СПОСОБ ПРОВЕРКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОСТИ КЛАПАНА РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2015 года по МПК F01N11/00 G01M15/04 G01M15/10 F02D21/04 F02D41/22 

Настоящее изобретение относится к способу проверки функциональности клапана рециркуляции отработавших газов (ОГ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Уровень техники

Клапаны рециркуляции ОГ используются в ДВС для образования смеси из свежего воздуха и рециркулируемых ОГ во впускном газопроводе и для улучшения таким путем характеристик сгорания топлива, прежде всего в целях минимизации его расхода и выброса вредных веществ. Рециркуляция ОГ позволяет, например, уменьшить выброс оксидов азота (NO_x). Для рециркуляции ОГ из выпускного газопровода во впускной газопровод используют непрерывно регулируемый клапан рециркуляции ОГ и регулируют степень его открытия. Однако в процессе эксплуатации клапана рециркуляции ОГ его функциональность может вследствие его загрязнения, покрытия сажей, старения и влияния иных факторов ухудшаться, что проявляется прежде всего в отклонении его фактического положения от заданного. Подобное ухудшение функциональности клапана рециркуляции ОГ отрицательно сказывается на характеристиках сгорания топлива.

Исходя из вышеизложенного, желательно обеспечить возможность простой и надежной проверки функциональности клапана рециркуляции ОГ.

Краткое изложение сущности изобретения

Согласно изобретению в нем предлагается соответствующий способ, заявленный в п.1 формулы изобретения. В соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения, а также в последующем описании представлены предпочтительные варианты осуществления изобретения.

Преимущества изобретения

Основная идея изобретения заключается в том, чтобы подавать на исполнительное звено клапана рециркуляции ОГ периодически модулированный сигнал и анализировать в частотной области подверженную его влиянию выходную системную переменную, например сигнал от датчика давления наддува или сигнал от массового расходомера воздуха. Предлагаемый в изобретении способ может использоваться в широких пределах рабочих режимов двигателя, прежде всего в установившихся и в динамических режимах, и позволяет тем самым соблюсти требование непрерывного диагностирования клапана рециркуляции ОГ. Для реализации предлагаемой в изобретении идеи вполне достаточно использовать в любом случае предусмотренные датчики и исполнительные органы, которые серийно устанавливаются на автомобиле, благодаря чему исключаются дополнительные расходы на дополнительные измерительно-преобразовательные средства, приводные/исполнительные средства или аппаратные средства для блока управления. При осуществлении предлагаемого в изобретении способа в непрерывном режиме можно в любой момент проверять функциональность клапана рециркуляции ОГ. При незначительной модуляции управляющего сигнала соотношение сажа/NO_x можно приблизительно рассматривать как линейное, и поэтому предлагаемый в изобретении способ не оказывает никакого влияния на общее количество выбросов. Хотя предлагаемый в изобретении способ в соответствии с его назначением принципиален и предполагает вмешательство в работу системы регулирования клапана рециркуляции ОГ, однако не оказывает никакого сколько-нибудь существенного влияния на количество выбросов, что делает изобретение особо пригодным для применения на практике. Изобретение может использоваться применительно к ДВС с самовоспламенением рабочей смеси от сжатия или с принудительным воспламенением рабочей смеси.

В качестве периодического управляющего сигнала можно использовать синусоидальный сигнал или сигнал прямоугольной формы. Сигнал прямоугольной формы лучше представим при меньшей частоте дискретизации, чем синусоидальный сигнал той же частоты. В принципе, однако, для модуляции пригоден любой периодический сигнал.

Для повышения надежности диагностирования целесообразно вычислять или определять скользящее среднее значение измерительного сигнала и вычитать это скользящее среднее значение из исходного измерительного сигнала.

Для обработки или анализа измерительного сигнала можно использовать преобразование Фурье или метод синхронизации. Дополнительное преимущество фазочувствительного метода, прежде всего метода синхронизации, состоит в возможности непосредственного измерения им характеристики объекта регулирования в зависимости от положения его исполнительного звена. Для оценки функциональности клапана рециркуляции ОГ в этом случае необходимо лишь контролировать градиент характеристики с учетом заданных пороговых значений. Таким путем дополнительно к затрудненному ходу клапана рециркуляции ОГ можно также надежно определять возможно появляющееся изменение характеристики объекта регулирования, например, вследствие старения возвратных пружин, осаждения конденсированных паров на клапане, неправильного обращения с ним и иных факторов.

Предлагаемое в изобретении вычислительное устройство, например , блок управления, устанавливаемый на автомобиле, предназначено для осуществления предлагаемого в изобретении способа, прежде всего на программно-техническом уровне.

Другие преимущества изобретения и варианты его осуществления вытекают из последующего описания и прилагаемых к нему чертежей.

Очевидно, что описанные выше и рассматриваемые ниже отличительные особенности изобретения могут использоваться не только в их конкретно указанной комбинации, но и в других технических реализуемых сочетаниях между собой или по отдельности без выхода при этом за объем настоящего изобретения.

Ниже изобретение подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию схематичные чертежи.

Краткое описание чертежей

На прилагаемых к описанию чертежах, в частности, показано:

на фиг.1 - схематичный вид ДВС с блоком управления и

на фиг.2 - блок-схема различных альтернативных путей реализации предлагаемого в изобретении способа в предпочтительном варианте его осуществления.

Описание варианта(-ов) осуществления изобретения

На фиг.1 показан ДВС 1, в котором его поршень 2 установлен в цилиндре 3 с возможностью возвратно-поступательного движения в нем. В цилиндре 3 образована камера 4 сгорания, к которой через клапаны 5 подсоединены впускной газопровод 6 и выпускной газопровод 7. Впускной газопровод 6 соединен с выпускным газопроводом 7 через клапан 13 рециркуляции ОГ, имеющий заслонку 13a в качестве исполнительного или регулирующего звена для принудительной рециркуляции ОГ. Заслонка 13a выполнена управляемой по сигналу EGR от (электронного) блока 16 управления. Помимо этого в камеру 4 сгорания выступают управляемая по сигналу TI топливная форсунка 8 и управляемая по сигналу ZW свеча 9 зажигания. Показанный на фиг.1 ДВС 1 представляет собой двигатель с принудительным воспламенением рабочей смеси. Необходимо, однако, особо отметить, что изобретение не зависит от способа воспламенения рабочей смеси в ДВС и может столь же эффективно использоваться и применительно к двигателям внутреннего сгорания с самовоспламенением рабочей смеси от сжатия.

Во впускным газопроводе 6 расположены датчик 18 давления наддува, выдающий сигнал LD, пропорциональный давлению наддува во впускным газопроводе, и дроссельная заслонка 12, угловое положение которой может регулироваться по сигналу DK. В двигателях с турбонаддувом между массовым расходомером 10 воздуха и дроссельной заслонкой 12 располагался бы компрессор турбонагнетателя.

Впускной газопровод 6 снабжен далее массовым расходомером 10 воздуха, а выпускной газопровод 7 - кислородным датчиком 11. Массовый расходомер 10 воздуха измеряет массовый расход подаваемого во впускной газопровод 6 свежего воздуха и выдает зависящий от этой величины сигнал LM. Кислородный датчик 11 измеряет содержание кислорода в ОГ в выпускном газопроводе 7 и выдает зависящий от этой величины сигнал лямбда (λ). По ходу потока ОГ за кислородным датчиком 11 расположена система выпуска ОГ (не показана), включая каталитический нейтрализатор ОГ, например, трехкомпонентный каталитический нейтрализатор ОГ. В двигателях с турбонаддувом за кислородным датчиком располагалась бы турбина турбонагнетателя.

При работе ДВС совершающий возвратно-поступательное движение поршень приводит во вращение коленчатый вал 14, которым в конечном итоге приводятся во вращение колеса автомобиля.

Очевидно, что ДВС с принудительным воспламенением рабочей смеси или с самовоспламенением рабочей смеси от сжатия может иметь более одного цилиндра, которые функционально связаны с одним и тем же коленчатым валом, а также с одним и тем же выпускным газопроводом и образуют блок цилиндров, соединенных с одним выпускным коллектором.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения блок 16 управления управляет заслонкой 13a клапана рециркуляции ОГ путем подачи модулированных сигналов и, например, обрабатывает пропорциональный давлению наддува сигнал LD и/или пропорциональный массовому расходу воздуха сигнал LM. С этой целью блок 16 управления оснащен микропроцессором, который работает по программе, сохраненной в памяти, прежде всего в постоянной памяти, и пригодной для общего управления двигателем 1 внутреннего сгорания и/или его регулирования. Блок 16 управления выполнен при этом с возможностью осуществления предлагаемого в изобретении способа.

В блок 16 управления поступают входные сигналы, характеризующие измеренные датчиками рабочие параметры ДВС. Так, например, с блоком 16 управления соединены массовый расходомер 10 воздуха, кислородный датчик 11 и датчик 18 давления наддува. Помимо этого с блоком 16 управления соединен датчик 17 положения педали акселератора, выдающий сигнал FP, несущий информацию о положении нажимаемой водителем педали акселератора и тем самым о задаваемом водителем крутящем моменте. Блок 16 управления формирует выходные сигналы, позволяющие через соответствующие исполнительные органы влиять на работу ДВС 1 соответственно требуемому управлению им и/или его регулированию. Так, например, блок 16 управления соединен с клапаном 13 рециркуляции ОГ, топливной форсункой 8, свечой 9 зажигания и дроссельной заслонкой 12 и выдает необходимые для управления ими сигналы EGR, TI, ZW и DK соответственно.

Ниже со ссылкой на фиг.2 рассмотрена последовательность стадий, выполняемых при реализации предпочтительных альтернативных вариантов осуществления предлагаемого в изобретении способа. За основу в этих вариантах можно принять ДВС, показанный на фиг.1. Представленные на блок-схеме стадии не обязательно должны выполняться последовательно, а могут также выполняться одновременно.

Выполнение предлагаемого в изобретении способа начинается с необязательной стадии 101, на которой проверяют наличие соответствующих разрешающих условий и при необходимости инициируют процесс проверки, соответственно диагностирования функциональности клапана рециркуляции ОГ.

На стадии 102 на исполнительное звено 13a клапана 13 рециркуляции ОГ подают периодический сигнал с заданными амплитудой и частотой, т.е. подают нормальный управляющий сигнал с наложенным на него модулирующим сигналом. Модулирующий сигнал в предпочтительном варианте может согласно стадии 103a иметь синусоидальную или согласно стадии 103b - прямоугольную форму. Необходимо, однако, особо отметить, что для модуляции в принципе можно использовать любой периодический сигнал.

На выполняемой в основном одновременно стадии 104 измеряют системную величину, на которую влияет установочное движение, соответственно положение исполнительного звена 13a и которая в предпочтительном варианте может согласно стадии 105a представлять собой массовый расход воздуха, характеризуемый соответствующим измерительным сигналом LM, выдаваемым массовым расходомером 10 воздуха, например, пленочным термоанемометрическим расходомером воздуха, или согласно стадии 105b - давление наддува, характеризуемое соответствующим измерительным сигналом LD, выдаваемым датчиком 18 давления наддува. Необходимо, однако, особо отметить, что в принципе можно измерять любую системную величину, на которую влияет установочное движение исполнительного звена 13a.

На следующей, необязательной стадии 106 путем фильтрации нижних частот вычисляют скользящее среднее значение измерительного сигнала и вычитают это скользящее среднее значение на стадии 107 из исходного измерительного сигнала с целью повысить надежность диагностирования.

Затем обрабатывают результат такого вычитания в качестве нового измерительного сигнала, для чего согласно стадии 108a используют анализ Фурье или согласно стадии 108b - фазочувствительный метод синхронизации.

При использовании анализа Фурье согласно стадии 108a фурье-спектр исследуют на появление в нем частоты возбуждения с явно большей амплитудой по сравнению с соседними амплитудами. Подобный анализ можно проводить на основании сравнения с пороговым значением.

При использовании метода синхронизации согласно стадии 108b измеренный градиент характеристики сравнивают с заданным градиентом характеристики. Подобный анализ также можно проводить на основании сравнения с пороговым значением. При этом целесообразно избирательно выявлять модулирующую частоту в измерительном сигнале. При этом благодаря постоянному соотношению фаз между модулирующим сигналом и измерительным сигналом удается добиться высокоэффективного подавления шумов. Дополнительно появляется возможность проверки крутизны характеристики исполнительного звена, поскольку выходной сигнал синхронного усилителя пропорционален градиенту характеристики. Таким путем при наличии исполнительного звена с нелинейной характеристикой можно проверять, достигло ли также фактически исполнительное звено требуемого положения в заданных пределах.

На стадии 109 на основании соответствующего результата сравнения выявляют признаки неисправности (например, путем интегрирования релевантных частот по определенным временным интервалам или путем выявления признаков неисправности иными методами) и в завершение на стадии 110 выполняют процедуру по обработке признаков неисправности, соответственно по обнаружению неисправностей. Подобный анализ основан, например, на сравнении (больше/меньше/равно) с зависящим от конкретного применения пороговым значением или на выполнении операции вычитания (разность имеет знак плюс или минус) и позволяет тем самым сделать вывод об исправности или неисправности клапана рециркуляции ОГ. Таким путем клапан рециркуляции ОГ можно классифицировать как неисправный или исправный.

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение надежности диагностирования функциональности клапана рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. В способе проверки функциональности клапана (13) рециркуляции отработавших газов (ОГ) двигателя (1) внутреннего сгорания периодически изменяют положение исполнительного звена (13a) клапана (13) рециркуляции ОГ, измеряют системную величину (LM, LD), на которую влияет движение исполнительного звена (13a), и для проверки функциональности клапана (13) рециркуляции ОГ обрабатывают измерительный сигнал. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ проверки функциональности клапана (13) рециркуляции отработавших газов (ОГ) двигателя (1) внутреннего сгорания путем периодического изменения (103a, 103b) положения исполнительного звена (13a) клапана (13) рециркуляции ОГ путем измерения (105a, 105b) системной величины (LM, LD), на которую влияет движение исполнительного звена (13a), и путем обработки (106-110) измерительного сигнала для проверки функциональности клапана (13) рециркуляции ОГ, отличающийся тем, что для обработки измерительного сигнала используют (108b) фазочувствительный метод, который представляет собой метод синхронизации.

2. Способ по п.1, при осуществлении которого в качестве системной величины измеряют давление наддува (LD) или массовый расход воздуха (LM) во впускном газопроводе (6).

3. Способ по п.1, при осуществлении которого измерительный сигнал перед обработкой подвергают фильтрации (106), прежде всего с помощью фильтра нижних частот.

4. Способ по п.3, при осуществлении которого при фильтрации определяют (106) скользящее среднее значение измерительного сигнала, которое перед обработкой измерительного сигнала вычитают (107) из исходного измерительного сигнала, и обрабатывают результат вычитания в качестве нового измерительного сигнала.

5. Способ по одному из пп.1-4, при осуществлении которого в качестве периодического управляющего сигнала используют синусоидальный сигнал или сигнал прямоугольной формы (103a, 103b).

6. Вычислительное устройство, предназначенное для осуществления способа по одному из пп.1-5.