Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к способам и системам для управления степенью сжатия в двигателе в ответ на аномальное воспламенение в двигательной системе, выполненной с возможностью регулирования хода поршня.
Уровень техники
При определенных рабочих условиях двигатели, в которых для увеличения удельной выходной мощности предусмотрена высокая степень сжатия или которые оснащены наддувом, могут быть предрасположены к аномальному горению в цилиндрах при малых оборотах, например, по причине преждевременного воспламенения. Раннее аномальное горение смеси по причине преждевременного воспламенения может приводить к развитию очень высоких давлений в цилиндре, и может вызывать появление волн давления при сгорании смеси, аналогичных детонации при сгорании, но более интенсивных. Такие аномальные акты горения могут привести к быстрому износу двигателя. Соответственно, были разработаны подходы для раннего обнаружения и смягчения последствий актов аномального горения, исходя из условий работы двигателя.
Пример одного подхода представлен в патентной заявке США 20110239986. В указанной заявке контроллер двигателя выполняют с возможностью регулирования количества впрыскиваемого топлива и момента впрыска с целью обогащения смеси в цилиндре, в котором отмечено нарушение, и, как вариант - с возможностью уменьшения эффективной степени сжатия; при этом указанные действия выполняют в ответ на указание на признаки преждевременного воспламенения и дополнительно в зависимости от оборотов двигателя, при которых обнаружены указанные признаки. Согласно другому примеру, приведенному в патенте США 8731799, устанавливают опережение срабатывания кулачка впускного клапана, чтобы изменить момент срабатывания впускного клапана, и уменьшить эффективную степень сжатия в двигателе. В других случаях для изменения эффективной степени сжатия в двигателе может быть использовано регулирование перепускной заслонки и/или дросселя. Точнее, производится уменьшение всасываемого воздушного потока и, тем самым, нагрузки двигателя. В обоих случаях результирующее падение эффективной степени сжатия направлено на решение проблемы преждевременного воспламенения за счет уменьшения сжатия, что приводит к уменьшению роста температуры.
Однако, обнаружены потенциальные проблемы свойственные указанным подходам. Регулировочные действия, которые уменьшают степень сжатия, могут отрицательно повлиять на показатели двигателя. В качестве примера, обогащение топливной смеси при впрыске может ухудшить показатели экономии топлива, показатели выброса токсичных веществ, и привести к возможному снижению крутящего момента, если обогащение превысит уровень обогащения, обеспечивающий максимальный крутящий момент OMM (RBT, Rich Best Torque). Регулирование фазы кулачка может также привести к увеличению расхода топлива. Согласно другому примеру, сдвиг фазы работы впускного кулачка в сторону опережения может привести к эффектам остаточных продуктов сгорания, которые в конечном счете дополнительно усугубляют последствия преждевременного воспламенения, за счет увеличения количества остаточных продуктов.
Раскрытие изобретения
Чтобы решить вышеуказанные проблемы, был разработан способ ослабления преждевременного воспламенения в двигателе, содержащий: в ответ на обнаружение признака преждевременного воспламенения - регулирование хода поршня с целью уменьшения степени сжатия в двигателе. При таком способе проблема аномального горения из-за преждевременного воспламенения может быть решена путем использования возможности изменения хода поршня при сохранении подачи топлива и фазы работы клапана.
Согласно одному примеру, транспортное средство (автомобиль) может быть оснащено двигателем с изменяемой степенью сжатия. Конкретно, каждый цилиндр двигателя может содержать поршень, связанный с механизмом изменения хода поршня, который перемещает поршни ближе к головке цилиндров или дальше от головки цилиндров, изменяя таким образом размер камер сгорания. За счет изменения величины хода поршня может быть изменена статическая степень сжатия в двигателе (т.е. отношение объема цилиндра, когда поршень находится в нижней мертвой точке (НМТ) к объему цилиндра, когда поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ)). Согласно одному примеру, соединительный шток поршня может быть связан с шарнирным блоком или осью эксцентрика, так чтобы можно было регулировать ход поршня внутри цилиндра. Согласно другому примеру, с пальцем поршня может быть связан эксцентрик, при этом указанный эксцентрик выполнен с возможностью изменения хода поршня внутри камеры сгорания. Перемещением эксцентрика можно управлять посредством масляных каналов в штоке. Следует понимать, что в рамках идеи и объема настоящего изобретения могут быть использованы и иные механизмы, которые механически изменяют ход поршня внутри камеры сгорания. Путем регулирования хода поршня можно изменять эффективную (статическую) степень сжатия в двигателе. При номинальных условиях работы двигателя работа последнего может происходить при ходе поршня, который обеспечивает номинальную степень сжатия. Исходя из предыстории преждевременного воспламенения в двигателе (т.е. информации о процессах, которые имели место перед тем, как был обнаружен признак преждевременного воспламенения) ход поршня может быть уменьшен, чтобы понизить степень сжатия до уровня, определяемого обратной связью. Благодаря регулированию хода поршня с целью уменьшения степени сжатия с применением обратной связи в ответ на предысторию преждевременного воспламенения, может быть уменьшена предрасположенность двигателя к преждевременному воспламенению. В ответ на акт фактического преждевременного воспламенения (например, акт воспламенения, возникающий даже после уменьшения степени сжатия до уровня, определяемого обратной связью) степень сжатия в двигателе может быть незамедлительно дополнительно уменьшена путем уменьшения хода поршня. Процедура снижения степени сжатия в ответ на акт преждевременного воспламенения может уменьшить степень сжатия до уровня, соответствующего подавлению явления преждевременного воспламенения, который ниже уровня, определяемого обратной связью. За счет незамедлительного уменьшения степени сжатия в двигателе в ответ на акт преждевременного воспламенения может быть в дальнейшем сокращено количество аномальных актов воспламенения в цилиндре. Более конкретно, уменьшение степени сжатия может уменьшить термодинамический рост температуры в силу пониженного роста давления по причине уменьшения хода поршня на такте сжатия. В то же самое время количество впрыскиваемого топлива и момент впрыска могут быть сохранены; при этом воздушно-топливное отношение при горении в цилиндре может поддерживаться на стехиометрическом уровне или на уровне близком к стехиометрическому. Аналогично, может быть сохранена фаза срабатывания впускного клапана. Величина применяемого уменьшения степени сжатия может основываться на признаке преждевременного воспламенения. Например, когда выходной сигнал датчика детонации превышает порог преждевременного воспламенения или показания счетчика актов преждевременного воспламенения или частота актов преждевременного воспламенения в двигателе превышают порог, может быть произведено уменьшение хода поршня до тех пор, пока не будет достигнута пороговая степень сжатия. Уменьшение ниже пороговой степени сжатия может отрицательно сказаться на показателях двигателя. Следовательно, как только будет достигнута пороговая степень сжатия, далее бороться с преждевременным воспламенением можно путем обогащения смеси в двигателе (например, создавая обогащение только в том цилиндре, где обнаружено преждевременное воспламенение) и/или путем изменения фазы работы клапана.
В других случаях, уменьшение степени сжатия, достигаемое изменением хода поршня, может основываться на оборотах двигателя, при которых было обнаружено преждевременное воспламенение. Например, когда преждевременное воспламенение возникает при более высоких оборотах двигателя, или при переходе от одних оборотов к другим, изменение хода поршня может быть неспособным достаточно быстро уменьшить степень сжатия. При таких условиях, прежде чем уменьшать степень сжатия за счет хода поршня, может быть применено по меньшей мере некоторое обогащение смеси в цилиндре. После ослабления актов преждевременного воспламенения, когда продолжительность работы двигателя без возникновения случаев преждевременного воспламенения увеличивается, обогащение в двигателе и/или ограничение нагрузки может быть уменьшено, чтобы вернуть двигатель к работе при стехиометрическом воздушно-топливном отношении и без ограничения нагрузки. Затем, в ответ на то, что далее явления преждевременного воспламенения не возникают, степень сжатия в двигателе можно вернуть к номинальному значению путем постепенного увеличения хода поршня.
Таким образом, проблема аномального горения в цилиндре в виде преждевременного воспламенения может быть решена путем изменения хода поршня без изменения настроек подачи топлива и работы клапана. Благодаря уменьшению степени сжатия в двигателе в ответ на преждевременное воспламенение путем быстрого уменьшения хода поршня, явления преждевременного воспламенения могут быть подавлены, при этом нет необходимости полагаться только на обогащение смеси и ограничение нагрузки, что тем самым обеспечивает экономию топлива и улучшение показателей двигателя даже в то время, когда происходит борьба с преждевременным воспламенением. Благодаря удержанию степени сжатия в двигателе на низком уровне на протяжении последующего времени или последующей дистанции движения автомобиля, пока более не возникают явления преждевременного воспламенения, можно уменьшить износ двигателя, вызываемый преждевременным воспламенением, продлить срок службы двигателя. Благодаря последующему возврату степени сжатия к номинальному значению, когда частота возникновения явлений преждевременного воспламенения падает, могут быть ослаблены проблемы показателей двигателя, вызванные временным уменьшением степени сжатия. Кроме того, снижается расход топлива, и одновременно снижаются токсичные выбросы. За счет снижения вероятности дальнейшего возникновения явлений преждевременного воспламенения также ослабляются проблемы нежелательного шума, вибрации и резкости ШВР (NVH, Noise, Vibration, Harshness) связанные с актами преждевременного воспламенения.
Первым аспектом изобретения является способ для двигателя, содержащий:
регулирование хода поршня с целью уменьшения степени сжатия в двигателе в ответ на обнаружение признака преждевременного воспламенения, причем признак преждевременного воспламенения заключается в одном или более из следующих: количество актов преждевременного воспламенения в двигателе, выходной сигнал датчика детонации, интенсивность преждевременного воспламенения, амплитуда преждевременного воспламенения и частота преждевременного воспламенения, для более чем одного предыдущего цикла двигателя, при этом величина уменьшения степени сжатия основана на признаке преждевременного воспламенения и оборотах двигателя, причем применяют меньший ход поршня и меньшее уменьшение степени сжатия, когда получение признака преждевременного воспламенения происходит при более высоких оборотах двигателя, и применяют больший ход поршня и большее уменьшение степени сжатия, когда получение признака преждевременного воспламенения происходит при более низких оборотах двигателя; выполняемое в первом режиме обогащение топливной смеси в двигателе с превышением стехиометрического уровня при одновременном уменьшении степени сжатия; и
выполняемое во втором режиме обогащение топливной смеси в двигателе с превышением стехиометрического уровня после уменьшения степени сжатия, как только степень сжатия будет уменьшена до порогового минимального уровня, ниже которого степень сжатия далее не уменьшают,
при этом величина обогащения топливной смеси во втором режиме больше, чем в первом режиме, и обогащение топливной смеси во втором режиме сокращают быстрее, чем в первом режиме.
В одном из вариантов, указанное регулирование содержит уменьшение степени сжатия в большей степени в направлении пороговой степени сжатия при увеличении признака преждевременного воспламенения.
В одном из вариантов, способ дополнительно содержит поддержание каждого из следующих параметров: момента впрыска топлива, момента подачи искры зажигания и момента срабатывания клапана, в то время как уменьшают степень сжатия.
В одном из вариантов, величину хода поршня и уменьшение степени сжатия дополнительно основывают на оборотах двигателя, при которых был получен признак преждевременного воспламенения, при этом степень сжатия представляет собой статическую степень сжатия.
В одном из вариантов, регулирование хода поршня с целью уменьшения степени сжатия содержит уменьшение хода поршня внутри камеры сгорания посредством одного из следующих механизмов: эллиптического вращения коленчатого вала или эксцентрика, связанного с поршневым пальцем.
В одном из вариантов, способ дополнительно содержит после достижения пороговой степени сжатия, в ответ на дальнейшее обнаружение признака преждевременного воспламенения: обогащают топливную смесь в двигателе и/или ограничивают нагрузку двигателя посредством уменьшения воздушного потока на впуске, причем каждое из этих действий - обогащение и ограничение нагрузки двигателя - основано на уменьшении степени сжатия.
В одном из вариантов, способ дополнительно в ответ на отсутствие признаков преждевременного воспламенения увеличивают ход поршня с целью увеличения степени сжатия от пороговой степени сжатия.
Вторым аспектом изобретения является способ для двигателя, содержащий:
в ответ на обнаружение признака преждевременного воспламенения уменьшают степень сжатия за счет регулирования хода поршня внутри камеры сгорания, при этом уменьшение степени сжатия дополнительно основывают на оборотах двигателя, при которых получен признак преждевременного воспламенения, причем степень сжатия уменьшают на большую величину при более низких оборотах двигателя, и обогащают топливную смесь в двигателе и/или ограничивают воздушный поток на впуске, причем при более высоких оборотах двигателя обогащение топливной смеси производят во время и после уменьшения степени сжатия, а при более низких оборотах двигателя обогащение топливной смеси производят только после уменьшения степени сжатия до пороговой степени сжатия, при этом величина обогащения топливной смеси в двигателе при более низких оборотах двигателя больше, чем при более высоких оборотах двигателя, и обогащение топливной смеси при более низких оборотах двигателя сокращают быстрее, чем при более высоких оборотах двигателя.
В одном из вариантов, признак преждевременного воспламенения включает в себя частоту преждевременного воспламенения, причем уменьшение степени сжатия заключается в уменьшении степени сжатия с большей скоростью, когда преждевременное воспламенение носит устойчивый характер, и уменьшении степени сжатия с меньшей скоростью, когда преждевременное воспламенение носит прерывистый характер.
В одном из вариантов, уменьшение степени сжатия посредством регулирования хода поршня содержит уменьшение хода поршня внутри камеры сгорания с целью уменьшения степени сжатия.
В одном из вариантов, способ дополнительно содержит поддержание неизменным каждого из следующих параметров: момента впрыска топлива, момента подачи искры зажигания и момента срабатывания клапана, при том, что уменьшают степень сжатия, и регулируют один или более из следующих параметров: момент впрыска топлива, момент подачи искры зажигания и момент срабатывания клапана, в то время как обогащают топливную смесь в двигателе и/или ограничивают воздушный потока на впуске.
В одном из вариантов, способ дополнительно содержит, в ответ на отсутствие признаков преждевременного воспламенения, полученных после обогащения топливной смеси в двигателе и/или ограничения воздушного потока на впуске - увеличение степени сжатия путем увеличения хода поршня внутри камеры сгорания.
Третьим аспектом изобретения является способ для двигателя, содержащий:
уменьшение степени сжатия в двигателе от первого, номинального уровня до второго уровня на величину, основанную на оборотах двигателя и предыстории явлений преждевременного воспламенения в двигателе, и прежде чем случится преждевременное воспламенение в текущем цикле двигателя, при этом предыстория явлений преждевременного воспламенения в двигателе включает одно или более из следующих: количество актов преждевременного воспламенения в двигателе, выходной сигнал датчика детонации, интенсивность преждевременного воспламенения, амплитуда преждевременного воспламенения и частота преждевременного воспламенения, для более чем одного предыдущего цикла двигателя, при этом степень сжатия в двигателе уменьшают на большую величину при более низких оборотах двигателя;
уменьшение степени сжатия в двигателе от второго уровня до третьего уровня в ответ на случай преждевременного воспламенения в текущем цикле двигателя; выполняемое в первом режиме обогащение топливной смеси в двигателе с превышением стехиометрического уровня при одновременном уменьшении степени сжатия в двигателе от второго уровня до третьего уровня и дальнейшее обогащение топливной смеси в двигателе с превышением стехиометрического уровня после уменьшения степени сжатия в двигателе до третьего уровня в ответ на дальнейшие обнаружения признаков преждевременного воспламенения при поддержании степени сжатия в двигателе на третьем уровне; и
выполняемое во втором режиме обогащение топливной смеси в двигателе с превышением стехиометрического уровня после уменьшения степени сжатия в двигателе до третьего уровня в ответ на дальнейшее обнаружение признака преждевременного воспламенения при поддержании степени сжатия в двигателе на третьем уровне,
при этом величина временного обогащения топливной смеси в первом режиме больше, чем во втором режиме, и обогащение топливной смеси в первом режиме сокращают медленнее, чем во втором режиме.
В одном из вариантов, указанное уменьшение от первого уровня до второго уровня меньше, чем уменьшение от второго уровня до третьего уровня.
В одном из вариантов, способ дополнительно содержит, в ответ на отсутствие признаков преждевременного воспламенения, полученных: либо по истечении порогового промежутка времени, либо после прохождения порогового расстояния, либо по истечении порогового числа актов горения после случая преждевременного воспламенения - увеличение степени сжатия в двигателя в направлении первого уровня.
В одном из вариантов, уменьшение степени сжатия в двигателе содержит уменьшение хода поршня внутри цилиндра посредством эксцентрика в области поршневого пальца, и увеличении расстояния между вершиной поршня и головкой цилиндров.
В одном из вариантов, третий уровень является пороговым уровнем, при этом дополнительно способ содержит: в ответ на дальнейшее обнаружение признака преждевременного воспламенения - обогащение топливной смеси в двигателе и ограничение нагрузки двигателя при одновременном поддержании степени сжатия в двигателе на третьем уровне.
В одном из вариантов, величину временного обогащения топливной смеси увеличивают за счет одного или более из следующего: поддержание обогащенного состояния в течение более длительного времени, обогащение с более богатым воздушно-топливным отношением, обогащение на протяжении большего числа циклов.
Вышеприведенные рассуждения содержат выводы, сделанные авторами настоящего изобретения, при этом допускается, что указанные выводы не являются общеизвестными. Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет частичный вид двигателя.
Фиг. 2 изображает блок-схему алгоритма для регулирования степени сжатия в двигателе в ответ на предысторию явлений преждевременного воспламенения и случаи преждевременного воспламенения.
Фиг. 3-5 изображают блок-схемы, демонстрирующие регулирование степени сжатия, ограничение нагрузки и обогащение топливной смеси в ответ на признаки преждевременного воспламенения.
Фиг. 6 изображает блок-схему алгоритма для регулирования хода поршней двигателя с целью изменения степени сжатия в двигателе в ответ на признак преждевременного воспламенения.
Фиг. 7 изображает пример действия способа подавления преждевременного воспламенения, которое опирается по меньшей мере частично на ход поршня, и пример результирующего изменения степени сжатия в двигателе.
Осуществление изобретения
Последующее описание относится к системам и способам для подавления явлений преждевременного воспламенения в двигателе, оснащенном поршнем, ход которого в камере сгорания можно изменять. Как будет описано ниже в соответствии со схемой двигательной системы фиг. 1, механизм изменения хода поршня позволяет изменять степень сжатия в двигателе. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью исполнения управляющей программы, например, алгоритма, изображенного на фиг. 2, с целью уменьшения степени сжатия в двигателе от номинального уровня до первого, пониженного уровня в зависимости от предрасположенности двигателя к преждевременному воспламенению, что определяется на основе предыстории явлений преждевременного воспламенения в двигателе. Контроллер может дополнительно уменьшать степень сжатия в двигателя от первого уровня до второго уровня в ответ на возникновение преждевременного воспламенения. Контроллер может дополнительно координировать ослабление преждевременного воспламенения посредством уменьшения степени сжатия с другими подавляющими действиями, такими как обогащение смеси в цилиндре и ограничение нагрузки, что рассматривается на фиг. 6. К примеру, контроллер может уменьшать степень сжатия до порогового уровня, прежде чем применять обогащение смеси в цилиндре или ограничение нагрузки, чтобы тем самым уменьшить отрицательное влияние действий по подавлению преждевременного воспламенения на показатели двигателя и расход топлива. Как будет подробно рассмотрено согласно фиг. 3-5, контроллер может определять величину ограничения нагрузки двигателя, которую предстоит применить, а также регулирование подачи топлива, которое предстоит применить, исходя из установленного уменьшения степени сжатия. Кроме того, контроллер может возвращать степень сжатия в двигателе и величину хода поршня к номинальным уровням, по мере того как увеличивается продолжительность работы двигателя без возникновения явлений преждевременного воспламенения. Пример работы системы подавления явлений преждевременного воспламенения приведен на фиг. 7.
На фиг. 1 изображен пример осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может принимать параметры управления от управляющей системы, содержащей контроллер 12, а также команду от оператора (водителя) автомобиля 130, подаваемую посредством устройства 132 ввода. В данном примере, устройство 132 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования сигнала (PP Pedal Position) пропорционального положению педали ПП. Цилиндр 14 (или «камера сгорания») двигателя 10 может содержать стенки 136 и расположенный внутри поршень 138. Поршень 138 может быть связан с коленчатым валом 140 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть связан по меньшей мере с одним ведущим колесом пассажирского автомобиля через систему трансмиссии. Кроме того, для обеспечения запуска двигателя 10 с коленчатым валом 140 через маховик может быть связан мотор стартера.
Более конкретно, поршень 138 может быть связан с коленчатым валом 140 через механизм изменения хода поршня, который перемещает поршни ближе к головке цилиндров или дальше от головки цилиндров, изменяя таким образом размер камеры 14 сгорания. Например, коленчатый вал 140 может быть выполнен в виде эксцентрикового вала. Согласно другому примеру, эксцентрик может быть связан с поршневым пальцем или с областью поршневого пальца, причем указанный эксцентрик может быть выполнен с возможностью изменения хода поршня внутри камеры сгорания. Перемещением эксцентрика можно управлять посредством масляных каналов в штоке поршня. Следует понимать, что могут быть использованы иные механизмы, которые механически изменяют ход поршня внутри камеры сгорания. Благодаря регулированию хода поршня можно изменять эффективную (статическую) степень сжатия в двигателе (т.е. разницу между объемом цилиндра, когда поршень находится в ВМТ и объемом, когда поршень находится в НМТ). Как будет более подробно рассмотрено ниже, изменение хода поршня и результирующее изменение степени сжатия в двигателе могут быть эффективно использованы для решения проблемы преждевременного воспламенения. Более конкретно, при номинальных условиях ход поршня может быть установлен на номинальный или максимальный уровень, который обеспечивает номинальную степень сжатия. Затем, в зависимости от предрасположенности двигателя к преждевременному воспламенению (т.е. в зависимости от предыстории случаев преждевременного воспламенения или числа случившихся актов преждевременного воспламенения) ход поршня может быть уменьшен, чтобы снизить степень сжатия от номинального уровня до первого, более низкого уровня. За счет уменьшения степени сжатия расстояние между вершиной поршня и головкой цилиндра увеличивается. Для сравнения, в ответ на акт преждевременного воспламенения ход поршня может быть дополнительно уменьшен, чтобы уменьшить степень сжатия от номинального уровня на вторую, большую величину. Кроме того, с изменением хода поршня может быть скоординировано обогащение смеси в цилиндре и ограничение нагрузки на двигателе. Примеры предлагаемых способов будут рассмотрены ниже согласно фиг. 2-7.
Цилиндр 14 может принимать всасываемый воздух через ряд впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 кроме цилиндра 14 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10. В некоторых конструкциях один или более впускных каналов может содержать устройство повышения давления, например, воздушный нагнетатель или турбонагнетатель. Например, на фиг. 1 показано, что двигатель 10 оснащен турбонагнетателем, содержащим компрессор 174, который расположен между впускными каналами 142 и 144, и турбиной 176, приводимой в действие отработавшими газами, которая расположена по ходу выпускного канала 148. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводиться в движение посредством турбины 176 через вал 180; при этом устройство повышения давления выполнено в виде турбонагнетателя. Однако, согласно другим примерам, таким, в которых двигатель 10 оснащен воздушным нагнетателем, турбина 176 может быть при желании исключена из конструкции, а компрессор 174 может приводиться в движение механической мощностью от мотора или ДВС. По ходу впускного канала двигателя может быть предусмотрен дроссель 20 с дроссельной заслонкой 164 для изменения величины воздушного потока и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 20 может быть расположен после компрессора 174, как показано на фиг. 1, или в ином варианте он может быть расположен перед компрессором 174.
Помимо цилиндра 14 выпускной канал 148 может принимать отработавшие газы из других цилиндров двигателя 10. Показано, что с выпускным каналом 148 в точке перед устройством 178 снижения токсичности отработавших газов связан датчик 128 выхлопных газов. Датчиком 128 может служить любой подходящий датчик для измерения воздушно-топливного отношения отработавшего газа, к примеру, линейный датчик содержания кислорода в отработавших газах УДКОГ (UEGO, Universal Exhaust Gas Oxygen), кислородный датчик с двумя состояниями ДКОГ (EGO, Exhaust Gas Oxygen) (показан на фиг. 1), нагреваемый датчик содержания кислорода в отработавших газах НДКОГ (HEGO, Heated Exhaust Gas Oxygen), датчик NOx, НС или СО. Устройство 178 снижения токсичности отработавших газов может представлять собой трехкомпонентный нейтрализатор ТКН (TWC, Three-Way Catalyst), уловитель NOx, различные другие устройства снижения токсичности выбросов или комбинацию указанных устройств.
Температура отработавших газов может быть измерена посредством одного или более датчиков температуры (не показаны), расположенных в выпускном канале 148. Согласно иному варианту, температура отработавших газов может быть рассчитана исходя из условий (параметров) работы двигателя, таких как обороты, нагрузка, воздушно-топливное отношение ВТО (AFR, Air-Fuel Ratio), задержка подачи искры и т.п. Кроме того, температура отработавших газов может быть вычислена на основе сигналов одного или более датчиков 128 выхлопных газов. Следует понимать, что в ином варианте оценку температуры отработавших газов можно производить посредством комбинации вышеописанных способов измерения температуры.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. К примеру, показано, что цилиндр 14 содержит по меньшей мере один впускной тарельчатый клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тарельчатый клапан 156, расположенные в верхней части цилиндра 14. В некоторых конструкциях каждый цилиндр двигателя 10, включая цилиндр 14, может содержать по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней части цилиндра.
Управление впускным клапаном 150 может осуществляться при помощи контроллера 12 путем воздействия кулачка посредством системы 151 кулачкового привода. Аналогично, управление выпускным клапаном 156 может осуществляться при помощи контроллера 12 посредством системы 153 кулачкового привода. Каждая из систем 151 и 153 кулачкового привода может содержать один или более кулачков, и может реализовывать одну или более из следующих систем газораспределения: систему переключения профилей кулачков ППК (CPS, Cam Profile Switching), систему изменения фаз кулачкового газораспределения ИФКГ (VCT, Variable Cam Timing), систему изменения фаз газораспределения ИФГ (WT, Variable Valve Timing) и/или систему переменного газораспределения с регулированием высоты подъема клапанов ИВПК (WL, Variable Valve Lift), которые могут приводиться в действие контроллером 12 с целью изменения программы работы клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 можно определять посредством датчиков положения клапанов 155 и 157 соответственно. В других конструкциях управление впускным и/или выпускным клапаном может осуществляться посредством электрического привода. Например, как вариант, цилиндр 14 может содержать впускной клапан, управляемый электрически, и выпускной клапан, управляемый кулачками с использованием систем ППК (CPS) и ИФКГ (VCT). В каких-то еще конструкциях впускными и выпускными клапанами можно управлять посредством общего привода или системы привода, или посредством привода или системы привода ИФГ (VVT).
Цилиндр 14 характеризуется степенью сжатия, которая представляет собой отношение объема камеры, когда поршень 138 находится в нижней мертвой точке (НМТ) к объему камеры, когда поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ). Стандартно, степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако, в некоторых примерах, когда используются другие виды топлива, степень сжатия может быть увеличенной. Это может иметь место, когда используются высокооктановые виды топлива или виды топлива с увеличенной скрытой теплотой парообразования. Степень сжатия может также быть увеличена, когда используется непосредственный впрыск в силу его влияния на детонацию в двигателе.
Согласно некоторым вариантам осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может содержать искровую свечу 192 зажигания для инициирования воспламенения. При определенных режимах работы система 190 зажигания может обеспечивать искрой камеру 14 сгорания посредством искровой свечи 192 в ответ на сигнал опережения зажигания O3 (SA, Spark Advance) от контроллера 12. Однако, в некоторых конструкциях искровая свеча 192 может быть опущена, например, когда в двигателе 10 горение может быть инициировано самовоспламенением или впрыском топлива, что может иметь место в случае некоторых дизельных двигателей.
Согласно некоторым вариантам осуществления, каждый цилиндр двигателя 10 может быть оснащен одной или более форсунками для подачи топлива в цилиндр. В качестве примера, который не носит ограничительного характера, показано, что цилиндр 14 содержит одну топливную форсунку 166. Показано, что топливная форсунка 166 связана непосредственно с цилиндром 14 для впрыска топлива напрямую в цилиндр пропорционально длительности импульса впрыска топлива ИВТ (FPW, Fuel Pulse Width), принимаемого от контроллера 12 через электронный усилитель (драйвер) 168. При таком способе топливная форсунка 166 реализует так называемый непосредственный впрыск топлива в цилиндр 14. Хотя на фиг. 1 показано, что форсунка 166 расположена на боковой стороне цилиндра, в ином варианте она может быть расположена над поршнем, например, вблизи свечи зажигания 192. Такое расположение может улучшить перемешивание и горение при работе двигателя на спиртосодержащем топливе в силу пониженной летучести некоторых видов спиртосодержащего топлива. С другой стороны, с целью улучшения перемешивания форсунка может быть расположена сверху и вблизи впускного клапана. Топливо может доставляться к топливной форсунке 166 из топливной системы 8 высокого давления, содержащей топливные баки, топливные насосы и топливную рампу. В ином варианте топливо может доставляться посредством одноступенчатого топливного насоса при более низком давлении, но в этом случае на момент непосредственного впрыска топлива на такте сжатия могут быть наложены более сильные ограничения, чем в случае использования топливной системы высокого давления. Кроме того, хотя это и не показано, топливные баки могут содержать датчик давления, формирующий сигнал для контроллера 12. Следует понимать, что в ином варианте форсунка 166 может представлять собой форсунку впрыска во впускной канал, которая подает топливо во впускной канал в точку перед цилиндром 14.
Также следует понимать, что хотя в представленном варианте осуществления показан двигатель, работающий за счет подачи топлива посредством одной форсунки непосредственного впрыска, в иных вариантах двигатель может работать от двух форсунок (например, форсунки непосредственного впрыска и форсунки впрыска во впускной канал) с изменением относительного количества топлива, подаваемого каждой форсункой.
Топливо может быть доставлено форсункой в цилиндр за время одного цикла цилиндра. Кроме того, распределение и/или относительное количество топлива, подаваемого форсункой, может изменятся вместе с условиями работы. Более того, для одного акта горения в течение цикла можно выполнять множество актов впрыска подаваемого топлива. Такой многократный впрыск может выполняться во время такта сжатия, такта впуска или на любой подходящей комбинации указанных тактов. Также впрыск топлива может осуществляться во время цикла, чтобы регулировать воздушно-топливное отношение ВТО (AFR) при горении. Например, впрыск топлива может осуществляться так, чтобы обеспечить стехиометрическое ВТО (AFR). В состав системы может быть включен датчик ВТО (AFR) для измерения ВТО (AFR) в цилиндре. Согласно одному примеру, датчиком ВТО (AFR) может служить датчик выхлопных газов, такой как ДКОГ (EGO) 128. Путем измерения количества остаточного кислорода (для бедных смесей) или несгоревших углеводородов (для богатых смесей) в отработавшем газе указанный датчик может определять ВТО (AFR). Как таковое, ВТО (AFR) может быть представлено в виде величины Lambda (λ), т.е. в виде отношения фактического ВТО (AFR) к стехиометрическому для данной смеси. Таким образом λ=1,0 указывает стехиометрическую смесь. Смесям более богатым, чем стехиометрическая, соответствуют значения λ меньшие 1,0; а смесям более бедным, чем стехиометрическая, соответствуют значения λ большие 1,0.
Как говорилось выше, фиг. 1 изображает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. В сущности, каждый цилиндр может аналогичным образом содержать свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания и т.п.
Топливные баки в топливной системе 8 могут содержать топливо с различными свойствами, например, сорта топлива различного состава. Отличия в свойствах топлива могут заключаться в различном содержании спирта, различном октановом числе, различной теплоте парообразования, различном составе смесей и/или это может быть сочетание указанных отличий.
Двигатель 10 может содержать датчик 90 детонации, связанный с каждым цилиндром 14 для обнаружения явлений аномального горения в цилиндрах. В иных конструкциях один или более датчиков 90 детонации могут быть связаны с определенными выбранными местами в двигательном блоке. Датчиком детонации может служить акселерометр на двигательном блоке, или ионизационный датчик встроенный в искровую свечу каждого цилиндра. Выходной сигнал датчика детонации может использоваться в сочетании с выходным сигналом датчика ускорения коленчатого вала, чтобы указывать явления аномального горения в цилиндре. Согласно одному примеру, на основе сигнала датчика 90 детонации в одном или более заданных окнах (например, временных окнах поворота коленчатого вала) можно решать проблему аномального горения, вызванную одним или более следующих явлений: детонацией и преждевременным воспламенением. В частности, можно регулировать интенсивность применяемого подавляющего действия, чтобы решать проблему частотности возникновения детонации и преждевременного воспламенения, а также уменьшение вероятности дальнейших случаев детонации или преждевременного воспламенения.
На основе сигнала датчика детонации, например, момента появления сигнала, амплитуды, интенсивности, частоты и т.п., и далее на основе сигнала ускорения коленчатого вала контроллер может бороться с явлениями аномального горения в цилиндре. Например, контроллер может распознавать и различать аномальное горение, вызванное детонацией и/или преждевременным воспламенением. В качестве примера, признаком преждевременного воспламенения могут служить сигналы датчика детонации, которые сформированы в более раннем окне (например, перед подачей искры в цилиндр), в то время как признаком детонации могут служить сигналы датчика детонации, которые сформированы в более позднем окне (например, после подачи искры в цилиндр). Кроме того, признаком преждевременного воспламенения могут служить сигналы датчика детонации, которые больше по амплитуде (например, превышают первый порог) и/или имеют меньшую частоту, в то время как признаком детонации могут служить сигналы датчика детонации, которые меньше по амплитуде (например, превышают второй порог, при этом второй порог ниже первого порога) и/или являются более частыми. К тому же, преждевременное воспламенение можно отличить от детонации, основываясь на условиях работы двигателя в момент обнаружения аномального горения. Например, высокая интенсивность детонации при малых оборотах двигателя может указывать на явления преждевременного воспламенения при малых оборотах.
Согласно другим вариантам осуществления, различение аномального горения, вызванного детонацией и преждевременным воспламенением, может быть выполнено на основе выходных сигналов датчика детонации в одном заданном окне. Например, признаком преждевременного воспламенения может служить превышение выходным сигналом датчика детонации некоторого порога в более ранней части окна, в то время как признаком детонации может служить превышение выходным сигналом датчика детонации определенного порога в более поздней части окна. Кроме того, каждое окно может иметь разные пороги. Например, первый, более высокий порог может быть применим в первой (ранней) части окна, где происходит обнаружение преждевременного воспламенения, в то время как второй, более низкий порог может быть применим во второй (поздней) части окна, где происходит обнаружение детонации.
Подавляющие действия, предпринимаемые для решения проблемы детонации, могут отличаться от действий, предпринимаемых контроллером для борьбы с преждевременным воспламенением. Например, ослабить детонацию можно, используя задержку искры и рециркуляцию отработавших газов РОГ (EGR, Exhaust Gas Recirculation), в то время как бороться с преждевременным воспламенением можно, используя уменьшение степени сжатия (уменьшая ход поршня в камере сгорания), обогащение смеси в цилиндре, обеднение смеси в цилиндре, ограничение нагрузки на двигатель (уменьшая воздушный поток на впуске), и/или используя охлаждаемую внешнюю РОГ (EGR).
На фиг. 1 контроллер 12 показан в виде микрокомпьютера, содержащего центральное процессорное устройство ЦПУ 106 (CPU, Central Processing Unit), порты ввода/вывода В/В 108 (I/O, Input-Output), электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, изображенную в данном примере в виде постоянного запоминающего устройства ПЗУ 110 (ROM, Read-Only Memory), оперативное запоминающее устройство ОЗУ 112 (RAM, Random Access Memory), энергонезависимое запоминающее устройство ЭЗУ 114 (KAM, 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 массового расхода всасываемого воздуха МРВ (MAF, Mass Air Flow) от датчика 122; сигнал температуры хладагента двигателя ТХД (ЕСТ, Engine Coolant Temperature) от датчика 116, связанного с рубашкой 118 охлаждения; сигнал профиля зажигания ПЗ (PIP, Profile Ignition Pickup) от датчика 120 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 140; сигнал положения дросселя ПД (TP, Throttle Position) от соответствующего датчика; сигнал абсолютного давления в коллекторе ДВК (MAP, Manifold Absolute Pressure) от датчика 124; сигнал ВТО (AFR) в цилиндре от датчика 128 ДКОГ (EGO), и сигнал аномального горения от датчика 90 детонации и датчика ускорения коленчатого вала. Сигнал ДВК (MAP) от датчика давления в коллекторе может быть использован для индикации разрежения или давления во впускном коллекторе.
В постоянное запоминающее устройство 110 могут быть записаны данные, считываемые компьютером, и представляющие собой инструкции, исполняемые процессором 106 для реализации способов, которые будут рассмотрены ниже, а также иных вариантов, возможность существования которых предполагается, но которые конкретно не рассматриваются.
На фиг. 2 изображена блок-схема алгоритма 200 для регулирования степени сжатия в двигателе, содержащем поршень, ход которого внутри камеры сгорания можно изменять. Степень сжатия можно регулировать, исходя из признака преждевременного воспламенения (когда преждевременное воспламенение случается и когда двигатель предрасположен к преждевременному воспламенению), чтобы подавить аномальное горение и уменьшить вероятность дальнейших случаев аномального горения по причине преждевременного воспламенения (а также случаев детонации и пропуска зажигания, изначально вызванных актом преждевременного воспламенения).
На шаге 202 алгоритм предполагает оценивание и/или измерение условий (параметров) работы двигателя. В число таких параметров могут входить, например, обороты двигателя, количество отработавшего газа, передаваемого по контуру РОГ (EGR) (например, количество, передаваемое по охлаждаемому контуру РОГ низкого давления РОГ-НД (LP-EGR, Low Pressure-EGR), отношение количества, передаваемого по контуру РОГ высокого давления РОГ-ВД (HP-EGR, High-pressure EGR) к количеству, передаваемому по контуру РОГ-НД (LP-EGR) и т.п.), степень разбавления всасываемого воздуха отработавшими газами, октановое число топлива, уровень наддува и т.п. На шаге 204, на основе выясненных условий работы двигателя производится определение номинальной степени сжатия. Номинальная степень сжатия может соответствовать максимально возможной степени сжатия для данных условий работы. Дополнительно к номинальной степени сжатия может также быть определена (первая) величина хода поршня, соответствующая номинальной степени сжатия. Согласно одному примеру, ход поршня, соответствующий номинальной степени сжатия может представлять собой максимальный ход поршня, при котором поршень движется все время в камере сгорания в направлении головки цилиндров.
Номинальная степень сжатия может также быть определена на основе момента подачи искры зажигания (фазы зажигания) при текущих условиях работы. Например, номинальная степень сжатия может быть задана исходя из положения точки минимального опережения зажигания для достижения наилучшего крутящего момента МОЗНМ (МВТ, Minimum Spark Advance for Best Torque) относительно точки граничного опережения зажигания ГОЗ (BDL (borderline) Spark). Вследствие этого, номинальная степень сжатия не всегда может быть равна максимально возможной степени сжатия, поскольку максимальная степень сжатия не всегда может приводить к наилучшей экономии топлива. В качестве примера, может быть применена пониженная номинальная степень сжатия при поддержании фазы зажигания ближе к МОЗНМ (МВТ), чтобы добиться снижения расхода топлива, вместо того, чтобы применять повышенную номинальную степень сжатия, задерживая при этом подачу искры от МОЗНМ (МВТ), отодвигая ее к ГОЗ (BDL).
На шаге 206 алгоритм восстанавливает предысторию преждевременных воспламенений в двигателе. Например, могут быть найдены показания счетчика актов преждевременного воспламенения ПВ (PI count) в двигателе. Данные счетчика актов преждевременного воспламенения в двигателе могут включать данные общего счета актов преждевременного воспламенения для двигателе. Дополнительно могут быть найдены данные счета актов преждевременного воспламенения для индивидуальных цилиндров. В сущности, данные счета явлений преждевременного воспламенения в двигателе (или цилиндре) могут отражать предрасположенность двигателя (или цилиндра) к преждевременному воспламенению. Таким образом, когда данные счета увеличиваются, вероятность возникновения преждевременного воспламенения в двигателе (или в данном цилиндре) может быть более высокой. Следует понимать, что предыстория явлений преждевременного воспламенения в двигателе может отражать предрасположенность двигателя к преждевременному воспламенению, прежде чем будет подтвержден фактический случай преждевременного воспламенения в текущем цикле горения в двигателе (или в текущем цикле алгоритма).
На шаге 208, на основе данных обратной связи, характеризующих предысторию преждевременных воспламенений в двигателе, производится уменьшение номинальной степени сжатия до уровня, определяемого обратной связью (или ограничение на указанном уровне). Более конкретно, степень сжатия может быть уменьшена от первого номинального уровня до второго уровня, определяемого обратной связью (более низкого, чем номинальный уровень). При этом уменьшение основывается на предыстории преждевременных воспламенений. Таким образом, когда результат счета явлений преждевременного воспламенения возрастает, и предрасположенность двигателя к преждевременному воспламенению увеличивается, степень сжатия, определяемая обратной связью, может быть дополнительно уменьшена от уровня номинальной степени сжатия. Такое уменьшение может быть постепенным в зависимости от данных счета актов преждевременного воспламенения. В ином варианте, когда результат счета актов преждевременного воспламенения увеличивается на пороговую величину, степень сжатия может быть уменьшена (ступенчато) на заранее установленную величину. Дополнительно к определению степени сжатия, соответствующей данным обратной связи (т.е. предыстории), может быть также определена величина хода поршня, соответствующая указанной степени сжатия. Согласно одному примеру, ход поршня, соответствующий степени сжатия, определяемой обратной связью, может представлять собой ход меньший максимально возможного, при котором поршень перемещается в камере сгорания ближе к головке цилиндров (но не на полную величину). Другими словами, между головкой цилиндров и конечным положением поршня (т.е. ВМТ) может быть определено первое расстояние или промежуток.
Следует понимать, что если результат счета актов преждевременного воспламенения в двигателе меньше порогового (например, результат счета равен 0), то номинальная степень сжатия может быть сохранена, и может не требоваться никакого дополнительного уменьшения.
На шаге 210 производится проверка, есть ли признаки преждевременного воспламенения. Более конкретно, можно проверить, имел ли место фактический акт преждевременного воспламенения в текущем цикле горения в двигателе (или в текущем цикле работы алгоритма). Согласно одному примеру, факт преждевременного воспламенения может быть подтвержден на основе выходного сигнала датчика детонации двигателя. Конкретно, во время каждого акта горения в цилиндре, выходной сигнал датчика детонации, сформированный в каждом первом окне (признак преждевременного воспламенения) и втором окне (признак детонации), может быть сравнен с соответствующими первым и вторым порогами, чтобы распознать и различить аномальное горение, вызванное преждевременным воспламенением, и аномальное горение, вызванное детонацией. Датчик детонации может быть связан с цилиндром, в котором происходит акт горения, или может быть связан с блоком двигателя. Кроме того, любые выходные сигналы, сформированные датчиком детонации за пределами установленных окон, можно игнорировать.
Первое и второе окна могут представлять собой временные окна угла поворота коленчатого вала (УПКВ), при этом первое окно может частично перекрывать второе окно. Например, момент начала первого окна может находиться перед актом подачи искры для акта горения в данном цилиндре (например, на 15° перед ВМТ), а момент окончания первого окна может находиться на такте расширения для акта горения в данном цилиндре (например, на 40° после ВМТ). Для сравнения, момент начала второго окна может находиться после акта подачи искры, а момент окончания второго окна может находиться после окончания первого окна. Окна можно настраивать так, чтобы захватывать разнообразные аномальные явления горения, например, те, которые возникают по причине детонации в цилиндре, пропуска зажигания в цилиндре, а также те, которые возникают по причине преждевременного воспламенения в цилиндре. Согласно одному примеру, размер окон можно настраивать исходя из оборотов двигателя. Кроме того, размер окон можно настраивать друг относительно друга. Например, второе окно может иметь абсолютную величину относительно ВМТ, а первое окно можно калибровать, основываясь на втором окне, или же первое окно может иметь абсолютную величину относительно ВМТ, а второе окно можно калибровать, основываясь на первом окне. Например, первое окно можно откалибровать так, чтобы оно заканчивалось за 3° УПКВ перед окончанием второго окна при частоте вращения двигателя 0-1500 об/мин, и чтобы оно заканчивалось за 2,5° УПКВ перед окончанием второго окна при частоте вращения двигателя 1500-2500 об/мин. Если выходной сигнал датчика в первом окне (окне обнаружения преждевременного воспламенения) превышает первый порог преждевременного воспламенения, то может быть подтверждено наличие признака преждевременного воспламенения.
Согласно другому примеру, индикация преждевременного воспламенения может быть основана на сигнале ионизационного датчика и/или датчика давления, связанного с блоком двигателя, при этом пиковое давления детонации может быть использовано для того, чтобы сделать вывод о преждевременном воспламенении. Более того, индикация преждевременного воспламенения может быть основана на одном или более следующих параметров: данных счетчика актов преждевременного воспламенения в двигателе, выходном сигнале датчика детонации, интенсивности преждевременного воспламенения, амплитуде преждевременного воспламенения и частоте преждевременного воспламенения.
Если признак преждевременного воспламенения не обнаруживается (ответ НЕТ), то может быть сделан вывод, что преждевременного воспламенения не случилось, и на шаге 212 может быть применена степень сжатия, которая была определена ранее, и задан соответствующий ход поршня. Это может заключаться в применении номинальной степени сжатия и разрешении максимального хода поршня, когда результат счета актов преждевременного воспламенения в двигателе меньше порогового (например, результат счета равен 0). В ином варианте, действия на шаге 212 могут заключаться в применении степени сжатия, определяемой обратной связью, и разрешении хода поршня меньше максимального, когда результат счета актов преждевременного воспламенения в двигателе больше порогового (например, результат счета больше 0).
Если признак преждевременного воспламенения обнаруживается (ответ ДА), то тогда на шаге 214 алгоритм дополнительно уменьшает (или ограничивает) степень сжатия в двигателе от каждого из уровней - номинального и уровня, определяемого обратной связью - до «уровня подавления» преждевременного воспламенения. Более конкретно, степень сжатия может быть уменьшена от второго уровня, определяемого обратной связью (более низкого, чем первый номинальный уровень) до третьего уровня подавления (более низкого, чем каждый из уровней - первый номинальный и уровень, определяемый обратной связью), при этом уменьшение основывается на текущей (т.е. самой недавней) индикации преждевременного воспламенения. Третий уровень (уровень подавления) может представлять собой заранее заданную степень сжатия, применяемую в ответ на любой признак преждевременного воспламенения. Третий уровень (уровень подавления) может соответствовать пороговой (минимальной) степени сжатия, ниже которой страдают показатели работы двигателя. С другой стороны, третий уровень подавления может быть выше минимально допустимой степени сжатия.
Таким образом, когда признаки преждевременного воспламенения нарастают (например, когда выходной сигнал датчика детонации в первом окне (окне обнаружения преждевременного воспламенения) превышает первый порог преждевременного воспламенения), степень сжатия, обеспечивающая подавление преждевременного воспламенения, может быть дополнительно уменьшена от степени сжатия, определяемой обратной связью (и, следовательно, также и от номинальной степени сжатия). Дополнительно к определению степени сжатия, обеспечивающей подавление преждевременного воспламенения, может быть также определена величина хода поршня, соответствующая указанной степени сжатия. Согласно одному примеру, ход поршня, соответствующий степени сжатия, обеспечивающей подавление преждевременного воспламенения, может представлять собой величину меньшую максимального хода поршня (например, минимальный ход поршня), при которой поршень перемещается в камере сгорания в сторону от головки цилиндров. Другими словами, может быть определено второе расстояние или промежуток между головкой цилиндров и конечным положением (например, в ВМТ) поршня во время действия степени сжатия, обеспечивающей подавление преждевременного воспламенения, при этом указанное второе расстояние больше первого расстояния, которое было определено, когда поршень смещался и обеспечивал степень сжатия, определяемую обратной связью.
На шаге 216 может быть применена найденная степень сжатия и соответствующая величина хода поршня. Точнее, могут быть применены степень сжатия, обеспечивающая подавление преждевременного воспламенения, и соответствующий ход поршня.
Таким образом, ход поршня в двигателе с изменяемой степенью сжатия можно изменять в ответ на предрасположенность двигателя к преждевременному воспламенению, а также в ответ на фактические акты преждевременного воспламенения. Благодаря уменьшению степени сжатия на основании обнаружения признаков преждевременного воспламенения, можно вести борьбу с аномальным горением, при этом двигатель в меньшей степени будет зависеть от обогащения смеси в цилиндре и ограничения нагрузки на двигателе.
Следует понимать, что контроллер может выбирать степень сжатия и соответствующий ход поршня, которые соответствуют наименьшей из степеней сжатия - степени сжатия, назначаемой исходя из предыстории преждевременных воспламенений, степени сжатия необходимой для подавления преждевременного воспламенения, и номинальной (или оптимальной) степени сжатия при данном ограничении момента подачи искры МОЗНМ (МВТ)/ГОЗ (BDL). В сущности, номинальная степень сжатия не всегда может представлять собой максимальную степень сжатия, поскольку максимальная степень сжатия не всегда может давать наилучшую экономию топлива. Например, если при данной степени сжатия задержка подачи искры от точки МОЗНМ (МВТ) с учетом ГОЗ (BDL) уменьшает потребление топлива в достаточной степени, лучшим вариантом может быть работа двигателя при более низкой (номинальной) степени сжатия при одновременном поддержании момента подачи искры ближе к МОЗНМ (МВТ).
В данном контексте, уменьшение степени сжатия посредством регулирования хода поршня может быть применено только к цилиндру, в котором обнаружено преждевременное воспламенение, или к одному или более дополнительным цилиндрам, причем этот выбор основывается на признаках преждевременного воспламенения. Например, когда производится уменьшение степени сжатия от номинального уровня до уровня, определяемого обратной связью, на основе предыстории преждевременного воспламенения в двигателе (но перед случаем преждевременного воспламенения на данном цикле двигателя/цикле горения/ездовом цикле автомобиля), ко всем цилиндрам двигателя может быть применено уменьшение степени сжатия на меньшую величину, чтобы уменьшить общую вероятность возникновения преждевременного зажигания в двигателе. Как вариант, уменьшение степени сжатия на меньшую величину может быть выборочно применено только к тем цилиндрам двигателя, у которых результат счета актов преждевременного воспламенения в предыстории выше, чем пороговая величина счета для цилиндра. В данном случае регулирование степени сжатия основывается на общем результате подсчета актов преждевременного воспламенения (или истории подсчета) в двигателе, а также на результате подсчета актов преждевременного воспламенения (или истории подсчета) в индивидуальных цилиндрах двигателя. Для сравнения, в ответ на случай преждевременного воспламенения, произошедший во время данного цикла двигателя/цикла горения/ездового цикла автомобиля, большая величина уменьшения степени сжатия от уровня, определяемого обратной связью, до уровня подавления может быть применена по меньшей мере к цилиндру, в котором произошло преждевременное воспламенение, и распространена далее на цилиндры двигателя, когда интенсивность преждевременного воспламенения, амплитуда и/или частота увеличивается. В данном случае, регулирование степени сжатия в значительной степени основывается на изменении результата подсчета актов преждевременного воспламенения индивидуальных цилиндров двигателя.
Следует понимать, что если степень сжатия в индивидуальном цилиндре изменяется (в ответ на преждевременное воспламенение), то модифицированную степень сжатия возможно придется удерживать в пределах некоторого порога (или диапазона). Отклонение за пределы порога или диапазона может приводить к заметным колебаниям индикаторного среднего эффективного давления ИСЭД (IMEP, Indicated Mean Effective Pressure) или крутящего момента, что приводит к ухудшению показателя ШВР (NVH). Другими словами, модифицированную степень сжатия можно удерживать на пороговом «расстоянии» от исходной степени сжатия. Если отклонение превышает порог контроллер может понизить степень сжатия одного или более цилиндров, чтобы оставаться в пределах пороговой разности или диапазона от цилиндра(ов), в котором(ых) произошло преждевременное воспламенение.
На фиг. 3-5 схематически представлена работа алгоритма изменения степени сжатия в двигателе. Регулирование степени сжатия осуществляется в ответ на действие различных факторов, включая преждевременное воспламенение.
На фиг. 3 алгоритм может начать с номинальной степени 302 сжатия (CR_nominal), которая назначается упреждающим регулированием (без обратной связи). Номинальная степень 302 сжатия определяется на основе условий работы двигателя, например, основывается на параметрах «обороты-нагрузка». Номинальная степень 302 сжатия затем может быть ограничена исходя из различных факторов, так чтобы минимизировать ухудшение, связанное с аномальным горением, например, ухудшение, связанное с явлениями преждевременного воспламенения при малых оборотах. Помимо контроля ШВР (NVH), также минимизируются явления детонации, повреждающие двигатель.
Контроллер может использовать набор из двух таблиц степени сжатия (CR, compression ratio), содержащий таблицу 304 (CR_low) низкой степени сжатия (которая оказывает большее влияние на подавление аномального горения за счет того, что полагается на более низкую степень сжатия и меньший ход поршня), и таблицу 308 (CR_high) высокой степени сжатия (которая оказывает меньшее влияние на аномальное горение за счет того, что полагается на более высокую степень сжатия и больший ход поршня). Каждая из таблиц 304 и 308 представляет функцию от оборотов двигателя (Ne) и нагрузки, при этом выходной величиной у каждой таблицы является значение степени сжатия. Номинальную степень 302 сжатия регулируют для компенсации изменений с учетом интенсивности преждевременного воспламенения, путем смешивания выходных величин таблиц в соответствии с представленным уравнением (как будет разъяснено ниже). Согласно другим вариантам осуществления, выходные величины таблиц могут служить множителем или коэффициентом ограничения степени сжатия CR_clip, при этом при этом номинальная степень сжатия может быть ограничена уровнем CR_clip, чтобы смешивать выходные величины таблиц 304-308. Согласно еще другим примерам, может существовать третья таблица номинальных условий, которая используется при смешивании.
Множительный коэффициент или поправочный коэффициент 310 (CR_adj) используется для коррекции выходных величин степени сжатия (CR) из таблиц 304-308, и интерполяции между таблицами низкой и высокой степени сжатия. Поправочный коэффициент 310 лежит в интервале от 0 до 1. Коэффициент может основываться на различных параметрах упреждающего регулирования. Например, коэффициент может зависеть от содержания в топливе этанола или спирта, октанового числа топлива, и ВТО (AFR). Воздушно-топливное отношение, соответствующее обедненной смеси, или низкооктановое топливо, которые могут увеличивать вероятность аномального горения, приводят к поправочному коэффициенту, при котором интерполяция выходной величины степени сжатия сдвигает предельную степень сжатия в сторону более низкого значения (например, в направлении таблицы 304 CR_low). Согласно другому примеру, воздушно-топливное отношение, соответствующее обогащенной смеси, или высокооктановое топливо приводят к поправочному коэффициенту, при котором интерполяция выходной величины степени сжатия сдвигает предельную степень сжатия в сторону более высокого значения (например, в направлении таблицы 308 CR_high), поскольку обогащение уменьшает вероятность аномального горения. Выходная величина степени сжатия также включает в себя определенную часть ограничения, обусловленную обратной связью, при этом предельная степень сжатия в дальнейшем корректируется на основе показателя преждевременного воспламенения (показателя ПВ) PI_rate 314. В процессе этого, параметру PI_rate 314 может быть задано приращение на величину, определяемую сигналом измерителя показателя ПВ (rate counter), исходя из оборотов двигателя и интенсивности выходного сигнала датчика детонации, как показано в таблице 322. Сигналу измерителя показателя ПВ или относительному весу задается приращение, когда, число случаев преждевременного воспламенения (или результат подсчета актов преждевременного воспламенения) увеличивается, и дополнительно зависит от оборотов двигателя, при которых обнаружен сигнал датчика детонации. Когда число явлений аномального горения, приходящихся на расстояние, пройденное автомобилем, увеличивается, указанному сигналу измерителя показателя ПВ может быть задано дополнительное приращение. Сигнал измерителя показателя ПВ может быть уменьшен, когда расстояние, пройденное автомобилем, увеличивается. В сущности, при достаточном пройденном расстоянии, указанный сигнал измерителя показателя ПВ может снова вернуться к нулю, и не оказывать влияния на предельную степень сжатия, если аномальное горение не наблюдается. Однако, условия работы могут оказывать влияние на предсказание аномального горения, и, следовательно, на ограничение номинальной нагрузки. Затем предельная степень сжатия определяется арбитражной логикой контроллера 312 вместе с выходной величиной степени сжатия, чтобы определить предельную степень сжатия 310 согласно логике контроллера.
Например, контроллер двигателя может применить поправочный коэффициент, чтобы определить окончательную степень сжатия, которая должна быть применена к двигателю в ответ на преждевременное воспламенение, путем смешивания данных таблиц 304 и 308 (CR_low и CR_high) в соответствии с уравнением:
CR_final=CR_adj*(CR_low)+(1-CR_adj)*CR_high,
где CR_final - найденная степень сжатия, которая должна быть применена; CR_low - данные таблицы с высокой эффективностью подавления и низкими значениями степени сжатия; CR_high - данные таблицы с низкой эффективностью подавления и высокими значениями степени сжатия.
Параллельно, формирователь приращений показателя ПВ (rate incrementer) может считать число актов уменьшения степени сжатия, которые имели место за время цикла двигателя, ездового цикла автомобиля, за пороговую продолжительность или пороговую дистанцию движения. Когда число актов уменьшения степени сжатия в ответ на случаи преждевременного воспламенения увеличивается, данные формирователя приращений могут быть увеличены на определенную величину. Согласно другому варианту может быть определен весовой коэффициент. Если выходной сигнал формирователя приращений высокий (например, выше порога), то может быть вычислена взвешенная предельная степень сжатия. Взвешенная предельная степень сжатия может обладать более агрессивной способностью подавления аномального горения ("learn down rate"), и может быть активирована только, когда происходит пороговое число актов преждевременного воспламенения. Кроме того, если степень сжатия была уменьшена до предельной минимальной степени сжатия, контроллер может дальше бороться с преждевременным воспламенением, применяя стратегию воздушно-топливного регулирования. Например, контроллер может дальше бороться с преждевременным воспламенением путем обогащения смеси в двигателе и/или ограничения нагрузки двигателя, сокращая воздушный поток на впуске в двигатель, что будет рассмотрено согласно фиг. 6.
Пример такого формирователя приращений изображает схема 500 на фиг. 5. Более конкретно, таблица 502 определяет величину уменьшения степени сжатия, которая должна быть реализована, как функция признака преждевременного воспламенения и оборотов двигателя, при которых получен признак преждевременного воспламенения. Согласно одному примеру, уменьшение степени сжатия может быть реализовано, как функция интенсивности выходного сигнала датчика детонации в окне обнаружения преждевременного воспламенения и оборотов двигателя, при которых обнаружен выходной сигнал датчика детонации. Также производится извлечение таблицы 503 cr_low, которая обеспечивает входные данные, касающиеся наименьшей степени сжатия (или пороговой степени сжатия), которая допустима при данных условиях «оборотов-нагрузки». На шаге 504 выполняют проверку, является ли уменьшение степени сжатия, запрашиваемое в ответ на преждевременное воспламенение, равным предельной степени сжатия, которая ниже пороговой степени сжатия, которая достижима исходя из условий «оборотов-нагрузки» двигателя (например, равна ли степень сжатия приблизительно 9 или наименьшей достижимой степени сжатия). Если степень сжатия не была уменьшена до нижнего предельного значения, то на шаге 506 двигатель может продолжать работу с нормальным уменьшением степени сжатия, согласно нормальной стратегии уменьшения хода поршня. Например, ход поршня можно продолжать уменьшать от максимальной величины в направлении минимальной величины, тем самым уменьшая степень сжатия от номинальной величины в направлении предельной степени сжатия. В противном случае, если был достигнут нижний порог степени сжатия, то на шаге 508 производится коррекция воздушно-топливного управления для цилиндров, в которых обнаружено аномальное горение, так чтобы можно было обеспечить требуемую степень обогащения смеси и/или ограничение нагрузки двигателя. Координация стратегий обогащения смеси с целью подавления преждевременного воспламенения и ограничения нагрузки после первого уменьшения степени сжатия до порогового предела будет рассмотрена на примере алгоритма, представленного на фиг. 6. Следует понимать, что согласно другим примерам, программа обогащения может быть инициирована, когда степень сжатия приближается к нижнему порогу степени сжатия, до того, как указанный порог будет достигнут.
Алгоритм принятия решения (арбитражной логики) по предельным величинам степени сжатия представлен на блок-схеме 400 на фиг. 4. Контроллер может вначале определить степени сжатия для различных условий. Степени сжатия включают: номинальную степень 402 сжатия (cr_nominal), основанную на номинальных условиях работы двигателя, степень 404 сжатия, определяемую обратной связью (cr_feedback), основанную на предыстории преждевременного воспламенения в двигателе, а также степень 406 сжатия, обеспечивающую подавление преждевременного воспламенения (cr_mitigation), основанную на самом недавнем случае преждевременного воспламенения. На шаге 408 контроллер может принять решение по предельным величинам степени сжатия, и выбрать требуемую степень сжатия - наименьшую (т.е. минимальную) из предельных величин степени сжатия 402-406.
Степень сжатия, выбранная контроллером, затем подвергается преобразованию в величину хода поршня. То есть, окончательная величина 410 хода поршня, соответствующая выбранной степени сжатия, вычисляется на основе эксцентриситета эксцентрикового вала, с которым связаны поршни цилиндров. Например, может быть применена передаточная функция, связывающая степень сжатия с ходом поршня. Окончательная величина хода поршня затем применяется к двигателю.
Таким образом, окончательная величина хода поршня и применяемая степень сжатия может быть наименьшей из взвешенных предельных значений степени сжатия. Благодаря выбору наименьшего предельного значения степени сжатия, осуществляется подавление преждевременного воспламенения и заранее предупреждаются явления детонации очень высокой интенсивности.
Таким образом, предлагается способ для двигателя, при котором степень сжатия в двигателе уменьшают от первого, номинального уровня до второго уровня на основании предыстории явлений преждевременного воспламенения в двигателе, при этом указанное уменьшение осуществляют прежде, чем возникнет преждевременное воспламенение в текущем цикле двигателя. Далее, степень сжатия в двигателе уменьшают от второго уровня до третьего уровня в ответ на возникновение преждевременного воспламенения в текущем цикле двигателя. В данном случае, величина уменьшения от первого уровня до второго уровня меньше величины уменьшения от второго уровня до третьего уровня. Далее, в ответ на отсутствие обнаруженных признаков преждевременного воспламенения, по истечении порогового промежутка времени (или пройденного расстояния) с момента возникновения преждевременного воспламенения, увеличивают степень сжатия в двигателе в направлении первого уровня. Уменьшение степени сжатия в двигателе может заключаться в уменьшении хода поршня в цилиндре вдоль эксцентрикового вала или эксцентрика в области поршневого пальца, и увеличении расстояния между вершиной поршня и головкой цилиндров. Согласно одному примеру, третий уровень представляет собой пороговый (минимальный) уровень. В ответ на дальнейшее появление признаков преждевременного воспламенения может быть произведено обогащение топливной смеси в двигателе и/или ограничение нагрузки на двигатель, одновременно производится поддержание степени сжатия на третьем уровне.
На фиг. 6 изображена блок-схема алгоритма 600 для регулирования хода поршня с целью изменения степени сжатия в двигателя в ответ на преждевременное воспламенение. Далее, на основе данных хода поршня могут быть скоординированы дополнительные действия для подавления преждевременного воспламенения, такие как обогащение топливной смеси в двигателе и уменьшение воздушного потока в двигателе (ограничение нагрузки на двигатель).
На шаге 602 алгоритм производит проверку наличия признаков преждевременного воспламенения. Как было подробно рассмотрено согласно фиг. 2, наличие преждевременного воспламенения может быть подтверждено на основании того факта, что сигнал датчика детонации, связанного с двигателем, превышает порог преждевременного воспламенения, при этом выходной сигнал датчика оценивается в окне обнаружения преждевременного воспламенения. Если признак преждевременного воспламенения не подтверждается, то алгоритм завершает работу, и двигатель может продолжать работать с номинальной степенью сжатия, номинальной подачей топлива и номинальной фазой работы клапана.
Если признак преждевременного воспламенения подтвержден, то на шаге 604 алгоритма определяют (или извлекают) параметры, относящиеся к индикации преждевременного воспламенения. Например, может быть определена частота преждевременного воспламенения. Например, на основании числа актов преждевременного воспламенения, которые имели место на протяжении порогового промежутка времени или порогового пройденного расстояния, можно определить, является ли преждевременное воспламенение прерывистым (меньшее число актов за определенный промежуток времени) или стойким (большее число актов за определенный промежуток времени). Согласно другому примеру, может быть определена интенсивность преждевременного воспламенения (например, на основе разности выходного сигнала датчика детонации в окне обнаружения и пороговой величины преждевременного воспламенения). Могут быть определены и другие параметры преждевременного воспламенения. На шаге 606 могут быть определены обороты двигателя, при которых был обнаружен признак преждевременного воспламенения.
На шаге 608, в ответ на обнаружение признака преждевременного воспламенения, алгоритм производит регулирование хода поршня, чтобы уменьшить степень сжатия в двигателе. Более конкретно, указанное регулирование заключается в уменьшении степени сжатия в сторону пороговой степени сжатия, когда признак преждевременного воспламенения увеличивается. Степень сжатия может быть уменьшена путем уменьшения хода поршня в камере сгорания за счет эллиптического вращения коленчатого вала, или иного эллиптического устройства (такого, как эксцентрик), связанного с областью поршневого пальца. Согласно другим примерам, могут быть использованы другие методы изменения хода поршня, способные изменять статическую степень сжатия. Контроллер двигателя может обращаться к таблице соответствия, составленной как функция оборотов двигателя и интенсивности преждевременного воспламенения, чтобы определять требуемое уменьшение степени сжатия, и соответствующую величину хода поршня. Согласно одному примеру, степень сжатия можно уменьшать постепенно в сторону пороговой степени сжатия. Согласно другому примеру, степень сжатия может быть сразу уменьшена до пороговой степени сжатия. Согласно еще другим примерам, на каждый акт преждевременного воспламенения степень сжатия можно уменьшать на установленную величину. Признак преждевременного воспламенения может определяться одним или более из следующих параметров: результатом подсчета актов преждевременного воспламенения в двигателе, выходным сигналом датчика детонации, интенсивностью преждевременного воспламенения, амплитудой преждевременного воспламенения и частотой преждевременного воспламенения.
Величина хода поршня и уменьшения степени сжатия может также быть основана на оборотах двигателя, при которых был получен признак преждевременного воспламенения. Например, меньшая величина хода поршня и меньшая величина уменьшения степени сжатия могут быть применены, когда получение признака преждевременного воспламенения происходит при более высоких оборотах двигателя, и большая величина хода поршня и большая величина уменьшения степени сжатия могут быть применены, когда получение признака преждевременного воспламенения происходит при более низких оборотах двигателя.
На шаге 610 производится проверка, находится ли степень сжатия на уровне пороговой степени сжатия. Пороговая степень сжатия - это минимальная степень сжатия, которая может быть применена, и ниже которой могут пострадать показатели работы двигателя. Кроме того, пороговая степень сжатия может определяться жестким ограничителем, который зафиксирован в силу особой конструкции поршня на эксцентриковом валу.
Если степень сжатия не равна пороговой степени сжатия, тогда на шаге 612 алгоритм применяет найденную степень сжатия и соответствующий ход поршня, сохраняя при этом каждый из следующих параметров: время впрыска топлива (например, общее время открытия форсунки), момент подачи искры, фазу работы клапана, даже когда степень сжатия понижается. Например, момент подачи искры можно поддерживать в точке или около точки МОЗНМ (МВТ), а ВТО (AFR) при горении можно поддерживать равным или близким стехиометрическому. Корме того, фазу работы впускного и выпускного кулачков можно поддерживать на номинальном уровне. В сущности, время впрыска топлива может отражать суммарное время открытия форсунок, и тем самым количество топлива, доставляемого в цилиндр. Следует понимать, что доставлять то же количество топлива можно, открывая форсунку раньше и закрывая ее раньше, и при этом все равно влиять на показатели двигателя.
После достижения пороговой степени сжатия, на шаге 614 алгоритм, в ответ на дальнейшее поступление признаков преждевременного воспламенения, производит обогащение топливной смеси в двигателе и/или ограничение нагрузки на двигателе путем уменьшения воздушного потока на впуске. Каждое из действий - обогащение и ограничение нагрузки - может быть основано на уменьшении степени сжатия в двигателе. Например, степень обогащения топлива, а также число циклов с обогащением можно регулировать, исходя из уменьшения степени сжатия. Более того, число цилиндров двигателя, в которых производится обогащение, можно варьировать. Согласно еще одному примеру, можно варьировать общую задаваемую степень сжатия для данного цилиндра. В качестве примера, когда применяется большая величина уменьшения степени сжатия (например, когда степень сжатия уменьшают до пороговой степени сжатия), для борьбы с преждевременным воспламенением может потребоваться меньшая степень обогащения и/или меньшее число циклов с обогащением. Кроме того, обогащение может потребоваться только в цилиндре, затронутом преждевременным воспламенением (или в меньшем числе дополнительных цилиндров двигателя). При этом могут быть сокращены потери топлива, связанные с подавлением преждевременного воспламенения, а также выбросы токсичных веществ. Для сравнения, когда применяется меньшая величина уменьшения степени сжатия (например, когда невозможно существенное уменьшение степени сжатия), для борьбы с преждевременным воспламенением может потребоваться большая степень обогащения и/или большее число циклов с обогащением. Кроме того, может потребоваться осуществлять обогащение в большем числе цилиндров двигателя дополнительно к тому цилиндру, в котором обнаружено преждевременное воспламенение. Аналогично, когда степень сжатия уменьшают в большей степени, для борьбы с преждевременным воспламенением требуется меньшая величина ограничения нагрузки двигателя, в то время как, когда степень сжатия уменьшают в меньшей степени, для борьбы с преждевременным воспламенением может потребоваться большая величина ограничения нагрузки двигателя.
Применяемое обогащение и ограничение нагрузки может также быть основано на признаках (индикации) преждевременного воспламенения, при этом применяемая степень обогащения и/или число циклов с обогащением увеличиваются, когда увеличивается интенсивность преждевременного воспламенения или частота. Аналогично, нагрузка двигателя может быть ограничена на более низком уровне, когда интенсивность преждевременного воспламенения или частота возрастают.
Следует понимать, что, если начальные признаки преждевременного воспламенения получены, в то время как степень сжатия находится на уровне пороговой или в заданном интервале от пороговой (минимальной) степени сжатия, то контроллер для борьбы с преждевременным воспламенением может напрямую перейти к методам обогащения смеси в цилиндре и ограничения нагрузки двигателя, и может не выполнять никакого уменьшения степени сжатия. Это может быть из-за того, что располагаемая величина уменьшения степени сжатия при таких условиях может быть ограниченной, и недостаточной для борьбы с преждевременным воспламенением.
На шаге 616, на основании обогащения смеси, может быть отрегулирован один или более из следующих параметров: время подачи искры, время срабатывания клапана и время впрыска топлива. Например, момент подачи искры может быть установлен с опережением от точки минимального опережения зажигания для достижения наилучшего крутящего момента МОЗНМ (МВТ) исходя из обогащения, и дополнительно, исходя из точки граничного опережения зажигания ГОЗ (BDL) при текущих условиях работы. Более конкретно, исходя из обогащения, может быть определено, что может быть достигнута существенная польза от охлаждения заряда, и может быть установлено опережение подачи искры (например, работа ближе к МОЗНМ (МВТ)), чтобы восстановить некоторый крутящий момент, который было потерян из-за того, что цилиндр работает со смесью более богатой, чем уровень обогащения, обеспечивающий максимальный крутящий момент ОММ (RBT).
Следует понимать, что в ответ на то, что признаки преждевременного воспламенения более не обнаруживаются, ход поршня может быть увеличен, чтобы увеличить степень сжатия в двигателе от пороговой степени сжатия в сторону номинальной степени сжатия. Степень сжатия можно увеличивать постепенно, или сразу вернуть на номинальный уровень.
На шаге 618, исходя из обогащения, степень сжатия может быть увеличена. Например, по мере того как число циклов с обогащением увеличивается, степень сжатия можно постепенно увеличивать в сторону номинальной степени сжатия (или степени сжатия, определяемой обратной связью), от которой производилось уменьшение степени сжатия в ответ на возникновение преждевременного воспламенения. Уровень, на который производится возврат степени сжатия, может быть дополнительно определен на основе данных подсчета актов преждевременного воспламенения в двигателе. Таким образом, в ответ на то, что результат подсчета актов преждевременного воспламенения превышает пороговое значение, степень сжатия может быть возвращена на уровень, определяемый обратной связью (или на иной уровень более высокий, чем уровень подавления, но более низкий, чем номинальный уровень). Для сравнения, в ответ на то, что результат подсчета актов преждевременного воспламенения ниже порогового значения, степень сжатия может быть возвращена на номинальный уровень. Скорость, с которой производится увеличение степени сжатия до номинального уровня (или уровня, определяемого обратной связью) может также основываться на результате подсчета актов преждевременного воспламенения. Например, когда результат подсчета превышает пороговый уровень, степень сжатия можно увеличивать до уровня, определяемого обратной связью, с более низкой скоростью. Затем, степень сжатия можно удерживать на уровне, определяемом обратной связью, пока не пройдет достаточное время, не будет пройдено достаточное расстояние, число циклов горения, число циклов с обогащением без возникновения явлений преждевременного воспламенения. Затем, степень сжатия может быть быстро возвращена на номинальный уровень. Пример координации обогащения и уменьшения степени сжатия приведен на диаграммах фиг. 7.
Таким образом, в ответ на обнаружение признаков преждевременного воспламенения, контроллер может вначале уменьшать степень сжатия в двигателе посредством регулирования хода поршня, пока не будет достигнута пороговая степень сжатия, а затем осуществлять обогащение смеси в двигателе и/или ограничивать воздушный поток на впуске. Признаком преждевременного воспламенения может быть частота актов преждевременного воспламенения, при этом уменьшение степени сжатия заключается в ее уменьшении с большей скоростью, когда явления преждевременного воспламенения устойчивы, и уменьшении с меньшей скоростью, когда явления преждевременного воспламенения происходят прерывисто. Уменьшение степени сжатия также может основываться на оборотах двигателя, при которых был получен признак преждевременного воспламенения, при этом уменьшение степени сжатия производится на меньшую величину при более низких оборотах двигателя. Уменьшение степени сжатия посредством регулирования хода поршня может заключаться в уменьшении хода поршня в камере сгорания с целью уменьшения степени сжатия. Кроме того, во время уменьшения степени сжатия можно сохранять неизменным каждый из следующих параметров: время впрыска топлива, время подачи искры и время срабатывания клапана. Для сравнения, при обогащении смеси в двигателе и/или ограничении воздушного потока на впуске может производиться регулирование одного из следующих параметров: момента впрыска топлива, момента подачи искры и момента срабатывания клапана. В ответ на отсутствие обнаружения признаков преждевременного воспламенения после обогащения смеси в двигателе и/или ограничения воздушного потока на впуске, степень сжатия может быть увеличена (например, постепенно или ступенчато) путем увеличения хода поршня в камере сгорания.
Согласно другим вариантам осуществления, регулирование степени сжатия может быть выполнено главным образом (и в первую очередь), если такое регулирование является быстрым при преобладающих условиях (например, при установившемся режиме работы двигателя). Затем, как только степень сжатия будет быстро уменьшена до порогового (минимального) уровня, к этому может быть добавлено дальнейшее подавление преждевременного воспламенения путем обогащения смеси и ограничения нагрузки. Для сравнения, если регулирование степени сжатия не может быть выполнено достаточно быстро при преобладающих условиях, тогда оба действия - регулирование степени сжатия и обогащение смеси в двигателе - можно выполнять одновременно до тех пор, пока не будет достигнута пороговая степень сжатия. Это обеспечивает быстрое подавление преждевременного воспламенения. Затем, как только будет достигнута пороговая степень сжатия, далее с преждевременным воспламенением можно бороться путем дополнительного обогащения смеси в цилиндрах или ограничения нагрузки двигателя. В данном случае, обогащение можно также динамически регулировать при изменении степени сжатия. Например, в условиях, когда после уменьшения степени сжатия применено обогащение, вначале может быть задана небольшая степень обогащения, и далее обогащение можно медленно сокращать. Для сравнения, в условиях, когда обогащение было применено параллельно с уменьшением степени сжатия, вначале может быть задана более высокая степень обогащения, и далее обогащение можно сокращать быстрее, по мере того как степень сжатия уменьшается в направлении порогового уровня.
Как только истечет пороговая продолжительность (будет пройдено пороговое расстояние или произойдет пороговое число актов горения) без возникновения явлений преждевременного воспламенения, ограничение нагрузки двигателя можно снять в первую очередь, и двигатель может работать при нормальных воздушных нагрузках. Затем, степень сжатия можно вернуть к номинальному уровню и прервать обогащение. Благодаря применению для борьбы с преждевременным воспламенением регулирования степени сжатия за счет хода поршня, прежде чем применять обогащение в цилиндре или ограничение нагрузки, можно успешно использовать мгновенный эффект подавления преждевременного воспламенения за счет изменения хода поршня, чтобы прекратить аномальное горение, и одновременно поддерживать ВТО (AFR) при горении на стехиометрическом уровне или вблизи стехиометрического уровня. Уменьшение акцента на обогащении топливной смеси позволяет уменьшить расход топлива и благоприятно повлиять на показатели работы двигателя. Следует понимать, что, когда имеет место только уменьшение степени сжатия, то для новой более низкой степени сжатия момент подачи искры может быть задан в точке МОЗНМ (МВТ) или ГОЗ (BDL) (или в той из этих точек, которая дает наибольшую задержку искры). Для сравнения, если наряду с регулированием степени сжатия также используется и обогащение смеси, то при новой степени сжатия к точкам МОЗНМ (МВТ) или ГОЗ (BDL) может быть добавлено опережение, чтобы учесть дополнительное охлаждение, создаваемое работой на обогащенной смеси.
Согласно другим вариантам осуществления, в ответ на обнаружение признаков преждевременного воспламенения может быть применена комбинация временного обогащения и уменьшения степени сжатия за счет регулирования хода поршня. Например, в условиях, когда изменение хода поршня и результирующее изменение степени сжатия происходят с более медленной скоростью, как например при более высоких оборотах двигателя, для борьбы с преждевременным воспламенением может быть применена большая величина временного обогащения. Эта большая величина временного обогащения может заключаться в поддержании обогащенного состояния в течение более длительного времени, в более высокой степени обогащения (более богатом ВТО (AFR)), обогащении на протяжении большего числа циклов и/или обогащении в цилиндре, в котором обнаружено преждевременное воспламенение, или в одном или более дополнительных цилиндрах. Согласно другому примеру, в условиях, когда изменение хода поршня и результирующее изменение степени сжатия происходят с более высокой скоростью, как например при более низких оборотах двигателя, для борьбы с преждевременным воспламенением может быть применена меньшая величина временного обогащения. Эта меньшая величина временного обогащения может заключаться в поддержании обогащенного состояния в течение более короткого времени, в более низкой степени обогащения (менее богатом ВТО (AFR)), обогащении на протяжении меньшего числа циклов и/или обогащении только в цилиндре, в котором обнаружено преждевременное воспламенение.
Таким образом, при действии первых условий, таких как более низкие обороты двигателя, в ответ на преждевременное воспламенение контроллер может уменьшить степень сжатия в двигателе на большую величину без обогащения смеси в двигателе. Затем, как только в ответ на преждевременное воспламенение степень сжатия будет уменьшена до предельной степени сжатия, контроллер может ограничить нагрузку двигателя и/или задать временное обогащение смеси. Для сравнения, при действии вторых условий, таких как более высокие обороты двигателя, в ответ на преждевременное воспламенение контроллер может уменьшить степень сжатия в двигателе на меньшую величину, и при этом одновременно задать обогащение в двигателе. Затем, как только степень сжатия будет уменьшена до предельной степени сжатия, контроллер может уменьшить обогащение, одновременно поддерживая степень сжатия на предельном уровне. В ответ на дальнейшее возникновение явлений преждевременного воспламенения контроллер может ограничить нагрузку двигателя и/или задать обогащение смеси в двигателе.
При действии вторых условий обогащение вначале может быть более сильным, и может быть постепенно уменьшено или сокращено, по мере того как степень сжатия смещается к требуемому пониженному уровню. Соотношение уменьшения степени сжатия и применяемого обогащения во время действия вторых условий может быть пропорциональным оборотам двигателя.
Ограничение нагрузки двигателя, осуществляемое после того как степень сжатия будет уменьшена до порогового уровня, может основываться на уменьшении степени сжатия и любом выполненном обогащении в цилиндре. Например, обогащение определяется на основе интенсивности преждевременного воспламенения (например, интенсивности выходного сигнала датчика детонации в окне обнаружения преждевременного воспламенения) и уменьшения степени сжатия, при этом, если найденная величина обогащения превышает пороговую (например, смесь более богатая, чем пороговое ВТО (AFR) или, если число циклов с обогащением превышает пороговое число), может быть запущено ограничение нагрузки. Ограничение нагрузки затем можно регулировать в функции найденного обогащения в цилиндре, причем предельная нагрузка на двигателе увеличивается, когда увеличивается найденная величина обогащения. В сущности, это можно выполнять как параллельное оценивание, основанное на выходной величине таблицы соответствия. В этом случае, если установлено, что число циклов с обогащением превышает пороговое число (например, больше 0), то это запускает регулирование, включая ограничение нагрузки и опережение зажигания. Затем для определения ограничения нагрузки используется формирователь приращения. Например, если выходной сигнал формирователя приращения больше порогового (например, больше 0), то это запускает процедуру регулирования, заключающуюся в ограничении нагрузки.
В качестве примера, контроллер может начать с ограничения нагрузки путем упреждающего регулирования исходя из условий работы двигателя, например, исходя из оборотов двигателя - нагрузки. Это ограничение нагрузки затем может быть само ограничено исходя из различных факторов, так чтобы минимизировать проблемы ШВР (NVH), связанные с аномальным горением, например, те, которые связаны с явлениями преждевременного воспламенения при малых оборотах двигателя. Помимо контроля ШВР (NVH), также минимизируются явления детонации, вызывающие повреждение двигателя. Контроллер может использовать набор из трех таблиц, в число которых входит таблица номинальной эффективности, основанная на номинальных условиях, таблица высокой эффективности (которая дает повышенный эффект подавления аномального горения и создает повышенный выходной крутящий момент), и таблица низкой эффективности (которая дает более низкий эффект подавления аномального горения и создает более низкий выходной крутящий момент). Каждая из таблиц может быть составлена, как функция температуры заряда в коллекторе ТЗК (МСТ, Manifold Charge Temperature) и оборотов (Ne) двигателя, при этом выходная величина каждой таблицы представляет собой величину ограничения нагрузки. Предельная нагрузка затем ограничивается на уровне указанной величины ограничения нагрузки, и выходные величины таблиц смешиваются.
Более конкретно, для коррекции выходных величин таблиц (коррекции ограничения нагрузки) и интерполяции между таблицами низкой, номинальной и высокой эффективности используется множительный коэффициент. Множительный коэффициент может лежать в интервале от -1 до 1. Коэффициент может основываться на различных параметрах для упреждающего регулирования. Например, коэффициент может основываться на содержании этанола или спирта, октановом числе топлива и ВТО (ARF). Таким образом, ВТО (AFR), соответствующее бедной топливной смеси, или низкооктановое топливо (что увеличивает вероятность аномального горения) приводят к ограничению нагрузки, при которой интерполяция ограничения нагрузки смещает предельную нагрузку к более низкому значению. Согласно другому примеру, ВТО (AFR), соответствующее богатой топливной смеси, или высокооктановое топливо могут приводить к ограничению нагрузки на более высоком уровне, поскольку обогащение уменьшает вероятность аномального горения. Ограничение нагрузки также основывается на показателе аномального горения, например, показателе преждевременного воспламенения (PI rate, Pre-ignition rate) (показателе ПВ). Показатель ПВ может быть также определен, как функция выходного сигнала датчика детонации и оборотов двигателя.
Ограничение нагрузки также включает в себя некоторую часть, определяемую обратной связью, при этом ограничение нагрузки дополнительно корректируется на основе показателя ПВ. В ходе этого показателю ПВ может быть дано приращение на величину сигнала измерителя показателя (rate counter), исходя из оборотов двигателя и интенсивности выходного сигнала датчика детонации. Сигналу измерителя показателя или взвешивания дается приращение, когда увеличивается степень обогащения или число циклов с обогащением, применяемых в ответ на выходной сигнал датчика детонации в установленном окне, и далее - на основе оборотов двигателя, при которых обнаруживается сигнал датчика детонации. Когда число явлений аномального горения, отнесенное к расстоянию, пройденному автомобилем, увеличивается, показателю может быть дано дополнительное приращение. Показатель может быть уменьшен, когда расстояние, пройденное автомобилем на двигателе, увеличивается. В сущности, при достаточном пройденном расстоянии показатель может снова вернуться к нулю, и не оказывать влияния на ограничение нагрузки, если не наблюдалось никакого преждевременного воспламенения. Однако, условия работы могут повлиять на ожидаемое аномальное горение, и, следовательно, на номинальную предельную нагрузку. Затем контроллер может вынести арбитражное решение - выбрать предельную нагрузку по крутящему моменту (torque load limit) при ограничении нагрузки (load clip).
Параллельно, формирователь приращений показателя ПВ ведет подсчет числа циклов с обогащением, выполняемых в ответ на явление аномального горения. Число циклов с обогащением может быть определено как функция интенсивности выходного сигнала датчика детонации в установленном первом окне и оборотов двигателя, при которых получен выходной сигнал датчика детонации. Например, когда интенсивность выходного сигнала датчика детонации в установленном окне возрастает, число циклов с обогащением может быть увеличено, и выходному сигналу формирователя приращений показателя может быть задано приращение на определенную величину. Если выходной сигнал формирователя приращений показателя высокий (например, выше порогового), или, если весовой коэффициент высокий (например, выше порогового), может быть вычислена взвешенная предельная нагрузка двигателя. Данная взвешенная предельная нагрузка двигателя может обладать более агрессивной способностью подавления аномального горения ("learn down rate"), и может быть активирована только, когда было использовано пороговое число циклов с обогащением.
В качестве примера, число циклов с обогащением, которые требуется выполнить, может быть определено, как функция интенсивности выходного сигнала датчика детонации в первом окне и оборотов двигателя, при которых сигнал датчика детонации был получен. Если число циклов с обогащением не выше порогового (например, больше 0), двигатель может продолжать работать с нормальной стратегией подачи топлива. Например, цилиндры двигателя могут продолжать работать при стехиометрическом ВТО (AFR). Если же установлено, что число циклов с обогащением больше, то производится коррекция управления ВТО (AFR) для аномального горения в цилиндрах, так чтобы обеспечить требуемую степень обогащения.
При принятии арбитражного решения по предельной нагрузке по крутящему моменту контроллер может вначале определить предельные нагрузки по крутящему моменту при различных условиях, например, предельную нагрузку, ограничиваемую стабильностью горения, предельную нагрузку, ограничиваемую стабильностью горения в условиях низких температур, а также интерполированную предельную нагрузку по крутящему моменту, которая соответствует предельной нагрузке по крутящему моменту при ограничении нагрузки, о которой шла речь выше. Контроллер может вынести арбитражное решение по предельным нагрузкам и выбрать требуемую предельную нагрузку, как наименьшую (т.е. минимальную) из предельных нагрузок. Для выбранной предельной нагрузки затем производится преобразование воздушной массы в крутящий момент. Кроме того, производится определение других взвешенных предельных нагрузок двигателя. В их число входит, например, предельный крутящий момент трансмиссии (transmission torque limit) и предел управления тягой (traction control limit). Контроллер может принять арбитражное решение по предельным крутящим моментам, и выбрать окончательный запрашиваемый водителем крутящий момент (final driver demanded torque), как наименьший (т.е. минимальный) из найденных предельных нагрузок, и выбранной предельной нагрузки преобразования воздушной массы в крутящий момент.
Таким образом, окончательным запрашиваемым водителем крутящим моментом может быть наименьший из интерполированного предельного крутящего момента и взвешенного крутящего момента двигателя. При этом взвешенный предельный крутящий момент двигателя может обладать большей ограничивающей силой, чем выбранная арбитражным решением предельная нагрузка по крутящему моменту, но при этом данные величины могут изменяться относительно друг друга в зависимости от оборотов двигателя. Например, при малых оборотах двигателя, когда есть вероятность возникновения преждевременного воспламенения, более ограничивающей может быть взвешенная предельная нагрузка двигателя. Для сравнения, при более высоких оборотах двигателя, когда есть вероятность возникновения детонации, более ограничивающей может быть предельная нагрузка по крутящему моменту при ограничении нагрузки. Например, ограничение нагрузки (load clip) может быть более ограничивающим фактором при более низких оборотах двигателя, а также при более высоких оборотах двигателя - от средних до высоких. Путем выбора наименьшей из возможных предельных нагрузок осуществляется подавление аномального горения и упреждаются дальнейшие явления детонации высокой интенсивности, при этом решаются вопросы, связанные со всеми другими ограничениями, которые касаются нагрузки.
На фиг. 7 представлен пример подавления преждевременного воспламенения путем регулирования степени сжатия в двигателе с изменяемой степенью сжатия, в котором предусмотрена возможность изменения хода поршней. Диаграммы 700 на графике 702 изображают выходной сигнал датчика детонации в окне обнаружения преждевременного воспламенения, на графике 704 - выходной сигнал измерителя показателя ПВ, на графике 706 - изменение степени сжатия, и на графике 708 - циклы обогащения в двигателе, обеспечивающие подавление преждевременного воспламенения. На всех графиках вдоль оси X отложено время.
Перед моментом t1 двигатель может работать с номинальной степенью сжатия (высокой), основанной на условиях работы двигателя. Кроме того, по причине низкого выходного сигнала измерителя показателя ПВ (в данном случае 0) перед моментом t1, не выполняется никакого дополнительного уменьшения степени сжатия от номинального уровня до более низкого уровня, определяемого обратной связью.
Между моментами t1 и t2 может быть констатировано несколько отчетливых явлений (в данном случае три) преждевременного воспламенения на основании того, что выходной сигнал датчика детонации в окне обнаружения преждевременного воспламенения превышал порог преждевременного воспламенения (штриховую линию). В ответ на каждое отчетливое явление преждевременного воспламенения производилось незамедлительное уменьшение степени сжатия от номинального уровня до заранее установленного уровня подавления (низкого). Более конкретно, каждый раз, когда подтверждалось преждевременное воспламенение, производилось незамедлительное уменьшение степени сжатия до одного и того же низкого уровня - уровня подавления. Далее, после уменьшения степени сжатия до уровня подавления, в двигателе (или по меньшей мере в цилиндре, где имело место преждевременное воспламенение) производилось обогащение топливной смеси на определенное время, в то время как степень сжатия постепенно возвращалась к номинальному (высокому) уровню. В некоторых случаях, благодаря возможностям изменения степени сжатия, вначале производится уменьшение степени сжатия, а затем используется обогащение. Согласно другим примерам, из-за невозможности быстрого изменения степени сжатия, вначале производится обогащение в цилиндре, а затем уменьшение степени сжатия, при этом производится уменьшение обогащения, когда инициируется уменьшение степени сжатия.
Между моментами t2 и t3 не было обнаружено никаких признаков преждевременного воспламенения. Таким образом, между моментами t2 и t3, по мере того как проходит некоторое время (или происходит некоторое число актов горения или автомобиль проходит некоторое расстояние) без возникновения явлений преждевременного воспламенения, выходной сигнал измерителя показателя ПВ уменьшается. Дополнительно, постепенно увеличивается степень сжатия. Однако, степень сжатия не возвращается на номинальный уровень. Вместо этого, в силу предыстории явлений преждевременного воспламенения в двигателе (и в силу выходного сигнала измерителя показателя ПВ, указывающего на предрасположенность двигателя к преждевременному воспламенению), даже когда не обнаруживаются никакие признаки преждевременного воспламенения, степень сжатия сохраняется на уровне, определяемом обратной связью, который ниже номинального (высокого) уровня, но выше (низкого) уровня - уровня подавления. В сущности, в это время применяется упреждающее обогащение. Благодаря уменьшению степени сжатия до уровня, определяемого обратной связью, необходимость в упреждающем обогащении снижается, что обеспечивает экономию топлива, и одновременно снижает предрасположенность двигателя к аномальному горению.
В момент t3, даже при пониженной степени сжатия до уровня, определяемого обратной связью, регистрируется случай преждевременного воспламенения. Вследствие этого, выходной сигнал измерителя показателя ПВ получает приращение. Кроме того, производится незамедлительное уменьшение степени сжатия от уровня, определяемого обратной связью, до уровня подавления, в то время как в цилиндре параллельно производится обогащение. Однако, из-за того, что уменьшение степени сжатия и обогащение выполняются одновременно, применяется меньшая степень обогащения (и/или применяется на меньшем числе циклов или меньшем числе цилиндров двигателя, например, только на цилиндре, где зарегистрировано преждевременное воспламенение). Когда применяется обогащение, производится уменьшение степени сжатия, и степень сжатия возвращается к уровню, определяемому обратной связью. Однако, степень сжатия все еще не возвращается к номинальному уровню из-за высокого результата подсчета явлений преждевременного воспламенения в двигателе.
В момент t4 регистрируется еще один случай преждевременного воспламенения. Вследствие этого, выходной сигнал измерителя показателя ПВ получает приращение, указывая на прерывистый характер явлений преждевременного воспламенения. Кроме того, производится незамедлительное уменьшение степени сжатия от уровня, определяемого обратной связью, до уровня подавления, в то время как в цилиндре параллельно осуществляется обогащение. Затем степень сжатия удерживается на уровне подавления на протяжении более длительного времени (по сравнению с продолжительностью, которая применялась в момент t3), при этом параллельно применяется еще меньшая степень обогащения (точнее, меньшая степень по сравнению со степенью обогащения, которая применялась в момент t3). Когда применяется обогащение, уменьшение степени сжатия прекращается, при этом степень сжатия возвращается на уровень, определяемый обратной связью, более медленно. Степень сжатия по-прежнему не возвращается на номинальный уровень из-за высокого результата подсчета явлений преждевременного воспламенения в двигателе.
В момент t5 регистрируется еще один случай преждевременного воспламенения. Вследствие этого, выходной сигнал измерителя показателя ПВ получает дополнительное приращение, указывая на устойчивый характер явлений преждевременного воспламенения. Кроме того, производится незамедлительное уменьшение степени сжатия от уровня, определяемого обратной связью, до уровня подавления, в то время как в цилиндре параллельно осуществляется обогащение. Затем степень сжатия удерживается на уровне подавления на протяжении еще более длительного времени (по сравнению с продолжительностью, которая применялась в момент t4), при этом параллельно применяется еще меньшая степень обогащения (точнее, меньшая степень по сравнению со степенью обогащения, которая применялась в момент t3). Когда применяется обогащение, уменьшение степени сжатия прекращается, при этом степень сжатия возвращается на уровень, определяемый обратной связью, более медленно. Степень сжатия по-прежнему не возвращается на номинальный уровень из-за высокого результата подсчета явлений преждевременного воспламенения в двигателе.
В качестве примера, способ для двигателя может содержать уменьшение степени сжатия в двигателе от первого, номинального уровня до второго уровня, основанного на предыстории явлений преждевременного воспламенения в двигателе, и прежде чем возникнет преждевременное воспламенение в текущем цикле двигателя. Способ может дополнительно содержать уменьшение степени сжатия в двигателе от второго уровня до третьего уровня в ответ на возникновение преждевременного воспламенения в текущем цикле двигателя. При этом уменьшение от первого уровня до второго уровня меньше, чем уменьшение от второго уровня до третьего уровня. Кроме того, в ответ на отсутствие признаков преждевременного воспламенения на протяжении порогового промежутка времени, порогового расстояния и порогового числа актов горения после случая преждевременного воспламенения, осуществляется увеличение степени сжатия в двигателя в направлении первого уровня. В данном контексте уменьшение степени сжатия в двигателе может заключаться в уменьшении величины хода поршня в цилиндре посредством эксцентрика или в области поршневого пальца, и в увеличении расстояния от вершины поршня до головки цилиндров. Третий уровень является пороговым уровнем. Способ дополнительно содержит в ответ на дальнейшее появление признаков преждевременного воспламенения - обогащение топливной смеси в двигателе и ограничение нагрузки двигателя при одновременном поддержании степени сжатия на третьем уровне.
Что касается дальнейшей реализации, то преждевременное воспламенение может быть уменьшено путем регулирования эксцентрика, связанного с поршневым пальцем в двигателе с изменяемой степенью сжатия в ответ на обнаружение признаков преждевременного воспламенения с целью уменьшения величины хода поршня в камере сгорания, и тем самым уменьшения действующего объема цилиндра, когда поршень находится в ВМТ относительно НМТ В сущности, уменьшение степени сжатия также уменьшает эффективное расстояние между головкой поршня и головкой цилиндров.
Таким образом, ход поршня можно успешно изменять, чтобы уменьшать степень сжатия и подавлять аномальное горение, вызванное преждевременным воспламенением. Путем координации изменения степени сжатия с другими действиями, направленными на подавление аномального горения, такими как обогащение смеси и ограничение нагрузки, можно вести борьбу с преждевременным воспламенением, применяя меньшую величину обогащения (например, не проводя обогащения вообще), и не оказывать отрицательного влияния на показатели двигателя. В сущности, это позволяет бороться с преждевременным воспламенением, одновременно поддерживая работу двигателя при стехиометрическом ВТО (AFR), а момент подачи искры ближе к точке МОЗНМ (МВТ). За счет эффективного использования быстрого падения степени сжатия при преждевременном воспламенении, можно раньше подавлять аномальное горения, продлевая срок службы двигателя.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти, и могут быть реализованы посредством управляющей системы, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными органами и прочими аппаратными устройствами двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемых событиями, управляемых прерываниями, многозадачных, многопотоковых и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема от идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ В ОТВЕТ НА ПРЕЖДЕВРЕМЕННОЕ ВОСПЛАМЕНЕНИЕ (ВАРИАНТЫ) | 2012 |
|
RU2608787C2 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ПРЕЖДЕВРЕМЕННОГО ВОСПЛАМЕНЕНИЯ | 2014 |
|
RU2668084C2 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ПРЕЖДЕВРЕМЕННОГО ЗАЖИГАНИЯ | 2011 |
|
RU2566683C2 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕЖДЕВРЕМЕННЫМ ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ | 2015 |
|
RU2669433C2 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ПРЕЖДЕВРЕМЕННОГО ЗАЖИГАНИЯ | 2011 |
|
RU2572281C2 |
| СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ДЛЯ БОРЬБЫ С ПРЕЖДЕВРЕМЕННЫМ ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ В ДВИГАТЕЛЕ С ПЕРЕМЕННЫМ РАБОЧИМ ОБЪЕМОМ | 2015 |
|
RU2669536C2 |
| СПОСОБ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ (ВАРИАНТЫ) | 2013 |
|
RU2638413C2 |
| СПОСОБЫ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ | 2015 |
|
RU2681555C2 |
| СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ | 2012 |
|
RU2603443C2 |
| СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ | 2013 |
|
RU2603202C2 |
Изобретение может быть использовано в системах управления для двигателей внутреннего сгорания. Предложены способы и системы для борьбы с преждевременным воспламенением путем механического изменения хода поршня внутри камеры сгорания. В ответ на преждевременное воспламенение и обороты двигателя, при которых возникает преждевременное воспламенение, статическую степень сжатия можно уменьшать, пока не будет достигнута более низкая, пороговая степень сжатия. В дальнейшем борьбу с преждевременным воспламенением ведут посредством обогащения топливовоздушной смеси. Тем самым уменьшается общая величина обогащения, которая требуется для подавления явлений преждевременного воспламенения. Технический результат – снижение расхода топлива и токсичности двигателя, а также улучшение эксплуатационных показателей двигателя. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил.
1. Способ для двигателя, содержащий:
регулирование хода поршня с целью уменьшения степени сжатия в двигателе в ответ на обнаружение признака преждевременного воспламенения, причем признак преждевременного воспламенения заключается в одном или более из следующих: количество актов преждевременного воспламенения в двигателе, выходной сигнал датчика детонации, интенсивность преждевременного воспламенения, амплитуда преждевременного воспламенения и частота преждевременного воспламенения, для более чем одного предыдущего цикла двигателя, при этом величина уменьшения степени сжатия основана на признаке преждевременного воспламенения и оборотах двигателя, причем применяют меньший ход поршня и меньшее уменьшение степени сжатия, когда получение признака преждевременного воспламенения происходит при более высоких оборотах двигателя, и применяют больший ход поршня и большее уменьшение степени сжатия, когда получение признака преждевременного воспламенения происходит при более низких оборотах двигателя; выполняемое в первом режиме обогащение топливной смеси в двигателе с превышением стехиометрического уровня при одновременном уменьшении степени сжатия; и
выполняемое во втором режиме обогащение топливной смеси в двигателе с превышением стехиометрического уровня после уменьшения степени сжатия, как только степень сжатия будет уменьшена до порогового минимального уровня, ниже которого степень сжатия далее не уменьшают,
при этом величина обогащения топливной смеси во втором режиме больше, чем в первом режиме, и обогащение топливной смеси во втором режиме сокращают быстрее, чем в первом режиме.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное регулирование содержит уменьшение степени сжатия в большей степени в направлении пороговой степени сжатия при увеличении признака преждевременного воспламенения.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что дополнительно содержит поддержание каждого из следующих параметров: момента впрыска топлива, момента подачи искры зажигания и момента срабатывания клапана, в то время как уменьшают степень сжатия.
4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что величину хода поршня и уменьшение степени сжатия дополнительно основывают на оборотах двигателя, при которых был получен признак преждевременного воспламенения, при этом степень сжатия представляет собой статическую степень сжатия.
5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что регулирование хода поршня с целью уменьшения степени сжатия содержит уменьшение хода поршня внутри камеры сгорания посредством одного из следующих механизмов: эллиптического вращения коленчатого вала или эксцентрика, связанного с поршневым пальцем.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что дополнительно содержит после достижения пороговой степени сжатия, в ответ на дальнейшее обнаружение признака преждевременного воспламенения: обогащают топливную смесь в двигателе и/или ограничивают нагрузку двигателя посредством уменьшения воздушного потока на впуске, причем каждое из этих действий - обогащение и ограничение нагрузки двигателя - основано на уменьшении степени сжатия.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что дополнительно в ответ на отсутствие признаков преждевременного воспламенения увеличивают ход поршня с целью увеличения степени сжатия от пороговой степени сжатия.
8. Способ для двигателя, содержащий:
в ответ на обнаружение признака преждевременного воспламенения уменьшают степень сжатия за счет регулирования хода поршня внутри камеры сгорания, при этом уменьшение степени сжатия дополнительно основывают на оборотах двигателя, при которых получен признак преждевременного воспламенения, причем степень сжатия уменьшают на большую величину при более низких оборотах двигателя, и обогащают топливную смесь в двигателе и/или ограничивают воздушный поток на впуске, причем при более высоких оборотах двигателя обогащение топливной смеси производят во время и после уменьшения степени сжатия, а при более низких оборотах двигателя обогащение топливной смеси производят только после уменьшения степени сжатия до пороговой степени сжатия, при этом величина обогащения топливной смеси в двигателе при более низких оборотах двигателя больше, чем при более высоких оборотах двигателя, и обогащение топливной смеси при более низких оборотах двигателя сокращают быстрее, чем при более высоких оборотах двигателя.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что признак преждевременного воспламенения включает в себя частоту преждевременного воспламенения, причем уменьшение степени сжатия заключается в уменьшении степени сжатия с большей скоростью, когда преждевременное воспламенение носит устойчивый характер, и уменьшении степени сжатия с меньшей скоростью, когда преждевременное воспламенение носит прерывистый характер.
10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что уменьшение степени сжатия посредством регулирования хода поршня содержит уменьшение хода поршня внутри камеры сгорания с целью уменьшения степени сжатия.
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что дополнительно содержит поддержание неизменным каждого из следующих параметров: момента впрыска топлива, момента подачи искры зажигания и момента срабатывания клапана, при том, что уменьшают степень сжатия, и регулируют один или более из следующих параметров: момент впрыска топлива, момент подачи искры зажигания и момент срабатывания клапана, в то время как обогащают топливную смесь в двигателе и/или ограничивают воздушный поток на впуске.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что дополнительно содержит, в ответ на отсутствие признаков преждевременного воспламенения, полученных после обогащения топливной смеси в двигателе и/или ограничения воздушного потока на впуске, - увеличение степени сжатия путем увеличения хода поршня внутри камеры сгорания.
13. Способ для двигателя, содержащий:
уменьшение степени сжатия в двигателе от первого, номинального уровня до второго уровня на величину, основанную на оборотах двигателя и предыстории явлений преждевременного воспламенения в двигателе, и прежде чем случится преждевременное воспламенение в текущем цикле двигателя, при этом предыстория явлений преждевременного воспламенения в двигателе включает одно или более из следующих: количество актов преждевременного воспламенения в двигателе, выходной сигнал датчика детонации, интенсивность преждевременного воспламенения, амплитуда преждевременного воспламенения и частота преждевременного воспламенения, для более чем одного предыдущего цикла двигателя, при этом степень сжатия в двигателе уменьшают на большую величину при более низких оборотах двигателя;
уменьшение степени сжатия в двигателе от второго уровня до третьего уровня в ответ на случай преждевременного воспламенения в текущем цикле двигателя; выполняемое в первом режиме обогащение топливной смеси в двигателе с превышением стехиометрического уровня при одновременном уменьшении степени сжатия в двигателе от второго уровня до третьего уровня и дальнейшее обогащение топливной смеси в двигателе с превышением стехиометрического уровня после уменьшения степени сжатия в двигателе до третьего уровня в ответ на дальнейшие обнаружения признаков преждевременного воспламенения при поддержании степени сжатия в двигателе на третьем уровне; и
выполняемое во втором режиме обогащение топливной смеси в двигателе с превышением стехиометрического уровня после уменьшения степени сжатия в двигателе до третьего уровня в ответ на дальнейшее обнаружение признака преждевременного воспламенения при поддержании степени сжатия в двигателе на третьем уровне,
при этом величина временного обогащения топливной смеси в первом режиме больше, чем во втором режиме, и обогащение топливной смеси в первом режиме сокращают медленнее, чем во втором режиме.
14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что указанное уменьшение от первого уровня до второго уровня меньше, чем уменьшение от второго уровня до третьего уровня.
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что дополнительно содержит, в ответ на отсутствие признаков преждевременного воспламенения, полученных: либо по истечении порогового промежутка времени, либо после прохождения порогового расстояния, либо по истечении порогового числа актов горения после случая преждевременного воспламенения - увеличение степени сжатия в двигателе в направлении первого уровня.
16. Способ по п. 13, отличающийся тем, что уменьшение степени сжатия в двигателе содержит уменьшение хода поршня внутри цилиндра посредством эксцентрика в области поршневого пальца и увеличение расстояния между вершиной поршня и головкой цилиндров.
17. Способ по п. 13, отличающийся тем, что третий уровень является пороговым уровнем, при этом дополнительно способ содержит: в ответ на дальнейшее обнаружение признака преждевременного воспламенения - обогащение топливной смеси в двигателе и ограничение нагрузки двигателя при одновременном поддержании степени сжатия в двигателе на третьем уровне.
18. Способ по п. 13, отличающийся тем, что величину временного обогащения топливной смеси увеличивают за счет одного или более из следующего: поддержание обогащенного состояния в течение более длительного времени, обогащение с более богатым воздушно-топливным отношением, обогащение на протяжении большего числа циклов.
| US 6947830 B1, 20.09.2005 | |||
| US 6990934 B2, 31.01.2006 | |||
| ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТАКИМ ДВИГАТЕЛЕМ (ВАРИАНТЫ) | 2008 |
|
RU2434153C2 |
| ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | 1998 |
|
RU2211933C2 |
