СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ОЦЕНКИ ВНЕШНЕГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ КИСЛОРОДНОГО ДАТЧИКА Российский патент 2019 года по МПК B60W20/10 F01N13/00 F01N9/00 F02D35/00 F02D41/14 F02D41/20 F02D41/22 F02D41/26 F02M35/10 

Область техники

Настоящее изобретение относится, в основном, к способам и системам для управления впускным или выпускным кислородным датчиком двигателя внутреннего сгорания для оценки внешнего давления.

Уровень техники/Краткое изложение

Измерение и/или оценку внешнего давления могут использовать в качестве исходных данных для различных алгоритмов управления автомобилем, в том числе, для управления эксплуатацией двигателя. Например, двигатели могут содержать выделенный автономный датчик атмосферного давления, расположенный во впускном патрубке двигателя (например, в фильтре впускного воздуха или рядом с ним) для измерения внешнего (или барометрического) давления. Однако выделенные датчики внешнего давления могут увеличивать стоимость системы двигателя и сложность управления системой двигателя. Некоторые конструкции трансмиссии двигателя не могут содержать датчик внешнего давления. В этих случаях внешнее давление могут смоделировать на основе условий работы двигателя и/или других измерений при помощи датчика. Однако авторы настоящего изобретения обнаружили, что у таких моделей внешнего давления могут существовать ошибки, которые могут повлиять на другие модели, использующие смоделированное внешнее давление в качестве исходных данных. Кроме того, некоторые модели могут быть ограничены допустимым диапазоном, при котором может быть смоделировано внешнее давление при заданных условиях работы двигателя. В результате может снизиться точность процесса управления двигателем на основе оценок внешнего давления во время работы за пределами допустимого диапазона.

Например, указанные выше проблемы могут быть решены путем использования следующего способа: при движении гибридного автомобиля за счет вращающего момента двигателя оценивают выпускное воздушно-топливное отношение при помощи выпускного кислородного датчика, а при движении транспортного средства за счет вращающего момента мотора, оценивают внешнее давление впускного воздуха при помощи выпускного кислородного датчика. Таким образом, существующий датчик двигателя (например, выпускной кислородный датчик или впускной кислородный датчик) могут использовать для более точной оценки внешнего давления для двигателя, что позволяет увеличить точность управления двигателем на основе оценок внешнего давления.

Например, датчик отработавших газов (например, выпускной кислородный датчик) может размещаться в выпускном патрубке двигателя, и его могут использовать для определения различных компонентов отработавших газов. Двигатель может входить в состав гибридного электромобиля. Когда в двигатель подают топливо, например, когда автомобиль движется за счет вращающего момента двигателя, датчик отработавших газов могут использовать как кислородный датчик с опорным напряжением для предоставления возможности управления воздушно-топливным отношением. Кроме того, датчик могут использовать как кислородный датчик переменного напряжения ПН (VVs) для оценки влажности окружающей среды во то время, когда в двигатель не подают топливо. При работе в режиме ПН опорное напряжение датчика отработавших газов увеличивают от низкого, базового, напряжения (например, приблизительно 450 мВ) до высокого, целевого, напряжения (например, в диапазоне 900-1100 мВ). В некоторых примерах, высокое, целевое, напряжение может представлять собой напряжение, при котором поддерживается полная или частичная диссоциация молекул воды в кислородном датчике, в то время как базовое напряжение представляет собой напряжение, при котором не поддерживается диссоциация молекул воды в датчике. Авторы настоящего изобретения также обнаружили, что датчики отработавших газов имеют характерную зависимость от давления. Так как давление изменяет способность кислорода проходить через диффузионный барьер датчика, изменения внешнего давления могут определить по току откачки на выходе датчика. Таким образом, когда в двигатель не подают топливо, например во время остановки двигателя или во время отключения топлива в режиме замедления, воздействие атмосферного воздуха на датчик отработавших газов при внешнем давлении могут также использовать для оценки внешнего давления. В частности, когда отсутствует подача топлива в двигатель или процесс сгорания, впускной воздух во впускном патрубке двигателя представляет собой атмосферный воздух. Поэтому давление впускного воздуха при этих условиях представляет собой внешнее давление. При этих условиях кислородный датчик могут использовать в качестве датчика давления. В этом случае выходной сигнал кислородного датчика, работающего при более низком опорном напряжении, могут скорректировать на основе оценки влажности окружающей среды. Затем, на основе отклонения скорректированного тока откачки кислородного датчика относительно опорного тока откачки и, кроме того, на основе зависимости показаний датчика от давления, могут определить внешнее давление. Зависимость показаний датчика от давления могут определить заранее на основе реакции датчика на различные давления атмосферного воздуха. Например, внешнее давление могут определить заранее на основе изменения высоты нахождения транспортного средства, по данным показаний альтиметра. Когда возобновляют подачу топлива в двигатель, параметры работы двигателя могут регулировать при помощи контроллера, на основе выполненной оценки внешнего давления.

Таким образом, можно снизить потребность в выделенном датчике внешнего давления, обеспечив экономию по сравнению с использованием автономного датчика давления. Кроме того, можно обеспечить более точный подход для оценки внешнего давления в случае ухудшения существующего датчика внешнего давления. Дополнительно появляется возможность использования информации о давлении, полученной от кислородного датчика, для настройки производительности трансмиссии вместо того, чтобы полагаться на потенциально неточные прогнозы на основе моделей. Технический эффект от использования существующего кислородного датчика для управления воздушно-топливным отношением в период, когда в двигатель подают топливо, и использования того же самого датчика для определения внешнего давления и оценки влажности в период, когда в двигатель не подают топливо, состоит в том, что обеспечивается новый источник для измерения внешнего давления при использовании существующих ранее технических средств. Благодаря зависимости показаний кислородного датчика от давления, можно использовать информацию о давлении на основе данных кислородного датчика, что позволяет подтвердить точность других источников измерения давления (например, существующих датчиков давления).

Следует понимать, что приведенное выше краткое изложение предоставлено для ознакомления в упрощенной форме с выбором концепций, которые далее раскрываются в подробном описании. Краткое изложение не предназначено для идентификации ключевых или основных отличительных признаков предмета настоящего изобретения, определяемого исключительно по формуле изобретения, которая следует за подробным описанием. Кроме того, заявленное существо изобретения не ограничивается реализациями, устраняющими какие-либо указанные выше недостатки или присутствующие в какой-либо части настоящего раскрытия.

Краткое описание иллюстраций

На фиг. 1 показана схема системы двигателя в составе гибридного автомобиля, где система двигателя содержит впускной кислородный датчик и датчик отработавших газов.

На фиг. 2 показана схема кислородного датчика в качестве примера.

На фиг. 3 показана блок-схема способа для работы с кислородным датчиком (датчиками), показанным на фиг. 1 в качестве кислородного датчика в период, когда в двигатель подают топливо, и в качестве датчика давления (и/или датчика влажности) в период, когда в двигатель не подают топливо.

На фиг. 4 показана блок-схема способа для оценки внешнего давления в двигателе при помощи впускного кислородного датчика двигателя или выпускного кислородного датчика двигателя.

На фиг. 5 показана блок-схема способа для оценки влажности окружающей среды.

На фиг. 6 показан график, изображающий зависимость внешнего давления для впускного или выпускного кислородного датчика.

Подробное описание

Следующее раскрытие относится к системам и способам, позволяющим в нужное время оценить внешнее давление заряда воздуха в двигателе, используемом в гибридном электромобиле. Как показано на фиг. 1, двигатель может содержать выпускной кислородный датчик, соединенный с выпускным патрубком двигателя, и/или впускной кислородный датчик, расположенный во впускном патрубке двигателя. При некоторых условиях работы кислородный датчик может функционировать в качестве кислородного датчика переменного напряжения ПН, такого как датчик ПН, показанный на фиг. 2. Выходные сигналы кислородного датчика в форме тока откачки могут использовать для определения воздушно-топливного отношения отработавших газов или содержания кислорода во впускном заряде воздуха, а также использовать для управления воздушно-топливным отношением сгорания. Кроме того, зависимость от давления (фиг. 6) датчиков могут использовать в период, когда датчик находится в окружении только атмосферного воздуха, что позволяет определить внешнее давление атмосферного воздуха, поступающего в двигатель. Например, контроллер может быть выполнен с возможностью управлять таким датчиком как кислородным датчиком, когда в двигатель подают топливо, и как датчиком давления, когда в двигатель не подают топливо (фиг. 3-4). Кроме того, датчик могут использовать как датчик переменного напряжения для оценки влажности окружающей среды (фиг. 5). Контроллер может затем использовать оценку внешнего давления на основе кислородного датчика непосредственно для управления двигателем или использовать ее для подтверждения и/или исправления альтернативной модели внешнего давления. Таким образом, управление двигателем, на основе оценок внешнего давления, могут улучшить в более широком диапазоне условий работы двигателя.

На фиг. 1 показана схема с одним цилиндром многоцилиндрового двигателя 10, входящего в состав силовой установки автомобиля. В изображенном примере двигатель 10 установлен в гибридном электромобиле 100, где колеса автомобиля могут приводиться в движение за счет вращающего момента двигателя, получаемого при помощи двигателя 10 и/или вращающего момента мотора, получаемого при помощи мотора 50.

Двигателем 10 могут управлять, по меньшей мере, частично, посредством системы управления, содержащей контроллер 12, и посредством сигнала от водителя 132 через устройство 130 ввода. В этом примере устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерации пропорционального сигнала положения педали ПП (РР). Камера 30 сгорания (то есть, цилиндр) двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания с расположенным в них поршнем 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 таким образом, чтобы возвратно-поступательные движения поршня могли быть преобразованы во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен, по меньшей мере, с одним ведущим колесом автомобиля через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, стартер двигателя может быть соединен с коленчатым валом 40 при помощи маховика для обеспечения возможности запуска двигателя 10.

Камера 30 сгорания имеет возможность получать впускной воздух от впускного коллектора 44 через впускной патрубок 42 и может выпускать отработавшие газы через выпускной патрубок 48. Впускной коллектор 44 и выпускной патрубок 48 имеют возможность выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 соответственно. В некоторых конструкциях камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.

В этом примере кулачковый привод имеет возможность управлять впускным клапаном 52 и выпускными клапанами 54 при помощи систем 51 и 53 кулачкового привода соответственно. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может содержать один или несколько кулачков и может использовать один или несколько режимов переключения профилей кулачков ППК (CPS), изменения фаз кулачкового распределения ИФКР (VCT), изменения фаз газораспределения ИФГ (VVT) и/или систем изменения высоты подъема клапанов ВПК (VVL), с возможностью управления посредством контроллера 12, для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 могут определить при помощи датчиков 55 и 57 положения соответственно. В альтернативных конструкциях впускным клапаном 52 и/или выпускным клапаном 54 может управлять электропривод клапанов. Например, в качестве альтернативы цилиндр 30 может содержать впускной клапан с возможностью управления при помощи электропривода клапанов и выпускной клапан с возможностью управления при помощи кулачкового привода с использованием систем ППК и/или ИФКР.

В некоторых конструкциях каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одним или несколькими топливными инжекторами для обеспечения подачи топлива. В качестве не ограничивающего примера, цилиндр 30 показан с одним топливным инжектором 66. Показано, что топливный инжектор 66 соединен непосредственно с цилиндром 30 для впрыскивания топлива непосредственно в цилиндр пропорционально ширине импульса впрыска ШИВ (FPW), получаемого от контроллера 12 через электронный преобразователь 68. В этом случае топливный инжектор 66 обеспечивает процесс, известный как прямой впрыск топлива (также называемый здесь ПВ (DI)) в цилиндр 30.

Следует принять во внимание, что в альтернативной конструкции инжектор 66 может представлять собой инжектор распределенного впрыска с возможностью подавать топливо во впускной канал выше по потоку от цилиндра 30. Кроме того, цилиндр 30 может быть выполнен с возможностью получать топливо от нескольких инжекторов, таких как набор инжекторов распределенного впрыска, набор инжекторов прямого впрыска или их комбинации.

Топливный бак в топливной системе 72 может содержать топливо с различными топливными характеристиками, то есть различные топливные составы. Эти различия могут заключаться в различном содержании спирта, в различных октановых числах, в различных значениях теплоты испарения, в различных топливных смесях и/или в их комбинации и т.д. Двигатель может использовать спиртосодержащую топливную смесь, такую как Е85 (состоящую приблизительно из 85% этанола и 15% бензина) или М85 (состоящую приблизительно из 85% метанола и 15% бензина). В качестве альтернативы двигатель может быть выполнен с возможностью работать с другими пропорциями бензина и этанола, хранимых в баке, в том числе, с 100% бензином и 100% этанолом и с переменными их пропорциями, в зависимости от содержания спирта в топливе, заливаемом водителем в бак. Кроме того, могут часто изменять характеристики заливаемого в бак топлива. Например, водитель может наполнить топливный бак топливом Е85 в один день, топливом Е10 в следующий день, и еще через день - топливом Е50. Кроме того, в зависимости от количества и состава топлива, остающегося в баке во время следующей заправки, состав топлива в баке может динамически изменяться.

Повседневные изменения при повторном наполнении бака могут, таким образом, привести к часто изменяемому составу топлива в топливной системе 72, что, в свою очередь, влияет на состав топлива и/или качество топлива, подаваемого инжектором 66. Различные топливные составы, подаваемые инжектором 166, могут здесь упоминаться как вид топлива. Например, различные топливные составы могут быть качественно описаны при помощи значения октанового числа по исследовательскому методу ОЧИМ (RON), процентного содержания спирта, процентного содержания этанола и т.д.

Следует принять во внимание, что в то время как в одной конструкции эксплуатация двигателя может осуществляться посредством впрыска топливной смеси изменяемого состава через инжектор прямого впрыска, в дополнительных конструкциях эксплуатация двигателя может осуществляться при помощи двух инжекторов и изменения относительного количества впрыскиваемого топлива от каждого инжектора. Следует также принять во внимание, что при эксплуатации двигателя с наддувом от устройства наддува, такого как турбонагнетатель или механический нагнетатель (не показано на схеме), предел наддува могут увеличить при увеличении содержания спирта в топливной смеси изменяемого состава.

На схеме, показанной фиг. 1, впускной патрубок 42 может содержать дроссель 62 с пластиной 64 дросселя. В этом конкретном примере контроллер 12 может изменять положение пластины 64 дросселя при помощи сигналов, направляемых на электродвигатель или привод в составе дросселя 62, причем данная конфигурация обычно упоминается как электронное управление дросселем ЭУД (ETC). Таким образом, управление дросселем 62 позволяет изменять количество впускного воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, а также в другие цилиндры двигателя. Контроллер 12 может выбирать положение пластины 64 дросселя на основе сигнала положения дросселя ПД (TP). Впускной патрубок 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для выработки соответствующих сигналов МРВ (MAF) и ДВК (MAP), подаваемых в контроллер 12. В одной из конструкций впускной патрубок 42 может дополнительно содержать датчик 121 влажности для измерения влажности окружающей среды. В другой реализации датчик 121 влажности может дополнительно или в качестве альтернативы быть помещен в выпускной патрубок 48.

Система 88 зажигания может обеспечить искру зажигания в камере 30 сгорания при помощи свечи 92 зажигания по сигналу опережения зажигания ОЗ (SA) от контроллера 12 в соответствии с выбранными рабочими режимами. Хотя в некоторых конструкциях показаны компоненты системы искрового зажигания, камера 30 сгорания или одна или несколько других камер сгорания двигателя 10 могут быть выполнены для работы с воспламенением от сжатия, с использованием или без использования искры зажигания.

Датчик 126 отработавших газов (например, выпускной кислородный датчик) показан в соединении с выпускным патрубком 48 выше по потоку от системы 70 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для определения воздушно-топливного отношения отработавших газов, например, может представлять собой линейный кислородный датчик или УДКОГ (UEGO) (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), бистабильный кислородный датчик или датчик кислорода в отработавших газах ДКОГ (ЭГО), НДКОГ (HEGO) (нагреваемый ДКОГ), датчик NOx, НС или СО.

Датчик может также быть выполнен с возможностью работы в режиме с переменным напряжением в то время, когда в двигатель не подают топливо, для оценки влажности атмосферного воздуха, подаваемого в двигатель. Кроме того, как раскрыто здесь, при отсутствии подачи топлива в двигатель сигнал датчика кислорода в отработавших газах могут использовать для прогнозирования внешнего давления атмосферного воздуха, подаваемого в двигатель. Таким образом, тот же самый датчик могут использовать для оценки нескольких параметров заряда воздуха. Кроме того, оценку давления или влажности, полученную при помощи кислородного датчика, могут использовать для подтверждения точности других источников информации о давлении или влажности (таких как другие датчики давления или влажности).

Показано, что система 70 снижения токсичности отработавших газов установлена в выпускном патрубке 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 может представлять собой трехрежимный катализатор ТРК (TWC), ловушку NOx, различные другие устройства снижения токсичности отработавших газов или комбинацию указанных устройств. В некоторых конструкциях, во время эксплуатации двигателя 10, система 70 снижения токсичности отработавших газов может быть выполнена с возможностью периодически включаться повторно в результате работы, по меньшей мере, одного цилиндра двигателя в пределах некоторого воздушно-топливного отношения.

Кроме того, в раскрытых конструкциях система рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR) может быть выполнена с возможностью направлять требуемую часть отработавших газов из выпускного патрубка 48 во впускной патрубок 44 через патрубок 140 РОГ. Контроллер 12 может изменять количество рециркулирующих отработавших газов, подаваемых к впускному патрубку 44, при помощи клапана 142 РОГ. Датчик 144 РОГ может располагаться внутри патрубка РОГ и может обеспечивать определение одного или нескольких параметров из следующего: давление, температура и концентрация отработавших газов. При некоторых условиях система РОГ может иметь возможность регулировать температуру воздушно-топливной смеси внутри камеры сгорания, таким образом, обеспечивая способ управления выбором времени воспламенения для некоторых режимов сгорания. Кроме того, при некоторых условиях часть отработавших газов может оставаться или может быть уловлена в камере сгорания посредством выбора времени срабатывания выпускного клапана, например, посредством управления механизмом изменения фаз газораспределения.

Линейный кислородный датчик (здесь также упомянутый как впускной кислородный датчик) 172 может размещаться во впускном патрубке, ниже по потоку от впускного дросселя. Впускной кислородный датчик 172 могут использовать для облегчения управления системой РОГ. Кроме того, впускной кислородный датчик могут использовать для оценки содержания кислорода в атмосферном воздухе, поступающем во впускной патрубок. Датчик могут также использовать в режиме работы с переменным напряжением, при отсутствии подачи топлива в двигатель, для оценки влажности атмосферного воздуха, поступающего во впускной патрубок. Кроме того, как раскрыто здесь, при отсутствии подачи топлива в двигатель, сигнал впускного кислородного датчика могут использовать для предсказания внешнего давления атмосферного воздуха, поступающего во впускной патрубок. Таким образом, тот же самый датчик могут использовать для оценки нескольких параметров впускного воздуха. Кроме того, оценку давления или влажности, полученную при помощи кислородного датчика, могут использовать для подтверждения точности других источников информации о давлении или влажности (таких как другие датчики давления или влажности).

На фиг. 1 контроллер 12 показан как микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство 102, порты ввода/вывода 104, электронный носитель данных для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в этом конкретном примере в виде постоянного запоминающего устройства 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к вышеуказанным сигналам, в том числе, данные измерения входного массового расхода воздуха МРВ (MAF) от датчика 120 массового расхода воздуха, температуру хладагента двигателя ТХД (ЕСТ) от температурного датчика 112, присоединенного к охлаждающей рубашке 114, сигнал профиля зажигания СПЗ (PIP) от датчика 118 Холла (или датчика другого типа), соединенного с коленчатым валом 40, положение дросселя ПД (TP) от датчика положения дросселя и сигнал абсолютного давления в коллекторе АДК (MAP) от датчика 122. Контроллер 12 может генерировать сигнал частоты вращения двигателя ЧВД (RPM) на основе сигнала СПЗ.

Память постоянного запоминающего устройства 106 может хранить машиночитаемые данные, представляющие собой инструкции, которые может выполнить процессор 102 для осуществления раскрытых ниже способов, а также других вариантов, подразумеваемых, но не перечисленных явным образом. В качестве примеров способы раскрыты с использованием фиг. 3-5.

Как раскрыто выше, на фиг. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и каждый цилиндр может так же содержать собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливный инжектор, свечу зажигания и т.д.

На фиг. 2 показано схематическое представление примера конструкции кислородного датчика 200, выполненного с возможностью измерения концентрации кислорода (O2) в потоке впускных или отработавших газов. Например, датчик 200 может работать в качестве датчика 126 УДКОГ и/или в качестве впускного кислородного датчика 172, как показано на фиг. 1. Датчик 200 содержит набор слоев из одного или нескольких керамических материалов, скомпонованных в виде пакета. В конструкции, показанной на фиг. 2, пять керамических слоев изображены как слои 201, 202, 203, 204 и 205. Эти слои содержат один или несколько слоев твердого электролита, имеющего возможность пропускать ионизированный кислород. Примеры подходящих твердых электролитов содержат, но без ограничения этим списком, материалы на основе окиси циркония. Кроме того, в некоторых конструкциях нагреватель 207 может располагаться таким образом, чтобы иметь тепловую связь со слоями для увеличения ионной проводимости слоев. В то время как изображенный датчик УДКОГ сформирован из пяти керамических слоев, следует принять во внимание, что датчик УДКОГ может содержать другие подходящие количества керамических слоев.

Слой 202 содержит материал или материалы, могущие создавать путь 210 диффузии. Путь 210 диффузии выполнен с возможностью вводить отработавшие газы в первую внутреннюю полость 222 посредством диффузии. Путь 210 диффузии может быть выполнен с возможностью пропускать один или несколько компонентов отработавших газов, в том числе, но без ограничения этим списком, требуемое анализируемое вещество (например, O2) посредством диффузии во внутреннюю полость 222 с большей предельной скоростью, чем анализируемое вещество может быть откачано внутрь или наружу при помощи пары 212 и 214 электродов откачки. Таким образом, могут получить стехиометрический уровень 02 в первой внутренней полости 222.

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 поддерживать постоянное парциальное давление кислорода, эквивалентное стехиометрическому условию, например, когда уровень кислорода во второй внутренней полости 224 равен уровню, который имели бы отработавшие газы, если бы воздушно-топливное отношение было стехиометрическим. Концентрацию кислорода во второй внутренней полости 224 поддерживают постоянной при помощи напряжения откачки Vp. Здесь вторая внутренняя полость 224 может упоминаться как образцовый нормальный элемент.

Пара измерительных электродов 216 и 218 расположена в соединении с первой внутренней полостью 222 и образцовым нормальным элементом 224. Пара измерительных электродов 216 и 218 выполнена с возможностью обнаруживать градиент концентрации, который может возникнуть между первой внутренней полостью 222 и образцовым нормальным элементом 224 вследствие концентрации кислорода в отработавших газах, большей или меньшей стехиометрического уровня. Причиной высокой концентрации кислорода может быть обедненная смесь отработавших газов, в то время как причиной низкой концентрации кислорода может быть обогащенная смесь.

Пара электродов 212 и 214 откачки расположена в соединении с внутренней полостью 222 и выполнена с возможностью электрохимически откачивать выбранную газовую составляющую (например, O₂) из внутренней полости 222 через слой 201 наружу из датчика 200. В качестве альтернативы пара электродов 212 и 214 откачки может быть выполнена с возможностью электрохимически откачивать выбранный газ через слой 201 во внутреннюю полость 222. Здесь пара электродов 212 и 214 откачки может упоминаться как элемент откачки O₂.

Электроды 212, 214, 216 и 218 могут быть выполнены из различных подходящих материалов. В некоторых конструкциях электроды 212, 214, 216, и 218 могут быть, по меньшей мере, частично, выполнены из материала, катализирующего диссоциацию молекулярного кислорода. Примеры таких материалов содержат, но без ограничения этим списком, электроды, содержащие платину и/или серебро.

Процесс электрохимической откачки кислорода из внутренней полости 222 или в нее содержит приложение напряжения Vp (например, опорного напряжения) к паре электродов 212 и 214 откачки. Напряжение откачки Vp, приложенное к элементу откачки 02, позволяет выполнить откачку кислорода в первую внутреннюю полость 222 или из нее для того, чтобы поддерживать стехиометрический уровень кислорода в полости элемента откачки. Результирующий ток откачки Ip пропорционален концентрации кислорода в анализируемом заряде воздуха (или в отработавших газах, когда датчик представляет собой датчик отработавших газов, или во впускном воздухе, когда датчик представляет собой впускной кислородный датчик). Система управления (не показанная на фиг. 2) выполнена с возможностью генерировать сигнал тока откачки Ip как функцию от величины приложенного напряжения откачки Vp, необходимого для поддержания стехиометрического уровня внутри первой внутренней полости 222. Таким образом, бедная смесь обеспечивает откачку кислорода из внутренней полости 222, а богатая смесь обеспечивает откачку кислорода во внутреннюю полость 222.

Следует принять во внимание, что раскрытый здесь кислородный датчик представляет собой только пример конструкции датчика УДКОГ или впускного кислородного датчика, и другие реализации датчиков УДКОГ или впускных кислородных датчиков могут иметь дополнительные и/или альтернативные отличительные признаки и/или конструкции.

Кроме того, кислородный датчик, показанный на фиг. 2, могут выполнить для работы в качестве кислородного датчика переменного напряжения, с возможностью работать при первом, более низком, напряжении (например, первом опорном напряжении), когда молекулы воды не диссоциированы, и при втором, более высоком, напряжении (например, втором опорном напряжении), когда молекулы воды полностью диссоциированы. По существу, второе напряжение выше, чем первое напряжение.

Как раскрыто ниже, кислородный датчик, показанный на фиг. 2, могут преимущественно использовать для оценки внешнего давления, а также влажности атмосферного воздуха, проходящего через впускной патрубок двигателя. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что кислородные датчики имеют характерную зависимость от давления. Так как давление изменяет способность кислорода проходить через диффузионный барьер датчика, изменения давления (например, изменения внешнего давления) в окружающей датчик среде (например, атмосферный воздух во впускном патрубке и двигателе) могут быть выражены через выходной ток откачки в датчике. В частности, авторы настоящего изобретения выяснили, что состояние отключения двигателя в гибридном автомобиле обеспечивает возможность создавать вокруг датчика УДКОГ и/или вокруг впускного кислородного датчика условия с давлением и влажностью атмосферного воздуха. В этом случае зависимость датчика от давления можно использовать для оценки давления атмосферного воздуха. В частности, в условиях отключенного двигателя впускной воздух имеет внешнее давление, но также и газы в выпускной системе имеют внешнее давление. Это верно до тех пор, пока двигатель выключен или работает при более низкой частоте вращения (например, при частоте вращения двигателя ниже пороговой частоты вращения, например, ниже 4000 об/мин). Так как датчик УДКОГ окружен атмосферным воздухом с внешним давлением, то во время выполнения этого условия концентрация кислорода, оцененная при помощи датчика УДКОГ, будет коррелировать с внешним давлением. Аналогичным образом впускной кислородный датчик пригоден для оценки давления атмосферного воздуха во время выполнения вышеуказанных условий. В частности, когда отсутствует подача топлива двигатель или процесс сгорания, и если частота вращения двигателя ниже пороговой частоты вращения, впускной воздух во впускном патрубке двигателя обладает характеристиками атмосферного воздуха. Поэтому внешнее давление впускного воздуха в двигателе при выполнении указанных условий соответствует (и точно равно) внешнему давлению воздуха, окружающего двигатель. При выполнении таких условий кислородный датчик пригоден для использования в качестве датчика внешнего давления.

Внешнее давление, определенное на основании данных кислородного датчика, можно также использовать, чтобы подтвердить, исправить или заменить значение смоделированного внешнего давления, определенное при помощи модели внешнего давления или выделенного датчика внешнего давления (такого как датчик атмосферного давления АД (BP), соединенный с впускным патрубком ниже по потоку от воздушного фильтра). Например, модель внешнего давления позволяет оценить внешнее давление на основе дополнительных условий работы двигателя (отличных от данных кислородного датчика). Однако смоделированная оценка может иметь меньшую точность по сравнению с оценкой при помощи кислородного датчика, особенно когда условия работы двигателя находятся вне заданных границ (например, заданных условий работы двигателя) для моделирования значения внешнего давления с использованием выбранных условий работы двигателя. Ошибки в моделировании значения внешнего давления могут привести к ошибкам в других моделях управления двигателем и/или в программах управления двигателем, использующих смоделированное значение внешнего давления в качестве исходных данных, что приводит к уменьшению точности управления двигателем. Определение внешнего давления на основе данных кислородного датчика, как раскрыто выше и, как объяснено более подробно ниже, может обеспечить более точную оценку внешнего давления, что позволит увеличить точность управления двигателем.

В другом примере выпускной кислородный датчик (например, датчик УДКОГ, показанный на фиг. 2, и/или датчик 126 отработавших газов, показанный на фиг. 1) могут использовать в качестве традиционного кислородного датчика (например, в качестве датчика воздушно-топливного отношения), при более низком, первом, опорном напряжении (например, приблизительно 450 мВ). Это более низкое напряжение может быть упомянуто здесь как базовое опорное напряжение. Другими словами, датчиком УДКОГ могут управлять как датчиком воздушно-топливного отношения, чтобы определить воздушно-топливное отношение газов в выпускной системе. В некоторых примерах оценку содержания этанола в топливе, сожженном в двигателе (например, оценку EtOH), могут выполнить на основе воздушно-топливного отношения.

В другом примере впускной кислородный датчик (например, впускной кислородный датчик, показанный на фиг. 2, и/или линейный кислородный датчик 172, показанный на фиг. 1) могут использовать в качестве традиционного кислородного датчика при более низком, первом, опорном напряжении (например, приблизительно 450 мВ). Это более низкое напряжение может быть упомянуто здесь как базовое опорное напряжение. Другими словами, линейным кислородным датчиком могут управлять как кислородным датчиком, для определения воздушно-топливного отношения продуктов сгорания.

Кроме того, все как впускные, так и выпускные кислородные датчики могут использовать для оценки влажности окружающей среды, при работе в режиме переменного напряжения (ПН). При работе в режиме ПН опорное напряжение кислородного датчика увеличивают с более низкого, базового, напряжения (например, приблизительно 450 мВ, также упоминаемого здесь как номинальные условия) до более высокого, целевого, напряжения (например, в диапазоне 900-1100 мВ). В некоторых примерах, более высокое, целевое, напряжение может представлять собой напряжение, позволяющее молекулам воды частично или полностью диссоциировать в кислородном датчике, в то время как базовое напряжение представляет собой напряжение, при котором молекулы воды не диссоциируют в датчике.

Таким образом, на фиг. 1 и 2 показана система автомобиля, содержащая колеса, двигатель для приведения в движение колес посредством передачи вращающего момента двигателя, мотор для приведения в движение колес посредством передачи вращающего момента мотора, кислородный датчик, соединенный с выпускным патрубком двигателя и контроллер. Контроллер может быть выполнен с возможностью исполнять машиночитаемые инструкции, хранимые в долговременной памяти, для регулирования работы двигателя, на основе внешнего давления впускного воздуха, проходящего через впускной патрубок двигателя, причем внешнее давление оценивают во время состояния отсутствия подачи топлива в двигатель, на основе данных кислородного датчика при опорном напряжении, где молекулы воды не диссоциированы, и, дополнительно, используя значение влажности окружающей среды и коэффициент преобразования. Например, внешнее давление (то есть, давление атмосферного воздуха, поступающего в двигатель), могут оценить при помощи кислородного датчика (используемого в качестве датчика давления) в то время, когда частота вращения двигателя не превышает пороговое значение частоты вращения, а колеса транспортного средства приводят в движение за счет вращающего момента мотора. Контроллер может содержать инструкции для корректировки данных кислородного датчика при опорном напряжении, на основе влажности окружающей среды (оцениваемой при помощи того же самого кислородного датчика). Кроме того, система автомобиля может содержать датчик давления, соединенный с впускным патрубком двигателя, причем контроллер содержит дополнительные команды для оценки внешнего давления при помощи датчика давления, когда существует подача топлива в двигатель. В этом случае контроллер может диагностировать датчик давления на основе данных кислородного датчика, когда обнаружение контроллером ухудшения показаний датчика давления основано на внешнем давлении, оцениваемом при помощи датчика давления относительно внешнего давления, оцениваемого при помощи кислородного датчика. Здесь опорное напряжение может представлять собой более низкое напряжение, когда молекулы воды не диссоциированы в кислородном датчике, причем контроллер содержит дополнительные команды для оценки влажности окружающей среды при низкой частоте вращения двигателя, на основе различия показаний кислородного датчика при модуляции опорного напряжения между более низким напряжением и более высоким напряжением, когда молекулы воды диссоциированы в кислородном датчике. В данном случае показания кислородного датчика содержат значение тока откачки после приложения опорного напряжения (более высокого или более низкого напряжения, в зависимости от конкретного случая).

На фиг. 3 показан способ 300 работы с кислородным датчиком, изображенном на фиг. 1-2, как с кислородным датчиком во время выбранных условий и как с датчиком характеристик окружающей среды (в том числе, как с датчиком влажности или датчиком внешнего давления) во время других условий. Способ позволяет использовать тот же самый датчик для оценки или подтверждения различных параметров работы двигателя. Контроллер, такой как контроллер 12 показанный на фиг. 1, может реализовывать способ 300 и другие раскрытые здесь способы, согласно инструкциям, сохраненным в памяти контроллера.

Способ 300 начинается на шаге 302 с оценки и/или измерения условий работы двигателя и автомобиля. Условия работы автомобиля могут содержать требуемый водителем вращающий момент, скорость автомобиля, текущую нагрузку двигателя, уровень наддува, частоту вращения двигателя, воздушно-топливное отношение в выпускной системе, температуру двигателя, влажность окружающей среды, внешнее давление, массовый расход воздуха, расход РОГ, впускное давление и т.д. На шаге 304 способ содержит определение режима работы для гибридного электромобиля, на основе предполагаемых условиях работы. Например, в ответ на требуемый водителем вращающий момент, меньший первого порогового значения, автомобиль могут эксплуатировать в режиме электропривода, когда колеса автомобиля имеют возможность приводиться в движение только за счет вращающего момента мотора. В другом примере, в ответ на требуемый водителем вращающий момент, превышающий первое пороговое значение, автомобиль могут эксплуатировать в режиме привода от двигателя, когда колеса автомобиля имеют возможность приводиться в движение только за счет вращающего момента двигателя. Кроме того, в ответ на требуемый водителем вращающий момент, превышающий второе пороговое значение, где второе пороговое значение больше первого порогового значения, автомобиль могут эксплуатировать в режиме помощи, когда колеса автомобиля имеют возможность приводиться в движение и за счет вращающего момента мотора, и за счет вращающего момента двигателя.

На шаге 306 подтверждают, работает ли двигатель и приводится ли автомобиль в движение, по меньшей мере, частично, за счет вращающего момента двигателя (например, в режиме привода от двигателя и в режиме помощи). Если двигатель используют для движения автомобиля, на шаге 308 могут определить, отсутствует ли подача топлива. Например, состояние отсутствия подачи топлива может существовать во время события отключения подачи топлива при замедлении ОПТЗ (DFSO), например, когда автомобиль тормозят или движение автомобиля происходит по инерции. Если состояние отсутствия подачи топлива в двигатель подтверждено, способ переходит к шагу 314, чтобы использовать подходящую ситуацию для оценки влажности окружающей среды при помощи кислородного датчика. Как показано на фиг. 5, кислородным датчиком управляют в режиме переменного напряжения (ПН) для определения влажности атмосферного воздуха на основе тока откачки, создаваемого впускным или выпускным кислородным датчиком как при первом, более низком, так и при втором, более высоком, опорном напряжении. Оценку влажности окружающей среды могут затем использовать для регулирования работы двигателя.

С другой стороны, если на шаге 308 условия подачи топлива в двигатель подтверждены, способ переходит к шагу 310 и продолжает управлять впускным кислородным датчиком и/или датчиком отработавших газов для оценки содержания кислорода в заряде воздуха, проходящем через датчик. Это позволяет использовать датчик в качестве датчика воздушно-топливного отношения.

Указанную оценку осуществляют при помощи контроллера, управляющего выпускным кислородным датчиком (например, кислородными датчиками 126 или 200, изображенными на фиг. 1-2) как датчиком воздушно-топливного отношения и/или управляющего впускным кислородным датчиком (например, кислородными датчиками 172 или 200, изображенными на фиг. 1-2) и измеряющего первый ток откачки ТО (IP), полученный при более низком, первом опорном напряжении, приложенном к кислородному датчику. Более низкое, первое, опорное напряжение может представлять собой опорное напряжение, достаточно низкое для того, чтобы водяной пар и углекислый газ не диссоциировали (например, приблизительно 450 мВ). Первый ток откачки кислородного датчика при первом опорном напряжении может относительно мало зависеть от изменений влажности окружающей среды или концентрации этанола в топливе, потому что водяной пар и углекислый газ не диссоциированы. Таким образом, значение первого тока откачки может быть непосредственно связано с содержанием кислорода в заряде воздуха, и, таким образом, с воздушно-топливным отношением смеси для сгорания. Затем контроллер может перейти к шагу 312 для оценки воздушно-топливного отношения на основе тока откачки, измеренного на шаге 310. Например, контроллер может оценить воздушно-топливное отношение на основе отклонения тока откачки от опорной точки, когда топливо не подавали к двигателю, например, во время события отключения подачи топлива при замедлении (ОПТЗ).

Если на шаге 306 определяют, что двигатель не включен и что транспортное средство может двигаться за счет вращающего момента мотора (например, в режиме электропривода), то на шаге 320 определяют, находятся ли условия работы в границах допустимого диапазона для определения влажности при помощи кислородного датчика. Например, частота событий ОПТЗ может быть нерегулярной и несогласованной, поскольку ОПТЗ требует подтверждения необходимого состояния автомобиля. Это уменьшает возможность использования кислородного датчика для определения влажности во время событий ОПТЗ. Кроме того, оценка влажности посредством работы выпускного УДКОГ в режиме ПН может потребовать события ОПТЗ достаточной продолжительности, которая еще больше сокращает доступность условий для определения влажности. Для того чтобы предоставлять информацию о влажности чаще, требуются дополнительные периоды для определения влажности, не основанные на событиях ОПТЗ. Одна такая возможность существует во время уменьшения частоты вращения двигателя, когда гибридный автомобиль переходит от работы в режиме привода от двигателя к работе в режиме электропривода. В этом случае, при уменьшении частоты вращения двигателя, процесс сгорания прекращают и уменьшают частоту вращения двигателя, переводя его в нерабочее состояние. Во время уменьшения частоты вращения двигателя впускной воздух проходит через впускной коллектор и выпускной коллектор, удаляя отработавшие газы. Следовательно, и впускной кислородный датчик, и выпускной УДКОГ находятся в окружении атмосферного воздуха, что обеспечивает возможность для измерения влажности. Однако двигатель, имеющий низкую частоту вращения (например, меньше 4000 об/мин), не может обеспечить достаточное количество атмосферного воздуха, и поэтому пороговое значение частоты вращения двигателя применимо к допустимым условиям для измерения влажности.

Таким образом, на шаге 320, если допустимый период для измерения влажности подтвержден (то есть, если транспортное средство работает в режиме электропривода, и частота вращения двигателя превышает пороговое значение частоты вращения), способ переходит к шагу 322, чтобы использовать подходящую ситуацию и оценить влажность окружающей среды при помощи кислородного датчика. Как указано в отношении фиг. 5, кислородный датчик используют в режиме переменного напряжения (ПН) для определения влажности атмосферного воздуха на основе тока откачки, создаваемом во впускном или выпускном кислородном датчике при первом, более низком, и втором, более высоком, опорном напряжении. В частности, оценка влажности окружающей среды может содержать последовательное приложение первого, более низкого, и второго, более высокого, опорного напряжения к кислородному датчику и оценку влажности окружающей среды на основе первого тока откачки, выдаваемого датчиком при приложении первого напряжения, относительно второго тока откачки, выдаваемого датчиком при приложении второго напряжения. Здесь, первое напряжение представляет собой напряжение, при котором молекулы воды не диссоциированы в датчике, в то время как второе напряжение представляет собой напряжение, при котором молекулы воды диссоциированы в датчике. Оценку влажности окружающей среды могут затем использовать для регулирования работы автомобиля, например, для регулирования работы двигателя, когда автомобиль переводят в режим привода от двигателя.

Если допустимый период для измерения влажности не подтвержден, на шаге 324 программа содержит получение значения влажности окружающей среды на основе значения оценки из дополнительного источника, такого как выделенный датчик влажности, соединенный с впускным патрубком. В качестве альтернативы влажность окружающей среды могут смоделировать или предсказать на основе условий работы автомобиля. После шагов 322 или 324 способ переходит к шагу 326, где определяет, требуется ли оценка внешнего давления. Например, оценка внешнего давления может потребоваться через каждое пороговое значение пройденного расстояния или продолжительности движения автомобиля. В другом примере оценка внешнего давления может потребоваться, если прошло пороговое значение времени, начиная от момента последней оценки внешнего давления. Если оценка внешнего давления не требуется, программу заканчивают, и кислородный датчик не используют до возобновления работы двигателя.

Если требуется оценка внешнего давления, то на шаге 328 определяют, был ли кислородный датчик калиброван для зависимости от давления. Таким образом, определяют, были ли уже сформированы коэффициент или функция, соответствующие зависимости от давления заданного впускного кислородного датчика и/или датчика отработавших газов. Например, зависимость от давления могут получить во время предшествующей эксплуатации двигателя (по тому же самому ездовому циклу или нескольким ездовым циклам) на основе отклика датчика на различные значения давления атмосферного воздуха, как раскрыто в отношении фиг. 6. Функцию зависимости от давления могут сохранить в памяти контроллера и получить из этой памяти при наличии. Если датчик не был калиброван, на шаге 330 способ продолжает калибровать датчик и формировать его зависимость от давления.

Затем, на шаге 332 контроллер использует кислородный датчик в качестве датчика давления для оценки внешнего давления атмосферного воздуха, поступающего в двигатель, используя впускной или выпускной кислородный датчик, как раскрыто в подробностях выше в отношении фиг. 4. Авторы настоящего изобретения выяснили, что состояние выключенного двигателя в гибридном автомобиле обеспечивает возможность использования зависимости давления, измеренного кислородным датчиком, от внешнего давления. В состоянии отключения двигателя, когда нет процесса сгорания, выхлопная система находится под внешним давлением. Это верно до тех пор, пока двигатель выключен или работает при низкой частоте вращения, ниже порогового значения частоты вращения (например, ниже 4000 об/мин). Во время этих условий датчик отработавших газов окружен атмосферным воздухом, имеющим внешнее давление. Таким образом, концентрация кислорода, оцененная при помощи указанного датчика во время этих условий, может коррелировать с внешним давлением после компенсации показаний значения кислорода с учетом влажности окружающей среды. После внесения поправки на влажность, значение количества кислорода в окружающем воздухе может измениться только на основе изменения внешнего давления. Поэтому внешнее давление могут оценить на основе разницы между скорректированным током откачки в датчике и опорным током откачки, и, дополнительно, на основе найденной зависимости указанного датчика от давления. Другими словами, выходной сигнал кислородного датчика могут использовать во время выбранных условий для оценки внешнего давления атмосферного воздуха.

Как раскрыто ниже, оценка внешнего давления содержит приложение опорного напряжения к кислородному датчику в период, когда в двигатель не подают топливо (например, приложение первого, более низкого, опорного напряжения, когда молекулы воды не диссоциированы в кислородном датчике), коррекцию значения тока откачки в кислородном датчике (после приложения опорного напряжения) на основе влажности окружающей среды и оценку внешнего давления на основе скорректированного тока откачки и коэффициента преобразования, позволяющего пересчитать скорректированный ток откачки в эквивалентное внешнее давление. Коэффициент преобразования основывают на найденной зависимости от внешнего давления для используемого кислородного датчика. Как раскрыто выше, значение влажности окружающей среды могут сформировать, используя выходной сигнал того же самого кислородного датчика или альтернативного выделенного датчика влажности.

После оценки внешнего давления способ переходит к шагу 334 для регулирования работой автомобиля на основе оцененного внешнего давления. Например, во время последующей эксплуатации двигателя контроллер, на основе оценки внешнего давления, может регулировать работу другого датчика, моделей и операций, зависящих от значения внешнего давления. Регулирование работы двигателя может содержать, в качестве неограничивающих примеров, одну или несколько регулировок подачи топлива в двигатель, заряда воздуха, поступающего в двигатель, и наддува двигателя. Таким образом, контроллер может регулировать работу двигателя в то время, когда движение гибридного автомобиля происходит за счет вращающего момента двигателя, на основе значения внешнего давления впускного воздуха, оцененного в то время, когда движение гибридного автомобиля происходило за счет вращающего момента мотора.

Таким образом, при движении гибридного автомобиля за счет вращающего момента двигателя воздушно-топливное отношение смеси сгорания могут оценить при помощи кислородного датчика. Затем, при движении гибридного автомобиля за счет вращающего момента мотора (и в то время, когда частота вращения двигателя меньше порогового значения частоты вращения, например, во время остановки двигателя), внешнее давление впускного воздуха, подаваемого в двигатель, могут оценить при помощи того же самого кислородного датчика. Здесь кислородный датчик может представлять собой датчик из числа следующих: датчик отработавших газов, установленный в выпускном патрубке двигателя гибридного автомобиля, выше по потоку от выпускного катализатора, или впускной кислородный датчик, соединенный с впускным патрубком двигателя, ниже по потоку от впускного дросселя.

На фиг. 4 показан способ 400 в качестве примера использования кислородного датчика, показанного на фиг. 1-2, в качестве датчика давления для оценки внешнего давления. Способ, показанный на фиг. 4, могут выполнить как часть способа, показанного на фиг. 3, например, на шаге 332.

На шаге 402 способ содержит подтверждение, что условия работы находятся в границах допустимого диапазона для оценки давления. Например, условия для оценки внешнего давления подтверждены, если гибридный автомобиль работает в режиме электропривода с отключенным двигателем или с двигателем с частотой вращения ниже порогового значения частоты вращения (например, ниже 4000 об/мин). Если условия не подтверждены, программу завершают, и кислородные датчики продолжают использовать в качестве кислородных датчиков при возобновлении работы двигателя.

После подтверждения условий для оценки внешнего давления, на шаге 404, способ содержит использование выпускного кислородного датчика и/или впускного кислородного датчика при первом, более низком, опорном напряжении Vs (например, 450 мВ) и измерение тока откачки 1р, созданного кислородным датчиком. Здесь первое опорное напряжение представляет собой напряжение, при котором молекулы воды не диссоциированы.

Затем, на шаге 406, корректируют значение 1р, полученное при помощи кислородного датчика, на основе влажности окружающей среды. По существу, значение концентрации кислорода, определенное в атмосферном воздухе и обусловленное влажностью, может быть получено уже сейчас, на основе предшествующего измерения влажности, выполненного тем же самым кислородным датчиком (при работе в режиме ПН), или благодаря дополнительному источнику, такому как выделенный датчик влажности. Как только эффект влияния влажности на показания кислородного датчика скомпенсирован, можно определить истинное значение содержания кислорода в атмосферном воздухе. Теперь это значение может изменяться только в зависимости от внешнего давления, поэтому по этим данным могут определить внешнее давление.

На шаге 408 из памяти контроллера получают функцию (К) зависимости показаний датчика от давления. Как указано в отношении фиг. 7, эту функцию могли сформировать ранее на основе изменений показаний кислородного датчика в зависимости от различных значений давления атмосферного воздуха. Зависимость показаний датчика от давления могли сформировать ранее или это могло быть первоначально хранимое значение для требуемого датчика. По существу, флаг зависимости от внешнего давления могут установить в качестве реакции на разные состояния. Например, требование определения зависимости от внешнего давления могут инициировать в качестве реакции на изменение высоты, что могут определить при помощи такого устройства как датчик альтиметра или датчик АД двигателя. Информацию о высоте могут также получить различными другими способами, такими как получение информации из облачного хранилища данных, с использованием хранимой картографической информации (например, в навигационной системе автомобиля), путем обмена данными между автомобилями (V2V), имеющими информацию о высоте, посредством связи с носимыми устройствами или другими вспомогательными устройствами, имеющими информацию о высоте. Другие триггеры для установки флага зависимости от внешнего давления содержат изменение влажности, достаточно значительное для того, чтобы появилась необходимость другого измерения давления. Это вызвано тем, что более влажный воздух имеет меньшую плотность по сравнению с сухим воздухом. Аналогичным образом, при достаточно значительных изменениях температуры требуется проведение других измерений, так как теплый воздух имеет меньшую плотность по сравнению с холодным воздухом.

Поставщик автомобилей может отсортировать различные кислородные датчики двигателя перед установкой в автомобиль на основе К-фактора датчика. Эта информация должна храниться в памяти контроллера и считываться из нее. В качестве примера, могут использовать одно из уравнений для определения К-фактора некоторого кислородного датчика: I_p(р) = I_p(p_o) * р / (р+k) * (k+p_o) / p_o;

где I_p (р) - ток откачки при давлении р, I_p(p_o) - ток откачки при давлении p_o, p_o - давление 1,013 бар, и р - испытательное давление.

Затем, на шаге 410 способ содержит оценку внешнего давления атмосферного воздуха, на основе зависимости датчика от давления и, дополнительно, на основе разницы значения тока откачки, полученного при помощи кислородного датчика (IPmeas) и компенсированного относительно влажности, и значения опорного тока откачки, полученного при помощи указанного датчика (IPref). В частности, внешнее давление могут определить согласно уравнению: Amb_bp = (IPmeas - Ipref) * К, где Amb_bp представляет собой внешнее давление, а К представляет собой фактор зависимости от давления. По существу, К представляет собой коэффициент преобразования или фактор, позволяющий пересчитать значение тока откачки в значение эквивалентного давления. После определения внешнего давления на шаге 412, контроллер может осуществлять регулирование работы двигателя на основе внешнего давления.

Кроме того, могут использовать оценку внешнего давления, выведенную на основе данных кислородного датчика для того, чтобы подтвердить точность или исправить данные других источников информации о давлении. Например, оценку внешнего давления, полученную при помощи выделенного датчика давления, соединенного с впускным патрубком двигателя, могут сравнить с оценкой внешнего давления, выведенной на основе данных кислородного датчика. На основе несоответствия указанных данных могут подтвердить или обновить значение давления, полученное при помощи указанного датчика. Кроме того, деградацию датчика давления могут обнаружить на основе указанного несоответствия. В качестве другого примера, внешнее давление, оцененное на основе модели, могут сравнить с оценкой внешнего давления, выведенного на основе данных кислородного датчика, и, на основе несоответствия данных, модель могут подтвердить или обновить.

Таким образом, в состоянии отключения двигателя (например, когда не происходит подача топлива в двигатель, и он замедляется до частоты вращения ниже порогового значения частоты вращения), внешнее давление впускного воздуха могут оценить на основе показаний (например, тока откачки) кислородного датчика, такого как датчик, соединенный с выпускным патрубком или во впускном патрубке двигателя, при опорном напряжении и оценке влажности окружающей среды. Затем, во время существования последующих условий включения двигателя, регулирование работы двигателем могут осуществлять на основе оценки влажности окружающей среды. Кроме того, влажность окружающей среды могут оценить в состоянии отключения двигателя на основе различия показаний кислородного датчика после модуляции опорного напряжения между более высоким и более низким напряжениями. Таким образом, информацию о давлении, полученную при помощи кислородного датчика, могут использовать для более точной настройки производительности трансмиссии. Кроме того, использование единственного датчика для измерения количества кислорода во время существования первого набора условий и измерения внешнего давления во время существования второго, отличающегося, набора условий, позволяет уменьшить затраты, связанные с использованием датчика.

На фиг. 5 показан способ 500 для оценки влажности окружающей среды при помощи впускного или выпускного кислородного датчика, показанного на фиг. 1-2 (такого как выпускной кислородный датчик 126 и впускной кислородный датчик 172, показанные на фиг. 1, и датчик 200, показанный на фиг. 2), при управлении датчиком в режиме ПН. Способ позволяет использовать кислородный датчик для измерения количества кислорода во время существования первого набора условий и измерения влажности окружающей среды во время существования второго, отличающегося, набора условий, что позволяет уменьшить затраты, связанные с использованием датчика.

Способ начинается на шаге 502 с определения, находятся ли условия работы в границах допустимого диапазона для оценки влажности окружающей среды. Например, способ 500 может переходить к указанному шагу от шага 314 или шага 322 из способа 300, раскрытого выше. Также, если двигатель работает в условиях отсутствия подачи топлива, способ может перейти к шагу 504. В другом примере способ 500 могут выполнить по истечении некоторого времени, например, после некоторого периода эксплуатации двигателя, изменения количества работающих цилиндров двигателя, после некоторого периода движения автомобиля или после прохождения некоторого расстояния на автомобиле. В другом примере способ 500 могут выполнить при запуске двигателя. В том случае, если данный момент времени не подходит для оценки влажности окружающей среды, способ переходит к шагу 503, позволяющему не оценивать влажность окружающей среды, и затем способ заканчивается. Если другая управляющая программа требует измерения влажности окружающей среды, контроллер может выполнить поиск ранее сохраненной оценки влажности окружающей среды.

На шаге 504 способ содержит определение, происходит ли переключение передачи. Выполнение переключения передачи могут предсказать на основе одного или нескольких установленных флагов запроса переключения передачи, в результате слежения за одной или несколькими педалями водителя и/или ускорением автомобиля. Во время переключений передачи после существования условий отсутствия подачи топлива (например, отключение подачи топлива в режиме замедления), невозможно осуществить измерение влажности при помощи выпускного кислородного датчика из-за необходимости уменьшить нагрузку во время переключения передачи (в то время как обнаружение влажности при помощи выпускного кислородного датчика может содержать открытие дросселя для уменьшения шума системы вентиляции картера СВК (PCV)). Таким образом, если переключение передачи предсказывают на шаге 504, способ переходит к шагу 506 для определения влажности окружающей среды альтернативным способом. Например, альтернативный способ может содержать измерение влажности при помощи выделенного датчика влажности (если двигатель содержит датчик влажности). В качестве другого примера, альтернативный способ определения влажности может содержать оценку влажности окружающей среды на основе температуры окружающего воздуха. Например, влажность окружающей среды могут оценить на основе температуры окружающего воздуха и давления насыщенного пара, оцененного с использованием предположения о 50% относительной влажности. Затем могут определить эквивалентный ток откачки на основе оценки влажности.

В качестве альтернативы, если не происходит переключение передачи, предсказанное на шаге 504, способ переходит к шагу 508 для открытия впускного дросселя (например, дросселя 62, показанного на фиг. 1), чтобы дополнительно уменьшить количество углеводородов, проходящих мимо кислородного датчика (например, выпускного кислородного датчика 126 или впускного кислородного датчика 172, показанных на фиг. 1, и/или датчика 200, показанного на фиг. 2). Например, открытие дросселя может уменьшить количество углеводородов, поступающих из СВК в выпускной воздух. То есть, если впускной дроссель закрывают при отсутствии подачи топлива в двигатель, создается значительное разрежение во впускном коллекторе, что может привести к вытяжке углеводородов из системы вентиляции картера (СВК). Кроме того, даже если отверстие СВК закрыто во время ОПТЗ, разрежение может быть достаточно сильным для вытяжки углеводородов из СВК через поршневые кольца. Извлеченный из СВК поток может быть более значительным в более старом двигателе из-за утечки газов СВК через поршневые кольца и клапаны. Извлеченные углеводороды могут повлиять на показания кислородного датчика и могут создать ошибку при измерении влажности. В частности, эффект воздействия углеводородов приводит к показаниям датчика, завышающим оценку влажности окружающей среды.

На шаге 510 способ содержит определение, следует ли управлять кислородным датчиком в режиме переменного напряжения (ПН). Как раскрыто выше, режим ПН содержит изменение опорного напряжения (также упомянутого здесь как напряжение откачки) кислородного датчика от более низкого, базового, напряжения (например, приблизительно 450 мВ) до более высокого, целевого, напряжения, когда молекулы воды диссоциируют в датчике. В некоторых примерах работа в режиме ПН может содержать непрерывную модуляцию опорного напряжения между базовым напряжением (например, первым напряжением) и целевым напряжением (например, вторым напряжением). В некоторых примерах постоянная работа кислородного датчика в режиме ПН, и особенно при более высоком, втором напряжении может привести к деградации датчика по прошествии длительного времени. Таким образом, может оказаться целесообразным уменьшение количества времени работы датчика в режиме ПН. Например, датчиком могут управлять в режиме ПН только в том случае, если прошло некоторое время с момента предыдущего режима ПН. В другом примере датчиком могут управлять в режиме ПН только в том случае, если полная продолжительность работы в режиме ПН за период использования двигателя не превышает верхнее пороговое значение. В еще одном примере датчик может работать в режиме ПН на основе временного интервала (например, количества прошедшего времени), отсчитываемого от момента предыдущего измерения. Датчик могут также выключить, если прошло полное пороговое значение времени с момента начала измерения. В другой реализации непрерывная работа кислородного датчика при более высоком, втором, напряжении не может привести к деградации датчика, если состав газов и значение второго напряжения находятся в пределах диапазонов некоторых пороговых значений, позволяющих уменьшить деградацию. В настоящей конструкции, если состав газов и второе напряжение датчика поддерживают в пределах их пороговых диапазонов, указанный датчик может отказать при работе в режиме ПН, и способ может перейти к шагу 512.

Если контроллер определяет, что может управлять кислородным датчиком в режиме ПН, способ переходит к шагу 512 для выполнения модуляции опорного напряжения кислородного датчика между первым напряжением (V1) и вторым напряжением (V2). Например, способ на шаге 512 содержит первоначальное, то есть, на шаге 514, приложение первого напряжения (V1) к кислородному элементу откачки в датчике отработавших газов и получение первого тока откачки (Ip1). Первое опорное напряжение может иметь такую величину, чтобы кислород откачивался из элемента, но достаточно низкую, чтобы вещества, содержащие кислород, такие как H2O (например, вода) не диссоциировали (например, V1 равно приблизительно 450 мВ). Приложение первого напряжения обеспечивает показания датчика в форме первого тока откачки (Ip1), указывающего на количество кислорода в образце газа. В этом примере, из-за того что двигатель находится в состоянии отсутствия подачи топлива, количество кислорода может соответствовать количеству кислорода в атмосферном воздухе, окружающем автомобиль. Далее, на шаге 512 способ содержит, а именно на шаге 516, приложение второго напряжения (V2) к кислородному элементу откачки в датчике и получение второго тока откачки (Ip2). Второе напряжение может быть больше первого напряжения, приложенного к датчику. В частности, второе напряжение может иметь достаточно большое значение, чтобы произошла диссоциация требуемого кислородосодержащего вещества. Например, второе напряжение может быть достаточно высоким, чтобы разделить молекулы H2O на водород и кислород (например, V2 равно приблизительно 1,1 В или 950 мВ). Приложение второго напряжения создает второй ток откачки (I2), указывающий на количество кислорода и воды в образце газа. Подразумевается, что термин «вода» в выражении «количество кислорода и воды» используется здесь для обозначения количества кислорода, полученного в результате диссоциации молекул H2O в образце газа.

Значение влажности окружающей среды (например, абсолютной влажности атмосферного воздуха, окружающего транспортное средство), могут определить на шаге 518 алгоритма 500 на основе первого тока откачки и второго тока откачки (или скорректированных значений первого и второго тока откачки). Например, значение первого тока откачки могут вычесть из значения второго тока откачки, чтобы получить изменение тока откачки, указывающего на количество кислорода, полученного от диссоциированных молекул воды (например, количества воды) в образце газа. Эта величина может быть пропорциональна влажности окружающей среды. Значение влажности окружающей среды могут использовать для корректировки значений токов откачки, полученных на шагах 416 и 430 в способе 400 и/или могут сохранить в памяти контроллера. В других примерах регулирование работы двигателя могут осуществлять на основе выявленного значения влажности окружающей среды.

Кроме того, если на шаге 510 определяют, что управление кислородным датчиком в режиме ПН не желательно, способ может вместо этого содержать определение влажности окружающей среды на основе показаний выпускного кислородного датчика при первом напряжении и значения тока откачки для сухого воздуха. В частности, способ на шаге 520 содержит определение тока откачки для сухого воздуха. Например, способ может содержать управление выпускным кислородным датчиком при первом, более низком, напряжении для получения первых показаний, дающих информацию о количестве кислорода во влажном воздухе. Затем датчиком могут управлять при втором, более высоком, напряжении для получения вторых показаний, дающих информацию о количестве кислорода во влажном воздухе, при том, что все молекулы воды диссоциированы в кислородном датчике. Среднее напряжение между первым, более низким, напряжением и вторым, более высоким, напряжением, может обеспечить показания кислородного датчика, соответствующие количеству кислорода в сухом воздухе, когда происходит частичная диссоциация молекул воды. Затем количество кислорода в сухом воздухе могут оценить при помощи отношения первых показаний ко вторым показаниям. Таким образом, могут определить количество кислорода в сухом воздухе посредством управления кислородным датчиком в режиме ПН. На шаге 520 контроллер может искать самое позднее сохраненное значение тока откачки для сухого воздуха, чтобы использовать это значение на шаге 520.

Способ переходит к шагу 522 для приложения первого, более низкого, опорного напряжения (например, базового напряжения V1) к выпускному кислородному датчику и получения значения тока откачки (IpB). Например, способ на шаге 522 содержит отказ от работы кислородного датчика в режиме ПН и вместо этого содержит поддержание опорного напряжения датчика на более низком, базовом, уровне, что уменьшает деградацию кислородного датчика. Другими словами, способ на шаге 522 не осуществляет модуляцию опорного напряжения кислородного датчика между более низким, первым, напряжением и более высоким, вторым, напряжением. Полученный ток откачки может указывать на количество кислорода в образце газа.

Затем программа переходит к шагу 524 для определения влажности окружающей среды на основе IpB (тока откачки, определенного на шаге 522 во время работы датчика не в режиме ПН) и тока откачки для сухого воздуха, определенного и/или найденного на шаге 520. Значение сокращения количества кислорода в результате эффекта разбавления для влажности окружающей среды могут затем определить на основе разности между значением тока откачки для сухого воздуха и значения тока откачки IpB, определенного на шаге 522. Затем значение тока откачки могут преобразовать в процентное значение влажности путем умножения указанной разности на коэффициент преобразования. Таким образом, сравнивая показания кислородного датчика, работающего не в режиме ПН, при базовом опорном напряжении, с сохраненным значением тока откачки для сухого воздуха, могут определить влажность окружающей среды при непрерывной работе кислородного датчика в режиме ПН. Значение влажности окружающей среды, определенное на шаге 524, могут затем использовать для корректировки полученных значений тока откачки на шаге 406 способа 400 и/или могут сохранить в памяти контроллера. В других примерах регулирование работы двигателя могут осуществлять на основе выявленного значения влажности окружающей среды.

Показанный на фиг. 6 график 600 изображает пример зависимости показаний кислородного датчика от внешнего давления. График содержит определение передаточной функции или коэффициента преобразования, связывающего ток откачки с внешним давлением при заданном приложенном опорном напряжении (например, при первом опорном напряжении, равном приблизительно 450 мВ). Кроме того, передаточная функция может быть ограничена базисной линией для влажности окружающей среды и концентрации этанола. Например, условие базисной линии может состоять в том, что оба значения концентрации этанола и влажности окружающей среды имеют величину 0%. В другом примере условие базисной линии может быть основано на обновленной передаточной функции, где влажность окружающей среды и концентрация этанола могут отличаться от значения 0%. Например, передаточная функция может храниться в памяти контроллера как функция опорного напряжения кислородного датчика.

Контроллер может определить Ip при некотором внешнем давлении по показаниям кислородного датчика. Затем контроллер может определить внешнее давление по этим показаниям, используя предварительно сохраненный К-фактор для датчика. В качестве альтернативы контроллер может определить К-фактор для датчика, если внешнее давление уже известно из другого источника (такого как датчик АД двигателя).

Кроме того, формирование характеристики содержит определение опорного тока откачки (IPref), используемого для оценки внешнего давления. Передаточная функция в качестве примера изображена как кривая 602 на графике 600. Кривая 602 связывает внешнее давление с опорным током откачки для некоторого опорного напряжения. Кривая 602 может быть связана с приложенным опорным напряжением 450 мВ. Например, кривая 602 может представлять известную зависимость между током откачки и внешним давлением для опорного напряжения, приложенного к кислородному датчику в способе 400, когда значения влажности и концентрации этанола находятся на уровне базисной линии. Затем контроллер может использовать передаточную функцию, связанную с опорным напряжением, для определения опорного тока откачки.

В одной из реализаций контроллер может определить опорный ток откачки на основе значения Ipref, представляющего собой скорректированное значение Ip для сухого воздуха, для кислородного датчика. Другими словами, «идеальным» ожидаемым значением были бы показания датчика для сухого воздуха при конкретном давлении (таком как давление на уровне моря). Это значение было бы известным или ожидаемым значением, уже сохраненным в качестве кода в памяти контроллера, и его можно было бы использовать в качестве значения опорного значения для сравнения со значением Ip. Если эффекты влажности скорректированы, а данные измерения таковы, что показания датчика указывают количество кислорода 22% вместо 20,95%), то дополнительное увеличение количества кислорода могут отнести за счет увеличения внешнего давления, так как все другие факторы были скорректированы до этого.

Например, контроллер может осуществить поиск значения тока откачки, определенного передаточной функцией, связанной с опорным напряжением при опорном внешнем давлении (например, стандартном или заданном давлении). Например, опорное внешнее давление может иметь значение P₁, указанное на графике 700. Как видно из графика 700, внешнее давление P₁ определяет точку X₁ на кривой 702. Точка Х₁ связана с током откачки IP₁. Таким образом, IR₁ может быть примером опорного тока откачки, определенного контроллером на шаге 410. Поэтому точка Х₁ может представлять опорный ток откачки, который можно ожидать при текущем внешнем давлении в отработавших газах или впускном газе, в условиях нахождения значений влажности и концентрации этанола на уровне базисной линии. В качестве примера способ для гибридного автомобиля содержит: при движении автомобиля за счет вращающего момента двигателя, оценку воздушно-топливного отношения сгорания при помощи кислородного датчика; и при движении автомобиля за счет вращающего момента мотора, оценку внешнего давления впускного воздуха при помощи кислородного датчика. В предыдущем примере, дополнительно или факультативно, кислородный датчик представляет собой датчик отработавших газов, установленный в выпускном патрубке двигателя гибридного автомобиля, выше по потоку относительно выпускного катализатора. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или факультативно, кислородный датчик представляет собой впускной кислородный датчик, соединенный с впускным патрубком двигателя гибридного автомобиля, ниже по потоку относительно впускного дросселя. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или факультативно, при движении автомобиля с использованием вращающего момента мотора частота вращения двигателя меньше порогового значения частоты вращения. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или факультативно, оценка содержит приложение опорного напряжения к датчику, корректировку тока откачки, выдаваемого кислородным датчиком, на основе влажности окружающей среды, и оценку внешнего давления на основе скорректированного тока откачки и коэффициента преобразования, где коэффициент преобразования преобразует значение скорректированного тока откачки в эквивалентное внешнее давление. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или факультативно, коэффициент преобразования основан на найденной зависимости кислородного датчика от внешнего давления. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или факультативно, влажность окружающей среды оценивают при помощи кислородного датчика в период, когда в двигатель не подают топливо, причем опорное напряжение представляет собой первое, более низкое, опорное напряжение. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или факультативно, оценка влажности окружающей среды содержит последовательное приложение первого, более низкого, опорного напряжения и второго, более высокого, опорного напряжения к кислородному датчику и оценку влажности окружающей среды на основе сравнения первого тока откачки, выдаваемого датчиком после приложения первого напряжения, и второго тока откачки, выдаваемого датчиком после приложения второго напряжения. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или факультативно, первое напряжение представляет собой напряжение, при котором не происходит диссоциация молекул воды в кислородном датчике, а второе напряжение представляет собой напряжение, при котором происходит диссоциация молекул воды. В любом из предыдущих примеров дополнительно или факультативно способ дополнительно содержит регулирование работы двигателя, при движении автомобиля с использованием вращающего момента двигателя, на основе внешнего давления впускного воздуха, оцениваемого при движении автомобиля с использованием вращающего момента мотора, причем регулирование работы двигателя содержит одно или более из следующего: регулирование подачи топлива в двигатель, регулирование заряда воздуха для двигателя и регулирование наддува двигателя.

Другой способ в качестве примера содержит: в состоянии отключения двигателя, оценку внешнего давления впускного воздуха на основе показаний кислородного датчика, расположенного в выпускном патрубке, при приложении опорного напряжения, и на основе оценки влажности окружающей среды; и в при последующем состоянии включения двигателя регулирование работы двигателя на основе оценки влажности окружающей среды. В предыдущем примере, дополнительно или факультативно, состояние отключения двигателя содержит замедление двигателя без подачи топлива в двигатель от порогового значения частоты вращения. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или факультативно, способ дополнительно содержит, в состоянии отключения двигателя, оценку влажности окружающей среды впускного воздуха на основе различия показаний кислородного датчика при модуляции опорного напряжения между более высоким и более низким напряжениями. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или факультативно, опорное напряжение представляет собой более низкое напряжение, причем оценка внешнего давления содержит корректировку показаний при опорном напряжении на основе оцененной влажности окружающей среды и дополнительно на основе коэффициента преобразования, который преобразует значение скорректированных показаний в эквивалентное внешнее давление. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или факультативно, показания кислородного датчика представляют собой токи откачки, выданные во время работы кислородного датчика при опорном напряжении. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или факультативно, способ дополнительно содержит подтверждение одного или более из следующего: внешнее давление, оцененное при помощи датчика давления, соединенного со впускным патрубком двигателя, и смоделированное внешнее давление с использованием внешнего давления, оцененного на основе показаний кислородного датчика.

Другая система автомобиля в качестве примера содержит: колеса; двигатель для приведения в движение колес за счет вращающего момента двигателя; электрический мотор для приведения в движение колес за счет вращающего момента мотора; кислородный датчик, соединенный с выпускным патрубком двигателя; и контроллер. Контроллер могут выполнить с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти для следующего: регулирования работы двигателя на основе внешнего давления впускного воздуха, проходящего через впускной патрубок двигателя, причем внешнее давление могут оценить во время состояния отсутствия подачи топлива в двигатель, на основе показаний кислородного датчика при опорном напряжении, при отсутствии диссоциации молекул воды, и дополнительно на основе влажности окружающей среды и коэффициента преобразования. В предыдущем примере, дополнительно или факультативно, состояние отсутствия подачи топлива в двигатель содержит уменьшение частоты вращения двигателя от порогового значения частоты вращения, когда колеса транспортного средства приводят в движение за счет вращающего момента мотора, причем контроллер содержит инструкции для корректировки показаний кислородного датчика при опорном напряжении, на основе влажности окружающей среды. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или факультативно, система дополнительно содержит датчик давления, соединенный со впускным патрубком двигателя, причем контроллер содержит дополнительные инструкции для оценки внешнего давления при помощи датчика давления при подаче топлива в двигатель и для обнаружения деградации датчика давления на основе сравнения внешнего давления, оцененного при помощи датчика давления, и внешнего давления, оцененного при помощи кислородного датчика. В любом из предыдущих примеров, дополнительно или факультативно, опорное напряжение представляет собой более низкое напряжение, при котором не происходит диссоциация молекул воды в кислородном датчике, причем контроллер содержит дополнительные инструкции для оценки влажности окружающей среды во время уменьшения частоты вращения двигателя, на основе различия показаний кислородного датчика при модуляции опорного напряжения между более низким напряжением и более высоким напряжением, когда молекулы воды диссоциируют в кислородном датчике, причем показания кислородного датчика содержат ток откачки, выдаваемый после приложения опорного напряжения.

Таким образом, внешнее давление могут оценить на основе показаний впускных или выпускных кислородных датчиков, уже существующих в двигателе. Технический эффект от использования зависимости кислородного датчика от давления для оценки внешнего давления состоит в том, что можно уменьшить потребность в резервных датчиках. Даже если резервные датчики присутствуют, давление, оцененное при помощи кислородного датчика, могут использовать для подтверждения или исправления показаний выделенного датчика внешнего давления, что улучшает точность оценки давления. Кроме того, могут более достоверно определить деградацию датчика давления. В целом, внешнее давление могут оценить более точно в более широком диапазоне условий работы автомобиля. В результате возможно улучшение управления двигателем в гибридном автомобиле.

Обратите внимание на то, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут быть сохранены как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполнены управляющей системой, состоящей из контроллера в сочетании с различными датчиками, приводами и другими средствами двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой одну или более стратегий обработки, таких как управляемые по событиям, управляемые по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.п.Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память машиночитаемой среды хранения данных в управляющей системе двигателя, при этом раскрытые действия могут быть выполнены посредством исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.

Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящей заявке.

В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы изобретения ссылка может быть сделана на «некоторый» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов формулы изобретения или путем представления новых пунктов формулы изобретения в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.

Изобретение относится к способам и системам для использования зависимости показаний кислородного датчика от давления для оценки внешнего давления для двигателя. Впускной или выпускной кислородный датчик используют для оценки внешнего давления посредством приложения опорного напряжения к датчику в период, когда частота вращения двигателя в гибридном автомобиле уменьшается, и корректируют показания датчика для компенсации эффектов разбавления вследствие влажности окружающей среды. Значение оцененного внешнего давления используют для исправления или подтверждения значения давления, оцененного при помощи других источников данных, таких как другие датчики давления или модель давления, а также используют для настройки производительности двигателя. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ для гибридного автомобиля, содержащий шаги, на которых:

при движении автомобиля за счет вращающего момента двигателя оценивают воздушно-топливное отношение сгорания при помощи кислородного датчика; и

при движении автомобиля за счет вращающего момента мотора оценивают внешнее давление впускного воздуха при помощи кислородного датчика.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кислородный датчик представляет собой датчик отработавших газов, установленный в выпускном патрубке двигателя гибридного автомобиля, выше по потоку относительно выпускного катализатора.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кислородный датчик представляет собой впускной кислородный датчик, соединенный с впускным патрубком двигателя гибридного автомобиля, ниже по потоку относительно впускного дросселя.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при движении автомобиля с использованием вращающего момента мотора частота вращения двигателя меньше порогового значения частоты вращения.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оценка содержит приложение опорного напряжения к датчику, корректировку тока откачки, выдаваемого кислородным датчиком, на основе влажности окружающей среды, и оценку внешнего давления на основе скорректированного тока откачки и коэффициента преобразования, причем коэффициент преобразования преобразует значение скорректированного тока откачки в эквивалентное внешнее давление.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что коэффициент преобразования основан на найденной зависимости кислородного датчика от внешнего давления.

7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что влажность окружающей среды оценивают при помощи кислородного датчика в период, когда в двигатель не подают топливо, причем опорное напряжение представляет собой первое, более низкое, опорное напряжение.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что оценка влажности окружающей среды содержит последовательное приложение первого, более низкого, опорного напряжения и второго, более высокого, опорного напряжения к кислородному датчику и оценку влажности окружающей среды на основе сравнения первого тока откачки, выдаваемого датчиком после приложения первого напряжения, и второго тока откачки, выдаваемого датчиком после приложения второго напряжения.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что первое напряжение представляет собой напряжение, при котором не происходит диссоциация молекул воды в кислородном датчике, а второе напряжение представляет собой напряжение, при котором происходит диссоциация молекул воды.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно регулируют работу двигателя, при движении автомобиля с использованием вращающего момента двигателя, на основе внешнего давления впускного воздуха, оцениваемого при движении автомобиля с использованием вращающего момента мотора, причем регулирование работы двигателя содержит одно или более из следующего: регулирование подачи топлива в двигатель, регулирование заряда воздуха для двигателя и регулирование наддува двигателя.

11. Способ, содержащий шаги, на которых:

в состоянии отключения двигателя оценивают внешнее давление впускного воздуха на основе показаний кислородного датчика, расположенного в выпускном патрубке, при приложении опорного напряжения, и на основе оценки влажности окружающей среды; и

в при последующем состоянии включения двигателя регулируют работу двигателя на основе оценки влажности окружающей среды.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что состояние отключения двигателя содержит замедление двигателя без подачи топлива в двигатель от порогового значения частоты вращения.

13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что дополнительно, в состоянии отключения двигателя, оценивают влажность окружающей среды впускного воздуха на основе различия показаний кислородного датчика при модуляции опорного напряжения между более высоким и более низким напряжениями.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что опорное напряжение представляет собой более низкое напряжение, причем оценка внешнего давления содержит корректировку показаний при опорном напряжении на основе оцененной влажности окружающей среды и дополнительно на основе коэффициента преобразования, который преобразует значение скорректированных показаний в эквивалентное внешнее давление.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что показания кислородного датчика представляют собой токи откачки, выданные во время работы кислородного датчика при опорном напряжении.

16. Способ по п. 11, отличающийся тем, что дополнительно подтверждают одно или более из следующего: внешнее давление, оцененное при помощи датчика давления, соединенного с впускным патрубком двигателя, и смоделированное внешнее давление с использованием внешнего давления, оцененного на основе показаний кислородного датчика.

17. Система автомобиля, содержащая:

колеса;

двигатель для приведения в движение колес за счет вращающего момента двигателя;

электрический мотор для приведения в движение колес за счет вращающего момента мотора;

кислородный датчик, соединенный с выпускным патрубком двигателя; и

контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти для следующего:

регулирования работы двигателя на основе внешнего давления впускного воздуха, проходящего через впускной патрубок двигателя, с возможностью оценки внешнего давления во время состояния отсутствия подачи топлива в двигатель, на основе показаний кислородного датчика при опорном напряжении, при отсутствии диссоциации молекул воды, и дополнительно на основе влажности окружающей среды и коэффициента преобразования.

18. Система по п. 17, отличающаяся тем, что состояние отсутствия подачи топлива в двигатель содержит уменьшение частоты вращения двигателя от порогового значения частоты вращения, когда колеса приводят в движение за счет вращающего момента мотора, причем контроллер содержит инструкции для корректировки показаний кислородного датчика при опорном напряжении, на основе влажности окружающей среды.

19. Система по п. 18, дополнительно содержащая датчик давления, соединенный с впускным патрубком двигателя, причем контроллер содержит дополнительные инструкции для оценки внешнего давления при помощи датчика давления при подаче топлива в двигатель и для обнаружения деградации датчика давления на основе сравнения внешнего давления, оцененного при помощи датчика давления, и внешнего давления, оцененного при помощи кислородного датчика.

20. Система по п. 17, отличающаяся тем, что опорное напряжение представляет собой более низкое напряжение, при котором не происходит диссоциация молекул воды в кислородном датчике, причем контроллер содержит дополнительные инструкции для оценки влажности окружающей среды во время уменьшения частоты вращения двигателя, на основе различия показаний кислородного датчика при модуляции опорного напряжения между более низким напряжением и более высоким напряжением, когда молекулы воды диссоциируют в кислородном датчике, причем показания кислородного датчика содержат ток откачки, выдаваемый после приложения опорного напряжения.