СПОСОБ КОНТРОЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2017 года по МПК F02D11/10 F02D41/22 F02D41/30 F02D41/38 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее описание относится к контролю двигателя. В одном из примеров, раскрыт способ для ограничения заряда воздуха в цилиндре. Подход может быть особенно полезным для двигателей, которые содержат систему диагностики.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Системы впрыска топлива для двигателей внутреннего сгорания могут включать в себя датчики давления для обеспечения обратной связи по давлению топлива в систему управления подачей топлива, так что требуемое давление топлива может выдаваться в двигатель. Поскольку на количество топлива, впрыскиваемого в двигатель, может влиять давление, при котором подается топливо, может быть желательным подтверждать, что топливо выдается под требуемым давлением. Если топливо не выдается под требуемым давлением, выбросы и рабочие характеристики двигателя могут ухудшаться. Кроме того, может быть желательно ограничивать заряд воздуха в двигателе во время таких условий для ограничения крутящего момента двигателя. Поэтому, может быть желательно выяснять, подается или нет топливо под требуемым давлением, и является или нет датчик давления топлива работающим требуемым образом. Один из способов подтверждать работу датчика давления топлива состоит в том, чтобы предоставлять множество датчиков топлива для измерения давления топлива. Однако, предоставление множества датчиков давления топлива, которые обеспечивают по существу идентичную функцию, может увеличивать стоимость системы. Дополнительно, датчики давления топлива могут выбираться, чтобы предоставлять показания давления в большом диапазоне давлений. Следовательно, выходной сигнал с датчиков давления может не давать настолько большого разрешения, насколько требуется для относительно малых изменений давления топлива.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Автор в материалах настоящей заявки увидел вышеупомянутые недостатки и разработал способ контроля давления топлива в двигателе, включающий: подачу команды на первый исполнительный механизм, чтобы вызывать изменение давления топлива; регулирование второго исполнительного механизма в ответ на изменение температуры топлива, которое происходит от подачи команды исполнительному механизму, чтобы вызывать изменение давления топлива; и ограничение заряда воздуха в цилиндре до меньшего, чем пороговое значение, посредством второго исполнительного механизма.

В дополнительных аспектах раскрыто, что первый исполнительный механизм является клапаном регулирования давления направляющей-распределителя для топлива, и причем второй исполнительный механизм является дросселем; первый исполнительный механизм является дозирующим клапаном расхода топливного насоса, и причем второй исполнительный механизм является топливной форсункой; на первый исполнительный механизм подается команда в ответ на запрос крутящего момента водителем; на первый исполнительный механизм не подается команда в ответ на запрос крутящего момента водителем; подача команды на первый исполнительный механизм, чтобы вызывать изменение давления топлива, выполняется во время первого цикла цилиндра в ответ на запрос крутящего момента водителем, и дополнительно содержит этап, на котором, во время второго цикла, на первый исполнительный механизм подается команда независимо от запроса крутящего момента водителем, чтобы вызывать изменение давления топлива, когда изменение температуры топлива находится вне заданного диапазона; изменение температуры топлива определяется в течение заданного времени после подачи команды на первый исполнительный механизм.

В еще одном аспекте изобретения раскрыт способ контроля двигателя, включающий этапы, на которых: подают команду на первый исполнительный механизм, чтобы вызывать изменение давления топлива ниже по потоку от топливного насоса; и регулируют второй исполнительный механизм в ответ на сравнение между выходным сигналом датчика давления топлива и выходным сигналом датчика температуры.

В дополнительных аспектах раскрыто, что сравнение включает этап, на котором определяют ошибку между первой переменной, определенной по выходному сигналу датчика давления топлива, и второй переменной, определяемой одному сигналу датчика температуры; сравнение включает в себя эта, на котором сравнивают ошибку с заданным значением и выдают указание ухудшения характеристик, когда ошибка является большей, чем заданное значение; первый исполнительный механизм является клапаном регулирования давления топлива или клапаном регулирования расхода топливного насоса; второй исполнительный механизм является дросселем или топливной форсункой; преобразуют выходной сигнал датчика температуры в переменную, указывающую давление топлива; выходной сигнал датчика температуры вводится в уравнение, основанное на регрессии, чтобы выдавать переменную, указывающую давление топлива.

В еще одном аспекте раскрыта система двигателя, содержащая: цилиндр; направляющую-распределитель для топлива; топливную форсунку в сообщении по текучей среде с направляющей-распределителем для топлива, и впрыскивающую топливо непосредственно в цилиндр; и контроллер, содержащий компьютерную программу, хранимую в невременном носителе, содержащем исполняемые команды для регулирования исполнительного механизма в ответ на оценку давления топлива, выдаваемую исключительно посредством датчика температуры.

В дополнительных аспектах раскрыто, что система дополнительно содержит датчик давления и топливный насос, датчик давления расположен ниже по потоку от топливного насоса и присоединен к направляющей-распределителю для топлива, дополнительно содержит дополнительные команды для сравнения выходного сигнала датчика давления с выходным сигналом датчика температуры; исполнительный механизм является дросселем или топливной форсункой; цилиндр находится в двигателе, и дополнительно содержащая ограничение выходной мощности двигателя в ответ на оценку давления топлива; система дополнительно содержит дополнительные исполняемые команды для выдачи указания ухудшения характеристик в ответ на оценку давления топлива, выдаваемую исключительно посредством датчика температуры.

Таким образом, выходной сигнал с датчика температуры топлива может считывать температуру топлива во время, когда температура топлива может быть преобразована в переменную, которая указывает давление топлива. Кроме того, переменная может сравниваться с выходным сигналом датчика давления, чтобы определять, есть ли требуемая связь между выходным сигналом датчика давления и выходным сигналом датчика температуры. В одном из примеров, о давлении топлива делают вывод из давления топлива, основанного на адиабатическом сжатии топлива, и заряд воздуха в цилиндре ограничивается, когда есть несогласованность между оценками давления топлива.

Настоящее описание может давать несколько преимуществ. Более точно, подход может снижать стоимость системы наряду с предоставлением резервного считывания давления топлива. Кроме того, подход может быть полезен для идентификации ухудшения характеристик датчиков температуры или давления. Кроме того еще, подход может быть реализован в существующих топливных системах без необходимости значительных изменений конструкции топливных систем.

Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и особенности настоящего описания будут очевидны из последующего подробного описания изобретения, взятого отдельно или вместе с прилагаемыми чертежами.

Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, предоставлено для ознакомления в упрощенной форме с подборкой концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании изобретения. Оно не идентифицирует ключевые или существенные признаков заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые решают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 показывает схематичное изображение двигателя;

фиг. 2 показывает подробное изображение топливной системы, которая подает топливо в двигатель;

фиг. 3 показывает примерный моделированный график интересующих сигналов при контроле топливной системы; и

фиг. 4 показывает блок-схему последовательности операций примерного способа контроля топливной системы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее описание имеет отношение к контролю условий работы топливной системы. Топливная система обеспечивает топливо в двигатель. Фиг. 1 показывает один из примеров двигателя, хотя раскрытые системы и способ применимы к двигателям с воспламенением от сжатия, двигателям с воспламенением от сжатия и турбинам. В одном из примеров, выходной сигнал датчика температуры топлива сравнивается с выходным сигналом датчика давления топлива в системе, как показано на фиг. 2. Примерные последовательности для контроля топливной системы включены в фиг. 3. В заключение, фиг. 4 предусматривает блок-схему последовательности операций примерного способа контроля топливной системы.

Далее, со ссылкой на фиг. 1, двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий множество цилиндров, один цилиндр которого показан на фиг. 1, управляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 включает в себя камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным в них и присоединенным к коленчатому валу 40. Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответственный впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной клапан и выпускной клапан может приводиться в действие кулачком 51 впускного клапана и кулачком 53 выпускного клапана. Положение кулачка 51 впускного клапана может определяться датчиком 55 кулачка впускного клапана. Положение кулачка 53 выпускного клапана может определяться датчиком 57 кулачка выпускного клапана.

Топливная форсунка 66 показана расположенной, чтобы впрыскивать топливо непосредственно в камеру 30 сгорания, что известно специалистам в данной области техники как непосредственный впрыск. Топливная форсунка 66 подает топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW из контроллера 12. Топливо подается на топливную форсунку 66 топливной системой, как показано на фиг. 2. Давление топлива, подаваемое топливной системой, может регулироваться изменением впускного дозирующего клапана, регулирующего поток в топливный насос (не показан), и клапана регулирования давления направляющей-распределителя для топлива.

Впускной коллектор 44 показан сообщающимся с необязательным электронным дросселем 62, который регулирует положение дроссельной заслонки 64 для регулирования потока воздуха из впускной камеры 46 наддува. Компрессор 162 втягивает воздух из воздухозаборника 42 для питания камеры 46 наддува. Отработавшие газы вращают турбину 164, которая присоединена к компрессору 162 через вал 161. В некоторых примерах, может быть предусмотрен охладитель наддувочного воздуха. Частота вращения компрессора может регулироваться посредством регулирования положения элемента 72 управления регулируемыми лопастями или перепускного клапана 158 компрессора. В альтернативных примерах, регулятор 74 давления наддува может заменять или использоваться в дополнение к элементу 72 управления регулируемыми лопастями. Элемент 72 управления регулируемыми лопастями регулирует положение лопастей турбины с изменяемой геометрией. Отработавшие газы могут проходить через турбину 164, подводя незначительную энергию для вращения турбины 164, когда лопасти находятся в открытом положении. Отработавшие газы могут проходить через турбину 164 и передавать повышенную силу на турбину 164, когда лопасти находятся в закрытом положении. В качестве альтернативы, регулятор 74 давления наддува предоставляет отработавшим газам возможность обтекать турбину 164, с тем, чтобы уменьшать количество энергии, подаваемой на турбину. Перепускной клапан 158 компрессора предоставляет сжатому воздуху на выпуске компрессора 162 возможность возвращаться на вход компрессора 162. Таким образом, эффективность компрессора 162 может уменьшаться, с тем чтобы оказывать влияние на расход компрессора 162 и снижать вероятность скачков компрессора.

Сгорание инициируется в камере 30 сгорания, когда топливо воспламеняется без специализированного искрового источника, такого как свеча зажигания, в то время как поршень 36 приближается к верхней мертвой точке такта сжатия, и давление в цилиндре возрастает. В некоторых примерах, универсальный датчик 126 кислорода в отработавших газах (UEGO) может быть присоединенным к выпускному коллектору 48 выше по потоку от устройства 70 очистки выбросов. В других примерах, датчик UEGO может быть расположен ниже по потоку от одного или более устройств последующей очистки отработавших газов. Кроме того, в некоторых примерах, датчик UEGO может быть заменен датчиком NOx, который имеет элементы считывания как NOx, так и кислорода.

При более низких температурах, свеча 68 накаливания может преобразовывать электрическую энергию в тепловую энергию, с тем чтобы поднимать температуру в камере 30 сгорания. Посредством подъема температуры камеры 30 сгорания, может быть легче воспламенять топливо-воздушную смесь в цилиндре посредством сжатия.

Устройство 70 очистки выбросов, в одном из примеров, может включать в себя сажевый фильтр и блоки каталитического нейтрализатора. В еще одном примере, могут использоваться множество устройств снижения токсичности выбросов, каждое с множеством брикетов. Устройство 70 очистки выбросов, в одном из примеров, может включать в себя окислительный каталитический нейтрализатор. В других примерах, устройство очистки выбросов может включать в себя уловитель обедненных NOx или устройство избирательного каталитического восстановления (SCR) и/или дизельный сажевый фильтр (DPF).

Рециркуляция отработавших газов (EGR) может подаваться в двигатель через клапан 80 EGR. Клапан 80 EGR является трехходовым клапаном, который закрывается или предоставляет отработавшим газам возможность протекать из местоположения ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности выбросов в местоположение в системе впуска воздуха двигателя выше по потоку от компрессора 162. В альтернативных примерах, EGR может течь из местоположения выше по потоку от турбины 164 во впускной коллектор 44. EGR может обходить охладитель 85 EGR или, в качестве альтернативы, EGR может охлаждаться посредством прохождения через охладитель 85 EGR. В других примерах может быть предусмотрена система EGR высокого давления и низкого давления.

Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве традиционного микрокомпьютера, включающего в себя: микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110 и традиционную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе: температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; датчика 134 положения, присоединенного к педали 130 акселератора для считывания положения, заданного ступней 132; измерение давления во впускном коллекторе двигателя (MAP) с датчика 121 давления, присоединенного к впускному коллектору 44; давление наддува с датчика 122 давления; концентрацию кислорода в отработавших газах с кислородного датчика 126; датчика положения двигателя с датчика 118 на эффекте Холла, считывающего положение коленчатого вала 40; измерение массы воздуха, поступающего в двигатель, с датчика 120 (например, измерителя расхода воздуха с термоэлементом); и измерение положения дросселя с датчика 58. Барометрическое давление также может считываться (датчик не показан) для обработки контроллером 12. В предпочтительном аспекте настоящего описания, датчик 118 положения двигателя вырабатывает заданное количество равномерно разнесенных импульсов каждый оборот коленчатого вала, по которому может определяться частота вращения двигателя (RPM, в оборотах в минуту).

Во время работы, каждый цилиндр в двигателе 10 типично проходит четырехтактный цикл: цикл включает в себя такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. В течение такта впуска, обычно, выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух вовлекается в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, поршень 36 перемещается к дну цилиндра, с тем чтобы увеличивать объем внутри камеры 30 сгорания. Положение, в котором поршень 36 находится около дна цилиндра и в конце своего хода (например, когда камера 30 сгорания находится при своем наибольшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники ссылкой как нижняя мертвая точка (НМТ, BDC). Во время такта сжатия, впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается к головке блока цилиндров, с тем, чтобы сжимать воздух внутри камеры 30 сгорания. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего хода и самой близкой к головке блока цилиндров (например, когда камера 30 сгорания находится при своем наименьшем объеме), типично указывается специалистами в данной области техники в качестве верхней мертвой точки (ВМТ, TDC). В процессе, в дальнейшем указываемом ссылкой как впрыск, топливо вводится в камеру сгорания. В некоторых примерах, топливо может впрыскиваться в цилиндр множество раз в течение одиночного цикла цилиндра. В последовательности операций, в дальнейшем указываемой ссылкой как зажигание, впрыскиваемое топливо подвергается зажиганию посредством воспламенения от сжатия, имеющего следствием сгорание. Во время такта расширения, расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно в НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует перемещение поршня в крутящий момент вращающегося вала. В конце, во время такта выпуска, выпускной клапан 54 открывается, чтобы выпускать подвергнутую сгоранию топливо-воздушную смесь в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается в ВМТ. Отметим, что вышеприведенное описано просто в качестве примера, и что установки момента открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов могут меняться так, чтобы давать положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана или различные другие примеры. Кроме того, в некоторых примерах, может использоваться скорее двухтактный цикл, нежели четырехтактный цикл.

Далее, со ссылкой на фиг. 2, показано подробное изображение топливной системы, которая подает топливо в двигатель. Топливная система по фиг. 2 может контролироваться в системе двигателя по фиг. 1 посредством способа по фиг. 4.

Топливная система 200 включает в себя различные клапаны и насосы, которые управляются контроллером 12. Давление топлива в направляющей-распределителе 222 для топлива считывается посредством датчика 220 давления. Контроллер 12 управляет давлением в направляющей-распределителе 222 для топлива с использованием обратной связи по давлению с датчика 220 давления. Контроллер 12 приводит в действие топливный насос 206, чтобы подавать топливо в дозирующий клапан 208 расхода топливного насоса. Запорный клапан 210 предоставляет топливу возможность течь в топливный насос 256 высокого давления и ограничивает обратный поток из топливного насоса 256 высокого давления. Дозирующий клапан 208 расхода топливного насоса регулирует количество топлива, поступающего в топливный насос 256 высокого давления. Кулачок 216 приводится в движение двигателем и обеспечивает движущую силу на поршень 202, который действует на топливо в насосной камере 212.

Топливный насос 256 высокого давления направляет топливо в направляющую-распределитель 222 для топлива через запорный клапан 218. Давление топлива в направляющей-распределителе 222 для топлива может регулироваться посредством регулирования клапанов 208 и 226. Клапан 226 регулирования давления направляющей распределителя для топлива может устанавливаться частично открытым во время рабочих условий, из условия чтобы по меньшей мере часть топлива, подаваемого топливным насосом 256, возвращалась в топливный бак 204. Клапан 226 регулирования давления направляющей-распределителя для топлива может по меньшей мере частично открываться на дополнительную величину во время некоторых условий для снижения давления топлива в направляющей-распределителе 222 для топлива. Клапан 226 регулирования давления направляющей-распределителя для топлива может по меньшей мере частично закрываться во время некоторых условий, чтобы повышать давление в направляющей-распределителе 222 для топлива. Направляющая-распределитель 222 для топлива может выдавать топливо на один ряд цилиндров двигателя через топливные форсунки 66. В других примерах, еще одна направляющая-распределитель для топлива (не показана) подает топливо на второй ряд цилиндров двигателя через топливные форсунки. Клапан 226 регулирования давления направляющей-распределителя для топлива может управляться отдельно от дозирующего клапана 208 расхода топливного насоса, так что давление топлива в направляющей-распределителе 222 для топлива может регулироваться, посредством чего каждый клапан или комбинация клапанов обеспечивает требуемую характеристику давления топлива.

Температура топлива контролируется датчиками 230 и 231 температуры. Датчик 231 считывает температуру топлива до того, как топливный насос 256 совершает работу над топливом. Датчик 230 считывает температуру топлива после того, как топливный насос 256 совершает работу над топливом. Датчик 230 может быть размещен в направляющей-распределителе 222 для топлива, если требуется. В некоторых примерах, температура топлива может считываться в магистрали 250 возврата топлива посредством датчика 233 температуры.

Таким образом, система по фиг. 1 и 2 предусматривает систему двигателя, содержащую: цилиндр; направляющую-распределитель для топлива; топливную форсунку в сообщении по текучей среде с направляющей-распределителем для топлива, и впрыскивающую топливо непосредственно в цилиндр; и контроллер, включающий в себя компьютерную программу, хранимую на невременном носителе, включающем в себя исполняемые команды для регулирования исполнительного механизма в ответ на оценку давления топлива, выдаваемую исключительно посредством датчика температуры. Система двигателя дополнительно содержит датчик давления и топливный насос, датчик давления расположен ниже по потоку от топливного насоса и присоединен к направляющей-распределителю для топлива. Система двигателя дополнительно содержит дополнительные команды для сравнения выходного сигнала датчика давления с выходным сигналом датчика температуры. Система двигателя учитывает те случаи, когда исполнительный механизм является дросселем или топливной форсункой. Система двигателя также учитывает те случаи, когда цилиндр находится в двигателе, и дополнительно содержащая ограничение выходной мощности двигателя в ответ на оценку давления топлива. Система двигателя дополнительно содержит дополнительные исполняемые команды для выдачи указания ухудшения характеристик в ответ на оценку давления топлива, выдаваемую исключительно посредством датчика температуры.

Далее, со ссылкой на фиг. 3, показан примерный моделированный график интересующих сигналов при контроле топлива. Последовательность по фиг. 3 может обеспечиваться посредством контроллера 12, выполняющего команды способа, показанного на фиг. 4. Вертикальные метки T0-T6 указывают особенно интересные моменты времени в последовательности.

Фиг. 3 включает в себя пять графиков, и каждый из пяти графиков включает в себя ось X, которая представляет время. Время увеличивается с левой стороны фиг. 3 к правой стороне фиг. 3 в направлении стрелок оси X.

Первый график сверху по фиг. 3 представляет команду управления расходом топливного насоса. Команда управления расходом топливного насоса выдается на дозирующий клапан 208 расхода топливного насоса, как показано на фиг. 2. Команда управления расходом топливного насоса возрастает в направлении стрелки оси Y. Расход топлива в топливный насос высокого давления увеличивается по мере того, как возрастает команда управления расходом топлива.

Второй график сверху по фиг. 3 представляет команду управления клапаном регулирования давления топлива. Команда управления клапаном давления топлива выдается на клапан 226 регулирования давления топлива, как показано на фиг. 2. Команда управления клапаном давления топлива возрастает в направлении стрелки оси Y. Команда клапана давления топлива открывает клапан давления топлива дополнительно, чтобы, тем самым, снижать давление топлива в направляющей-распределителе 222 для топлива, когда возрастает команда клапана давления топлива.

Третий график сверху по фиг. 3 представляет измеренное давление топлива. Давление топлива может считываться в направляющей-распределителе для топлива или ниже по потоку от топливного насоса, как показано на фиг. 2 под 220. Давление топлива возрастает в направлении стрелки оси Y.

Четвертый график сверху по фиг. 3 представляет измеренную температуру топлива. Температура топлива может считываться в направляющей-распределителе для топлива или ниже по потоку от топливного насоса, как показано на фиг. 2 под 230. Температура топлива возрастает в направлении стрелки оси Y.

Пятый график сверху по фиг. 3 представляет состояние флага ухудшения характеристик. Флаг ухудшения характеристик может предоставлять указание ухудшения характеристик датчика температуры топлива, ухудшения характеристик датчика давления топлива и/или ухудшения характеристик топливного насоса, дозирующего клапана расхода топливного насоса и клапана регулирования давления топлива.

Фиг. 3 показывает две последовательности контроля топливной системы. Две последовательности разделены двойным SS на временной линии каждого графика. Двойное SS обозначает разрыв во времени и условиях работы между двумя последовательностями.

Первая последовательность начинается в момент T0 времени, где команда управления расходом топливного насоса и команда управления клапаном давления по существу постоянны. Положения команды управления расходом топливного насоса и команды управления клапаном давления выдают топливо в направляющую-распределитель для топлива и топливные форсунки под требуемым давлением. Измеренное давление топлива также является по существу постоянным, как есть измеренная температура топлива. Флаг ухудшения характеристик находится на низком уровне, чтобы показывать, что ухудшение характеристик топливной системы не указано.

В момент T1 времени, топливная система входит в режим диагностики, где контролируются давление топлива и работа датчика давления топлива. Режим диагностики может начинаться, когда удовлетворена группа заданных условий. Например, режим диагностики может начинаться в заданный момент времени после запуска двигателя. В еще одном примере, режим диагностики может начинаться, когда по существу постоянны условия работы двигателя, такие как требуемый крутящий момент двигателя.

Вход в режим отслеживания топливной системы включает в себя выборку отсчетов и контроль температур и давлений топлива. Температуры и давления топлива могут подвергаться выборке отсчетов в местоположениях, показанных на фиг. 2.

В момент T2 времени, команда для изменения и повышения давления топлива выдается посредством увеличения команды управления расходом топливного насоса. Давление топлива может повышаться в ответ на запрос крутящего момента от водителя, но изменение давления топлива в это время не является активно вынужденным изменением давления топлива, имеющим отношение к входу в режим отслеживания. Возрастание команды управления расходом топливного насоса предоставляет дополнительному топливу возможность поступать в топливный насос 256, так что давление в направляющей-распределителе 222 для топлива может повышаться. Команда управления клапаном давления удерживается по существу на таком же уровне, как до момента T2 времени. Измеренное давление топлива изменяется очень мало в ответ на увеличение команды управления расходом топливного насоса. С другой стороны, измеренная температура топлива повышается спустя короткое время после того, как увеличилась команда управления расходом топливного насоса.

Измеренная температура топлива преобразуется в оцененное давление топлива между моментом T2 времени и моментом T3 времени, как подробнее описано в описании фиг. 4. Оцененное давление топлива, выведенное из температуры топлива, сравнивается с измеренным давлением топлива, и определяется, как присутствующая, ошибка, большая чем пороговое значение. Следовательно, топливная система входит в часть режима контроля топлива, где датчик давления топлива активно регулируется и контролируется посредством подачи команды повышенного давления топлива из процедуры диагностики топлива без входного сигнала от оператора двигателя.

Повышение давления топлива указывается командой в момент T3 времени, как указано командой расхода топливного насоса, возрастающей по амплитуде. В этом примере, команда управления расходом топливного насоса увеличивается ступенчатым образом. Однако, команда управления расходом топливного насоса может изменяться по линейному закону, если требуется. Изменение команды расхода топливного насоса вызывает небольшое изменение измеренного давления топлива, но измеренная температура топлива повышается существеннее. Измеренная температура топлива преобразуется в оцененное давление топлива, и оно сравнивается с измеренным давлением топлива. Поскольку есть ошибка в давлении топлива, большая чем пороговый уровень, флаг ухудшения характеристик утверждается в момент T4 времени.

В некоторых примерах, система управления двигателем может входить в ограниченный режим работы, когда утвержден флаг ухудшения характеристик. В одном из примеров, величина открывания дросселя и величина открывания топливной форсунки могут ограничиваться, с тем, чтобы ограничивать крутящий момент двигателя. Добавочное давление турбонагнетателя также может ограничиваться, когда утвержден флаг ухудшения характеристик.

Таким образом, когда есть разница между оцененным давлением топлива и измеренным давлением топлива, работа двигателя может ограничиваться. Кроме того, оцененное давление топлива основано исключительно на выходном сигнале датчика температуры топлива. Датчик температуры топлива может контролироваться ниже по потоку от топливного насоса, который совершает работу над топливом, чтобы повышать давление топлива.

Вторая последовательность начинается в момент T5 времени, где топливная система входит в режим отслеживания (мониторинга). Топливная система может входить в режим отслеживания в ответ на условия работы, как описано выше. Команда управления расходом топливного насоса и команда управления клапаном давления по существу постоянны. Измеренные температура и давление топлива также по существу постоянны. Флаг ухудшения характеристик топливной системы не утвержден, указывая, что было определено отсутствие ухудшения характеристик топливной системы.

В момент T6 времени, снижение давления топлива вызывается командой посредством открывания клапана регулирования давления топлива, как указано возрастанием команды управления клапаном давления топлива. Измеренное давление топлива следует за командой управления клапаном давления топлива и снижается вскоре после этого. Измеренная температура топлива также снижается, и это вынуждает давление топлива, которое оценивается по температуре топлива, также снижаться. В этом примере, есть ошибка между измеренным давлением топлива и оцененным давлением топлива, меньшая чем пороговое значение. Следовательно, флаг ухудшения характеристик не утверждается, и топливная система не входит в режим активного отслеживания топлива, как показано в первой последовательности по фиг. 3.

Может наблюдаться, что измеренная температура топлива демонстрирует небольшую равномерную задержку от изменения команды давления топлива до момента времени, когда температура топлива возрастает. Кроме того, измеренная температура топлива также может демонстрировать зависимость, указывающую более медленную постоянную времени. По существу, топливная система может выравнивать по времени данные, удаляя равномерную задержку и компенсируя постоянную времени. В качестве альтернативы, способ, описанный в материалах настоящей заявки, может ожидать в течение периода равномерной задержки плюс две постоянных времени перед сравнением измеренного давления с давлением, оцененным по температуре топлива.

Далее, со ссылкой на фиг. 4, показана блок-схема последовательности операций способа контроля топливной системы. Способ по фиг. 4 может быть включен в систему, показанную на фиг. 1 и 2, посредством исполняемых команд, хранимых в невременной памяти. Способ по фиг. 4 может предусматривать последовательность, показанную на фиг. 3.

На 402, способ 400 определяет условия работы. Условия работы двигателя могут включать в себя, но не в качестве ограничения, число оборотов двигателя, команду крутящего момента двигателя, давление топлива, температуру топлива, давление окружающей среды и температуру окружающей среды. Способ 400 переходит на 404 после того, как определены условия работы.

На 404, способ 400 оценивает, присутствуют ли условия работы для входа в пассивную часть монитора топливной системы. В одном из примеров, система может входить в режим монитора топливной системы после того, как двигатель был работающим в течение заданного времени, и когда двигатель работает при по существу постоянных условиях работы (например, постоянных числе оборотов и нагрузке двигателя). Если способ 400 делает вывод, что присутствуют условия работы для входа в режим отслеживания топливной системы, ответом является да, и способ 400 переходит на 406. Иначе, ответом является Нет, и способ 400 переходит на выход.

На 406, способ 400 начинает контролировать давление и температуру топливной системы. Температура и давление топлива могут контролироваться в местоположениях, как указанные на фиг. 2. Способ 400 также контролирует рабочее состояние команды управления клапаном давления топлива и команды управления расходом топливного насоса. Команда управления расходом топливного насоса и команда управления клапаном давления топлива могут контролироваться в качестве переменных внутри контроллера или посредством аппаратных средств. Способ 400 переходит на 408 после того, как температура топлива, давление топлива, команда управления расходом топливного насоса и команда управления клапаном давления топлива контролируются и подвергаются выборке для определения их соответственных состояний. Дополнительно, температура топлива, давление топлива, команда управления расходом топливного насоса и команда управления клапаном давления топлива могут сохраняться или регистрироваться в памяти в качестве начальных условий перед переходным изменением давления топлива.

На 408, способ 400 оценивает, есть или нет переходные условия (например, изменение переменной, большее, чем пороговый уровень) в команде управления клапаном давления топлива или команда управления расходом топливного насоса, чтобы определять, регулируются ли дозирующий клапан расхода топливного насоса или клапан регулирования давления топлива посредством команды крутящего момента водителя или другой команды, внешней по отношению к способу по фиг. 4. Если способ 400 определяет, что присутствует изменение давления топлива, ответом является да, и способ 400 переходит на 410. Иначе, ответом является Нет, и способ 400 переходит на выход.

На 410, способ 400 регистрирует температуру и давление топлива из местоположений ниже по потоку от топливного насоса. Местоположения могут быть такими, как указано на фиг. 2. В одном из примеров, температура и давление топлива регистрируются в памяти для обработки в более позднее время. В качестве альтернативы, температура и давление топлива могут обрабатываться в реальном времени. Кроме того, температура топлива и давление топлива могут быть дискретизированы в течение заданного времени после того, как переходный процесс обнаружен на 408. Способ 400 переходит на 412 после того, как температура и давление топлива обработаны и зарегистрированы.

На 412, способ 400 оценивает давление топлива по температуре топлива и сравнивает оцененное давление топлива с измеренным давлением топлива (например, давлением топлива, определенным по датчику давления топлива). В одном из примеров, давление топлива оценивается на основании адиабатического сжатия и расширения по температуре топлива согласно изобретению:

,

где T₂ - конечная температура, P - оцениваемое давление, T₁ - начальная температура, cp - удельная теплоемкость топлива, а - массовый расход через топливный насос. Таким образом, давление топлива может быть найдено при заданных начальных температурах топлива. Массовый расход через топливный насос может оцениваться по скорости работы насоса и команде положения или объема дозирующего клапана расхода топливного насоса.

В одном из примеров, температура топлива вводится в уравнение, основанное на регрессии наименьших квадратов по измеренным давлению топлива и температуре топлива, чтобы оценивать давление топлива. Кроме того, если требуется, коэффициенты, выведенные из регрессии, могут включать в себя чувствительность для скорости работы топливного насоса, тепловую массу топлива, давление направляющей-распределителя и другие факторы, если требуется. В других примерах, модель может быть построена непосредственно из уравнения адиабаты, приведенного выше.

Как только давление топлива оценено, ошибка может определяться посредством вычитания оцененного давления топлива из измеренного давления топлива. Ошибка затем может сравниваться с заданным пороговым значением, чтобы определять, присутствует ли ухудшение характеристик. В некоторых примерах, оцененное давление топлива и измеренное давление топлива могут сравниваться со вторым оцененным давлением топлива, которое основано на команде управления клапаном давления топлива или команде управления расходом топливного насоса. Если есть хорошая согласованность между двумя оцененными давлениями топлива и плохая согласованность с измеренным давлением топлива, может определяться, что у датчика давления топлива ухудшились характеристики. Если есть хорошая согласованность между оценкой давления топлива по температуре топлива и измеренным давлением топлива, но не с оцененным давлением топлива по команде управления расходом топливного насоса, может определяться, что ухудшились характеристики топливного насоса, дозирующего клапана топливного насоса или клапана давления топлива. С другой стороны, если есть хорошая согласованность между измеренным давлением топлива и давлением топлива, оцененным по команде управления расходом топливного насоса, но не оцененным давлением топлива по температуре топлива, может определяться, что датчик температуры топлива подвергнут ухудшению характеристик. Способ 400 переходит на 414 после того, как давление топлива оценено по температуре топлива.

На 414, способ 400 оценивает, есть или нет согласованность между переменной, которая представляет давление топлива, оцененное по температуре топлива, и измеренным давлением топлива. В одном из примеров, хорошая согласованность присутствует, когда разность между измеренным давлением топлива и оцененным давлением топлива является меньшей, чем пороговое значение. Если оцененное давление топлива и измеренное давление топлива находятся в согласовании, ответом является да, и способ 400 переходит на выход. Если нет хорошей согласованности между измеренным давлением топлива и оцененным давлением топлива, ответом является Нет, и способ 400 переходит на 416.

На 416, способ 400 оценивает, было или нет активное изменение давление вызвано командой без наличия хорошей согласованности между измеренным давлением топлива и оцененным давлением топлива по температуре топлива. Если активное изменение давления не было вызвано командой, ответом является Нет, и способ 400 переходит на 418. Если активное изменение давление было вызвано командой, и нет согласованности между измеренным давлением топлива и давлением топлива, оцененным по температуре топлива, ответом является Да, и способ 400 переходит на 420.

На 418, способ 400 дает команду изменения давления топлива. Изменение давления топлива может вызываться командой посредством настройки команды управления расходом топливного насоса или посредством настройки команды управления клапаном давления топлива. Давление топлива может повышаться или понижаться. Кроме того, временные характеристики впрыска топлива регулируются по мере того, как регулируется давление топлива, так что требуемое количество топлива подается в цилиндры двигателя. Изменение давления топлива может вызываться командой в качестве ступенчатого изменения или изменения по линейному закону. Таким образом, на 418, изменение давления топлива вызывается командой без ввода через водителя и, таким образом, давление топлива активно регулируется и контролируется. Кроме того, переходное состояние давления топлива на 408 возникает раньше по времени цикла цилиндра, чем переходное состояние давления топлива, предусмотренное на 418. Способ 400 возвращается на 410 после того, как изменение давления топлива указано командой.

На 420, способ 400 указывает подвергнутое ухудшению характеристик состояние топливной системы. В некоторых примерах, ухудшение характеристик может указываться конкретнее, как описано выше со ссылкой на датчик температуры топлива, датчик давления топлива или другие компоненты топливной системы. Кроме того, работа двигателя может ограничиваться во время состояния ухудшения характеристик посредством ограничения времени открывания дросселя ли длительности впрыска топлива. Таким образом, заряд воздуха в цилиндре у цилиндров двигателя ограничивается до меньшего, чем пороговое значение в ответ на несогласованность между оценками давления топлива. Таким образом, крутящий момент двигателя может быть ограничен для уменьшения вероятности впрыска большего или меньшего количества топлива, чем требуется.

Таким образом, способ по фиг. 4 предусматривает контроль двигателя, содержащий: подачу команды на первый исполнительный механизм, чтобы вызывать изменение давления топлива; регулировку второго исполнительного механизма в ответ на изменение температуры топлива, которое происходит от подачи команды исполнительному механизму, чтобы вызывать изменение давления топлива; и ограничение заряда воздуха в цилиндре до меньшего, чем пороговое значение посредством второго исполнительного механизма. Способ включает в себя те случаи, когда первый исполнительный механизм является клапаном регулирования давления направляющей-распределителя для топлива, и те случаи, когда второй исполнительный механизм является дросселем. Способ включает в себя те случаи, когда первый исполнительный механизм является дозирующим клапаном расхода топливного насоса, и те случаи, когда второй исполнительный механизм является топливной форсункой. Таким образом, ухудшение характеристик датчика может диагностироваться и компенсироваться.

В одном из примеров, способ включает в себя те случаи, когда на первый исполнительный механизм подается команда в ответ на запрос крутящего момента водителем. В одном из примеров, способ включает в себя те случаи, когда на первый исполнительный механизм не подается команда в ответ на запрос крутящего момента водителем. Способ также включает в себя те случаи, когда подача команды на первый исполнительный механизм, чтобы вызывать изменение давления топлива, выполняется во время первого цикла цилиндра в ответ на запрос крутящего момента водителем, а кроме того, содержит те случаи, когда, во время второго цикла, на первый исполнительный механизм подается команда независимо от запроса крутящего момента водителем, чтобы вызывать изменение давления топлива, когда изменение температуры топлива находится вне заданного диапазона. Способ также включает в себя те случаи, когда изменение температуры топлива определяется в течение заданного времени после подачи команды на первый исполнительный механизм.

В еще одном примере, фиг. 4 предусматривает способ для контроля двигателя, содержащий: подачу команды на первый исполнительный механизм, чтобы вызывать изменение давления топлива ниже по потоку от топливного насоса; и регулирование второго исполнительного механизма в ответ на сравнение между выходным сигналом датчика давления топлива и выходным сигналом датчика температуры. Способ включает в себя те случаи, когда сравнение включает в себя определение ошибки между первой переменной, определенной по выходному сигналу датчика давления топлива, и второй переменной, определенной по выходному сигналу датчика температуры. Способ также включает в себя те случаи, когда сравнение включает в себя сравнение ошибки с заданным значением и выдачу указания ухудшения характеристик, когда ошибка является большей, чем заданное значение. Способ также включает в себя те случаи, когда первый исполнительный механизм является клапаном регулирования давления топлива или клапаном регулирования расхода топливного насоса. Способ, кроме того, включает в себя те случаи, когда второй исполнительный механизм является дросселем или топливной форсункой. Способ дополнительно содержит преобразование выходного сигнала датчика температуры в переменную, служащую признаком давления топлива. Способ также включает в себя те случаи, когда выходной сигнал датчика температуры вводится в уравнение, основанное на регрессии, чтобы выдавать переменную, служащую признаком давления топлива.

Как будет понятно специалисту в данной области техники, способ, описанный на фиг. 4, может представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, различные проиллюстрированные этапы или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязателен для достижения целей, особенностей и преимуществ, описанных в материалах настоящей заявки, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Хотя не проиллюстрировано явным образом, рядовой специалист в данной области техники будет осознавать, что одни или более из проиллюстрированных этапов, способов или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии.

В результате прочтения описания специалистам в данной области техники пришли бы на ум многие изменения и модификации, без выхода из сущности и объема описания. Например, одноцилиндровый двигатель, рядные двигатели I2, I3, I4, I5 и V-образные двигатели V6, V8, V10, V12 и V16, работающие на природном газе, бензине, дизельном топливе или альтернативных топливных конфигурациях, могли бы использовать настоящее описание для получения преимущества.

Изобретение относится к контролю двигателя. Раскрыты способы и системы контроля двигателя внутреннего сгорания. В одном из примеров выходной сигнал датчика температуры преобразуется в переменную давления топлива, чтобы определять, являются ли компоненты топливной системы работающими как требуется, и заряд воздуха в цилиндре может ограничиваться, если определено ухудшение характеристик. Техническим результатом является возможность резервного считывания давления топлива и контроль достоверности показаний датчиков температуры или давления. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ контроля двигателя, включающий этапы, на которых:

подают команду на первый исполнительный механизм, чтобы вызывать изменение давления топлива; и

регулируют второй исполнительный механизм в ответ на изменение температуры топлива, которое происходит от подачи команды на первый исполнительный механизм, чтобы вызывать изменение давления топлива; и

ограничивают заряд воздуха в цилиндре до меньшего, чем пороговое значение, посредством второго исполнительного механизма.

2. Способ по п. 1, в котором первый исполнительный механизм является клапаном регулирования давления направляющей-распределителя для топлива, а второй исполнительный механизм является дросселем.

3. Способ по п. 1, в котором первый исполнительный механизм является дозирующим клапаном расхода топливного насоса.

4. Способ по п. 1, в котором на первый исполнительный механизм подается команда в ответ на запрос крутящего момента водителем.

5. Способ по п. 1, в котором на первый исполнительный механизм не подается команда в ответ на запрос крутящего момента водителем.

6. Способ по п. 1, в котором подача команды на первый исполнительный механизм, чтобы вызывать изменение давления топлива, выполняется во время первого цикла цилиндра в ответ на запрос крутящего момента водителем, при этом способ

дополнительно включает этап, на котором, во время второго цикла, на первый исполнительный механизм подается команда независимо от запроса крутящего момента водителем, чтобы вызывать изменение давления топлива, когда изменение температуры топлива находится вне заданного диапазона.

7. Способ по п. 1, в котором изменение температуры топлива определяется в течение заданного времени после подачи команды на первый исполнительный механизм.

8. Способ контроля двигателя, включающий этапы, на которых:

подают команду на первый исполнительный механизм, чтобы вызывать изменение давления топлива ниже по потоку от топливного насоса; и

регулируют второй исполнительный механизм в ответ на сравнение между выходным сигналом датчика давления топлива и выходным сигналом датчика температуры.

9. Способ по п. 8, в котором сравнение включает этап, на котором определяют ошибку между первой переменной, определяемой по выходному сигналу датчика давления топлива, и второй переменной, определяемой по выходному сигналу датчика температуры.

10. Способ по п. 9, в котором сравнение включает в себя этап, на котором сравнивают ошибку с заданным значением и выдают указание ухудшения характеристик, когда ошибка является большей, чем заданное значение.

11. Способ по п. 8, в котором первый исполнительный механизм является клапаном регулирования давления топлива или клапаном регулирования расхода топливного насоса.

12. Способ по п. 8, в котором второй исполнительный механизм является дросселем или топливной форсункой.

13. Способ по п. 8, дополнительно включающий этап, на котором преобразуют выходной сигнал датчика температуры в переменную, указывающую давление топлива.

14. Способ по п. 13, в котором выходной сигнал датчика температуры вводится в уравнение, основанное на регрессии, чтобы выдавать переменную, указывающую давление топлива.

15. Система двигателя, содержащая:

цилиндр;

направляющую-распределитель для топлива;

топливную форсунку в сообщении по текучей среде с направляющей-распределителем для топлива, впрыскивающую топливо непосредственно в цилиндр; и

контроллер, содержащий компьютерную программу, хранимую на постоянном носителе, содержащем исполняемые команды для регулирования исполнительного механизма в ответ на оценку давления топлива, определяемую с использованием датчика температуры, удельной теплоемкости топлива и массового расхода через топливный насос.

16. Система по п. 15, дополнительно содержащая датчик давления и топливный насос, при этом датчик давления расположен ниже по потоку от топливного насоса и присоединен к направляющей-распределителю для топлива.

17. Система по п. 16, дополнительно содержащая дополнительные команды для сравнения выходного сигнала датчика давления с выходным сигналом датчика температуры.

18. Система по п. 15, в которой исполнительный механизм является дросселем или топливной форсункой.

19. Система по п. 18, в которой цилиндр находится в двигателе и дополнительно содержащая ограничение выходной мощности двигателя в ответ на оценку давления топлива.

20. Система по п. 15, дополнительно содержащая дополнительные исполняемые команды для выдачи указания ухудшения характеристик в ответ на оценку давления топлива, определяемую с использованием датчика температуры, удельной теплоемкости топлива и массового расхода через топливный насос.