СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2013 года по МПК F02D13/02 F02D13/06 F02D17/02 F02D41/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Представлены способы контроля работы клапанов в двигателе внутреннего сгорания с использованием определения положения кулачкового вала с помощью датчиков.

Уровень техники

Расход топлива для многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания можно уменьшить отключением некоторых цилиндров двигателя в определенном режиме работы. Уменьшение числа работающих цилиндров снижает эффективный рабочий объем цилиндров двигателя при работе в режиме меньшего рабочего объема цилиндров, поэтому такой двигатель иногда называют двигателем с переменным рабочим объемом цилиндров. В зависимости от конкретного конструктивного исполнения двигателя с переменным рабочим объемом цилиндров, один или несколько цилиндров могут избирательно отключаться для снижения расхода топлива в режиме работы с малой и умеренной нагрузкой, например. В некоторых конструктивных исполнениях двигателя избирательно отключается группа цилиндров, которой может быть весь ряд цилиндров. Отключение цилиндров может включать отключение впускных клапанов, выпускных клапанов или тех и других в зависимости от конкретного применения и технологии двигателя. Для включения и отключения впускных и/или выпускных клапанов разработаны различные методы, основанные на механических, гидравлических электрических/электронных или комбинированных устройствах, предназначенных для отключения клапанов в ответ на сигнал команды из устройства управления двигателем.

При некоторых условиях отключенные клапаны могут продолжать работать (открывать или подниматься), и/или включенные клапаны могут не открыться по команде. Эти условия могут привести к худшей управляемости, ухудшению показателей NVH (шум, вибрации, неплавность движения), большему расходу топлива или ухудшению свойств компонентов, например. В связи с этим разработан ряд стратегий для контроля работы клапанов. Например, в соответствии с одной стратегией, анализируют период между импульсами давления всасывания, измеренными датчиком абсолютного давления во впускном коллекторе (АДК), а в соответствии с другой стратегией анализируют сигнал датчика детонации.

Раскрытие изобретения

В настоящем изобретении предложен способ управления многоцилиндровым двигателем внутреннего сгорания, который может работать в режиме уменьшенного рабочего объема цилиндров по меньшей мере с одним клапаном или цилиндром, избирательно отключенным, который включают в себя контроль работы газообменного клапана путем анализа положения кулачкового вала для обнаружения того, что работа клапана не согласуется с состоянием включения связанного цилиндра во время работы в режиме уменьшенного рабочего объема цилиндров в ответ на корреляцию обнаруженного образца положения зуба кулачкового вала относительно начального образца для известных рабочих состояний газообменного клапана. В ответ на обнаружение этой не согласующейся работы способ предусматривает запрещение работы в режиме уменьшенного рабочего объема цилиндров, а также, возможно, сохранение диагностического кода. В одном варианте осуществления сигнал датчика кулачкового вала обрабатывается для обнаружения работы клапана, не согласующейся с текущим состоянием клапана/цилиндра, например, включенным или отключенным.

Положения кулачкового вала могут использоваться для генерации суррогатного сигнала, указывающего на подъем впускных/выпускных клапанов. Суррогатный сигнал может быть сгенерирован по отклонению зубьев датчика кулачкового вала относительно ожидаемого положения или начального положения зубьев для соответствующего положения коленчатого вала и сравниваться с соответствующим порогом для обнаружения подъема впускных/выпускных клапана. Начальное положение зубьев может соответствовать среднему значению угла поворота коленчатого вала для соответствующего зуба датчика кулачкового вала связанного включенного цилиндра за несколько циклов сгорания.

В другом варианте осуществления суррогатный сигнал, указывающий на подъем клапана, генерируют сопоставлением одного или нескольких образцов начального положения зубьев с измеренным или выведенным образцом положения зубьев. В этом варианте осуществления суррогатный сигнал представляет корреляцию, вероятность или степень сопоставления с эталонным образцом, связанным с конкретным событием клапана, для обнаружения не реагирующего цилиндра/клапана. При этом каждый из эталонных образцов положения зубьев соответствует среднему значению угла поворота коленчатого вала для каждого из множества зубьев датчика кулачкового вала для включенных цилиндров за несколько циклов сгорания.

В таком варианте осуществления генерация суррогатного сигнала включает в себя формирование образца зуба путем определения среднего вектора, имеющего составляющие, представляющие собой среднее угловое положение коленчатого вала каждого зуба датчика кулачкового вала за один оборот кулачкового вала. Затем рассчитывают вектор расстояния, имеющий составляющие, представляющие собой расстояние обнаруженного углового положения коленчатого вала от соответствующего углового начального положения коленчатого вала для каждого зуба датчика кулачкового вала. После этого находят нормированный средний вектор путем деления среднего вектора на его норму и нормированный вектор расстояния путем деления вектора расстояния на его норму, и рассчитывают скалярное произведение нормированного вектора расстояния и нормированного среднего вектора для определения корреляции между обнаруженным образцом положения зуба и эталонным образцом положения зуба.

Согласно другому варианту воплощения изобретения, способ управления двигателем предусматривает обнаружение того, что работа газообменного клапана не согласуется с состоянием включения связанного цилиндра во время работы в режиме уменьшенного рабочего объема цилиндров, в ответ на корреляцию обнаруженного образца положения зуба кулачкового вала относительно начального образца для известных рабочих состояний газообменного клапана; и повторное включение по меньшей мере одного отключенного цилиндра в ответ на обнаружение работы газообменного клапана, не согласующейся с состоянием включения связанного цилиндра.

Специалистам в данной области будет очевидным ряд преимуществ, связанных с различными вариантами осуществления настоящего изобретения. Например, контроль работы отключенных клапанов с использованием существующего датчика кулачкового вала обеспечивает диагностику и управление без необходимости в дополнительном выделенном датчике. Предлагаемые системы и способы могут использоваться для обнаружения различных типов аномальной работы, включая работу (подъем) отключенных клапанов, а также клапанов, остающихся закрытыми после включения. Обработка сигналов кулачкового вала в соответствии с настоящим изобретением может выполняться непрерывно, а не запускаться в ответ на изменение состояния или режима. Контроль отключения клапанов в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения может уменьшить или исключить ухудшение управляемости, снижение показателей NVH (шум, вибрации, неплавность движения), увеличение расхода топлива или сокращение срока службы компонентов, связанные иначе с клапанами или цилиндрами, не реагирующими, как требуется.

Эти и другие преимущества и отличительные признаки станут понятными из последующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую работу показательного варианта осуществления двигателя/транспортного средства с контролем отключения клапанов с использованием определения положения кулачкового вала с помощью датчиков в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 представляет собой схему, иллюстрирующую работу системы или способа контроля работы клапанов и управления работой двигателя, исходя из положения кулачкового вала, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 представляет собой схему, иллюстрирующую положение зубьев датчика кулачкового вала относительно положения коленчатого вала для измеренного датчиком или выведенного сигнала кулачкового вала, и различные начальные положения для использования при определении суррогатного сигнала, указывающего на текущую работу относительно известных рабочих состояний в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую стратегию, основанную на отклонении зубьев, для генерации суррогатного сигнала, указывающего на подъем клапанов, для контроля работы клапанов в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг.5А и 5Б иллюстрируют показательный суррогатный сигнал для контроля работы клапанов, демонстрирующий нормальную работу и отключение с задержкой, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую стратегию, основанную на сопоставлении с образцом, для генерации суррогатного сигнала, указывающего на подъем клапанов, для контроля работы клапанов в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг.7А-7Г иллюстрируют суррогатный сигнал или метрику, представляющий или представляющую корреляцию или сопоставление образца зубьев датчика кулачкового вала с известным или эталонным образцом зубьев в случае, когда текущая работа согласуется с состояниями включения/отключения клапанов, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг.8А-8Г иллюстрируют суррогатный сигнал или метрику, сгенерированный или созданную путем сопоставления с образцом характеристик геометрии зубьев датчика кулачкового вала, указывающий или указывающая на события отключения/включения выпускных клапанов с задержкой в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг.9А-9Г иллюстрируют суррогатный сигнал или метрику, сгенерированный или созданную путем сопоставления с образцом характеристик геометрии зубьев датчика кулачкового вала, указывающий или указывающая на события отключения/включения впускных клапанов с задержкой в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Как будет понятно специалистам в данной области техники, различные отличительные признаки, проиллюстрированные и описанные со ссылками на любую одну из фигур, могут объединяться с отличительными признаками, проиллюстрированными на одной или нескольких других фигурах, чтобы получить альтернативные варианты осуществления, явно не проиллюстрированные и не описанные. Объединения отличительных признаков дают репрезентативные варианты осуществления для типичных применений. Однако для конкретных применений или реализации могут потребоваться различные объединения или изменения отличительных признаков, которые согласуются с идеями настоящего изобретения. Показательные варианты осуществления, использованные в иллюстрациях, относятся к четырехтактному, многоцилиндровому, с впрыском во впускные каналы двигателю внутреннего сгорания, который может работать в режиме с переменным рабочим объемом цилиндров с механически приводимыми впускными и/или выпускными клапанами и дроссельной заслонкой с электронным управлением. Специалистам в данной области могут быть очевидны подобные применения или реализации с другими технологиями двигателя/транспортного средства, включая двигатели с непосредственным впрыском и/или с впрыском во впускные каналы, двигатели с искровым зажиганием или воспламенением от сжатия и двигатели, двигатели, в которых используется иная технология отключения цилиндров или клапанов, включая без ограничения механические, электромагнитные, электромеханические и гидравлические системы, отключающие один или несколько цилиндров или групп цилиндров, например ряда цилиндров, путем отключения одного или нескольких связанных впускных и/или выпускных клапанов. Аналогичным образом, хотя настоящее изобретение относится, главным образом, к контролю за операцией отключения выпускных клапанов или объединенного отключения впускных/выпускных клапанов, специалистам в данной области может быть очевидно, что идеи настоящего изобретения можно изменить для применения к системам отключения впускных клапанов. Подобным образом, варианты осуществления настоящего изобретения могут использоваться в двигателях, имеющих различные типы клапанных механизмов, включая верхние клапанные механизмы, называемые также клапанными механизмами типа I, а также клапанные механизмы с толкателем или с кулачковым валом в блоке цилиндров, называемые также клапанными механизмами типа II.

В показательном варианте осуществления, показанном на фиг.1, система 10 содержит транспортное средство (конкретно не показано), приводимое двигателем внутреннего сгорания, имеющим несколько цилиндров, представленных цилиндром 12, с соответствующими камерами сгорания 14. Как ясно специалисту в данной области, система 10 содержит различные датчики и исполнительные механизмы, предназначенные для осуществления управления двигателем/транспортным средством. Один или несколько датчиков или исполнительных механизмов могут предусматриваться для каждого цилиндра 12, или же один датчик или исполнительный механизм может предусматриваться для всего двигателя. Например, каждый цилиндр 12 может содержать четыре газообменных клапана, включая два впускных клапана 16 и два выпускных клапана 18, из которых на этой фигуре показан лишь один. Следует, однако, отметить, что двигатель может содержать лишь один датчик 20 температуры охлаждающей жидкости двигателя. В варианте осуществления, показанном на фиг.1, двигатель содержит впускные клапаны 16 и выпускные клапаны 18 с механическим приводом с механизмом регулируемых фаз газораспределения и механизмом отключения клапанов (не показаны) в сообщении с микропроцессорным контроллером 22 для управления временем открытия и закрытия клапанов и для избирательного отключения одного или нескольких цилиндров путем отключения соответствующих впускных клапанов 16 и/или выпускных клапанов 18 для обеспечения работы с переменным рабочим объемом цилиндров. В одном варианте осуществления отключение цилиндров включает отключение, по меньшей мере, выпускных клапанов 18 для конкретного цилиндра. В соответствии с другими вариантами осуществления может предусматриваться избирательное отключение как впускных, так выпускных клапанов для конкретного цилиндра и/или отключение выпускных клапанов для группы цилиндров, например для ряда цилиндров. Различные другие варианты осуществления включают альтернативные конструктивные исполнения клапанов и управление клапанами с использованием механического, электромеханического, гидравлического и/или комбинированного привода, включения и/или отключения клапанов. Например, в одном варианте осуществления впускные клапаны 16 и выпускные клапаны 18 приводятся соответствующим кулачковым валом 54 и механизмом одинакового смещения фаз кулачков впускного и выпускного клапанов (не показан). Альтернативно, впускные клапаны 16 и выпускные клапаны 18 могут обычно приводиться с использованием конструктивного исполнения с кулачковым валом в блоке цилиндров со штангами толкателей и коромыслами клапанов, с выпускными клапанами 18, имеющими известный механический и/или гидравлический механизм отключения.

В одном варианте осуществления система 10 может избирательно переводиться в режим работы с переменным рабочим объемом цилиндров с меньшим, чем все, числом цилиндров 12, участвующих в сгорании, путем отключения соответствующих исполнительных механизмов для впускных клапанов 16 и/или выпускных клапанов 18. Работа в режиме переменного или уменьшенного рабочего объема цилиндров обычно связана с более высоким давлением во впускном коллекторе и более широким открытием дроссельной заслонки 40 для уменьшения насосных потерь и повышения КПД включенных или работающих цилиндров. Контроль за подъемом клапанов по положению кулачкового вала 54 в соответствии с настоящим изобретением может использоваться для выявления различных типов условий работы. Например, условия работы, когда впускные клапаны и/или выпускные клапаны 18 продолжают работать (подниматься) после команды на отключение клапанов, могут выявляться в ответ на изменение положения кулачкового вала 54, как подробнее описывается ниже. Продолжение работы клапанов после команды на отключение может привести к большему расходу топлива, большему потреблению масла и возможному ухудшению или отравлению каталитического нейтрализатора и может оставаться незамеченным водителем транспортного средства. Обнаружение этого состояния в соответствии с настоящим изобретением можно использовать для изменения последующего управления двигателем, которое может включать запрещение работы в режиме с переменным рабочим объемом цилиндров, запрещение отключения конкретного цилиндра или группы цилиндров, сохранение диагностического кода и/или предупреждение водителя транспортного средства посредством лампочки индикатора или диагностического сообщения, например. Аналогичным образом, положение кулачкового вала можно использовать для обнаружения клапанов, оставшихся закрытыми в течение одного или нескольких циклов сгорания после команды на повторное включение.

Контроллер 22 может содержать микропроцессор 24 или центральный процессор (ЦП) в сообщении с диспетчером памяти (ДП) 25. ДП 25 управляет движением данных между различными компьютерными считываемыми запоминающими носителями и передает данные в ЦП 24 и из него. Считываемые компьютером запоминающие носители могут включать энергозависимое и энергонезависимое хранение в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) 26, запоминающем устройстве с произвольной выборкой (ЗУПВ) 28 и энергонезависимом запоминающем устройстве (ЭНЗУ) 30, например. ЭНЗУ 30 может использоваться для хранения различных рабочих переменных, когда ЦП 24 выключен. Считываемые компьютером запоминающие носители могут реализовываться с использованием любого числа известных запоминающих устройств, таких как ППЗУ (программируемые постоянные запоминающие устройства), ЭППЗУ (электрические ППЗУ), ЭСППЗУ (электрически стираемые ППЗУ), флэш-память или любые иные электрические, магнитные, оптические или комбинированные запоминающие устройства, которые могут хранить данные, некоторые из которых представляют собой выполняемые команды, используемые ЦП 24 при управлении двигателем или транспортным средством, в котором двигатель установлен. Считываемые компьютером могут включать и дискеты, CD-ROM, жесткие диски и т.п.

ЦП 24 сообщается с различными датчиками и исполнительными механизмами двигателя/транспортного средства через интерфейс ввода-вывода 32. Интерфейс 32 может реализовываться как один интегральный интерфейс, обеспечивающий кондиционирование, обработку и/или преобразование необработанных данных или сигналов, защиту от короткого замыкания и т.п. Альтернативно, для кондиционирования и обработки конкретных сигналов перед подачей в ЦП 24 могут использоваться один или несколько выделенных чипов аппаратных или программно-аппаратных средств. Примерами параметров, систем и/или компонентов, которые могут непосредственно или косвенно приводиться под управлением ЦП 24 через интерфейс ввода-вывода 32, момент начала, расход и длительность впрыска топлива, положение дроссельной заслонки, установка опережения зажигания (для двигателей с искровым зажиганием), синхронизация и длительность впускных/выпускных клапанов (или фазирование кулачков), приводы вспомогательных агрегатов, таких как генератор переменного тока, компрессор системы кондиционирования воздуха и т.п. Датчики, передающее входные сигналы через интерфейс ввода-вывода 32, могут использоваться для индикации положения коленчатого вала (ПКВ), частоты вращения двигателя (ЧВ), скорости колес (СК1, СК2), скорости транспортного средства (СТС), температуры охлаждающей жидкости (ТОЖ), абсолютного давления во впускном коллекторе (АДК), противодавления отработавших газов (ПДОГ), положения педали акселератора (ППА), положения замка зажигания (ЗАЖ), положения дроссельной заслонки (ПДЗ), температуры воздуха (ТМП), кислорода в отработавших газах (КОГ) или концентрации или присутствия других компонентов отработавших газов, потока всасываемого воздуха (ПВВ), передаточного числа (ГГЧ), температуры трансмиссионного масла (ТТМ), скорости турбины (СТ), состояния муфты гидротрансформатора (МГТ), режима замедления или переключения коробки передач (ЗР), например.

Некоторые архитектуры контроллера не содержат диспетчер памяти ДП 25. Если ДП 25 не используется, ЦП 24 управляет данными и подключается непосредственно ПЗУ 26, ЗУПВ 28 и ЭНЗУ 30. Разумеется, для обеспечения управления двигателем могут использоваться более одного ЦП 24, и контроллер 22 может содержать несколько ПЗУ 26, ЗУПВ 28 и ЭНЗУ 30, подключенных к ДП 25 или ЦП 24 в зависимости от конкретного случая применения.

При работе засосанный воздух проходит через воздухозаборник 34 и распределяется в несколько цилиндров 12 через впускной коллектор, обозначенный общей позицией 36. Система 10 может содержать датчик массового расхода воздуха 38 или иной датчик расхода воздуха, который выдает соответствующий сигнал (ПВВ) в контроллер 22, указывающий на расход впускного или засосанного воздуха. Дроссельная заслонка 40 или иное устройство регулирования расхода воздуха может использоваться для регулирования расхода и управления давлением во впускном коллекторе 36, чтобы управлять крутящим моментом двигателя до требуемого выходного крутящего момента вместе с установкой опережения зажигания и регулированием топлива, особенно для двигателей с искровым зажиганием. Дроссельная заслонка 40 может иметь механическое или электронное управление соответствующим исполнительным механизмом 48 в зависимости от соответствующего сигнала положения дроссельной заслонки (ПДЗ), выданного контроллером 22. Сигнал положения дроссельной заслонки (ПДЗ) может выдаваться, чтобы установить дроссельную заслонку в соответствующее положение в ответ соответствующую выходную мощность или крутящий момент двигателя, запрашиваемую или запрашиваемый водителем посредством педали 46 акселератора. Датчик 42 положения дросселя посылает сигнал обратной связи в контроллер 22, указывающий на фактическое положение дроссельной заслонки 40, чтобы реализовать управление дроссельной заслонкой 40 с обратной связью. Хотя вариант осуществления, показанный на фиг.1, - это двигатель с искровым зажиганием, с впрыском во впускные каналы, предлагаемые система и способ контроля работы клапанов не зависимы от технологии двигателя и применяются к двигателям с непосредственным впрыском и/или воспламенением от сжатия или режимам работы.

Датчик 50 абсолютного давления во впускном коллекторе используется для выдачи сигнала (АДК), указывающего давление во впускном коллекторе, в контроллер 22. Воздух, проходящий через впускной коллектор 36, поступает в камеру сгорания 14 при соответствующем управлении одним или несколькими впускными клапанами 16. Моменты открытия или закрытия, включение и отключение впускных клапанов 16 и выпускных клапанов 18 могут управляться контроллером 22 с использованием систем регулируемых фаз газораспределения (типов WT или VCT) в зависимости от конкретного случая применения и реализации. Впускные клапаны 16 и/или выпускные клапаны 18 для соответствующих цилиндров могут избирательно включаться и отключаться в ответ на сигнал управления из контроллера 22 посредством любого числа известных электрических, механических, электромеханических и/или гидравлических механизмов привода клапанов. Отключение цилиндров (или клапанов) может управляться в ответ на режим работы двигателя и/или внешние условия для достижения требуемых эксплуатационных характеристик двигателя и/или транспортного средства, экономии топлива и снижения выбросов, например. В зависимости от конкретной реализации, отключение может управляться по отдельным цилиндрам, отдельным клапанам, группам цилиндров или типам клапанов.

Например, при низкой частоте вращения и малой нагрузке двигателя после достижения подходящей рабочей температуры могут отключаться выпускные клапаны для всего ряда цилиндров.

В одном или нескольких случаях впрыска для текущего режима работы топливная форсунка 80 впрыскивает соответствующее количество топлива во включенные цилиндры на основании сигнала (ШИВ - ширина (длительность) импульса впрыска топлива), выданного контроллером 22 и обработанного драйвером 82. В соответствующий момент на протяжении цикла сгорания контроллер 22 выдает сигнал искры (СИ), который обрабатывается системой зажигания 82 для управления свечой зажигания 84 и инициирования горения в камере сгорания 14.

Как уже описывалось, впускные клапаны 16 и/или выпускные клапаны 18 могут управляться с использованием обычного устройства кулачкового вала, обозначенного общей позицией 52. Устройство кулачкового вала 52 содержит кулачковый вал 54, совершающий один оборот за цикл сгорания или двигателя, требующий двух оборотов коленчатого вала 56; иными словами, кулачковый вал 54 вращается в два раза медленнее коленчатого вала 56. Вращение кулачкового вала 54 (во взаимодействии с контроллером 22 в случае двигателя с изменением фаз кулачкового газораспределения или бескулачкового двигателя) управляет одним или несколькими включенными выпускными клапанами 18 для выпуска сгоревшей топливной смеси по выпускному коллектору. Датчик 58 положения кулачкового вала выдает сигнал, указывающий вращательное положение кулачкового вала 54, и может выдавать сигнал идентификации цилиндра (ИДЦ), связанный с одним из зубьев колеса 60 датчика один раз на каждый оборот кулачкового вала 54 или, эквивалентно, один раз на каждый цикл сгорания. В одном варианте осуществления датчик 58 положения кулачкового вала содержит колесо 60, содержащее 5 (пять) зубьев, включая четыре зуба практически на равном расстоянии друг от друга и пятый зуб, предназначенный для обеспечения указания ИДЦ. Другие варианты осуществления могут содержать колесо 60 датчика, содержащее семь зубьев или любое иное число зубьев, предусмотренных для выдачи сигнала положения кулачкового вала, который может использоваться для контроля работы клапанов в соответствии с настоящим изобретением. Колесо 60 датчика вращается вместе с кулачковым валом 54, и при этом зубья обнаруживаются эффектом Холла или индукционным датчиком 62. Датчик 58 положения кулачкового вала может использоваться для идентификации с уверенностью положения соответствующего поршня 64 в цилиндре 12. Конкретный номер цилиндра и положение поршня могут варьировать в зависимости от конкретного случае применения и реализации.

Дополнительная информация о вращательном положении для управления двигателем может предоставляться датчиком 66 положения коленчатого вала, содержащим зубчатое колесо 68 и соответствующий датчик 70. В одном варианте осуществления зубчатое колесо 68 содержит тридцать пять зубьев, равноотстоящих друг на друга с промежутками десять градусов (10°) с одним двадцатиградусным разрывом или пространством, называемым пропущенным зубом. В сочетании с датчиком 58 положения кулачкового вала пропущенный зуб датчика 66 положения коленчатого вала может использоваться для выдачи сигнала (ПКВ), используемого контроллером 22 для установки момента впрыска топлива и установки опережения зажигания, например. В одном варианте осуществления выделенный чип интегральной схемы в контроллер 22 используется для кондиционирования/обработки необработанного сигнала вращательного положения, выдаваемого датчиком положения 66, и выдает сигнал (ПКВ) один на цилиндр на цикл сгорания, т.е. в случае восьмицилиндрового двигателя для использования логическим устройством управления выдаются восемь сигналов ПКВ на цикл сгорания. В зависимости от конкретного случая применения, логические схемы управления в ЦП 24 могут иметь дополнительную информацию о положении, переданную датчиком 66, для выдачи сигнала ПКВ или эквивалента, например. Датчик 66 положения коленчатого вала может использоваться и для определения частоты вращения двигателя и идентификации горения в цилиндре, исходя из абсолютной, относительной или дифференциальной частоты вращения двигателя. Положение коленчатого вала может использоваться при определении начального положения для положения кулачкового вала 54, указанного колесом 60 датчика, для использования в контроле работы клапанов в соответствии с настоящим изобретением.

В зависимости от конкретного случая применения, датчик 62 кислорода в отработавших газах может использоваться для выдачи сигнала (КОГ) в контроллер 22, указывающего, являются отработавшие газы обедненными или обогащенными по стехиометрическому соотношению. Подобным образом, в зависимости от конкретного случая применения, датчик 62 может выдавать двухступенчатый сигнал, соответствующий обогащенному или обедненному состоянию, или, альтернативно, сигнал, пропорциональный стехиометрии отработавших газов. При его выдаче этот сигнал может использоваться для корректировки отношения количества воздуха к количеству топлива или управления режимом работы одного или нескольких цилиндров, например. Перед выпуском в атмосферу отработавший газ проходит по выпускному коллектору и через один или несколько катализаторов 88.

Контроллер 22 имеет программное обеспечение и/или аппаратные средства, реализующие логические схемы управления для контроля за работой впускных клапанов 16 и/или выпускных клапанов 18 по характеристике геометрии кулачкового вала или суррогатному сигналу и для управления двигателем в ответ. Если работа клапанов не согласуется с выявленным текущим режимом работы или состоянием, контроллер 22 может отреагировать сохранением диагностического кода в считываемый компьютером запоминающий носитель, включением света, выдачей сообщения для водителя и/или отменой последующего отключения клапана/цилиндра, например. В одном варианте осуществления многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания 10 может работать в режиме уменьшенного рабочего объема цилиндров по меньшей мере с одним избирательно отключенным клапаном или цилиндром. Сигнал датчика кулачкового вала может обрабатываться для выявления работы клапанов, не согласующейся с текущим состоянием клапана/цилиндра, например включенным или отключенным. Положение кулачкового вала может использоваться для генерации суррогатного сигнала, указывающего на подъем впускного/выпускного клапана. Суррогатный сигнал может быть сгенерирован по отклонению зубьев датчика кулачкового вала относительно ожидаемого или контрольного положения зубьев для соответствующего положения коленчатого вала и сравниваться с соответствующим порогом для обнаружения подъема впускного/выпускного клапана. В другом варианте осуществления суррогатный сигнал, указывающий на подъем клапана, генерируют сопоставлением одного или нескольких образцов начального положения зубьев с измеренным или выведенным образцом положения зубьев. В этом варианте осуществления суррогатный сигнал представляет корреляцию, вероятность или степень сопоставления с эталонным образцом, связанным с конкретным событием клапана, для обнаружения не реагирующего цилиндра/клапана.

Если сигнал кулачкового вала или суррогатный сигнал указывает на работу клапана, не согласующуюся с ожидаемым или скомандованным режимом работы, контроллер 22 может прибегнуть к различным мерам по устранению этого. Например, контроллер может избирательно повторно включить цилиндр (цилиндры) и/или выпускной клапан (впускные клапаны), прежде отключенные, чтобы определить, повторяется ли состояние открытия клапана (клапанов) при отключении. Контроллер может попробовать несколько циклов включения/отключения идентифицированного цилиндров (цилиндров) или клапана (клапанов) и/или запустить различные иные диагностические тесты или исправительные действия в зависимости от конкретного случая применения. Кроме того, контроллер 22 может сохранить временный или постоянный диагностический код в считываемом компьютером запоминающем носителе 28, 30 и/или включить диагностическую лампочку или сообщение, чтобы предупредить водителя. Последующее отключение одного или нескольких цилиндров или клапанов может запрещаться, пока диагностический код не будет стерт или пока последующий контроль не покажет, что подозрительные выпускные клапаны или цилиндры работают, как ожидается. Разумеется, конкретные действия, инициированные или выполняемые контроллером 22 в ответ на обнаружение открытий клапанов во время отключение, могут варьировать в зависимости от конкретного случая применения и реализации.

Как уже описывалось, при определенных условиях работы двигателя и/или окружающих условиях контроллер 22 может эксплуатировать двигатель в режиме с уменьшенным или переменным рабочим объемом цилиндров с отключенными одним или несколькими цилиндрами 12. В зависимости от конкретного случая применения, отключение цилиндров может включать отключение впускных клапанов 16 и/или выпускных клапанов 18 при помощи соответствующих исполнительных механизмов клапанов. Однако настоящее изобретение не зависит от конкретного типа привода клапанов и/или механизма включения/отключения. В одном варианте осуществления при работе в режиме уменьшенного рабочего объема цилиндров механической/гидравлической системой отключения отключаются как впускные клапаны 16, так и выпускные клапаны 18 для всего ряда цилиндров двигателя с V-образным расположением цилиндров. Следует отметить, что присутствие или отсутствие событий воздействия клапанов (открытия или закрытия) и колебаний крутящего момента от цилиндров во время включения и отключения соответственно приводит к небольшим отклонениям определяемого датчиком угла кулачкового вала и зубьев колеса соответствующего датчика положения кулачкового вала при конкретных положениях коленчатого вала. Работу впускного клапана может быть труднее обнаружить, чем работу выпускного клапана. Однако различные способы, согласующиеся с идеями настоящего изобретения, для контроля выпускных клапанов уже используются и должны быть в состоянии контролировать работу впускных клапанов при дополнительных усовершенствованиях, согласующихся с идеями настоящего изобретения.

Фиг.2 представляет собой схему, иллюстрирующую работу системы или способа контроля работы клапанов и управления работой двигателя, исходя из положения кулачкового вала, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Схемы на фиг.2, 4 и 6 иллюстрируют показательные стратегии управления для двигателя внутреннего сгорания посредством контроля работы впускных/выпускных клапанов для выявления работы, не согласующейся с соответствующим режимом работы или состоянием, таким как включенное или отключенное состояние, например. Стратегии и/или логические схемы управления, показанные на этих фигурах, представляют любую из ряда известных стратегий обработки, таких как событийно-управляемая, по прерыванию, многозадачная, многопоточная и т.п. При этом различные проиллюстрированные стадии или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно или в некоторых случаях упускаться. Хотя это явно не показано, специалисту в данной области будет очевидно, что одна или несколько из проиллюстрированных функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии обработки. Аналогичным образом, для достижения отличительных признаков и преимуществ, описанных в настоящем документе, не обязательно требуется проиллюстрированный порядок обработки - он приведен для легкости иллюстрации и описания. Логические схемы управления могут реализовываться, главным образом, в программном обеспечении, выполняемом микропроцессорным контроллером транспортного средства, двигателя и/или силовой передачи, таким как контроллер 22 (фиг.1). Разумеется, в зависимости от конкретного случая применения логические схемы управления могут реализовываться в программном обеспечении, аппаратных средствах или сочетании программного обеспечения и аппаратных средств в одном или нескольких контроллерах. Будучи реализованными в программном обеспечении, логические схемы управления предпочтительно предусматриваются в одном или нескольких считываемых компьютером запоминающих носителях 26, 28, 30 (фиг.1), имеющих хранимые данные, представляющие машинную программу или команды, выполняемые компьютером для управления двигателем. Считываемые компьютером запоминающие носители могут включать одно или несколько из ряда известных физических устройств, которые используют электрическое, магнитное и/или оптическое запоминающее устройство для хранения выполняемых команд и соответствующей информации о калибровке, рабочих переменных и т.п.

Текущие условия работы двигателя и/или окружения определяются, как представлено блоком 200. Эти условия могут включать текущий режим (режимы) работы (холостой ход, движение с эксплуатационной скоростью, начало движения, выключение, уменьшенный рабочий объем цилиндров и т.д.) в дополнение к условиям и параметрам двигателя, транспортного средства и/или окружения (температура (температуры), давление (давления), скорость (скорости), работа вспомогательного оборудования и т.д.). Текущие условия работы или режимы двигателя и/или условия окружения могут использоваться при определении, является ли работа в режиме уменьшенного рабочего объема цилиндров необходимой для достижения требуемых эксплуатационных характеристик транспортного средства, экономии топлива и снижения выбросов, например. Как уже описывалось, отключение цилиндров может включать отключение впускных клапанов, выпускных клапанов или тех и других для одного или нескольких цилиндров. Следует, однако, отметить, что настоящее изобретение не зависит от числа или типа газообменных клапанов (впускных и/или выпускных), которые могут включаться или отключаться для обеспечения различных режимов работы, таких как один или несколько режимов работы с уменьшенным рабочим объемом цилиндров, например. В одном варианте осуществления при работе в режиме уменьшенного рабочего объема цилиндров впускные и выпускные клапаны отключатся для всех цилиндров одного ряда цилиндров. Текущее состояние включения одного или нескольких клапанов и/или цилиндров определяют, как представлено блоком 210.

Текущее положение кулачкового вала определяется, как представлено блоком 220, с использованием любой из ряда известных стратегий. В варианте осуществления на фиг.1 кулачковый вал соединен с колесом датчика, имеющим несколько зубьев, причем положение обнаруживается по переднему и/или заднему краю каждого зуба датчика. Число и положение зубьев колеса датчика могут варьироваться в зависимости от конкретного случая применения. Положение кулачкового вала может оговариваться относительно базиса отсчета, такого как угловое положение коленчатого вала, например. В некоторых вариантах осуществления положение кулачкового вала может выводиться, а не непосредственно измеряться посредством одного или нескольких соответствующих датчиков.

Суррогатный сигнал, указывающий на подъем клапана, генерируют исходя из данных о положении кулачкового вала, как представлено блоком 230. Для того чтобы сгенерировать этот суррогатный сигнал, могут использоваться различные стратегии. В настоящем изобретении используется нарушение установки фаз кулачкового вала по сравнению с ожидаемой базисной установкой фаз (в сторону опережения или отставания) для различных зубьев датчика с учетом того факта, что реактивная сила пружины клапана и коромысла клапана не прикладывает силу на кулачковый вал или работающие или неработающие клапаны одинаковым образом. Для выявления этих нарушений могут использоваться различные методы, такие как анализ положения конкретных зубьев или образца или характеристики геометрии зубьев, создаваемой положениями соседних зубьев относительно начальных положений, как представлено блоками 232 и 234 соответственно. Суррогатный сигнал анализируется для выявления, работает ли соответствующий клапан, а затем сравнивается с текущим режимом работы или состоянием, таким как включенное или отключенное, для определения, согласуется или не согласуется работа с состоянием включения клапанов/цилиндров, как представлено блоком 240. Затем двигатель управляется в ответ на определение, как представлено в блоке 250. Если рабочее состояние клапанов не согласуется с состоянием включения, могут выполняться различные диагностические функции и функции управления, как представлено блоком 250. Например, могут повторно включаться или отключаться один или несколько клапанов или цилиндров, как представлено блоком 252. Альтернативно или в сочетании, в энергозависимом или постоянном запоминающем устройстве могут сохраняться диагностические коды, как представлено блоком 254. Подобным образом, может запрещаться или предотвращаться последующее отключение одного или нескольких клапанов или цилиндров, как представлено блоком 256.

Фиг.3 представляет собой схему, иллюстрирующую положение зубьев датчика кулачкового вала относительно положения коленчатого вала для измеренного датчиком или выведенного сигнала кулачкового вала, и различные начальные положения для использования при определении суррогатного сигнала, указывающего на текущую работу относительно известных рабочих состояний в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Сигнал 300 представляет сигнал положения кулачкового вала, которое может определяться соответствующим колесом датчика с несколькими зубьями, имеющим в этом примере пять зубьев, причем каждый зуб создает соответствующий импульс 302, 304, 306, 308 и 310. Подобный сигнал может быть сгенерирован для каждого кулачкового вала на двигателях, имеющих несколько устройств кулачковых валов. Подобным образом, отдельные сигналы могут быть сгенерированы для кулачкового вала впускных клапанов и кулачкового вала выпускных клапанов, например. Каждый импульс зубьев 302-310 может задаваться относительно положения коленчатого вала, измеренного в градусах угла поворота коленчатого вала, например. Одно или несколько измеренных или выведенных положений зубьев, указанных импульсами 302-310, могут сравниваться с начальным положением соответствующего зуба, представленным опорным сигналом 330. Начальные положения зубьев, представленные опорным сигналом 330, могут определяться по соответствующим средним положениям для каждого зуба за несколько циклов сгорания, соответствующих известному рабочему состоянию клапанов, связанных с конкретным цилиндром. Базисные значения, представленные линией 330, могут определяться при разработке или калибровке двигателя и храниться в энергонезависимом запоминающем устройстве и не обязательно соответствуют фактическому опорному сигналу, создаваемому при работе двигателя, а приведены лишь для иллюстрации отклонений или нарушений зубьев датчика относительно ожидаемого значения. Аналогичным образом, несколько базисных векторов или расположений зубьев (значения положений соседних зубьев за один оборот кулачкового вала), представленных линиями 350 и 370, могут храниться в энергонезависимом запоминающем устройстве в соответствующих справочных таблицах и использоваться для сопоставления с образцом, как подробнее описывается ниже.

Как показано на фиг.3, положение кулачкового вала, соответствующее положению зуба 302, сдвинуто или отклонено относительно начального положения 332 в первом направлении, а положение зуба или импульса 306 сдвинуто в противоположном направлении относительно начального положения 336. Эта относительная установка фаз может иногда называться отстающей или опережающей соответственно относительно ожидаемой, основанной на среднем значении, соответствующем известному рабочему состоянию, такому как все клапаны работающие, или один ряд цилиндров отключен, например. Отклонение положения зубьев сигнала 300 относительно одного или нескольких опорных значений, представленных линией 300, может использоваться для генерации суррогатного сигнала, указывающего на подъем клапана и результирующую работу, согласующуюся или не согласующуюся с текущим режимом работы или состоянием включения, как проиллюстрировано на фиг.4 и 5 и описано со ссылками на них.

Фиг.4 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую стратегию, основанную на отклонении зубьев, для генерации суррогатного сигнала, указывающего на подъем клапанов, для контроля работы клапанов в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Начальное положение для каждого датчика определяется, как представлено блоком 400. Как описывалось выше, это может быть требуемое или теоретическое значение, среднее значение для конкретного двигателя, определенное за предыдущие циклы сгорания при работе с известным состоянием работающих клапанов, или определенное эмпирически при разработке и калибровке двигателя, например. В зависимости от конкретного применения, начальные положения могут определяться для различных режимов работы или состояний, включая один или несколько режимов работы с переменным рабочим объемом цилиндров, например. Измеренное датчиком или выведенное положение кулачкового вала определяется по положению соответствующих зубьев колеса датчика, как представлено блоком 410 и сигналом 300 (фиг.3). Затем для одного или нескольких зубьев определяется отклонение, или дельта, относительно одного или нескольких начальных положений зубьев, как представлено блоком 420. Сумма дельта и отклонений зубьев в направлении, положительно указывающем на подъем для данной группы клапанов (таких как конкретный ряд цилиндров и тип клапанов), как представлено блоком 430, используется для генерации суррогатного сигнала (фиг.5), пропорционального клапанам этой группы, поднимающимся или остающимся закрытыми. Суррогатный сигнал может затем сравниваться с абсолютным порогом или порогом дельта, представляющим изменение подъема, для выявления события включения/отключения, происходящего, когда, например, сигнал или дельта пересекает соответствующий порог (см. блок 440).

Фиг.5А и 5Б иллюстрируют показательный суррогатный сигнал для контроля работы клапанов и определения работы, согласующейся с включением или отключением, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг.5А иллюстрирует суррогатный сигнал 500 для клапанной системы, демонстрирующий нормальную работу. Сигнал 500 (или эквивалентные значения) рассчитывается по сумме дельта зубьев датчика кулачкового вала, как описано в отношении фиг.4. Флажок или сигнал рабочего состояния клапанов или скомандованного состояния, созданный контроллером двигателя в ответ на текущие условия работы, представлен линией 502. Команда или сигнал отключения клапана создается в момент 510, и суррогатный сигнал 500 пересекает соответствующий порог 506, указывая тем самым, что клапаны отключены, и двигатель работает в режиме уменьшенного рабочего объема цилиндров, т.е. установлено, что работа газообменных клапанов согласуется с текущим режимом работы или рабочим состоянием. Аналогичным образом, сигнал или команда включения клапана создается контроллером в момент 512, и суррогатный сигнал 500 пересекает порог 506, указывая тем самым, что соответствующие клапаны включены.

Фиг.5Б иллюстрирует суррогатный сигнал 500 для клапанной системы, демонстрирующий отключение клапана с задержкой и его последующее включение, то есть случай, когда работа клапана не согласуется с состоянием включения соответствующего цилиндра (цилиндров) на протяжении периода скомандованной работы в режиме уменьшенного рабочего объема цилиндров. Как показано на фиг.5Б, команду на режим отключения или уменьшенного рабочего объема цилиндров дает контроллер двигателя в момент 510. Однако суррогатный сигнал 500 не пересекает порог 506, пока не произойдет некоторое количество циклов сгорания, указывая тем самым, что в течение периода между моментами 510 и 520 клапаны продолжали подниматься. Суррогатный сигнал 500, остающийся выше порога 506 в режиме уменьшенного рабочего объема цилиндров, указывает на работу клапанов, не согласующуюся с текущим скомандованным состоянием включения. Аналогичным образом происходит выход из режима уменьшенного рабочего объема цилиндров, и соответствующие цилиндры повторно включаются в момент 512. Однако суррогатный сигнал 500 остается ниже соответствующего порога 506, указывая тем самым на работу клапанов, не согласующуюся с текущим скомандованным состоянием включения, пока клапаны не начтут работать через некоторое количество циклов сгорания в момент 530. При этом фиг.4 и 5, например, иллюстрируют способ контроля работы избирательно отключенных клапанов двигателя путем сравнения выявленного положения кулачкового вала с соответствующим начальным положением кулачкового вала.

Фиг.6 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую стратегию, основанную на сопоставлении с образцом, для создания суррогатного сигнала, указывающего на подъем клапанов, для контроля работы избирательно отключенных газообменных клапанов в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления суррогатный сигнал является метрикой, представляющей корреляцию образца или характеристики геометрии зубьев с одним из нескольких сохраненных образцов или характеристик геометрии. Эта стратегия преследует цель сопоставить положения зубьев за каждый оборот с нормированным ожидаемым отклонением зубьев от среднего за оборот. Это затем коррелируется с группой клапанов (ряд цилиндров или тип клапанов, например), и группа, которая является наиболее вероятной, выбирается как состояние клапанов для этого оборота. Это состояние клапанов затем сравнивается с ожидаемым или скомандованным состоянием включения/отключения для определения, согласуется или не согласуется работа клапанов с состоянием включения.

Как представлено блоком 600 на фиг.6, образец зубьев строится путем нахождения среднего из всех «n» зубьев на оборот конкретного колеса датчика. Этот образец может быть представлен n-мерным средним вектором, имеющим составляющие или размеры, представляющие положение кулачкового вала (в этом примере отнесенное к градусам угла поворота коленчатого вала) для каждого зуба на один оборот. Средний вектор, представляющий эталонный образец зубьев, нормализуется путем деления на его норму, как представлено блоком 610. Расстояние измеренного датчиком или измеренного образца зубьев, представленного вектором сигнала, от среднего вектора определяется, как представлено блоком 620. Этот вектор расстояния затем нормализуется путем его деления на его норму, как представлено блоком 630. Для определения метрики, указывающей на корреляцию измеренного датчиком образца зубьев с известным или эталонным образцом зубьев, рассчитывается скалярное произведение нормированного вектора расстояния и нормированного среднего вектора, как представлено блоком 640. Эта метрика имеет значение от -1 для отрицательной корреляции до +1 для положительной корреляции с континуумом между ними. Показательные суррогатные сигналы, генерируемые с использованием этой метрики, иллюстрируются на фиг.7-9 и описываются со ссылками на эти фигуры. Эта метрика может использоваться для указания, работает (поднимается) ли клапан или группа клапанов. Рабочее состояние оценивается относительно скомандованного состояния (состояний) включения, как представлено блоком 650, для определения, согласуется или не согласуется работа клапанов с ожидаемым или скомандованным состоянием.

Фиг.7А-7Г иллюстрируют суррогатный сигнал или метрику, представляющий или представляющую корреляцию или сопоставление образца зубьев датчика кулачкового вала с известным или эталонным образцом зубьев в случае, когда текущая работа согласуется с состояниями включения/отключения клапанов, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг.7А соответствует работе в режиме полного рабочего объема цилиндров, которых в одном варианте осуществления двигателя V-8 (с V-образным расположением 8 цилиндров) восемь. Суррогатный сигнал 700 соответствует случаю, когда все впускные и выпускные клапаны работают как ожидается (включены) на протяжении периода 702 с корреляцией +1 с режимом полного рабочего объема цилиндров. В момент 708 поступает команда на переход на режим с уменьшенным или переменным рабочим объемом цилиндров, и зона 704 соответствует зоне с сильной отрицательной корреляцией с метрикой, имеющей значение -1, которая заканчивается в момент 710. Эта зона представляет работу клапанов как намечено или ожидается при работе в режиме уменьшенного рабочего объема цилиндров, т.е. в этом примере работающие клапаны имеют лишь четыре цилиндра.

Фиг.7Б иллюстрирует суррогатный сигнал 700, когда работают или поднимаются лишь впускные клапаны. Как показано, какая-либо сильная положительная или отрицательная корреляция с режимом V-8 или режимом V-4 (с уменьшенным рабочим объемом цилиндров) (фиг.7Г) отсутствует. Аналогичным образом, фиг.7 В иллюстрирует суррогатный сигнал 700, когда работают или поднимаются лишь выпускные клапаны. И в этом случае какая-либо сильная положительная или отрицательная корреляция с сигналами в режиме V-8 или режиме V-4, показанными фиг.7А и фиг.7Г соответственно, отсутствует.

Фиг.7Г иллюстрирует суррогатный сигнал 700, когда как впускные, так и выпускные клапаны работают, как ожидается, в режиме уменьшенного рабочего объема цилиндров. Проиллюстрированный суррогатный сигнал является комплементарным суррогатному сигналу для двигателя V-8, показанному на фиг.7А. При этом наблюдается сильная отрицательная корреляция на протяжении периода 720, поскольку все клапаны работают, как ожидается для режима V-8. В момент 722 сигнал 700 переключается на сильную положительную корреляцию, согласующуюся с переходом в режим уменьшенного рабочего объема цилиндров на протяжении периода 724, и в момент 730 возвращается к значениям, указывающим на сильную отрицательную корреляцию, согласующуюся с возвратом в режим V-8 или с полным рабочим объемом цилиндров.

Фиг.8А-8Г иллюстрируют суррогатный сигнал или метрику, созданный или созданную путем сопоставления с образцом характеристик геометрии зубьев датчика кулачкового вала, указывающий или указывающую на события отключения/включения выпускных клапанов с задержкой. Подобно фиг.7А-7Г, фиг.8А соответствует метрике, связанной с ожидаемым поведением или работой клапанов в режиме полного рабочего объема цилиндров (работают все клапаны), а фиг.8D соответствует метрике, связанной с ожидаемым поведением или работой клапанов в режиме работы с уменьшенным рабочим объемом цилиндров (некоторые клапаны/цилиндры отключены, и соответствующие клапаны не поднимаются). Фиг.8Б иллюстрирует метрику, связанную с подъемом лишь впускных клапанов, а фиг.8 В иллюстрирует метрику, связанную с подъемом лишь выпускных клапанов.

Как показано на фиг.8А, метрика 800 соответствует работе в режиме с полным рабочим объемом цилиндров и имеет значение около +1, указывающее на сильную положительную корреляцию на протяжении периода 802, со всеми контролируемыми клапанами, работающими, как ожидается, т.е. все клапаны включены и поднимаются. Подобным образом, фиг.8Г иллюстрирует сильную отрицательную корреляцию с режимом уменьшенного рабочего объема цилиндров в зоне 850 на протяжении этого периода. В момент 804 (фиг.8А) поступает команда на переход в режим уменьшенного рабочего объема цилиндров с командой отключить некоторые цилиндры/клапаны. Однако на протяжении периода 806 метрика 800 на фиг.8А имеет значения около нуля, указывая тем самым на слабую или плохую корреляцию с метрикой 800 для режима полного рабочего объема цилиндров, представленной на фиг.8А, а также слабую корреляцию с метрикой 800 для режима уменьшенного рабочего объема цилиндров, представленной на фиг.8Г на протяжении периода 852. Как указывается сильной отрицательной корреляцией с метрикой, представляющей лишь впускные клапаны, поднимающиеся на протяжении периода 830 на фиг.8Б, и сильной положительной корреляцией с метрикой, представляющей лишь выпускные клапаны, поднимающиеся на протяжении периода 840 на фиг.8В, выпускные клапаны продолжают работать после команды на отключение, то есть работа этих клапанов не согласуется с режимом включения. Эта работа продолжается на протяжении нескольких циклов сгорания, пока выпускные клапаны не прекратят подниматься на протяжении периода 808 и метрика 800, связанная с четырьмя условиями работы, показанными на фиг.8А-8Г, не отреагирует соответственно, как показано в зонах 810, 832, 842 и 854 соответственно. Подобным образом, в момент 812 поступает команда на повторное включение, но выпускные клапаны не отвечают до зоны 816, которая выражена зонами 814, 834, 844 и 856 соответственно. На протяжении этого периода работа клапана не согласуется с состоянием включения, поскольку выпускные клапаны должны снова подниматься, но они этого не делают. Работа клапана, согласующаяся с состоянием включения, затем возобновляется, как проиллюстрировано зонами 816, 836, 846 и 858 на фиг.8А-8Г соответственно.

Фиг.9А-9Г иллюстрируют суррогатный сигнал или метрику, созданный или созданную путем сопоставления с образцом характеристик геометрии зубьев датчика кулачкового вала, указывающий или указывающую на события отключения/включения впускных клапанов с задержкой в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Подобно метрике или сигналам, показанным на фиг.7 и 8, фиг.9А соответствует метрике 900, связанной с ожидаемым поведением или работой клапанов в режиме полного рабочего объема цилиндров (работают все клапаны), а фиг.9Г соответствует метрике, связанной с ожидаемым поведением или работой клапанов в режиме работы с уменьшенным рабочим объемом цилиндров (некоторые клапаны/цилиндры отключены, и соответствующие клапаны не поднимаются). Фиг.9Б иллюстрирует метрику, связанную с подъемом лишь впускных клапанов, а фиг.9 В иллюстрирует метрику, связанную с подъемом лишь выпускных клапанов. Зоны 902, 920, 930 и 940 иллюстрируют корреляцию метрики 900 с возможными режимами работы, когда все клапаны работают в соответствии с текущим состоянием включения, которым является режим полного рабочего объема цилиндров. Зоны 904, 922, 932 и 942 иллюстрируют работу после команды на отключение некоторых клапанов/цилиндров для работы в режиме уменьшенного рабочего объема цилиндров. Слабая или плохая корреляция на фиг.9А и 9Г указывает на работу клапанов, не согласующуюся с режимом работы по команде. Сильная положительная корреляция на фиг.9Б и сильная отрицательная корреляция на фиг.9В указывают, что впускные клапаны продолжали работать (подниматься) после команды на отключение. Подобным образом, зоны 906, 924, 934 и 944 представляют работу клапанов, согласующуюся с состоянием включения, во время режима уменьшенного рабочего объема цилиндров, о чем свидетельствуют сильная положительная корреляция на фиг.9А, сильная отрицательная корреляция на фиг.9Г и слабая корреляция на фиг.9Б и 9В.

После команды на повторное включение зоны 908, 926, 936 и 946 указывают на работу клапанов, не согласующуюся с текущим состоянием включения, о чем свидетельствуют сильная положительная корреляция в зоне 936 и сильная отрицательная корреляция в зоне 926, а также слабая корреляция в зонах 908 и 946. Сильная положительная корреляция в зоне 936 указывает на то, что после команды на повторное включение впускные клапаны остаются закрытыми. Зоны 910, 928, 938 и 948 указывают на работу клапанов, согласующуюся с состоянием включения, о чем свидетельствуют сильная положительная корреляция в зоне 910, сильная отрицательная корреляция в зоне 948 и слабые корреляции в зонах 928 и 938.

Специалистам в данной области будет понятно, что можно хранить различные иные образцы, соответствующие одним или нескольким условиям работы, иным, нежели проиллюстрированы с работающими лишь впускными клапанами или работающими лишь выпускными клапанами.

Таким образом, варианты осуществления настоящего изобретения предлагают систему и способ контроля за работой избирательно отключенных газообменных клапанов двигателя внутреннего сгорания в ответ на работу, не согласующуюся с текущим режимом включения. Использование существующего датчика положения кулачкового вала для генерации суррогатного сигнала или метрики обеспечивает в итоге диагностику и управление без необходимости в дополнительных расходах и сложности дополнительного выделенного датчика. Предлагаемые системы и способы могут использоваться для обнаружения различных типов аномальной работы, включая работу (подъем) отключенных клапанов, а также включенных клапанов, остающихся закрытыми и не поднимающимися. Обработка сигналов кулачкового вала в соответствии с настоящим изобретением может выполняться непрерывно, а не запускаться в ответ на изменение состояния или режима. Контроль работы клапанов в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения может уменьшить или исключить ухудшение управляемости, снижение показателей NVH (шум, вибрации, неплавность движения), увеличение расхода топлива или сокращение срока службы компонентов, связанные иначе с клапанами или цилиндрами, не работающими, как требуется.

Выше проиллюстрированы и описаны один или несколько вариантов осуществления, однако при этом не преследуется цель, что эти варианты осуществления иллюстрируют и описывают все возможные варианты осуществления в пределах объема изобретения, определенного формулой изобретения. Напротив, слова, используемые в описании, являются словами описания, а не словами ограничения объема изобретения, и возможны различные изменения в пределах сущности и объема изобретения. Хотя различные варианты осуществления могли быть описаны как обеспечивающие преимущества или являющиеся предпочтительными по сравнению с другими вариантами осуществления или известными техническими решениями в отношении одной или нескольких требуемых характеристик, один или несколько отличительных признаков или характеристик могут объединяться для достижения требуемых атрибутов всей системы, зависящих от конкретного случая применения и реализации. Эти атрибуты включают без ограничения: себестоимость, прочность, долговечность, издержки в течение жизненного цикла, товарность, внешний вид, упаковка, размер, удобство обслуживания, массу, технологичность, легкость сборки и т.д. Варианты осуществления, рассмотренные в настоящем описании, описанные как менее предпочтительные, чем другие варианты осуществления или известные технические решения в отношении одной или нескольких характеристик, не выпадают из объема настоящего изобретения и для конкретных применений могут оказаться предпочтительными.

Изобретение может быть использовано в многоцилиндровых двигателях внутреннего сгорания. Способ управления двигателем включает в себя контроль работы газообменного клапана. При обнаружении того, что работа газообменного клапана не согласуется с состоянием включения связанного цилиндра во время работы в режиме уменьшенного рабочего объема цилиндров, в ответ на корреляцию обнаруженного образца положения зуба кулачкового вала относительно начального образца для известных рабочих состояний газообменного клапана, осуществляется запрет работы в режиме уменьшенного рабочего объема цилиндров в ответ на обнаружение работы клапана, не согласующейся с состоянием включения связанного цилиндра. Раскрыт вариант выполнения управления двигателем. Технический результат заключается в улучшении управляемости и в снижении шума и вибрации. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Способ управления двигателем, включающий в себя:
обнаружение того, что работа газообменного клапана не согласуется с состоянием включения связанного цилиндра во время работы в режиме уменьшенного рабочего объема цилиндров, в ответ на корреляцию обнаруженного образца положения зуба кулачкового вала относительно начального образца для известных рабочих состояний газообменного клапана; и
запрещение работы в режиме уменьшенного рабочего объема цилиндров в ответ на обнаружение работы клапана, не согласующейся с состоянием включения связанного цилиндра.

2. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя генерацию суррогатного сигнала, указывающего на подъем газообменных клапанов на основании обнаруженного положения кулачкового вала.

3. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя:
генерацию суррогатного сигнала, указывающего на подъем газообменных клапанов с использованием отклонения зуба датчика кулачкового вала относительно начального положения зуба для соответствующего положения коленчатого вала; и
сравнение суррогатного сигнала с соответствующим порогом для обнаружения подъема газообменных клапанов.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что начальное положение зубьев соответствует среднему значению угла поворота коленчатого вала для соответствующего зуба датчика кулачкового вала связанного включенного цилиндра за несколько циклов сгорания.

5. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя:
генерацию суррогатного сигнала, указывающего на подъем газообменных клапанов, представляющего собой корреляцию обнаруженного образца положения зуба кулачкового вала и одного из эталонных образцов положения зубьев.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждый из эталонных образцов положения зубьев соответствует среднему значению угла поворота коленчатого вала для каждого из множества зубьев датчика кулачкового вала для включенных цилиндров за несколько циклов сгорания.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что генерация суррогатного сигнала включает в себя:
формирование образца зуба путем определения среднего вектора, имеющего составляющие, представляющие собой среднее угловое положение коленчатого вала каждого зуба датчика кулачкового вала за один оборот кулачкового вала;
определение нормированного среднего вектора путем деления среднего вектора на его норму;
расчет вектора расстояния, имеющего составляющие, представляющие собой расстояние обнаруженного углового положения коленчатого вала от соответствующего углового начального положения коленчатого вала для каждого зуба датчика кулачкового вала;
определение нормированного вектора расстояния путем деления вектора расстояния на его норму; и
расчет скалярного произведения нормированного вектора расстояния и нормированного среднего вектора для определения корреляции между обнаруженным образцом положения зуба и эталонным образцом положения зуба.

8. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя сохранение диагностического кода в ответ на обнаружение работы по меньшей мере одного газообменного клапана, не согласующейся с состоянием включения связанного цилиндра.

9. Способ управления двигателем, включающий в себя:
обнаружение того, что работа газообменного клапана не согласуется с состоянием включения связанного цилиндра во время работы в режиме уменьшенного рабочего объема цилиндров, в ответ на корреляцию обнаруженного образца положения зуба кулачкового вала относительно начального образца для известных рабочих состояний газообменного клапана; и
повторное включение по меньшей мере одного отключенного цилиндра в ответ на обнаружение работы газообменного клапана, не согласующейся с состоянием включения связанного цилиндра.