DE102015108459A1

DE102015108459A1 - Verfahren und Systeme für die Kraftstoff-Ethanolinhaltbestimmung über einen Sauerstoffsensor

Info

Publication number: DE102015108459A1
Application number: DE102015108459.7A
Authority: DE
Inventors: Gopichandra Surnilla; Daniel A. Makled; Richard E. Soltis; Jacobus Hendrik Visser
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2015-05-28
Publication date: 2015-12-10
Also published as: CN105298661A; RU2015120224A; RU2015120224A3; RU2691275C2; CN105298661B

Abstract

Es werden Verfahren bereitgestellt, um die Teile-Variabilität eines Einlass- oder Auslasssauerstoffsensors genau zu erlernen. Ein Korrekturfaktor wird auf der Basis von Sensormesswerten bei Spannungen über und unter einer Trockenluftbedingungen entsprechenden Spannung erlernt. Eine Ethanoltransferfunktion wird dann auf der Basis des erlernten Korrekturfaktors justiert, um die Genauigkeit der Schätzung des verbrannten Kraftstoffethanolgehalts zu verbessern.

Description

Verweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung ist eine teilweise Fortsetzung der US-Patentanmeldung Nr. 14/151,574, "METHODS AND SYSTEMS FOR FUEL ETHANOL CONTENT DETERMINATION VIA AN OXYGEN SENSOR", eingereicht am 9. 1. 2014, deren gesamter Inhalt hiermit für alle Zwecke durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Allgemeiner Stand der Technik und kurze Darstellung der Erfindung
Einlass- und/oder Auslassgassensoren können betrieben werden, um Anzeigen von verschiedenen Abgasbestandteilen bereitzustellen. Beispielsweise beschreibt US 20120037134 das Detektieren einer Motoreinlassverdünnung unter Verwendung eines Einlassgassauerstoffsensors. Bei alternativen Ansätzen kann die Motorverdünnung durch einen Abgassauerstoffsensor geschätzt werden. Die geschätzte Motorverdünnung kann verwendet werden, um verschiedene Motorbetriebsparameter wie etwa Betankung und Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu justieren. Als ein weiteres Beispiel beschreibt US 5,145,566 das Detektieren von Wassergehalt im Abgas unter Verwendung eines Abgassauerstoffsensors. Bei alternativen Ansätzen kann der Wassergehalt in dem zum Motoreinlass zurückgeführten Abgas (AGR) unter Verwendung eines Einlassgassauerstoffsensors geschätzt werden. Der unter Verwendung eines Einlass- oder Abgassauerstoffsensors geschätzte Wassergehalt kann verwendet werden, um während des Motorbetriebs auf die Umgebungsfeuchtigkeit zu schließen. Noch weiter kann der Wassergehalt verwendet werden, um auf einen Alkoholgehalt eines im Motor verbrannten Kraftstoffs zu schließen.
Die Erfinder haben jedoch erkannt, dass Sauerstoffsensoren (sowohl Einlass- als auch Auslasssauerstoffsensoren) eine signifikante Teile-Variabilität besitzen können. Beispielsweise kann die Variabilität bei der Sauerstoffmessung durch den Sensor ohne jegliche Kompensation im Bereich von 15% liegen. Diese Variabilität bei der Sensorausgabe kann zu einem substantiellen Fehler bei der Messung des Kraftstoffalkoholgehalts und der Motorverdünnung führen. Auf der Basis der Variabilität des Sensors beispielsweise kann eine Alkoholtransferfunktion variieren (mit der der Kraftstoffalkoholgehalt auf der Basis der Sauerstoffsensorausgabe geschätzt wird). Falls eine bekannte Transferfunktion für einen nominellen Sensor verwendet wird, kann der Kraftstoffalkoholgehalt überschätzt oder unterschätzt werden. Zum korrekten Messen des Kraftstoffalkoholgehalts muss als solches die Sauerstoffsensorausgabe hinsichtlich dieser Teile-Variabilität kompensiert werden, die nicht durch das Alter des Sensors beeinflusst wird, sondern auch durch Umgebungsbedingungen (insbesondere Umgebungsfeuchtigkeitskonzentrationen), sowie die Anwesenheit zusätzlicher Verdünnungsmittel (wie etwa Spül- oder Kurbelgehäuseentlüftungsdämpfe).
Die obigen Probleme können behandelt und die Genauigkeit der Kraftstoffalkoholgehaltsschätzung durch einen (Einlass- oder Auslass-)Sauerstoffsensor kann verbessert werden durch ein Verfahren, das die Teile-Variabilität des Sensors besser kompensiert. Ein beispielhaftes Verfahren umfasst während ausgewählter Bedingungen das Betreiben eines Sauerstoffsensors bei einer niedrigeren Referenzspannung, bei der Wassermoleküle nicht dissoziiert werden, um eine erste Ausgabe zu generieren, und bei einer höheren Referenzspannung, bei der Wassermoleküle vollständig dissoziiert werden, um eine zweite Ausgabe zu generieren. Das Verfahren umfasst weiterhin das Erlernen eines Korrekturfaktors für den Sensor auf der Basis der ersten und zweiten Ausgabe. Das Verfahren kann ferner das Justieren eines Parameters auf der Basis eines Alkoholgehalts umfassen, wobei der Alkoholgehalt des im Motor verbrannten Kraftstoffs auf der Basis jeder der ersten Ausgabe und des erlernten Korrekturfaktors für den Sensor geschätzt wird. Auf diese Weise wird die Sauerstoffsensorzuverlässigkeit verbessert.
Bei einem Beispiel wird der Sauerstoffsensor während ausgewählter Bedingungen dahingehend betrieben, einen für Trockenluftbedingungen korrigierten Sauerstoffsensormesswert zu bestimmen. Beispielsweise kann während Bedingungen, wenn Spül- und Kurbelgehäuseentlüftungsgase nicht in einem Motoreinlasskrümmer aufgenommen werden, die Referenzspannung eines Einlasssauerstoffsensors moduliert werden. Alternativ können bei Ausführungsformen, bei denen der Sauerstoffsensor ein Abgassauerstoffsensor ist, die gewählten Bedingungen Motor-Nicht-Betankungsbedingungen wie etwa ein Schubabschaltungsereignis (Deceleration Fuel Shut-Off – DFSO) beinhalten. Insbesondere kann die Referenzspannung des Sauerstoffsystems von einer ersten, niedrigeren Spannung, wo die Ausgabe (z.B. Pumpstrom) einen Sauerstoffmesswert unter feuchten Bedingungen darstellt, zu einer zweiten, höheren Spannung, wo die Ausgabe (z.B. der Pumpstrom) eine Sauerstoffzunahme aufgrund der vollen Dissoziierung von Feuchtigkeit darstellt. Ein Trockenluft-Pumpstrom kann dann auf der Basis eines Verhältnisses zwischen der ersten Ausgabe und der zweiten Ausgabe bestimmt werden, wobei der Trockenluft-Pumpstrom einen Sauerstoffmesswert in trockener Luft angibt. Der Sauerstoffmesswert in trockener Luft (das Verhältnis zwischen der ersten und der zweiten Ausgabe) wird dann zum Bestimmen einer Alkoholtransferfunktionskorrektur verwendet. Die korrigierte Transferfunktion und der Sauerstoffmesswert in feuchter Luft (erste Ausgabe) können dann zum Schätzen eines Kraftstoffalkoholgehalts verwendet werden. Mit dem geschätzten Kraftstoffalkoholgehalt kann dann ein Motorbetriebsparameter geschätzt werden, wie etwa ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die Verbrennung. Als ein Beispiel kann der Controller eine Korrektur des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis des geschätzten Kraftstoffalkoholgehalts justieren.
Auf diese Weise kann die Teile-Variabilität eines Einlass- oder Auslasssauerstoffsensors besser erlernt werden, einschließlich einer Teile-Variabilität aufgrund einer Sensoralterung. Durch Erlernen der Variabilität wird die Notwendigkeit für einen Kompensationswiderstand, der konfiguriert ist zum Kompensieren der Teile-Variabilität, reduziert, wodurch man Vorzüge hinsichtlich Kosten und Komponentenreduktion erhält. Durch Verwendung eines von dem Sauerstoffsensor gelieferten Trockenluft-Sauerstoffschätzwerts zum Korrigieren einer Alkoholtransferfunktion können Unregelmäßigkeiten bei der Kraftstoffethanolschätzung reduziert werden. Insgesamt steigt die Zuverlässigkeit der Sensorausgabe. Weiterhin wird auch die Genauigkeit des auf der Basis einer Sauerstoffsensorausgabe geschätzten Kraftstoffalkohols erhöht. Da die Sensorausgabe und der Kraftstoffalkoholschätzwert zum Justieren verschiedener Motorbetriebsparameter verwendet werden, wird die Motorgesamtleistung verbessert.
Es versteht sich, dass die obige kurze Darstellung vorgelegt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung, die folgt, näher beschrieben werden. Sie soll keine wichtigen oder essentiellen Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren, dessen Schutzbereich durch die Ansprüche, die auf die ausführliche Beschreibung folgen, definiert wird. Weiterhin ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die beliebige, oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung erwähnten Nachteile lösen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Schemadiagramm eines Motors, der einen Abgassauerstoffsensor und einen Einlassgassauerstoffsensor enthält.
2 zeigt ein Schemadiagramm eines beispielhaften Sauerstoffsensors.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Routine zum genauen Schätzen einer Alkoholmenge im Kraftstoff darstellt, während eine Alkoholtransferfunktion für Effekte einer Teile-Variation des Sauerstoffsensors korrigiert wird.
4 zeigt eine grafische Darstellung, die die Sauerstoffsensorausgabe unter verschiedenen Feuchtigkeitsbedingungen bezüglich angelegter Spannung darstellt.
5 zeigt eine grafische Darstellung, die die Auswirkung der Teile-Variabilität des Sauerstoffsensors auf die Kraftstoffethanolschätzung darstellt.
6 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Routine zum Steuern eines Motors auf der Basis der Ausgabe eines Einlass- oder Abgassauerstoffsensors darstellt.
Ausführliche Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Alkoholmenge in einer Kraftstoffmischung (z.B. Ethanol und Benzin) auf der Basis von Ausgaben von einem Einlassluft- oder Abgassensor wie etwa einem Sauerstoffsensor. Beispielsweise kann der Sensor bei einer ersten, niedrigeren Spannung betrieben werden, um eine erste Ausgabe zu erhalten, die einen Feuchtluft-Sauerstoffmesswert anzeigt. Der Sensor kann dann bei einer zweiten, höheren Spannung betrieben werden, um eine zweite Ausgabe zu erhalten, die einen Feuchtluft-Sauerstoffmesswert anzeigt, wobei alle Feuchtigkeit in der Luft am Sauerstoffsensor dissoziiert wurde. Eine mittlere Spannung zwischen der ersten, niedrigeren Spannung und der zweiten, höheren Spannung kann eine Sauerstoffsensorausgabe produzieren, die einen Trockenluft-Sauerstoffmesswert anzeigt, wobei teilweise Dissoziierung der Feuchtigkeit auftritt. Ein Trockenluft-Sauerstoffmesswert kann dann durch ein Verhältnis zwischen der ersten Ausgabe und der zweiten Ausgabe geschätzt werden. Eine Alkoholtransferfunktion kann dann auf der Basis des geschätzten Trockenluft-Sauerstoffmesswerts korrigiert werden und die erste Ausgabe kann dann auf der Basis der korrigierten Alkoholtransferfunktion korrigiert werden, um auf eine Alkoholmenge in dem in den Motor eingespritzten Kraftstoff zu schließen. Auf diese Weise kann die Teile-Variabilität verschiedener Sauerstoffsensoren derart reduziert werden, dass eine genauere Anzeige des Kraftstoffalkoholgehalts bestimmt werden kann. Bei einem Beispiel können Motorbetriebsparameter wie etwa Zündverstellung und/oder Kraftstoffeinspritzmenge auf der Basis der detektierten Alkoholmenge im Kraftstoff justiert werden. Auf diese Weise können die Motorleistung, die Kraftstoffökonomie und/oder Emissionen trotz der variierenden Alkoholmengen im Kraftstoff aufrechterhalten oder verbessert werden.
Nunmehr unter Bezugnahme auf 1 wird ein Schemadiagramm dargestellt, das einen Zylinder eines Mehrzylindermotors 10 zeigt, der in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann. Der Motor 10 wird möglicherweise mindestens teilweise von einem Steuersystem gesteuert, das einen Controller 12 enthält, und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugbediener 132 über eine Eingabeeinrichtung 130. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabeeinrichtung 130 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Generieren eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Eine Brennkammer (d.h. Zylinder) 30 des Motors 10 kann Brennkammerwände 32 mit einem darin positionierten Kolben 36 enthalten. Der Kolben 36 kann an eine Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, so dass eine Pendelbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein dazwischenliegendes Getriebesystem an mindestens ein Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Zudem kann ein Startermotor über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um einen Startbetrieb des Motors 10 zu ermöglichen.
Die Brennkammer 30 kann Einlassluft von einem Einlasskrümmer 44 über eine Einlasspassage 42 empfangen und Verbrennungsgase über eine Auslasspassage 48 ausstoßen. Der Einlasskrümmer 44 und die Auslasspassage 48 können selektiv über ein jeweiliges Einlassventil 52 und Auslassventil 54 mit der Brennkammer 30 kommunizieren. Bei einigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile enthalten.
Bei diesem Beispiel können das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 durch Nockenbetätigung über jeweilige Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können jeweils einen oder mehrere Nocken enthalten und können eines oder mehrere Systeme mit Nockenprofilumschaltung (CPS – Cam Profile Switching), variabler Nockensteuerung (VCT – Variable Cam Timing), variabler Ventilsteuerung (VVT – Variable Valve Timing) und/oder variablem Ventilhub (VVL – Variable Valve Lift) verwenden, die von einem Controller 12 betätigt werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Die Position des Einlassventils 52 und des Auslassventils 54 kann durch Positionssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden. Bei alternativen Ausführungsformen können das Einlassventil 52 und/oder das Auslassventil 54 durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Beispielsweise kann der Zylinder 30 alternativ ein Einlassventil enthalten, das über elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das über Nockenbetätigung einschließlich CPS- und/oder VCT-Systeme gesteuert wird.
Bei einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen konfiguriert sein, um dorthin Kraftstoff zu liefern. Als ein nicht-beschränkendes Beispiel ist der Zylinder 30 so gezeigt, dass er eine Kraftstoffeinspritzdüse 66 enthält. Die Kraftstoffeinspritzdüse 66 ist direkt an den Zylinder 30 gekoppelt gezeigt, um Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des vom Controller 12 über einen elektronischen Treiber 68 empfangenen Signals FPW direkt dorthin einzuspritzen. Auf diese Weise liefert die Kraftstoffeinspritzdüse 66 das, was als Direkteinspritzung (im Folgenden auch als „DI“ bezeichnet) von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 30 bekannt ist.
Es versteht sich, dass die Einspritzdüse 66 bei einer alternativen Ausführungsform eine Saugkanal-Einspritzdüse sein kann, die Kraftstoff in den Saugkanal vor dem Zylinder 30 liefert. Es versteht sich auch, dass der Zylinder 30 Kraftstoff von mehreren Einspritzdüsen wie etwa mehreren Saugkanälen, mehreren Direkteinspritzdüsen oder einer Kombination davon empfangen kann.
Ein Kraftstofftank in einem Kraftstoffsystem 172 kann Kraftstoffe mit unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten wie etwa unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzungen enthalten. Diese Unterschiede können einen unterschiedlichen Alkoholgehalt, einen unterschiedlichen Oktanwert, unterschiedliche Verdampfungswärmen, unterschiedliche Kraftstoffmischungen und/oder Kombinationen davon usw. beinhalten. Der Motor verwendet möglicherweise eine alkoholhaltige Kraftstoffmischung wie etwa E85 (die aus etwa 85% Ethanol und 15% Benzin besteht) oder M85 (die aus etwa 85% Methanol und 15% Benzin besteht). Alternativ kann der Motor mit anderen im Tank gespeicherten Verhältnissen von Benzin zu Ethanol arbeiten, einschließlich 100% Benzin und 100% Ethanol, und variablen Verhältnissen dazwischen, je nach dem Alkoholgehalt des vom Bediener dem Tank zugeführten Kraftstoffs. Zudem können Kraftstoffcharakteristika des Kraftstofftanks häufig variieren. In einem Beispiel befüllt ein Fahrer möglicherweise den Kraftstofftank an einem Tag mit E85, am nächsten mit E10 und am nächsten mit E50. Als solches kann sich die Kraftstofftankzusammensetzung auf der Basis der Konzentration und Zusammensetzung des im Tank zur Zeit des Betankens verbleibenden Kraftstoffs dynamisch ändern.
Die täglichen Variationen bei der Tankbefüllung können somit zu einer häufig variierenden Kraftstoffzusammensetzung des Kraftstoffs im Kraftstoffsystem 172 führen, wodurch die Kraftstoffzusammensetzung und/oder die Kraftstoffqualität, die von der Einspritzdüse 66 geliefert wird, beeinflusst werden. Die durch die Einspritzdüse 66 eingespritzten verschiedenen Kraftstoffzusammensetzungen können hier als eine Kraftstoffart bezeichnet werden. Bei einem Beispiel können die verschiedenen Kraftstoffzusammensetzungen qualitativ durch ihre Research-Oktanzahl (ROZ), den Alkoholprozentsatz, den Ethanolprozentsatz usw. beschrieben werden.
Es versteht sich, dass zwar in einer Ausführungsform der Motor durch Einspritzen der variablen Kraftstoffmischung über eine Direkteinspritzdüse betrieben werden kann, der Motor bei alternativen Ausführungsformen unter Verwendung von zwei Einspritzdüsen und das Variieren einer relativen Einspritzmenge von jeder Einspritzdüse betrieben werden kann. Es versteht sich weiterhin, dass, wenn der Motor mit einer Aufladung von einer Aufladeeinrichtung wie etwa einem Turbolader oder einem Supercharger (nicht gezeigt) betrieben wird, die Aufladegrenze erhöht werden kann, wenn ein Alkoholgehalt der variablen Kraftstoffmischung erhöht wird.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 kann die Einlasspassage 42 eine Drossel 62 mit einer Drosselklappe 64 enthalten. Bei diesem besonderen Beispiel kann die Position der Drosselklappe 64 durch den Controller 12 über ein Signal variiert werden, das an einen mit der Drossel 62 enthaltenen Elektromotor oder Aktuator geliefert wird, eine Konfiguration, die gewöhnlich als elektronische Drosselklappe (ETC – electronic throttle control) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 62 betrieben werden, die an die Brennkammer 30 unter anderen Motorzylindern gelieferte Einlassluft zu variieren. Die Position der Drosselklappe 64 kann durch ein Drosselpositionssignal TP an den Controller 12 geliefert werden. Die Einlasspassage 42 kann einen Luftmassenstromsensor 120 und einen Krümmerluftdrucksensor 122 zum Liefern jeweiliger Signale MAF und MAP an einen Controller 12 enthalten.
Ein Zündsystem 88 kann unter ausgewählten Betriebsmodi als Reaktion auf ein Zündvorverstellungssignal SA vom Controller 12 einen Zündfunken über eine Zündkerze 92 an die Brennkammer 30 liefern. Wenngleich Fremdzündungskomponenten gezeigt sind, können die Brennkammer 30 oder eine oder mehrere Brennkammern des Motors 10 in einigen Ausführungsformen durch einen Eigenzündmodus mit oder ohne Zündfunken betrieben werden.
Ein Abgassensor 126 ist an die Auslasspassage 48 vor einer Abgasreinigungseinrichtung 70 gekoppelt gezeigt. Der Sensor 126 kann ein beliebiger Sensor sein, um eine Anzeige des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Abgas zu liefern, wie etwa eine Breitbandsonde für Sauerstoff oder ein UEGO (Universal or Wide-Range Exhaust Gas Oxygen), ein Zweizustands-Sauerstoffsensor oder EGO (Exhaust Gas Oxygen), ein HEGO (Heated EGO), ein NO_x-, HC- oder CO-Sensor. Die Abgasreinigungseinrichtung 70 ist entlang der Auslasspassage 48 hinter dem Abgassensor 126 angeordnet gezeigt. Die Einrichtung 70 kann ein Dreiwegekatalysator (TWC – Three Way Catalyst), eine NO_x-Falle, verschiedene andere Abgasreinigungseinrichtungen oder Kombinationen davon sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die Abgasreinigungseinrichtung 70 während des Betriebs des Motors 10 periodisch zurückgesetzt werden, indem mindestens ein Zylinder des Motors innerhalb eines bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses betrieben wird.
Wie in dem Beispiel von 1 gezeigt, enthält das System weiterhin einen an die Einlasspassage 44 gekoppelten Einlassluftsensor 127. Der Sensor 127 kann ein beliebiger geeigneter Sensor sein, um eine Anzeige des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Abgas zu liefern, wie etwa eine Breitbandsonde für Sauerstoff oder ein UEGO (Universal or Wide-Range Exhaust Gas Oxygen), ein Zweizustands-Sauerstoffsensor oder EGO (Exhaust Gas Oxygen), ein HEGO (Heated EGO), ein NO_x-, HC- oder CO-Sensor.
Weiterhin kann in den offenbarten Ausführungsformen ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) einen gewünschten Teil des Abgases von der Auslasspassage 48 über eine AGR-Passage 140 zur Einlasspassage 44 lenken. Das an die Einlasspassage 44 gelieferte Ausmaß an AGR kann durch den Controller 12 über ein AGR-Ventil 142 variiert werden. Weiterhin kann ein AGR-Sensor 144 innerhalb der AGR-Passage 140 angeordnet sein und eine Anzeige von einem oder mehreren von Druck, Temperatur und Konzentration des Abgases liefern. Unter einigen Bedingungen kann das AGR-System verwendet werden, um die Temperatur der Luft und der Kraftstoffmischung innerhalb der Brennkammer zu regeln, wodurch ein Verfahren zum Steuern der Zündsteuerung während einiger Verbrennungsmodi bereitgestellt wird. Weiterhin kann während einiger Bedingungen ein Teil der Verbrennungsabgase in der Brennkammer zurückgehalten oder gefangen werden, indem eine Abgasventilsteuerung gesteuert wird, wie etwa durch Steuern eines Mechanismus zur variablen Ventilsteuerung.
Der Controller 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangsports 104, ein elektronisches Ablagemedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, in diesem bestimmten Beispiel als ein Festwertspeicherchip 106 gezeigt, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Arbeitsspeicher 110 und einen Datenbus enthalten. Der Controller 12 kann zusätzlich zu jenen zuvor erörterten Signalen verschiedene Signale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich einer Messung des angesaugten Luftmassenstroms (MAF – Mass Air Flow) von dem Luftmassenstromsensor 120; eine Motorkühlmitteltemperatur (ECT – Engine Coolant Temperature) von einem an eine Kühlmuffe 114 gekoppelten Temperatursensor 112; ein Zündungsprofilaufnehmersignal (PIP – Profile Ignition Pickup Signal) von einem Hall-Effekt-Sensor 118 oder einer anderen Art, der an die Kurbelwelle 40 gekoppelt ist; eine Drosselposition (TP – Throttle Position) von einem Drosselpositionssensor und ein Krümmerabsolutdrucksignal MAP von dem Sensor 122. Ein Motordrehzahlsignal RPM kann durch den Controller 12 aus dem Signal PIP generiert werden.
Der Ablagemedium-Festwertspeicher 106 kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die durch den Prozessor 102 ausführbare Anweisungen zum Ausführen der unten beschriebenen Verfahren sowie anderer Varianten darstellen, die antizipiert werden, aber nicht spezifisch aufgeführt sind.
Wie oben beschrieben, zeigt 1 nur einen Zylinder eines Mehrzylindermotors, und jeder Zylinder kann analog seinen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzdüse, Zündkerze usw. enthalten.
Als Nächstes zeigt 2 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Sauerstoffsensors 200, der konfiguriert ist zum Messen einer Sauerstoffkonzentration (O₂) in einem Einlassluftstrom in einer Einlasspassage oder eines Abgasstroms in einer Auslasspassage. Der Sensor 200 kann beispielsweise als UEGO-Sensor 126 von 1 arbeiten. Der Sensor 200 umfasst mehrere Schichten aus einem oder mehreren Keramikmaterialien, die in einer gestapelten Konfiguration angeordnet sind. Bei der Ausführungsform von 2 sind fünf Keramikschichten als Schichten 201, 202, 203, 204 und 205 dargestellt. Diese Schichten beinhalten eine oder mehrere Schichten aus einem festen Elektrolyt, der Sauerstoffionen leiten kann. Zu Beispielen für geeignete feste Elektrolyte zählen unter anderem auf Zirkoniumoxid basierende Materialien. Weiterhin kann bei einigen Ausführungsformen eine Heizung 207 in thermischer Kommunikation mit den Schichten angeordnet sein, um die Ionenleitfähigkeit der Schichten zu erhöhen. Wenngleich der dargestellte Sauerstoffsensor aus fünf Keramikschichten gebildet ist, versteht sich, dass der Sauerstoffsensor andere geeignete Anzahlen an Keramikschichten enthalten kann.
Die Schicht 202 enthält ein oder mehrere Materialien, die einen Diffusionsweg 210 herstellen. Der Diffusionsweg 210 ist so konfiguriert, dass er Abgase über Diffusion in einen ersten inneren Hohlraum 222 einleitet. Der Diffusionsweg 210 kann so konfiguriert sein, dass er gestattet, dass eine oder mehrere Komponenten der Einlassluft oder von Abgasen, einschließlich unter anderem ein gewünschter Analyt (z.B. O₂), mit einer begrenzenderen Rate, in den internen Hohlraum 222 diffundieren, als der Analyt durch ein pumpendes Elektrodenpaar 212 und 214 hinein oder herausgepumpt werden kann. Auf diese Weise kann eine stöchiometrische Konzentration an O₂ im ersten internen Hohlraum 222 erhalten werden.
Der Sensor 200 enthält weiterhin einen zweiten internen Hohlraum 224 innerhalb der Schicht 204, der durch die Schicht 203 von dem ersten internen Hohlraum 222 getrennt ist. Der zweite interne Hohlraum 224 ist so konfiguriert, dass er einen konstanten Sauerstoffpartialdruck aufrechterhält, der einer stöchiometrischen Bedingung äquivalent ist, z.B. ist eine im zweiten internen Hohlraum 224 vorliegende Sauerstoffkonzentration gleich der, die die Einlassluft oder das Abgas haben würden, falls das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch wäre. Die Sauerstoffkonzentration im zweiten internen Hohlraum 224 wird durch die Pumpspannung V_cp konstant gehalten. Hierin kann der zweite interne Hohlraum 224 als eine Referenzzelle bezeichnet werden.
Ein Paar Erfassungselektroden 216 und 218 ist in Kommunikation mit dem ersten internen Hohlraum 222 und der Referenzzelle 224 angeordnet. Das Erfassungselektrodenpaar 216 und 218 detektiert einen Konzentrationsgradienten, der zwischen dem ersten internen Hohlraum 222 und der Referenzzelle 224 aufgrund einer Sauerstoffkonzentration in der Einlassluft oder dem Abgas entstehen kann, die über oder unter der stöchiometrischen Konzentration liegt. Eine hohe Sauerstoffkonzentration kann durch magere Einlassluft oder eine magere Abgasmischung verursacht werden, während eine niedrige Sauerstoffkonzentration durch eine fette Mischung verursacht werden kann.
Ein Paar Pumpelektroden 212 und 214 ist in Kommunikation mit dem internen Hohlraum 222 angeordnet und ist konfiguriert zum elektrochemischen Pumpen eines gewählten Gasbestandteils (z.B. O₂) von dem internen Hohlraum 222 durch die Schicht 201 und aus dem Sensor 200 hinaus. Alternativ kann das Paar Pumpelektroden 212 und 214 konfiguriert sein zum elektrochemischen Pumpen eines gewählten Gases durch die Schicht 201 und in den internen Hohlraum 222. Hier kann das Pumpelektrodenpaar 212 und 214 als eine O₂-Pumpzelle bezeichnet werden.
Die Elektroden 212, 214, 216 und 218 können aus verschiedenen geeigneten Materialien hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen können die Elektroden 212, 214, 216 und 218 mindestens teilweise aus einem Material hergestellt werden, das die Dissoziation von molekularem Sauerstoff katalysiert. Zu Beispielen für solche Materialien zählen unter anderem Elektroden, die Platin und/oder Silber enthalten.
Der Prozess des elektrochemischen Pumpens des Sauerstoffs aus dem internen Hohlraum 222 heraus oder in ihn hinein beinhaltet das Anlegen einer Spannung V_p an das Pumpelektrodenpaar 212 und 214. Die an die O₂-Pumpzelle angelegte Pumpspannung V_p pumpt Sauerstoff in den ersten internen Hohlraum 222 oder aus diesem heraus, um eine stöchiometrische Sauerstoffkonzentration in der Hohlraumpumpzelle aufrechtzuerhalten. Der resultierende Pumpstrom I_p ist proportional zur Sauerstoffkonzentration im Abgas. Ein in 2 nicht gezeigtes Steuersystem generiert das Pumpstromsignal I_p als Funktion der Intensität der angelegten Pumpspannung V_p, die zum Aufrechterhalten einer stöchiometrischen Konzentration innerhalb des ersten internen Hohlraums 222 erforderlich ist. Somit wird eine magere Mischung bewirken, dass Sauerstoff aus dem internen Hohlraum 222 herausgepumpt wird, und eine fette Mischung wird bewirken, dass Sauerstoff in den internen Hohlraum 222 hineingepumpt wird.
Es versteht sich, dass der hierin beschriebene Sauerstoffsensor lediglich ein Ausführungsbeispiel eines Sauerstoffsensors ist und dass andere Ausführungsformen von Sauerstoffsensoren zusätzliche und/oder alternative Merkmale und/oder Designs besitzen können.
Wie unten ausgeführt, kann der Sauerstoffsensor von 2 vorteilhafterweise zum Schätzen einer genauen Alkoholmenge in dem in dem Motor verbrannten Kraftstoff trotz einer Teile-Variabilität des Einlass- oder Auslasssauerstoffsensors verwendet werden. Insbesondere kann durch Bestimmen eines geschätzten Trockenluft-Sauerstoffmesswerts auf der Basis eines Verhältnisses zwischen einer Sauerstoffsensorausgabe bei einer ersten, niedrigeren Spannung und einer Sauerstoffsensorausgabe bei einer zweiten, höheren Spannung eine Alkoholtransferfunktionskorrektur bestimmt werden. Die korrigierte Transferfunktion kann dann auf einen bei der ersten, niedrigeren Spannung bestimmten Feuchtluft-Sauerstoffmesswert angewendet werden, um einen Kraftstoffalkoholgehalt zu schätzen.
Unter weiterer Bezugnahme auf 3 wird ein Flussdiagramm gezeigt, das eine Routine 300 zum genauen Schätzen einer Alkoholmenge im Kraftstoff darstellt, während eine Alkoholtransferfunktion für Effekte einer Teile-Variation eines Sauerstoffsensors wie etwa des oben unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen Sauerstoffsensors korrigiert wird. Insbesondere bestimmt die Routine 300 eine Alkoholmenge in dem in den Motor eingespritzten Kraftstoff und somit die Kraftstoffart auf der Basis von an eine Pumpzelle des Sensors während ausgewählter Motorbetankungsbedingungen angelegten Spannungen und weiterhin auf der Basis einer Alkoholtransferfunktionskorrektur.
Bei 310 der Routine 300 werden Motorbetriebsbedingungen bestimmt. Zu den Motorbetriebsbedingungen können unter anderem das Luft-Kraftstoffverhältnis, das in die Brennkammern eintretende Ausmaß an AGR und Betankungsbedingungen zählen, als Beispiel.
Nachdem die Motorbetriebsbedingungen bestimmt sind, geht die Routine 300 weiter zu 312, wo bestimmt wird, ob ausgewählte Bedingungen erfüllt sind. Wenn beispielsweise der Sauerstoffsensor ein in der Einlasspassage positionierter Einlasssauerstoffsensor ist, können die ausgewählten Bedingungen beinhalten, dass die AGR aktiviert ist und keine Spül- oder Kurbelgehäuseentlüftungsgase im Einlasskrümmer aufgenommen werden. Wenn als weiteres Beispiel der Sauerstoffsensor ein in der Auslasspassage positionierter Abgassauerstoffsensor ist, können die ausgewählten Bedingungen Motor-Nicht-Betankungs-Bedingungen beinhalten. Zu Nicht-Betankungsbedingungen zählen Fahrzeugverlangsamungsbedingungen und Motorbetriebsbedingungen, bei denen die Kraftstoffzufuhr unterbrochen ist, der Motor sich aber weiter dreht und mindestens ein Einlassventil und ein Auslassventil arbeiten; somit strömt Luft durch einen oder mehrere der Zylinder, es wird aber kein Kraftstoff in die Zylinder eingespritzt. Unter Nicht-Betankungsbedingungen wird die Verbrennung nicht ausgeführt und Umgebungsluft kann sich vom Einlass zum Auslass durch den Zylinder bewegen. Auf diese Weise kann ein Sensor, wie etwa ein Einlass- oder Auslasssauerstoffsensor, Umgebungsluft empfangen, an der Messungen wie etwa Umgebungsfeuchtigkeitsdetektion durchgeführt werden können.
Wie angemerkt, können Nicht-Betankungsbedingungen zum Beispiel Schubabschaltung (DFSO – Deceleration Fuel Shut-Off) beinhalten. Die DFSO reagiert auf das Bedienerpedal (z.B. als Reaktion auf ein Fahrer-Tip-Out und wenn das Fahrzeug mehr als um einen Schwellwertbetrag beschleunigt). DFSO-Bedingungen können während eines Fahrzyklus wiederholt auftreten, und somit können zahlreiche Anzeigen der Umgebungsfeuchtigkeit während des Fahrzyklus wie etwa während jedes DFSO-Ereignisses generiert werden. Als solches kann die Kraftstoffart auf der Basis einer Wassermenge im Abgas trotz Fluktuation bei der Feuchtigkeit zwischen Fahrzyklen oder sogar während des gleichen Fahrzyklus genau identifiziert werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 3 geht, wenn bestimmt wird, dass die ausgewählten Betriebsbedingungen nicht erfüllt sind, die Routine 300 zu 313 weiter, um aktuellen Sauerstoffsensorbetrieb (bei der aktuellen Pumpspannung) fortzusetzen und die Alkoholmenge im Kraftstoff auf der Basis eines zuvor bestimmten Korrekturfaktors zu bestimmen. Umgekehrt geht die Routine 300, falls bestimmt wird, dass ausgewählte Betriebsbedingungen erfüllt sind, weiter zu 314, wo eine erste Pumpspannung (V₁) an die Sauerstoffpumpzelle des Abgassensors angelegt wird und ein erster Pumpstrom (I_p1) empfangen wird. Die erste Pumpspannung kann einen derartigen Wert besitzen, dass Sauerstoff von der Zelle gepumpt wird, der aber niedrig genug ist, dass Sauerstoffverbindungen wie etwa H₂O (z.B. Wasser) nicht dissoziiert werden (z.B. V₁ = 450 mV). Bei der ersten Pumpspannung dissoziiert der Sauerstoffsensor zum Beispiel möglicherweise keine Wassermoleküle. Das Anlegen der ersten Spannung generiert eine Ausgabe des Sensors in Form des ersten Pumpstroms (I_p1), der die Sauerstoffmenge im Probengas anzeigt. Bei diesem Beispiel kann die Sauerstoffmenge, weil sich der Motor unter ausgewählten Bedingungen befindet (wie etwa Nicht-Betankungsbedingungen), der Sauerstoffmenge in der frischen Luft um das Fahrzeug herum oder einem Feuchtluft-Sauerstoffmesswert entsprechen.
Nachdem die Sauerstoffmenge bestimmt ist, geht die Routine 300 zu 316, wo eine zweite Pumpspannung (V₂) an die Sauerstoffpumpzelle des Sensors angelegt wird und ein zweiter Pumpstrom (I_p2) empfangen wird. Die zweite Spannung kann über der an den Sensor angelegten ersten Spannung liegen. Insbesondere kann die zweite Spannung einen Wert besitzen, der hoch genug ist, um eine gewünschte Sauerstoffverbindung zu dissoziieren. Beispielsweise kann die zweite Spannung hoch genug sein, um alle H₂O-Moleküle zu Wasserstoff und Sauerstoff zu dissoziieren (z.B. V₂ = 1,1 V). Das Anlegen der zweiten Spannung generiert den zweiten Pumpstrom (I₂), der die Menge an Sauerstoff und Wasser im Probengas anzeigt. Es versteht sich, dass sich der Ausdruck „Wasser“ in „die Menge an Sauerstoff und Wasser“, wie hierin verwendet, auf die Sauerstoffmenge von den dissoziierten H₂O-Molekülen im Probengas bezieht.
Bei einem bestimmten Beispiel kann die zweite Spannung 1080 mV betragen, bei der das Wasser in der Luft voll (z.B. vollständig) dissoziiert ist (z.B. sind 100% des Wassers in der Luft bei 1080 mV dissoziiert). Diese zweite Spannung kann größer als eine dritte mittlere Spannung sein, bei der Wasser in der Luft teilweise dissoziiert ist (z.B. sind ungefähr 40% des Wassers in der Luft dissoziiert). In einem Beispiel kann die dritte, mittlere Spannung etwa 920 mV betragen. In einem anderen Beispiel kann die dritte, mittlere Spannung etwa 950 mV betragen. Als ein Beispiel zeigt eine Kurve 400 von 4 eine Sauerstoffsensorausgabe über einen Bereich von Feuchtigkeitsbedingungen (z.B. von 1,5% Feuchtigkeit zu 4% Feuchtigkeit). Wie gezeigt, entspricht die Sensorausgabe bei 920 mV einem Trockenluftmesswert unter dem Bereich von Feuchtigkeitsbedingungen. Die Sensorausgabe bei 1,1 V entspricht einem Feuchtluftmesswert, bei dem alles Wasser in der Luft am Sensor dissoziiert wurde, und die Sensorausgabe bei 4,5 V entspricht einem Feuchtluftmesswert, bei dem kein Wasser in der Luft dissoziiert wurde. Somit kann ein Trockenluft-Sauerstoffmesswert durch ein Verhältnis von Sauerstoffsensorausgaben, wenn der Sauerstoffsensor bei 4,5 V und 1,1 V betrieben wird, erhalten werden. Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Trockenluft-Sauerstoffmesswert durch ein Verhältnis der Sauerstoffsensorausgabe, wenn der Sauerstoffsensor bei einer Spannung unter 0,92 V betrieben wird, wobei Wasser nicht dissoziiert wird (z.B. nicht einmal teilweise dissoziiert) und einer Spannung über 0,92 V betrieben wird, bei der Wasser voll dissoziiert wird (z.B. 100% dissoziiert), erhalten werden.
Bei 318 werden der Trockenluft-Sauerstoffmesswert und der verwandte Korrekturfaktor auf der Basis des ersten Pumpstroms und des zweiten Pumpstroms bestimmt. Zum Beispiel und wie oben beschrieben, kann durch Betrieb des Sensors bei 450 mV (oder einer ähnlichen Spannung, bei der kein Wasser am Sensor dissoziiert ist) ein niedrigerer Pumpstrom und Sauerstoffmesswert erhalten werden und durch Betrieb des Sensors bei 1080 mV (oder einer ähnlichen Spannung, bei der alles Wasser am Sensor dissoziiert ist) kann ein höherer Pumpstrom und Sauerstoffmesswert erhalten werden. Dann kann ein Trockenluft-Pumpstrom, der einen Trockenluft-Sauerstoffmesswert anzeigt, aus einem Verhältnis zwischen dem niedrigeren Pumpstrom und dem höheren Pumpstrom geschätzt werden. Zum Beispiel kann eine Summe von 40% des höheren Pumpstroms und 60% des niedrigeren Pumpstroms im Wesentlichen gleich dem Trockenluft-Pumpstrom und Sauerstoffmesswert sein. In einem alternativen Beispiel können verschiedene Prozentsätze des höheren und niedrigeren Pumpstroms miteinander addiert werden, um den Trockenluft-Pumpstrom zu bestimmen. Wenn sich zum Beispiel die höhere oder niedrigere Spannung von 450 mV bzw. 1080 mV unterscheidet, können sich die entsprechenden Prozentsätze, die zur Bestimmung des Verhältnisses zwischen dem höheren und niedrigeren Pumpstrom verwendet werden, proportional unterscheiden.
Der geschätzte Trockenluft-Sauerstoffmesswert auf der Basis eines Verhältnisses zwischen dem höheren und niedrigeren Pumpstrom (z. B. höhere und niedrigere Sauerstoffsensorausgaben, die den höheren und niedrigeren Spannungen entsprechen) kann dann zum Bestimmen des Korrekturfaktors oder der Alkoholtransferfunktionskorrektur verwendet werden. Wie oben beschrieben, ist der Korrekturfaktor ein Faktor, der die Teile-Variabilität des Sensors kompensiert. Bei einem Beispiel kann der Korrekturfaktor auf der Basis eines Verhältnisses einer Sensorreferenzausgabe relativ zum Trockenluft-Sauerstoffmesswert bei dem Verhältnis zwischen der ersten und der zweiten Spannung bestimmt werden. Auf eine weitere Weise kann der Korrekturfaktor auf der Basis eines Verhältnisses der Sensorreferenzausgabe relativ zu einem Verhältnis der ersten und zweiten Ausgabe des Sensors bestimmt werden, die durch Anlegen der ersten bzw. zweiten Spannung generiert werden. Nachdem der Korrekturfaktor bestimmt ist, wird die Alkoholtransferfunktion auf der Basis des bestimmten Korrekturfaktors bei 320 aktualisiert.
Nachdem der erste und zweite Pumpstrom generiert sind, kann eine Wassermenge im Probengas bei 322 von Routine 300 in 3 bestimmt werden. Wenn beispielsweise der zweite Pumpstrom hoch genug ist, um im Wesentlichen alle Wassermoleküle im Probengas zu dissoziieren, kann der erste Pumpstrom vom zweiten Pumpstrom subtrahiert werden, um einen Wert zu bestimmen, der einer Wassermenge entspricht.
Schließlich können bei 324 die Alkoholmenge im Kraftstoff und somit die Kraftstoffart identifiziert werden. Beispielsweise kann die korrigierte Transferfunktion derart auf den ersten Pumpstrom angewendet werden, dass eine genaue Anzeige einer Alkoholmenge (z.B. ein Prozentsatz an Ethanol) in dem in den Motor eingespritzten Kraftstoff bestimmt wird. Bei einigen Ausführungsformen kann das computerlesbare Ablagemedium des Steuersystems, das Kommunikation von dem Sensor empfängt, Anweisungen zum Identifizieren der Alkoholmenge enthalten.
Somit kann auf der Basis von Sensorausgaben (z.B. Pumpströmen), die als Reaktion auf an die Sauerstoffpumpzelle des Einlassluft- oder Abgassensors während Motorbetankungs- und Nicht-Betankungsbedingungen angelegte Spannungen generiert werden, und dem Transferfunktionskorrekturfaktor eine genaue Anzeige der Alkoholmenge (z.B. Prozentsatz Ethanol) im Kraftstoff identifiziert werden. Nachdem die Kraftstoffart bestimmt ist, können zudem verschiedene Motorbetriebsparameter justiert werden, um die Motor- und/oder Emissionseffizienz aufrechtzuerhalten, wie unten ausführlich beschrieben wird.
Das Verfahren 300 kann ferner nach 318 Bestimmen einer korrigierten Sauerstoffsensorausgabe auf der Basis des Korrekturfaktors und des gemessenen Sauerstoffs (z.B. der ersten Ausgabe) umfassen. Die korrigierte Sauerstoffsensorausgabe kann die bezüglich der teileweisen Variabilität und/oder Änderung des Sauerstoffsensormesswerts mit der Zeit korrigierte Sauerstoffsensormessung sein. Der korrigierte Sauerstoffsensormesswert kann dann für zusätzliche Motorsteuerungen und Schätzungen verwendet werden, wie etwa eine Schätzung des AGR-Flusses, wenn der Sauerstoffsensor ein im Motoreinlasskrümmer positionierter Einlasskrümmer-Sauerstoffsensor ist.
5 zeigt eine grafische Darstellung, die die Differenz bei dem prozentualen Ethanol aufgrund einer Sensor-Sensor-Variation darstellt. Beispielsweise zeigt eine Kurve 502 eine erste Transferfunktion für einen normalen Sensor. Eine Kurve 504 zeigt eine zweite Transferfunktion für einen Sensor, die einen Prozentsatz an Ethanol anzeigt, der unter normal liegt. Eine Kurve 506 zeigt eine dritte Transferfunktion für einen Sensor, die einen Prozentsatz an Ethanol anzeigt, der höher als normal liegt. Aufgrund von Unterschieden wie etwa Teile-Variabilität können, wie gezeigt, verschiedene Sensoren verschiedene Werte für den Prozentsatz an Ethanol in der gleichen Umgebung anzeigen. Als solches kann die Alkoholtransferfunktion wie oben beschrieben auf der Basis der ersten und zweiten Ausgabe des Sauerstoffsensors korrigiert werden, so dass die Sensor-Sensor-Variation reduziert ist und eine genauere Anzeige der Alkoholmenge im Kraftstoff identifiziert werden kann.
Nunmehr unter Bezugnahme auf 6 wird ein Flussdiagramm gezeigt, das eine allgemeine Steuerroutine 600 zum Justieren von Motorbetriebsparametern auf der Basis einer Alkoholmenge (z.B. einer auf der Basis der korrigierten Transferfunktion, wie oben beschrieben, bestimmten korrigierten Alkoholmenge) in dem in den Motor eingespritzten Kraftstoff darstellt. Insbesondere können ein oder mehrere Motorbetriebsparameter entsprechend einer Änderung bei der Alkoholmenge im Kraftstoff justiert werden. Beispielsweise können Kraftstoffe, die unterschiedliche Alkoholmengen enthalten, unterschiedliche Eigenschaften wie etwa Viskosität, Oktanzahl, latente Verdampfungsenthalpie usw. besitzen. Als solches können sich die Motorleistung, die Kraftstoffökonomie und/oder Emissionen verschlechtern, falls nicht ein oder mehrere entsprechende Betriebsparameter justiert werden.
Bei 610 von Routine 600 werden Motorbetriebsbedingungen bestimmt. Zu den Motorbetriebsbedingungen können beispielsweise Luft-Kraftstoff-Verhältnis, Einspritzsteuerung und Zündsteuerung zählen. Beispielsweise kann das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff, das stöchiometrisch ist, für verschiedene Arten variieren (z.B. 14,7 für Benzin, 9,76 für E85), und die Einspritzsteuerung und die Zündsteuerung müssen möglicherweise auf der Basis der Kraftstoffart justiert werden.
Nachdem die Betriebsbedingungen bestimmt sind, werden bei 612 von Routine 600 eine aktualisierte Alkoholmenge in der Kraftstoffmischung und die Umgebungsfeuchtigkeit bestimmt. Wie oben beschrieben, kann die Kraftstoffart auf der Basis von Ausgaben von einem Abgas- oder Einlassluftsensor bestimmt werden. Nachdem die Kraftstoffart bekannt ist, geht die Routine 600 zu 614, wo unter ausgewählten Betriebsbedingungen wie etwa einem Kaltstart oder instationären Betankungsbedingungen ein oder mehrere gewünschte Betriebsparameter auf der Basis der Alkoholmenge im Kraftstoff justiert werden. Beispielsweise kann das System ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die Verbrennung (z.B. das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis) auf der Basis der geschätzten Alkoholmenge im Kraftstoff justieren. Weiterhin können Rückkopplungssteuergewinne beim Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Basis der Alkoholmenge im Kraftstoff justiert werden. Noch weiter kann das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis während des Kaltstarts auf der Basis der Alkoholmenge im Kraftstoff justiert werden. Noch weiter können der Zündwinkel (wie etwa Zündvorverstellung) und/oder Ladehöhen auf der Basis der Alkoholmenge im Kraftstoff justiert werden.
Bei einigen Ausführungsformen können beispielsweise die Zeitsteuerung und/oder das Ausmaß der Kraftstoffeinspritzung bei einem oder mehreren Zylindern justiert werden. Falls beispielsweise bestimmt wird, dass während Kaltstartbedingungen die Alkoholmenge im Kraftstoff erhöht ist (z.B. von 10% Ethanol auf 30% Ethanol), kann die in den Motor eingespritzte Kraftstoffmenge erhöht werden.
Als ein weiteres Beispiel kann die Zündsteuerung auf der Basis der detektierten Alkoholmenge im Kraftstoff justiert werden. Falls beispielsweise der detektierte Prozentsatz an Alkohol niedriger ist als zuvor detektiert (z.B. von 85% Ethanol auf 50% Ethanol), kann die Zündsteuerung nach spät verstellt werden, um eine höhere Motorausgabe oder Aufladung ohne Klopfen zu erzielen.
Somit können verschiedene Motorbetriebsparameter während ausgewählter Betriebsbedingungen auf der Basis einer detektierten Alkoholmenge in dem in die Zylinder des Motors eingespritzten Kraftstoff justiert werden. Auf diese Weise können Motor- und/oder Emissionseffizienz sowie Kraftstoffökonomie aufrechterhalten oder verbessert werden.
Als eine Ausführungsform umfasst ein Verfahren während Motor-Nichtbetankungsbedingungen Anlegen jeder einer ersten, niedrigeren Spannung, wo Wassermoleküle nicht dissoziiert sind, und einer zweiten, höheren Spannung, wo Wassermoleküle voll dissoziiert sind, an einen Abgassauerstoffsensor. Das Verfahren umfasst ferner Erlernen eines Korrekturfaktors für den Sensor auf der Basis eines Verhältnisses einer ersten und zweiten Ausgabe, die während des Anlegens der ersten bzw. zweiten Spannung erzeugt werden, und schätzen eines Ethanolgehalts von im Motor verbranntem Kraftstoff durch Anwenden des erlernten Korrekturfaktors auf eine Transferfunktion auf der Basis der ersten Ausgabe. Die Motor-Nichtbetankungsbedingungen umfassen ein Bremsungs-Kraftstoffabschaltereignis, wobei das Verfahren ferner Justieren eines Motorbetriebsparameters auf der Basis des geschätzten Kraftstoffethanolgehalts umfasst, wobei der Parameter ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die Verbrennung umfasst. Die erste Ausgabe umfasst einen ersten Pumpstrom, der als Reaktion auf das Anlegen der ersten, niedrigeren Spannung generiert wird, und die zweite Ausgabe umfasst einen zweiten Pumpstrom, der als Reaktion auf das Anlegen der zweiten, höheren Spannung generiert wird, wobei die erste und zweite Ausgabe eine Feuchtluft-Sauerstoffmenge anzeigen und wobei die erste, niedrigere Spannung unter einer mittleren Spannung liegt und die zweite, höhere Spannung über der mittleren Spannung liegt, wobei die mittlere Spannung eine Spannung ist, bei der Wassermoleküle in der Luft teilweise dissoziiert sind und die mittlere Spannung einen dritten Pumpstrom generiert, der eine Trockenluft-Sauerstoffmenge anzeigt. In einem Beispiel kann die mittlere Spannung 920 mV betragen, während die erste, niedrigere Spannung 450 mV ist und die zweite, höhere Spannung 1080 mV ist. Zusätzlich befindet sich der Abgas-Sauerstoffsensor stromaufwärts eines Abgaskatalysators und stromaufwärts eines Einlasses einer AGR-Passage, die konfiguriert ist zum Umwälzen von Abgasresten von einem Abgaskrümmer zu einem Einlasskrümmer des Motors.
Als eine weitere Ausführungsform umfasst ein Verfahren, während Spül- und Kurbelgehäuseentlüftungsgase nicht in einem Motor aufgenommen werden, Anlegen jeder einer ersten, niedrigeren Spannung, wo Wassermoleküle nicht dissoziiert sind, und einer zweiten, höheren Spannung, wo Wassermoleküle voll dissoziiert sind, an einen Einlass-Sauerstoffsensor. Das Verfahren umfasst ferner das Erlernen eines Korrekturfaktors für den Sensor auf der Basis eines Verhältnisses der beim Anlegen der ersten und zweiten Spannung generierten ersten bzw. zweiten Ausgabe und Schätzen eines Ethanolgehalts von im Motor verbranntem Kraftstoff durch Anwenden des erlernten Korrekturfaktors auf eine Transferfunktion auf der Basis der ersten Ausgabe. Die erste Ausgabe umfasst einen als Reaktion auf das Anwenden der ersten, niedrigeren Spannung generierten ersten Pumpstrom, wobei die erste Ausgabe eine Feuchtluft-Sauerstoffmenge anzeigt, und die zweite Ausgabe umfasst einen als Reaktion auf das Anwenden der zweiten, höheren Spannung generierten zweiten Pumpstrom, wobei die zweite Ausgabe eine Zunahme des Sauerstoffs aufgrund von Dissoziation von Feuchtigkeit anzeigt, und ein Verhältnis zwischen der ersten Ausgabe und der zweiten Ausgabe eine Trockenluft-Sauerstoffmenge anzeigt. Der Einlass-Sauerstoffsensor befindet sich stromaufwärts einer Einlassdrossel und stromabwärts eines Auslasses einer AGR-Passage, der dafür ausgelegt ist, Abgasreste aus einem Abgaskrümmer in einen Einlasskrümmer des Motors zu rezirkulieren. Das Verfahren umfasst ferner Schätzen einer AGR-Strömungsgeschwindigkeit in dem AGR-Passage auf der Basis einer justierten Ausgabe des Einlass-Sauerstoffsensors, wobei die justierte Ausgabe des Einlass-Sauerstoffsensors auf einer Ausgabe des Einlass-Sauerstoffsensors und dem erlernten Korrekturfaktor basiert.
Man beachte, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nicht-vorübergehenden Speicher gespeichert werden. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie etwa ereignisgetrieben, Interrupt-getrieben, Multitasking, Multithreading und dergleichen darstellen. Als solches können verschiedene Handlungen, Operationen und/oder Funktionen, die dargestellt sind, in der dargestellten Sequenz oder parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen entfallen. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erzielen, wird aber vorgelegt, um die Darstellung und Beschreibung zu erleichtern. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen, Operationen und/oder Funktionen können je nach der verwendeten jeweiligen Strategie wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin können die beschriebenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen grafisch einen Code darstellen, der in einem nicht-vorübergehenden Speicher des computerlesbaren Ablagemediums im Motorsteuersystem programmiert werden soll.
Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen von beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem beschränkenden Sinne anzusehen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die obige Technologie auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Viertakt-Boxermotoren und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht-offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere, hierin offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Ansprüche heben bestimmte Kombinationen und Teilkombinationen, die als neuartig und nicht-offensichtlich angesehen werden, besonders hervor. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Aufnahme eines oder mehrerer solcher Elemente beinhalten, wobei zwei oder mehr derartige Elemente weder erforderlich sind noch ausgeschlossen werden. Andere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, seien sie breiter, enger, gleich oder anders hinsichtlich des Schutzbereichs zu den ursprünglichen Ansprüchen, werden ebenfalls als in dem Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten angesehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 20120037134 [0002]
US 5145566 [0002]

Claims

Verfahren für einen Motor, das Folgendes umfasst: während ausgewählter Bedingungen, Betreiben eines Sauerstoffsensors bei einer niedrigeren Referenzspannung, bei der Wassermoleküle nicht dissoziiert werden, um eine erste Ausgabe zu generieren, und bei einer höheren Referenzspannung, bei der Wassermoleküle vollständig dissoziiert werden, um eine zweite Ausgabe zu generieren; und Lernen eines Korrekturfaktors für den Sensor auf der Basis der ersten und zweiten Ausgabe.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Justieren eines Parameters auf der Basis eines Alkoholgehalts, wobei der Alkoholgehalt des im Motor verbrannten Kraftstoffs auf der Basis jeder der ersten Ausgabe und des erlernten Korrekturfaktors geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Parameter ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors für die Verbrennung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Ausgabe einen als Reaktion auf das Betreiben bei der niedrigeren Referenzspannung generierten ersten Pumpstrom beinhaltet und wobei die zweite Ausgabe einen als Reaktion auf das Betreiben bei der höheren Referenzspannung generierten zweiten Pumpstrom beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Ausgabe einen Sauerstoffmesswert für feuchte Luft anzeigt und die zweite Ausgabe eine Zunahme des Sauerstoffs aufgrund von Dissoziation feuchter Luft anzeigt und wobei ein Trockenluft-Pumpstrom auf einem Verhältnis zwischen der ersten Ausgabe und der zweiten Ausgabe basiert, wobei der Trockenluft-Pumpstrom einen Trockenluft-Sauerstoffmesswert anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Korrekturfaktor ein Trockenluftkorrekturfaktor ist, der die Teile-Variabilität des Sensors kompensiert und wobei das Erlernen des Korrekturfaktors auf der Basis der ersten und zweiten Ausgabe das Erlernen des Korrekturfaktors auf der Basis eines Verhältnisses einer Referenzsensorausgabe relativ zu einem Verhältnis zwischen der ersten Ausgabe und der zweiten Ausgabe beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine Referenzalkoholtransferfunktion des Sensors auf der Referenzsensorausgabe basiert.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Alkoholgehalt von Kraftstoff, auf der Basis jeder der ersten Ausgabe und des erlernten Korrekturfaktors geschätzt, Folgendes beinhaltet: Justieren der Referenzalkoholtransferfunktion des Sensors auf der Basis des erlernten Korrekturfaktors und Anwenden der justierten Alkoholtransferfunktion auf die erste Ausgabe des Sensors.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Sauerstoffsensor ein Breitbandsauerstoffsensor ist, der an einen Abgaskrümmer des Motors vor einem Abgaskatalysator gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die gewählten Bedingungen Motor-Nicht-Betankungsbedingungen beinhalten, wobei die Motor-Nicht-Betankungsbedingungen ein Schubabschaltungsereignis beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Sauerstoffsensor ein Einlasssauerstoffsensor ist, der an einem Einlasskrümmer des Motors vor einem Einlassverdichter gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die ausgewählten Bedingungen beinhalten, dass AGR nicht aktiviert ist und keine Spül- und Kurbelgehäuseentlüftungsgase im Einlasskrümmer empfangen werden.
Verfahren, das Folgendes umfasst: während Motor-Nicht-Betankungsbedingungen, Anwenden einer ersten, niedrigeren Spannung, bei der Wassermoleküle nicht dissoziiert werden, und einer zweiten, höheren Spannung, bei der Wassermoleküle vollständig dissoziiert werden, an einen Abgassauerstoffsensor; Erlernen eines Korrekturfaktors für den Sensor auf der Basis eines Verhältnisses der ersten und zweiten Ausgabe, beim Anlegen der ersten bzw. Spannung generiert; und Schätzen eines Ethanolgehalts von im Motor verbranntem Kraftstoff durch Anwenden des erlernten Korrekturfaktors auf eine Transferfunktion auf der Basis der ersten Ausgabe.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Motor-Nicht-Betankungsbedingungen ein Schubabschaltungsereignis beinhalten, wobei das Verfahren weiterhin das Justieren eines Motorbetriebsparameters auf der Basis des geschätzten Kraftstoffethanolgehalts beinhaltet, wobei der Parameter ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die Verbrennung beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die erste Ausgabe einen als Reaktion auf das Anlegen der ersten, niedrigeren Spannung generierten ersten Pumpstrom beinhaltet und die zweite Ausgabe einen als Reaktion auf das Anlegen der zweiten, höheren Spannung generierten zweiten Pumpstrom beinhaltet, wobei die erste und zweite Ausgabe eine Feuchtluft-Sauerstoffmenge anzeigen und wobei die erste, niedrigere Spannung unter einer mittleren Spannung liegt, und die zweite, höhere Spannung über der mittleren Spannung liegt, wobei die mittlere Spannung einen dritten Pumpstrom generiert, der eine Trockenluft-Sauerstoffmenge anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei sich der Abgassauerstoffsensor vor einem Abgaskatalysator und vor einem Einlass einer AGR-Passage befindet, die konfiguriert ist zum Umwälzen von Abgasresten von einem Abgaskrümmer zu einem Einlasskrümmer des Motors.
Verfahren, das Folgendes umfasst: während Spül- und Kurbelgehäuseentlüftungsgase nicht in einem Motor aufgenommen werden, Anlegen einer ersten, niedrigeren Spannung, bei der Wassermoleküle nicht dissoziiert werden und einer zweiten, höheren Spannung, bei der Wassermoleküle vollständig dissoziiert werden, an einen Einlasssauerstoffsensor; Erlernen eines Korrekturfaktors für den Sensor auf der Basis eines Verhältnisses der ersten und zweiten Ausgabe, beim Anlegen der ersten bzw. Spannung generiert; und Schätzen eines Ethanolgehalts von im Motor verbranntem Kraftstoff durch Anwenden des erlernten Korrekturfaktors auf eine Transferfunktion auf der Basis der ersten Ausgabe.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die erste Ausgabe einen als Reaktion auf das Anlegen der ersten, niedrigeren Spannung generierten ersten Pumpstrom beinhaltet, wobei die erste Ausgabe eine Sauerstoffmenge von feuchter Luft anzeigt, und wobei die zweite Ausgabe einen als Reaktion auf das Anlegen der zweiten, höheren Spannung generierten zweiten Pumpstrom beinhaltet, wobei die zweite Ausgabe eine Zunahme des Sauerstoffs aufgrund von Dissoziation von Feuchtigkeit anzeigt und wobei ein Verhältnis zwischen der ersten Ausgabe und der zweiten Ausgabe eine Trockenluft-Sauerstoffmenge anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei sich der Einlasssauerstoffsensor vor einer Einlassdrossel und hinter einem Auslass einer AGR-Passage befindet, die konfiguriert ist zum Umwälzen von Abgasresten von einem Abgaskrümmer zu einem Einlasskrümmer des Motors.
Verfahren nach Anspruch 19, ferner umfassend Schätzen einer AGR-Strömungsgeschwindigkeit in der AGR-Passage auf der Basis einer justierten Ausgabe des Einlass-Sauerstoffsensors, wobei die justierte Ausgabe des Einlass-Sauerstoffsensors auf einer Ausgabe des Einlass-Sauerstoffsensors und dem erlernten Korrekturfaktor basiert.