СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ВЛАГИ В ОКРУЖАЮЩЕМ ВОЗДУХЕ ПОСРЕДСТВОМ ДАТЧИКА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ Российский патент 2018 года по МПК F01N11/00 F01N3/00 F02M25/06 G01M15/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к определению влажности окружающего воздуха посредством датчика выхлопных газов, связанного с системой выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.

Уровень техники

В условиях, когда в двигатель не поступает топливо, когда задействован по меньшей мере один впускной клапан и один выпускной клапан, например, при отсечке топлива при торможении (ОТТ), наружный воздух может проходить через цилиндры двигателя и попадать в систему выпуска отработавших газов. В некоторых случаях, когда в двигатель не поступает топливо, датчик выхлопных газов может быть использован для определения влажности наружного воздуха. Однако, для удаления углеводородов из потока отработавших газов может потребоваться длительное время, и точная индикация влажности наружного воздуха, как таковая, может происходить с задержкой.

Раскрытие изобретения

В свете указанной проблемы был выработан подход, направленный по меньшей мере на частичное ее решение. Таким образом, далее будет раскрыт способ для двигательной системы, которая включает в себя датчик выхлопных газов. Согласно одному примеру, способ в условиях, когда в двигатель не поступает топливо, когда открыт по меньшей мере один впускной клапан и один выпускной клапан, содержит этапы, на которых: модулируют опорное напряжение датчика, формируют сигнал влажности наружного воздуха на основе соответствующего изменения тока накачки датчика, и, при определенных условиях работы корректируют параметр работы двигателя, в зависимости от влажности наружного воздуха.

За счет модуляции опорного напряжения и определения изменения тока накачки, в то время как воздушно-топливное отношение все еще изменяется в условиях, когда в двигатель не поступает топливо, как например, при ОТТ, влияние изменения воздушно-топливного отношения может быть сведено к нулю. Как таковая, влажность наружного воздуха может быть определена и за более короткое время, поскольку не обязательно, чтобы воздушно-топливное отношение для отработавшего газа было стабильным, прежде чем можно получить точные измеренные данные влажности наружного воздуха.

Следует понимать, что содержащиеся в данном разделе сведения приведены с целью ознакомления в упрощенной форме с некоторыми идеями, которые далее рассмотрены в описании подробно. Данный раздел не предназначен для формулирования ключевых или существенных признаков объекта изобретения, которые изложены в пунктах формулы изобретения. Более того, объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые решают проблемы недостатков, упомянутых в данном описании.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 изображает пример осуществления камеры сгорания двигательной системы, содержащей системы выпуска отработавшего газа и систему рециркуляции отработавшего газа.

Фиг. 2 схематически изображает пример датчика выхлопных газов.

Фиг. 3 изображает блок-схему алгоритма для определения режима измерения датчика выхлопных газов.

Фиг. 4 изображает блок-схему алгоритма для определения влажности наружного воздуха на основе сигнала датчика выхлопных газов.

Фиг. 5 представляет график, иллюстрирующий опорное напряжение и ток накачки датчика выхлопных газов во время отсечки подачи топлива при торможении.

Фиг. 6 изображает блок-схему алгоритма для коррекции параметров работы двигателя в зависимости от сигнала влажности наружного воздуха, выработанного датчиком выхлопных газов.

Осуществление изобретения

Следующее описание относится к способам и системам для двигательной системы с датчиком выхлопных газов. Согласно одному примеру, способ в условиях, когда в двигатель не поступает топливо, когда работает по меньшей мере один впускной клапан и один выпускной клапан, содержит этапы, на которых: модулируют опорное напряжение датчика, формируют сигнал влажности наружного воздуха на основе соответствующего изменения тока накачки датчика, и, при выбранных рабочих условиях корректируют рабочий параметр двигателя, в зависимости от влажности наружного воздуха. К примеру, изменение тока накачки может быть усреднено за определенное время в условиях, когда в двигатель не поступает топливо. Таким образом, точность определения влажности, основанного на изменении тока накачки, может быть увеличена. Кроме того, определение влажности наружного воздуха может быть выполнено за уменьшенное время, поскольку усреднение изменений тока накачки уменьшает влияние изменения воздушно-топливного отношения. Как только влажность наружного воздуха будет определена, может быть произведена коррекция, к примеру, одного или более параметров работы двигателя в то время, когда в двигатель будет поступать топливо. Согласно одному примеру, исходя из влажности наружного воздуха, производится коррекция количества отработавшего газа, подаваемого в контур рециркуляции (EGR, Exhaust Gas Recirculation). Таким образом, система может нейтрализовать эффект изменения воздушно-топливного отношения за счет модуляции опорного напряжения.

На фиг. 1 схематически изображен один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10 двигательной системы 100, которая может входить в состав двигательной установки автомобиля. Управление двигателем может осуществляться, по меньшей мере частично, посредством системы управления, включающей в себя контроллер 12, и путем воздействия со стороны оператора (водителя) 132 транспортного средства на устройство 130 ввода. В данном примере, устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования сигнала РР (Pedal Position) пропорционального положению педали. Камера сгорания (т.е. цилиндр) 30 двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры и находящийся внутри поршень 36. Поршень 36 может быть связан с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 через промежуточную систему трансмиссии может быть связан по меньшей мере с одним ведущим колесом автомобиля. Кроме того, через маховик с коленчатым валом 40 может быть соединен мотор стартера для обеспечения пуска двигателя 10.

Камера 30 сгорания может принимать воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42, и может выпускать газообразные продукты сгорания через выпускной канал (коллектор) 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут избирательно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых конструкциях камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два и более выпускных клапанов.

В данном примере, управление впускным клапаном 52 и выпускным клапаном 54 может осуществляться путем воздействия кулачков соответствующих систем 51 и 53 кулачкового привода. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может реализовывать одну или более систем газораспределения: систему CPS переключения профилей кулачков (Cam Profile Switching), систему VCT изменения фаз газораспределения (Variable Cam Timing), систему WT переменного газораспределения (Variable Valve Timing) и/или систему WL переменного газораспределения с регулированием высоты подъема клапанов (Variable Valve Lift), которые могут приводиться в действие контроллером 12 с целью изменения фазы срабатывания клапанов. Положения впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 можно определять соответственно датчиками положения 55 и 57. В иных вариантах, управление впускным клапаном 52 и/или выпускным клапаном 54 может осуществляться через электромагнитный клапан. Например, в таком случае цилиндр 30 может содержать впускной клапан, управляемый электромагнитным клапаном, и выпускной клапан, управляемый кулачковым приводов системы CPS и/или VCT.

Топливная форсунка 66 расположена так, чтобы производить ввод топлива непосредственно в камеру 30 сгорания пропорционально длительности импульса сигнала FPW (Fuel Pulse Width), поступающего из контроллера 12 через электронный драйвер 68 (усилитель). Таким образом, топливная форсунка 66 осуществляет прямой впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка может быть установлена на боковой стороне камеры сгорания, или, например, на верхней стороне камеры сгорания (как показано). Топливо может доставляться к топливной форсунке 66 при помощи топливной системы (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливную рейку. В некоторых примерах, камера 30 сгорания может как вариант или дополнительно содержать топливную форсунку, установленную во впускном коллекторе 44, согласно конструкции обеспечивающей, так называемый, «впрыск во впускной канал», при котором ввод топлива производится во впускной канал, расположенный перед камерой 30 сгорания.

Воздухозаборник 42 может включать в себя дроссель 62, содержащий дроссельную шайбу 64. В данном примере, положение дроссельной шайбы 64 может быть изменено посредством контроллера 12 по сигналу, подаваемому на электродвигатель или привод дросселя 62, что принято называть «электронным управлением дроссельной заслонкой» ETC (Electronic Throttle Control). При таком способе, дроссель 62 можно приводить в действие, чтобы изменять количество воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания наряду с другими цилиндрами двигателя. Информацию о положении дроссельной шайбы 64 можно передавать в контроллер 12 сигналом TP положения заслонки (Throttle Position). Воздухозаборник 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха, а впускной коллектор -датчик 122 воздушного давления для подачи в контроллер 12 соответствующих сигналов расхода MAF (Mass Air Flow) и абсолютного давления MAP (Manifold Absolute Pressure).

Показано, что к выпускному коллектору 48 в точке перед устройством 70 для снижения токсичности отработавших газов присоединен датчик 126 выхлопных газов. Датчик 126 может представлять собой любой подходящий датчик, указывающий отношение воздух/топливо, исходя из состава отработавших газов, например, линейный кислородный датчик или универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах (UEGO, Universal Exhaust Gas Oxygen), кислородный датчик с двумя состояниями (EGO, Exhaust Gas Oxygen), нагреваемый датчик содержания кислорода в отработавших газах (HEGO, Heated Exhaust Gas Oxygen), датчик NOx, НС или СО. Устройство 70 для снижения токсичности отработавших газов установлено вдоль по ходу выпускного коллектора 48 после датчика 126 выхлопных газов. Устройство 70 может представлять собой трехкомпонентный каталитический преобразователь (TWC, Three Way Catalyst), уловитель NOx, различные другие устройства для снижения токсичности выхлопа или комбинацию подобных устройств. В некоторых случаях, при работе двигателя 10 устройство 70 для снижения токсичности отработавших газов можно периодически восстанавливать путем эксплуатации по меньшей мере одного цилиндра двигателя с определенным воздушно-топливным отношением.

Кроме того, в рассматриваемых примерах осуществления система 140 EGR циркуляции отработавших газов (Exhaust Gas Recirculation) может направлять требуемую часть отработавших газов из тракта 48 во впускной коллектор 44 и/или в воздухозаборник 42 через канал 142 EGR. Контроллер 12 при помощи клапана 144 EGR может варьировать количество отработавших газов, передаваемых системой EGR во впускной коллектор 44 и/или в воздухозаборник 42. Помимо этого, в канале 142 EGR может быть установлен датчик 146 EGR, который может обеспечивать индикацию одного или более параметров отработавших газов: давления, температуры и концентрации. При некоторых условиях система 140 EGR может быть использована для регулирования температуры воздушно-топливной смеси в камере сгорания, обеспечивая тем самым способ управления фазами зажигания в некоторых режимах сгорания. Кроме того, при некоторых условиях, управляя фазой выпускного клапана, какую-то часть газообразных продуктов сгорания можно удерживать или запирать в камере сгорания, как в системе WT переменного газораспределения.

На фиг.1 показан контроллер 12 в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102 (CPU, Central Processor Unit), порты 104 ввода/вывода (I/O, Input/Output), электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере изображенную в виде постоянного запоминающего устройства 106 (ROM, Read-only Memory), оперативное запоминающее устройство 108 (RAM, Random Access Memory), энергонезависимое запоминающее устройство 110 (КАМ, Keep Alive Memory) и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10, дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, включая: сигнал MAF измеренного массового расхода воздуха, надуваемого в двигатель, отдатчика 120 массового расхода; сигнал ЕСТ температуры хладагента двигателя (Engine Coolant Temperature) от датчика 112, связанного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал PIP профиля зажигания (Profile Ignition Pick-up) от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 40, сигнал TP положения заслонки от датчика положения дроссельной заслонки, и сигнал MAP абсолютного давления в коллекторе от датчика 122. Сигнал RPM частоты вращения вала двигателя (Revolutions per Minute) может быть выработан контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал MAP от датчика давления в коллекторе может быть использован для индикации разрежения или давления во впускном коллекторе. Следует отметить, что могут быть использованы различные сочетания вышеуказанных датчиков, например, датчик MAF без датчика MAP, и наоборот. При работе со стехиометрическим отношением датчик MAP может давать индикацию крутящего момента двигателя. Кроме того, указанный датчик, вместе с измеренной частотой вращения вала двигателя может обеспечивать оценку заряда горючей смеси (включая воздух), вводимой в цилиндр. В одном из вариантов, датчик 118, который также используется в качестве датчика частоты вращения двигателя, может на каждый оборот коленчатого вала формировать заданное число равноотстоящих импульсов.

Среда хранения постоянного запоминающего устройства 106 может быть заполнена данными, которые может считывать компьютер и которые представляют инструкции, исполняемые процессором 102 для осуществления рассматриваемых ниже способов, а также иных вариантов способов, которые предполагаются, но конкретно не перечислены.

Как говорилось выше, на фиг. 1 изображен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, причем каждый цилиндр может аналогичным образом содержать свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания и т.п.

На фиг. 2 схематично изображен пример осуществления датчика выхлопных газов, такого как широкодиапазонный датчик 200 содержания кислорода в отработавших газах, UEGO, выполненный с возможностью измерения концентрации кислорода (O₂) в потоке отработавших газов. Датчик 200 может работать в качестве датчика 126 отработавших газов, который, например, был ранее описан согласно фиг. 1. Датчик 200 содержит несколько слоев одного или более керамических материалов, расположенных в виде пакета. В варианте фиг. 2 показаны пять керамических слоев - это слои 201, 202, 203, 204 и 205. Среди указанных слоев имеется один или более слоев твердого электролита, способного проводить ионы кислорода. Примерами подходящих твердых электролитов, помимо других возможных, являются материалы на основе оксида циркония. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, таких, какой показан на фиг. 2, для увеличения ионной проводимости слоев в тепловом контакте со слоями может быть расположен нагреватель 207. Хотя изображенный датчик 200 UEGO сформирован из пяти керамических слоев, следует понимать, что датчик UEGO может содержать другое подходящее число керамических слоев.

Слой 202 содержит материал или материалы, создающие диффузионный путь 210. Диффузионный путь 210 выполнен с возможностью ввода отработавших газов в первую внутреннюю камеру 222 посредством диффузии. Диффузионный путь 210 может быть выполнен так, чтобы дать возможность одному или более компонентам отработавшего газа, включая, помимо других возможных, определяемое вещество (например, O₂), диффундировать во внутреннюю камеру 222 с более ограниченной скоростью, чем скорость закачки или откачки определяемого вещества посредством пары электродов 212, 214 накачки. Таким образом, в первой внутренней камере 222 может быть получен стехиометрический уровень O₂.

Датчик 200 также содержит вторую внутреннюю камеру 224 внутри слоя 204, которая отделена от первой внутренней камеры 222 слоем 203. Вторая внутренняя камера 224 выполнена с возможностью поддержания постоянного парциального давления кислорода, эквивалентного стехиометрическому условию, т.е. уровень кислорода, присутствующий во второй внутренней камере 224, равен уровню, который бы имел отработавший газ, если бы воздушно-топливное отношение было стехиометрическим. Концентрация кислорода во второй внутренней камере 224 поддерживается постоянной за счет тока 1 ср накачки. В данном случае вторую внутреннюю камеру можно назвать ячейкой сравнения.

В контакте с первой внутренней камерой 222 и ячейкой 224 сравнения расположена пара измерительных электродов 216 и 218. Измерительные электроды 216 и 218 выполнены с возможностью обнаружения градиента концентрации, который может развиваться между первой внутренней камерой 222 и ячейкой 224 сравнения из-за того, что концентрация кислорода в отработавшем газе выше или ниже стехиометрического уровня. К примеру, высокая концентрация кислорода может быть вызвана обедненной воздушно-топливной смесью, в то время как низкая концентрация кислорода может быть вызвана богатой воздушно-топливной смесью.

Пара электродов 212 и 214 накачки расположена в контакте с внутренней камерой 222, и выполнена с возможностью электрохимической перекачки выбранной составляющей газа (например, O₂) из внутренней камеры 222, через слой 201 и наружу из датчика 200. В другом варианте, пара электродов 212 и 214 накачки может быть выполнена с возможностью электрохимической перекачки выбранного газа через слой 201 и во внутреннюю камеру 222. В данном случае, пару электродов 212 и 214 накачки можно назвать ячейкой накачки O₂.

Электроды 212, 214, 216 и 218 могут быть выполнены из различных подходящих материалов. В некоторых вариантах осуществления изобретения, электроды 212, 214, 216 и 218 могут быть по меньшей мере частично выполнены из материала, который является катализатором диссоциации молекулярного кислорода. Помимо других возможных, электроды, содержащие платину и/или золото, могут служить примерами использования материалов.

Процесс электрохимической закачки кислорода во внутреннюю камеру 222 или откачки кислорода из внутренней камеры 222 включает в себя приложение напряжения к паре электродов 212 и 214 накачки и пропускание электрического тока I_P. Ток I_p, пропускаемый через ячейку накачки O₂, приводит к закачиванию кислорода во внутреннюю камеру 222 или откачиванию кислорода из внутренней камеры 222 с целью поддержания стехиометрического уровня кислорода в полости ячейки накачки. Ток I_p накачки пропорционален концентрации кислорода в отработавшем газе. Таким образом, обедненная смесь будет приводить к откачке кислорода из внутренней камеры 222, а богатая смесь будет вызывать закачку кислорода во внутреннюю камеру 222.

Система управления (не показана на фиг. 2) формирует сигнал напряжения V_p накачки в зависимости от интенсивности тока I_p, который требуется для поддержания стехиометрического уровня в первой внутренней камере 222.

Следует понимать, что описываемый здесь датчик UEGO представляет просто пример осуществления датчика такого типа, и что иные варианты осуществления датчиков UEGO могут иметь дополнительные и/или другие функции и/или иное конструктивное исполнение.

На фиг. 3, 4 и 6 изображены схемы, иллюстрирующие алгоритмы работы с датчиком выхлопных газов и, соответственно, двигательной системой. К примеру, алгоритм, изображенный на фиг. 3, в зависимости от условий поступления топлива в двигатель определяет, должен ли датчик работать в качестве измерителя концентрации кислорода в отработавшем газе или в качестве измерителя влажности наружного воздуха. Алгоритм, изображенный на фиг. 4, определяет влажность наружного воздуха на основе сигнала датчика выхлопных газов, такого как датчик 200, описанный согласно фиг. 2. На фиг. 6 изображен алгоритм для коррекции рабочего параметра двигателя в зависимости от влажности наружного воздуха, измеренной согласно алгоритму фиг. 3.

На фиг. 3 изображена блок-схема, иллюстрирующая алгоритм 300 для управления датчиком выхлопных газов, таким как датчик, который был рассмотрен согласно фиг. 2 и расположен согласно фиг. 1, в зависимости от условий подачи топлива в двигатель. Точнее, алгоритм определяет, не работает ли двигательная система в режиме, когда топливо в двигатель не подается, и соответствующим образом корректирует режим измерений датчика. К примеру, когда топливо в двигатель не подается, датчик работает в режиме определения влажности наружного воздуха, а когда топливо подается, датчик работает в режиме измерения концентрации кислорода в отработавшем газе, чтобы определить воздушно-топливное отношение.

На шаге 302 алгоритма 300 на фиг. 3 производится определение условий (параметров) работы двигателя. В качестве примера, в набор параметров работы двигателя, помимо других возможных, могут входить: фактический/требуемый объем отработавших газов, передаваемый в контур EGR, фаза подачи искры зажигания, воздушно-топливное отношение и т.п.

Как только будут определены параметры работы двигателя, на шаге 304 алгоритма 300 будет определено, работает ли двигатель в режиме, при котором топливо не подается. Режим, при котором топливо не подается, включает в себя условия работы двигателя, при которых подача топлива прервана, но двигатель продолжает вращаться, и имеет место срабатывание по меньшей мере одного впускного клапана и одного выпускного клапана. Таким образом, воздух протекает через один или более цилиндров, но впрыск топлива в цилиндры не производится. Когда топливо не подается, воспламенения не происходит, и наружный воздух может двигаться сквозь цилиндр от впускного канала к выпускному каналу. Таким образом, датчик, такой как датчик выхлопных газов, может принимать наружный воздух в котором можно производить измерения, например, определять влажность наружного воздуха.

Состояния, при которых топливо не подается, могут включать, к примеру, отсечку топлива при торможении (ОТТ). ОТТ - это реакция на работу педали водителя (например, реакция на начало отпускания педали акселератора, и на состояние, когда автомобиль разгоняется и превышает пороговую величину). ОТТ может возникать многократно в течение ездового цикла, и таким образом, за время ездового цикла может быть получено множество значений влажности наружного воздуха - каждое значение для каждого случая ОТТ. Как таковой, общий к.п.д. двигателя может поддерживаться постоянным во время ездовых циклов, при которых влажность наружного воздуха меняется. Влажность наружного воздуха может изменяться при изменении высоты и температуры, или, например, когда автомобиль въезжает в туман или дождь или выезжает из тумана или дождя.

Если будет установлено, что отсечка подачи топлива не имеет места, то есть, например, происходит впрыск топлива в один или более цилиндров двигателя, алгоритм 300 переходит к шагу 308. На шаге 308 датчик выхлопных газов работает в качестве датчика воздушно-топливного отношения. При таком режиме с датчиком можно работать, к примеру, как с лямбда-зондом. В этом случае выходное напряжение может показывать, соответствует ли воздушно-топливное отношение отработавшего газа обедненному режиму или обогащенному. В ином варианте, датчик может работать в качестве универсального датчика содержания кислорода в отработавших газах (UEGO), а воздушно-топливное отношение (т.е. степень отклонения от стехиометрического отношения) может быть получено из тока накачки ячейки накачки датчика.

На шаге 310 алгоритма 300 производится управление воздушно-топливным отношением (ВТО) по сигналу датчика содержания кислорода в отработавшем газе. Таким образом, можно поддерживать требуемое ВТО для отработавшего газа в зависимости от сигнала обратной связи от датчика, когда производится подача топлива в двигатель. Например, если требуемое воздушно-топливное отношение равно стехиометрическому, а датчик по отработавшему газу определяет обедненный режим (т.е. в отработавшем газе содержится избыточный кислород, и ВТО меньше стехиометрического), то при последующих актах подачи топлива в двигатель может быть сделан впрыск дополнительного топлива.

С другой стороны, если установлено, что двигатель находится в режиме отсечки подачи топлива, алгоритм переходит к шагу 306, и с датчиком работают так, чтобы определять влажность наружного воздуха. Влажность наружного воздуха может быть определена по выходному сигналу датчика, что будет рассмотрено более подробно согласно фиг. 4. Например, может быть произведена модуляция опорного напряжения датчика в интервале между минимальным напряжением, при котором производится обнаружение кислорода, и напряжением, при котором может происходить диссоциация молекул воды, так чтобы можно было определять влажность наружного воздуха. Следует понимать, что влажность наружного воздуха в том виде, в каком производится ее определение (описано ниже согласно фиг. 4), представляет собой абсолютную влажность. Кроме того, может быть определена и относительная влажность путем дополнительного применения устройства измерения температуры, например, датчика температуры.

На фиг. 4 изображена блок-схема, иллюстрирующая алгоритм 400 для определения влажности наружного воздуха посредством датчика выхлопных газов, например, такого как кислородный датчик, который описан ранее согласно фиг. 2, и расположен так, как показано на фиг. 1. Точнее, алгоритм определяет промежуток времени после отсечки топлива, и определяет влажность наружного воздуха посредством датчика выхлопных газов способом, в основе которого лежит промежуток времени, прошедший после отсечки топлива. К примеру, когда промежуток времени после отсечки топлива, меньше порогового промежутка, производится модуляция опорного напряжения датчика в интервале между первым напряжением и вторым напряжением, чтобы определить влажность наружного воздуха. Если промежуток времени после отсечки топлива больше порогового промежутка, то модуляция опорного напряжения не производится.

На шаге 402 производится определение промежутка времени, прошедшего после отсечки топлива. Согласно некоторым примерам, указанный промежуток может измеряться временем, прошедшим после отсечки топлива. Согласно другим примерам, указанный промежуток может, к примеру, измеряться числом рабочих циклов двигателя, совершенных после отсечки топлива. На шаге 404 производится проверка, превышает ли промежуток времени после отсечки топлива пороговый промежуток. Пороговый промежуток может представлять собой интервал времени, который длится до тех пор, пока отработавший газ не окажется по существу свободным от углеводородов, образующихся при горении в двигателе. Например, остаточные газы от одного или более предшествующих циклов сгорания могут оставаться в выпускном тракте в течение нескольких циклов после отсечки топлива, и газ, который выпускается из камеры, может содержать углеводородов больше, чем наружный воздух на протяжении какого-то времени после отсечки подачи топлива. Кроме того, период времени, в течение которого подача топлива прекращена, может быть разным. Например, водитель может отпустить педаль акселератора и дать автомобилю возможность двигаться по инерции до остановки, что приводит к продолжительному периоду ОТТ. В некоторых ситуациях, период отсечки топлива (время между прерыванием подачи топлива и возобновлением подачи топлива) может быть недостаточно длительным, чтобы в выпускной системе наружный воздух пришел в состояние равновесия. Например, водитель автомобиля может после отпускания педали акселератора через короткое время снова ее нажать, что заставляет состояние ОТТ быстро прекратиться после своего начала. В такой ситуации алгоритм 400 переходит к шагу 406.

Если установлено, что промежуток времени, прошедший после отсечки топлива, меньше порогового промежутка, то алгоритм переходит к шагу 406, и датчик переводят в первый режим работы, при котором опорное напряжение подвергают модуляции между первым напряжением и вторым напряжением. Согласно одному примеру, не имеющему ограничительного характера, первое напряжение может составлять 450 мВ, а второе напряжение - 950 мВ. При напряжении 450 мВ, к примеру, ток накачки может являться показателем количества кислорода в отработавшем газе. При напряжении 950 мВ может происходить диссоциация молекул воды, так что ток накачки будет являться показателем количества кислорода в отработавшем газе плюс количество кислорода из диссоциировавших молекул воды. Первое напряжение может являться напряжением, при котором может быть определена концентрация кислорода в отработавшем газе, в то время как второе напряжение может являться напряжением, при котором может происходить диссоциация молекул воды. Таким образом, влажность отработавшего газа может быть определена на основе данных концентрации воды.

Согласно другому примеру, первое напряжение составляет 450 мВ, а второе напряжение составляет 1080 мВ. При напряжении 1080 мВ дополнительно к молекулам воды могут подвергаться диссоциации молекулы двуокиси углерода (CO₂). В таком случае, может быть определено количество алкоголя (например, этанола) в топливе на основе данных среднего изменения тока накачки при модуляции напряжения.

На шаге 408 фиг. 4 производится определение изменения тока накачки во время модуляции. К примеру, определяют разность тока накачки при первом опорном напряжении и тока накачки при втором опорном напряжении. На фиг. 5 в качестве примера изображен график модулированного опорного напряжения 502 и соответствующего изменения тока 504 накачки в условиях отсечки подачи топлива, например, в условиях ОТТ. В примере, изображенном на фиг. 5, ОТТ начинается в момент t₁, а заканчивается в момент t₂. Как показано, производится модуляция опорного напряжения 502 между первым напряжением V₁ и вторым напряжением V₂, которое больше первого напряжения Ток 504 накачки, реагирующий на изменение опорного напряжения 502, также изменяется. Таким образом, можно определить изменение тока накачки (т.е. «дельта» тока накачки). «Дельта» тока накачки может быть усреднено по времени действия ОТТ, так что может быть определена влажность наружного воздуха.

На шаге 410 алгоритма 400 фиг. 4 производится определение среднего значения изменения тока накачки. После определения среднего значения изменения тока накачки, на основе данных среднего значения изменения тока накачки на шаге 412 производится определение первых измеренных данных влажности наружного воздуха. За счет модуляции опорного напряжения и определения среднего значения изменения тока накачки может быть, например, сведено к нулю влияние изменения воздушно-топливного отношения в начале промежутка ОТТ, когда в отработавшем газе могут присутствовать остатки продуктов сгорания. Как таковые, данные влажности наружного воздуха могут быть сформированы сравнительно быстро после прекращения впрыска топлива, даже если отработавший газ не свободен от остатков продуктов сгорания.

Если на шаге 404 будет установлено, что промежуток времени после отсечки топлива больше порогового промежутка, то алгоритм переходит к шагу 414, и с датчиком работают во втором режиме, при котором опорное напряжение увеличивают до порогового напряжения, но не модулируют. Пороговым напряжением может являться напряжение, при котором происходит диссоциация требуемых молекул. В качестве примера, опорное напряжение может быть увеличено до 950 мВ или до другого уровня, при котором могут диссоциировать молекулы воды. На шаге 416 производится определение изменения тока накачки, вызванное изменением опорного напряжения. На шаге 418, на основе определения изменения тока накачки на шаге 416 производится определение вторых измеренных данных влажности наружного воздуха. По истечении порогового промежутка отработавший газ может быть свободен от остатков продуктов сгорания. Как таковые, данные влажности наружного воздуха могут быть сформированы без быстрой модуляции опорного напряжения.

Как было подробно рассмотрено выше, с датчиком выхлопных газов можно работать по меньшей мере в двух режимах, в которых производится контроль напряжения накачки или тока накачки. Как таковой, датчик можно использовать для определения абсолютной влажности наружного воздуха, окружающего автомобиль, а также для определения воздушно-топливного отношения в отработавшем газе. После определения влажности наружного воздуха может быть произведена коррекция ряда параметров работы двигателя в целях получения оптимальных характеристик двигателя, о чем будет подробнее сказано ниже. В число таких параметров, помимо других возможных, может входить объем отработавшего газа, направляемый в канал рециркуляции (EGR), фаза подачи искры зажигания, воздушно-топливное отношение, впрыск топлива, фаза работы клапанов. Согласно одному варианту осуществления изобретения, при модуляции опорного напряжения не подвергают коррекции один или более из следующих параметров работы двигателя (например, EGR, фазу подачи искры зажигания, воздушно-топливное отношение, впрыск топлива, фазу работы клапанов и т.п.).

На фиг. 6 изображена блок-схема алгоритма 600 для коррекции параметров работы двигателя на основе данных влажности наружного воздуха, сформированных датчиком выхлопных газов, например, таких как данные влажности наружного воздуха, полученные согласно фиг. 4. Точнее, данный алгоритм определяет влажность и корректирует один или более параметров работы двигателя, исходя из данных влажности. Например, увеличение содержания воды в воздухе, окружающем автомобиль, может разбавлять воздушно-топливную смесь, подаваемую в камеру сгорания двигателя. Если один или более рабочих параметров не подвергаются коррекции в ответ на увеличение влажности, то характеристики двигателя могут понизиться, а расход топлива и объем токсичных выбросов могут увеличиться; и таким образом, может снизиться общий к.п.д. двигателя.

На шаге 602 производится определение условий (параметров) работы двигателя. Параметры работы двигателя, помимо прочих возможных, могут включать в себя EGR, фазу подачи искры зажигания, воздушно-топливное отношение, т.е. параметры, на которые может оказывать влияние флуктуация концентрации воды в наружном воздухе.

После того как параметры работы двигателя будут определены, алгоритм переходит к шагу 604, на котором производится определение влажности наружного воздуха. Влажность наружного воздуха может быть определена на основе данных от датчика отработавшего газа, такого как датчик выхлопных газов, который был рассмотрен согласно фиг. 2. К примеру, влажность наружного воздуха может быть определена на шагах 412 или 418 алгоритма 400, рассмотренного согласно фиг. 4.

После того как влажность наружного воздуха будет определена, алгоритм перейдет к шагу 606, на котором на основе данных влажности производится коррекция одного или более параметров работы двигателя. В число таких параметров, помимо других возможных, может входить объем отработавшего газа, направляемый в канал рециркуляции (EGR), фаза подачи искры зажигания и воздушно-топливное отношение. Как говорилось выше, в двигателях внутреннего сгорания с целью оптимизации их характеристик желательно задавать параметры работы, такие как фаза подачи искры зажигания. В некоторых вариантах осуществления изобретения можно регулировать только один параметр в зависимости то влажности. В других вариантах осуществления, в ответ на измеренную флуктуацию влажности наружного воздуха можно корректировать комбинацию указанных параметров работы или их часть.

Согласно одному примеру, в зависимости от измеренной влажности наружного воздуха можно корректировать объем отработавшего газа, направляемый в канал рециркуляции (EGR). К примеру, при одних условиях содержание воды в воздухе, окружающем автомобиль, может увеличиваться в силу изменения погоды, например, тумана; таким образом, когда в двигатель не подается топливо, датчик выхлопных газов обнаруживает повышенную влажность. В ответ на увеличенное измеренное значение влажности, во время последующей работы двигателя с топливом поток рециркулирующего отработавшего газа (EGR) по меньшей мере в одну камеру сгорания может быть уменьшен. В результате, к.п.д. двигателя можно поддерживать на постоянном уровне.

В ответ на флуктуацию абсолютной влажности наружного воздуха поток EGR можно увеличивать или уменьшать по меньшей мере в одной камере сгорания. Как таковой, поток EGR можно увеличивать или уменьшать только в одной камере сгорания, в некоторых камерах сгорания или во всех камерах сгорания. Кроме того, величина изменения потока EGR может быть одна и та же для всех цилиндров, или же величина изменения потока EGR может быть разной от цилиндра к цилиндру в зависимости от конкретных условий работы каждого цилиндра.

Согласно другому примеру, в зависимости от измеренной влажности наружного воздуха можно корректировать фазу подачи искры зажигания. К примеру, по меньшей мере при одном условии, во время последующей работы двигателя с топливом, в ответ на увеличенное значение влажности фазу подачи искры зажигания можно установить с опережением в одном или более цилиндрах. Фазу подачи искры зажигания можно задавать так, чтобы уменьшить детонацию в условиях низкой влажности (например, установить с запаздыванием от фазы пикового момента). Когда датчик выхлопных газов обнаруживает увеличение влажности, можно задать опережающую фазу искры, чтобы сохранить неизменными характеристики двигателя и работать с такой фазой подачи искры зажигания, которая близка к фазе, обеспечивающей пиковый момент, или равна этой фазе.

Кроме того, в ответ на уменьшение влажности наружного воздуха можно задавать запаздывание фазы подачи искры зажигания. Например, уменьшение влажности наружного воздуха от более высокого уровня может вызывать детонацию. Если в режиме отсечки топлива (например, ОТТ) датчик выхлопных газов обнаруживает уменьшение влажности, то при последующей работе двигателя с топливом искру зажигания можно подавать с запаздыванием, и снизить детонацию.

Следует отметить, что при последующей работе двигателя с топливом искру зажигания можно подавать с опережением или с запаздыванием в один или более цилиндров. Кроме того, сдвиг фазы искры зажигания может быть одинаковым для всех цилиндров, или же один или более цилиндров могут иметь разную величину сдвига фазы на опережение или запаздывание.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения, в зависимости от измеренной влажности наружного воздуха можно корректировать воздушно-топливное отношение в отработавшем газе для дальнейшей работы двигателя с топливом. К примеру, с двигателем можно работать на обедненной воздушно-топливной смеси, оптимизированной для низкой влажности. В случае увеличения влажности, для такой влажности эта смесь может оказаться бедной, что приведет к пропускам зажигания в двигателе. Однако, если при отсечке топлива датчик выхлопных газов обнаруживает увеличение влажности, то воздушно-топливное отношение можно откорректировать так, чтобы при последующей работе двигателя с топливом двигатель работал на менее бедной воздушно-топливной смеси. Аналогичным образом, для последующей работы двигателя с топливом воздушно топливное отношение можно откорректировать в сторону более бедной смеси в ответ на измеренное уменьшение влажности наружного воздуха. Таким образом, можно уменьшить вероятность таких состояний, как пропуск зажигания в двигателе из-за флуктуации влажности наружного воздуха.

В каких-то случаях с двигателем можно работать при стехиометрическом воздушно-топливном отношении или при богатой воздушно-топливной смеси. Как таковое, воздушно-топливное отношение может и не зависеть от влажности наружного воздуха, и измеренные флуктуации влажности могут не приводить к корректировке воздушно-топливного отношения.

Таким образом, параметры работы двигателя можно регулировать в зависимости от влажности наружного воздуха, измеренной датчиком выхлопных газов, который связан с выпускной системой двигателя. Поскольку за время ездового цикла состояние ОТТ может возникать множество раз, данные измерения влажности наружного воздуха за время ездового цикла могут формироваться несколько раз, при этом могут соответственно подвергаться регулировке один или более параметров работы двигателя, что приводит к оптимизации общих характеристик двигателя несмотря на флуктуации влажности наружного воздуха. Кроме того, параметры работы двигателя можно корректировать в ответ на изменение влажности наружного воздуха независимо от продолжительности состояний отсечки подачи топлива в двигатель, поскольку за счет модуляции опорного напряжения результат измерения влажности наружного воздуха может быть сформирован за короткое время, даже если отработавший газ не совсем освободился от остатков продуктов сгорания.

Следует отметить, что включенные в описание алгоритмы управления и оценивания могут быть использованы с различными схемами двигателей и/или систем автомобиля. Рассмотренные здесь конкретные алгоритмы могут представлять один или более способов обработки, которые инициируются событием, прерыванием, являются многозадачными, многопотоковыми и т.п. Как таковые, различные действия, операции или функции можно выполнять в той последовательности, какая указана на схеме, но можно выполнять и параллельно или в некоторых случаях опускать. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для реализации отличительных признаков и преимуществ рассмотренных вариантов осуществления, но приведен в целях упрощения описания. Одно или более из изображенных действий или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представлять код, записываемый в считываемую среду хранения данных компьютера в системе управления двигателем.

Следует понимать, что рассмотренные в описании конструкции и/или алгоритмы по сути являются примерами, и приведенные конкретные варианты осуществления нельзя рассматривать, как примеры, ограничивающие идею изобретения, ввиду возможности многочисленных модификаций. Например, вышеописанная технология может быть применена в двигателях со схемами V-6, I-4, I-6, V-12, двигателях с 4 оппозитными цилиндрами и в двигателях иных типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя весь объем новых и неочевидных комбинаций и сочетаний различных систем и конструкций, а также другие отличия, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем описании.

Пункты нижеприведенной формулы изобретения конкретно указывают на определенные комбинации и подчиненные комбинации отличительных признаков, которые считаются новыми и неочевидными. Эти пункты могут относиться к «одному» элементу или «первому» элементу, или эквивалентному элементу. Следует понимать, что такие пункты содержат включение одного или более указанных элементов, не требуя при этом и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подчиненные комбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу изобретения путем изменения пунктов настоящей формулы или путем представления новых пунктов формулы изобретения в рамках данной или родственной заявки.

Такие пункты формулы изобретения также считаются включенными в предмет настоящего изобретения независимо от того, являются они более широкими, более узкими, равными или отличающимися в отношении границ идеи изобретения, установленных исходной формулой изобретения.

Изобретение относится к определению влажности окружающего воздуха посредством датчика выхлопных газов, связанного с системой выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Согласно одному примеру осуществления опорное напряжение датчика во время отсечки подачи топлива в двигатель модулируют между первым и вторым напряжениями. Влажность наружного воздуха определяют на основе среднего значения изменения тока накачки при модуляции напряжения. Техническим результатом является нейтрализация эффекта изменения воздушно-топливного отношения за счет модуляции опорного напряжения. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ для двигательной системы, в котором, при отсечке подачи топлива в двигатель, когда задействован по меньшей мере один впускной клапан и один выпускной клапан, модулируют опорное напряжение датчика выхлопных газов и формируют измеренные данные влажности наружного воздуха путем усреднения изменения тока накачки для каждого акта модуляции между первым напряжением и вторым напряжением; и при последующей работе двигателя с топливом корректируют параметр работы двигателя на основе измеренных данных влажности наружного воздуха.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что датчик представляет собой датчик содержания кислорода в отработавшем газе.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что модуляция опорного напряжения включает в себя переключение опорного напряжения между первым напряжением и вторым напряжением.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что первое напряжение составляет 450 мВ, а второе напряжение составляет 950 мВ.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что состояния отсечки подачи топлива в двигатель включают в себя ситуацию отсечки топлива при торможении.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что параметр работы двигателя включает объем отработавшего газа, подаваемого в контур рециркуляции, при этом по меньшей мере при одном состоянии корректировка объема отработавшего газа, подаваемого в контур рециркуляции, включает в себя уменьшение указанного объема в ответ на увеличение влажности по данным измерения.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после того, как продолжительность состояния отсечки подачи топлива превысит пороговую продолжительность, формируют вторые измеренные данные влажности наружного воздуха на основе сигнала датчика при отсутствии модуляции опорного напряжения.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что параметром работы двигателя является воздушно-топливное отношение в камере сгорания двигателя, при этом корректировка воздушно-топливного отношения включает в себя поддержание требуемого воздушно-топливного отношения для отработавшего газа по сигналу датчика.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что влажность наружного воздуха представляет собой абсолютную влажность.

10. Способ для датчика выхлопных газов, связанного с выпускным каналом двигателя, в котором, при отсечке подачи топлива в двигатель, когда задействован по меньшей мере один впускной клапан и один выпускной клапан, модулируют опорное напряжение между первым напряжением и вторым напряжением, формируют данные изменения тока накачки для каждого акта модуляции, усредняют изменение тока накачки по времени существования состояния отсечки топлива и формируют первые измеренные данные влажности наружного воздуха на основе среднего изменения тока накачки; по истечении пороговой продолжительности формируют вторые измеренные данные влажности наружного воздуха на основе сигнала датчика посредством увеличения опорного напряжения до порогового напряжения; и во время последующей работы двигателя с топливом корректируют один или более параметров работы двигателя в зависимости от влажности наружного воздуха.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что первое напряжение составляет 450 мВ, а второе напряжение составляет 950 мВ.

12. Способ по п. 10, отличающийся тем, что пороговое напряжение представляет собой напряжение, при котором может происходить диссоциация молекул воды.

13. Способ по п. 10, отличающийся тем, что датчик представляет собой датчик содержания кислорода в отработавшем газе, при этом состояния отсечки подачи топлива в двигатель включают в себя ситуацию отсечки топлива при торможении.

14. Способ по п. 10, отличающийся тем, что один или более параметров работы двигателя включают в себя объем отработавшего газа, подаваемого в контур рециркуляции, фазу подачи искры зажигания и воздушно-топливное отношение двигателя.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что корректировка объема отработавшего газа, подаваемого в контур рециркуляции, включает в себя увеличение указанного объема в ответ на уменьшение влажности по данным измерения.

16. Способ по п. 14, отличающийся тем, что корректировка фазы подачи искры зажигания включает в себя установку опережения фазы в ответ на увеличение влажности по данным измерения.

17. Способ по п. 14, отличающийся тем, что корректировка воздушно-топливного отношения заключается в обогащении бедной воздушно-топливной смеси в ответ на увеличение влажности по данным измерения.

18. Система, содержащая двигатель с системой выпуска отработавших газов; датчик содержания кислорода в отработавшем газе, расположенный в указанной системе выпуска; систему управления, связанную с этим датчиком, при этом система управления снабжена такими инструкциями, чтобы во время отсечки подачи топлива в двигатель и перед истечением пороговой продолжительности модулировать опорное напряжение датчика между первым напряжением и вторым напряжением и формировать первые измеренные данные влажности наружного воздуха на основе изменения тока накачки, которое происходит в ответ на модуляцию опорного напряжения, во время отсечки подачи топлива в двигатель и по истечении пороговой продолжительности увеличивать опорное напряжение до второго напряжения и формировать вторые измеренные данные влажности наружного воздуха на основе изменения тока накачки, которое происходит в ответ на изменение опорного напряжения, и при последующей работе двигателя с топливом корректировать один или более параметров работы двигателя в зависимости от влажности наружного воздуха.

19. Система по п. 18, отличающаяся тем, что параметры работы двигателя включают в себя объем отработавшего газа, подаваемого в контур рециркуляции, фазу подачи искры зажигания и воздушно-топливное отношение двигателя.