения или обеднения отработавших газов после прохождения через каталитический нейтрализатор. В связи с этим, датчик КОГ может обеспечивать выходной сигнал в виде точки переключения или сигнала напряжения в точке, в которой отработавшие газы переходят от обедненного к обогащенному уровню.
Контроллер может быть выполнен с возможностью оценки ВТО на основании одного или более датчиков содержания кислорода в отработавших газах и расположенного ниже по потоку датчика. На основании оценки ВТО, контроллером может быть отрегулирован впрыск топлива в цилиндры для поддержания работы при стехиометрическом составе. В качестве примера, контроллер может быть выполнен с возможностью оценки ВТО на основании среднего значения оценки ВТО от расположенного выше по потоку датчика содержания кислорода в отработавших газах и расположенного ниже по потоку датчика. В другом примере, контроллер может быть выполнен с возможностью использования оценки ВТО от расположенного ниже по потоку датчика, как коэффициента коррекции для оценки ВТО от датчика содержания кислорода в отработавших газах, и применения скорректированного ВТО для управления воздушно-топливным отношением. В еще одном примере, датчик содержания кислорода в отработавших газах может быть выполнен с возможностью обеспечения обратной связи для регулировки ВТО ближе к стехиометрическому, а расположенный ниже по потоку датчик может быть выполнен с возможностью обеспечения обратной связи для смещения ВТО к более обогащенному или более обедненному для повышения эффективности каталитического нейтрализатора. В дополнительных примерах, расположенный выше по потоку датчик содержания кислорода в отработавших газах может быть выполнен с возможностью работы таким образом, чтобы управлять внутренним контуром ВТО, а расположенный ниже по потоку датчик содержания кислорода (например, НКОГ) может быть выполнен с возможностью работы таким образом, чтобы управлять внешним контуром ВТО. В данном документе, выходной сигнал от расположенного ниже по потоку датчика может быть использован для внесения незначительных поправок в измерение отношения ВТО, производимое датчиком содержания кислорода в отработавших газах. Таким образом, можно поддерживать надлежащее обогащенное или обедненное состояние каталитического нейтрализатора.
На шаге 306 способ 300 включает в себя определение, присутствует ли разбрызгивание воды на датчик содержания кислорода в отработавших газах. В определенных условиях работы двигателя, например, во время холодного запуска или при образовании конденсата в отработавших газах, может происходить разбрызгивание воды и контакт с датчиком содержания кислорода в отработавших газах. Разбрызгивание воды на датчик содержания кислорода в отработавших газах может привести к попаданию капель воды в полость датчика и непосредственному контакту с ячейкой датчика. Продолжение работы датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме не-РН, после разбрызгивания воды на датчик может привести к деградации датчика. Для уменьшения деградации датчика, контроллер может быть выполнен с возможностью контроля датчика для обнаружения событий разбрызгивания воды и, соответственно, корректировки работы датчика содержания кислорода в отработавших газах, как раскрыто ниже. В данном документе, способ включает в себя указание наличия воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах, размещенном в выхлопном канале двигателя, на основании параметра датчика (например, тока накачки, температуры датчика, мощности нагревателя и т.д.), как раскрыто ниже.
Например, контроллер может контролировать нагреватель (например, нагреватель 207 датчика 200, показанный на Фиг. 2) датчика содержания кислорода в отработавших газах. Если брызги воды присутствуют на датчике содержания кислорода в отработавших газах и попадают в ячейку датчика, может происходить контакт воды с нагревателем. При контакте воды с датчиком содержания кислорода в отработавших газах, температура датчика может уменьшаться. Контроллер может быть выполнен с возможностью контроля температуры датчика содержания кислорода в отработавших газах, и при наличии падения температуры датчика ниже порогового значения температуры, контроллером может быть установлено, что произошло разбрызгивание воды на датчик.
В другом примере, при разбрызгивании воды на датчик, мощность нагревателя датчика содержания кислорода в отработавших газах может уменьшиться. При падении мощности нагревателя до порогового уровня, контроллером может быть установлено, что присутствует разбрызгивание воды на датчик.
В еще одном примере, при разбрызгивании воды на датчик, мощность нагревателя датчика содержания кислорода в отработавших газах может быть автоматически увеличена для повышения температуры датчика. В таком примере, контроллер может быть выполнен с возможностью контроля мощности нагревателя датчика содержания кислорода в отработавших газах. При увеличении мощности нагревателя до определенной выходной мощности, контроллером может быть установлено, что присутствует разбрызгивание воды на датчик.
Также в других примерах, контакт воды с нагревательным элементом может быть указан, когда ток накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах уменьшен на величину порогового значения тока. Например, в то время, когда датчик содержания кислорода в отработавших газах работает в режиме не-РН, датчик может работать при пониженном напряжении, и соответствующий выходной сигнал тока накачки может быть использован для оценки ВТО. Однако, при разбрызгивании воды на датчик, ток накачки датчика может быть уменьшен. В связи с этим, ток накачки может уменьшиться в ответ на снижение концентрации кислорода в потоке воздуха (например, разбрызгивание воды может вызвать уменьшение концентрации кислорода в водяном паре, окружающем датчик). При снижении тока накачки датчика ниже порогового значения тока, контроллером может быть установлено, что произошло событие разбрызгивания воды. В связи с этим, разбрызгивание воды на датчик может быть обнаружено путем контроля сопротивления ячейки Нернста (Rpvs). В данном документе, сопротивление ячейки Нернста используют для вывода температуры датчика. Таким образом, при падении Rpvs ниже порогового значения сопротивления, контроллером может быть выведено, что присутствует падение температуры датчика ниже порогового значения температуры, и, соответственно, определено, что присутствует разбрызгивание воды на элемент датчика. В другом примере, разбрызгивание воды на датчик может быть обнаружено путем контроля сопротивления нагревателя датчика содержания кислорода. В еще одном примере, контроллером может быть обнаружена вода на датчике содержания кислорода в отработавших газах на основании тока накачки датчика в режиме РН. Например, датчик содержания кислорода в отработавших газах может работать в режиме РН, в котором диссоциирована влажность отработавших газов. В связи с этим, ток накачки Iр датчика в режиме РН может быть базовым сигналом, соответствующим количеству кислорода, диссоциированного из воды. При наличии воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах, который находится в режиме РН, за счет разбрызгивания воды, избыток воды будет диссоциирован выше базового уровня, присутствующего в отработавших газах. Таким образом, сигнал тока накачки датчика в режиме РН может быть резко увеличен. В связи с этим, высокие уровни тока накачки могут быть достигнуты только при наличии воды на датчике. Вследствие этого, при резком увеличении тока накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах, контроллером может быть обнаружено наличие воды на датчике.
Если вода не обнаружена на датчике содержания кислорода в отработавших газах (например, отрицательное решение на шаге 306), тогда способ 300 переходит на шаг 310, на котором проверяют время базового изменения в измерении тока накачки (ΔIp). Базовое значение ΔIp может представлять собой количество воды в отработавших газах, обусловленное влажностью (и/или другими водными составляющими в отработавших газах). В некоторых примерах, контроллер может быть выполнен с возможностью оценки базового значения ΔIp в определенных условиях работы двигателя. В качестве примера, контроллер может быть выполнен с возможностью управления датчиком содержания кислорода в отработавших газах для оценки ΔIp при запуске двигателя. В качестве другого примера, контроллер может быть выполнен с возможностью оценки ΔIp периодически (например, после порогового значения продолжительности работы двигателя, порогового количества циклов двигателя и т.п.).
Если это время для измерения базового значения ΔIp (например, положительное решение на шаге 310), то способ 300 переходит на шаг 318. На шаге 318 контроллер управляет датчиком содержания кислорода в отработавших газах в режиме РН, в котором обеспечивают работу датчика на втором, повышенном напряжении и/или модулируют между пониженным, первым напряжением и вторым, повышенным напряжением. В ответ на модуляцию напряжения датчика содержания кислорода в отработавших газах между первым и вторым напряжениями, могут быть сгенерированы первый и второй токи накачки. Первый ток накачки может указывать на количество кислорода в пробе газа, тогда как второй ток накачки может указывать на количество кислорода в пробе газа и количество кислорода, содержащегося в молекулах воды в пробе газа. Контроллер может находить разность между первым и вторым токами накачки для определения базового значения ΔIp. Базовое значение ΔIp отражает количество воды, которое присутствует в отработавших газах. Данное количество воды в отработавших газах может быть связано с влажностью отработавших газов (а не с разбрызгивания избыточной воды на датчик). Контроллер может сохранять базовое значение ΔIp в базе данных для извлечения его позже, и способа завершается.
Если это не время для измерения базового значения ΔIp (например, отрицательное решение на шаге 310), то способ 300 переходит на шаг 320, на котором контроллер продолжает поддерживать работу датчика содержания кислорода в отработавших газах не-РН. Дополнительно, контроллер может быть выполнен с возможностью оценки ВТО на основании выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах, как раскрыто выше. Соответственно, контроллер может быть выполнен с возможностью регулировки впрыска топлива в цилиндры двигателя для поддержания общей работы при стехиометрическом составе. Способ 300 завершается.
Вернемся на шаг 306 способа 300, если контроллером установлено, что присутствует разбрызгивание воды на датчик (например, положительное решение на шаге 306), то способ 300 переходит на шаг 308, на котором датчик переводят в режим РН. Как раскрыто выше, контроллер может быть выполнен с возможностью установления того, что присутствует разбрызгивание воды на датчик содержания кислорода в отработавших газах (или что произошло событие разбрызгивания воды) на основании некоторых условий. Данные условия включают в себя одно или более из следующего: падение температуры датчика содержания кислорода отработавших газов ниже порогового значения температуры, уменьшение мощности нагревателя до порогового уровня и падение тока накачки датчика ниже порогового уровня тока, как было раскрыто ранее. Соответственно, контроллер может быть выполнен с возможностью перевода датчика содержания кислорода в отработавших газах из режима не-РН в режим РН, в котором эксплуатируют датчик при втором, повышенном напряжении и/или модулированном между пониженным, первым напряжением и повышенным, вторым напряжением.
Далее, на шаге 312, способ 300 включает в себя получение токов накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах при первом и втором напряжении. Подобно шагу 318 способа 300, контроллер может быть выполнен с возможностью модулирования напряжения датчика содержания кислорода в отработавших газах между первым и вторым напряжением и генерирования первого и второго тока накачки при соответствующих напряжениях. Кроме того, контроллер может быть выполнен с возможностью определения разности ΔIp между первым и вторым токами накачки. В особенности, значение ΔIp представляет собой изменение тока накачки, когда напряжение датчика содержания кислорода в отработавших газах модулируют между первым и вторым напряжениями, при наличии воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах. Для дифференцирования значения ΔIp по базовому значению ΔIp, определенному на шаге 318, значение ΔIp, генерируемое на шаге 312 (при наличии воды на датчике), в дальнейшем будет упомянуто как второе значение ΔIp.
Далее, на шаге 314, способ включает в себя сравнение второго значения ΔIp с первым или базовым значением ΔIp. Напомним, базовое значение ΔIp представляет собой изменение тока накачки, определяемое при работе датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме РН, когда наличие воды не обнаружено на датчике, а второе значение ΔIp представляет собой изменение тока накачки, определяемое при работе датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме РН, когда обнаружено наличие воды на датчике. В некотором примере, базовое значение ΔIp или базового значения тока датчика содержания кислорода в отработавших газах может быть упомянуто как базовый выходной сигнал датчика содержания кислорода в отработавших газах. В данном документе, базовый выходной сигнал (или базовое значение ΔIp) датчика содержания кислорода в отработавших газах зависит от ожидаемого количества кислорода, диссоциированного из воды, присутствующей в окружающей среде отработавших газов. Вследствие этого, базовое значение ΔIp представляет собой базовые уровни наличия воды в отработавших газах. Однако, когда вода разбрызгивается на датчик содержания кислорода в отработавших газах, избыточная вода будет диссоциироваться свыше базового уровня наличия воды в отработавших газах.
В одном из примеров, контроллер может быть выполнен с возможностью выполнения действий для ускорения испарения воды с датчика содержания кислорода в отработавших газах. Например, контроллер может увеличить мощность нагревателя до определенного уровня для ускорения испарения воды с датчика содержания кислорода в отработавших газах. В некоторых случаях, работа датчика в режиме РН может быть использована для диссоциации дополнительной воды, которая может привести к увеличению испарения, поскольку это приводит к диссоциации воды, присутствующей на датчике. В другом примере, работа датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме РН посредством модуляции рабочего напряжения между первым и вторым напряжениями может привести к ускорению процесса испарения.
На шаге 316 контроллером может быть определено, находится ли второе значение ΔIp в пределах пороговой величины базового значения ΔIp. В одном примере, если второе значение ΔIp находится в пределах 5% или 10% от базового значения ΔIp, то способ 300 переходит на шаг 332, в противном случае способ 300 переходит на шаг 322. В некоторых примерах, контроллером может быть сгенерирована разность d между вторым и базовым значением ΔIp для установления того, находится ли вода на датчике. В качестве примера, контроллером может быть определена разность d между вторым и базовым значением ΔIp и проверено, является ли разность d меньше, чем пороговое значение. Если разность d находится ниже порогового значения, то контроллером может быть определено, что второе значение ΔIp находится в пределах пороговой величины первого или базового значения ΔIp, и, соответственно, способ 300 переходит на шаг 332. Однако, если разность d находится выше порогового значения, то контроллером может быть определено, что второе значение ΔIp не находится в пределах пороговой величины базового значения ΔIp, и способ 300 переходит на шаг 322.
На шаге 322 способ 300 включает в себя установление того, что вода все еще присутствует на датчике содержания кислорода в отработавших газах. Таким образом, способ включает в себя показание воды, все еще присутствующей на датчике содержания кислорода в отработавших газах, на основании того, что второе значение ΔIp находится за пределами порогового значения базового значения ΔIp. За счет данных показаний, контроллером может быть дополнительно отрегулировано одно или более из следующего: работа датчика, либо работа двигателя, на шаге 324. Регулировка датчика и/или работы двигателя на шаге 324 включает в себя продолжение эксплуатации датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме РН на шаге 326. Например, контроллером может быть продолжено модулирование напряжения датчика содержания кислорода в отработавших газах между первым и вторым напряжениями. Дополнительно, контроллер может контролировать первый и второй токи накачки при модуляции напряжения датчика между первым и вторым напряжениями. Например, контроллером может быть продолжено обеспечение работы датчиком в режиме РН и продолжена проверка второго значения ΔIp с базовым значением ΔIp для определения того, присутствует ли вода на датчике или испарилась ли вода от датчика. Кроме того, регулировка датчика и/или работы двигателя на шаге 324 может включать в себя уменьшение потока рециркуляции отработавших газов (РОГ). Например, контроллером может быть уменьшено открытие клапана РОГ, расположенного в канале РОГ, для уменьшения расхода РОГ через выхлопной канал. Таким образом, поток РОГ может быть уменьшен для снижения поступления влаги в отработавшие газы.
На шаге 328 способ 300 включает в себя определение ВТО в отработавших газах на основании выходного сигнала другого датчика. В особенности, контроллером не может быть определено ВТО на основании выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах. Поскольку на датчике содержания кислорода в отработавших газах по-прежнему присутствует вода, контроллером может быть продолжена эксплуатация датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме РН, и не как стандартного датчика воздушно-топливного отношения. Однако, хотя датчик содержания кислорода в отработавших газах не используют в качестве стандартного датчика воздушно-топливного отношения, контроллер может управлять дополнительными датчиками, соединенными с системой двигателя, для определения ВТО. В качестве примера, контроллер может оценивать ВТО на основании выходного сигнала от расположенного ниже по потоку датчика. Расположенный ниже по потоку датчик может являться, в качестве не ограничивающего примера, расположенным ниже по потоку датчиком 128, показанным на Фиг. 1. Как было раскрыто выше, расположенный ниже по потоку датчик может быть линейным датчиком содержания кислорода или УДКОГ, двухрежимным датчиком содержания кислорода или КОГ, НКОГ (нагреваемым КОГ), датчиком NOx, НС или датчиком СО. Контроллер может быть выполнен с возможностью оценки ВТО на основании выходного сигнала от расположенного ниже по потоку датчика, а не от датчика содержания кислорода в отработавших газах, на котором все еще находиться вода. В качестве другого примера, контроллер может быть выполнен с возможностью оценки ВТО на основании выходного сигнала от одного или более датчиков массового расхода и датчиков давления во впускном коллекторе, соединенных с системой двигателя.
На шаге 330 контроллером может быть отрегулирован впрыск топлива на основании ВТО, определенного с использованием датчиков, отличных от датчика содержания кислорода в отработавших газах. Например, контроллером может быть определен управляющий сигнал для отправки исполнительному механизму топливного инжектора, например, ширина импульса сигнала, определенная на основании определенного ВТО. Контроллер может быть выполнен с возможностью определения ширины импульса посредством определения, которое непосредственно учитывает определенное ВТО (например, от расположенного ниже по потоку датчика), например, увеличение ширины импульса с уменьшением ВТО для поддержания работы при стехиометрическом составе. Контроллер может в качестве альтернативы быть выполнен с возможностью определения ширины импульса на основании вычисления при использовании таблицы преобразования или схемы воздушно-топливного отношения с входными данными о ВТО и выходными данными о ширине импульса. Способ 300 возвращается на шаг 316 для продолжения контроля изменения тока накачки (или второго значения ΔIp) и сравнения его с изменением базового значения тока накачки (или первого значения ΔIp), как было раскрыто ранее. В некоторых примерах, контроллер может не использовать дополнительные датчики для оценки ВТО. Тем не менее, контроллер может быть выполнен с возможностью обнаружения ВТО, которое было оценено с использованием датчика содержания кислорода в отработавших газах до разбрызгивания воды на данный датчик. Контроллером может быть использовано это, ранее определенное, ВТО для регулировки впрыска топлива на шаге 330.
Вернемся на шаг 316 способа 300, если второе значение ΔIp находится в пределах порогового значения первого или базового значения ΔIp (например, положительное решение на шаге 316), то способ 300 переходит на шаг 332, на котором способ 300 включает в себя заключение от том, что вода на датчике содержания кислорода в отработавших газах испарилась. Далее, на шаге 334 способ 300 включает в себя регулировку одного или более из следующего: работы датчика, либо работы двигателя на основании установления того, что вся вода испарилась с датчика содержания кислорода в отработавших газах. Регулировка работы датчика и/или двигателя включает в себя возврат датчика содержания кислорода в отработавших газах с работы в режиме РН в режим не-РН или в опорный режим, на шаге 336. Возврат датчика содержания кислорода в отработавших газах в режим не-РН включает в себя управление датчиком при пониженном напряжении и использование датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме не-РН для оценки ВТО на шаге 338. Таким образом, датчик содержания кислорода в отработавших газах может работать только при первом напряжении в режиме, отличном от РН, в ответ на заключение от том, что вода испарилась с датчика. При этом оценку ВТО определяют на основании выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах, работающего в режиме не-РН. Кроме того, поток РОГ через канал РОГ может быть увеличен. Например, контроллер может увеличивать открытие клапана РОГ для увеличения потока РОГ через канал РОГ, на основании установления того, что вода больше не присутствует на датчике. Способ 300 завершается.
Таким образом, раскрытый выше пример способа включает в себя, в ответ на обнаружение воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах, перевод датчика содержания кислорода в отработавших газах из режима работы нерегулируемого напряжения в режим регулируемого напряжения (РН) и регулировку условия работы двигателя в ответ на то, что выходной сигнал датчика содержания кислорода в отработавших газах во время работы в режиме РН превышает выходное базовое значение. Дополнительно или альтернативно, выходное базовое значение может включать в себя базовый ток накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах при работе датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме РН, если отсутствует вода на датчике содержания кислорода в отработавших газах. Дополнительно или альтернативно, выходное базовое значение может зависеть от ожидаемого количества кислорода, диссоциированного из воды, присутствующей в окружающей среде отработавших газов. Дополнительно или альтернативно, перевод датчика содержания кислорода в отработавших газах из режима работы не-РН в режим РН может включать в себя перевод датчика содержания кислорода в отработавших газах от работы при первом опорном напряжении к модулированию напряжения между первым опорным напряжением и вторым опорным напряжением, причем второе опорное напряжение выше первого опорного напряжения. Дополнительно или альтернативно, регулировка условия работы двигателя может включать в себя регулировку впрыска топлива на основании оценки воздушно-топливного отношения (ВТО) датчиком содержания кислорода в отработавших газах в режиме не-РН, когда обнаружен отсутствие воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах. Дополнительно или альтернативно, регулировка условия работы двигателя может дополнительно включать в себя регулировку впрыска топлива на основании оценки ВТО с помощью другого расположенного ниже по потоку датчика, когда вода обнаружена на датчике содержания кислорода в отработавших газах. Таким образом, посредством обеспечения выборочной работы датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме РН, когда происходит событие разбрызгивания воды, деградация датчика может быть уменьшена.
Обратимся теперь на Фиг. 4, где на схеме 400 показан пример связи между режимами работы датчика содержания кислорода в отработавших газах (например, датчика 126 содержания кислорода в отработавших газах, показанного на Фиг. 1 и/или датчика 200, представленного на Фиг. 2) выходным сигналом тока накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах, изменением в базовом токе накачки, управлением воздушно-топливного отношения и профилем впрыска топлива. На графике 402 схемы 400 показана работа датчика содержания кислорода в отработавших газах в одном из двух режимов: режим не-РН и режим РН. На графике 404 показан ток накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах при работе в режиме не-РН (например, базовый ток накачки), а на графике 405 показан ток накачки датчика в режиме РН (например, при втором токе накачки), как раскрыто на Фиг. 2 и Фиг. 3. На графике 408 показано изменение тока накачки ΔIp относительно базового значения ΔIp (штриховая линия 410), когда датчик содержания кислорода в отработавших газах работает в режиме РН. На графике 412 показано наличие события разбрызгивания воды и показано количество воды (график 414) на датчике содержания кислорода в отработавших газах при работе датчика в режиме РН. На графике 416 показана оценка воздушно-топливного отношения на основании выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах (например, УДКОГ), а на графике 426 показана оценка ВТО с использованием другого расположенного ниже по потоку датчика (например, НКОГ). На графике 418 показаны профили впрыска топлива на основании оценки ВТО с использованием как датчика содержания кислорода в отработавших газах, так и расположенного ниже по потоку датчика, а на графике 420 показаны профили впрыска топлива на основании оценки ВТО с использованием только расположенного ниже по потоку датчика. Для каждого из графиков, время отображено по оси х (по горизонтали), тогда как значения каждого соответствующего параметра отображены по оси у (по вертикали).
Между моментами времени t0 и t1 датчик содержания кислорода в отработавших газах работает как стандартный датчик воздушно-топливного отношения. Следовательно, датчик содержания кислорода в отработавших газах работает в режиме 402 не-РН, в котором датчик работает при пониженном напряжении, как раскрыто на Фиг. 2. В режиме не-РН, ток 404 накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах используют для оценки 416 ВТО. В некоторых примерах, ток 404 накачки может представлять собой первый ток накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах, когда датчик работает при первом (пониженном) напряжении. В качестве примера, когда воздушно-топливная смесь обогащена, датчик содержания кислорода в отработавших газах производит ток 404 накачки в «обратном» направлении для потребления свободного топлива. Когда воздушно-топливная смесь обеднена, датчик содержания кислорода в отработавших газах производит ток накачки в противоположном («прямом») направлении для потребления свободного кислорода. Таким образом, датчик содержания кислорода в отработавших газах может быть использован для оценки ВТО. На основании оценки ВТО с использованием тока накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах, профиль 418 впрыска топлива может быть отрегулирован для поддержания работы при стехиометрическом составе. В некоторых примерах, профиль 418 впрыска топлива может быть отрегулирован на основании одного или более из датчиков содержания кислорода в отработавших газах и другого расположенного ниже по потоку датчика. Как было раскрыто выше, система двигателя может содержать дополнительные датчики, установленные по ходу выхлопного канала, которые могут быть использованы для оценки ВТО. Например, датчик НКОГ может быть размещен ниже по потоку от устройства снижения токсичности выбросов, а выходной сигнал датчика НКОГ может быть использован в дополнение к выходному сигналу датчика содержания кислорода в отработавших газах для определения профиля 418 впрыска топлива. В одном из примеров, контроллер может быть выполнен с возможностью оценки ВТО на основании среднего значения оценки ВТО от датчика УДКОГ и датчика НКОГ. В другом из примеров, контроллер может быть выполнен с возможностью использования оценки ВТО от НКОГ как коэффициента коррекции для оценки ВТО от датчика УДКОГ, и применения скорректированного ВТО для управления воздушно-топливным отношением. В еще одном примере, датчик УДКОГ может быть выполнен с возможностью обеспечения обратной связи для регулировки ВТО ближе к стехиометрическому, а датчик НКОГ может быть выполнен с возможностью обеспечения обратной связи для смещения ВТО к более обогащенному или более обедненному для увеличения эффективности каталитического нейтрализатора. Например, расположенный выше по потоку датчик содержания кислорода в отработавших газах может быть выполнен с возможностью работы таким образом, чтобы управлять внутренним контуром ВТО, а расположенный ниже по потоку датчик содержания кислорода (НКОГ) может быть выполнен с возможностью работы таким образом, чтобы управлять внешним контуром ВТО. Датчик НКОГ может быть использован для внесения поправок к измерению датчиком УДКОГ отношения ВТО и, таким образом, может поддерживать надлежащее обогащенное или обедненное состояние каталитического нейтрализатора.
Между моментами времени t1 и t2, ток накачки (404) датчика содержания кислорода в отработавших газах начинает уменьшаться. В данном документе, ток накачки (404) может быть упомянут как базовый ток накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме не-РН, когда на датчике не обнаружена вода. В момент времени t2, происходит падение тока накачки ниже первого порогового значения тока (пунктирная линия 407). Когда это происходит, обнаруживают событие (412) разбрызгивания воды. Например, может происходить разбрызгивание воды на датчик содержания кислорода отработавших газов, вызывающее падение базового значения тока накачки ниже первого порогового значения тока. В данном документе, первое пороговое значение тока зависит от первого выходного сигнала или тока накачки (404) датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме не-РН или опорном режиме, когда на датчике содержания кислорода в отработавших газах вода отсутствует. В некоторых примерах, событие разбрызгивания воды может быть обнаружено на основании температуры датчика, падающей ниже порогового значения температуры.
Если датчик содержания кислорода в отработавших газах продолжает работать в режиме не-РН, даже после обнаружения наличия разбрызгивания воды, может происходить деградация датчика. Для уменьшения деградации датчика, датчик содержания кислорода в отработавших газах не может больше работать в режиме не-РН. Вместо этого, датчик содержания кислорода в отработавших газах может быть переведен из режима не-РН в режим (402) РН в момент времени t2. Таким образом, между моментом времени t2 и t3 датчик содержания кислорода в отработавших газах работает в режиме РН, в котором напряжение датчика модулируют между пониженным, первым и повышенным, вторым напряжениями. Как только напряжение датчика смодулировано между первым и вторым напряжениями, датчик генерирует первый и второй токи накачки на соответствующих напряжениях. В данном документе, на графике 405 показан выходной сигнал тока накачки (первый или второй ток накачки), а разность между вторым током накачки и первым током накачки показана на графике 408.
В режиме РН, ВТО не может быть определено с использованием выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах (см. прямую 416 между моментами времени t2 и t3). Тем не менее, ВТО могут оценить с использованием расположенного ниже по потоку датчика (426), и профиль (420) впрыска топлива может быть отрегулирован на основании оценки ВТО (426) от расположенного ниже по потоку датчика.
Если расположенный ниже по потоку датчик недоступен, то профиль (420) впрыска топлива может быть отрегулирован между заранее определенными пороговыми значениями (422 и 424). Например, нижнее пороговое значение (424) и верхнее пороговое значение (422) могут быть определены на основе ранее измеренного ВТО, когда датчик содержания кислорода в отработавших газах работал в режиме не-РН (например, между моментами времени t0 и t1). Между моментами времени t2 и t3, профиль (420) впрыска топлива может быть отрегулирован между ранее определенными верхним и нижним пороговыми значениями.
Таким образом, после обнаружении воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах, датчик могут не эксплуатировать как стандартный датчик воздушно-топливного отношения. Вместо этого, датчик может быть переведен в режим РН, и в некоторых примерах, могут обеспечивать работу датчика для оценки влажности окружающей среды. В ответ на модуляцию напряжения датчика содержания кислорода в отработавших газах между первым и вторым напряжениями, могут быть сгенерированы первый и второй токи накачки. Первый ток накачки может указывать на количество кислорода в пробе газа, тогда как второй ток накачки может указывать на количество кислорода в пробе газа и количество кислорода, содержащегося в молекулах воды (добавленное за счет разбрызгивания воды) в отработавших газах. Таким образом, изменение 408 тока накачки ΔIp может быть определено путем вычитания первого тока накачки из второго тока накачки. Например, изменение 408 тока накачки ΔIp могут сравнить с изменением 410 базового значения тока накачки. Как было раскрыто выше, базовое значение ΔIp 410 может быть определено в некоторых условиях работы двигателя (например, во время запуска двигателя или после порогового значения продолжительности работы двигателя, или после порогового количества циклов двигателя). Между моментами времени t2 и t3 изменение 408 тока накачки выше, чем базовое значение ΔIp 410, что указывает на то, что вода по-прежнему присутствует на датчике содержания кислорода в отработавших газах (как указано количеством воды, присутствующей на датчике, на графике 414).
Вода на датчике содержания кислорода в отработавших газах может быть испарена (как указано на графике 414). В момент времени t3 изменение 408 тока накачки достигает базового значения ΔIp 410, что указывает на то, что уровни воды в отработавших газах, в основном, равны базовым уровням воды, наличие которых ожидают в отработавших газах. Таким образом, в момент времени t3, может быть сделан вывод, что вода испарена с датчика (или что количество воды на датчике по существу равно ожидаемым уровням воды в отработавших газах), и, соответственно, датчик содержания кислорода в отработавших газах может быть возвращен в режим не-РН, в котором он работает в качестве стандартного датчика воздушно-топливного отношения. Таким образом, между моментами времени t3 и t4 датчик содержания кислорода в отработавших газах может быть использован для оценки ВТО 416, а на основании оценки ВТО может быть соответственно отрегулирован профиль 418 впрыска топлива.
В некоторых примерах, вместо использования изменения тока накачки, контроллером могут быть использованы необработанные значения тока накачки для определения наличия воды на датчике. Например, необработанное значение тока накачки (405) датчика содержания кислорода в отработавших газах при одном или более первом, пониженном напряжении, либо втором, повышенном напряжении, могут контролировать между моментами времени t2 и t3. Пока датчик модулируют между первым напряжением и вторым напряжением в режиме РН между моментами времени t2 и t3, вместо вычисления разности между первым и вторым током накачки, может быть использовано необработанное значение тока накачки для определения, обнаруживается ли по-прежнему наличие воды на датчике. В одном из примеров, необработанное значение тока накачки может включать в себя среднее значение первого тока накачки (при первом напряжении) и второго тока накачки (при втором напряжении). Базовое значение тока накачки (404) датчика в режиме не-РН, может указывать на количество кислорода в пробе газа, в то время как необработанное значение тока накачки (405) датчика в режиме РН может указывать на количество кислорода в пробе газа и количество кислорода, содержащегося в молекулах воды (добавленных за счет разбрызгивания воды) в отработавшем газе.
Например, между моментами времени t2 и t3 второй ток 405 накачки превышает второе пороговое значение тока (пунктирная линия 406). Это указывает на то, что вода по-прежнему присутствует на датчике. В данном документе, первое пороговое значение 407 тока зависит от первого выходного сигнала датчика в режиме не-РН, при отсутствии воды на датчике, а второе пороговое значение 406 тока зависит от второго выходного сигнала датчика в режиме РН, при наличии воды на датчике. Как показано на схеме 400, второе пороговое значение 406 тока выше, чем первое пороговое значение 407 тока. Таким образом, когда второй ток 405 накачки выше второго порогового значения 406 тока, контроллером может быть установлено, что вода по-прежнему присутствует на датчике.
Однако в момент времени t3, при падении второго тока 405 накачки ниже второго порогового значения 406 тока, указывают на то, что вода больше не присутствует на датчике. Как было раскрыто ранее, датчик содержания кислорода в отработавших газах может быть переведен обратно в режим не-РН, в котором он работает как стандартный датчик воздушно-топливного отношения. Таким образом, между моментами времени t3 и t4 датчик содержания кислорода в отработавших газах может быть использован для оценки ВТО 416, а на основании оценки ВТО может быть соответственно отрегулирован профиль 418 впрыска топлива.
Таким образом, посредством обеспечения работы датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме РН, когда вода находится на датчике, деградация датчика может быть уменьшена. Технический эффект перевода датчика из режима не-РН в режим РН при обнаружении воды заключается в том, что параметр датчика в режиме РН используют для определения того, когда вода испарилась с датчика. Таким образом, можно избежать деградации датчика. В дополнение к этому, датчик не может быть использован для определения ВТО, когда вода по-прежнему присутствует на датчике содержания кислорода в отработавших газах, вместо этого оценка ВТО может быть произведена с помощью другого датчика. Таким образом, можно поддерживать управление воздушно-топливным отношением.
Раскрытые выше системы и способы обеспечивают способ, включающий в себя указание на наличие воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах, размещенном в выхлопном канале двигателя, на основании параметра датчика содержания кислорода в отработавших газах, во время работы датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме регулируемого напряжения (РН), в котором опорное напряжение регулируют от пониженного, первого напряжения до повышенного, второго напряжения и регулируют работу датчика и/или работу двигателя в зависимости от указания на наличие воды. В первом примере способа, данный способ может дополнительно или альтернативно предусматривать, что параметр датчика включает в себя изменение тока накачки, когда напряжение датчика содержания кислорода в отработавших газах модулируют между первым напряжением и вторым напряжением. Второй пример способа опционально включает в себя первый пример и дополнительно включает в себя шаг, на котором параметр датчика включает в себя ток накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах, когда датчик содержания кислорода в отработавших газах работает при втором напряжении. Третий пример способа опционально включает в себя один или более из первого и второго примеров, и дополнительно включает в себя указание на наличие воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах в ответ на то, что ток накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах выше порогового значения тока, и причем регулировка работы датчика содержания кислорода в отработавших газах включает в себя эксплуатацию датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме РМ до падения тока накачки ниже порогового значения тока. Четвертый пример способа опционально включает в себя один или более из примеров с первого по третий, и дополнительно включает в себя указание на отсутствие воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах, при падении тока накачки ниже порогового значения тока, и причем регулировка работы датчика содержания кислорода в отработавших газах включает в себя перевод датчика содержания кислорода в отработавших газах из режима РН в режиме не-РН, в котором опорное напряжение регулируют до первого напряжения и поддерживают на уровне первого напряжения. Пятый пример способа опционально включает в себя один или более из примеров с первого по четвертый, и дополнительно предусматривает, что пороговое значение тока основано на базовом значении тока накачки, причем базовое значение тока накачки определяют на основании выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах при работе в режиме РН, при обнаружении отсутствия воды на датчике. Шестой пример способа опционально включает в себя один или более примеров с первого по пятый, и дополнительно предусматривает, что регулировка работы датчика и/или работы двигателя включает в себя уменьшение потока рециркуляции отработавших газов (РОГ), в ответ на превышение током накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах порогового значения тока. Седьмой пример способа опционально включает в себя один или более примеров с первого по шестой, и дополнительно предусматривает, что регулировка работы датчика и/или работы двигателя дополнительно включает в себя увеличение потока РОГ, в ответ на падение тока накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах ниже порогового значения тока. Восьмой пример способа опционально включает в себя один или более примеров с первого по седьмой, и дополнительно предусматривает, что уменьшение потока РОГ включает в себя уменьшение открытия клапана РОГ, размещенного в канале РОГ, а увеличение потока РОГ включает в себя увеличение открытия клапана РОГ.
Системы и способы, раскрытые выше, также предусматривают способ, включающий в себя, в ответ на обнаружение воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах, перевод датчика содержания кислорода в отработавших газах из режима работы нерегулируемого напряжения в режим регулируемого напряжения (РН) и регулировку условия работы двигателя в ответ на то, что выходной сигнал датчика содержания кислорода в отработавших газах во время работы в режиме РН выше базового выходного сигнала. В первом примере способа, данный способ может дополнительно или альтернативно предусматривать, что базовый выходной сигнал включает в себя базовое значение тока накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах, когда датчик содержания кислорода в отработавших газах работает в режиме РН, при отсутствии воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах. Второй пример способа опционально включает в себя первый пример и дополнительно предусматривает, что базовый выходной сигнал зависит от ожидаемого количества кислорода, диссоциированного из воды, присутствующей в окружающей среде отработавших газов. Третий пример способа опционально включает в себя один или более из примеров с первого по второй и дополнительно предусматривает, что перевод датчика содержания кислорода в отработавших газах из режима работы не-РН в работу в режиме РН, включающем в себя перевод датчика содержания кислорода в отработавших газах от работы при первом опорном напряжении к модулированию напряжения между первым опорным напряжением и вторым опорным напряжением, причем второе опорное напряжение выше, чем первое опорное напряжение. Четвертый пример способа опционально включает в себя один или более из примеров с первого по третий и дополнительно предусматривает, что регулировка условия работы двигателя включает в себя регулировку впрыска топлива на основании оценки воздушно-топливного отношения (ВТО) от датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме не-РН, при обнаружения отсутствия воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах. Пятый пример способа опционально включает в себя один или более из примеров с первого по четвертый и дополнительно предусматривает, что регулировка условия работы двигателя дополнительно включает в себя регулировку впрыска топлива на основании оценки ВТО от другого, расположенного ниже по потоку датчика, при обнаружении наличия воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах.
Системы и способы, раскрытые выше, предусматривают систему для двигателя, содержащую датчик содержания кислорода в отработавших газах, соединенный с выхлопным каналом двигателя, и контроллер, включающий в себя машиночитаемые инструкции для: во время работы датчика содержания кислорода в отработавших газах в опорном режиме, в котором опорное напряжение датчика содержания кислорода в отработавших газах поддерживают на уровне пониженного, первого напряжения, обнаружения события разбрызгивания воды, на основании падения первого тока накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах ниже первого порогового значения тока, и перевода датчика содержания кислорода в отработавших газах в режим регулируемого напряжения (РН), в котором опорное напряжение модулируют между первым напряжением и повышенным, вторым напряжением, и поддержания работы в режиме РН до тех пор, пока второй ток накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах не упадет ниже второго порогового значения тока, причем второй ток накачки генерируют при первом напряжении и/или втором напряжении. В первом примере системы, данная система может дополнительно или альтернативно предусматривать, что первое пороговое значение тока зависит от первого выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах в опорном режиме, при отсутствии воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах, а второе пороговое значение зависит от второго выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме РН, при наличии воды на датчике содержания кислорода в отработавших газах. Второй пример системы опционально содержит первый пример и дополнительно предусматривает, что второе пороговое значение тока выше, чем первое пороговое значение тока. Третий пример системы опционально содержит один или более из первого и второго примеров и дополнительно предусматривает, что контроллер содержит инструкции для оценки воздушно-топливного отношения на основании первого выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах при работе датчика содержания кислорода в отработавших газах в опорном режиме. Четвертый пример системы опционально содержит примеры с первого по третий и дополнительно предусматривает, что контроллер содержит инструкции для оценки влажности окружающей среды на основании второго выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах при работе датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме РН.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут осуществляться системой управления, содержащей контроллер, в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другим аппаратным обеспечением двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки необязательно требуется для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрытых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически представлять код, запрограммированный в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, при этом раскрытые действия выполняют путем исполнения инструкций в системе, содержащей разнообразные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящей заявке конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Объект настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая наличие двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в объект настоящего изобретения.