СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ВПУСКНОГО ВОЗДУШНОГО ФИЛЬТРА ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ ВПУСКНОГО ВОЗДУШНОГО ФИЛЬТРА Российский патент 2015 года по МПК F02M35/09 F02B37/16 F02D23/00 F02D41/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способам и системам диагностики воздушных фильтров.

Уровень техники

Воздушные фильтры, расположенные внутри системы впуска воздуха двигателя или являющиеся частью этой системы, обеспечивают подачу отфильтрованного воздуха двигателю. Воздушные фильтры могут удалять пыль, грязь и другие взвешенные в воздухе вещества из системы впуска воздуха двигателя, в результате чего взвешенные в воздухе вещества не накапливаются в двигателе и не ухудшают характеристики и эффективность двигателя. Тем не менее, со временем взвешенные в воздухе вещества могут накапливаться внутри воздушного фильтра, в результате чего воздушный фильтр снижает скорость прохождения воздуха, поступающего в двигатель. Снижение скорости прохождения воздуха через воздушный фильтр может увеличить нагрузку на насос двигателя и снизить экономию топлива транспортного средства.

Раскрытие изобретения

В настоящем изобретении устранены вышеуказанные недостатки и разработан способ оценки состояния входного воздушного фильтра, который включает в себя регулировку электрического вакуумного регулятора для подачи движущей силы из вакуумного бачка на вакуумный привод перепускного клапана, определяющий положение перепускного клапана турбонагнетателя; и уведомление оператора о состоянии входного воздушного фильтра двигателя на основании состояния вакуумного бачка вакуумного привода перепускного клапана.

Посредством своевременной регулировки работы перепускного клапана с вакуумным приводом с помощью электрического вакуумного регулятора можно управлять состоянием содержимого вакуумного бачка привода перепускного клапана таким образом, что бачок подвергается воздействию давления в системе впуска воздуха на участке между воздушным фильтром и компрессором турбонагнетателя. Значение давления в бачке перепускного клапана может быть получено с помощью датчика бачка перепускного клапана, и это значение давления может быть сопоставлено с заранее заданным значением давления, указывающим на ограничение потока воздуха, проходящего через воздушный фильтр при текущем уровне воздушного потока двигателя. Если давление в вакуумном бачке перепускного клапана меньше заранее заданного значения давления, указывающего на ограничение потока воздуха, проходящего через воздушный фильтр, водителю транспортного средства может быть передан сигнал о том, что поток воздуха через воздушный фильтр ограничен. Таким образом, датчик, предназначенный для регулировки перепускного клапана турбонагнетателя, также может являться основой для определения состояния впускного воздушного фильтра.

Настоящее описание может обеспечить ряд преимуществ. В частности, данный подход может сократить затраты на контроль за состоянием впускного воздушного фильтра двигателя. Также данный подход может уменьшить сложность системы, так как для контроля и диагностики работы двигателя может быть использовано меньше датчиков. Кроме того, данный подход может сократить потребление топлива посредством уведомления водителя об ограничении потока воздуха через воздушный фильтр.

Вышеуказанные и другие преимущества и характеристики настоящего изобретения будут очевидны из следующего подробного описания, рассмотренного отдельно или вместе с сопроводительными чертежами.

Следует понимать, что вышеприведенное раскрытие изобретения дано для приведения в упрощенной форме ряда выбранных концепций, дальнейшее описание которых приводится ниже в подробном описании. Краткое изложение сущности изобретения не направлено на определение основных или существенных характеристик заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определяется пунктами формулы изобретения, следующими за подробным описанием. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивается вариантами осуществления изобретения, устраняющими какой-либо из недостатков, указанных выше или в любой части данного раскрытия изобретения.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 показано схематичное изображение двигателя и вакуумной системы;

на Фиг. 2 показаны необходимые сигналы, смоделированные во время работы двигателя; и

на Фиг. 3 показана подробная блок-схема способа оценки состояния впускного воздушного фильтра двигателя и датчиков двигателя.

Осуществление изобретения

Настоящее описание относится к диагностированию состояния воздушного фильтра двигателя. На Фиг. 1 показан вариант осуществления двигателя, содержащего турбонагнетатель и воздушный фильтр двигателя. На Фиг. 2 показаны необходимые сигналы, смоделированные при оценке состояния впускного воздушного фильтра двигателя. На Фиг. 3 показана высокоуровневая блок-схема для оценки ухудшения характеристик вакуумной системы.

Как показано на Фиг. 1, управление двигателем 10 внутреннего сгорания, содержащим совокупность цилиндров, один из которых показан на Фиг. 1, осуществляют с помощью электронного контроллера 12 двигателя. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, размещенным в них и соединенным с коленчатым валом 40. Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной и выпускной клапан может быть приведен в действие впускным кулачком 51 и выпускным кулачком 53. В альтернативном варианте осуществления изобретения один или более впускных и выпускных клапанов могут быть приведены в действие обмоткой электромеханического клапана и якорем в сборе. Положение впускного кулачка 51 может быть определено датчиком 55 впускного кулачка. Положение выпускного кулачка 53 может быть определено датчиком 57 выпускного кулачка.

Топливная форсунка 66 показана расположенной с возможностью впрыскивания топлива непосредственно в цилиндр 30, что известно специалистам в данной области техники как «прямой впрыск». В альтернативном варианте осуществления изобретения может быть осуществлено впрыскивание топлива во впускной канал, что известно специалистам в данной области техники как «впрыск во впускной канал». Топливная форсунка 66 подает жидкое топливо пропорционально ширине импульса сигнала FPW от контроллера 12. Подачу топлива на топливную форсунку 66 осуществляют с помощью системы подачи топлива (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель для топлива (не показаны). На топливную форсунку 66 подают рабочий ток от привода 68, который реагирует на сигнал контроллера 12. В дополнение впускной коллектор 44 показан соединенным с дополнительным дросселем 62 с электроприводом, который регулирует положение дроссельной заслонки 64 для управления потоком воздуха из впускной камеры 46 наддува.

Компрессор 162 производит забор воздуха через воздушный фильтр 82 и воздухозаборник 42 для подачи в камеру 46 наддува. Отработавшие газы вращают турбину 164, которая соединена с компрессором 162 через вал 161. Вакуумный привод 72 перепускного клапана обеспечивается вакуумом через вакуумный бачок 91 перепускной заслонки, и это позволяет отработавшим газам обходить турбину 164, в результате чего возможно регулирование давления наддува в различных режимах работы двигателя. Перепускной клапан 158 компрессора (CBV) приводится в движение вакуумом, обеспечиваемым вакуумным бачком 138. Давление наддува в камере 46 наддува может быть снижено при открытии перепускного клапана 158 компрессора, так как воздух из выходного отверстия компрессора 162 поступает обратно во впускное отверстие компрессора 162.

Бесконтактная система 88 зажигания подает искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на сигнал контроллера 12. Показанный универсальный датчик 126 содержания кислорода в отработавших газах (UEGO) соединен с выпускным коллектором 48 выше по потоку каталитического нейтрализатора 70 отработавших газов. В альтернативном варианте осуществления изобретения вместо датчика 126 UEGO может быть использован датчик содержания кислорода в отработавших газах с двумя состояниями.

Отработавшие газы двигателя подаются в каталитический нейтрализатор 70. В одном варианте осуществления изобретения каталитический нейтрализатор 70 может содержать несколько каталитических блоков. В другом варианте осуществления изобретения могут быть использованы несколько устройств снижения токсичности отработавших газов, каждое из которых содержит несколько блоков. В одном варианте осуществления изобретения каталитический нейтрализатор 70 может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор.

Вакуум для вакуумной системы транспортного средства хранится в вакуумном бачке 138. Вакуумный бачок 138 находится в пневматическом сообщении с другими компонентами вакуумной системы через воздушные каналы, как показано на чертеже. Вакуум в вакуумном бачке 138 может быть создан через впускной коллектор 44 или вакуумный насос 85. Вакуумный насос 85 может быть приведен в действие электрическим приводом или механически двигателем 10. Контрольный клапан 60 позволяет воздуху проходить из вакуумного бачка 138 во впускной коллектор 44 и ограничивает поток воздуха, идущий из впускного коллектора 44 в вакуумный бачок 138. Аналогичным образом, контрольный клапан 63 позволяет воздуху проходить из вакуумного бачка 138 в вакуумный насос 85 и ограничивает поток воздуха, идущий из вакуумного насоса 85 в вакуумный бачок 138. Усилитель 140 тормозов помогает водителю с помощью ноги 152 приводить в действие тормоза транспортного средства через главный цилиндр 148 тормозной системы при нажатии на педаль 150 тормоза. Вакуум для усилителя тормозов может быть обеспечен через впускной коллектор 44 или вакуумный насос 85 и вакуумный бачок 138. Контрольный клапан 65 позволяет воздуху проходить от усилителя 140 тормозов к вакуумному насосу 85 и вакуумному бачку 138 и в то же время ограничивает поток воздуха, идущий от вакуумного бачка 138 к усилителю 140 тормозов. Контрольный клапан 67 позволяет воздуху проходить от усилителя 140 тормозов к впускному коллектору 44 и в то же время ограничивает поток воздуха, идущий от впускного коллектора 44 к усилителю 140 тормозов. Усилитель 140 тормозов может также содержать внутренний вакуумный бачок. Электрический вакуумный регулятор 79 регулирует уровень вакуума в вакуумном бачке 91 перепускной заслонки посредством первичного вакуума, обеспечиваемого из вакуумного бачка 138, и первичного воздуха, поступающего из воздухозаборника 42.

Контроллер 12 показан на Фиг. 1 как обычный микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106 (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 108 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 110 и обычную шину данных. Как показано на чертеже, контроллер 12 получает различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к тем сигналам, что были рассмотрены ранее, включая температуру охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) от датчика 112 температуры, соединенного с охлаждающим рукавом 114; сигнал от позиционного датчика 134, соединенного с педалью 130 газа, для определения положения педали газа, регулируемого ногой 132 водителя; сигнал от позиционного датчика 154, соединенного с педалью 150 тормоза, для определения положения педали тормоза; сигнал от датчика детонации для определения воспламенения остаточных газов (не показан); результат измерения давления во впускном коллекторе двигателя (MAP) от датчика 121 давления, соединенного с впускным коллектором 44; результат измерения давления наддува от датчика 122 давления, соединенного с камерой 46 наддува; значение вакуума, содержащегося в вакуумном бачке, от датчика 145 вакуума; значение вакуума расширительного бачка перепускного клапана от датчика 89 вакуума; значение вакуума усилителя тормозов от датчика 33 вакуума; сигнал от датчика положения двигателя от датчика 118 на эффекте Холла, определяющего положение коленчатого вала 40; результат измерения массы воздуха, поступающего в двигатель, от датчика 120 (например, термоанемометр); и результат измерения положения дроссельной заслонки от датчика 58. Также посредством датчика 87 может быть измерено барометрическое давление для обработки контроллером 12. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения позиционный датчик 118 двигателя производит заранее заданное количество импульсов с одинаковым интервалом между ними при каждом обороте коленчатого вала, на основании чего может быть определена скорость вращения двигателя (оборотов в минуту).

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения двигатель может быть соединен с электродвигателем или системой аккумулятора в гибридном транспортном средстве. Гибридное транспортное средство может иметь параллельную конфигурацию двигателя, рядную конфигурацию двигателя или варианты или комбинации таких конфигураций. Дополнительно в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения могут быть использованы другие типы двигателя, например дизельный двигатель.

Во время работы, каждый цилиндр внутри двигателя 10 обычно проходит четырехтактный цикл: данный цикл включает в себя такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Во время такта впуска, как правило, выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух подается в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, и поршень 36 перемещается по направлению к нижней части цилиндра для того, чтобы увеличить объем внутри камеры 30 сгорания. Положение, при котором поршень 36 находится рядом с нижней частью цилиндра и в конце своего такта (например, когда объем камеры 30 сгорания максимален), обычно называется специалистами в данной области техники «нижней мертвой точкой» (НМТ). Во время такта сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается по направлению к головке цилиндра для того, чтобы сжать воздух внутри камеры 30 сгорания. Положение, при котором поршень 36 находится в конце своего такта и в ближайшем к головке цилиндра положении (например, когда объем камеры 30 сгорания минимален), обычно называется специалистами в данной области техники «верхней мертвой точкой» (ВМТ). Во время процесса, здесь и далее именуемого как «впрыск», в камеру сгорания подается топливо. Во время процесса, здесь и далее именуемого как «зажигание», впрыскиваемое топливо воспламеняется с помощью известных средств зажигания, таких как свеча 92 зажигания, что приводит к горению. Во время такта расширения расширяющийся газ толкает поршень 36 обратно к «нижней мертвой точке» НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время такта выпуска выпускной клапан 54 открывается, чтобы выпустить сгоревшую топливовоздушную смесь в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается в «верхнюю мертвую точку» ВМТ. Следует отметить, что вышеприведенная схема является лишь примером и что синхронизация открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов может меняться, например, для обеспечения положительного или отрицательного перекрытия клапанов, позднего закрывания впускного клапана или различных других вариантов осуществления.

На Фиг. 2 показаны необходимые сигналы, смоделированные во время работы двигателя. Сигналы на Фиг. 2 могут быть получены системой, показанной на Фиг. 1, осуществляющей способ, показанный на Фиг. 3, посредством управляющих сигналов контроллера 12. Вертикальные метки Т₀-Т₇ приведены для указания необходимых условий во время осуществления последовательности операций способа.

Первый сверху график на Фиг. 2 представляет собой зависимость скорости двигателя от времени. Ось X отображает время, значение времени увеличивается слева направо. Ось Y отображает скорость двигателя, и значение скорости двигателя увеличивается в направлении, указанном стрелкой на оси Y.

Второй сверху график на Фиг. 2 представляет собой зависимость объема воздушного потока от времени. Ось X отображает время, значение времени увеличивается слева направо. Ось Y отображает поток воздуха, поступающего в двигатель, значение потока воздуха растет в направлении, указанном стрелкой на оси Y. Горизонтальная линия 202 обозначает минимальный уровень воздушного потока двигателя, при котором может начаться оценка состояния впускного воздушного фильтра двигателя. Горизонтальная линия 204 обозначает максимальный уровень воздушного потока двигателя, при котором может начаться оценка датчика давления. Уровни или объемы, представленные горизонтальными линиями 202 и 204, могут изменяться в зависимости от варианта осуществления и приведены исключительно в качестве примера.

Третий сверху график на Фиг. 2 представляет собой зависимость управляющего сигнала, подаваемого на электрический вакуумный регулятор (EVR), от времени. Ось X отображает время, значение времени увеличивается слева направо. Ось Y отображает рабочий цикл электрического вакуумного регулятора, длительность рабочего цикла увеличивается в направлении, указанном стрелкой на оси Y. Электрический вакуумный регулятор может быть выполнен таким образом, как он показан ссылочной позицией 79 на Фиг. 1, и может пневматически сообщаться с вакуумным бачком 91 вакуумного привода 72 перепускной заслонки, как показано на Фиг. 1.

Четвертый сверху график на Фиг. 2 представляет собой зависимость уровня вакуума в вакуумном бачке перепускной заслонки от времени. Ось X отображает время, значение времени увеличивается слева направо. Ось Y отображает уровень вакуума, содержащегося в вакуумном бачке перепускной заслонки, уровень вакуума увеличивается в направлении, указанном стрелкой на оси Y. Уровень вакуума по оси X описывает значение атмосферного давления. Вакуумный бачок перепускной заслонки может быть выполнен таким образом, как показано ссылочной позицией 91 на Фиг. 1, он может содержать вакуум для работы вакуумного привода 72 перепускной заслонки, как показано на Фиг. 1. Горизонтальная линия 206 показывает предопределенный уровень вакуума в вакуумном бачке привода перепускной заслонки, при котором возможно ухудшение характеристик впускного воздушного фильтра. Уровень вакуума, превышающий уровень линии 206, указывает на ухудшение характеристик впускного воздушного фильтра транспортного средства. Уровень вакуума, находящийся ниже уровня линии 206, указывает на состояние, когда ухудшение характеристик впускного воздушного фильтра транспортного средства не указывается.

Пятый сверху график на Фиг. 2 представляет собой зависимость режима диагностики системы впуска воздуха транспортного средства от времени. Ось X отображает время, значение времени увеличивается слева направо. Ось Y отображает режим диагностики системы впуска воздуха транспортного средства. Значение, равное нулю, указывает, что в этот момент система диагностики не проводит оценку системы впуска воздуха транспортного средства. Значение, равное единице, указывает, что в этот момент система диагностики проводит оценку состояния системы впуска воздуха транспортного средства.

В момент времени Т_о двигатель выключен, диагностика системы впуска воздуха транспортного средства не проводится. Также воздушный поток двигателя равен нулю с того момента, как двигатель был остановлен, и бачок перепускной заслонки турбонагнетателя находится при атмосферном давлении. Управляющий сигнал на электрический вакуумный регулятор не подается.

В момент времени Ti запускается двигатель. Воздушный поток двигателя запускается на высоком уровне и уменьшается по мере того, как воздух откачивается из впускного коллектора двигателя. Частота вращения двигателя увеличивается и затем устанавливается на уровне частоты вращения холостого хода при холодном запуске. В данном варианте осуществления изобретения перепускная заслонка обычно закрыта, поэтому при запуске двигателя на электрический вакуумный регулятор не подается управляющий сигнал на открывание. В частности, длительность рабочего цикла электронного вакуумного регулятора находится на нуле во время запуска. Тем не менее, в других вариантах осуществления на электрический вакуумный регулятор может быть подан управляющий сигнал на более высокую длительность рабочего цикла при запуске. Например, на электрический вакуумный регулятор может быть подан управляющий сигнал на длительность рабочего цикла 25%, когда перепускная заслонка еще не начинал открываться при значении длительности рабочего цикла менее 30%. Таким образом, изначально управляющий сигнал, подаваемый на электрический вакуумный регулятор, может быть установлен таким образом, чтобы электрический вакуумный регулятор отвечал быстрее, когда электрический вакуумный регулятор получает управляющий сигнал открыть перепускную заслонку. Уровень вакуума расширительного бачка является низким при запуске двигателя, указывая на то, что перепускная заслонка остается в закрытом положении во время запуска двигателя. Так как воздушный поток двигателя является низким в условиях холостого хода двигателя, поток воздуха, походящий через турбонагнетатель, остается относительно низким и давление наддува является низким. В некоторых альтернативных вариантах осуществления изобретения во время холостого хода двигателя перепускная заслонка может быть открыта для сокращения противодавления отработавших газов.

Между моментом времени Т₁ и моментом времени Т₂ скорость двигателя и воздушный поток двигателя растут в ответ на запрос увеличения крутящего момента двигателя. Длительность рабочего цикла электрического вакуумного регулятора также растет, перепускной клапан частично открыт для сокращения уровня наддува, предоставляемого двигателю посредством компрессора турбонагнетателя. Увеличение длительности рабочего цикла электрического вакуумного регулятора делает возможным увеличение уровня вакуума в бачке перепускной заслонки. Вакуумный привод перепускного клапана открывает перепускной клапан из обычно закрытого положения в частично открытое положение по мере того, как уровень вакуума в вакуумном бачке перепускного клапана увеличивается.

В момент времени Т₂ величина воздушного потока двигателя выше уровня порогового значения и запускается диагностика системы впуска воздуха. Когда диагностика запущена, идентификатор диагностики системы впуска воздуха двигателя переходит с более низкого уровня на более высокий уровень. Далее длительность рабочего цикла электрического вакуумного регулятора уменьшается, чтобы выпускное отверстие электрического вакуумного регулятора соединилось воздушным каналом с вентиляционным отверстием электрического вакуумного регулятора при уровне ограничения потока менее предопределенной величины (например, ограничение потока, которое приводит к падению давления менее чем на 20 кПа). Так как вентиляционное отверстие электрического вакуумного регулятора соединено воздушным каналом с системой впуска воздуха двигателя на участке, расположенном после воздушного фильтра и до компрессора турбонагнетателя, на вакуумный бачок вакуумного привода перепускной заслонки начинает действовать давление в системе впуска воздуха двигателя. В некоторых вариантах осуществления изобретения может существовать небольшой перепад давления между системой впуска воздуха двигателя и вакуумным бачком перепускной заслонки. В таком случае значение ожидаемого перепада давления может быть сохранено в памяти, данный перепад измеряемого давления может быть устранен посредством добавления или вычитания значения перепада давления с учетом состояния (например, давление или вакуум) вакуумного бачка перепускной заслонки.

Показано, что длительность работы электрического вакуумного регулятора стремится к нулевому уровню для сокращения ограничения потока воздуха между вентиляционным отверстием электрического вакуумного регулятора и выходным отверстием электрического вакуумного регулятора, но в вариантах осуществления, когда для уровня ограничения потока меньше предопределенной величины обеспечивается более высокая длительность рабочего цикла, при оценке впускного воздушного фильтра двигателя может быть обеспечена большая длительность рабочего цикла электрического вакуумного регулятора. В одном варианте осуществления изобретения длительность рабочего цикла электрического вакуумного регулятора максимальна, когда ограничение потока от вентиляционного отверстия электрического вакуумного регулятора к выпускному отверстию электрического вакуумного регулятора меньше предопределенной величины. Давление внутри бачка привода перепускной заслонки может быть измерено с помощью датчика давления или датчика вакуума и сопоставлено с уровнем давления или вакуума, хранящимся в таблице, содержащей значения давления уровней вакуума, определенные эмпирическим путем. В таблице происходит индексация с использованием скорости воздушного потока двигателя, и на выходе получается эталонное давление или уровень вакуума. Измеренное давление в вакуумном бачке привода перепускного клапана или уровень вакуума сравнивается со значением из таблицы, если измеренное давление меньше значения давления из таблицы, дается указание об ухудшении характеристик впускного воздушного фильтра двигателя. В альтернативном варианте осуществления изобретения, если уровень вакуума бачка привода перепускной заслонки выше, чем значение уровня вакуума, полученное из таблицы, дается указание о снижении характеристик впускного воздушного фильтра двигателя. При желании на основании измеренных значений вакуума или давления может быть определено среднее значение за определенный период времени.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, когда регулирование длительности рабочего цикла электрического вакуумного регулятора повышает давление в системе впуска воздуха выше желаемого уровня, перепускной клапан компрессора (CBV) может быть частично открыт, чтобы отрегулировать давление наддува до желаемого уровня. Далее перепускной клапан компрессора может быть отрегулирован одновременно с регулировкой длительности рабочего цикла электрического вакуумного регулятора, так что давление наддува в значительной степени соответствует желаемому давлению наддува во время регулировки длительности рабочего цикла электрического вакуумного регулятора. Кроме того, перепускной клапан компрессора может быть отрегулирован на основании давления наддува.

В промежутке времени 208 давление бачка привода перепускного клапана показано на уровне выше оси X, при этом ось X отображает атмосферное давление. Также давление бачка привода перепускной заслонки показано на уровне ниже горизонтальной указательной линии 206. Таким образом, давление в системе впуска воздуха двигателя немного ниже атмосферного давления, но не до такого уровня, при котором дается указание об ухудшении характеристик впускного воздушного фильтра двигателя. Следовательно, указание об ухудшении характеристик воздушного фильтра двигателя не дается.

В момент времени Т₃ диагностика системы впуска воздуха двигателя останавливается, что указано с помощью идентификатора диагностики системы впуска воздуха двигателя, переходящего с более высокого уровня на более низкий уровень. Длительность рабочего цикла электрического вакуумного регулятора увеличивается для того, чтобы повысить уровень вакуума в бачке привода перепускной заслонки и тем самым отрегулировать положение перепускного клапана до желаемого положения на основании частоты вращения двигателя и нагрузки.

Между моментом времени Т₃ и моментом времени Т₄ частота вращения двигателя и воздушный поток двигателя меняются в соответствии с запросом водителя. Управляющий сигнал электрического вакуумного регулятора также изменяется с запросом водителя и рабочими условиями двигателя так, что на двигатель подается желаемый уровень наддува с помощью турбонагнетателя. Незадолго до момента времени Т₄ запрос на крутящий момент двигателя падает и частота вращения двигателя и объем воздуха в двигателе снижаются. Частота вращения двигателя стабилизируется при скорости холостого хода прогретого двигателя, которая ниже скорости холостого хода холодного двигателя.

В момент времени Т₄ объем воздуха в двигателе меньше уровня горизонтальной отметки 204 и начинается оценка датчика давления. Работа по оценке датчика начинается при изменении идентификатора режима диагностики системы впуска воздуха двигателя с более низкого уровня на более высокий. Вскоре после этого подается управляющий сигнал, регулирующий длительность рабочего цикла электрического вакуумного регулятора, так что ограничение между вентиляционным отверстием электрического вакуумного регулятора и выходным отверстием электрического вакуумного регулятора меньше предопределенной величины (например, ограничение потока, которое приводит к падению давления меньше чем на 20 кПа). Посредством управляющего сигнала, подаваемого на электрический вакуумный регулятор, на снижение ограничения потока между вентиляционным отверстием и выходным отверстием, бачок привода перепускной заслонки соединяется воздушным каналом с системой впуска воздуха двигателя, расположенной до компрессора турбонагнетателя, чтобы давление в бачке привода перепускной заслонки в значительной степени соответствовало барометрическому давлению при условиях низкого воздушного потока двигателя. Давление в бачке привода перепускного клапана может быть стабилизировано, и после короткой задержки, соответствующей ограничению воздушного потока между электрическим вакуумным регулятором и системой впуска воздуха двигателя, проводится измерение давления уровня вакуума в бачке привода перепускной заслонки с помощью датчика давления или датчика вакуума. В одном варианте осуществления изобретения выходное значение датчика барометрического давления (например, элемент 87 на Фиг. 1) сравнивается с выходным значением датчика (например, элемент 89 на Фиг. 1), подверженного воздействию содержимого бачка привода перепускной заслонки. Если выходное значение датчика барометрического давления отличается от выходного значения датчика бачка привода перепускной заслонки на величину, превышающую заранее заданное значение, может быть дано указание об ухудшении характеристик датчика.

В момент времени Т₅ диагностика ухудшения характеристик датчика давления прекращается. Так как управляющий сигнал, поступающий на электрический вакуумный регулятор, уже установлен на длительность рабочего цикла, который предусматривает воздушное соединение с низким ограничением потока между вакуумным отверстием электрического вакуумного регулятора и выпускным отверстием электрического вакуумного регулятора, длительность работы электрического вакуумного регулятора не регулируется. Тем не менее, для систем, в которых перепускная заслонка обычно открыта или в которых отношение впускного отверстия и рабочего цикла электрического вакуумного регулятора является другим, рабочий цикл электрического вакуумного регулятора может быть отрегулирован. Если определено, что выходное значение датчика барометрического давления не согласовывается с датчиком, подвергающимся воздействию внутренней части бачка привода перепускной заслонки, водителю транспортного средства может быть передано указание об ухудшении характеристик впускного воздушного фильтра двигателя с помощью задания соответствующего идентификатора.

Между моментом времени Т₅ и моментом времени Т₆ двигатель выключен. Двигатель выключен в течение заранее заданного периода времени до достижения момента времени Т₆. В одном варианте осуществления изобретения заранее заданный период основан на рабочих условиях двигателя и температуре окружающей среды. Например, двигатель может охлаждаться в течение промежутка времени, позволяющего уменьшиться конвективному охлаждению двигателя.

В момент времени Т₆ диагностика датчика давления возобновляется. Диагностика датчика давления может проводиться в условиях выключенного двигателя, так что воздушный поток, поступающий в двигатель, оказывает меньшее воздействие на датчик давления, считывающий данные бачка привода перепускной заслонки. В данном варианте осуществления давление в бачке привода перепускной заслонки стремится к атмосферному давлению с помощью вентиляционного отверстия электрического вакуумного регулятора. Вследствие этого длительность рабочего цикла электрического вакуумного регулятора не должна быть увеличена. Тем не менее, в примерах, когда бачок привода перепускной заслонки содержит вакуум, длительность рабочего цикла электрического вакуумного регулятора может быть установлена равной значению, учитывающему воздушное соединение с низким ограничением потока воздуха между вентиляционным отверстием электрического вакуумного регулятора и выпускным отверстием электрического вакуумного регулятора.

В момент времени Т₇ диагностика давления отключена. Диагностика давления может быть отключена после того, как была сделана выборка данных датчика барометрического давления и датчика бачка привода перепускного клапана и были определены их средние значения за предопределенный период времени. Двигатель остается выключенным после момента времени Т₇, и диагностика останавливается.

На Фиг. 3 показана блок-схема способа оценки состояния впускного воздушного фильтра двигателя и датчиков двигателя. Способ, показанный на Фиг. 3, может быть выполнен с помощью управляющих сигналов контроллера в системе, как показано на Фиг. 1. Кроме того, в результате осуществления способ, показанного на Фиг. 3, могут быть получены последовательность и сигналы, показанные на Фиг. 2.

На этапе 302 способ 300 определяет рабочие условия двигателя. Рабочие условия двигателя могут включать в себя, в частности, частоту вращения двигателя, нагрузку двигателя, объем воздушного потока двигателя, температуру окружающей среды и барометрическое давление. После того как рабочие условия двигателя определены, способ 300 переходит на этап 304.

На этапе 304 способ 300 оценивает, является ли объем воздушного потока двигателя больше порогового значения. Пороговое значение может изменяться в зависимости от рабочих условий двигателя. Например, во время работы холодного двигателя пороговое значение воздушного потока может быть увеличено, в результате вероятность проведения диагностики впускного воздушного фильтра двигателя меньше. При более высоких температурах двигателя пороговое значение воздушного потока может быть снижено, чтобы предусмотреть более частое проведение диагностики впускного воздушного фильтра двигателя. В дополнение, в некоторых вариантах осуществления диагностика впускного воздушного фильтра двигателя может быть запущена только после того, как транспортное средство проехало заранее заданное количество миль с момента проведения предыдущей диагностики воздушного фильтра двигателя. Также в других вариантах осуществления изобретения способ 300 может переходить на этап 306 только при выбранных рабочих условиях двигателя, когда частота вращения двигателя и нагрузка требуют небольшого ограничения потока воздуха между вентиляционным отверстием электрического вакуумного регулятора и выпускным отверстием электрического вакуумного регулятора. Таким образом, диагностика впускного воздушного фильтра двигателя может быть своевременно запущена, с тем, чтобы ограничить вмешательство в работу двигателя. Если величина воздушного потока двигателя выше порогового значения, способ 300 переходит на этап 306. В противном случае способ 300 переходит на этап 314.

На этапе 306 способ 300 регулирует управляющий сигнал (например, длительность рабочего цикла, напряжения или тока), подаваемый на электрический вакуумный регулятор для установления воздушного соединения с низким ограничением потока воздуха между вентиляционным отверстием электрического вакуумного регулятора и выпускным отверстием электрического вакуумного регулятора. Так как вентиляционное отверстие электрического вакуумного регулятора соединено воздушным каналом с системой впуска воздуха двигателя в месте, расположенном между входным воздушным фильтром двигателя и компрессором турбонагнетателя, бачок привода перепускной заслонки стремится к такому же давлению, что и система впуска воздуха двигателя между воздушным фильтром и впускным отверстием компрессора. Способ 300 переходит на этап 308 после того, как было запущено изменение управляющего сигнала электрического вакуумного регулятора.

На этапе 308 способ 300 оценивает, повысит ли регулирование длительности рабочего цикла электрического вакуумного регулятора давление наддува до значения выше желаемого уровня. В одном варианте осуществления изобретения длительность рабочего цикла электрического вакуумного регулятора, текущая частота вращения двигателя и воздушный поток двигателя используются для проведения индексирования в таблице, содержащей значения величины наддува, определяемые эмпирическим путем. В альтернативном варианте осуществления давление наддува может отслеживаться с помощью датчика, чтобы определить, находится ли значение давления наддува выше желаемого уровня. Если значение давления наддува выше желаемого уровня или если ожидаемое значение давления наддува выше желаемого уровня, способ 300 переходит на этап 310. В противном случае способ 300 переходит на этап 312.

На этапе 310 способ 300 регулирует положение перепускного клапана компрессора (CBV) для регулирования давления наддува двигателя. В одном варианте осуществления длительность рабочего цикла перепускного клапана компрессора устанавливается таким образом, чтобы позволить воздушному потоку в выпускном отверстии компрессора турбонагнетателя быть направленным к впускному отверстию компрессора турбонагнетателя. Перепускной клапан компрессора может быть отрегулирован на основании отклика датчика давления наддува или на основании положения электрического вакуумного регулятора. В системах, в которых перепускной клапан компрессора просто открывается и закрывается, перепускной клапан компрессора может удерживаться в закрытом положении и диагностика состояния впускного воздушного фильтра двигателя может быть проведена только при возникновении незапланированных условий, когда воздушный поток двигателя находится на высоком уровне и электрический вакуумный регулятор находится в состоянии низкого ограничения потока воздуха между впускным вентиляционным отверстием и выпускным отверстием. Способ 300 переходит на этап 312 после того, как положение перепускного клапана компрессора отрегулировано.

На этапе 312 способ 300 определяет состояние впускного воздушного фильтра двигателя. В одном варианте осуществления значение давления или уровень вакуума, измеряемые в бачке привода перепускной заслонки, сравнивается с предопределенным значением давления или уровнем вакуума, которое основано на объеме воздуха двигателя. В частности, таблица, содержащая определенные эмпирическим путем уровни давления или вакуума, индексируется с помощью объема воздуха двигателя. Если давление в бачке привода перепускной заслонки меньше значения давления, полученного по таблице, может быть диагностировано ухудшение характеристик впускного воздушного фильтра двигателя. В противном случае в результате диагностики может быть обнаружено отсутствие ухудшения характеристик впускного воздушного фильтра двигателя до уровня ниже желаемого. Таблица может включать выравнивание барометрического давления и температуры. Способ 300 переходит на этап завершения после того, как диагностика впускного воздушного фильтра двигателя проведена.

На этапе 314 способ 300 оценивает, является ли величина воздушного потока двигателя меньше порогового уровня. Также в некоторых вариантах осуществления изобретения способ 300 может потребовать остановки двигателя для проведения диагностики датчика давления или датчика вакуума. Если способ 300 определяет, что объем воздуха двигателя меньше порогового значения, способ 300 переходит на этап 316. В противном случае способ 300 завершается.

На этапе 316 способ 300 регулирует управляющий сигнал (например, длительность рабочего цикла, напряжение или ток), подаваемый на электрический вакуумный регулятор для обеспечения воздушного соединения с низким ограничением потока воздуха между вентиляционным отверстием электрического вакуумного регулятора и выпускным отверстием электрического вакуумного регулятора. Так как уровень воздушного потока двигателя является низким, давление в воздухозаборнике двигателя приближается к барометрическому давлению. В некоторых вариантах осуществления давление, измеряемое в бачке привода перепускной заслонки, может быть отрегулировано на основании воздушного потока двигателя, чтобы скомпенсировать падение давления в воздушном фильтре двигателя. Давление в бачке привода перепускной заслонки может быть определено с помощью датчика бачка привода перепускной заслонки и сопоставлено с выходным значением датчика барометрического давления. В одном варианте осуществления изобретения выходное значение датчика бачка привода перепускной заслонки вычитается из выходного значения датчика барометрического давления. Способ 300 переходит на этап 218 после проведения сравнения выходного значения датчика барометрического давления с выходным значением датчика бачка привода перепускной заслонки.

На этапе 318 способ 300 оценивает, согласуются ли выходные значения датчиков. В одном варианте осуществления, если разница между выходными значениями датчиков меньше заранее заданной величины, может быть определено, что выходные значения датчиков согласованы. Если выходные значения датчиков согласованы, способ 300 переходит на этап завершения. В противном случае способ 300 переходит на этап 320.

На этапе 320 способ 300 устанавливает идентификатор ухудшения характеристик датчика. Идентификатор ухудшения характеристик указывает, что, возможно, характеристики датчика барометрического давления или датчика бачка привода перепускной заслонки ухудшились. В некоторых вариантах осуществления ухудшение характеристик датчика бачка привода перепускной заслонки можно отличить от ухудшения характеристик датчика барометрического давления посредством сравнения давления наддува, возникающего при определенной частоте вращения двигателя, и определенной нагрузке, с выходным значением давления или вакуума, полученного от датчика бачка привода перепускной заслонки. Так как выходное значение датчика бачка привода перепускной заслонки может указывать на положение перепускной заслонки, может быть определено, указывает ли выходное значение давления или вакуума посредством датчика бачка привода перепускной заслонки на положение перепускной заслонки. Способ 300 переходит на этап завершения после того, как установлено, что диагностика датчика указывает на ухудшение характеристик датчика.

Необходимо отметить, что по ходу всего описания упоминаются вакуум и датчики вакуума. Тем не менее, вместо датчиков вакуума датчики давления могут быть использованы и для обнаружения ухудшения характеристик вакуумной системы могут быть проведены аналогичные операции. Также перепускная заслонка, описываемая в данном документе, представляет собой обычно закрытую перепускную заслонку. Тем не менее, в альтернативных вариантах осуществления перепускной клапан обычно может быть открыт. Таким образом, описание конкретного варианта выполнения перепускной заслонки, приведенное в данном документе, не направлено на ограничение объема настоящего раскрытого изобретения.

Как будет понятно специалистам в данной области техники, способы, показанные на Фиг. 3, могут включать в себя любое количество одного или более алгоритмов обработки, таких как управление событиями, управление прерываниями, многозадачность, многопоточность и подобные. Таким образом, проиллюстрированные шаги или функции могут быть выполнены в приведенной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть исключены. Аналогичным образом, данный порядок обработки не обязательно должен соблюдаться для достижения целей, характеристик или преимуществ, описанных в данном документе, но предоставлен для простоты иллюстрирования и описания. Хотя это и не было выражено в явной форме, специалисту в данной области техники будет понятно, что один или более из приведенных шагов или функций могут выполняться многократно, в зависимости от конкретного используемого алгоритма.

Как понятно специалистам в данной области техники, возможны различные изменения и модификации настоящего изобретения без выхода за рамки настоящего изобретения. Например, данное описание может быть использовано для одноцилиндровых, I2, I3, I4, I5, V6, V8, V10, V12 и V16 двигателей, работающих на природном газе, бензине, дизеле или альтернативных топливных схемах.

Изобретение может быть использовано при диагностике воздушных фильтров двигателей внутреннего сгорания. Способ определения состояния впускного воздушного фильтра (82) предназначен для двигателя (10), который содержит турбонагнетатель, имеющий перепускную заслонку и электронный контроллер (12) двигателя, в котором выполняют следующие операции. Создают движущую силу из вакуумного бачка (138) и прилагают эту движущую силу путем настройки электрического вакуумного регулятора. Задействуют вакуумный привод перепускной заслонки с помощью указанной выше движущей силы. Вакуумный привод перепускной заслонки соединен с перепускной заслонкой турбонагнетателя. Изменяют положение перепускной заслонки турбонагнетателя с помощью присоединенного привода перепускной заслонки. Оценивают состояние фильтра (82) воздухозаборника двигателя с помощью электронного контроллера (12) двигателя в зависимости от состояния бачка вакуумного привода перепускной заслонки. Уведомляют оператора об ухудшении состояния впускного воздушного фильтра (82). Раскрыты вариант способа определения состояния впускного воздушного фильтра двигателя и система диагностики впускного воздушного фильтра. Технический результат заключается в уменьшении сложности контроля и диагностики работы двигателя. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ определения состояния впускного воздушного фильтра двигателя, причем двигатель содержит турбонагнетатель, имеющий перепускную заслонку и электронный контроллер двигателя, в котором выполняют следующие операции:
создают движущую силу из вакуумного бачка;
прилагают эту движущую силу путем настройки электрического вакуумного регулятора;
задействуют вакуумный привод перепускной заслонки с помощью указанной движущей силы, причем вакуумный привод перепускной заслонки соединен с перепускной заслонкой турбонагнетателя;
изменяют положение перепускной заслонки турбонагнетателя с помощью присоединенного привода перепускной заслонки;
оценивают состояние фильтра воздухозаборника двигателя с помощью электронного контроллера двигателя в зависимости от состояния бачка вакуумного привода перепускной заслонки;
уведомляют оператора об ухудшении состояния впускного воздушного фильтра.

2. Способ по п. 1, в котором движущая сила представляет собой вакуум или давление, а состояние вакуумного бачка представляет собой уровень давления или вакуума.

3. Способ по п. 2, в котором электрический вакуумный регулятор настраивают таким образом, чтобы обеспечивать давление на вентиляционном отверстии электрического вакуумного регулятора к выходному отверстию электрического вакуумного регулятора.

4. Способ по п. 3, в котором давление представляет собой давление в системе впуска воздуха двигателя.

5. Способ по п. 1, в котором уведомление об ухудшении состояния впускного воздушного фильтра двигателя основывают на соотношении между барометрическим давлением и давлением в вакуумном бачке вакуумного привода перепускной заслонки или разницы между барометрическим давлением и давлением в вакуумном бачке вакуумного привода перепускной заслонки.

6. Способ по п. 1, в котором об ухудшении состояния впускного воздушного фильтра двигателя уведомляют, если количество воздуха, проходящее в двигатель, больше заранее заданного значения.

7. Способ определения состояния впускного воздушного фильтра двигателя, причем двигатель включает в себя турбонагнетатель, имеющий перепускную заслонку и электронный контроллер двигателя, в котором выполняют следующие операции:
создают движущую силу из вакуумного бачка;
прилагают эту движущую силу путем настройки электрического вакуумного регулятора;
задействуют вакуумный привод перепускной заслонки с помощью указанной движущей силы, причем вакуумный привод перепускной заслонки соединен с перепускной заслонкой турбонагнетателя;
изменяют положение перепускной заслонки турбонагнетателя с помощью присоединенного привода перепускной заслонки;
определяют состояние впускного воздушного фильтра двигателя с помощью электронного контроллера двигателя на основании состояния вакуумного бачка;
уведомляют оператора об ухудшении состояния впускного воздушного фильтра, когда выполняется первое условие для вакуумного бачка;
определяют состояние датчика давления, соединенного с двигателем, на основании состояния вакуумного бачка вакуумного привода перепускной заслонки при выполнении второго условия;
уведомляют оператора о снижении эффективности работы датчика давления.

8. Способ по п. 7, в котором первым условием является превышение порогового уровня объема воздуха двигателя, состояние вакуумного бачка представляет собой уровень вакуума или давления, а движущая сила представляет собой давление или вакуум.

9. Способ по п. 7, в котором вторым условием является объем воздуха двигателя меньше порогового значения.

10. Способ по п. 7, в котором уведомление о снижении эффективности работы датчика давления основано на показаниях датчика вакуумного бачка перепускной заслонки или датчика барометрического давления.

11. Способ по п. 7, в котором регулирование электрического вакуумного регулятора включает в себя управление уровнем вакуума на выходном отверстии электрического вакуумного регулятора и в вакуумном бачке вакуумного привода перепускной заслонки через значение длительности рабочего цикла, передаваемое на электрический вакуумный регулятор.

12. Способ по п. 11, в котором длительность рабочего цикла настраивают на подачу давления на вентиляционном отверстии электрического вакуумного регулятора к выходному отверстию электрического вакуумного регулятора, где вентиляционное отверстие находится в пневматическом сообщении с системой впуска воздуха двигателя.

13. Способ по п. 7, в котором снижение эффективности датчика давления определяют на основании сравнения выходного значения первого датчика с выходным значением второго датчика.

14. Система диагностики впускного воздушного фильтра, которая включает в себя:
двигатель, содержащий систему впуска воздуха и систему выпуска отработавших газов;
турбонагнетатель, соединенный с двигателем и содержащий компрессор в системе впуска воздуха и турбину в системе выпуска отработавших газов;
воздушный фильтр внутри системы впуска воздуха;
вакуумный привод перепускной заслонки, соединенный с турбонагнетателем;
электрический вакуумный регулятор, находящийся в пневматическом сообщении с системой впуска воздуха, вакуумным бачком вакуумного привода перепускной заслонки и системой обеспечения вакуума; и
контроллер с постоянной памятью, в которой хранятся инструкции для предоставления информации о состоянии воздушного фильтра на основании состояния вакуумного бачка вакуумного привода перепускной заслонки.

15. Система по п. 14, в которой состояние вакуумного бачка вакуумного привода перепускной заслонки представляет собой давление или вакуум, причем контроллер содержит дополнительные инструкции для определения ухудшения характеристик датчика на основании состояния вакуумного бачка вакуумного привода перепускной заслонки.

16. Система по п. 14, в которой электрический вакуумный регулятор находится в пневматическом сообщении с системой впуска воздуха в положении между воздушным фильтром и впускным отверстием компрессора.

17. Система по п. 14, в которой система обеспечения вакуума содержит впускной коллектор и вакуумный насос.

18. Система по п. 14, в которой контроллер содержит дополнительные инструкции для по меньшей мере частичного открывания перепускного клапана компрессора при поступлении запроса об оценке состояния воздушного фильтра.

19. Система по п. 18, в которой контроллер содержит дополнительные инструкции для оценки состояния воздушного фильтра, когда воздушный поток двигателя выше порогового значения.