СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОЙ ЗАПАЛЬНОЙ СВЕЧИ, ПОДКЛЮЧЕННОЙ К ДИЗЕЛЬНОМУ ДВИГАТЕЛЮ Российский патент 2018 года по МПК F02P19/02 F02P19/00 F23Q7/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к запальным свечам для дизельных двигателей.

Уровень техники

Для упрощения запуска, особенно при холодных погодных условиях, в дизельных двигателях используется воспламенение сжатием и запальные свечи с электрическим нагревом. Обычно для упрощения начала сжатия на запальную свечу в течение предварительно установленного времени подается напряжение, при этом рядом со струей из топливной форсунки создается горячий участок. Для того чтобы уменьшить время ожидания нагрева запальной свечи до температуры, достаточной для воспламенения и запуска двигателя, сначала подается фиксированное высокое напряжение в течение фиксированного времени, что позволяет достичь целевой температуры, после чего напряжение опускается до фиксированного низкого значения, позволяющего поддерживать температуру на данном уровне.

Раскрытие изобретения

Было установлено, что подача более высокого напряжения (обычно 11 вольт) даже в течение короткого времени снижает срок службы запальной свечи. В частности, это относится к металлическим, а не керамическим запальным свечам. Также использование низких напряжений может привести к неприемлемо долгому запуску. Данные проблемы предлагается решить за счет подачи напряжения первой фазы, имеющего амплитуду, относящуюся к параметру, связанному с временем запуска двигателя, и подачи более низкого напряжения второй фазы на запальную свечу после напряжения первой фазы. В другом аспекте настоящего изобретения параметр выбирают из одной или нескольких следующих характеристик: ожидаемая температура запальной свечи во время подачи напряжения второй фазы, напряжения второй фазы или температуры двигателя. В еще одном аспекте настоящего изобретения к данным параметрам может относиться время, необходимое для запуска двигателя.

Преимущества, описанные выше и в любой другой части, а также особенности настоящего описания станут понятны из следующего подробного описания, отдельно или со ссылкой на сопроводительные чертежи. Необходимо понимать, что приведенная выше сущность изобретения используется для того, чтобы познакомить читателя в упрощенной форме с набором концепций, которые будут далее рассмотрены в подробном описании. Она не предназначена для определения ключевых или основных особенностей заявленного объекта, область применения которого однозначно определена формулой изобретения, приведенной после подробного описания. Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют недостатки, указанные выше или упомянутые в любой части настоящего раскрытия.

Краткое описание чертежей

Преимущества, описанные в настоящем документе, станут более понятыми после ознакомления с иллюстративным вариантом осуществления, приведенном в подробном описании.

На Фиг. 1 показан частичный вид двигателя.

На Фиг. 2 схематически показаны примеры профилей температур запальной свечи для двух разных подаваемых напряжений.

На Фиг. 3А-В схематически показаны примеры профилей нагревания запальной свечи в соответствии с настоящим изобретением.

На Фиг. 4А-С показаны примеры справочных таблиц, основанных на различных параметрах двигателя.

На Фиг. 5 показана блок-схема, иллюстрирующая первый способ определения первого фазного напряжения на основании рабочего параметра двигателя.

На Фиг. 6 показана блок-схема, иллюстрирующая второй способ расчета первого фазного напряжения на основании целевого времени запуска.

На Фиг. 7 показана блок-схема, иллюстрирующая пример способа работы калькулятора срока службы запальной свечи.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение относится к способу запуска дизельного двигателя с воспламенением от сжатия с использованием электронагреваемой запальной свечи, которая позволяет упростить процесс запуска. Описанные способы, применимые для увеличения долговечности запальных свечей и, следовательно, для увеличения их эксплуатационного срока службы, включают в себя регулировку первого фазного напряжения на основании параметра двигателя, связанного с временем запуска двигателя, и переход к более низкому второму фазному напряжению для достижения необходимой температуры внутри цилиндра двигателя. На Фиг. 1 показан пример цилиндра дизельного двигателя с запальной свечой. Для демонстрации способов на Фиг. 2 и 3А-В показаны примеры профилей температур для пониженного напряжения и повышенного напряжения (например, 11 В), которое используется в качестве базисного профиля. На Фиг. 4А-С представлены примеры справочных таблиц, с помощью которых далее будет показано, как контроллер может получить доступ к сохраненной информации для регулировки напряжений во время запуска двигателя, а на Фиг. 5 и 6 представлены примеры блок-схем для иллюстрации данного способа. Поскольку запальные свечи имеют ограниченный срок службы, зависящий от режима их использования, на Фиг. 7 показан пример способа мониторинга использования и выполнения регулировок, направленный на увеличение эксплуатационного срока службы запальной свечи. Таким образом, описанные способы могут быть использованы для достижения преимуществ с точки зрения увеличения эксплуатационного срока службы запальной свечи, используя один или несколько параметров двигателя.

На Фиг. 1 представлено схематическое изображение камеры сгорания или цилиндра двигателя 10. Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере частично, с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, а также с помощью входных сигналов, направляемых водителем 130 транспортного средства с помощью устройства 132 ввода данных. В данном примере устройство 132 ввода данных представляет собой педаль газа и датчик 134 положения педали, который генерирует пропорциональный сигнал положения педали PP. Цилиндр (например, камера сгорания) 30 двигателя 10 может иметь стенки 136 с расположенным в. них поршнем 138. Поршень может быть соединен с коленчатым валом 140 для преобразования возвратно-поступательных движений поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен с по меньшей мере одним ведущим колесом транспортного средства с помощью системы трансмиссии. Кроме того, для запуска двигателя 10 к коленчатому валу 140 может быть с помощью маховика подключен пусковой мотор.

Выпускной канал 148 может получать выхлопные газы помимо цилиндра 30 от других цилиндров двигателя 10. Датчик 126 выхлопных газов показан соединенным с выпускным каналом 148 выше по потоку от устройства 69 снижения токсичности выхлопа. Датчиком 126 может быть любой датчик, пригодный для обеспечения индикации соотношения воздух/топливо в выхлопных газах, например линейный кислородный датчик или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в выхлопных газах), бистабильный датчик кислорода или EGO (как изображено), HEGO (нагреваемый датчик кислорода), датчик NOx, НС или СО, например. В некоторых примерах датчик 126 может быть подключен к выпускному каналу ниже по потоку от турбины 52 и устройства 69 снижения токсичности выхлопа. Устройство 69 снижения токсичности выхлопа может представлять собой трехкомпонентный нейтрализатор (TWC), ловушку NOx или различные другие устройства для снижения токсичности выхлопа или их комбинации. Например, устройство 69 для снижения токсичности выхлопа может включать в себя каталитический нейтрализатор 76 SCR (каталитический нейтрализатор с селективным каталитическим восстановлением), расположенный ниже по потоку от турбины 54. Каталитический нейтрализатор 76 SCR может быть выполнен с возможностью восстанавливать NOx до азота с помощью реакции с восстановителем, например, аммиаком или мочевиной. Форсунка 80 для подачи восстановителя может подавать восстановитель 82 в выпускной канал 148 выше по потоку от турбины 54. Выпускной канал 148 может также включать в себя сажевый фильтр 72, расположенный выше по потоку от турбины 54 и форсунки 80, для удаления твердых частиц из выхлопных газов.

Каждый цилиндр двигателя 10 может иметь один или несколько впускных клапанов и один или несколько выпускных клапанов. Например, цилиндр 30 показан на чертеже содержащим по меньшей мере один впускной клапан 150 (например, впускной тарельчатый клапан) и по меньшей мере один выпускной клапан 156 (например, выпускной тарельчатый клапан), расположенные в верхней части цилиндра 30. В некоторых примерах каждый цилиндр двигателя 10, включая цилиндр 30, может содержать по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней части цилиндра.

Впускной клапан 150 может управляться контроллером 12 через привод 152. Аналогичным образом, впускной клапан 165 может управляться контроллером 12 через привод 154. При некоторых условиях контроллер 12 может изменять сигналы, посылаемые приводам 152 и 154, для регулирования открывания и закрывания соответствующих впускных и выпускных клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может быть определено соответствующими датчиками положения клапанов (не показаны). Приводы клапанов могут быть электрическими, кулачковыми, электрогидравлическими или комбинацией данных типов приводов. Установка фаз работы впускного и выпускного клапанов может осуществляться параллельно или по любому из следующих принципов: изменение фаз газораспределения на впуске, изменение фаз газораспределения на выпуске, двойное независимое изменение фаз газораспределения и фиксированные фазы газораспределения. Каждая система привода кулачков может содержать один или несколько кулачков и использовать одну или несколько систем переключения профиля кулачка (CPS), изменяемой синхронизации кулачка (VCT), изменяемой фазы газораспределения (WT) и/или изменяемого подъема клапана (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапана. Например, цилиндр 30 может в качестве альтернативы содержать впускной клапан, регулируемый через электрическое срабатывание клапана, и выпускной клапан, регулируемый через срабатывание кулачка, включая CPS и/или VCT. В других вариантах выполнения впускной и выпускной клапаны могут управляться с помощью общего исполнительного механизма или системы исполнительных механизмов клапана, исполнительного механизма или системы исполнительных механизмов для выполнения регулируемой установки фаз клапанного распределения. Двигатель также может включать в себя датчик положения кулачка, данные от которого могут объединяться с данными от датчика положения коленчатого вала для определения положения двигателя и фазы газораспределения.

Цилиндр 30 может характеризоваться коэффициентом сжатия, который представляет собой объемное соотношение, когда поршень 138 находится между нижней мертвой точкой и верхней мертвой точкой. Обычно коэффициент сжатия составляет от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах при использовании различных видов топлива коэффициент сжатия может быть увеличен.

Как будет более подробно описано ниже, для инициирования горения каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя запальную свечу 192. Система 190 зажигания может иметь нагревательный элемент для индуцирования горения в камере 30 сгорания с помощью запальной свечи 192, при поступлении сигнала от контроллера 12 в разных режимах работы, описанных ниже более подробно. Запальная свеча с помощью нагревательного элемента создает тепло, которое направляется в цилиндры, тем самым, создавая горячий участок рядом со струей из топливной форсунки. Затем перед запуском транспортное средство включается на некоторое время, в течение которого происходит предварительный нагрев запальной свечи до минимальной температуры, достаточной для запуска воспламенения. После достижения запальной свечой порогового значения температуры или в некоторых вариантах осуществления, когда прошло определенное время, лампа ожидания запуска гаснет, оповещая водителя о выполнении условий запуска. В зависимости от температур запальные свечи остаются включенными в течение нескольких минут во время работы двигателя после выключения лампы ожидания запуска, что позволяет увеличить стабильность воспламенения. В ответ на это оператор может запустить двигатель, переведя ключ в положение запуска для начала цикла воспламенения в цилиндре. Несмотря на то, что запальные свечи обычно используются для запуска двигателя транспортного средства, если двигатель уже разогрет, например, из-за того, что транспортное средство было недавно остановлено, время, в течение которого двигатель может быть предварительно прогрет, можно уменьшить на основании расчетной температуры в нем. В других случаях этап предварительного нагрева может быть пропущен.

В некоторых вариантах каждый цилиндр 10 может быть снабжен одной или несколькими форсунками для обеспечения подачи в него топлива или других жидкостей. В качестве неограничивающего примера показанный цилиндр 30 содержит одну топливную форсунку 166, подключенную к нему напрямую. Топливная форсунка 166 может впрыскивать в цилиндр топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW, полученного от контроллера 12 через электронный привод 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает так называемое прямое впрыскивание (здесь и далее обозначено DI) топлива в камеру сгорания цилиндра 30. В то время как форсунка 166 показана на Фиг. 1 как боковая форсунка, но она также может быть расположена над поршнем, например, рядом со свечой 192 зажигания. Альтернативно, форсунка может быть расположена сверху и рядом с впускным клапаном. Топливо может доставляться к топливной форсунке 166 от топливной системы 172 высокого давления, включающей в себя топливные баки, насосы для подачи горючего и топливную рампу. Альтернативно, топливо может быть доставлено с помощью одноступенчатого топливного насоса под низким давлением. Кроме того (хотя это и не показано), топливный бак также может иметь датчик давления (не показан), подающий сигнал контроллеру 12.

Следует понимать, что в другом варианте форсунка 166 может представлять собой форсунку впрыска во впускной канал, осуществляющую подачу топлива во впускной канал выше по потоку от цилиндра 30. Кроме того, следует понимать, что цилиндр 30 может получать топливо через несколько форсунок, например, нескольких форсунок впрыска во впускной канал, несколько форсунок прямого впрыска или их комбинации.

Контроллер 12 показан на Фиг. 1 как микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорный блок 106 (CPU), порты 108 ввода/вывода (10), электронный носитель информации для извлекаемых программ и эталонных значений, показанных в данном частном случае как микросхема постоянного запоминающего устройства 110 (ROM), оперативную память 112 (RAM), оперативную энергонезависимую память 114 (КАМ) и шину данных. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, для выполнения различных функций, необходимых для эксплуатации двигателя 10. В дополнение к ранее рассмотренным сигналам, сюда входят следующие: измерение массового расхода воздуха (MAF) с помощью датчика 122 расхода воздуха; температуры хладагента двигателя (ЕСТ) от датчика температуры 116, подключенного к рукаву охлаждения 118; сигнал профиля зажигания (PIP) от датчика 120 на эффекте Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 140; положение дроссельной заслонки (ТР) от датчика положения дроссельной заслонки (описанной выше); абсолютное давление во впускном коллекторе (MAP) от датчика 124. Сигнал частоты вращения двигателя (RPM, об/мин) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала профиля зажигания (PIP). Сигнал давления в коллекторе (MAP) от датчика давления может быть использован для обеспечения индикации вакуума или давления во впускном коллекторе.

Запоминающее устройство 110 ROM носителя данных может быть запрограммировано с помощью машиночитаемых данных, представляющих собой инструкции, исполняемые микропроцессорным блоком 106 для выполнения способов, описанных ниже, а также их вариантов.

Один или несколько каналов системы рециркуляции выхлопных газов (EGR) могут направлять необходимое количество выхлопных газов от выпускного канала 148 во впускной канал 144. Например, часть выхлопных газов, прошедших фильтрацию с помощью сажевого фильтра 72, может быть направлена во впускной канал 144 через канал 63 EGR. Количество EGR, поступающих на впуск, может быть отрегулировано с помощью контроллера 12 посредством клапана 29 EGR. Датчик EGR (не показан) может быть расположен в канале 63 EGR и может обеспечивать индикацию одной или нескольких из следующих характеристик:

давление, температура и концентрация выхлопных газов. При некоторых условиях система EGR может быть использована для регулировки температуры воздуха и топливной смеси в камере сгорания, что позволит управлять фазами зажигания в некоторых режимах воспламенения.

Как сказано выше, на Фиг. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Фактически, каждый цилиндр может аналогичным образом включать в себя свой собственный набор впускного/выпускного клапанов, топливную форсунку (форсунки), свечу зажигания и т.д.

На Фиг. 2 показаны схематические примеры профилей температур запальной свечи для двух разных подаваемых напряжений. В данных примерах по оси Y указаны значения температуры, при этом значения температуры растут в направлении вверх, а по оси Х указаны значения времени, при этом значения времени увеличиваются в направлении слева направо. Базисный профиль 202 показывает, что при подаче напряжения температура наконечника запальной свечи возрастает до пороговой температуры 206. Кроме того, пороговая температура может быть достигнута за известный период времени. Например, испытания показали, что при подаче напряжения 11,0 В на керамическую запальную свечу она может нагреваться до целевой температуры 206 (например, 950°С) примерно за 2 секунды. В качестве альтернативы профиль пониженного напряжения 204 показывает, что нагрев запальной свечи при более низком напряжении приводит к увеличению времени нагрева запальной свечи до целевой температуры 206. Испытания показали, что подача напряжения 8,3 В на керамическую запальную свечу позволяет нагреть запальную свечу до целевой температуры 206 примерно за 5 секунд. Таким образом, при прямом сравнении двух кривых видна разница в 3 секунды, изображенной в виде отрезка 208. Описанные в настоящем документе способы используют данную разницу для достижения преимуществ за счет снижения напряжения первой фазы, который также называется этапом включения, при условии, что увеличение времени запуска двигателя является приемлемым. Это позволит увеличить долговечность запальной свечи для того, чтобы увеличить эксплуатационный срок службы запальной свечи, снизив при этом вероятность скачкообразного изменения температуры.

На Фиг. 3А и В для демонстрации способа показаны схематические примеры профилей напряжения запальной свечи и нагрева. На каждой фигуре представлено по два графика. На верхнем графике по оси Y указаны значения напряжения, а на нижнем графике по оси Y указаны значения температуры наконечника запальной свечи. На обоих графиках значения переменных, указанных на оси Y, растут в направлении вверх. Также на каждом графике по оси Х указаны значения времени, при этом значения времени увеличиваются в направлении слева направо. Для упрощения изображена только одна ось Х на нижнем графике. На Фиг. 3А показаны профили напряжения и нагрева для базисной кривой (например, для базисной кривой 202) в течение одного рабочего цикла запуска двигателя. Также на Фиг. 3В показаны профили напряжения и нагрева для пониженного напряжения фазы включения (например, профиль 204 пониженного напряжения) для последующего пояснения способов. Для ясности и упрощения сравнения базисной кривой и кривой пониженного напряжения на Фиг. 3В также показана кривая с Фиг. 3А.

Что касается рабочего цикла с Фиг. 3А, после напряжения 302 первой фазы с некоторой амплитудой подается напряжение 304 второй фазы этапа с более низкой амплитудой, что также называется фазой накала, после чего во время фазы 306 охлаждения амплитуда напряжения становится практически равна нулю. Таким образом, в результате подачи трех различных напряжений во время работы профиль температуры запальной свечи, показанный на нижнем графике, также проходит через три указанные ранее основные области. Например, во время первой фазы более высокое напряжение приводит к быстрому увеличению температуры наконечника запальной свечи до целевой температуры, что показано в виде линии 312 нагрева. Следовательно, амплитуда и длительность подачи напряжения первой фазы могут быть выбраны таким образом, чтобы в конце указанного периода времени получить необходимую температуру запальной свечи. Затем после достижения необходимой или целевой температуры первая фаза может перейти во вторую фазу более низкого напряжения, подаваемого на запальную свечу. Для поддержания температуры запальной свечи на постоянном уровне во время второй фазы в течение необходимого периода времени, как показано в виде линии 314 постоянной температуры, при выполнении воспламенения сжатием для запуска двигателя может быть подано пониженное напряжение. В конце во время третьей фазы или фазы охлаждения, которая в одном варианте включает в себя отключение подачи напряжения, что соответствует отсутствию подаваемой на запальную свечу энергии, температура наконечника может медленно опускаться по мере охлаждения компонента двигателя (например, как показано в виде линии 316 охлаждения). Например, испытания при исходных значениях показали, что для нагрева керамической запальной свечи до температуры 1200°С может быть использовано напряжение первой фазы 11,0 В, подаваемое в течение 2 секунд, при этом напряжение второй фазы 5,6 В может подаваться в течение 18 секунд, после чего начнется третий этап охлаждения при напряжении 0 В. Как было сказано выше, профили температур запальной свечи могут зависеть от одного или нескольких параметров двигателя (например, от температуры окружающей среды), при этом подаваемое напряжение и/или длительность этапов можно регулировать на основании различных параметров двигателя.

На Фиг. 3В в соответствии со способами, описанными в настоящем документе, напряжение первой фазы может быть снижено, чтобы обеспечить увеличение срока службы запальной свечи. Для сравнения базисный профиль с Фиг. 3А также показан в виде пунктирной линии. В этом случае пониженное напряжение 322 первой фазы показывает, что несмотря на подачу более низкого напряжения на запальную свечу, можно достичь целевой температуры, используя способ, описанный выше со ссылкой на Фиг. 2. Следовательно, длительность первой фазы увеличивается, поскольку скорость нагрева запальной свечи снижена, а линия 332 пониженного нагрева имеет меньший уклон по сравнению с линией нагрева базисного профиля. Для упрощения и демонстрации влияния снижения напряжения первой фазы в соответствии с настоящим способом напряжение 324 второй фазы этапа и напряжение 326 третьей фазы этапа, а также линия 334 постоянной температуры и линия 336 охлаждения совпадают со значениями для базисного профиля. Таким образом, профиль температур с Фиг. 3В смещается после первой фазы за счет увеличения длительности, вызванного более низким подаваемым напряжением. Например, испытания показали, что для нагрева керамической запальной свечи до температуры 1200°С может быть использовано пониженное напряжение первой фазы 7,0 В, подаваемое в течение 4,2 секунд, после чего в течение 18 секунд подается напряжение второй фазы 5,6 В, а на третьей фазе напряжение равно 0 В. Кроме того, при испытаниях запальных свечей в рабочих условиях количество циклов нагрева, полученное в соответствии с описанными способами, оказалось больше количества циклов нагрева, выполненных в соответствии с базисным профилем. Следовательно, срок службы запальной свечи по сравнению с известными способами может возрасти. Кроме того, в соответствии со способом, за счет подачи пониженного напряжения 340 первой фазы длительность 342 первой фазы может быть увеличена, пониженное напряжение первой фазы может быть отрегулировано известным способом для управления временем запуска транспортного средства, либо его можно отрегулировать на основании одного или нескольких параметров двигателя и расчетного оставшегося эксплуатационного срока службы запальной свечи, как описано в альтернативном варианте осуществления.

Для описания управления подаваемым напряжением и скоростью нагрева запальной свечи, соединенной с дизельным двигателем, а также запуска двигателя на основании одного или нескольких параметров работы двигателя, на Фиг. 4А-С показаны примеры использования температуры или напряжения фазы накала для определения напряжения первой фазы. В общем случае, для определения напряжения первой фазы могут быть использованы справочные таблицы, которые получены на основании различных параметров, зависящих от времени запуска двигателя. Например, в одном варианте воплощения на контроллер 12 могут быть записаны инструкции для доступа к данным, хранящимся в постоянном запоминающем устройстве 110 в виде справочных таблиц, которые получены на основании одного или нескольких параметров двигателя. Таким образом, на Фиг. 4А-С показаны примеры справочных таблиц, описывающих одну или несколько следующих характеристик: температура запальной свечи при подаче указанного напряжения второй фазы, указанное напряжения второй фазы и температура двигателя соответственно. Несмотря на то, что в качестве примера приведено три характеристики, они не являются ограничивающими, поэтому возможно использование других значений.

В первом примере на Фиг. 4А в таблице 402 целевая температура запальной свечи во время второй фазы указана в виде функции зависимости от температуры двигателя и времени после накала. В общем случае для получения меньшего времени после накала при заданной целевой температуре, полученной на основании более низкой температуры двигателя, используется больше энергии и более высокое напряжение. Таким образом, контроллер 12 может определять температуру двигателя, например, с помощью датчика, подключенного к цилиндру 30, или на основании температуры охлаждающей жидкости двигателя. Затем для поддержания практически постоянной температуры фазы накала во время второй фазы цикла в таблице 404 показано, что можно заранее выбрать напряжение фазы накала на основании необходимой целевой температуры, указанной в таблице 402. Например, при холодном пуске, когда измеренная температура двигателя равна -30°С, контроллер 12 может установить нужную температуру равной 1200°С на основании продолжительности второй фазы или продолжительности фазы накала, равной 30 секундам. Затем из таблицы 404 видно, что на основании режима нагрева и напряжения первой фазы за необходимое время можно достичь целевой температуры. Таким образом, после определения температуры фазы накала первое напряжение или напряжение фазы включения может быть быстро получено вычислительным устройством по таблице 404. В соответствии с примером температура фазы накала 1200°С может быть достигнута за счет подачи напряжения первой фазы 8 В в течение 3,5 секунд, как показано в таблице 406. Следовательно, поскольку указанное напряжение первой фазы относится к необходимому значению времени для начала запуска двигателя, напряжение первой фазы может быть подано на запальную свечу в течение указанного предварительно выбранного времени. Кроме того, с помощью соотношения между напряжением, подаваемым на запальную свечу, и температурой наконечника можно определить и записать на запоминающее устройство профиль нагрева, при этом в качестве альтернативы напряжение первой фазы может быть снижено для обеспечения экономии энергии, что также позволит снизить расход топлива, а также увеличить время запуска и эксплуатационный срок службы запальной свечи. Несмотря на то, что указаны примерные значения, в таблице могут стоять другие значения, зависящие от различных факторов, включая, например, тип используемой запальной свечи (например, металлическая или керамическая запальная свеча) или иные условия работы двигателя. Также возможно использование других таблиц.

В качестве альтернативы во втором примере с Фиг. 4В таблицы могут быть составлены на основании напряжения, подаваемого на запальную свечу во время второй фазы, как показано в таблице 412. Следовательно, как было сказано выше применительно к температуре фазы накала, напряжение фазы накала может быть напрямую получено с помощью контроллера, например контроллера 12, на основании параметра работы двигателя. Таким образом, при получении температуры двигателя, равной -30°С, как было описано выше, контроллер 12 может подать напряжение фазы накала 7 В на основании длительности второй фазы в 30 секунд, которая также может соответствовать температуре фазы накала в 1200°С. Поскольку амплитуда напряжения на второй фазе меньше амплитуды напряжения на первой фазе, справочные таблицы 404 и 406 также могут быть использованы для подачи напряжения первой фазы 8 В в течение 3,5 секунд для достижения целевой температуры.

В соответствии с третьим примером на Фиг. 4С напряжение первой фазы и длительность могут быть определены непосредственно на основании измеренного значения температуры двигателя. Следовательно, справочная таблица 422 может просто соотнести напряжение первой фазы и температуру двигателя таким образом, чтобы контроллер 12 мог регулировать напряжение первой фазы, получаемое на основании значения температуры внутри системы двигателя. Кроме того, как показано в таблице 406, которая для упрощения приведена еще раз, контроллер 12 может подавать напряжение первой фазы в течение некоторого времени, полученного на основании измеренной температуры. Таким образом, во всех трех примерах напряжение второй фазы имеет предварительно установленную амплитуду и подается в течение предварительно установленного времени для начала запуска двигателя.

Что касается способов, на Фиг. 5 и 6 показаны блок-схемы, описывающие два примера способов регулировки напряжения запальной свечи во время запуска двигателя.

На Фиг. 5 в способе 500 показан пример способа определения напряжения первой фазы на основании одного или нескольких параметров работы двигателя. На этапе 502 способ 500 включает в себя определение температуры двигателя, например, с помощью измерения температуры охлаждающей жидкости или температуры внутри цилиндра двигателя. Затем, если температура двигателя превышает пороговое значение, например, из-за того, что транспортное средство было недавно остановлено и двигатель еще не остыл, или из-за высокой температуры окружающей среды (например, выше 20°С), на этапе 504 способ 500 включает в себя запуск транспортного средства при переводе ключа зажигания во «включенное» положение, затем на этапе 506 происходит воспламенение сжатой смеси, находящейся в цилиндре.

С другой стороны, если на этапе 502 температура двигателя опустится ниже порогового значения, на этапе 510 контроллер 12 может определить значение одного или нескольких параметров двигателя до начала зажигания двигателя. Например, контроллер 12 может измерить температуру охлаждающей жидкости двигателя для того, чтобы выбрать напряжение, подаваемое на запальные свечи, как описано выше со ссылкой на Фиг. 4А-С. Затем на этапе 512 контроллер 12 может также определить напряжение первой фазы на основании измеренной температуры. Следовательно, в соответствии с описанными способами пониженное напряжение фазы включения может подаваться в течение большего времени. Таким образом, в одном варианте контроллер 12 может быть запрограммирован таким образом, чтобы определять оптимальное напряжение первой фазы, что позволяет значительно снизить ухудшение качества работы запальной свечи с течением времени. На этапе 514 способ 500 включает в себя включение лампы на приборной панели, которая может представлять собой лампу ожидания запуска на приборной панели, на основании напряжения, установленного контроллером 12. Данная лампа указывает пассажиру транспортного средства на то, что запальная свеча нагревается и что перед попыткой запуска двигателя необходимо подождать, когда температура наконечника достигнет порогового значения, как показано на этапе 516. Затем после достижения порогового значения температуры запальной свечи способ 500 включает в себя запуск транспортного средства путем перемещения ключа зажигания во «включенное» положение, в результате чего может происходить воспламенение сжатой смеси в цилиндре.

В качестве альтернативы на Фиг. 6 в способе 600 показан второй пример, в котором напряжение первой фазы рассчитывается на основании целевого времени запуска. Следовательно, в соответствии с данным способом напряжение первой фазы может быть выбрано на основании необходимой длительности первой фазы, которая может быть использована вместе с измеренным значением температуры двигателя.

На этапе 602 способ 600 включает в себя целевое время выполнения воспламенения или длительность первой фазы. Таким образом, в одном варианте воплощения может быть определено время запуска, после чего на основании полученного целевого времени запуска можно установить подаваемое напряжение. В ответ на это контроллер 12 может определить, что приемлемым является меньшее время запуска, и отрегулировать значение напряжения в соответствии с полученным значением времени запуска. Таким образом, на этапе 604 способ 600 включает в себя вычисление напряжения первого или второй фазы для достижения полученного времени запуска. Например, для достижения времени запуска, равного 2 секундам, которое в данном примере является длительностью первой фазы, контроллер 12 может определить, что для более быстрого достижения нужной температуры необходимо подать более высокое напряжение первой фазы (например, 11 В). С другой стороны, если контроллер 12 определяет, что для достижения целевого порогового значения можно подать меньшее напряжение, то напряжение может быть снижено с помощью описанных способов, при этом амплитуда и длительность подачи напряжения первой фазы будут выбраны для достижения целевой температуры запальной свечи в конце необходимого значения времени. Следовательно, в соответствии с описанным способом время для начала запуска двигателя может быть изменено в соответствии с амплитудой и длительностью подачи напряжения первой фазы, при этом предварительно выбранное время может быть соотнесено с одним или несколькими характеристиками: температура запальной свечи при подаче указанного напряжения второй фазы, указанное напряжение второй фазы или температура двигателя.

Затем на этапе 606 способа 600 контроллер 12 может отрегулировать напряжение и включить лампу ожидания запуска для индикации нагрева запальной свечи для пассажира транспортного средства. Таким образом, на этапе 608 способ 600 включает в себя ожидание достижения целевого порогового значения температуры запальной свечи до того, как начать воспламенение. Затем после достижения целевой температуры запальной свечи или пороговой температуры способ 600 также включает в себя запуск транспортного средства путем перемещения ключа зажигания во «включенное» положение на этапе 610, что позволит перейти к включению двигателя. Время для начала запуска двигателя может быть обозначено с помощью лампы на приборной панели или в некоторых вариантах воплощения наступление времени для начала запуска двигателя может инициировать автоматический запуск двигателя.

Что касается способа увеличения эксплуатационного срока службы запальной свечи, на Фиг. 7 показан способ 700, который относится к устройству расчета срока службы и управлению работой запальной свечи. Способ может быть эффективен для управления напряжением, подаваемым на запальную свечу в дизельном двигателе, на основании предыдущих условий работы. В общем случае, способ включает в себя индикацию ухудшения качества функционирования запальной свечи в ответ на одно или несколько предыдущих условий работы, которые относятся к износу запальной свечи, а также управление напряжением, подаваемым на запальную свечу в ответ на указанную выше индикацию, с целью увеличения эксплуатационного срока службы запальной свечи. Затем после того, как пороговое значение износа запальной свечи будет превышено, способ 700 также будет включать в себя индикацию ухудшения качества функционирования запальной свечи таким образом, благодаря которой можно будет узнать о необходимости проведения обслуживания системы двигателя и замены запальных свечей.

Таким образом, на этапе 702 способ 700 включает в себя контроль наработки запальной свечи. Например, контроллер 12 может быть запрограммирован таким образом, чтобы отслеживать подаваемое напряжение и длительность подачи напряжения в течение всего срока службы запальной свечи. Следовательно, значения характеристик использования запальной свечи (например, длительность этапа или температура) для множества рабочих циклов запуска могут быть суммированы и сохранены в запоминающее устройство для использования в системе двигателя.

На этапе 704 способ 700 также включает в себя расчет наработки запальной свечи, полученной на основании объединенных и сохраненных в систему данных. Например, керамическая запальная свеча с мгновенным зажиганием может иметь срок службы в 10 лет и 35000 циклов. Таким образом, на основании количества выполняемых циклов может быть выдан сигнал состояния запальных свечей. Другими словами, для оценки превышения эксплуатационного срока службы запальной свечи в одном варианте воплощения способ 700 может включать в себя составление таблицы и обработку количества выполненных циклов. Затем на этапе 706 способ 700 также включает в себя сравнение расчетного значения наработки запальной свечи с пороговым значением наработки и индикацию ухудшения качества функционирования запальной свечи с помощью лампы на приборной панели на этапе 708, если расчетное значение наработки превысит пороговое значение наработки. Таким образом, ухудшение качества функционирования запальной свечи может быть определено в ответ на одно или несколько предыдущих условий работы, относящихся к износу запальной свечи. В качестве еще одного примера пороговое значение наработки может быть основано на признаке ухудшения качества функционирования, который представляет собой скалярное произведение значений справочных таблиц с Фиг. 4А-С. Например, если длительность нагрева на первом этапе превышает ожидаемое значение, полученное на основании различных значений времени из таблицы 406 (например, на 20%), то может быть включена индикация ухудшения качества функционирования запальной свечи. В качестве альтернативы в еще одном примере признак ухудшения качества функционирования может быть получен в том случае, когда время запуска превышает значение из таблиц с Фиг. 4А-С на величину смещения. Следовательно, индикация ухудшения качества функционирования включена, например, в том случае, когда различные значения времени из таблицы 406 на одинаковую величину превышают примерные значения (например, значения времени нагрева на первом этапе увеличены на 1 секунду).

С другой стороны, если расчетное значение наработки запальной свечи опускается ниже порогового значения, на этапе 710 способ 700 включает в себя регулировку одного или нескольких значений: напряжения первого и второго этапов, подаваемые на запальную свечу на основании предыдущих условий работы, что позволит увеличить эксплуатационный срок службы запальной свечи. Например, амплитуда напряжения первой фазы, подаваемого на запальную свечу, и длительность подачи данного напряжения первой фазы, зависят от одного или нескольких параметров, связанных с временем запуска двигателя, для достижения целевой температуры запальной свечи по истечении указанного времени подачи напряжения первой фазы, могут быть изменены в ответ на одно или несколько условий работы двигателя. Кроме того, по истечении указанного времени подачи напряжения первой фазы в течение предварительно установленного времени, превышающего указанную длительность подачи напряжения первой фазы, на запальную свечу может быть подано пониженное напряжение второй фазы, которое соответствует предварительно установленному напряжению с меньшей амплитудой по сравнению с напряжением первой фазы, что позволит дополнительно увеличить указанную температуру запальной свечи в соответствии с описанным выше способом. Таким образом, время для начала запуска дизельного двигателя может управляться таким образом, чтобы увеличить эксплуатационный срок службы запальной свечи. Как было сказано выше, напряжение первой фазы может также управляться на основании параметра, связанного с временем запуска двигателя.

Из уровня техники известно, что подача напряжения первой фазы, которое используется для быстрого нагрева запальной свечи, является самым сложным этапом рабочего цикла, влияющим на долговечность запальной свечи. В качестве одного примера контроллер 12 может следить за наработкой одной или нескольких запальных свечей в системе двигателя и регулировать напряжение на основании количества выполненных запусков двигателя. Следовательно, при большом количестве выполненных запусков двигателя (например, более 25000 запусков для керамической свечи с мгновенным зажиганием) амплитуда напряжения, подаваемого на запальную свечу во время первой фазы, может быть снижено для увеличения эксплуатационного срока службы запальной свечи. Следовательно, за счет снижения напряжения первой фазы и увеличения длительности первой фазы, например, с 2 до 5 или 6 секунд (или более) можно увеличить срок службы запальной свечи. Также, например, скорость нагрева металлических запальных свечей меньше скорости нагрева керамических запальных свечей. Таким образом, нагрев металлических запальных свечей до нужной температуры занимает больше времени по сравнению с керамическими запальными свечами (например, 3 секунды по сравнению с 2 секундами для керамических запальных свечей). Кроме того, металлические запальные свечи имеют меньшую долговечность (например, 10 лет и 15000 циклов). Из-за меньшей долговечности при использовании металлических запальных свечей для индикации износа запальной свечи требуется меньшее количество запусков, которое может быть установлено в контроллере 12.

Описанные способы могут быть реализованы с помощью регулировки напряжения первой фазы на основании одного или нескольких параметров двигателя. Тем самым долговечность запальной свечи может быть увеличена таким образом, чтобы увеличить эксплуатационный срок службы запальной свечи.

Можно отметить, что примеры управляющих и оценочных программ, приведенные в данном описании, могут быть использованы для различных конфигураций двигателей и/или систем транспортного средства. Конкретные программы могут включать в себя один или более алгоритмов обработки из любого количества аналитических стратегий, таких как управление событиями, управление прерываниями, многозадачность, многопоточность и подобные. Таким образом, различные шаги, операции 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. Один или более из приведенных шагов или функций могут выполняться многократно, в зависимости от конкретного используемого алгоритма. Кроме того, описанные действия могут графически представлять программный код для записи на машиночитаемый носитель данных в системе управления двигателем.

Следует понимать, что конфигурации и последовательности операций, раскрытые в данном описании, являются примерами, и что эти конкретные варианты выполнения не следует рассматривать как ограничительные, поскольку возможны их различные варианты и модификации. Например, возможно использование описанной технологии для двигателей V6, I-4, I-6, V12, оппозитных двигателей с четырьмя цилиндрами, а также других типов двигателей. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации или подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные особенности, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем документе.

Изобретение относится к запальным свечам для дизельных двигателей. Описаны способы управления температурой запальной свечи в дизельном двигателе. В одном примере контроллер может регулировать напряжение первой фазы, подаваемое на запальную свечу, в зависимости от параметра, связанного со временем запуска двигателя, и подавать более низкое напряжение второй фазы на запальную свечу для того, чтобы управлять температурой цилиндра и, следовательно, временем запуска двигателя. В одном конкретном примере пониженное напряжение второй фазы позволяет увеличить этап включения рабочего цикла, чтобы увеличить долговечность запальной свечи и дополнительно увеличить эксплуатационный срок службы запальной свечи. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ управления температурой запальной свечи, подключенной к дизельному двигателю, в котором регулируют амплитуду напряжения первой фазы, подаваемого на запальную свечу в течение фазы включения, и продолжительность подачи упомянутого напряжения первой фазы на основании целевой температуры для фазы накала, следующей за фазой включения, и количества предыдущих циклов запуска двигателя.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором подают более низкое напряжение второй фазы на запальную свечу в течение фазы накала, при этом целевую температуру для фазы накала определяют на основании температуры двигателя, и при этом в течение фазы включения запальную свечу нагревают до упомянутой целевой температуры с помощью приложения напряжения первой фазы.

3. Способ по п. 1, в котором упомянутую целевую температуру для фазы накала определяют на основании температуры двигателя и требуемой продолжительности фазы накала.

4. Способ по п. 1, в котором регулировка амплитуды упомянутого напряжения первой фазы и продолжительности подачи упомянутого напряжения первой фазы на основании упомянутого количества предыдущих циклов запуска двигателя содержит этап, на котором уменьшают амплитуду упомянутого напряжения первой фазы и увеличивают продолжительность подачи упомянутого напряжения первой фазы, когда упомянутое количество предыдущих циклов запуска двигателя больше, чем пороговое значение.

5. Способ по п. 2, в котором регулировка амплитуды напряжения первой фазы и продолжительности подачи напряжения первой фазы дополнительно основана на упомянутом напряжении второй фазы или температуре двигателя.

6. Способ по п. 1, в котором упомянутая регулировка напряжения первой фазы и продолжительности подачи напряжения первой фазы дополнительно основана на времени, необходимом для начала запуска двигателя.

7. Способ по п. 1, в котором упомянутая регулировка амплитуды и продолжительности подачи напряжения первой фазы дополнительно основана на значении, сохраненном в справочной таблице, которое соответствует целевой температуре для фазы накала.

8. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этапы, на которых

в течение фазы включения включают лампу ожидания запуска на приборной панели транспортного средства, и

после того, как упомянутая продолжительность истекла, сигнализируют водителю транспортного средства, что условия подходят для зажигания, посредством выключения лампы ожидания запуска, и подают более низкое напряжение второй фазы на запальную свечу в течение фазы накала.

9. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором

после того, как упомянутая продолжительность истекла, автоматически запускают двигатель.

10. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором оценивают продолжительность срока службы запальной свечи, которая была израсходована, на основании количества предыдущих циклов запуска двигателя и приводят в действие лампу приборной панели, указывающую ухудшение качества функционирования запальной свечи, если оцененная продолжительность срока службы запальной свечи, которая была израсходована, превышает пороговое значение использования.

11. Способ управления температурой запальной свечи, подключенной к дизельному двигателю, и запуска двигателя, содержащий этапы, на которых,

если количество предыдущих циклов запуска двигателя ниже порогового значения, прикладывают первое напряжение к запальной свече во время фазы включения в течение первой продолжительности, и

если количество предыдущих циклов запуска двигателя превышает пороговое значение, прикладывают второе напряжение, более низкое, чем первое напряжение, к запальной свече во время фазы включения в течение второй продолжительности, более продолжительной, чем первая продолжительность.

12. Способ по п. 11, дополнительно содержащий этап, на котором подают третье напряжение на запальную свечу в течение фазы накала, следующей за фазой включения, при этом третье напряжение ниже, чем напряжение, приложенное к запальной свече во время фазы включения.

13. Способ по п. 12, в котором время начала запуска двигателя связано с амплитудой напряжения, приложенного к запальной свече во время фазы включения.

14. Способ по п. 12, в котором упомянутая запальная свеча является металлической запальной свечой.

15. Способ по п. 14, в котором температуру упомянутой запальной свечи регулируют таким образом, чтобы она была меньше 1200°С.

16. Способ управления температурой запальной свечи, подключенной к дизельному двигателю транспортного средства, и запуска двигателя, содержащий этапы, на которых:

контролируют характеристики использования запальной свечи во множестве циклов запуска двигателя и сохраняют упомянутые характеристики в памяти системы управления транспортного средства;

регулируют как амплитуду напряжения первой фазы, подаваемого на запальную свечу, так и продолжительность подачи упомянутого напряжения первой фазы на основании сохраненных характеристик, подают упомянутое напряжение первой фазы на запальную свечу и включают лампу ожидания запуска на приборной панели транспортного средства, и

сигнализируют водителю транспортного средства, что условия подходят для зажигания, после того, как упомянутая продолжительность истекла, посредством выключения лампы ожидания запуска.

17. Способ по п. 16, дополнительно содержащий этап, на котором инициируют автоматический запуск двигателя после того, как упомянутая требуемая продолжительность истекла.

18. Способ по п. 16, в котором амплитуду напряжения первой фазы дополнительно регулируют на основании значения, сохраненного в справочной таблице, которое соответствует температуре двигателя.

19. Способ по п. 16, в котором контроль характеристик использования запальной свечи во множестве циклов запуска двигателя содержит отслеживание напряжений, приложенных к запальной свече, и продолжительности подачи напряжений, приложенных к запальной свече в течение срока службы запальной свечи.