用于确定爆震控制流体成分的方法和系统技术领域
本描述总体涉及用于确定喷射到发动机中的雨刮器(wiper)流体的成分以便爆震
控制的方法和系统。
背景技术
已经开发出各种爆震控制流体以减轻异常燃烧事件，包括汽油、乙醇、甲醇、其它
醇、水和其它惰性流体的多种组合。水喷射例如减少爆震、提供充气冷却并且减少辛烷要
求。此外，因为水喷射也可以用于发动机稀释控制，所以对于专用的爆震控制流体的需要被
减少。
爆震控制流体的另一个示例由Surnilla在US 7,533,651中示出。在上述专利中，
包括水和醇(例如，发动机冷却剂或甲醇)的清洗流体的直接喷射影响流体和直接喷射两者
的充气冷却性质，以减少爆震。除了保护水以免结冰之外，喷射的爆震控制流体的成分中包
括发动机冷却剂还提供具有轻质烃(诸如甲醇)的附加优点，这有助于燃烧过程。总体方法
增加发动机效率，同时减少喷射的燃料的辛烷要求，从而增加发动机的动力输出。在本文
中，除了用于清洁车辆挡风玻璃之外，雨刮器流体还可以被重新设定用途用于爆震控制。
发明内容
然而，发明人在此已经认识到该方法的问题。可能存在挡风玻璃雨刮器流体成分
的改变。例如，流体的乙醇含量或甲醇含量可能有很大的改变，如上所述。此外，当挡风玻璃
雨刮器流体箱被再填加时，基于箱中剩下的雨刮器流体的量和成分，再填加之后可用的雨
刮器流体的成分可以改变。虽然这不影响流体清洁挡风玻璃雨刮器的能力，但是其可以影
响流体的爆震控制能力。例如，流体的辛烷值可以改变。因此，基于喷射的爆震控制流体，调
整多个发动机参数。例如，基于喷射的流体的醇含量，可以调整汽缸加燃料。此外，基于流体
中的醇的类型，发动机参数可能需要被调整(例如，无论醇是乙醇还是甲醇)。因此，雨刮器
流体成分的估计的误差可以导致显著的空气-燃料误差，从而劣化发动机性能。另外，如果
雨刮器流体的成分未被准确地知道，则可以限制作为爆震控制流体的雨刮器流体的使用。
另一方面，专用于估计爆震控制流体的醇含量和成分的传感器的添加可以显著地增加成本
和复杂性。
在一个示例中，通过用于发动机的方法可以解决上述问题，所述方法包含：在选择
的状况期间，将一定量的水-醇共混物喷射到发动机进气道中；将电压施加到进气氧传感
器；监测传感器的泵送电流的改变；获悉由于共混物的水含量引起的泵送电流的改变的第
一部分；以及获悉由于共混物的醇含量引起的泵送电流的改变的第二部分。以此方式，使用
现有的发动机传感器可以准确地确定喷射到发动机中的爆震控制流体的成分。
作为一个示例，在再填加雨刮器流体箱之后，使用进气氧传感器可以估计雨刮器
流体成分。然后，雨刮器流体可以用作爆震控制流体。因此，雨刮器流体可以包括水和醇的
混合物，但是不包括汽油。另外，流体中的醇类型可以是已知的先验类型。例如，可以知道雨
刮器流体是水-乙醇混合物，或水-甲醇混合物。然而，流体中水与指定醇的比率未被准确地
知道。控制器可以将限定质量的爆震控制流体喷射到发动机进气道中，诸如到进气节气门
下游和进气氧传感器上游的进气歧管中。流体可以被喷射，而EGR被禁用以减少对来自EGR
的结果的干扰。然后，较低的参考电压(例如，450mV)可以被施加到进气氧传感器，并且可以
注意到传感器的输出。例如，可以输出泵送电流(或泵送电流的改变)。因此，由于爆震控制
流体的水含量以及由于爆震控制流体的醇含量，泵送电流可以通过在氧传感器处的氧浓度
的减小而被影响。具体地，爆震控制流体中的水可以具有对氧传感器的稀释效应，同时爆震
控制流体中的醇可以与传感器处的氧一起燃烧，从而减小传感器处的氧浓度。然后，基于泵
送电流的改变以及喷射质量，发动机控制器可以计算爆震控制流体的醇含量。例如，发动机
控制器可以参考3D校准映射图，以估计流体的醇含量并且更新流体的成分。通过获悉流体
的成分，可以提高作为爆震控制流体的雨刮器流体的使用的灵活性。
以此方式，进气氧传感器可以用来估计爆震控制流体的成分(包括烃类型和醇含
量)。调制进气氧传感器的参考电压的技术效果是可以更好地区分归因于爆震控制流体的
水组分的传感器的泵送电流的改变和归因于爆震控制流体的醇组分的改变。这是由于对氧
传感器的稀释效应具有与醇的燃烧效应显著不同的贡献的实施。通过更好地估计喷射的爆
震控制流体的成分，爆震控制流体的使用可以被拓展到不同燃料类型的发动机，从而提高
系统的鲁棒性。此外，可以增加燃料辛烷估计的准确性，这允许火花控制被改善。例如，用于
爆震控制的火花延迟使用可以被减少，从而提供燃料经济性益处。通过使用现有的进气氧
传感器以确定爆震控制流体的成分，减少对专用传感器的需要，而不损害估计的准确性。
应当理解，提供以上本发明内容是为了以简化的形式介绍一系列概念，这些概念
在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着识别要求保护的主题的关键或必要特征，
要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在
上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出发动机系统的示意图。
图2示出发动机燃烧室的详图。
图3示出示例氧传感器的示意图。
图4示出图示说明使用用于爆震控制流体醇估计的进气氧传感器的程序的流程
图。
图5示出图示说明使用用于爆震控制流体醇估计的排气氧传感器的程序的流程
图。
图6示出映射图，其演示相对的爆震控制流体的醇含量和氧传感器的泵送电流的
改变，以及喷射到发动机的爆震控制流体的质量中的每一个之间的示例关系。
具体实施方式
下面的描述涉及用于基于来自进气氧传感器(诸如图3的传感器)的输出来确定喷
射到发动机(诸如图1-图2中的发动机)的爆震控制流体的成分的系统和方法。因此，进气氧
传感器可以在不同的发动机工况期间被使用以估计在发动机燃烧期间递送到发动机的燃
料的醇含量或响应于爆震的指示估计递送到发动机的爆震控制流体的醇成分(图3)。发动
机控制器可以被配置成执行控制程序(诸如图4-图5的示例程序)，以基于参考电压的调制
下的进气氧传感器的泵送电流的改变而估计爆震控制流体的成分，包括流体的醇含量和烃
含量。控制器可以参考映射图(诸如图6的示例映射图)，以使泵送电流的改变和喷射质量与
喷射的流体的醇含量相关联。基于爆震控制流体的确定的成分，可以调整一个或多个发动
机操作参数，诸如火花正时和/或燃料喷射量。以此方式，可以拓展发动机爆震控制流体使
用。
图1示出示例涡轮增压发动机系统100的示意图，其包括多汽缸内燃发动机10和一
对涡轮增压器120和130。作为一个非限制性示例，发动机系统100可以被包括为用于乘客车
辆的推进系统的一部分。发动机系统100可以经由进气通道140接收进气。进气通道140可以
包括空气过滤器157和EGR节流阀131。发动机系统100可以是分开式发动机系统，其中进气
通道140在EGR节流阀131的下游分支为第一平行进气通道和第二平行进气通道，每个通道
包括涡轮增压器压缩机。具体地，进气的至少一部分经由第一平行进气通道142被引导到涡
轮增压器120的压缩机122，并且进气的至少另一部分经由进气通道140的第二平行进气通
道144被引导到涡轮增压器130的压缩机132。
通过压缩机122压缩的总进气的第一部分可以经由第一平行分支的进气通道147
被供应到进气歧管160。以此方式，进气通道142和146形成发动机的进气系统的第一平行分
支。类似地，总进气的第二部分可以经由压缩机132被压缩，在压缩机132中，总进气的第二
部分可以经由第二平行分支的进气通道148被供应到进气歧管160。因此，进气通道144和
148形成发动机的进气系统的第二平行分支。如图1所示，在到达进气歧管160之前，来自进
气通道146和148的进气可以经由共用的进气通道149被重新组合，其中进气可以被提供到
发动机。
第一EGR节流阀131可以被定位在第一平行进气通道142和第二平行进气通道144
上游的发动机进气道中，而第二进气节流阀158可以被定位在第一平行进气通道142和第二
平行进气通道144下游，并且在第一平行分支的进气通道146和第二平行分支的进气通道
148下游的发动机进气道中，例如，在共用的进气通道149中。
在一些示例中，进气歧管160可以包括用于估计歧管压力(MAP)的进气歧管压力传
感器182和/或用于估计歧管空气温度(MCT)的进气歧管温度传感器183，每个传感器与控制
器12通信。进气通道149可以包括增压空气冷却器(CAC)154和/或节气门(诸如第二节流阀
158)。节气门158的位置可以经由通信地耦接到控制器12的节气门致动器(未示出)通过控
制系统来调整。防喘振阀152可以被提供以经由旁路通道150选择性地绕过涡轮增压器120
和130的压缩机级。作为一个示例，当压缩机上游的进气压力达到阈值时，防喘振阀152可以
打开以实现通过旁路通道150的流。
进气歧管160可以进一步包括进气氧传感器172。在一个示例中，氧传感器是UEGO
传感器，诸如图3的示例UEGO传感器。如本文详细阐述的，进气氧传感器可以被配置成提供
关于进气歧管中接收的新鲜空气的氧含量的估计。此外，当EGR流动时，传感器处的氧浓度
的改变可以用于推知EGR量，并且用于准确的EGR流量控制。此外，在选择的加燃料状况期
间，传感器的参考电压可以被调制，并且电流的对应改变可以用来推知喷射的燃料的醇含
量。如本文中另外详细阐述的，在爆震控制流体被喷射的状况期间，传感器的参考电压可以
被调制，并且电流的对应改变可以用来推知和区分所喷射的流体的水含量与所喷射的流体
的醇含量。在所描绘的示例中，氧传感器162被定位在节气门158的上游和增压空气冷却器
154的下游。然而，在替代实施例中，氧传感器可以被定位在CAC的上游。
压力传感器174可以沿氧传感器被定位，用于估计氧传感器的输出被接收时的进
气压力。因为氧传感器的输出受进气压力的影响，所以根据参考进气压力可以获悉参考氧
传感器输出。在一个示例中，参考进气压力是节气门进口压力(TIP)，其中压力传感器174是
TIP传感器。在替代示例中，参考进气压力是如通过MAP传感器182感测的歧管压力(MAP)。
发动机10可以包括多个汽缸14。在所描绘的示例中，发动机10包括以V配置布置的
六个汽缸。具体地，六个汽缸被布置在两排汽缸13和15上，其中每排汽缸包括三个汽缸。在
替代示例中，发动机10可以包括两个或更多个汽缸，诸如3个、4个、5个、8个、10个或更多个
汽缸。这些多个汽缸可以以替代配置(诸如V型、串联、盒形等)被相等地划分和布置。每个汽
缸14可以被配置成具有燃料喷射器166。在所描绘的示例中，燃料喷射器166是直接汽缸内
喷射器。然而，在其它示例中，燃料喷射器166可以被配置为基于端口的燃料喷射器。
经由共用的进气通道149供应到每个汽缸14(在本文中也称为燃烧室14)的进气可
以用于燃料燃烧，并且燃烧的产物然后可以经由具体排的平行排气通道排放。在所描绘的
示例中，发动机10的第一排汽缸13可以经由第一平行排气通道17排出燃烧的产物，并且第
二排汽缸15可以经由第二平行排气通道19排出燃烧的产物。第一平行排气通道17和第二平
行排气通道19中的每一个可以进一步包括涡轮增压器涡轮。具体地，经由排气通道17被排
出的燃烧的产物可以被引导通过涡轮增压器120的排气涡轮124，该排气涡轮124进而可以
经由轴126将机械功提供到压缩机122，以便对进气提供压缩。替代地，流动通过排气通道17
的排气的一些或全部可以经由如由废气门128控制的涡轮旁路通道123绕过涡轮124。类似
地，经由排气通道19被排出的燃烧的产物可以被引导通过涡轮增压器130的排气涡轮134，
该排气涡轮134进而可以经由轴136将机械功提供到压缩机132，以便对流动通过发动机的
进气系统的第二分支的进气提供压缩。替代地，流动通过排气通道19的排气的一些或全部
可以经由如由废气门138控制的涡轮旁路通道133绕过涡轮134。
在一些示例中，排气涡轮124和134可以被配置为可变几何涡轮，其中控制器12可
以调整涡轮叶轮片(或叶片)的位置，以改变从排气流获得并且施加到其相应压缩机的能量
的水平。替代地，排气涡轮124和134可以被配置为可变喷嘴涡轮，其中控制器12可以调整涡
轮喷嘴的位置，以改变从排气流获得并且施加到其相应压缩机的能量的水平。例如，控制系
统可以被配置成经由相应的致动器独立地改变排气涡轮124和134的叶片或喷嘴位置。
第一平行排气通道17中的排气可以经由分支的平行排气通道170被引导到大气，
而第二平行排气通道19中的排气可以经由分支的平行排气通道180被引导到大气。排气通
道170和180可以包括一个或多个排气后处理设备(诸如催化剂)和一个或多个排气传感器。
发动机10可以进一步包括一个或多个排气再循环(EGR)通道或回路，用于将排气
的至少一部分从排气歧管再循环到进气歧管。这些回路可以包括用于提供高压EGR(HP-
EGR)的高压EGR回路和用于提供低压EGR(LP-EGR)的低压EGR回路。在一个示例中，HP-EGR可
以在由涡轮增压器120、130提供的升压不存在的情况下被提供，而LP-EGR可以在涡轮增压
器升压存在的情况下和/或在排气温度在阈值以上时被提供。在其它示例中，HP-EGR和LP-
EGR两者可以被同时提供。
在所描绘的示例中，发动机10可以包括低压EGR回路202，用于将至少一些排气从
涡轮124下游的第一分支的平行排气通道170再循环到压缩机122上游的第一平行进气通道
142。在一些实施例中，第二低压EGR回路(未示出)可以被同样地提供，用于将至少一些排气
从涡轮134下游的第二分支的平行排气通道180再循环到压缩机132上游的第二平行进气通
道144。LP-EGR回路202可以包括用于控制通过回路的EGR流(即，再循环的排气的量)的LP-
EGR阀204，以及用于在再循环到发动机进气道之前降低流动通过EGR回路的排气的温度的
EGR冷却器206。在某些状况下，在排气进入压缩机之前，EGR冷却器206也可以用来加热流动
通过LP-EGR回路202的排气，以避免水滴撞击在压缩机上。
发动机10可以进一步包括第一高压EGR回路208，用于将至少一些排气从涡轮124
上游的第一平行排气通道17再循环到进气节气门158下游的进气歧管160。同样，发动机可
以包括第二高压EGR回路(未示出)，用于将至少一些排气从涡轮134上游的第二平行排气通
道18再循环到压缩机132下游的第二分支的平行进气通道148。经由HP-EGR阀210可以控制
通过HP-EGR回路208的EGR流。
PCV端口102可以被配置成沿第二平行进气通道144将曲轴箱通风气体(漏泄气体)
递送到发动机进气歧管。在一些实施例中，通过专用的PCV端口阀可以控制通过PCV端口102
的PCV空气流。因此，当PCV阀关闭时，到发动机进气道的曲轴箱通风被禁用。同样，净化端口
104可以被配置成沿通道144将来自燃料系统罐的净化气体递送到发动机进气歧管。在一些
实施例中，通过专用的净化端口阀可以控制通过净化端口104的净化空气流。因此，当净化
阀关闭时，净化到发动机进气道的燃料蒸汽被禁用。
湿度传感器112和压力传感器114可以包括在EGR节流阀131下游的平行进气通道
(在本文中，被描绘在第一平行进气通道142中而不在第二平行进气通道144中)中的仅一个
中。具体地，湿度传感器和压力传感器可以被包括在不接收PCV或净化空气的进气通道中。
湿度传感器112可以被配置成估计进气的相对湿度。在一个实施例中，湿度传感器112是氧
传感器，其被配置成基于在一个或多个电压下传感器的输出而估计进气的相对湿度。因为
净化空气和PCV空气可以混淆湿度传感器的结果，所以净化端口和PCV端口被定位在与湿度
传感器不同的进气通道中。压力传感器114可以被配置成估计进气的压力。在一些实施例
中，温度传感器也可以被包括在EGR节流阀131下游的相同的平行进气通道中。
在选择的状况期间，进气氧传感器172可以用于估计进气氧浓度，以及基于在打开
EGR阀204的情况下进气氧浓度的改变，推知发动机处的EGR稀释的量。例如，在将参考电压
(Vs)施加到传感器的情况下，通过传感器输出泵送电流(Ip)。氧浓度的改变可以与由传感
器输出的泵送电流(δIp)的改变成比例。同样，在其它选择的状况期间，进气氧传感器172可
以用于估计进气充气的水含量(即，环境湿度)或喷射的燃料的水含量(以及推知喷射的燃
料的醇含量)。此外，如本文详细阐述的，在其它状况期间，进气氧传感器可以用于估计爆震
控制流体的水含量和醇含量，以及因此估计爆震控制流体的成分。在一个示例中，爆震控制
流体是雨刮器流体。参考电压(Vs)可以施加到传感器，并且可以获悉由传感器输出的泵送
电流(Ip)的改变。可以获悉由于喷射的爆震控制流体的水含量引起的通过传感器输出的泵
送电流(δIp)的改变的第一部分，并且将其与由于喷射的爆震控制流体的醇含量引起的泵
送电流的改变的第二部分进行区分。
在其它示例中，在所选择的状况期间，可以使用排气氧传感器(诸如图2的传感器
248)，用于估计喷射的燃料的水含量(以及推知喷射的燃料的醇含量)，爆震控制流体的水
含量相对于醇含量的比率中的一个或多个。估计爆震控制流体的成分可以包括在较高的电
压和较低的电压之间调制施加到传感器的参考电压，以及获悉通过传感器输出的泵送电流
(Ip)的改变。可以获悉由于喷射的爆震控制流体的水含量引起的通过传感器输出的泵送电
流(δIp)的改变的第一部分，并且将其与由于喷射的爆震控制流体的醇含量引起的泵送电
流的改变的第二部分进行区分。
经由耦接到阀推杆的液压致动的起重机或经由其中使用凸轮凸角的直接作用的
机械铲斗系统，可以调节每个汽缸14的进气门和排气门的位置。在该示例中，使用凸轮致动
系统，通过凸轮致动可以控制每个汽缸14的至少进气门。具体地，进气门凸轮致动系统25可
以包括一个或多个凸轮，并且可以利用用于进气门和/或排气门的可变凸轮正时或升程。在
替代实施例中，进气门可以通过电动气门致动控制。类似地，排气门可以通过凸轮致动系统
或电动气门致动控制。
通过包括控制器12的控制系统15和来自车辆操作者经由输入设备(未示出)的输
入，可以至少部分地控制发动机系统100。控制系统15被示出接收来自多个传感器16(其各
种示例在本文的图1和图2被描述)的信息，并且将控制信号发送到多个致动器81。作为一个
示例，传感器16可以包括湿度传感器112、进气压力传感器114、MAP传感器182、MCT传感器
183、TIP传感器174以及进气氧传感器172。在一些示例中，共用的进气通道149可以进一步
包括用于估计节气门空气温度(TCT)的节气门进口温度传感器。在其它示例中，EGR通道中
的一个或多个可以包括压力、温度和空气燃料比传感器，用于确定EGR流特性。作为另一个
示例，致动器81可以包括燃料喷射器166、HP-EGR阀210和220、LP-EGR阀204和214、节流阀
158和131以及废气门128、128。其它致动器(诸如各种附加阀和节气门)可以耦接到发动机
系统100中的各种方位，诸如参考图2描述的那些。控制器12接收来自图1(以及图2)的各种
传感器的信号，并且采用图1(以及图2)的各种致动器以基于所接受的信号和存储在控制器
的存储器上的指令而调整发动机操作。例如，控制器12可以接收来自各种传感器的输入数
据、处理输入数据以及基于对应于一个或多个程序编程在其中的指令或代码，响应于处理
的输入数据而触发致动器。本文参考图4-图5描述示例控制程序。
图2示出燃烧室(诸如图1的发动机10的燃烧室)的详细实施例。先前在图1中介绍
的部件被类似地编号，并且不再介绍。
发动机10可以接收来自包括控制器12的控制系统的控制参数和经由输入设备232
来自车辆操作者230的输入。在这个示例中，输入设备232包括加速器踏板和用于产生成比
例的踏板位置信号的踏板位置传感器234。发动机10的汽缸(本文也称为“燃烧室”)14可以
包括燃烧室壁236，其中的活塞238被定位在汽缸中。活塞238可以耦接到曲轴240，使得活塞
的往复运动被转化成曲轴的旋转运动。曲轴240可以经由变速器系统耦接到乘客车辆的至
少一个驱动轮。另外，起动机马达可以经由飞轮耦接到曲轴240，从而实现发动机10的起动
操作。
发动机10耦接在车辆系统100中，车辆系统100包括实现车辆挡风玻璃68的清洁的
挡风玻璃雨刮器系统。挡风玻璃68可以是车辆的前挡风玻璃或后挡风玻璃。挡风玻璃雨刮
器系统包括由雨刮器马达72操作的至少一个挡风玻璃雨刮器70。响应于操作者需求并且基
于来自控制器12的输入，雨刮器马达72可以被激励，从而引起雨刮器70进行多个刮扫循环，
其称为在挡风玻璃68上擦拭或刮扫。擦拭或刮扫使雨刮片71能够除去来自挡风玻璃68的表
面的水分、碎片以及杂质粒子。当操作雨刮器马达72时，以及当雨刮片71在刮扫时，基于来
自车辆操作者的请求，控制器12可以经由雨刮器喷射器74将雨刮器流体间歇地喷射或注射
到挡风玻璃上。雨刮器流体可以存储在贮存器76中，并且从贮存器76被递送到挡风玻璃。如
本文详细阐述的，贮存器76可以进一步耦接到进气通道以及发动机汽缸。除了用于挡风玻
璃擦拭目的之外，这还允许雨刮器流体被喷射以提供爆震控制。具体地，在爆震状况期间，
雨刮器流体可以被喷射到进气歧管中，具体地到进气节气门下游的进气通道246中，从而使
挡风玻璃雨刮器流体能够被用作爆震控制流体。附加地或替代地，可以经由直接喷射器，诸
如经由直接燃料喷射器或专用的直接燃料喷射器将挡风玻璃雨刮器流体直接喷射到发动
机汽缸中，以提供爆震控制。存储在贮存器76中的雨刮器流体可以包括水和醇的组合，诸如
甲醇或异丙醇。然而，雨刮器流体不包含任何汽油。
因此，水中可以存在显著的改变：雨刮器流体的醇含量。为了使雨刮器流体能够被
可靠地用作爆震控制流体，可能需要知道雨刮器流体的成分。如参考图1详细阐述的，在所
选择的状况期间，诸如紧接在雨刮器流体贮存器已经被再填加之后，进气氧传感器(诸如传
感器172)可以用来估计雨刮器流体的水对醇含量。替代地，排气氧传感器(诸如传感器228)
可以用来估计雨刮器流体的水对醇含量。参考图4-5示出用于使用进气氧传感器或排气氧
传感器估计雨刮器流体成分的示例方法。
汽缸14可以经由一系列的进气通道242、244和246接收进气。进气通道246可以与
除了汽缸14之外的发动机10的其它汽缸连通。在一些实施例中，进气通道中的一个或多个
可以包括升压设备，诸如涡轮增压器或机械增压器。例如，图2示出被配置成具有涡轮增压
器的发动机10，所述涡轮增压器包括布置在进气通道242和244之间的压缩机274，以及沿排
气通道248布置的排气涡轮276。可以经由轴280至少部分地通过排气涡轮276向压缩机274
提供动力，其中升压设备被配置为涡轮增压器。然而，在其它示例中，诸如其中发动机10被
提供具有机械增压器的情况下，排气涡轮276可以被可选地省略，其中通过来自马达或发动
机的机械输入可以向压缩机274提供动力。可以沿发动机的进气通道提供包括节流板264的
节气门262，用于改变提供到发动机汽缸的进气的流速和/或压力。例如，如图2所示，节气门
262可以设置在压缩机274的下游，或者可以替代地被提供在压缩机274的上游。
排气通道248可以接收来自除了汽缸14之外的发动机10的其它汽缸的排气。排气
传感器228被示出耦接到排放控制设备278上游的排气通道248。传感器228可以选自用于提
供排气空气/燃料比的指示的各种合适的传感器，例如，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或
宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO(如所描绘的)、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。排
放控制设备278可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、各种其它排放控制设备或它们的组
合。
排气温度可以由位于排气通道248中的一个或多个温度传感器(未示出)测量。替
代地，基于发动机工况，诸如转速、空气燃料比(AFR)、火花正时等等，可以推知排气温度。另
外，通过一个或多个排气传感器228可以计算排气温度。应当理解，排气温度可以替代地通
过本文列出的温度估计方法的任何组合来估计。
发动机10的每个汽缸可以包括一个或多个进气门以及一个或多个排气门。例如，
汽缸14被示出包括位于汽缸14的上部区域的至少一个进气提升阀250和至少一个排气提升
阀256。在一些实施例中，包括汽缸14的发动机10的每个汽缸可以包括位于汽缸的上部区域
的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。
通过经由凸轮致动系统251的凸轮致动，可以由控制器控制进气门250。类似地，经
由凸轮致动系统253可以由控制器12控制排气门256。凸轮致动系统251和253均可以包括一
个或多个凸轮，并且可以利用可以由控制器12操作的凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时
(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个，以改变气门操
作。进气门250和排气门256的操作可以分别由气门位置传感器(未示出)和/或凸轮轴位置
传感器255和257确定。在替代实施例中，进气门和/或排气门可以通过电动气门致动控制。
例如，汽缸14可以替代地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT系
统的凸轮致动控制的排气门。在其它实施例中，通过共用的气门致动器或致动系统，或可变
气门正时致动器或致动系统可以控制进气门和排气门。
汽缸14可以具有压缩比，其是当活塞238在下止点与下止点时的体积比。通地，压
缩比在9∶1到10∶1的范围内。然而，在使用不同燃料的一些示例中，可以增加压缩比。例如，
当使用较高的辛烷值燃料或具有较高的汽化潜焓的燃料时，这可以发生。如果使用直接喷
射，由于其对发动机爆震的影响，压缩比也可以增加。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以包括用于开始燃烧的火花塞292。在选
择的操作模式下，响应于来自控制器12的火花提前信号SA，点火系统290可以经由火花塞
292将点火火花提供到燃烧室14。然而，在一些实施例中，可以省略火花塞292，诸如当发动
机10可以通过自点火或通过燃料的喷射而开始燃烧时，如同一些柴油发动机的情况。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以被配置成具有用于向其提供爆震控制
流体的一个或多个喷射器。在一些实施例中，爆震控制流体可以是燃料，其中喷射器也称为
燃料喷射器。作为非限制性示例，汽缸14被示出包括一个燃料喷射器266。燃料喷射器266被
示出直接耦接到汽缸14，用于与经由电子驱动器268从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度
成比例地将燃料直接喷射到其中。以此方式，燃料喷射器166提供被称为燃料到燃烧汽缸14
的直接喷射(下文也称为“DI”)。虽然图1示出喷射器266为侧喷射器，但是其也可以位于活
塞的头顶，诸如靠近火花塞292的位置。当使用醇基燃料操作发动机时，由于一些醇基燃料
的较低的挥发性，这个位置可以改善混合和燃烧。替代地，喷射器可以位于进气门的头顶并
且靠近进气门，从而改善混合。燃料可以从包括燃料箱78、燃料泵和燃料轨中的一个或多个
的高压燃料系统8被递送到燃料喷射器266。替代地，燃料可以在较低压力下通过单级燃料
泵递送，在该情况下，在压缩冲程期间，直接燃料喷射的正时可以比如果使用高压燃料系统
更受限。另外，虽然未示出，但是燃料箱78可以具有将信号提供到控制器12的压力换能器。
应当认识到，在替代的实施例中，喷射器266可以是进气道喷射器，其将燃料提供到汽缸14
上游的进气道中。
在汽缸的单个循环期间，通过喷射器可以将燃料递送到汽缸。另外，如本文中下面
所描述的，从喷射器递送的燃料的分配和/或相对量可以随着工况(诸如充气温度)而改变。
此外，对于单个燃烧事件，每个循环可以执行递送的燃料的多次喷射。在压缩冲程、进气冲
程或它们任何适当的组合期间，可以执行多次喷射。
如上所述，图1示出多汽缸发动机的仅一个汽缸。因此，每个汽缸可以类似地包括
其自身的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
燃料系统8中的燃料箱78可以容纳具有不同品质(诸如不同的成分)的燃料或爆震
控制流体。这些不同可以包括不同的醇含量、不同的水含量、不同的辛烷、不同的汽化热、不
同的燃料共混物、不同的水含量、不同的可燃性极限和/或它们的组合。在一个示例中，具有
不同的醇含量的爆震控制流体可以包括两种燃料，其中一种是汽油，而另一种是乙醇或甲
醇。包含燃料的其它醇可以是醇和水的混合物、醇、水等的混合物。在另一个示例中，两种燃
料都可以是醇共混物，其中第一燃料可以是汽油醇共混物，其具有比具有较高的醇比率的
第二燃料的汽油醇共混物更低的醇比率，诸如作为第一燃料的E10(其是近似10％的乙醇)
和作为第二燃料的E85(其是近似85％的乙醇)。另外，第一燃料和第二燃料的其它燃料品质
也可以不同，诸如温度、粘度、辛烷值、汽化潜焓的不同等。
此外，存储在燃料箱中的燃料或爆震控制流体的燃料特性可以频繁地改变。因此，
燃料箱再填加的每天改变可以引起频繁改变的燃料成分，从而影响由喷射器166递送的燃
料成分。
除了燃料箱之外，燃料系统8也可以包括贮存器76，其用于存储爆震控制流体，即
本文的挡风玻璃雨刮器流体。虽然贮存器76被描绘为与一个或多个燃料箱78不同，但是应
当理解，在替代的示例中，贮存器76可以是一个或多个燃料箱78中的一个。贮存器76可以耦
接到直接喷射器266，使得雨刮器流体可以被直接喷射到汽缸14中。在一些状况期间，响应
于爆震的指示，发动机控制器可以将用作爆震控制流体的雨刮器流体喷射到进气节气门下
游的进气歧管中，以增加发动机稀释，并且从而控制不合适宜且不需要的爆燃事件。替代地
或另外地，响应于爆震的指示，发动机控制器可以将用作爆震控制流体的雨刮器流体直接
喷射到发动机汽缸中，以增加发动机稀释，并且从而控制不合适宜且不需要的爆燃事件。
在一些实施例中，燃料系统也可以包括耦接到直接喷射器的用于存储水的贮存
器，使得水可以直接喷射到汽缸中。因此，通过喷射水，“液体EGR”被提供，这使基本的EGR益
处能够被实现。然而，在液体需要被保存时，或者当液体EGR不存在而需要备品时的状况期
间，可以添加外部EGR系统。
发动机可以进一步包括一个或多个排气再循环通道，用于将排气的至少一部分从
发动机排气道转移到发动机进气道。图2示出低压EGR(LP-EGR)系统，但是替代的实施例可
以包括仅高压EGR(HP-EGR)系统，或LP-EGR系统和HP-EGR系统的组合。LP-EGR通过LP-EGR通
道259从涡轮276的下游被路由到压缩机274的上游。经由LP-EGR阀252通过控制器12可以改
变提供到进气歧管244的LP-EGR的量。例如，LP-EGR系统可以包括LP-EGR冷却器258，以抑制
热量从EGR气体到发动机冷却剂。当被包括时，HP-EGR系统可以经由HP-EGR冷却器通过专用
的HP-EGR通道(未示出)将HP-EGR从涡轮276的上游路由到压缩机274的下游(以及进气节气
门262的上游)。经由HP-EGR(未示出)阀通过控制器12可以改变提供到进气歧管244的HP-
EGR的量。
在一些状况下，EGR系统可以用来调节燃烧室14内的空气和燃料混合物的温度。因
此，可以期望测量或估计EGR质量流。例如，一个或多个传感器259可以被定位在LP-EGR通道
249内，从而提供通过LP-EGR通道再循环的排气的压力、温度和空气燃料比中的一个或多个
的指示。通过LP-EGR通道249转移的排气可以用在位于LP-EGR通道249和进气通道242的接
合处的混合点的新鲜进气稀释。在一些示例中，其中进气系统(AIS)节气门包括在压缩机
274上游的进气通道242中，通过调整LP-EGR阀252与进气系统节气门协调，可以调整EGR流
的稀释。
根据发动机进气流中的传感器的输出，可以推知LP-EGR流的稀释百分比。例如，可
以使用被定位在LP-EGR阀252下游和主进气节气门262上游的传感器172，使得可以准确地
确定在主进气节门或靠近主进气节气门的LP-EGR稀释。传感器172可以是(例如)氧传感器。
此外，在所选择的状况期间，传感器172可以用于估计递送到发动机的燃料的醇含量，以及
递送到汽缸14的爆震控制流体的醇含量和成分。
控制器12在图2中被示为微型计算机，其包括微处理器单元206、输入/输出端口
208、在该特定示例中被示为只读存储器芯片106的用于可执行程序和校准值的电子存储介
质、随机存取存储器212、不失效存储器214以及数据总线。除了先前讨论的那些信号之外，
控制器12还可以从耦接到发动机10的传感器接收各种信号，包括：来自空气质量流量传感
器222的引入的空气质量流量(MAF)的测量值；来自耦接到冷却套筒218的温度传感器216的
发动机冷却剂温度(ECT)；来自耦接到曲轴240的霍尔效应传感器220(或其它类型的传感
器)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及来自传感
器224的歧管绝对压力信号(MAP)。通过控制器12可以从信号PIP产生发动机转速信号RPM。
来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用来提供进气歧管中的真空或压力的指示。
其它传感器可以包括耦接到燃料系统的(多个)燃料箱的燃料液位传感器和燃料成分传感
器。控制器12也可以经由专用的传感器(未示出)接收操作者对挡风玻璃擦拭的请求。响应
于从各种传感器接收的信号，控制器可以操作各种发动机致动器。示例致动器包括燃料喷
射器266、雨刮器马达72、雨刮器喷射器74、节气门262、凸轮251和253等。存储介质只读存储
器210可以被编程具有计算机可读数据，其表示可以通过处理器206执行的指令，用于执行
下面描述的方法以及预期的但没有具体列出的其它变体。参考图4-图5详细阐述可以执行
的示例程序。
接着，图3示出氧传感器300的示例实施例的示意图，所述氧传感器300被配置成测
量进气充气流中的氧(O2)浓度。例如，传感器300可以作为图1-图2的进气氧传感器172，或
图1-图2的排气氧传感器226操作。传感器300包含以堆叠配置布置的一种或多种陶瓷材料
的多个层。在图3的实施例中，五个陶瓷层被描绘为层301、302、303、304和305。这些层包括
能够传导氧离子的固体电解质的一个或多个层。合适的固体电解质的示例包括但不限于基
于氧化锆的材料。另外，在一些实施例中，加热器307可以被设置成与层热连通，以增加层的
离子电导率。虽然描绘的氧传感器由五个陶瓷层形成，但是应当理解，氧传感器可以包括其
它合适数量的陶瓷层。
层302包括产生扩散路径310的一种或多种材料。扩散路径310被配置成经由扩散
将进气引入第一内腔322。扩散路径310可以被配置成相比于可以通过泵送电极对312和314
泵入或泵出的分析物，允许排气的一个或多个组分(包括但不限于期望的分析物(例如，
O2))以更受限的速率扩散到内腔322中。以此方式，在第一内腔322中可以获得O2的化学计量
水平。传感器300进一步包括通过层303与第一内腔322分开的层304内的第二内腔324。第二
内腔324被配置成保持相当于化学计量状况的恒定的氧分压，例如，第二内腔324中存在的
氧水平等于如果空气燃料比是化学计量的排气将具有的氧水平。在本文中，第二内腔324可
以称为参考单元(reference cell)。如图所示，参考电压是可变的(例如，在0和1300mV之
间)。
一对感测电极316和318被设置成与第一内腔322和参考单元324连通。感测电极对
316和316检测由于高于或低于化学计量水平的进气中的氧浓度引起的可以在第一内腔322
和参考单元324之间发生的浓度梯度。通过贫充气混合物可以引起高的氧浓度，而通过富充
气混合物可以引起低的氧浓度。
一对泵送电极312和314被设置成与内腔322连通，并且被配置成将选择的气体组
分(例如，O2)从内腔322电化学地泵送通过层301并且到传感器300的外面。替代地，一对泵
送电极312和314可以被配置成将选择的气体电化学地泵送通过层301并且进入内腔322。在
本文中，泵送电极对312和314可以称为O2泵送单元。
电极312、314、316和318可以由各种合适的材料制成。在一些实施例中，电极312、
314、316和318可以至少部分地由催化分子氧的分解的材料制成。这种材料的示例包括但不
限于包含铂和/或银的电极。
将氧气电化学地泵出或泵入内腔322的过程包括施加穿过泵送电极对312和314的
电压Vp。施加到O2泵送单元的泵送电压Vp将氧泵入或泵出第一内腔322，以便保持腔体泵送
单元中氧的化学计量水平。所得的泵送电流Ip与排气中的氧浓度成比例。控制系统(在图3
中未示出)产生泵送电流信号Ip作为保持第一内腔322内的化学计量水平需要施加的泵送
电压Vp的强度的函数。因此，贫混合物将致使氧被泵出内腔322，并且富混合物将致使氧被
泵入内腔322。另外，经由可变增益运算放大器(例如，运算放大器)可以改变泵送电流的输
出增益。通过改变运算放大器的参考电压和输出增益，氧传感器可以提供较高分辨率的信
号。
应当理解，本文描述的氧传感器仅是氧传感器的示例实施例，并且氧传感器的其
它实施例可以具有附加的和/或替代的特征和/或设计。
现在转向图4，其示出使用进气氧传感器(诸如图1-图2的传感器172)用于基于进
气氧传感器的泵送电流的改变来估计喷射的雨刮器流体的醇含量和/或成分的示例程序
400。该方法实现准确地确定雨刮器流体的成分，而不需要附加的传感器。
在402处，该方法包括估计和/或测量发动机工况。这些工况包括(例如)发动机转
速、发动机负载、升压、环境状况(温度、压力、湿度)、EGR、空气燃料比等。
在404处，可以确定雨刮器流体贮存器中最近是否已经再填加雨刮器流体。特别
地，通过最近的雨刮器流体再填加事件可以触发雨刮器流体成分估计。这允许准确地知道
可用的雨刮器流体的成分。因此，除了雨刮器清洗功能之外，雨刮器流体还可以更可靠地用
于爆震控制。在替代的示例中，响应于对于雨刮器流体成分估计的操作者请求，可以估计成
分。例如，可以周期性地确定雨刮器流体的成分，诸如车辆行驶的每个阈值距离进行一次、
发动机操作或车辆行驶的每个持续时间进行一次、发动机循环的每个阈值数量进行一次
等。
在本文中，雨刮器流体(也称为挡风玻璃清洗流体或仅清洗流体)是不包括汽油的
水-醇共混物。换句话说，醇是雨刮器流体中烃的唯一来源。在一个示例中，水-醇共混物中
的醇是乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇等中的一个或多个。应当理解，虽然本程序描绘雨刮器流体
的成分估计，以使流体也能够作为爆震控制流体被利用，但是这并不意味着是限制性的，并
且在其它示例中，经由进气氧传感器的使用可以确定发动机冷却剂流体的成分，以使流体
也能够作为爆震控制流体被利用。
如果贮存器中没有再填加雨刮器流体，或者如果未满足其它的雨刮器流体成分估
计状况，则在424处，该方法包括继续操作作为氧传感器的进气氧传感器。另外，基于氧传感
器的输出，调整一个或多个发动机操作参数。作为非限制性示例，进气氧传感器的输出可以
用于EGR估计和EGR控制，以及燃烧空气燃料比控制。例如，基于估计的进气充气的氧浓度，
可以调整递送到发动机进气道的EGR的量(例如，以提供期望的发动机稀释或期望的燃烧空
气燃料比)。作为另一个示例，基于估计的进气充气的氧浓度，可以调整汽缸加燃料。
如果贮存器中已经再填加雨刮器流体，或者如果已经满足其它的雨刮器流体成分
估计状况，则在406处，该方法包括将一定量(在本文中也称为喷射质量)的雨刮器流体喷射
到进气节气门下游(以及进气门的上游)的进气通道中。在一个示例中，将喷射质量设定成
提供进气氧传感器的输出的显著改变的量。
在408处，基于进气歧管气流水平(例如，如基于MAF传感器的输出确定)以及雨刮
器流体喷射质量，可以确定用于雨刮器流体的传递函数。传递函数可以用喷射质量表示对
于给定的参考电压的进气氧传感器的泵送电流的预期改变。当不喷射清洗流体时，然后将
该改变与氧浓度的基线读数进行比较。类似地，根据MAP传感器和确定速度-密度系统中的
空气质量流速的查找表可以解释歧管气流。在410处，第一泵送电压(在本文中也称为参考
电压)(V1)被施加到氧传感器。第一泵送电压可以是泵送来自氧泵送单元的氧的较低的参
考电压，但是可以具有足够低的值，以便不离解泵送单元中的水(例如，H2O)分子(例如，V1＝
450mV)。当第一电压被施加到泵送单元时，可以产生第一泵送电流(I1)。在该示例中，因为
雨刮器流体被喷射到进气歧管中，所以第一泵送电流可以指示与氧传感器的感测单元起反
应的，或由于水的稀释效应被移位的氧的量。
在412处，该方法包括基于进气氧传感器的输出，确定雨刮器流体的成分。特别地，
在施加较低的泵送电压之后，可以监测传感器的泵送电流的改变，并且通过获悉由于流体
的水含量引起的泵送电流的改变的第一部分，同时获悉由于共混物的醇含量引起的泵送电
流的改变的第二部分，控制器可以估计雨刮器流体的成分。特别地，基于传感器泵送电流的
改变并且进一步基于流体喷射质量(如在406处喷射的)，确定雨刮器流体的醇含量(例如，
其中的醇百分比)。水-醇共混物的醇含量的估计包括在414处获悉由于共混物的水含量引
起的泵送电流的改变的第一部分，以及在416处获悉由于共混物的醇含量引起的泵送电流
的改变的第二部分。
在一个示例中，基于第一泵送电流和传递函数，可以确定样本中的水的量。然后，
基于所估计的水含量，可以识别醇的量。因为环境湿度也可以有助于进气充气中的水的量，
所以可以从水的确定的量减去环境湿度估计(如在所选择的状况期间，通过专用的湿度传
感器确定的或通过进气氧传感器或排气氧传感器检测的)。在一些实施例中，接收来自传感
器的通信的控制系统的计算机可读存储介质可以包括指令，其用于通过参考图表识别醇的
量，所述图表描绘氧传感器输出和喷射质量的改变与雨刮器流体的醇含量百分比的改变之
间的关系的示例(如下面参考图6所讨论的)，例如，图表数据以查找表的形式存储在计算机
可读存储介质。在图表中，随着喷射的雨刮器流体中的醇(例如，乙醇或甲醇)的量增加，通
过进气氧传感器估计的水的量可以对应地减小。如图6所示，对于喷射到进气流中的给定质
量的清洗流体，进气氧传感器输出的较高改变(δ)将反映较高的甲醇与水的比率。因此，氧
百分比(δ_O2％)的改变将更接近100％MeOH线，并且发动机控制器可以确定/识别具有对应
于那个操作点的恒定的甲醇浓度的线。
特别地，申请人已经认识到水-醇共混物的水组分对进气氧传感器泵送电流的影
响与水-醇共混物的醇组分(包括醇含量和醇类型)对进气氧传感器泵送电流的影响不同。
例如，将1％的水(按体积)喷射到进气中导致如通过进气氧传感器测量的氧浓度有0.2％的
减小，因为其具有对氧浓度的稀释效应。然而，将1％的甲醇(按体积)喷射到进气中导致如
通过进气氧传感器测量的氧浓度有1.5％的减小，因为如下面指示的甲醇与在氧传感器的
感测元件处的氧燃烧。
CH3OH+1.5O2＝CO2+H2O
因此，如果2％的清洗流体(水+甲醇)混合物被喷射，这将导致由于水引起的减小
的2.5％(在该示例中)、0.2/1.7或11.7％的氧的总减少，以及保持由于甲醇引起的减小的
1.5/1.7或88.3％。
因此，获悉第一部分可以包括确定共混物中甲醇与水(methanol-to-water)浓度
的第一值(基于泵送电流的改变)。另外，获悉第二部分可以包括确定共混物中甲醇与水浓
度的第二值，该第二值基于泵送电流的监测的改变并且进一步基于喷射的水-醇共混物的
量而获悉。在本文中，第二值可以反映环境空气中氧的基本浓度。此外，控制器可以将第一
值与第二值进行比较。
作为一个示例，控制器可以参考查找表或映射图(诸如图6的示例映射图)，以确定
爆震控制流体中的醇的百分比。映射图可以是3D映射图，其需要2个输入-喷射的流体的质
量以及进气氧传感器泵送电流的改变，以提供关于喷射的爆震控制流体中的醇的百分比的
输出。
参考图6，映射图600描绘一个这种示例映射图。特别地，映射图600描绘沿y轴线的
进气氧传感器的改变(δ_O2％)，以及沿y轴线的清洗流体的喷射质量(M_清洗_流体_喷射)。
在本文中，清洗流体是不包括汽油的水-甲醇共混物。映射图被校准用于0％甲醇(MeOH)和
100％甲醇，以及一个或多个中间的甲醇百分比。可以看出，对于给定的喷射质量，在增加甲
醇含量的情况下，观察到氧传感器输出的较大改变。换句话说，使用映射图，甲醇百分比(甲
醇_pct)可以被估计为：甲醇_pct＝fn(δ_O2，M_清洗_流体_喷射)。因此，使用诸如图6的映
射图的映射图，控制器也许能够估计喷射的雨刮器流体的醇(例如，甲醇)含量。
返回到图4，基于获悉的第一部分和第二部分并且进一步基于喷射量，获悉水-醇
共混物雨刮器流体的成分。也就是说，基于水-醇共混物雨刮器流体的醇含量，可以确定和
更新水-醇共混物的成分。
在418处，在获悉雨刮器流体的成分的情况下，更新流体的辛烷值。此外，可以更新
用于发动机系统的燃料辛烷估计值。例如，可以更新在爆震的前馈控制期间使用的辛烷改
性剂(modifier)术语。在一个示例中，更新包括随着雨刮器流体的醇(乙醇或甲醇)含量增
加或者随着雨刮器流体的水含量减小，增加辛烷值。
在420处，在确认雨刮器流体的成分的情况下，流体可以用作所需要的爆震控制流
体。例如，响应于爆震的指示或可能的爆震的预期，基于相对于流体的更新的辛烷值的发动
机的辛烷要求(以解决爆震)，可以喷射一定量的雨刮器流体。
在422处，基于更新的雨刮器流体和燃料辛烷估计值，调整一个或多个发动机操作
参数。例如，可以调整应用的基本火花正时(例如，从MBT提前)。作为另一个示例，可以调整
(例如，提前)边界火花值(BDL)。作为又一个示例，可以调整EGR计划、VCT计划、可变压缩比、
双燃料喷射计划等中的一个或多个。
在经由进气氧传感器完成雨刮器流体成分估计的情况下，该方法可以返回到424，
其中为了EGR控制、空气燃料比控制的目的等，传感器可以重新被操作，用于氧感测。
以此方式，可以改善雨刮器流体成分估计，从而允许流体的使用被拓展到其它功
能。例如，成分估计可以允许挡风玻璃擦拭之外的雨刮器流体，或者发动机冷却之外的发动
机冷却剂的改善的使用。特别地，雨刮器流体和/或发动机冷却剂可以更可靠且一致地用作
用于解决爆震的爆震控制流体。通过在爆震的缓解中改善水-醇共混物的使用，燃料的辛烷
要求可以被减少，同时爆震被解决，从而允许从发动机获得更多的动力。此外，通过减少对
火花延迟的需要，实现燃料经济性益处。
现在转向图5，其示出使用排气氧传感器(诸如图1-图2的传感器225)用于基于排
气氧传感器的泵送电流的改变来估计喷射的雨刮器流体的醇含量和/或成分的示例程序
500。该方法实现准确地确定雨刮器流体的成分，而不需要附加的传感器。
在502处，该方法包括估计和/或测量发动机工况。这些工况包括(例如)发动机转
速、发动机负载、升压、环境状况(温度、压力、湿度)、EGR、空气燃料比等。
在504处，可以确定雨刮器流体贮存器中最近是否已经再填加雨刮器流体。特别
地，通过最近的雨刮器流体再填加事件可以触发雨刮器流体成分估计。这允许准确地知道
可用的雨刮器流体的成分。因此，除了雨刮器清洗功能之外，雨刮器流体还可以更可靠地用
于爆震控制。在替代的示例中，响应于对于雨刮器流体成分估计的操作者请求，可以估计成
分。例如，可以周期性地确定雨刮器流体的成分，诸如车辆行驶的每个阈值距离进行一次、
发动机操作或车辆行驶的每个持续时间进行一次、发动机循环的每个阈值数量进行一次
等。
在本文中，雨刮器流体(也称为挡风玻璃清洗流体或仅清洗流体)是不包括汽油的
水-醇共混物。换句话说，醇是雨刮器流体中烃的唯一来源。在一个示例中，水-醇共混物中
的醇是乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇等中的一个或多个。应当理解，虽然本程序描绘雨刮器流体
的成分估计，以使流体也能够作为爆震控制流体被利用，但是这并不意味着是限制性的，并
且在其它示例中，经由进气氧传感器的使用可以确定发动机冷却剂流体的成分，以使流体
也能够作为爆震控制流体被利用。
如果贮存器中没有再填加雨刮器流体，或者如果未满足其它的雨刮器流体成分估
计状况，则在540处，可以确定是否存在加燃料状况。加燃料状况包括车辆加速状况和发动
机工况，其中燃料供应是不间断的，并且发动机在至少一个进气门和一个排气门操作和空
气流动通过汽缸中的一个或多个的情况下继续旋转。在加燃料状况下，在燃烧室中进行燃
烧，并且环境空气可以从进气道移动通过汽缸到排气道。
相比之下，未加燃料状况包括车辆减速状况和发动机工况，其中燃料供应是间断
的，但是发动机继续旋转，并且至少一个进气门和一个排气门在操作；因此，空气流动通过
汽缸中的一个或多个，但是燃料未被喷射在汽缸中。在未加燃料状况下，不进行燃烧，但是
环境空气可以从进气道移动通过汽缸到排气道。
如果确认加燃料状况，则在542处，该方法包括确定是否期望或进行基于传感器的
反馈空气燃料比控制，或者通过传感器的醇检测。选择可以基于工况，诸如从醇的最后确定
以来的持续时间，或者闭环空气燃料比控制是否被实现。例如，如果反馈空气燃料比控制被
禁用，则程序可以继续以确定醇含量，而如果反馈空气燃料比被命令或启用，则程序可以继
续执行这种反馈空气燃料比控制(在不确定醇含量的情况下)。如果确定期望反馈控制，或
者如果在540处未确认加燃料状况，则该方法继续到550，并且传感器作为排气氧(例如，O2)
传感器被操作，以确定排气的氧浓度和/或空气燃料比。另外，基于氧传感器的输出，调整一
个或多个发动机操作参数。作为非限制性示例，排气氧传感器的输出可以用于EGR估计和
EGR控制，以及燃烧空气燃料比控制。然后，程序结束。
如果期望醇检测，则该方法前进到544，其中首先确认排气再循环(EGR)阀已经被
关闭(否则，阀被主动地关闭)。这确保进入燃烧室的EGR的量基本上为零。接着，该方法包括
调制施加到排气传感器的参考电压。具体地，第一泵送电压(V1)和第二泵送电压(V2)被顺序
地施加到排气传感器。第一泵送电压可以泵送来自氧泵送单元的氧，但是可以具有足够低
的值，以便不离解泵送单元中的水(例如，H2O)分子(例如，V1＝450mV)。在一些示例中，在544
处施加到传感器的第一泵送电压可以与在图4的410处施加到传感器的第一泵送电压相同。
当第一电压被施加到泵送单元时，可以产生第一泵送电流(I1)。在该示例中，因为燃料被喷
射到发动机并且进行燃烧，所以第一泵送电流可以指示排气中氧的量。
施加到排气传感器的泵送单元的第二泵送电压(V2)可以大于第一泵送电压，并且
第二电压可以足够高，以离解诸如水分子的氧化合物。穿过氧泵送单元的第二泵送电压的
施加可以产生第二泵送电流(I2)。第二泵送电流可以指示样本气体中的氧和水的量(例如，
已经存在于样本气体中的氧加上来自施加第二泵送电压时离解的水分子的氧)。
一旦产生第一泵送电流和第二泵送电流，则在546处可以基于样本气体中水的量
确定燃料的醇含量。例如，可以从第二泵送电流减去第一泵送电流，以确定对应于水的量的
值。然后，可以识别燃料中醇的量。例如，排气中的水的量可以与喷射到发动机的燃料中的
醇的量(例如，乙醇的百分比)成比例。因为环境湿度也可以有助于排气中水的量，使用可以
从确定的水的量减去环境湿度估计值。在一些实施例中，接收来自传感器的通信的控制系
统的计算机可读存储介质可以包括指令，其用于基于查找表识别醇的量，所述查找表使用
泵送电流的改变作为输入。
在获悉喷射的燃料的燃料醇含量的情况下，在548处更新燃料辛烷估计值。例如，
可以更新在爆震的前馈控制期间使用的辛烷改性剂术语。在一个示例中，更新包括随着喷
射的燃料的醇含量增加，增加燃料辛烷估计值。另外，基于更新的燃料辛烷估计值，调整一
个或多个发动机操作参数。例如，可以调整应用的基本火花正时(例如，从MBT提前)。作为另
一个示例，可以调整(例如，从MBT提前)边界火花值。作为又一个示例，可以调整发动机的
EGR计划。
返回到504，如果再填加雨刮器流体，或者如果已经满足其它的雨刮器流体成分估
计状况，则在506处，该方法包括将一定量(在本文也称为喷射质量)的雨刮器流体喷射到发
动机中。在一个示例中，雨刮器/清洗流体可以被喷射到进气节气门下游(以及排气门上游)
的进气通道中。在另一个示例中，发动机燃料喷射器可以将雨刮器/清洗流体直接喷射到汽
缸内。在本文中，因为将使用排气检测清洗流体成分，所以流体被喷射到汽缸中，并且在其
中燃烧。在一个示例中，将雨刮器流体喷射的喷射质量设定成将提供排气氧传感器的输出
的显著改变的量。
在508处，基于进气歧管气流水平(例如，如基于MAF传感器的输出确定)以及雨刮
器流体喷射质量，可以确定用于雨刮器流体的传递函数。传递函数可以用喷射质量表示对
于给定的参考电压的排气氧传感器的泵送电流的预期改变。类似地，根据MAP传感器和确定
速度-密度系统中的空气质量流速的查找表可以解释歧管气流。
当发动机被加燃料并且汽缸燃烧时，在510处，该方法包括确定曲轴箱强制通风
(PCV)的量是否处于期望的水平。在本文中，期望的水平可以包括低于阈值量的PCV。在一个
示例中，可以期望基本上不存在PCV流。作为一个示例，如果发动机在较高的速度范围中操
作，则可以存在从发动机曲轴箱到进气歧管中的增加的PCV流。其中PCV流被升高的其它示
例状况包括增加的歧管真空状况、增加的曲轴箱压力状况、高环境温度状况，它们的组合
等。因此，仅在PCV流低于阈值水平时(例如，当PCV被禁用时)的状况期间，可以实现雨刮器
流体醇含量估计，以减少来自PCV烃的干扰。
如果PCV流在期望的水平之上(例如，PCV流为高的)，则方法返回到550，其中传感
器作为排气氧传感器被操作，以例如确定用于空气-燃料控制的进气的氧浓度，然后程序结
束。
另一方面，如果PCV处于期望的水平(例如，PCV流为低的)，则方法继续到512，其中
确定排气再循环(EGR)阀是否被关闭。如果确定EGR阀是打开的，则方法移动到514，并且EGR
阀被关闭。因此，仅在EGR流低于阈值水平时的状况期间(例如，当EGR被禁用时)，可以实现
雨刮器流体醇含量估计，以减小来自EGR烃的干扰。
一旦EGR阀被关闭，或者如果在512处确定EGR阀被关闭，并且因此进入燃烧室的
EGR的量基本上为零，则该方法前进到516，其中确定燃料蒸汽净化阀是否被关闭。如果确定
燃料蒸汽净化阀是打开的，则该方法移动到518，并且燃料蒸汽净化阀被关闭。存储在燃料
蒸汽罐中的燃料蒸汽也可以具有醇含量，并且可以破坏雨刮器流体成分估计的结果。特别
地，进入燃烧室的燃料蒸汽可以影响通过排气氧传感器检测的醇的量，从而导致不准确的
估计。因此，仅在净化流低于阈值水平时的状况期间(例如，当罐净化被禁用时)，可以实现
雨刮器流体成分估计。在EGR、PCV或净化存在的情况下，通过记录排气氧传感器对爆震控制
流体的喷射的响应，实现被喷射的水-醇共混物的空气-燃料比的更准确的估计。因此，这提
供了发动机系统的燃料经济性和性能的改善。
一旦在518燃料蒸汽净化阀被关闭，或者如果在516处确定燃料蒸汽净化阀被关
闭，则该方法继续到520，其中该方法包括调制排气氧传感器的参考电压。调制包括在第一
电压和第二电压之间交替所述氧传感器的参考电压，所述第一电压和第二电压被连续地施
加。特别地，第一泵送电压(V1)可以被初始地施加到排气氧传感器。第一泵送电压可以泵送
来自氧泵送单元的氧，但是可以具有足够低的值，以便不离解泵送单元中的水(例如，H2O)
分子(例如，V1＝450mV)。在一些示例中，施加到用于估计雨刮器流体的醇含量的传感器的
第一泵送电压可以与施加到用于估计喷射的燃料的醇含量的传感器的第一泵送电压相同
(如在544处详述的)。当第一电压被施加到泵送单元时，可以产生第一泵送电流(I1)。在该
示例中，第一泵送电流可以指示充气中氧的量。
然后，调制包括将第二泵送电压(V2)施加到排气氧传感器的泵送单元。第二泵送
电压可以大于第一泵送电压，并且第二电压可以足够高，以离解诸如水分子的氧化合物(例
如，V2＝950mV或1050mV)。穿过氧泵送单元的第二泵送电压的施加可以产生第二泵送电流
(I2)。第二泵送电流可以指示样本气体中的氧和水的量(例如，已经存在于样本气体中的氧
加上来自施加第二泵送电压时离解的水分子的氧)。
在产生第一泵送电流和第二泵送电流之后，监测传感器的泵送电流的改变。在522
处，基于传感器泵送电流的改变并且进一步基于流体喷射质量(如在506处喷射的)，确定雨
刮器流体的醇含量(例如，其中的醇百分比)。水-醇共混物的醇含量的估计包括在524处获
悉由于共混物的水含量引起的泵送电流的改变的第一部分，以及在526处获悉由于共混物
的醇含量引起的泵送电流的改变的第二部分。
在一个示例中，通过从第二泵送电流减去第一泵送电流，可以确定样本中的水的
量。然后，基于所估计的水含量，可以识别雨刮器流体中醇的量。例如，流体中的水的量可以
与喷射的水-醇共混物中的醇的量(例如，乙醇或甲醇的百分比)成比例。因为环境湿度也可
以有助于进气充气中的水的量，所以可以从水的确定的量减去环境湿度估计(如在其它选
择的状况期间，通过专用的湿度传感器确定的，或通过排气氧传感器或进气氧传感器检测
的)。在一些实施例中，接收来自传感器的通信的控制系统的计算机可读存储介质可以包括
指令，其用于通过参考图表识别醇的量，所述图表描绘氧传感器输出和喷射质量的改变与
爆震控制流体的醇含量百分比的改变之间的关系的示例(如上面参考图6所讨论的)，例如，
图表数据以查找表的形式存储在计算机可读存储介质。在图表中，随着喷射的雨刮器流体
中的醇(例如，乙醇或甲醇)的量增加，通过进气氧传感器估计的水的量可以对应地减小。如
图6所示，对于喷射到进气流或发动机汽缸中的给定质量的清洗流体，进气氧传感器输出的
较高改变(δ)将反映较高的甲醇与水的比率。在这种情况下，δ_O2％将更接近100％MeOH线，
并且发动机控制器可以确定具有对应于操作点的恒定的甲醇浓度的线。特别地，申请人已
经认识到水-醇共混物的水组分对进气氧传感器泵送电流的影响与水-醇共混物的醇组分
(包括醇含量和醇类型)对进气氧传感器泵送电流的影响不同。例如，将1％的水(按体积)喷
射到进气中导致如通过进气氧传感器测量的氧浓度有0.2％的减小，因为其具有对氧浓度
的稀释效应。然而，将1％的甲醇(按体积)喷射到进气中导致如通过进气氧传感器测量的氧
浓度有1.5％的减小，因为如下面指示的甲醇与在氧传感器的感测元件处的氧燃烧。
CH3OH+1.5O2＝CO2+H2O
因此，如果2％的清洗流体(水+甲醇)混合物被喷射，这将导致由于水引起的减小
的2.5％(在该示例中)、0.2/1.7或11.7％的氧的总减少，以及保持由于甲醇引起的减小的
1.5/1.7或88.3％。
因此，获悉第一部分可以包括确定共混物中甲醇与水浓度的第一值(基于泵送电
流的改变)。另外，获悉第二部分可以包括确定共混物中甲醇与水浓度的第二值，该第二值
基于泵送电流的监测的改变并且进一步基于喷射的水-醇共混物的量而获悉。在本文中，第
二值可以反映环境空气中氧的基本浓度。此外，控制器可以将第一值与第二值进行比较。
作为一个示例，控制器可以参考查找表或映射图(诸如图6的示例映射图)，以确定
爆震控制流体中的醇的百分比。映射图可以是3D映射图，其需要2个输入-喷射的流体的质
量以及进气氧传感器泵送电流的改变，以提供关于喷射的爆震控制流体中的醇的百分比的
输出。
应当理解，在替代的示例中，在其中至少一个进气门和一个排气门在操作的发动
机未加燃料状况期间，使用排气氧传感器可以执行雨刮器流体估计。例如，在减速燃料切断
(DFSO)事件期间可以执行调制。
在528处，在获悉雨刮器流体的成分的情况下，更新流体的辛烷值。此外，可以更新
用于发动机系统的燃料辛烷估计值。例如，可以更新在爆震的前馈控制期间使用的辛烷改
性剂术语。在一个示例中，更新包括随着雨刮器流体的醇(乙醇或甲醇)含量增加或随着雨
刮器流体的水含量减小，增加辛烷值。
在530处，在确认雨刮器流体的成分的情况下，流体可以用作所需要的爆震控制流
体。例如，响应于爆震的指示或可能的爆震的预期，基于相对于流体的更新的辛烷值的发动
机的辛烷要求(以解决爆震)，可以喷射一定量的雨刮器流体。
在532处，基于更新的雨刮器流体和燃料辛烷估计值，调整一个或多个发动机操作
参数。例如，可以调整应用的基本火花正时(例如，从MBT提前)。作为另一个示例，可以调整
(例如，提前)边界火花值。作为又一个示例，可以调整发动机的EGR计划、VCT计划、可变压缩
比、双燃料喷射计划等中的一个或多个。
在经由排气氧传感器完成雨刮器流体成分估计的情况下，该方法可以返回到550，
其中为了EGR控制、空气燃料比控制的目的等，传感器可以重新被操作，用于氧感测。
以此方式，使用排气传感器可以确定雨刮器流体以及喷射的燃料的成分。例如，在
第一状况期间，水-醇共混物可以被喷射到发动机汽缸中，并且基于排气氧传感器的泵送电
流的改变，可以确定水-醇共混物的醇成分。然后，在第二状况期间，汽油-醇共混物可以被
喷射到发动机汽缸中，并且基于排气氧传感器的泵送电流的改变，可以确定汽油-醇共混物
的醇成分。通过准确且可靠地获悉雨刮器流体的醇含量和成分，可以拓展流体的使用用于
爆震控制，从而提高发动机系统的鲁棒性。通过使用相同的氧传感器以估计爆震控制流体
的醇含量和喷射的燃料的醇含量，减少对用于确定爆震控制流体的成分的专用传感器的需
要。
一种示例发动机方法包含：喷射一定量的水-醇共混物；将参考电压施加到进气氧
传感器；监测传感器的泵送电流的改变；获悉由于共混物的水含量引起的泵送电流的改变
的第一部分；以及获悉由于共混物的醇含量引起的泵送电流的改变的第二部分。前述示例
可以附加地或可选地进一步包含基于获悉的第一部分和第二部分并且进一步基于喷射量，
获悉共混物的成分。前述示例中的任何一个或所有可以附加地或可选地包含基于所获悉的
成分，调整发动机操作参数，所述发动机操作参数包括燃料辛烷估计值和燃料喷射量中的
一个或多个。在前述示例中的任何一个或所有中，共混物附加地或可选地进一步不包括汽
油，并且其中醇包括乙醇和甲醇中的一个或多个。在前述示例中的任何一个或所有中，施加
可以附加地或可选地进一步包括施加不离解水分子的第一较低的电压。在前述示例中的任
何一个或所有中，获悉第一部分附加地或可选地进一步包括基于泵送电流的改变，获悉共
混物中水与甲醇成分的第一值。在前述示例中的任何一个或所有中，获悉第二部分附加地
或可选地进一步包括基于泵送电流的监测的改变并且进一步基于喷射的水-醇共混物的
量，确定所获悉的共混物中的甲醇与水浓度的第二值，并且将第一值和第二值进行比较。在
本文中，第二值可以反映环境空气中氧的基本浓度。在前述示例中的任何一个或所有中，当
满足所选择的状况时，附加地或可选地执行该方法，所选择的状况附加地或可选地包括贮
存器中的水-醇共混物的再填加之后。在前述示例中的任何一个或所有中，水-醇共混物附
加地或可选地包括雨刮器流体和发动机冷却剂中的一个。
用于发动机的另一种示例方法包含：在第一状况期间，将水-醇共混物喷射到发动
机汽缸中，并且基于进气氧传感器的泵送电流的改变，获悉水-醇共混物的醇成分；以及在
第二状况期间，将汽油-醇共混物喷射到发动机汽缸中，并且基于进气氧传感器的泵送电流
的改变，获悉汽油-醇共混物的醇成分。在前述示例中，第一状况附加地或可选地包括发动
机的清洗流体箱中的水-醇共混物的再填加之后的发动机操作，并且第二状况附加地或可
选地包括发动机的燃料箱中的汽油-醇共混物的再填加之后的发动机操作。在前述示例的
任何一个或所有中，附加地或可选地，在第二状况期间，进气氧传感器的参考电压在第一电
压和第二电压之间被调制，并且泵送电流的改变响应于调制。附加地或可选地，在前述示例
的任何一个或所有中，在第二状况期间，仅第一参考电压被施加到进气氧传感器，并且泵送
电流的改变响应于施加。在前述示例的任何一个或所有中，在第一状况期间，水-醇共混物
的醇成分附加地或可选地进一步基于喷射质量。在前述示例的任何一个或所有中，在第一
状况期间，获悉水-醇共混物的醇成分附加地或可选地包括区分由于水-醇共混物的水含量
引起的泵送电流的改变的第一部分和由于水-醇共混物的醇含量引起的泵送电流的改变的
第二部分。在前述示例的任何一个或所有中，水-醇共混物附加地或可选地包括相对于水的
第一比率的第一醇，并且汽油-醇共混物包括相对于汽油的第二比率的第二醇，第一醇与第
二醇不同，第一比率与第二比率不同。前述示例的任何一个或所有可以附加地或可选地进
一步包含在第一状况期间，基于水-醇共混物的所获悉的醇成分，调整爆震缓解的火花延迟
量，并且在第二状况期间，基于汽油-醇共混物的所获悉的醇成分，调整反馈空气-燃料比控
制增益。
另一个示例发动机系统包含：发动机，其包括进气歧管；第一喷射器，其用于将燃
料喷射到发动机汽缸中；第二喷射器，其用于将爆震控制流体喷射到进气节气门下游的进
气歧管中；EGR系统，其包括用于经由EGR阀将排气残留物从涡轮的下游再循环到压缩机的
上游的通道；氧传感器，其耦接到进气节气门下游和EGR阀下游的进气歧管；以及控制器。控
制器可以被配置成具有存储在非临时性存储器上的计算机可读指令，用于：将一定量的爆
震控制流体喷射到汽缸中；将较低的参考电压施加到氧传感器；测量氧传感器的泵送电流
的改变；以及基于喷射量和泵送电流的测量的改变，估计爆震控制流体的成分。在前述示例
中，爆震控制流体附加地或可选地包括水和醇，并且不包括燃料，并且通过计算由于爆震控
制流体的水含量引起的泵送电流的改变的第一部分，以及计算由于爆震控制流体的醇含量
引起的泵送电流的改变的第二部分，控制器估计成分。在前述示例的任何一个或所有中，控
制器附加地或可选地包括进一步的指令，用于：基于爆震控制流体的估计的成分，更新燃料
辛烷估计值。在前述示例的任何一个或所有中，控制器附加地或可选地包括进一步的指令，
用于：基于更新的燃料辛烷估计值，响应于爆震，调整火花正时和施加的边界火花值中的每
一个，所述调整包括从基本火花正时延迟火花正时，以及当燃料辛烷估计值增加时，朝MBT
提前边界火花。
以此方式，在所选择的状况期间，基于响应于施加到发动机系统氧传感器的氧泵
送单元的电压产生的传感器输出(例如，泵送电流)，可以准确且可靠地确定水-醇共混物爆
震控制流体的成分。特别地，传感器输出的改变可以与雨刮器流体或发动机冷却剂中醇的
量相关联。以此方式，可以识别流体中醇的量(例如，乙醇百分比或甲醇百分比)的准确指
示，从而允许附加地使用流体，用于爆震控制。另外，一旦确定成分类型，各种发动机操作参
数就可以被调整，以保持发动机和/或排放效率，并且改善爆震控制火花使用。改善喷射的
爆震控制流体的成分的估计的技术效应是可以拓展爆震控制流体的使用。
注意，包括在本文中的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配
置一起使用。本文公开的控制方法和程序可以存储为非临时性存储器中的可执行指令，并
且可以由包括控制器与各种传感器、致动器和其它发动机硬件组合的控制系统执行。本文
描述的具体程序可以表示任何数量的处理策略中的一个或更多个，诸如事件驱动的、中断
驱动的、多任务的、多线程的等。因此，所示的各种行为、操作和/或功能可以按所示的顺序
执行、并行地执行或在一些情况下省略。同样，处理的顺序不是实现本文面描述的实施例的
特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述提供。根据使用的特定策略，所示的行为、
运转和/或功能中的一个或更多个可以被重复地执行。此外，所述的行为、运转和/或功能可
以图形化地被程序化到发动机控制系统的计算机可读存储介质的非临时性存储器之内的
代码，其中所述的行为通过执行包括各种发动机硬件组件与电子控制器的系统中的指令而
被执行。
应当认识到，本文所公开的构造和程序在本质上是示例性的，并且这些具体实施
例不应被认为具有限制意义，因为许多变体是可能的。例如，上述技术可以使用到V-6、I-4、
I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置和
其它特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
随附的权利要求具体指出被认为新颖的和非显而易见的特定组合和子组合。这些
权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这样的权利要求应当被理解为包
括一个或更多个这样的元件的组合，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。所公开
的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合可以通过修改本申请的权利要求或通过
在本申请或相关的申请中提出新权利要求被要求保护。这样的权利要求，无论比原权利要
求范围更宽、更窄、等同或不同，均被认为包含在本公开的主题内。