СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ТОПЛИВОМ ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2013 года по МПК F02D41/14 F02D41/18 F02D41/40 

Настоящее изобретение относится к способу диагностики состояния системы питания топливом двигателя внутреннего сгорания с управляемым зажиганием и с впрыском топлива, содержащего электронное контрольное устройство, использующее кислородный датчик для регулирования в замкнутом контуре значения соотношения воздух/топливо в смеси, подаваемой в камеры сгорания указанного двигателя.

Современные регламентные нормы по выбросу загрязняющих веществ требуют «контроля системы питания топливом в отношении ее соответствия стандартам выбросов». Отказ этой системы, который может повлечь за собой выход за пределы «порогов OBD» от "On Board Diagnostic" (встроенная диагностика), должен приводить к включению индикатора "OBD" для оповещения об этом водителя.

Неисправности системы питания топливом, такие как утечки топлива, закупоривание или старение, приводят к изменению гидравлических характеристик внутри этой системы, что влечет за собой ухудшение качества регулирования содержания топлива во впрыскиваемой смеси топливо/воздух.

Таким образом, насыщенность на выходе двигателя не включена в диапазон эффективности катализатора по некоторым моментам работы двигателя, в результате чего снижается эффективность этого двигателя, а также увеличивается количество загрязняющих веществ на выходе выхлопного коллектора транспортного средства.

Соблюдение вышеуказанного требования требует поиска средств для прямого или опосредованного отслеживания количества впрыскиваемого топлива.

Согласно патенту US 5706794 эту проблему решают следующим образом.

Время впрыска Tinj вычисляют следующим образом:

Tinj=MAIR*GAIN*ALPHACL/14,65

где:

- MAIR: масса воздуха, подаваемого в цилиндр,

- GAIN: коэффициент, позволяющий учитывать отклонение гидравлических характеристик системы питания топливом,

- ALPHACL: поправочный множитель времени впрыска, позволяющий регулировать насыщенность выхлопных газов на выходе двигателя в зависимости от выходных данных лямбда-зонда.

Когда GAIN выходит за пределы интервала, ограниченного двумя пороговыми значениями, констатируют наличие неисправности.

Когда GAIN остается в этом интервале, отслеживают, выходит ли ALPHACL за пределы другого интервала, ограниченного двумя другими пороговыми значениями. Действительно, если ALPHACL остается в интервале, не обнаруживают никаких неисправностей, тогда как если он выходит из этого интервала, обнаруживают неисправность.

Таким образом, эта диагностика обеспечивает практически раздельное отслеживание ALPHACL и GAIN, тогда как они связаны расчетом времени впрыска и его влиянием на насыщенность выхлопных газов на входе катализатора.

Это может привести к отрицательным последствиям, например, в случае старения системы питания топливом.

Таким образом, GAIN может выйти за пределы контрольного интервала, чтобы компенсировать отклонения гидравлических характеристик системы, тогда как ALPHACL может оставаться в значении, близком к своему номиналу. В этом случае не происходит выхода за пределы порогов OBD, тогда как система может считаться неисправной. Следовательно, речь может идти о ложном обнаружении.

Кроме того, анализ надежности диагностики затруднен, так как невозможно получить критерий надежности, идентичный критерию диагностики.

Задачей настоящего изобретения является решение указанных проблем и создание способа диагностики состояния системы питания топливом двигателя внутреннего сгорания с управляемым зажиганием и с впрыском топлива, который позволяет обнаруживать неисправности, учитывая взаимодействия между различными параметрами, позволяющими определить изменение времени эффективного впрыска, причем быстро и не прибегая к использованию специальных дополнительных средств.

Изобретение призвано также предложить способ диагностики, критерий которой может соответствовать также критерию надежности, чтобы анализ надежности максимально отражал статическое поведение диагностики.

В связи с этим объектом настоящего изобретения является способ диагностики состояния системы питания топливом двигателя внутреннего сгорания с управляемым зажиганием и с впрыском топлива, содержащего электронное контрольное устройство, использующее кислородный датчик для регулирования в замкнутом контуре значения соотношения воздух/топливо в смеси, подаваемой в камеры сгорания указанного двигателя, согласно которому анализируют сигнал, выдаваемый указанным кислородным датчиком,

характеризующийся тем, что:

а) из указанного сигнала выводят изменение времени эффективного впрыска выхлопного газа на выходе двигателя, получаемого при помощи отношения:

Время эффективного впрыска = В+ALPHACL_MOYEN*GAIN*A*Mair,

в котором: В является значением OFFSET смещения;

ALPHACL_MOYEN является поправочным множителем времени впрыска, который позволяет регулировать насыщенность выхлопных газов на выходе двигателя;

GAIN является коэффициентом, позволяющим учитывать отклонение гидравлических характеристик системы питания топливом;

А является множителем, учитывающим различные явления, связанные, в частности, с опорожнением топливного бака со смачиванием стенок;

Mair является измеренной или оценочной массой воздуха, подаваемого в цилиндр двигателя;

б) вычисляют

CRITERE=∫(CRITERE1+CRITERE2+CRITERE3),

где CRITERE1 = разность между значением ALPHACL_MOYEN, при котором нет необходимости в какой-либо коррекции времени впрыска в зависимости от времени для достижения заданной насыщенности 1 выхлопных газов, и значением ALPHACL_MOYEN, применяемым для времени впрыска для достижения заданной насыщенности 1 выхлопных газов,

CRITERE2 = разность между моментальным значением OFFSET, соответствующим использованию «теоретической» системы питания топливом, то есть не подвергающейся разбросу и старению, средняя характеристика которой совпадает со значением, при котором не применяют никакого изменения времени, и моментальным значением OFFSET, применяемым для времени впрыска на данном транспортном средстве (специфического для каждого произведенного транспортного средства),

CRITERE3 = разность между моментальным значением GAIN, соответствующим использованию «теоретической» системы питания топливом, то есть не подвергающейся разбросу и старению, средняя характеристика которой совпадает со значением, при котором не применяют никакого изменения времени, и моментальным значением GAIN, применяемым для времени впрыска на данном транспортном средстве (специфического для каждого произведенного транспортного средства),

в) CRITERE сравнивают с заранее определенными пороговыми значениями, минимальным SEUIL_MIN и максимальным SEUIL_MAX;

г) состояние неисправности констатируют, когда CRITERE находится за пределами интервала, заключенного между SEUIL_MIN и SEUIL_MAX.

Согласно другим предпочтительным и неограничительным признакам способа:

- на этапе г) подсчитывают число периодов времени, в течение которых CRITERE находится за пределами интервала, заключенного между SEUIL_MIN и SEUIL_MAX, и указанное неисправное состояние констатируют, когда число периодов равно заранее заданному числу;

- с этим заранее заданным числом связывают переменную интервала FENETRE, из этой переменной вычитают значение 1, как только начинается отсчет нового периода времени, и указанное неисправное состояние констатируют, когда переменная интервала FENETRE меньше или равна нулю;

- указанные этапы а), б), в) и г) применяют, только если проверяется, по меньшей мере, одно из следующих предварительных условий:

- регулирование указанной насыщенности происходит в замкнутом контуре;

- впрыск топлива происходит в последовательном режиме;

- уровень нагрузки двигателя и его режим находятся в заранее определенной зоне;

- датчики, обеспечивающие измерение переменных, необходимых для диагностики, исправны.

- указанные этапы а), б), в) и г) применяют, только если проверяются все указанные предварительные условия;

- указанные пороговые значения зависят от условий работы двигателя;

- указанные пороговые значения меняются в зависимости от того, работает ли двигатель в прогретом или в холодном состоянии.

Другие особенности и преимущества настоящего изобретения поясняются чертежами, на которых представлено следующее:

фиг.1 - схематичный вид двигателя внутреннего сгорания, оборудованного устройством для осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2 и 3 - блок-схемы, уточняющие различные этапы осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.4A-4D - совокупность кривых, показывающих в зависимости от времени изменение основных параметров ALPHACL_MOYEN, GAIN, OFFSET и CRITERE, при осуществлении настоящего способа в случае неисправности типа утечки, закупоривания, механической поломки топливного насоса;

фиг.5A-5D - кривые, аналогичные предыдущим кривым и показывающие в зависимости от времени изменение тех же параметров в случае неисправности типа старения системы.

На прилагаемой фиг.1 схематично показан многоцилиндровый двигатель 1 внутреннего сгорания с управляемым зажиганием, который оборудован электрически управляемой многоточечной рампой 2 топливных инжекторов. Таким образом, питание каждого цилиндра двигателя обеспечивает соответствующий электроинжектор 20. Электронная система 6 контроля задает время открывания каждого инжектора таким образом, чтобы корректировать смесь воздух/топливо, подаваемую в двигатель, по заданному значению насыщенности (предпочтительно близкому к стехиометрическому соотношению).

Топливо, находящееся в баке 4, подается в инжекторы 20 через насос 40 и фильтр 5.

Параллельно через дроссельный клапан 3 подается холодный воздух.

На выходе двигателя 1 на выхлопной трубе предусмотрен катализатор 7. Непосредственно перед ним на входе предусмотрен кислородный датчик 8.

Как известно, система 6 содержит, в частности, центральный блок, запоминающие устройства и различные входные и выходные интерфейсы. Эта система принимает входные сигналы, в частности, связанные с работой двигателя, осуществляет операции и генерирует выходные сигналы, в частности, предназначенные для инжекторов.

Среди входных сигналов, которые система 6 может обрабатывать, можно указать следующие данные: «нагрузка» двигателя, «режим» двигателя, выходной сигнал кислородного датчика, «исправность» датчиков, предназначенных для управления диагностикой и т.д.

Для этого двигатель и его непосредственная окружающая среда содержат:

- средства Р1 управления инжекторами;

- средства Р2 измерения или оценки температуры воздуха в воздушном распределителе на входе;

- средства Р3 измерения или оценки давления в воздушном распределителе на входе;

- средства Р4 измерения или оценки температуры воды;

- средства Р5 измерения или оценки режима;

- средства PS измерения выходного напряжения датчика 8.

Далее со ссылками на фиг.2, а затем на фиг.3 следует описание возможного варианта осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением.

Это осуществление проходит через три «состояния». «СОСТОЯНИЕ I» (блок 90) соответствует инициализации всех переменных, используемых для диагностики. «СОСТОЯНИЕ 2» (блок 91) является состоянием выжидания адекватных условий для осуществления диагностики. Это соответствует двум первым блокам на фиг.2. «СОСТОЯНИЕ 3» (блок 92) соответствует собственно диагностике системы питания топливом.

Вместе с тем, чтобы перейти от «СОСТОЯНИЯ 2» к «СОСТОЯНИЮ 3», проверяют наличие условий активации диагностики (блок 910).

Другими словами, проверяют следующие условия:

- регулирование указанной насыщенности происходит в замкнутом контуре;

- впрыск топлива происходит в последовательном режиме;

- уровень нагрузки двигателя и его режим находятся в заранее определенной зоне;

- датчики, обеспечивающие определение входных данных, необходимых для диагностики, исправны.

«СОСТОЯНИЕ 3» сохраняется, пока присутствуют условия активации диагностики.

Перед тем как перейти к «СОСТОЯНИЮ 3», проверяют, чтобы двигатель был прогрет. Если двигатель прогрет (блок 912), производят параметризацию специфических калибровок для прогретого двигателя, тогда как, если он является холодным (блок 913), производят параметризацию других специфических калибровок для холодного двигателя. Этими калибровками являются, в частности, пороговые значения и моменты времени обнаружения.

Время эффективного впрыска вычисляют следующим образом.

Время эффективного впрыска = В+ALPHACL_MOYEN*GAIN*A*Mair, где:

- А: множитель, учитывающий различные явления, связанные, в частности, с опорожнением топливного бака, со смачиванием стенок и т.д.,

- Mair: измеренная или оценочная масса воздуха, подаваемого в цилиндр;

- В: значение OFFSET;

- ALPHACL_MOYEN: поправочный множитель времени впрыска, позволяющий регулировать насыщенность выхлопных газов на выходе двигателя.

Действительно, для обнаружения неисправности в системе питания топливом диагностика основана на отслеживании критерия, называемого CRITERE, вычисление которого производят в состоянии «вычисление критерия диагностики» (блок 920). Это вычисление происходит следующим образом:

CRITERE является интегралом суммы трех нижеследующих членов в течение времени, определенного калибровкой:

- CRITERE1 = разность между значением ALPHACL_MOYEN, при котором нет необходимости в какой-либо коррекции времени впрыска в зависимости от времени для достижения заданной насыщенности 1 выхлопных газов, и значением ALPHACL_MOYEN, применяемым для времени впрыска для достижения заданной насыщенности 1 выхлопных газов,

- CRITERE2 = разность между моментальным значением OFFSET, соответствующим использованию «теоретической» системы питания топливом, то есть не подвергающейся разбросу и старению, средняя характеристика которой совпадает со значением, при котором не применяют никакого изменения времени, и моментальным значением OFFSET, применяемым для времени впрыска на данном транспортном средстве (специфического для каждого произведенного транспортного средства),

- CRITERE3 = разность между моментальным значением GAIN, соответствующим использованию «теоретической» системы питания топливом, то есть не подвергающейся разбросу и старению, средняя характеристика которой совпадает со значением, при котором не применяют никакого изменения времени, и моментальным значением GAIN, применяемым для времени впрыска на данном транспортном средстве (специфического для каждого произведенного транспортного средства).

Если CRITERE находится в интервале, ограниченном двумя пороговыми значениями, минимальным и максимальным (SEUIL_MIN и SEUIL_MAX), то счетчик DEFAUT_PRESENT становится равным нулю (блок 925), предупреждая, что в системе питания топливом не обнаружено никаких неисправностей.

Если CRITERE выходит за пределы зоны, ограниченной двумя пороговыми значениями, минимальным и максимальным (SEUIL_MIN и SEUIL_MAX) (блок 921), то переменную FENETRE, которой присвоили заранее заданное первоначальное значение, декрементируют на 1 (блок 922):

- если FENETRE>0, диагностику возобновляют с начала;

если FENETRE=0, DEFAUT_PRESENT становится равным единице, предупреждая об обнаружении неисправности в системе питания топливом, затем производят повторную инициализацию FENETRE (блок 924).

Ниже следует описание примера поведения различных параметров, используемых для диагностики при номинальной работе или при работе в присутствии неисправности.

Поведение критерия диагностики можно представить следующим образом:

i - в системе питания топливом нет неисправности,

ii - гидравлические характеристики системы питания топливом остаются близкими к гидравлическим характеристикам так называемой номинальной системы.

В этом случае насыщенность выхлопных газов на выходе двигателя на входе катализатора постоянно остается очень близкой к стехиометрическому соотношению, и следовательно, поправка времени впрыска является незначительной (следствие случая i).

Точно так же оба адаптивных параметра GAIN и OFFSET сохраняют значения, очень близкие к значению, которое они принимают, когда двигатель оборудован системой питания топливом с гидравлическими характеристиками, остающимися близкими к гидравлическим характеристикам так называемой номинальной системы (следствие случая ii).

Это соответствует левой части прилагаемых фиг.4А-4С, находящейся между временем t=0 и t1.

Таким образом, значение описанного выше критерия тоже будет незначительным.

Действительно:

- случай i предполагает незначительное значение CRITERE 1,

- случай ii предполагает незначительные значения CRITERE 2 и CRITERE 3,

- следовательно, сумма трех критериев тоже будет небольшой.

Это показано на соответствующей части фиг.4D.

В случае неисправности, аналогичной неисправностям, описанным в случае i, насыщенность выхлопных газов на выходе двигателя на входе катализатора будет далека от стехиометрического соотношения, если не применить никакой коррекции времени впрыска. После активации замкнутого контура регулирования насыщенности влияние неисправности на впрыскиваемое количество компенсируют при помощи ALPHACL, который увеличивает или который уменьшает время впрыска, чтобы насыщенность на входе катализатора совпадала со стехиометрией. Таким образом наблюдают отклонение значения ALPHACL_MOYEN по отношению к номинальному значению, что выражается появлением неисправности AD в момент t1 на фиг.4А.

Абсолютное значение CRITERE становится больше, так как значение CRITERE 1 тоже является большим.

Присутствие неисправности в системе питания топливом приводит к абсолютному увеличению значения критерия по сравнению со значением, которое он мог бы иметь, если бы двигатель был оборудован исправной системой питания топливом.

Таким образом становится возможным отслеживать систему питания топливом, сравнивая значение критерия диагностики с двумя пороговыми значениями. При выходе за пределы одного из этих порогов отслеживаемая система будет считаться неисправной (обнаружение неисправности DF на фиг.4D).

В случае неисправности, аналогичной описанной в случае ii, по меньшей мере, один из адаптивных параметров GAIN или OFFSET принимает значение, далекое от значения, которое он имел бы в случае использования системы питания топливом с гидравлическими характеристиками, остающимися близкими к гидравлическим характеристикам так называемой номинальной системы.

В случае, показанном на фиг.5A-5D, значение, далекое от своего номинального значения, принимает параметр OFFSET (см. фиг.5С).

Следовательно, начиная с момента появления этого далекого значения, параметр CRITERE тоже будет иметь большие значения.

Как только это значение выйдет за пределы интервала, образованного максимальным и минимальным пороговыми значениями, неисправность DF будет обнаружена (см. фиг.5D).

Настоящее изобретение относится к способу диагностики состояния системы питания топливом двигателя (1) внутреннего сгорания с управляемым зажиганием и с впрыском топлива, содержащего электронное контрольное устройство (6), использующее кислородный датчик (8) для регулирования в замкнутом контуре значения соотношения воздух/топливо в смеси, подаваемой в камеры сгорания указанного двигателя, согласно которому анализируют сигнал, выдаваемый указанным кислородным датчиком, причем а) из указанного сигнала выводят изменение времени эффективного впрыска и регулируют насыщенность выхлопных газов на выходе двигателя; б) вычисляют CRITERE=∫(CRITERE1+CRITERE2+CRITERE3); в) CRITERE сравнивают с заранее определенными пороговыми значениями, минимальным SEUIL_MIN и максимальным SEUIL_MAX; г) состояние неисправности констатируют, когда CRITERE находится за пределами интервала, заключенного между SEUIL_MIN и SEUIL_MAX. Улучшение эффективности работы двигателя внутреннего сгорания, а также снижение количества загрязняющих веществ на выходе выхлопного коллектора транспортного средства, являются техническим результатом предложенного изобретения. 6 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Способ диагностики состояния системы питания топливом двигателя внутреннего сгорания с управляемым зажиганием и с впрыском топлива, содержащего электронное контрольное устройство (6), использующее кислородный датчик (8) для регулирования в замкнутом контуре значения соотношения воздух/топливо в смеси, подаваемой в камеры сгорания указанного двигателя, согласно которому анализируют сигнал, выдаваемый указанным кислородным датчиком, отличающийся тем, что:
a) из указанного сигнала выводят изменение времени эффективного впрыска выхлопного газа на выходе двигателя, получаемого при помощи отношения:
Время эффективного впрыска = B+ALPHACL_MOYEN·GAIN·A·Mair, где В является значением OFFSET смещения;
ALPHACL_MOYEN является поправочным множителем времени впрыска, который позволяет регулировать насыщенность выхлопных газов на выходе двигателя (1);
GAIN является коэффициентом, позволяющим учитывать отклонение гидравлических характеристик системы питания топливом;
А является множителем, учитывающим различные явления, связанные, в частности, с опорожнением топливного бака, со смачиванием стенок;
Mair является измеренной или оценочной массой воздуха, подаваемого в цилиндр двигателя;
б) вычисляют
CRITERE=∫(CRITERE1+CRITERE2+CRITERE3),
где CRITERE1 = разность между значением ALPHACL-MOYEN, при котором нет необходимости в какой-либо коррекции времени впрыска в зависимости от времени для достижения заданной насыщенности 1 выхлопных газов, и значением ALPHACL-MOYEN, применяемым для времени впрыска для достижения заданной насыщенности 1 выхлопных газов,
CRITERE2 = разность между моментальным значением OFFSET, соответствующим использованию «теоретической» системы питания топливом, которая не подвергается разбросу и старению, средняя характеристика которой совпадает со значением, при котором не применяют никакого изменения времени, и моментальным значением OFFSET, применяемым для времени впрыска на данном транспортном средстве (специфического для каждого произведенного транспортного средства),
CRITERE3 = разность между моментальным значением GAIN, соответствующим использованию «теоретической» системы питания топливом, которая не подвергается разбросу и старению, средняя характеристика которой совпадает со значением, при котором не применяют никакого изменения времени, и моментальным значением GAIN, применяемым для времени впрыска на данном транспортном средстве (специфического для каждого произведенного транспортного средства),
в) CRITERE сравнивают с заранее определенными пороговыми значениями, минимальным SEUIL-MIN и максимальным SEUIL-MAX;
г) состояние неисправности констатируют, когда CRITERE находится за пределами интервала, заключенного между SEUIL-MIN и SEUIL-MAX.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапе г) подсчитывают число периодов времени, в течение которых CRITERE находится за пределами интервала, заключенного между SEUIL_MIN и SEUIL_MAX, и указанное неисправное состояние констатируют, когда число периодов равно заранее заданному числу.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что с упомянутым заранее заданным числом связывают переменную интервала FENETRE, из указанной переменной вычитают значение 1, как только начинается отсчет нового периода времени, и указанное неисправное состояние констатируют, когда переменная интервала FENETRE меньше или равна нулю.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что указанные этапы а), б), в) и г) выполняют, только если проверяется, по меньшей мере, одно из следующих предварительных условий:
- регулирование указанной насыщенности осуществляется в замкнутом контуре;
- впрыск топлива осуществляется в последовательном режиме;
- уровень нагрузки двигателя (1) и его режим находятся в заранее определенной зоне;
- датчики, обеспечивающие измерение переменных, необходимых для диагностики, исправны.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что указанные этапы а), б), в) и г) выполняют, только если проверяются все указанные предварительные условия.

6. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что указанные пороговые значения зависят от условий работы двигателя (1).

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что указанные пороговые значения меняют в зависимости от того, работает ли двигатель (1) в прогретом или в холодном состоянии.