Способ обеспечения измерения влажности Российский патент 2019 года по МПК F02D35/00 F02D37/02 F02D41/00 F02D41/02 F02D41/14 F02D41/24 F02D41/26 F02M35/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к способам и системам для инициирования измерения влажности.

Уровень техники/Раскрытие изобретения

Системы двигателя включают в себя множество датчиков для измерения условий окружающей среды, например температуры, давления и влажности окружающей среды. На основе условий окружающей среды, один или более параметров работы двигателя могут регулироваться для оптимизации производительности двигателя. Например, на основе влажности окружающей среды (то есть влажности в заряде воздуха, поступившем в двигатель), могут регулироваться такие параметры, как количество рециркулируемых отработавших газов (РОГ), момент зажигания и воздушно-топливное отношение в камере сгорания.

Различные виды датчиков могут использоваться для оценки влажности окружающей среды. В качестве одного примера, датчики кислорода, например универсальный датчик содержания кислорода в отработавших газах (УДКОГ), используемый для контроля воздушно-топливного отношения в отработавших газах, могут использоваться для оценки влажности окружающей среды при выбранных условиях. Такие датчики кислорода могут располагаться в выпускном канале или в воздухозаборном канале. В одном примере, раскрытом Surnilla и др. в заявке US 20140202426, датчик содержания кислорода в отработавших газах, соединенный с блоком двигателя, может быть использован для рационального определения влажности окружающей среды во время условий, когда указанный блок выборочно выключается, а другой блок продолжает процесс сгорания. На датчику может быть подано переменное напряжение, а изменение в токе накачки может быть связано с влажностью окружающей среды. В других примерах, влажность оценивается при помощи специального датчика влажности, например, как показано Surnilla и др. в US 20120227714. Согласно указанному документу датчик влажности расположен в воздухозаборном канале, ниже по потоку относительно клапана РОГ.

Авторы настоящего изобретения выявили потенциальные проблемы, присущие вышеуказанным системам. В одном примере, условия измерения влажности могут быть неспецифическими. В некоторых случаях, при возможности влажность окружающей среды оценивают рационально. В других случаях, при необходимости оценки влажности может оцениваться влажность окружающей среды. Это может привести к ненужным измерениям влажности. В подходе Surnilla, где датчик содержания кислорода в отработавших газах используется для измерения влажности, частая подача переменного напряжения к датчику ради ненужных измерений влажности может привести к зачернению датчика и возможному ухудшению его состояния. В других случаях, рациональное измерение влажности может привести к нерегулярной оценке влажности. В этом случае, работа двигателя может и дальше корректироваться на основе новой оценки влажности. Тем не менее, между рациональными оценками влажности возможны изменения условий окружающей среды, которые могут повлиять на влажность окружающей среды. Например, может произойти изменение температуры окружающей среды, что повлияет на количество воды, которую воздухозаборник двигателя может содержать, тем самым изменяя влажность окружающей среды. Аналогично, может произойти изменение в барометрическом давлении (например, вследствие изменения высоты, на которой работает двигатель транспортного средства), что влияет на влажность окружающей среды. Таким образом, если оценка влажности окружающей среды не измеряется или не обновляется, когда происходит значительное изменение в условиях окружающей среды, производительность двигателя может ухудшиться. Например, если происходит значительное увеличение температуры окружающей среды с момента нового измерения влажности, значение влажности окружающей среды может быть завышено. Это приведет к дефициту РОГ, что приведет к увеличенным выбросам оксидов азота и ухудшению экономии топлива.

Авторы настоящего изобретения определили подход, с помощью которого этот вопрос, раскрытый выше, может быть, по меньшей мере, частично, разрешен. Один примерный способ для двигателя транспортного средства содержит шаг, на котором: в ответ на большее, чем пороговое, изменение температуры или давления воздуха окружающей среды используют датчик кислорода для обновления оценки влажности окружающей среды; и регулируют привод двигателя на основе обновленной оценки влажности окружающей среды. Таким образом, измерения влажности могут быть инициированы во время конкретных условий.

В качестве примера, условия окружающей среды двигателя транспортного средства могут постоянно отслеживаться и использоваться для инициирования измерения влажности. Изменение температуры окружающей среды может включать в себя изменение температуры наружного воздуха (ТНВ), что измеряется датчиком THB, прикрепленным к транспортному средству снаружи. В качестве альтернативы, изменение температуры окружающей среды может быть установлено на основе изменения температуры заряда воздуха (T3B) или температуры впускного воздуха (TBB), что измеряется датчиком TBB, соединенным с воздухозаборным каналом двигателя. Изменение температуры окружающей среды может быть основано на абсолютном выходном сигнале вышеуказанных температурных датчиков или изменении (или его производном) в выходных данных датчиков. Если разность между текущей температурой окружающей среды и температурой окружающей среды при предыдущем известном измерении влажности значительна (например, выше пороговой величины), то может быть определено, что влажность окружающей среды также значительно изменилась и, соответственно, инициируется измерение влажности. При этом, измерение влажности может быть выполнено при помощи одного или более из следующего: датчик содержания кислорода во впускном воздухе, датчик содержания кислорода в отработавших газах и (специальный) датчик влажности. Таким же образом, значительное изменение давления окружающей среды может быть использовано для инициирования измерения влажности. Кроме того, измерение влажности окружающей среды может быть инициировано, если пороговый временной период или длительность работы двигателя истекли с момента предыдущего измерения.

В этом случае, изменения условий окружающей среды, способные оказать влияние на влажность воздуха окружающей среды, могут отслеживаться и использоваться для инициирования измерения влажности. Посредством активного измерения влажности во время условий, когда ожидается значительное изменение влажности, а не (или в дополнение к этому), при возможности, рационального измерения влажности, может обеспечиваться более точная и достоверная оценка влажности для управления двигателем. Технический результат от использования изменения температуры и давления окружающей среды, совместно с другими условиями, для инициирования измерения влажности заключается в том, что оценка влажности может быть обновлена, когда ожидается существенное изменение влажности, сокращая любые ненужные измерения влажности. Кроме того, в системах двигателя, где датчик кислорода используется для оценки влажности, выборочное измерение влажности, когда соблюдены конкретные условия инициирования, уменьшает шансы ухудшения состояния датчика вследствие зачернения, вызванного подачей переменного напряжения, и увеличивает срок службы компонента. Работа двигателя может быть улучшена за счет использования более достоверной и актуальной оценки влажности.

Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.

Краткое описание чертежей

На ФИГ. 1 показана типовая система двигателя, включающая в себя датчики кислорода для измерения влажности.

На ФИГ. 2 показана схема типового УДКОГ.

На ФИГ. 3 показана блок-схема, иллюстрирующая способ, который может быть осуществлен для определения, необходимо ли измерение влажности.

На ФИГ. 4 показана блок-схема, иллюстрирующая способ для оценки влажности при помощи датчика кислорода.

На ФИГ. 5 показано типовое инициирование измерения влажности на основе изменений температуры окружающей среды.

Осуществление изобретения

Нижеследующее описание относится к системам и способам измерения влажности при помощи датчика кислорода, приводимого в действие за счет изменения условий окружающей среды, способных оказать влияние на влажность. Измерение влажности может производиться посредством датчиков кислорода, расположенных в воздухозаборном канале или в канале отработавших газов, как показано в системе транспортного средства с ФИГ.1. На ФИГ.2 показано схематическое изображение датчика кислорода, который может использоваться для оценки влажности окружающей среды во время выбранных условий. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнения управляющего алгоритма, например, типового алгоритма с ФИГ. 3, для того, чтобы определить на основе изменения условий окружающей среды, необходимо ли инициировать измерение влажности. Соответственно, контроллер двигателя может оценивать текущую влажность, например, используя датчик кислорода, как раскрыто в типовом способе с ФИГ. 4. Пример инициирования измерения влажности и соответствующей регулировки работы двигателя показан на ФИГ. 5.

На ФИГ. 1 показана принципиальная схема, изображающая один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10 системы 100 двигателя. Система 100 двигателя может быть соединена внутри с системой обеспечения движения системы 101 дорожного транспортного средства. Датчик 127 температуры наружного воздуха (ТНВ) расположен снаружи системы 101 транспортного средства. Датчик ТНВ оценивает температуру воздуха окружающей среды, которая используется для работы двигателя, и кроме того датчик ТНВ может быть использован для инициирования измерений влажности в зависимости от изменения температуры окружающей среды. Двигатель 10 может контролироваться, по меньшей мере, частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и через данные, вводимые оператором 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере, устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерирования пропорционального положению педали сигнала ПП. Камера 30 сгорания (цилиндр) двигателя 10 может включать в себя стенки 32 камеры сгорания с расположенным внутри них поршнем 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 таким образом, что возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может соединен по меньшей мере с одним ведущим колесом транспортного средства через промежуточную передающую систему. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик для того, чтобы обеспечить возможность начала работы двигателя 10.

Камера 30 сгорания может получать впускной воздух от впускного коллектора 44 через воздухозаборный канал 42 и может выводить отработавшие газы через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через, соответственно, впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания может включать в себя два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.

В данном примере, впускным клапаном 52 и выпускным клапаном 54 могут управлять кулачковым приводом через, соответственно, системы 51 и 53 кулачкового привода. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может включать в себя один или несколько кулачков и в них могут использовать одну или более систем: переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового газораспределения (ИФКГ), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которыми можно управлять посредством контроллера 12 для изменения работы клапана. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 могут определять датчиками 55 и 57 положения, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления, впускным клапаном 52 и/или выпускным клапаном 54 могут управлять через электрическое срабатывание клапанов. Например, камера 30 сгорания может альтернативно включать в себя впускной клапан, управляемый через электрическое срабатывание клапанов, и выпускной клапан, управляемый через кулачковый привод, включающий в себя системы ППК и/или ИФКГ.

Топливный инжектор 66 показан напрямую соединенным с камерой 30 сгорания для прямого впрыска в нее топлива пропорционально длительности сигнала ИВТ, полученного от контроллера 12 через электронный драйвер 68. Таким образом, топливный инжектор 66 обеспечивает то, что известно, как непосредственный впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Топливный инжектор, например, может быть установлен на периферии камеры сгорания или в верхней ее части (как показано). Топливо может быть доставлено к топливному инжектору 66 через топливную систему (не показана), включающую в себя топливный бак, топливный насос и топливную рампу. В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания может дополнительно или в качестве альтернативы включать в себя топливный инжектор, расположенный во впускном коллекторе 44 в такой конфигурации, которая обеспечивает то, что известно, как впрыск топлива во впускной канал выше по потоку относительно камеры 30 сгорания.

Воздухозаборный канал 42 может включать в себя дроссель 62, имеющий дроссельную заслонку 64. В конкретно этом примере, положение дроссельной заслонки 64 может изменяться контроллером 42 посредством сигнала электродвигателю или приводу, встроенному в дроссель 62, такая конфигурация обычно именуется электронным управлением дросселем (ЭУД). Таким образом, может осуществляться управление дросселем 62 для изменения впускного воздуха, поступающего в камеру 30 сгорания среди других цилиндров двигателя. Положение дроссельной заслонки 64 может обеспечиваться контроллером 12 через сигнал ПД положения дросселя. Воздухозаборный канал 42 может включать в себя датчик 125 температуры впускного воздуха (ТВВ) и датчик 128 барометрического давления (БД). Датчик 125 ТВВ оценивает температуру впускного воздуха, используемого в работе двигателя, и обеспечивает сигнал контроллеру 12. Кроме того, изменение ТВВ или температуры заряда воздуха (ТЗВ) может использоваться для инициирования оценки влажности с использованием датчиков кислорода или специальных датчики влажности. Аналогичным образом, датчик 128 БД оценивает давление окружающей среды для работы двигателя и обеспечивает сигнал контроллеру 12. Изменение в БД может использоваться для инициирования оценки влажности. Воздухозаборный канал 42 может дополнительно содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для обеспечения соответствующих сигналов МРВ и ДВК контроллеру 12.

Датчик 126 отработавших газов показан соединенным с выпускным каналом 48 выше по потоку относительно устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 126 может быть любым датчиком, пригодным для обеспечения индикации воздушно-топливного отношения отработавших газов, например линейным датчиком кислорода или УДКОГ (универсальным датчиком содержания кислорода в отработавших газах), датчиком кислорода с двумя состояниями или ДКОГ, НДКОГ (нагреваемым ДКОГ), датчиком оксидов азота, углеводорода или окиси углерода. Детальный вариант осуществления УДКОГ раскрыт со ссылкой на ФИГ. 2. Этот датчик может использоваться для оценки влажности окружающей среды при выбранных условий. Система двигателя может включать в себя специальные датчики влажности окружающей среды для измерения влажности окружающей среды при инициировании оценки влажности. Изменение температуры окружающей среды, измеренное или оцененное датчиком 127 ТНВ и/или датчиком 125 ТВВ, может быть использовано для инициирования измерения влажности. Аналогично, изменение давления окружающей среды, оцененное датчиком 128 БД, может инициировать измерение влажности. Если разность между текущей температурой или давлением окружающей среды и температурой или давлением окружающей среды при предыдущем известном измерении влажности больше, чем пороговая, может инициироваться измерение влажности. Датчики влажности могут располагаться в воздухозаборном канале 42 и/или выпускном канале 48 выше по потоку относительно устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Благодаря активному измерению влажности при условиях окружающей среды, когда ожидается изменение влажности, а не (или в дополнение к), при возможности, рациональное измерение влажности, может быть обеспечена более точная и достоверная оценка влажности для управления двигателем и также могут избегаться ненужные измерения влажности. Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов показано расположенным вдоль выпускного канала 48, ниже по потоку относительно датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (ТКН), адсорбером оксидов азота, различными иными устройствами снижения токсичности отработавших газов или комбинацией вышеперечисленных. В некоторых вариантах осуществления, во время работы двигателя 10, устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может периодически перезапускаться посредством управления по меньшей мере одним цилиндром двигателя в пределах конкретного воздушно-топливного отношения.

Кроме того, система 140 рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять требуемую часть отработавших газов из выпускного канала 48 к впускному коллектору 44 через канал 142 РОГ. Количество РОГ, направляемого к впускному коллектору 44 может управляться контроллером 12 через клапан 144 РОГ. Кроме того, датчик 146 РОГ может быть расположен внутри канала 142 РОГ и может обеспечивать показания одного или более из следующего: давление, температура, концентрацию состава отработавших газов. Линейный датчик 172 кислорода может располагаться в воздухозаборном канале, ниже по потоку относительно заслонки на входе, для содействия регулированию РОГ. Этот датчик кислорода может использоваться для оценки влажности окружающей среды при выбранных условиях. В некоторых условиях, система 140 РОГ может использоваться для регулирования температуры воздушнотопливной смеси в камере сгорания, тем самым обеспечивая способ управления временем зажигания во время некоторых режимов зажигания. Кроме того, при некоторых условиях, часть отработавших газов может быть сохранена или задержана в камере сгорания посредством управления временем закрытия выпускного клапана, например, посредством управления механизмом изменения фаз газораспределения.

Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный носитель информации для хранения исполняемых инструкций и значений калибровки, показанный, как чип 106 постоянной памяти в конкретно этом примере, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и шина данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к тем сигналам, раскрытым ранее, включая измерение всасываемого массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; температуру хладагента двигателя (ТХД) от температурного датчика 112, соединенного с охлаждающей рубашкой 114; выходной сигнал профиля зажигания (СПЗ) от датчика 118 Холла (или датчика другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; положение дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, ДВК, от датчика 122. В дополнение, контроллер 12 может также получать сигналы от датчиков, расположенных снаружи по отношению к системе 101 транспортного средства, например, от датчика 127 ТНВ. Сигнал частоты вращения двигателя, ЧВД, может генерироваться контроллером 12 на основании сигнала СПЗ. Сигнал давления во впускном коллекторе ДВК от датчика давления в коллекторе может использоваться для обеспечения показания вакуума, или давления, во впускном коллекторе. Следует отметить, что могут использоваться различные комбинации упомянутых выше датчиков, например, датчик МРВ без датчика ДВК, или наоборот. Во время стехиометрической работы, датчик ДВК может выдавать показание крутящего момента двигателя. Кроме того, этот датчик наряду с измеренной частотой вращения двигателя может обеспечивать оценку заряда (в том числе воздуха), всасываемого в цилиндр. В одном примере, датчик 118, который также используется в качестве частоты вращения двигателя, может производить заданное число равноотстоящих импульсов во время каждого оборота коленчатого вала.

В носитель 106 информации, выполненный в виде постоянного запоминающего устройства, могут быть запрограммированы машиночитаемые данные, представляющие собой долговременные инструкции, выполняемые процессором 102 для осуществления способов, раскрытых ниже, а также других вариантов, которые подразумеваются, но конкретно не указаны. Как раскрыто выше, на ФИГ. 1 показан один цилиндр многоцилиндрового двигателя, причем каждый цилиндр может аналогично включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливный инжектор, свечу зажигания и т.д.

Контроллер 12 получает сигналы от различных датчиков с ФИГ. 1 и приводит в действие различные приводы на с ФИГ. 1 для регулирования работы двигателя на основе полученных сигналов и инструкций, хранящихся в памяти контроллера 12. В одном примере, контроллер 12 инициирует измерение влажности при помощи датчика влажности или датчика кислорода на основе изменения условий окружающей среды, как оценено датчиками температуры и давления. В другом примере, контроллер 12 регулирует привод(-ы) двигателя, например клапан РОГ, в соответствии с оценкой изменения влажности окружающей среды.

На ФИГ. 2 показано схематическое изображение типового варианта осуществления датчика содержания кислорода в отработавших газах, такого, как УДКОГ 200, выполненного с возможностью измерения концентрации кислорода (O₂) в потоке отработавших газов в условиях снабжения двигателя топливом. В одном примере, УДКОГ 200 является вариантом осуществления УДКОГ 126 с ФИГ. 1. Тем не менее, следует принять во внимание, что датчик с ФИГ. 2 может альтернативно представлять собой датчик впускного воздуха, например, датчик 172 с ФИГ. 1. Датчик содержания кислорода в отработавших газах может также использоваться в условиях без снабжения двигателя топливом для оценки влажности окружающей среды. Условия отсутствия снабжения двигателя топливом могут включать в себя условия работы двигателя, при которых подача топлива прерывается, но двигатель продолжает вращаться и по меньшей мере один впускной клапан и один выпускной клапан работают; например, как в условиях отсечки топлива в режиме замедления (ОТРЗ). Таким образом, воздух может протекать через один или более цилиндров, но топливо не будет впрыскиваться в цилиндры. В условиях без снабжения двигателя топливом, сгорание не выполняется и воздух окружающей среды может протекать через цилиндр из впускного канала в выпускной канал. В этом случае, датчик, например, датчик содержания кислорода в отработавших газах, может получать воздух окружающей среды и, тем самым, может быть оценена влажность окружающей среды. В других примерах, датчик кислорода расположен во впускном воздушном канале (например, датчик 172 кислорода с ФИГ. 1), и/или может использоваться специальный датчик влажности для оценки влажности окружающей среды при подходящих условиях. Детальное раскрытие измерения влажности с использованием аналогичного датчика кислорода будет рассматриваться ниже со ссылкой на ФИГ. 4.

Датчик 200 содержит множество слоев одного или более керамических материалов, уложенных друг на друга. В варианте осуществления с ФИГ. 2, пять керамических слоев изображены, как слои 201, 202, 203, 204 и 205. Эти слои включают один или более слоев твердого электролита, способного проводить ионизированный кислород. Примерами подходящих твердых электролитов включают, но не ограничиваются ими, материалы на основе оксида циркония. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, таких, как показано на ФИГ. 2, нагреватель 207 может быть расположен в тепловом контакте со слоями для повышения ионной проводимости слоев. В то время, как изображенный УДКОГ 200 сформирован из пяти слоев, следует понимать, что УДКОГ может включать в себя и другое подходящее количество керамических слоев.

Слой 202 включает в себя материал или материалы, создающие диффузионный путь 210. Диффузионный путь 210 рассчитан с возможностью введения отработавших газов в первую внутреннюю полость 222 посредством диффузии. Диффузионный путь 210 может быть рассчитан с возможностью того, чтобы один или более компонентов отработавших газов, в том числе, анализируемое вещество (например, O₂), диффундировал во внутреннюю полость 222 с более ограничивающей скоростью, чем та, с которой анализируемое вещество может быть закачано или откачано парой электродов накачки 212 и 214. При этом можно достичь стехиометрического уровня O₂ в первой внутренней полости 222.

Датчик 200 также включает в себя вторую внутреннюю полость 224 внутри слоя 204, отделенную от первой внутренней полости 222 слоем 203. Вторая внутренняя полость 224 выполнена с возможностью поддержания постоянного парциального давления кислорода, соответствующего стехиометрическому условию, например, уровень кислорода, присутствующего во второй внутренней полости 224, равен тому, который бы имел отработавший газ, если бы воздушно-топливное отношение было бы стехиометрическим. Концентрацию кислорода во второй внутренней полости 224 поддерживают постоянным током I_пн накачки. В данном примере вторая внутренняя полость 224 может называться эталонной ячейкой.

Пара измерительных электродов 216 и 218 расположена с возможностью сообщения с первой внутренней полостью 222 и с эталонной ячейкой 224. Пара измерительных электродов 216 и 218 регистрирует градиент концентрации, который может развиться между первой внутренней полостью 222 и эталонной ячейкой 224 за счет того, что концентрация кислорода в отработавших газах будет выше или ниже стехиометрического уровня.

Пара электродов 212 и 214 накачки расположена с возможностью сообщения с внутренней полостью 222 и выполнена с возможностью электрохимически откачивать выбранную составляющую газа (например, O₂) из внутренней полости 222 через слой 201 наружу из датчика 200. Альтернативно, пара электродов 212 и 214 накачки может быть выполнена с возможностью электрохимически закачивать выбранный газ через слой 210 во внутреннюю полость 222. В данном примере пара электродов 212 и 214 накачки может быть названа ячейкой накачки кислорода. Электроды 212, 214, 216 и 218 могут быть выполнены из разнообразных подходящих материалов. В некоторых вариантах осуществления электроды 212, 214, 216 и 218 по меньшей мере частично могут быть выполнены из материала, являющегося катализатором диссоциации молекулярного кислорода. Примерами таких материалов, среди прочего, являются электроды, содержащие платину и/или золото.

Процесс электрохимической накачки кислорода из внутренней полости 222 или внутрь нее предусматривает подачу тока I_н накачки на пару электродов 212 и 214. Ток I_p накачки, подаваемый на ячейку накачки кислорода, перекачивает кислород внутрь первой внутренней полости 222 или из нее с целью поддержания стехиометрического уровня кислорода в ячейке накачки полости. Ток I_н накачки пропорционален концентрации кислорода в отработавшем газе. То есть, обеднение смеси приведет к откачке кислорода из внутренней полости 222, а обогащение смеси приведет к закачке кислорода во внутреннюю полость 222.

Система управления (не показана на ФИГ. 2) генерирует сигнал V_н напряжения накачки в качестве функции интенсивности тока накачки I_н, необходимого для поддержания стехиометрического уровня в пределах первой внутренней полости 222.

Следует понимать, что описанный здесь датчик кислорода является лишь одним из примеров осуществления УДКОГ, и что другие варианты осуществления датчиков содержания кислорода во всасываемом воздухе или датчиков содержания кислорода в отработавших газах могут иметь дополнительные и/или альтернативные отличительные признаки или конструкции.

На ФИГ. 1 и 2 показаны типовые конфигурации датчика кислорода с соответствующим расположением различных компонентов. Изображенный датчик кислорода является одним из следующего: датчик содержания кислорода во всасываемом воздухе, соединенный ниже по потоку относительно заслонки на входе, и датчик содержания кислорода в отработавших газах, соединенный выше по потоку относительно устройства снижения токсичности отработавших газов. Если показаны непосредственно в контакте друг с другом, или прямо соединенными, то такие элементы могут называться, как, соответственно, прямо контактирующие или непосредственно соединенные, по меньшей мере в одном примере. Аналогично, элементы, показанные смежными или примыкающими друг к другу, могут быть смежными или прилегать друг к другу соответственно, по меньшей мере в одном примере. В качестве примера, компоненты, лежащие друг с другом вплотную, могут называться лежащими вплотную. В качестве другого примера, разнесенные друг от друга элементы с пространством между ними и без других компонентов могут быть отнесены к самим себе, по меньшей мере в одном примере.

На ФИГ. 3 показан пример способа 300 определения условий инициирования измерения влажности. В частности, способ определяет, необходимо ли провести измерение влажности, на основе изменения условий окружающей среды. Инструкции для выполнения способа 300 и остальных способов, включенных в настоящий документ, могут исполняться контроллером на основе инструкций, хранящихся в памяти контроллера, в сочетании с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например датчиков, раскрытые выше со ссылкой на ФИГ. 1 и 2. Контроллер может приводить в действие приводы двигателя системы двигателя для регулирования работы двигателя, согласно способам, раскрытым ниже.

На шаге 302 алгоритм включает в себя оценку и/или измерение текущих параметров работы двигателя. Оцениваемые параметры могут включать в себя, например, нагрузку двигателя, частоту вращения двигателя, скорость транспортного средства, разрежение в коллекторе, положение дросселя, момент зажигания, поток РОГ, давление отработавших газов, воздушное/топливное отношение отработавших газов и т.д.

На шаге 304 алгоритм включает в себя определение температурных и давленческих условий окружающей среды. В одном примере, температура окружающей среды может напрямую оцениваться как температура наружного воздуха (ТНВ) от датчика ТНВ, прикрепленного к транспортному средству снаружи. В другом примере, температура окружающей среды может быть установлена на основе температуры заряда воздуха (ТЗВ) или температуры впускного воздуха (ТВВ), что измеряется датчиком ТВВ, соединенным с впускным каналом двигателя. Давление окружающей среды может оцениваться на основе обратных данных от датчика (БД) барометрического давления, соединенного с впускным каналом.

На шаге 306 показания температуры и давления с предыдущего измерения влажности извлекаются из памяти контроллера двигателя. Предыдущее измерение влажности, обозначенное здесь, может быть самым последним измерением влажности, причем новых измерений влажности не происходило с момента того измерения. Таким образом, предыдущее измерение влажности может быть измерено и/или получено ранее от датчиков ТНВ, ТВВ и/или БД.

На шаге 308 новые оценки температуры и/или давления (определены на шаге 304) сравниваются с извлеченными оценками температуры или давления с прошлого измерения влажности (извлечены на шаге 306). Кроме того, оценивается разность или изменение (ΔТ) температуры или разность (ΔР) давления между новой и предыдущей измеренной температурой и/или давлением.

На шаге 310 алгоритм включает в себя шаг, на котором определяют, превышает ли изменение (ΔТ) температуры и/или изменение (ΔР) давления заданную пороговую величину. Изменение температуры или давления окружающей среды может быть основано на абсолютном выходном сигнале от вышеупомянутых датчиков, или на изменении (или производном) выходных данных от указанных датчиков. Пороговая величина изменения температуры или давления воздуха окружающей среды включает в себя пороговое изменение с момента предыдущей оценки влажности окружающей среды (например, через использование датчика кислорода). Например, большее, чем пороговое, изменение температуры или давления окружающей среды может показывать, что влажность окружающей среды также значительно изменилась. Величина порога может регулироваться как функция абсолютной температуры или давления окружающей среды. Например, величина порога может регулироваться на основе температуры окружающей среды, порог уменьшается, когда температура окружающей среды увеличивается выше верхнего порога, или падает ниже нижнего порога. В качестве примера, пороговая разность температур может быть меньше при более высоких значениях температуры, например, при температуре выше 60°F, и при более низких значениях температуры, например, при температуре ниже 30°F. Пороговая разность температур может иметь большее значение в усредненном диапазоне температур между верхним и нижним порогом, например, между 30°F и 60°F. В альтернативных примерах, вместо абсолютного изменения разности температур или давлений, может быть определено, изменилась ли температура или давление на большее, чем пороговое, изменение в процентах (%), причем пороговое изменение в процентах может аналогично регулироваться на основе абсолютной температуры или давлении окружающей среды.

Если изменение температуры или давления меньше пороговой величины, алгоритм переходит к шагу 312, на котором контроллер продолжает отслеживать температуру и давление окружающей среды, используя вышеупомянутые датчики. Кроме того, в ответ на меньшее, чем пороговое, изменение температуры (или давления) воздуха, приводы двигателя продолжают регулировать на основе предыдущей оценки влажности окружающей среды (в частности, предыдущей оценки влажности, извлеченной на шаге 306).

Если разность температур или давлений превышает пороговую величину, алгоритм переходит к шагу 314, на котором контроллер (например, контроллер 12 с ФИГ. 1) отправляет сигнал, инициирующий измерение влажности. В этом случае, измерение влажности инициируется только тогда, когда имеет место изменение условий окружающей среды, которое относится к существенному изменению влажности окружающей среды. В одном примере, контроллер отправляет сигнал специальному датчику влажности для оценки влажности окружающей среды. В другом примере, контроллер отправляет сигнал датчику содержания кислорода во всасываемом воздухе / в отработавших газах для выполнения измерения влажности. Большее, чем пороговое, изменение температуры воздуха окружающей среды основывается на выходных данных одного или более из следующего: датчик температуры впускного воздуха, соединенный с воздухозаборным каналом двигателя, и датчик температуры наружного воздуха, соединенный с транспортным средством. Аналогично, большее, чем пороговое, изменение давления воздуха окружающей среды основывается на выходных данных датчика барометрического давления, соединенного с воздухозаборным каналом двигателя. Детали процедуры измерения влажности раскрыты со ссылкой на ФИГ. 4.

На шаге 316, вслед за определением влажности окружающей среды (например, датчиком содержания кислорода во всасываемом воздухе или в отработавших газах, или специальным датчиком влажности), множество параметров работы двигателя могут регулироваться для улучшения производительности двигателя. Регулировка работы двигателя включает в себя, в качестве неограничивающих примеров, регулировку одного или более из следующего: количество рециркуляции отработавших газов, количество задержек зажигания, пограничный момент зажигания и оценка октанового числа топлива. Например, увеличение концентрации воды в окружающем транспортное средство воздухе может разбавить заряд смеси, доставляемой в камеру сгорания двигателя. Если один или более параметров работы не отрегулировать в ответ на увеличение влажности, производительность двигателя и экономия топлива могут снизиться, а токсичность отработавших газов увеличиться; таким образом, общая эффективность двигателя может сократиться. В некоторых вариантах осуществления в ответ на влажность может регулироваться только один параметр. В других вариантах осуществления, любая комбинация или подкомбинация этих параметров работы может регулироваться в ответ на измеряемые колебания влажности окружающей среды.

В одном типовом варианте осуществления, количество РОГ может регулироваться на основе измеряемой влажности окружающей среды. Например, концентрация воды в окружающем транспортное средство воздухе может увеличиться вследствие падения температуры окружающей среды (например, из-за похолодания). Таким образом, увеличение влажности может быть определено датчиком содержания кислорода в отработавших газах в условиях без снабжения двигателя топливом. В ответ на увеличенную влажность, при последующих условиях снабжения двигателя топливом, поток РОГ в по меньшей мере одну камеру сгорания может быть сокращен. В результате, эффективность двигателя может поддерживаться без снижения выбросов оксидов азота.

В ответ на колебания абсолютной влажности окружающей среды, поток РОГ может быть увеличен или уменьшен, по меньшей мере, в одной камере сгорания. Например, поток РОГ может быть увеличен или уменьшен только в одной камере сгорания, в некоторых камерах сгорания или во всех камерах сгорания. Более того, величина изменения потока РОГ может быть одинаковой для всех цилиндров или величина изменения потока РОГ может меняться цилиндром на основе конкретных условий работы каждого цилиндра.

В другом варианте осуществления, момент зажигания может регулироваться в ответ на влажность окружающей среды. По меньшей мере при одном условии, например, в ответ на более высокое показание влажности момент зажигания может быть повышен в одном или более цилиндрах при последующих условиях снабжения двигателя топливом. В другом примере, момент зажигания может планироваться для того, чтобы, например, сократить перебои в условиях низкой влажности (например, с отставанием от времени пика крутящего момента). Когда увеличение влажности обнаруживается через измерение влажности, момент зажигания может быть повышен для того, чтобы сохранить производительность двигателя и работать с моментом зажигания пикового крутящего момента или как можно ближе к такому моменту зажигания.

Дополнительно, момент зажигания может задерживаться в ответ на уменьшение влажности окружающей среды. Например, уменьшение влажности окружающей среды с большей влажности может вызвать перебой. Если уменьшение влажности обнаруживается датчиком отработавших газов в условиях без снабжения двигателя топливом, например, в условиях ОТРЗ, момент зажигания может быть задержан при последующих условиях снабжения двигателя топливом, а перебой может быть сокращен. Следует отметить, что зажигание может быть увеличено или задержано в одном или более цилиндрах при последующих условиях снабжения двигателя топливом. Кроме того, величина изменения момента зажигания может быть одинаковой для всех цилиндров, либо один или более цилиндров могут иметь различные величины увеличения или задержки зажигания.

В другом примере типовом варианте осуществления, воздушно-топливное отношение отработавших газов может регулироваться в ответ на измеренную влажность окружающей среды при последующих условиях снабжения двигателя топливом. Например, двигатель может работать с обедненным (с сравнении со стехиометрическим) воздушно-топливным отношением, оптимизированным для низкой влажности. В случае увеличения влажности, смесь может разбавляться, приводя к перебою зажигания в двигателе. Однако, если увеличение влажности обнаруживается датчиком отработавших газов в условиях без снабжения двигателя топливом, то воздушно-топливное отношение может регулироваться так, чтобы двигатель работал на менее обедненной смеси, с менее обедненным воздушно-топливным отношением при последующих условиях снабжения двигателя топливом. Также, воздушно-топливное отношение может регулироваться до более обедненного (чем стехиометрическое) воздушно-топливного отношения при последующих условиях снабжения двигателя топливом в ответ на измеренное уменьшение влажности окружающей среды. В этом случае, условия, например, перебой зажигания в двигателе в связи с колебаниями влажности, могут быть сокращены. В некоторых примерах, двигатель может работать со стехиометрическим воздушно-топливным отношением или богатым воздушно-топливным отношениям. К примеру, воздушно-топливное отношение может быть независимым от влажности окружающей среды, а измеренные колебания влажности не могут повлечь за собой регулировку воздушно-топливного отношения.

В этом случае, изменения условий окружающей среды, например, температуры и давления, которые влияют на влажность, могут использоваться для инициирования измерения влажности. В дополнении к раскрытым условиям окружающей среды, другие параметры также могут использоваться для инициирования измерения влажности. Например, если время, прошедшее с момента предыдущего измерения влажности, больше пороговой величины, то может инициироваться новая оценка влажности. В качестве другого примера, новая оценка влажности может инициироваться тогда, когда определенная (пороговая) дистанция была пройдена транспортным средством с момента предыдущего выполнения измерения влажности. Вслед за измерением влажности, параметры работы двигателя могут регулироваться в ответ на оценку влажности окружающей среды, генерируемую датчиком кислорода, соединенным с выхлопной системой двигателя или воздухозаборным каналом и/или специальным датчиком влажности.

На ФИГ. 4 изображен пример способа 400 оценки влажности окружающей среды через использование датчика кислорода, например, датчика, раскрытого выше со ссылкой на ФИГ. 2 и расположенного, как показано на ФИГ. 1. Используемый датчик кислорода может быть датчиком содержания кислорода в отработавших газах, а использование датчика кислорода для обновления оценки влажности окружающей среды включает в себя шаг, на котором: чередуют подачу первого и второго напряжения к датчику содержания кислорода в отработавших газах в условиях без снабжения двигателя топливом и генерируют показание влажности окружающей среды на основе выходных данных датчика при первом и втором напряжениях. В случае, когда датчик кислорода является датчиком содержания кислорода во всасываемом воздухе, использование датчика кислорода для обновления оценки влажности окружающей среды включает в себя шаг, на котором: чередуют подачу первого и второго напряжения к датчику содержания кислорода в отработавших газах в условиях, когда отключен каждый из следующего: наддув, РОГ, продувка адсорбера и вентиляция картера, и генерируют показание влажности окружающей среды на основе выходных данных датчика при первом и втором напряжениях.

На шаге 402 определяется, выполнены ли условия измерения влажности, как раскрыто выше в способе 300 со ссылкой на ФИГ. 3. Условия инициирования измерения влажности могут включать в себя изменение температуры окружающей среды и/или изменение давления окружающей среды относительно температуры и давления при предыдущем измерении влажности окружающей среды выше порогового значения. Условия измерения влажности могут дополнительно включать в себя пороговое время работы двигателя или пороговую дистанцию, которая была пройдена транспортным средством с момента предыдущего измерения влажности.

Если условия измерения влажности не выполнены, новое измерение влажности не выполняется. В этом случае, на шаге 404, двигатель продолжает регулировать свою работу на основе оценки влажности при предыдущем измерении влажности. На шаге 406, когда условия измерения влажности выполняются, определяется, выполнено ли условие отсутствия снабжения двигателя топливом. Условия отсутствия снабжения двигателя топливом включают в себя отсечку топлива в режиме замедления, при которой выполняется накачка воздухом по меньшей мере одним впускным клапаном и одним выпускным клапаном. Как раскрыто выше, условие отсутствия снабжения двигателя топливом необходимо для выпускного УДКОГ для успешной оценки влажности окружающей среды. Если на шаге 408 условия отсутствия снабжения двигателя топливом не выполнены, измерение влажности откладывается до тех пор, пока условие отсутствия снабжения двигателя топливом не будет выполнено. В течение этого времени двигатель продолжает использовать новую оценку влажности для регулирования своей работы. Если условия отсутствия снабжения двигателя топливом выполнены, то измерение влажности выполняется датчиком содержания кислорода в отработавших газах.

Если УДКОГ выпускного канала используется для измерения влажности, прежде, чем начинать измерение влажности, целесообразно с момента отключения подачи топлива подождать в течение определенного промежутка времени до тех пор, пока отработавший газ практически не будет содержать углеводородов, образующихся в результате сгорания в двигателе. Например, остаточные газы от одного или более предыдущих циклов сгорания могут оставаться в отработавших газах на протяжении нескольких циклов после того, как подача топлива будет отключена, а газ, который выпускается из камеры, может содержать больше, чем воздух окружающей среды, в течение времени, после того, как впрыск топлива был остановлен. В других примерах, время с момента отключения подачи топлива может быть, например, числом циклов двигателя с момента отключения подачи топлива.

Для измерения влажности воздуха в канале, датчик модулирует опорное напряжение через ячейку накачки между первым и вторым напряжениями. На шаге 410 может быть подано первое (меньшее) напряжение накачки. В качестве одного неограничивающего примера, первым напряжением может быть напряжение в 450 мВ. При напряжении в 450 мВ, например, ток накачки может быть индикатором количества кислорода в отработавших газах. На этом напряжении, молекулы воды остаются целыми и не способствуют определению общего кислорода, присутствующему в системе. На шаге 412 может быть подано второе (большее) напряжение накачки. В качестве одного неограничивающего примера, вторым напряжением может быть напряжение в 950 мВ.

При более высоком напряжении, молекулы воды могут диссоциировать. Второе напряжение больше, чем первое напряжение, причем второе напряжение диссоциирует молекулы воды, а первое - нет, причем выходные данные датчика включают в себя первый ток накачки, генерируемый в ответ на подачу первого напряжения, и второй ток накачки, генерируемый в ответ на подачу второго напряжения. Когда молекулы воды диссоциируют вследствие второго напряжения, суммарная концентрация кислорода увеличивается. Ток накачки является индикатором количества кислорода в отработавших газах в сумме с добавленным количеством кислорода от диссоциации молекул воды. Например, первым напряжением может быть напряжение, при котором может быть определена концентрация кислорода в отработавших газах, в то время как второе напряжение может быть вторым напряжением, при котором могут диссоциироваться молекулы воды, позволяя провести оценку влажности.

На шаге 414 определяется изменение тока накачки во время модуляции напряжения. Показание влажности окружающей среды генерируется на основе разности между первым и вторым токами накачки, генерируемыми во время подачи первого и второго напряжений, соответственно. Определяется разность (дельта) между током накачки при первом опорном напряжении и током накачки при втором опорном напряжении. Дельта тока накачки может быть усреднена по всей длительности состояния ОТРЗ, так что может быть определена влажность окружающей среды. Когда усредненное изменение тока накачки определено, на основе этого определяется оценка влажности окружающей среды. На шаге 416 вслед за оценкой влажности окружающей среды, могут регулироваться множество операций двигателя, как раскрыто выше со ссылкой на ФИГ. 3.

Таким образом, при первом условии, в ответ на первое изменение условий окружающей среды, сохраняют первую величину влажности окружающей среды, ранее оцененную датчиком, и работу двигателя регулируют на основе первой величины влажности окружающей среды; а при втором условии, в ответ на второе изменение условий окружающей среды, сохраняют вторую величину влажности окружающей среды оценивают через датчик и регулируют работу двигателя в соответствии со второй величиной влажности окружающей среды. При втором условии, работу двигателя не регулируют в соответствии с первой величиной влажности окружающей среды. При этом первое изменение условий окружающей среды включает в себя первое изменение температуры или давления окружающей среды, а второе изменение условий окружающей среды включает в себя второе изменение температуры или давления окружающей среды, причем второе изменение больше, чем первое изменение. Влажность окружающей среды может оцениваться через использование датчика кислорода по меньшей мере в двух режимах, в которых для определения влажности окружающей среды регулируется напряжение накачки и отслеживаются соответствующие токи накачки.

На ФИГ. 5. показана типовая последовательность 500 операций, иллюстрирующая измерение влажности на основе разности температур и соответствующие регулировки работы двигателя. По горизонтали (ось X) обозначены время и вертикальные отметки t₁-t₄, определяющие временные интервалы в измерении влажности окружающей среды.

Первая сверху кривая показывает изменение температуры окружающей среды (линия 502) с течением времени. Значения температуры, при которых выполняются измерения влажности, помечены, как T₁, Т₂ и Т₃. Разности температур между текущей температурой и температурой на момент предыдущего измерения влажности помечены, как , Δ₁, Δ₂ и Δ₃. Вторая кривая (линия 504) показывает возникновение оценки влажности за счет модулирования опорного напряжения датчика кислорода. Когда на кривой показана позиция ВКЛ, выполняется измерение влажности, а, когда на участке показана позиция ВЫКЛ, датчик не выполняет измерение влажности. Третья кривая, линия 506, показывает изменение влажности окружающей среды с течением времени. Измерение влажности выполняется в конкретное время на основе изменения температуры окружающей среды, значения измеряемой влажности показаны, как Н₁, Н₂ и Н₃. Четвертая кривая (линия 508) показывает изменение частоты (Ne) вращения двигателя с течением времени. Последняя кривая (линия 510) показывает регулировку потока РОГ на основе частоты вращения двигателя и оценки влажности.

До момента времени t1 инициируется оценка влажности. Оценка влажности может инициироваться вследствие запроса оценки влажности окружающей среды или вследствие порогового значения времени или дистанции, которую прошло транспортное средство. На моменте времени t₁ оценка влажности все еще исполняется, как показано позицией ВКЛ на кривой 504. Оценка влажности заканчивается вскоре после момента времени t₁, как показано позицией ВЫКЛ на кривой 504. Температура окружающей среды во время измерения влажности, как, например, в момент времени t1, показана в качестве T₁. Это значение температуры, T₁, записывается, как температура, соответствующая измерению влажности (упоминаемое в этом примере, как первое измерение влажности). До этой точки поток РОГ регулируется на основе предыдущего измеренного значения влажности вместе с частотой вращения двигателя. Измерение влажности выполняется датчиком кислорода на основе модулирования напряжения накачки и измерения соответствующих токов накачки. Когда вскоре после момента времени t₁ заканчивается оценка влажности, значение влажности, используемое для регулировки параметров работы двигателя, обновляется до текущего значения H₁ влажности.

Сразу после момента времени t₁, значительного изменения в скорости двигателя не происходит, однако из-за низкого значения H₁ влажности, поток РОГ увеличивается для обеспечения требуемого уровня разбавления в двигателе. В интервале между моментами времени t₁ и t₂, когда частота вращения двигателя кратковременно увеличивается, поток РОГ соответственно сокращается.

Между моментами времени t₁ и t₂ значение влажности считается постоянным на значении H₁. В интервале времени t₁-t₂ температура окружающей среды непрерывно отслеживается и сравнивается с температурой T₁ во время первого измерения влажности.

В момент времени t₂ разность температур между текущей температурой (Т₂) и T₁, Δ₁, больше пороговой величины. Пороговое значение может изменяться на основе температуры в этот момент, например, пороговое значение может уменьшиться, когда температура окружающей среды увеличится выше верхнего порога или упадет ниже нижнего порога. В момент времени t₂, в ответ на то, что Δ₁ становится больше, чем пороговая величина, измерение влажности инициируется в момент времени t₂ и при температуре Т₂. Это значение температуры, Т₂, записывается, как температура, соответствующая новому измерению влажности (упоминаемому в этом примере, как второе измерение влажности). После измерения влажности в момент времени t₂ значение влажности, используемое для работы двигателя, обновляется до значения Н₂, который выше предыдущего значения H₁. Следовательно, после момента времени t₂, поток РОГ понижается для компенсации увеличения влажности, в то же время позволяя поддерживать данный двигателю уровень разбавления (так как нет значительного изменения в частоте вращения двигателя).

Между моментами времени t₂ и t₃ частота вращения двигателя остается в основном постоянной и поток РОГ, как только он оказывается отрегулированным до более низкого значения, соответствующего повышенной влажности Н₁, также остается в основном постоянным. В интервал времени t₂-t₃ температура непрерывно отслеживается и сравнивается с температурой при втором измерении влажности, Т₂, а разность температур сравнивается с пороговой разностью температур.

После момента времени t₂ температура продолжает увеличиваться по сравнению с температурой Т₂ и разность температур между текущей температурой и температурой Т₂ сравнивается с пороговой разностью температур. В момент времени t₃ разность температур между текущей температурой и температурой Т₂ является Δ₂. Однако, Δ₂ меньше, чем пороговая разность температур, и, следовательно, измерение влажности не инициируется, даже если имеется изменение температуры по сравнению с температурой Т₂. Следовательно, предыдущая оцененная величина влажности Н₂ продолжает использоваться для всей работы двигателя. В интервал времени t₃ и t₄ частота вращения двигателя уменьшается, следовательно поток РОГ увеличивается, с учетом, что значение влажности останется постоянным на значении Н₂. Изменение РОГ между моментами времени t₃ и t₄ в основном вызвано колебаниями в частоте вращения двигателя. В интервал времени t₂-t₄ измерение влажности не происходит, а значение Н₂ влажности используется для работы двигателя, а температура непрерывно отслеживается и сравнивается с температурой на момент второй оценки влажности, Т₂, и разность температур сравнивается с пороговой разностью температур.

В момент времени t₄ разность температур между текущей температурой (Т₃) и Т₂, Δ₃, больше пороговой величины. Так как Δ₃ больше, чем пороговая величина для данного диапазона температур, то, следовательно, измерение влажности инициируется при температуре Т₃. Это значение температуры, Т₃, записывается, как температура, соответствующая новому измерению влажности (упоминается в этом примере, как третье измерение влажности). После оценки влажности в момент времени t₄ значение влажности, используемое для работы двигателя, обновляется до значения Н₃, которое меньше по сравнению с предыдущим значением Н₂. Следовательно, после момента времени t₄, с понижающейся влажностью окружающей среды поток РОГ регулируется до увеличения. Поток РОГ также определяется колебаниями частоты вращения двигателя и, когда частота вращения двигателя начинает увеличивается, поток РОГ уменьшается. Таким образом, параметры работы двигателя, например, поток РОГ, варьируют на основе влажности и других влияющих факторов.

Таким образом, изменение температуры окружающей среды между текущей температурой и температурой на момент предыдущего измерения влажности сравнивается с пороговой разностью температур; и, если разность температур превышает пороговую величину, инициируется новое измерение влажности. На основе обновленной оценки влажности работа двигателя, например, поток РОГ, может модулироваться. Аналогично, для инициирования измерения влажности дополнительно или альтернативно могут использоваться пороговая разность давлений при предыдущем измерении влажности, время, прошедшее с момента предыдущего измерения, и/или расстояние, пройденное с момента предыдущего измерения.

В одном примере, способ оценки влажности содержит шаг, на котором: в ответ на большее, чем пороговое, изменение температуры или давления воздуха окружающей среды используют датчик кислорода для обновления оценки влажности окружающей среды; и регулируют привод двигателя на основе обновленной оценки влажности окружающей среды. Предыдущий пример способа может дополнительно или опционально содержать шаг, на котором: в ответ на меньшее, чем пороговое, изменение температуры воздуха, регулируют привод двигателя на основе предыдущей оценки влажности окружающей среды. В любом или во всех предыдущих примерах большее, чем пороговое, изменение температуры воздуха окружающей среды может дополнительно или опционально определяться на основе выходных данных одного или более из следующего: датчик температуры впускного воздуха, соединенный с воздухозаборным каналом двигателя, и датчик температуры наружного воздуха, соединенный с транспортным средством. В любом или во всех предыдущих примерах большее, чем пороговое, изменение давления воздуха окружающей среды может дополнительно или опционально определяться на основе выходных данных датчика барометрического давления, соединенного с воздухозаборным каналом двигателя. В любом или во всех предыдущих примерах пороговое изменение температуры или давления воздуха окружающей среды может дополнительно или опционально включать в себя пороговое изменение с момента предыдущей оценки влажности окружающей среды посредством использования датчика кислорода. В любом или во всех предыдущих примерах пороговое значение может дополнительно или опционально регулироваться на основе температуры окружающей среды, причем пороговое значение уменьшается, когда температура окружающей среды увеличивается выше верхнего порога или падает ниже нижнего порога. В любом или во всех предыдущих примерах датчик кислорода может дополнительно или опционально представлять собой одно из следующего: датчик содержания кислорода во всасываемом воздухе, установленный ниже по потоку относительно впускного дросселя, и датчик содержания кислорода в отработавших газах, установленный выше по потоку относительно устройства снижения токсичности отработавших газов. В любом или во всех предыдущих примерах, где датчик кислорода представляет собой датчик содержания кислорода в отработавших газах, шаг использования датчика кислорода для обновления оценки влажности окружающей среды может дополнительно или опционально включать в себя чередование подачи первого и второго напряжений к датчику содержания кислорода в отработавших газах в условиях отсутствия снабжения двигателя топливом, и генерирование показания влажности окружающей среды на основе выходных данных датчика при первом и втором напряжениях. В любом или во всех предыдущих примерах условия отсутствия снабжения двигателя топливом могут дополнительно или опционально включать в себя отсечку топлива в режиме замедления, причем по меньшей мере один впускной клапан и один выпускной клапан накачивают воздух, причем второе напряжение больше, чем первое напряжение, причем второе напряжение диссоциирует молекулы воды, а первое напряжение - нет, и причем выходные данные датчика включают в себя первый ток накачки, генерируемый в ответ на подачу первого напряжения, и второй ток накачки, генерируемый в ответ на подачу второго напряжения. В любом или во всех предыдущих примерах, где датчик кислорода представляет собой датчик содержания кислорода во всасываемом воздухе, шаг использования датчика кислорода для обновления оценки влажности окружающей среды может дополнительно или опционально включать в себя чередование подачи первого и второго напряжений к датчику содержания кислорода в отработавших газах в условиях, когда отключен каждый из следующего: наддув, РОГ, продувка адсорбера и вентиляция картера; и генерирование показания влажности окружающей среды на основе выходных данных датчика при первом и втором напряжениях. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или опционально, второе напряжение больше, чем первое напряжение, причем второе напряжение диссоциирует молекулы воды, а первое напряжение - нет, причем выходные данные датчика включают в себя первый ток накачки, генерируемый в ответ на подачу первого напряжения, и второй ток накачки, генерируемый в ответ на подачу второго напряжения, и в котором генерируют показание влажности окружающей среды на основе разности между первым и вторым токами накачки.

Другой пример способа оценки влажности содержит шаги, на которых: при первом условии, в ответ на первое изменение условий окружающей среды, поддерживают первое значение влажности окружающей среды, ранее оцененное датчиком, и регулируют работу двигателя на основе первого значения влажности; и при втором условии, в ответ на второе изменение условий окружающей среды, оценивают второе значение влажности окружающей среды при помощи датчика и регулируют работу двигателя в соответствии со вторым значением влажности окружающей среды. В предыдущем примере, первое изменение условий окружающей среды дополнительно или опционально включает в себя первое изменение температуры или давления окружающей среды, и второе изменение условий окружающей среды включает в себя второе изменение температуры или давления окружающей среды, причем второе изменение больше, чем первое изменение. В любом или во всех предыдущих примерах, при втором условии, дополнительно или опционально, работу двигателя не регулируют в соответствии с первым значением влажности окружающей среды. Регулирование работы двигателя, дополнительно или опционально, включает в себя регулирование одного или более из следующего: количество рециркуляции отработавших газов, количество задержек зажигания, пограничный момент зажигания и оценка октанового числа топлива. В любом или во всех предыдущих примерах, датчик представляет собой одно или более из следующего: датчик содержания кислорода во всасываемом воздухе, датчик содержания кислорода в отработавших газах и датчик влажности.

В другом примере, система транспортного средства содержит: двигатель, включающий в себя воздухозаборник и выхлопную систему; датчик кислорода, соединенный с выхлопной системой двигателя; канал РОГ, включающий в себя клапан РОГ для рециркуляции отработавших газов из выхлопной системы двигателя к воздухозаборнику двигателя; датчик температуры наружного воздуха для оценки температуры воздуха окружающей среды; и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранящимися в долговременной памяти, согласно которым: модулируют опорное напряжение датчика кислорода для выполнения первой оценки влажности окружающей среды; анализируют температуру воздуха окружающей среды по первой оценке влажности окружающей среды; и в ответ на большее, чем пороговое, изменение температуры окружающей среды, непосредственно после анализа, модулируют опорное напряжение датчика кислорода для выполнения второй оценки влажности окружающей среды. В предыдущем примере, дополнительно или опционально, контроллер содержит дополнительные инструкции, согласно которым: в ответ на меньшее, чем пороговое, изменение температуры окружающей среды, непосредственно после анализа регулируют открытие клапана РОГ на основе первой оценки влажности окружающей среды; и в ответ на большее, чем пороговое, изменение температуры окружающей среды непосредственно после анализа, регулируют открытие клапана РОГ на основе второй оценки влажности окружающей среды. В любом или во всех предыдущих примерах, модулирование опорного напряжения датчика кислорода для выполнения первой и второй оценок дополнительно или опционально включает в себя модулирование опорного напряжения между первым, более низким, и вторым, более высоким, опорными напряжениями в условиях отсечки топлива в режиме замедления, и выполнение первой и второй оценок на основе изменения тока накачки, следующего за модулированием. В любом или во всех предыдущих примерах, дополнительно или альтернативно, контроллер содержит дополнительные инструкции, согласно которым: в ответ на истечение большего, чем порогового, временного периода с момента первого расчета, модулируют опорное напряжение датчика кислорода для выполнения второй оценки влажности окружающей среды.

Таким образом, оценка влажности может инициироваться изменениями условий окружающей среды, способными оказать влияние на влажность окружающей среды. Условия окружающей среды, такие, как температура и давление, активно отслеживаются, и оценка влажности выборочно проводится в условиях, когда ожидается значительное изменение влажности, а не, при возможности, (или в дополнение к этому) рационально измеряют влажность. Поэтому, для управления двигателем может быть обеспечена более точная и достоверная оценка влажности. Работа двигателя регулируется соответствующем образом на основе обновленных оценок влажности. Технический результат от использования изменения температуры и давления окружающей среды, совместно с другими условиями, для инициирования измерения влажности заключается в том, что оценка влажности может быть обновлена, когда ожидается существенное изменение влажности окружающей среды, сокращая любые ненужные измерения влажности. Кроме того, в системах двигателя, где датчик кислорода используется для оценки влажности, выборочное измерение влажности, когда выполнены конкретные условия инициирования, уменьшает шансы ухудшения состояния датчика из-за вследствие зачернения, вызванного частой подачей переменного напряжения во время ненужных измерений влажности, тем самым увеличивая срок службы компонента. Работа двигателя может быть улучшена за счет использования более достоверной и актуальной оценки влажности.

Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут исполняться системой управления, включающей в себя контроллер в комбинации с различными датчиками, приводами и другим оборудованием двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Что подразумевает, что проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях -могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в энергонезависимом запоминающем устройстве машиночитаемой компьютерной среды хранения в системе управления двигателем, где описанные действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, включающей в себя различные компоненты оборудования двигателя в комбинации с электронным контроллером.

Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не несут ограничительной функции, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные сочетания и производные сочетания различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.

В нижеследующей формуле изобретения, в частности, внимание сосредоточено на определенных сочетаниях компонентов и производных сочетаниях компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты включают в себя один или более указанных элементов, не требуя, и не исключая двух или более таких элементов. Иные сочетания и производные сочетания раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем поправки имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи исходной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.

Предложены способы и системы для инициирования измерения влажности на основе изменений условий окружающей среды. В одном примере способ может содержать шаг, на котором в ответ на большее, чем пороговое, изменение температуры или давления воздуха окружающей среды используют датчик кислорода для обновления оценки влажности окружающей среды. Параметры работы двигателя могут регулироваться на основе обновленной оценки влажности окружающей среды. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ для двигателя транспортного средства, содержащий шаги, на которых:

в ответ на большее, чем пороговое, изменение температуры или давления воздуха окружающей среды используют датчик кислорода для обновления оценки влажности окружающей среды; и

регулируют привод двигателя на основе обновленной оценки влажности окружающей среды,

причем датчик кислорода представляет собой датчик содержания кислорода во всасываемом воздухе, при этом шаг использования датчика кислорода для обновления оценки влажности окружающей среды включает в себя чередование подачи первого и второго напряжений к датчику содержания кислорода во всасываемом воздухе в условиях, когда отключен каждый из следующего: наддув, рециркуляция отработавших газов (РОГ), продувка адсорбера и вентиляция картера; и генерирование показания влажности окружающей среды на основе выходных данных датчика при первом и втором напряжениях.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий шаг, на котором в ответ на меньшее, чем пороговое, изменение температуры воздуха окружающей среды регулируют привод двигателя на основе предыдущей оценки влажности окружающей среды.

3. Способ по п. 1, в котором большее, чем пороговое, изменение температуры воздуха окружающей среды определяют на основании выходных данных одного или более из следующих устройств: датчик температуры впускного воздуха, соединенный с воздухозаборным каналом двигателя, и датчик температуры наружного воздуха, присоединенный снаружи транспортного средства.

4. Способ по п. 1, в котором большее, чем пороговое, изменение давления воздуха окружающей среды определяют на основании выходных данных датчика барометрического давления, соединенного с воздухозаборным каналом двигателя.

5. Способ по п. 1, в котором пороговое изменение температуры или давления воздуха окружающей среды включает в себя пороговое изменение с момента предыдущей оценки влажности окружающей среды посредством использования датчика кислорода.

6. Способ по п. 1, в котором датчик кислорода подключен ниже по потоку относительно впускного дросселя, а датчик содержания кислорода в отработавших газах подключен выше по потоку относительно устройства снижения токсичности отработавших газов.

7. Способ по п. 1, в котором датчик кислорода представляет собой датчик содержания кислорода в отработавших газах и в котором шаг использования датчика кислорода для обновления оценки влажности окружающей среды включает в себя чередование между подачей первого и второго напряжений к датчику содержания кислорода в отработавших газах в условиях отсутствия снабжения двигателя топливом и генерирование показания влажности окружающей среды на основании выходных данных датчика при первом и втором напряжениях.

8. Способ по п. 7, в котором условия отсутствия снабжения двигателя топливом включают в себя отсечку топлива в режиме замедления, причем по меньшей мере один впускной клапан и один выпускной клапан накачивают воздух, причем второе напряжение больше, чем первое напряжение, причем второе напряжение диссоциирует молекулы воды, а первое напряжение - нет, и причем выходные данные датчика содержания кислорода в отработавших газах включают в себя первый ток накачки, генерируемый в ответ на подачу первого напряжения, и второй ток накачки, генерируемый в ответ на подачу второго напряжения.

9. Способ по п. 7, в котором второе напряжение больше, чем первое напряжение, причем второе напряжение диссоциирует молекулы воды, а первое напряжение - нет, причем выходные данные датчика содержания кислорода в отработавших газах включают в себя первый ток накачки, генерируемый в ответ на подачу первого напряжения, и второй ток накачки, генерируемый в ответ на подачу второго напряжения, и в котором генерируют показание влажности окружающей среды на основе разности между первым и вторым токами накачки.

10. Способ для двигателя, содержащий шаги, на которых:

при первом условии в ответ на первое изменение условий окружающей среды, которое меньше порогового, поддерживают первое значение влажности окружающей среды, ранее оцененное датчиком, и регулируют работу двигателя на основании первого значения влажности окружающей среды; и

при втором условии в ответ на второе изменение условий окружающей среды, которое больше порогового, оценивают второе значение влажности окружающей среды при помощи датчика и регулируют работу двигателя в соответствии со вторым значением влажности окружающей среды,

причем пороговое значение регулируют на основании температуры окружающей среды, при этом пороговое значение уменьшают, когда температура окружающей среды увеличивается выше верхнего порога или падает ниже нижнего порога.

11. Способ по п. 10, в котором первое изменение условий окружающей среды включает в себя первое изменение температуры окружающей среды или давления окружающей среды, и второе изменение условий окружающей среды включает в себя второе изменение температуры окружающей среды или давления окружающей среды, причем второе изменение больше, чем первое изменение.

12. Способ по п. 10, в котором при втором условии работу двигателя не регулируют в соответствии с первым значением влажности окружающей среды.

13. Способ по п. 10, в котором регулирование работы двигателя включает в себя регулирование следующих параметров: объем рециркуляции отработавших газов, количество задержек зажигания и пограничный момент зажигания.

14. Способ по п. 10, в котором первое изменение условий окружающей среды представляет собой первое изменение давления окружающей среды, и второе изменение условий окружающей среды представляет собой второе изменение давления окружающей среды, причем первое и второе изменения давления окружающей среды определяют на основании выходных данных датчика барометрического давления, соединенного с воздухозаборным каналом двигателя.

15. Система транспортного средства, содержащая:

двигатель, включающий в себя воздухозаборник и выхлопную систему;

датчик кислорода, соединенный с выхлопной системой двигателя;

канал рециркуляции отработавших газов (РОГ), включающий в себя клапан РОГ для рециркуляции отработавших газов из выхлопной системы двигателя к воздухозаборнику двигателя;

датчик температуры наружного воздуха для оценки температуры воздуха окружающей среды; и

контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранящимися в долговременной памяти, согласно которым:

модулируют опорное напряжение датчика кислорода для выполнения первой оценки влажности окружающей среды;

анализируют температуру воздуха окружающей среды по первой оценке влажности окружающей среды; и

в ответ на большее, чем пороговое, изменение температуры окружающей среды непосредственно после анализа

модулируют опорное напряжение датчика кислорода для выполнения второй оценки влажности окружающей среды,

причем пороговое значение регулируют на основании температуры воздуха окружающей среды, при этом пороговое значение уменьшают, когда температура воздуха окружающей среды увеличивается выше верхнего порога или падает ниже нижнего порога.

16. Система по п. 15, в которой контроллер содержит дополнительные инструкции, согласно которым:

в ответ на меньшее, чем пороговое, изменение температуры окружающей среды непосредственно после анализа регулируют открытие клапана РОГ на основании первой оценки влажности окружающей среды; и

в ответ на большее, чем пороговое, изменение температуры окружающей среды непосредственно после анализа регулируют открытие клапана РОГ на основании второй оценки влажности окружающей среды.

17. Система по п. 15, в которой модулирование опорного напряжения датчика кислорода для выполнения первой и второй оценок включает в себя модулирование опорного напряжения между первым более низким и вторым более высоким опорными напряжениями в условиях отсечки топлива в режиме замедления и выполнение первой и второй оценок на основе изменения тока накачки, следующего за модулированием.

18. Система по п. 15, в которой контроллер содержит дополнительные инструкции, согласно которым:

в ответ на истечение большего, чем пороговый, временного периода с момента первой оценки модулируют опорное напряжение датчика кислорода для выполнения второй оценки влажности окружающей среды.