Область техники
Настоящая заявка в целом относится к регулированию рециркуляции отработавших газов в зависимости от выходного сигнала датчика отработавших газов, соединенного с выпускной системой двигателя внутреннего сгорания.
Уровень техники и раскрытие изобретения
Системы двигателей могут быть выполнены с возможностью осуществления процесса, именуемого «рециркуляция отработавших газов» РОГ (EGR) из выпускной системы двигателя во впускную систему (заборный канал) двигателя, для сокращения регулируемых выбросов и повышения топливной экономичности. А именно количество рециркулирующих отработавших газов (газов РОГ) влияет на выбросы оксидов азота (NOx) и топливную экономичность. Результатом увеличения рециркуляции отработавших газов может стать неполное сгорание и пропуски зажигания, являющиеся причинами роста выбросов, снижения управляемости транспортного средства и увеличения расхода топлива. В системе двигателя могут быть установлены различные датчики для оценки количества газов РОГ, подаваемых в двигатель. Например, в их число могут входить различные датчики температуры, давления, кислорода и влажности, соединенные с впускным коллектором и/или выпускным коллектором двигателя.
Один пример решения для измерения РОГ раскрыт Котвики (Kotwicki) с соавторами в документе US 6,321,732. Согласно ему, система РОГ содержит датчики давления, установленные на диафрагме постоянного сечения, посредством которых измеряют изменение давления (например, перепад давления) на диафрагме. Посредством датчиков давления, именуемых «датчики перепада давления», измеряют разность давлений на диафрагме, в свою очередь служащей для измерения РОГ и, тем самым, регулирования потока отработавших газов в системе двигателя. При этом датчики перепада давления имеют высокий уровень шумов, приводящий к неточным измерениям РОГ и, как следствие, к вышеуказанным проблемам. Кроме того, эти датчики устанавливают в системах двигателей исключительно с целью измерения РОГ, поэтому введение таких датчиков в системы двигателей может увеличить себестоимость последних.
Еще один пример решения для измерения РОГ раскрыт Мацубара (Matsubara) с соавторами в документе US 6,742,379. В данном случае система РОГ содержит датчик состава всасываемых газов, например, датчик кислорода, с возможностью использования в состояниях без РОГ для определения содержания кислорода в свежем всасываемом воздухе. В состояниях с РОГ с помощью данного датчика можно опосредованно определять содержание РОГ по изменению концентрации кислорода, вызванному добавлением РОГ в качестве разбавителя.
Однако авторы настоящего изобретения выявили потенциальные недостатки такого решения. На один или несколько параметров работы двигателя также может повлиять искажение при определении РОГ датчиком кислорода во всасываемом воздухе в присутствии богатых или бедных (относительно стехиометрических) газов РОГ. Например, в присутствии бедных газов РОГ, несмотря на то, что датчик фиксирует меньшее (абсолютное) количество газов РОГ, выходной сигнал датчика корректно отражает долю отработавших газов. В результате, любые регулировки момента зажигания, положения дросселя и/или впрыска топлива, в основе которых лежит скорректированный коэффициент калибровки, могут быть некорректными. В качестве другого примера, в присутствии богатых газов РОГ, датчик не выдает точный результат оценки содержания избыточного топлива в РОГ. Если избыточное топливо не будет должным образом учтено при впрыске топлива в цилиндры, количество впрыскиваемого топлива может быть больше необходимого. Это может стать причиной того, что при регулировании подачи топлива без обратной связи смесь может быть богаче, чем необходимо. При регулировании подачи топлива с обратной связью, адаптивная коррекция может учитывать избыток топлива в газах РОГ, но адаптивная поправка будет отнесена на счет погрешности топливной системы. Если поправка превысит порог, это может привести к выдаче ошибочного сигнала погрешности топливной системы. Проблему может усугублять задержка между моментами впрыска топлива и определения содержания топлива датчиком кислорода во всасываемом воздухе. В результате, регулирование подачи топлива в двигатель и РОГ может быть нарушено.
В одном примере некоторые из вышеуказанных недостатков позволяет преодолеть способ, содержащий шаги, на которых: во время работы датчика кислорода в отработавших газах в режиме переменного напряжения ПН (VVs), в котором опорное напряжения датчика кислорода в отработавших газах регулируют от более низкого первого до более высокого второго напряжения, регулируют работу двигателя в зависимости от количества газов рециркуляции отработавших газов (РОГ), оцененного по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах и поправочному коэффициенту, определенному в зависимости от второго напряжения. Таким образом, датчик кислорода в отработавших газах можно использовать для оценки РОГ и соответствующим образом корректировать подачу топлива в двигатель.
Например, датчик кислорода в отработавших газах можно эксплуатировать в опорном режиме, в котором датчик эксплуатируют при более низком напряжении с возможностью регулирования воздушно-топливного отношения ВТО (AFR) по его выходному сигналу. Однако в определенных состояниях датчик кислорода в отработавших газах можно переводить из опорного режима в режим переменного напряжения (ПН), в котором датчик эксплуатируют при более высоком напряжении и/или изменяют напряжение от более низкого до более высокого. В некоторых примерах более высокое напряжение представляет собой напряжение, при котором происходит частичная или полная диссоциация молекул воды на датчике кислорода в отработавших газах, а более низкое напряжение - напряжение, при котором не происходит диссоциация молекул воды на датчике. В число определенных состояний могут входить какое-либо состояние без подачи топлива в двигатель, например, отсечка топлива в режиме замедления ОТРЗ (DFSO), и какое-либо состояние установившегося режима двигателя, например, холостой ход двигателя. В таких состояниях датчик кислорода в отработавших газах может формировать выходной сигнал, по которому можно оценивать концентрацию воды в отработавших газах, обусловленную содержанием этанола в топливе и влажностью окружающей среды. А именно влажность окружающей среды можно оценивать путем эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах в режиме ПН во время ОТРЗ, а содержание этанола в топливе можно оценивать в состоянии холостого хода двигателя, когда отсутствует РОГ. Влажность окружающей среды и содержание этанола в топливе можно рассматривать как поправочный коэффициент с возможностью последующего применения для оценки количества воды в отработавших газах, когда РОГ выключена.
Впоследствии, в состояниях холостого хода двигателя можно осуществлять РОГ из выпускного канала в заборный канал, а датчик отработавших газов можно эксплуатировать в режиме ПН для оценки суммарной концентрации воды в отработавших газах. Суммарная концентрация воды может включать в себя дополнительное количество воды, напрямую связанное с количеством рециркулирующих отработавших газов, для данного состава топлива, например. Таким образом, вычтя поправочный коэффициент из суммарной концентрации воды, можно оценить количество рециркулирующих отработавших газов.
Так можно использовать датчик кислорода в отработавших газах для компенсации колебаний, возникающих из-за изменений состава топлива и влажности окружающей среды, а также оценки количества газов РОГ, рециркулирующих в системе. Соответствующая коррекция выходного сигнала датчика для компенсации влияний состава топлива и влажности окружающей среды позволяет повысить точность результата оценки РОГ датчиком и, тем самым, улучшить регулирование подачи топлива в двигатель и РОГ. Расширение функциональных возможностей датчика кислорода в отработавших газах (посредством которого можно оценивать ВТО в опорном режиме) в режиме ПН позволяет посредством одного и того же датчика оценивать и содержание этанола в топливе, и влажность окружающей среды, и концентрацию воды в отработавших газах, что устраняет необходимость дополнительных датчиков для измерения каждого из указанных факторов и, тем самым, снижает себестоимость. Следует понимать, что датчик можно не эксплуатировать в режиме ПН постоянно, а возвращать его в опорный режим после оценки поправки и содержаний воды во время определенных состояний. Это позволяет поддерживать работоспособность датчика кислорода в отработавших газах, например, за счет уменьшения ухудшения характеристик датчика.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это раскрытие не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание фигур чертежа
На ФИГ. 1 представлена принципиальная схема двигателя, содержащего выпускную систему и датчик кислорода в отработавших газах.
На ФИГ. 2 представлена принципиальная схема, иллюстрирующая эксплуатацию датчика кислорода в отработавших газах в опорном режиме и режиме переменного напряжения (ПН).
На ФИГ. 3 представлена блок-схема примера способа для оценки количества газов рециркуляции отработавших газов (РОГ) по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах в режиме ПН, а также по определенному поправочному коэффициенту, при этом определенный поправочный коэффициент включает в себя поправку на содержание этанола в топливе и поправку на влажность окружающей среды.
На ФИГ. 4 раскрыта блок-схема примера способа для оценки тока перекачки для сухого воздуха с помощью датчика кислорода в отработавших газах в режиме ПН.
На ФИГ. 5-6 раскрыты блок-схемы примеров способов для оценки влажности окружающей среды посредством датчика кислорода в отработавших газах, работающего в режиме ПН, а также по оценочному току перекачки для сухого воздуха.
На ФИГ. 7 раскрыта блок-схема примера способа для точной оценки величины содержания этанола в топливе посредством датчика кислорода в отработавших газах, работающего в режиме ПН.
Осуществление изобретения
Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам для определения количества газов рециркуляции отработавших газов (РОГ) по выходным сигналам датчика отработавших газов, например, датчика кислорода на ФИГ. 1-2 (в настоящем описании именуемого «датчик кислорода в отработавших газах»). Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью реализации алгоритма управления, например, способа на ФИГ. 3, для определения того, настал ли момент для оценки РОГ, и, соответственно, перевода датчик из режима без переменного напряжения в режим переменного напряжения (ПН). Датчик можно обычно эксплуатировать в режиме без ПН для оценки воздушно-топливного отношения (ВТО) и переводить в режим ПН только при наличии возможности эксплуатации датчика в режиме ПН и только в определенных рабочих состояниях (например, состояниях без подачи топлива в двигатель, состояниях установившегося режима и т.п.). Кроме того, контроллер может оценивать поправочный коэффициент в зависимости от выходного сигнала датчика во время определенных рабочих состояний. В частности, поправочный коэффициент может включать в себя поправку на влажность окружающей среды, оцениваемую путем эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах в режиме ПН во время состояния без подачи топлива в двигатель (ФИГ. 5-6). В данном случае, датчик кислорода в отработавших газах можно эксплуатировать в режиме ПН для определения тока перекачки для сухого воздуха (ФИГ. 4) с возможностью оценки контроллером влажности окружающей среды по току перекачки для сухого воздуха (ФИГ. 5-6). Поправочный коэффициент может дополнительно включать в себя поправку на содержание этанола в топливе, оцениваемую путем эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах в режиме ПН во время состояний установившегося режима двигателя, как раскрыто на ФИГ. 7. Совместно, по влажности окружающей среды и содержанию этанола в топливе можно определять концентрацию воды в отработавших газах в отсутствии РОГ. Контроллер может эксплуатировать датчик в режиме ПН при наличии потока РОГ в состоянии установившегося режима двигателя и оценивать суммарную концентрацию воды в отработавших газах по выходному сигналу датчика. Затем контроллер может определить количество дополнительной воды в системе, когда РОГ включена, путем вычитания поправок на влажность окружающей среды и на содержание этанола в топливе из суммарной концентрации воды. Данное количество дополнительной воды прямо пропорционально количеству рециркулирующих газов РОГ. Так можно определить точное измерение количества газов РОГ в системе и, тем самым, улучшить регулирование РОГ.
ФИГ. 1 представляет собой принципиальную схему, изображающую один из цилиндров многоцилиндрового двигателя 10, который может входить в состав силовой установки автомобиля. Двигателем 10 можно по меньшей мере частично управлять с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, и управляющих воздействий водителя 132 через устройство 130 ввода. В данном примере устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала положения педали ПП (РР). Камера 30 сгорания (то есть цилиндр) двигателя 10 может содержать стенки 32 цилиндра с расположенным между ними поршнем 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательных движений поршня во вращение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен с по меньшей мере одним ведущим колесом транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, для обеспечения запуска двигателя 10, с коленчатым валом 40 может быть связан стартер через маховик.
Всасываемый воздух может поступать в камеру 30 сгорания из впускного коллектора 44 через заборный канал 42, а отработавшие газы могут выходить через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут избирательно сообщаться с камерой 30 сгорания через впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 соответственно. В некоторых вариантах камера 30 сгорания может содержать два и более впускных клапана и/или два и более выпускных клапана.
В данном примере впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 могут приводиться в действие системами 51 и 53 кулачкового привода соответственно. Системы 51 и 53 кулачкового привода могут содержать один или несколько кулачков и могут быть выполнены с возможностью выполнения одной или нескольких из следующих функций: переключение профиля кулачков ППК (CPS), изменение фаз кулачкового распределения ИФКР (VCT), изменение фаз газораспределения ИФГ (VVT) и/или изменение высоты подъема клапанов ИВПК (VVL), которыми может управлять контроллер 12 для регулирования работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 можно определять с помощью датчиков 55 и 57 положения соответственно. В других вариантах впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут быть электроприводными. Например, в другом варианте цилиндр 30 может содержать впускной клапан с электроприводом и выпускной клапан с кулачковым приводом, включая системы ППК и/или ИФКР.
В некоторых вариантах любой из цилиндров двигателя 10 может быть выполнен с одной или несколькими топливными форсунками для подачи в него топлива. В качестве неограничивающего примера, цилиндр 30 показан содержащим одну топливную форсунку 66. Топливная форсунка 66 показана соединенной непосредственно с цилиндром 30 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально длительности импульса впрыска топлива ДИВТ (FPW) согласно сигналу, полученному от контроллера 12 через электронный формирователь 68. Так топливная форсунка 66 обеспечивает известный из уровня техники «непосредственный впрыск» (далее также именуемый «НВ» (DI)) топлива в цилиндр 30 сгорания.
Следует понимать, что в других вариантах форсунка 66 может представлять собой форсунку впрыска во впускной канал выше по потоку от цилиндра 30. Следует также понимать, что топливо в цилиндр 30 может поступать из нескольких форсунок, например, из нескольких форсунок впрыска во впускной канал, несколько форсунок непосредственного впрыска, или и тех, и других в той или иной комбинации.
Топливный бак в топливной системе 172 может содержать топлива с различными характеристиками, например, с разным составом. В число различий могут входить: разное содержание спирта, разное октановое число, разная скрыта теплота парообразования, разные компоненты топливной смеси и/или комбинации этих различий и т.п. Например, двигатель может работать на спиртосодержащей топливной смеси, например Е85 (состоящей приблизительно на 85% из этанола и на 15% из бензина) или М85 (состоящей приблизительно на 85% из метанола и на 15% из бензина). Или же двигатель может работать на смеси с другими соотношениями бензина и этанола в баке, в том числе 100% бензина и 100% этанола, и с переменным соотношением между ними, в зависимости от содержания спирта в топливе, заправляемом водителем в бак. Кроме того, характеристики топлива в баке могут часто меняться. В одном примере водитель может в один день заправить в бак Е85, на следующий день - Е10, а на другой день - Е50. Поэтому в зависимости от уровня и состава топлива, находящегося в баке на момент дозаправки, состав топлива в баке может резко меняться.
Ежедневные изменения состава топлива, заправляемого в бак, могут привести к частым изменениям состава топлива в топливной системе 172, что сказывается на составе и/или качестве топлива, подаваемого форсункой 66. Различные составы топлива, впрыскиваемого форсункой 166, в настоящем описании могут именоваться «тип топлива». В одном примере качественные характеристики различных составов топлива могут включать в себя октановое число ОЧ (RON), процентное содержание спирта, процентное содержание этанола и т.п.
Следует понимать, что, несмотря на то, что в одном примере двигатель можно эксплуатировать, подавая топливную смесь переменного состава через форсунку непосредственного впрыска, в других вариантах двигатель можно эксплуатировать, используя две форсунки и изменяя относительное количество топлива, подаваемого каждой из указанных форсунок. Также следует понимать, что, когда двигатель работает с наддувом, создаваемым нагнетательным устройством, например, турбонагнетателем или нагнетателем (не показаны), предел наддува можно увеличивать по мере увеличения содержания спирта в топливной смеси переменного состава. В одном варианте осуществления датчик 126 отработавших газов, соединенный с выпускным каналом 48, можно эксплуатировать в режиме переменного напряжения (ПН) (ФИГ. 2) для оценки количества спирта в топливе, впрыскиваемом в двигатель (например, оценки содержания этанола в топливе, как раскрыто на ФИГ. 7).
Вернемся к ФИГ. 1: заборный канал 42 может содержать дроссель 62 с дроссельной заслонкой 64. В данном конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 может изменять контроллер 12, направляя сигнал на электромотор или привод в составе дросселя 62; данную конфигурацию обычно называют «электронный привод дроссельной заслонки» ЭПДЗ (ETC). Таким образом, дроссель 62 выполнен с возможностью регулирования подачи всасываемого воздуха в камеру 30 сгорания среди прочих цилиндров двигателя. Контроллер 12 может получать информацию о положении дроссельной заслонки 64 в виде сигнала положения дросселя ПД (TP). Заборный канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для направления сигналов МРВ (MAF) и ДВК (MAP) в контроллер 12. В одном варианте осуществления заборный канал 42 может дополнительно содержать датчик 121 влажности для измерения влажности окружающей среды. В другом варианте датчик 121 влажности может быть дополнительно или вместо заборного канала установлен в выпускном канале 48. В еще одном варианте датчик 126 отработавших газов можно эксплуатировать в режиме ПН для оценки влажности окружающей среды, как раскрыто на ФИГ. 5-6.
Система 88 зажигания может подавать искру зажигания в камеру 30 сгорания с помощью свечи 92 зажигания по сигналу опережения зажигания ОЗ (SA) от контроллера 12 в определенных режимах работы. Несмотря на то, что на фигуре показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах камера 30 сгорания, либо одна или несколько других камер сгорания двигателя 10 могут работать в режиме воспламенения от сжатия, с искрой зажигания или без нее.
Датчик 126 отработавших газов (например, датчик кислорода в отработавших газах) показан соединенным с выпускным каналом 48 выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности выбросов. Далее по тексту датчик 126 отработавших газов может взаимозаменяемо именоваться «датчик кислорода в отработавших газах», «датчик отработавших газов» или «датчик». Датчик 126 отработавших газов может представлять собой датчик любого типа, подходящего для определения воздушно-топливного отношения (ВТО) в отработавших газах, например: линейный датчик кислорода или УДКОГ (UEGO) (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или ДКОГ (EGO), НДКОГ (HEGO) (нагреваемый ДКОГ), датчик оксидов азота, углеводородов или угарного газа.
Устройство 70 снижения токсичности выбросов показано установленным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор ТКН (TWC), накопитель оксидов азота, устройство снижения токсичности выбросов какого-либо иного типа или их комбинацию. В некоторых вариантах, во время работы двигателя 10 устройство 70 снижения токсичности выбросов можно периодически регенерировать, подавая в по меньшей мере один из цилиндров двигателя смесь с определенным диапазоном воздушно-топливного отношения.
Кроме того, в раскрываемых вариантах осуществления система рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять необходимую часть отработавших газов из выпускного канала 48 в заборный канал 44 по магистрали 140 РОГ. Количество газов РОГ, подаваемое в заборный канал 44, может регулировать контроллер 12 с помощью клапана 142 РОГ. Датчик 144 РОГ может быть установлен в магистрали РОГ с возможностью выдачи показаний давления, и/или температуры, и/или концентрации отработавших газов. В некоторых состояниях систему РОГ можно использовать для регулирования температуры топливовоздушной смеси внутри камеры сгорания, обеспечивая, таким образом, способ регулирования момента зажигания в некоторых режимах сжигания топлива. Кроме того, в некоторых состояниях, часть газообразных продуктов сгорания можно удерживать или улавливать в камере сгорания, изменяя фазы газораспределения выпускных клапанов, например, путем регулирования механизма изменения фаз газораспределения. Применение дополнительных датчиков для оценки РОГ может увеличить себестоимость систем двигателей.
Авторы настоящего изобретения выявили, что датчик 126 отработавших газов можно эксплуатировать в режиме переменного напряжения (ПН) в различных рабочих состояниях двигателя для определения количества газов РОГ, рециркулирующих из выпускного канала в заборный канал. В данном случае, датчик 126 отработавших газов, обычно эксплуатируемый в режиме без переменного напряжения (также именуемом «опорный режим») для измерения воздушно-топливного отношения, можно использовать в режиме ПН для оценки количества газов РОГ. В режиме без ПН датчик эксплуатируют при более низком напряжении, при этом по выходному сигналу датчика в режиме без ПН можно оценивать ВТО, при этом в режиме ПН датчик эксплуатируют попеременно (например, с изменением и/или с переходом от более низкого к более высокому напряжению) при более низком и при более высоком напряжении (как подробнее раскрыто ниже на примере ФИГ. 2). По выходному сигналу датчика в режиме ПН можно оценивать влажность окружающей среды, и/или содержание этанола в топливе, и/или суммарную концентрацию воды в отработавших газах, как подробно раскрыто на примерах ФИГ. 3-7. Таким образом, учет содержания этанола в топливе и влажности окружающей среды позволяет определить точное оценочное количество рециркулирующих газов РОГ. Это позволяет улучшить регулирование РОГ, повысить топливную экономичность и сократить выбросы оксидов азота.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, в данном примере показанную в виде однокристального постоянного запоминающего устройства 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и шину данных. Помимо сигналов, речь о которых шла выше, контроллер 12 может принимать разнообразные сигналы от соединенных с двигателем 10 датчиков, в том числе показания: массового расхода всасываемого воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; температуры охлаждающей жидкости двигателя ТОЖД (ЕСТ) от датчика 112 температуры, связанного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал профиля зажигания ПЗ (PIP) от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), соединенного с коленчатым валом 40; положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя (в оборотах в минуту) может быть сформирован контроллером 12 из сигнала ПЗ. Контроллер 12 принимает сигналы от вышеуказанных датчиков и задействует различные исполнительные устройства на ФИГ. 1 для регулирования работы двигателя в зависимости от полученных сигналов и инструкций в памяти контроллера.
Например, контроллер может продолжить эксплуатацию датчика 126 отработавших газов в режиме без ПН при более низком напряжении для измерения степени обогащения и обеднения воздушно-топливного отношения (ВТО) и соответственно регулировать впрыск топлива в цилиндры для обеспечения работы на стехиометрической смеси. В качестве другого примера, в определенных рабочих состояниях двигателя (например, состоянии без подачи топлива в двигатель и состоянии установившегося режима), контроллер может перевести датчик кислорода в отработавших газах из режима без ПН в режим ПН путем повышения рабочего напряжения датчика с более низкого напряжения до более высокого напряжения. Эксплуатируя датчик при более высоком напряжении (и/или изменяя напряжение датчика от более низкого до более высокого и наоборот), контроллер может контролировать выходной сигнал датчика во время определенных рабочих состояний двигателя. Контроллер может оценивать содержание этанола в топливе, влажность окружающей среды и суммарное содержание воды в отработавших газах по выходному сигналу датчика во время определенных рабочих состояний двигателя (ФИГ. 3-7).
Например, во время отсечки топлива в режиме замедления (ОТРЗ) контроллер может перевести датчик из режима без ПН в режим ПН для оценки влажности окружающей среды, а затем вернуть датчик в режим без ПН после завершения оценки. Оценочную влажность окружающей среды можно сохранить в памяти с возможностью последующего нахождения для оценки РОГ. В качестве другого примера, во время состояния холостого хода двигателя, контроллер может закрыть клапан РОГ (например, клапан 142 РОГ на ФИГ. 1) для прекращения потока РОГ из выпускного канала в заборный канал. Кроме того, контроллер может эксплуатировать датчик кислорода в отработавших газах в режиме ПН при более высоком напряжении для определения содержания этанола в топливе. По завершении оценки, контроллер может сохранить значение содержания этанола в топливе в памяти и вернуть датчик в режим работы без ПН путем эксплуатации датчика при более низком напряжении с возможностью продолжения оценки ВТО путем эксплуатации датчика в режиме без ПН. Влажность окружающей среды и содержание этанола в топливе могут составлять поправочный коэффициент с возможностью применения для оценки количества газов РОГ. В состоянии холостого хода двигателя, когда настанет момент для оценки РОГ, контроллер может открыть клапан РОГ для рециркуляции газов РОГ из выпускного канала в заборный канал, а также эксплуатировать датчик кислорода в отработавших газах в режиме ПН для определения суммарного содержания воды в отработавших газах. Из суммарного содержания воды в отработавших газах контроллер может вычесть поправочный коэффициент (например, долю, обусловленную влажностью окружающей среды и содержанием этанола в топливе), таким образом оценив количество газов РОГ, рециркулирующих из выпускного канала в заборный канал. Так контроллер может определять количество газов РОГ путем выборочной эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах в режиме ПН во время определенных рабочих состояний двигателя.
В носитель информации - постоянное запоминающее устройство 106 - могут быть введены машиночитаемые данные, представляющие собой инструкции, выполняемые процессором 102 для выполнения раскрытых в настоящей заявке способов, а также других предполагаемых, но конкретно не перечисленных вариантов.
Как раскрыто выше, на ФИГ. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, при этом любой его цилиндр может также включать собственный комплект впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания и т.п.
Далее, на ФИГ. 2, схематически изображен пример осуществления УДКОГ 200, выполненного с возможностью измерения концентрации кислорода (O2) в потоке отработавших газов. Датчик 200 может функционировать как датчик 126 отработавших газов на ФИГ. 1, например. Датчик 200 содержит множество слоев одного или нескольких керамических материалов, расположенных друг над другом. В варианте на ФИГ. 2 показаны пять керамических слоев в виде слоев 201, 202, 203, 204 и 205. В их число входят один или несколько слоев твердого электролита с кислородно-ионной проводимостью. Неограничивающими примерами подходящих твердых электролитов служат материалы на основе окиси циркония. Кроме того, в некоторых вариантах может быть установлен нагреватель 207, находящийся в тепловом контакте с указанными слоями для увеличения их ионной проводимости. Несмотря на то, что изображенный УДКОГ сформирован из пяти керамических слоев, следует понимать, что УДКОГ может содержать любое подходящее количество керамических слоев.
Слой 202 содержит материал или материалы, создающие диффузионный путь 210. По диффузионному пути 210 отработавшие газы могут проникать в первую внутреннюю полость 222 за счет диффузии. Диффузионный путь 210 может быть выполнен с возможностью пропуска одного или нескольких компонентов отработавших газов, включая, помимо прочих, необходимый анализируемый компонент (например, O2), для диффузии во внутреннюю полость 222 с интенсивностью, ограниченной по сравнению с той, с которой анализируемый компонент могут перекачивать внутрь или наружу пара электродов 212 и 214 перекачки. Таким образом, в первой внутренней полости 222 можно получить стехиометрическое содержание O2.
Датчик 200 также содержит вторую внутреннюю полость 224 в пределах слоя 204, отделенную от первой внутренней полости 222 слоем 203. Вторая внутренняя полость 224 выполнена с возможностью поддержания постоянного парциального давления кислорода, соответствующего стехиометрическому состоянию, например, содержание кислорода во второй внутренней полости 224 равно тому, которое присутствовало бы в отработавших газах, если бы воздушно-топливное отношение было стехиометрическим. Концентрацию кислорода во второй внутренней полости 224 поддерживают постоянной с помощью напряжения перекачки Vcp. Поэтому вторую внутреннюю полость 224 можно рассматривать как эталонный элемент.
Пара измерительных электродов 216 и 218 расположена с возможностью связи с первой внутренней полостью 222 и эталонным элементом 224. Пара измерительных электродов 216 и 218 обнаруживает градиент концентрации, могущий образоваться между первой внутренней полостью 222 и эталонным элементом 224 из-за того, что концентрация кислорода в отработавших газах выше стехиометрического уровня или ниже его. Причиной высокой концентрации кислорода может быть бедный состав отработавших газов, а низкой концентрации кислорода - богатый состав отработавших газов.
Пара электродов 212 и 214 перекачки расположена с возможностью связи с внутренней полостью 222 и выполнена с возможностью электрохимического перекачивания выбранного газообразного компонента (например, O2) из внутренней полости 222 через слой 201 и за пределы датчика 200. Или же пара электродов 212 и 214 перекачки могут быть выполнены с возможностью электрохимического перекачивания выбранного газа через слой 201 во внутреннюю полость 222. В данном случае, пара электродов перекачки 212 и 214 может рассматриваться как элемент перекачки O2.
Электроды 212, 214, 216 и 218 могут быть выполнены из различных подходящих материалов. В некоторых вариантах электроды 212, 214, 216 и 218 могут быть выполнены по меньшей мере частично из материала, катализирующего диссоциацию молекулярного кислорода. Неограничивающими примерами таких материалов могут служить электроды, содержащие платину и/или серебро.
Процесс электрохимической перекачки кислорода из внутренней полости 222 или в нее включает в себя подачу напряжения Vp (например, опорного напряжения) на пару электродов 212 и 214 перекачки. Напряжение перекачки Vp, поданное на элемент перекачки O2, перекачивает кислород в первую внутреннюю полость 222 или из нее для поддержания стехиометрического содержания кислорода в полости. Возникающий при этом ток перекачки Ip пропорционален концентрации кислорода в отработавших газах. Система управления (не показана на ФИГ. 2) формирует сигнал тока перекачки Ip в зависимости от величины подаваемого напряжения перекачки Vp, необходимой для поддержания стехиометрического уровня в первой внутренней полости 222. Таким образом, если смесь является бедной, то будет происходить перекачивание кислорода из внутренней полости 222, а если смесь является богатой, то будет происходить перекачивание кислорода во внутреннюю полость 222.
Следует понимать, что УДКОГ, раскрытый в настоящем описании, является не более чем примером осуществления УДКОГ, и то, что другие варианты осуществления УДКОГ могут иметь дополнительные и/или другие признаки и/или конструктивные исполнения. Датчик кислорода на ФИГ. 2 может представлять собой датчик кислорода с переменным напряжением, выполненный с возможностью работы при первом, более низком, напряжении (например, опорном напряжении), при котором диссоциация молекул воды не происходит, и втором, более высоком, напряжении (например, опорном напряжении), при котором происходит полная диссоциация молекул воды. Второе напряжение выше первого. Датчик кислорода в отработавших газах может работать как традиционный датчик кислорода (например, датчик воздушно-топливного отношения) только при более низком первом опорном напряжении (например, приблизительно 450 мВ). Данное более низкое напряжение в настоящем описании может именоваться «исходное опорное напряжение». Иначе говоря, УДКОГ можно эксплуатировать как датчик воздушно-топливного отношения для определения воздушно-топливного отношения отработавших газов.
Как подробнее раскрыто ниже, УДКОГ на ФИГ. 2 может обеспечивать преимущество, состоящее в возможности оценки количества спирта в сожженном в двигателе топливе, а также влажности окружающей среды и РОГ. В определенных рабочих состояниях двигателя датчик можно эксплуатировать в режиме ПН, в котором датчик эксплуатируют при втором, более высоком, напряжении и/или изменяют напряжение от более низкого первого напряжения до второго, более высокого, напряжения и наоборот. При изменении напряжения датчика кислорода в отработавших газах от первого до второго и наоборот могут возникать первый и второй токи перекачки. Первый ток перекачки может отражать количество кислорода в пробе газа, а второй ток перекачки - количество кислорода в пробе газа плюс количество кислорода в молекулах воды в пробе газа. Первый и второй токи перекачки можно корректировать с поправкой на ВТО, поправкой на давление и/или поправкой на влажность окружающей среды, после чего по скорректированным токам можно оценивать содержание этанола в топливе, как показано на ФИГ. 7.
Датчик можно эксплуатировать в режиме ПН для определения влажности окружающей среды. Влажность окружающей среды (например, абсолютную влажность свежего воздуха вокруг транспортного средства) можно определить по первому току перекачки и второму току перекачки (или скорректированным первому и второму токам перекачки). Например, первый ток перекачки можно вычесть из второго тока перекачки с получением изменения тока перекачки, отражающего количество кислорода из диссоциированных молекул воды (например, количество воды) в пробе газа. Данное значение может быть пропорционально влажности окружающей среды.
Датчик кислорода в отработавших газах можно эксплуатировать в режиме ПН для оценки суммарной концентрации воды в отработавших газах. В примерах осуществления суммарную концентрацию воды в отработавших газах можно оценивать путем уравновешивания и перестановки членов нижеследующего основного уравнения горения (1):
где (Бензин + EtOH) представляет топливную смесь, а РОГ - количество отработавших газов, рециркулирующих из выпускного канала в заборный канал. В правой части уравнения (1) представлены продукты сгорания, например, углекислый газ (CO2), вода (H2O) и азот (N2).
Для системы двигателя со 100%-ной долей бензина, влажностью 0% и отсутствием РОГ, и дополнительно учитывая состав воздуха, уравнение (1) можно сократить до нижеследующего уравнения (2):
где а и b - постоянные, представляющие состав воздуха (а=20.95%, а b=79.05%).
Уравнение (1) можно переписать в виде
где y - количество воздуха, необходимое для стехиометрии, z - влажность в молярных %, а u и v - соответственно содержание H2O и N2 в отработавших газах в молярных %.
Уравнение (2) можно дополнительно разбить по химическим составам и уравновесить, как видно из нижеследующего уравнения (4):
где С8Н15 - бензин, а y - количество воздуха, необходимое для стехиометрии. Таким образом, у*а=16+7.5 (например, уравновешивание по кислороду в уравнении (3)), где а=0.2095. Решив относительно у, получим y=112.17, и подставив данное значение в уравнение (3), получим значение РОГ, как видно из уравнения (5):
Когда происходит рециркуляция газов РОГ, уравнения горения можно записать следующим образом:
где y' - общее количество всасываемого воздуха, необходимое для стехиометрии, в молярных % (например, РОГ + воздух), а х - EtOH в молярных %. Заменив РОГ из уравнения (5) в уравнении (6), получим
Значения u, х, v и y' можно оценить путем уравновешивания водорода, углерода, азота и кислорода, как видно из уравнений с (8) по (11):
Используя данные уравнения, получим окончательное или общее количество образующейся воды в молярных % из уравнения (12):
где u - количество H2O в молях, a (x+u+v) - общее количество в молях.
Таким образом, суммарное содержание воды в отработавших газах можно оценивать путем эксплуатации датчика в режиме ПН для оценки количества H2O в молях и общего количества в молях, исходя из которых можно оценить суммарную концентрацию воды. В данном случае суммарное содержание воды может включать в себя концентрацию воды, обусловленную влажностью окружающей среды, содержанием этанола в топливе и количество в процентах по объему газов РОГ, рециркулирующих в системе. То есть количество рециркулирующих газов РОГ можно оценить путем вычитания содержания воды, обусловленного содержанием этанола в топливе и влажностью окружающей среды, из суммарного содержания воды. Так можно точно оценить количество газов РОГ, рециркулирующих в системе.
На ФИГ. 1-2 предложена система, содержащая: систему рециркуляции отработавших газов (РОГ), содержащую магистраль РОГ, соединяющую выпускной канал с заборным каналом, при этом магистраль РОГ содержит клапан РОГ, датчик кислорода в отработавших газах, выполненный с возможностью работы в режиме переменного напряжения, в котором опорное напряжение датчика кислорода в отработавших газах регулируют от более низкого первого напряжения до более высокого второго напряжения, и соединенный с выпускным каналом. Дополнительно или альтернативно, система содержит контроллер с машиночитаемыми инструкциями для: эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах в режиме переменного напряжения, в то время как клапан РОГ закрыт, для формирования первого выходного сигнала, открытия клапана РОГ для циркуляции газов РОГ и эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах в режиме переменного напряжения для формирования второго выходного сигнала, и регулирования работы двигателя в зависимости от оценочного количества газов РОГ, определяемого по разности второго и первого выходных сигналов (как раскрыто на ФИГ. 3-7). Дополнительно или альтернативно, контроллер может содержать дополнительные инструкции для формирования первого выходного сигнала и второго выходного сигнала во время состояния холостого хода двигателя. Дополнительно или альтернативно, контроллер может содержать дополнительные инструкции для: эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах в режиме переменного напряжения во время состояния без подачи топлива в двигатель и формирования третьего выходного сигнала датчика кислорода в отработавших газах, и оценки влажности окружающей среды по третьему выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах и дополнительно по выходному сигналу тока перекачки для сухого воздуха от датчика кислорода в отработавших газах. Дополнительно или альтернативно, контроллер может содержать дополнительные инструкции для оценки количества газов РОГ, текущих в двигателе, по разности между вторым выходным сигналом и каждым из первого и третьего выходных сигналов. Дополнительно или альтернативно, контроллер может содержать дополнительные инструкции для оценки тока перекачки для сухого воздуха по соотношению первого тока перекачки, генерируемого при эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах при первом напряжении, и второго тока перекачки датчика кислорода в отработавших газах, генерируемого при эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах при втором напряжении, как раскрыто ниже.
На ФИГ. 3 раскрыт способ 300 для регулирования работы двигателя в зависимости от выходного сигнала датчика кислорода в отработавших газах. А именно в определенных состояниях (например, состояниях без подачи топлива в двигатель и состояниях установившегося режима двигателя) датчик кислорода в отработавших газах можно эксплуатировать для оценки содержания этанола в топливе и влажности окружающей среды. Результаты этих оценок можно использовать в качестве поправочного коэффициента и вычитать из результата оценки общего количества воды в отработавших газах для определения количества отработавших газов (РОГ), циркулирующих из выпускного канала в заборный канал. Таким образом, работу двигателя можно регулировать в зависимости от оценки РОГ.
Как раскрыто ниже, контроллер (например, контроллер 12 на ФИГ. 1) может эксплуатировать датчик кислорода в отработавших газах (например, путем направления одного или нескольких электрических управляющих сигналов датчику) для определения количества газов рециркуляции отработавших газов (РОГ), текущих в двигателе, по первому выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах во время работы в режиме ПН, в котором опорное напряжение датчика кислорода в отработавших газах регулируют от более низкого первого напряжения до более высокого второго напряжения при наличии потока РОГ, и второму выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах во время работы в режиме ПН при отсутствии потока РОГ. Контроллер может дополнительно регулировать работу двигателя в зависимости от результата определения количества газов РОГ. Например, контроллер может открыть клапан РОГ для пропуска потока РОГ из выпускного канала в заборный канал. Во время течения газов РОГ, контроллер может эксплуатировать датчик кислорода в отработавших газах в режиме ПН и контролировать первый выходной сигнал датчика. Затем контроллер может закрыть клапан РОГ для прекращения потока РОГ из выпускного канала в заборный канал. Кроме того, контроллер может эксплуатировать датчик в режиме ПН и контролировать второй выходной сигнал датчика. Далее, контроллер может оценить содержание этанола в топливе по второму выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах во время работы двигателя в установившемся режиме (например, на холостом ходу) и вывести первую концентрацию воды в отработавших газах двигателя на основании оценочного содержания этанола в топливе. Кроме того, контроллер может оценить влажность окружающей среды по третьему выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах во время работы в режиме ПН в состоянии без подачи топлива в двигатель (например, ОТРЗ), а также по оценочному выходному сигналу тока перекачки для сухого воздуха датчика кислорода в отработавших газах. Контроллер также может оценить вторую концентрацию воды в отработавших газах по оценочной влажности окружающей среды. И наконец, контроллер может определить количество газов РОГ, текущих в двигателе, путем вычитания первой концентрации воды и второй концентрации воды из суммарной концентрации воды в отработавших газах, при этом суммарную концентрацию воды определяют по первому выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах, как раскрыто ниже.
Как раскрыто выше, датчик кислорода в отработавших газах (например, датчик 126 отработавших газов на ФИГ. 1 и датчик 200 на ФИГ. 2) может представлять собой датчик переменного напряжения (ПН) с возможностью работы при более низком исходном напряжении и более высоком целевом напряжении. Датчик кислорода в отработавших газах может работать как традиционный датчик воздушно-топливного отношения, когда опорное напряжение датчика поддерживают на уровне более низкого исходного напряжения (например, приблизительно 450 мВ), при котором на датчике не происходит диссоциация молекул воды и углекислого газа (что в настоящем описании именуется «работа без ПН»). Затем, в определенных состояниях, опорное напряжение датчика кислорода в отработавших газах можно повысить от более низкого исходного напряжения (например, первого напряжения) до более высокого целевого напряжения (например, второго напряжения), при котором происходит диссоциация молекул воды и/или углекислого газа. В одном примере второе напряжение может лежать в диапазоне приблизительно 900-1100 мВ. Таким образом, в определенных состояниях можно оценивать содержание этанола в топливе, влажность окружающей среды и суммарную концентрацию воды по выходному сигналу датчика в режиме ПН, как раскрыто ниже.
Инструкции для реализации способа 300 и остальных способов - 400, 500, 600 и 700, раскрытых в настоящем описании, может осуществлять контроллер в соответствии с инструкциями в памяти контроллера и во взаимосвязи с сигналами от датчиков системы двигателя, например, датчиков раскрытых выше на ФИГ. 1 и 2. Контроллер может задействовать исполнительные устройства системы двигателя для регулирования работы двигателя согласно раскрытым ниже способам.
Выполнение способа 300 начинают на шаге 302 с оценки и/или измерения параметров работы двигателя. В число параметров работы двигателя могут входить частота вращения и/или нагрузка двигателя, температура двигателя, воздушно-топливное отношение отработавших газов, влажность окружающей среды, температура окружающей среды, массовый расход воздуха, поток рециркуляции отработавших газов (РОГ) и т.п. На шаге 304 способ предусматривает определение того, настал ли момент для оценки РОГ. В одном примере контроллер может определить, что настал момент для оценки РОГ, если истекло пороговое время после предыдущей оценки РОГ. В другом примере контроллер может определить, что настал момент для оценки РОГ, если недавно произошло событие дозаправки или изменение состава топлива во время дозаправки. Как правило, РОГ отсекают, когда нужна полная мощность (например, в переходных рабочих состояниях двигателя), и открывают при достижении установившегося режима. В одном примере, если происходит возврат двигателя в установившийся режим после нахождения в переходном режиме в течение порогового времени, контроллер может определить, что настал момент для оценки РОГ. В другом примере контроллер может определить, что настал момент для оценки РОГ, если выбросы оксидов азота достигают порогового уровня. В некоторых примерах РОГ можно осуществлять в состояниях с неполной нагрузкой, например, при движении со стабилизированной скоростью (например, от низких до средних скоростей транспортного средства), и в состояниях с высокой нагрузкой (например, при буксировании прицепа). В таких рабочих состояниях контроллер может определить, что настал момент для оценки РОГ. В некоторых других примерах количество рециркулирующих газов РОГ и расход РОГ можно регулировать в зависимости от определенных состояний или параметров работы двигателя. Во время работы в таких состояниях контроллер может определить, что настал момент для оценки РОГ. Например, когда температура двигателя ниже пороговой (например, при холодном пуске двигателя), РОГ можно прекратить или не осуществлять. В качестве другого примера, расход РОГ можно регулировать в зависимости от влажности. В качестве еще одного примера, РОГ можно ограничивать в состояниях, когда возможна конденсация воды в ОНВ. Обычно РОГ можно осуществлять при нагрузках от 0.2 до 0.8. В некоторых системах РОГ можно осуществлять в состояниях с очень высокой нагрузкой для уменьшения перегрева компонентов. Таким образом, при возникновении любого из вышеуказанных состояний контроллер может определить, что настал момент для оценки РОГ.
Если момент для оценки РОГ не настал (например, ответ "НЕТ" на шаге 304), способ 300 следует на шаг 306, на котором контроллер продолжает эксплуатировать датчик кислорода в отработавших газах в режиме без ПН (или опорном режиме). Как раскрыто выше, датчик кислорода в отработавших газах можно эксплуатировать при более низком напряжении и по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах контролировать ВТО. При этом, если настал момент для оценки РОГ (например, ответ "ДА" на шаге 304), способ следует на шаг 308, на котором контроллер определяет, способен ли датчик кислорода в отработавших газах работать в режиме переменного напряжения (ПН). Например, в некоторых состояниях, когда датчик кислорода в отработавших газах используют для регулирования воздушно-топливного отношения (ВТО), датчик может не быть способен работать в режиме ПН. В подобных случаях приоритет может быть отдан регулированию ВТО, а не оценке РОГ. При этом, возможны ситуации, когда приоритет может быть отдан оценке РОГ, а не регулированию ВТО. Ряд примеров ситуаций, когда приоритет может быть отдан оценке РОГ, а не ВТО, рассмотрен ниже.
В состояниях без подачи топлива в двигатель и состояниях установившегося режима датчик можно эксплуатировать в режиме ПН для определения влажности окружающей среды, концентрации этанола в топливе и количество газов РОГ, рециркулирующих в системе, по оценочному содержанию воды в отработавших газах. РОГ можно контролировать путем приведения в действие клапана РОГ и сравнения с показаниями калиброванных датчиков РОГ во впускной системе (датчика кислорода во всасываемом воздухе O2 ВВ (IAO2), датчика перепада давления и т.п.). Таким образом, будут известны значения всех переменных (влажности окружающей среды, процентного содержания этанола в топливе и РОГ). Это позволит поддерживать работу УДКОГ в режиме с ПН с сохранением возможности регулирования ВТО. Это может быть полезно по многим причинам. Например, одна из них состоит в том, что не нужно будет переводить УДКОГ с низкого напряжения на высокое. Это может способствовать экономии времени, затрачиваемого на переход от измерений при низком напряжении к измерениям при высоком напряжении и наоборот. Кроме того, это позволяет снизить выбросы напряжения, которые, в противном случае, привели бы к ухудшению характеристик (например, потемнению) датчика кислорода в отработавших газах. Кроме того, постоянное измерение при высоком напряжении позволяет постоянно измерять все переменные, влияющие на концентрацию воды в отработавших газах. Например, в этом случае можно постоянно измерять процентное содержание этанола, так как оно является одной из переменных, от которых зависит концентрация воды в отработавших газах. В результате датчик кислорода в отработавших газах сможет заменить встроенный датчик этанола в топливе.
В другом примере приоритет может быть отдан измерению РОГ, а не измерению ВТО, если будет установлено, что нужна перекалибровка подъемного клапана РОГ (т.е., пропуск газов РОГ в некотором диапазоне концентраций через подъемный клапан при разных углах его подъема и измерение РОГ на датчике кислорода в отработавших газах в режиме ПН с последующим сохранением данных калибровки в таблице в памяти контроллера).
Еще одним примером является ситуация, в которой нужна перекалибровка датчика, измеряющего РОГ, например, датчика перепада давления, и установлено, что посредством датчика кислорода в отработавших газах будет получено более точное измерение РОГ, по которому можно будет выполнить калибровку вышеуказанного датчика. Начальными условиями для нее (помимо условий определения того, что нужна перекалибровка клапана РОГ или датчиков) будут нахождение ВТО в транспортном средстве в установившемся режиме с возможностью поддержания ВТО в транспортном средстве во время работы датчика кислорода в отработавших газах по разомкнутому циклу для калибровки клапана РОГ или датчика.
Как раскрыто выше, режим ПН предусматривает регулирование опорного напряжения (в настоящем описании также именуемого «напряжение перекачки») датчика кислорода от более низкого исходного напряжения (например, приблизительно 450 мВ) до более высокого целевого напряжения, при котором происходит диссоциация молекул воды на датчике. В некоторых примерах эксплуатация в режиме ПН может включать в себя постоянное изменение опорного напряжения от исходного (например, первого напряжения) до целевого (например, второго напряжения) и наоборот. В некоторых примерах постоянная эксплуатация датчика кислорода в режиме ПН, в частности - при более высоком втором напряжении, может со временем привести к ухудшению характеристик датчика. Поэтому может быть предпочтительно сократить время эксплуатации датчика в режиме ПН. В одном примере датчик можно эксплуатировать в режиме ПН только по прошествии некоторого периода с предыдущего периода работы с ПН. В другом примере датчик можно эксплуатировать в режиме ПН только если общая продолжительность работы в режиме с ПН для того или иного периода использования двигателя ниже верхнего порогового уровня. В еще одном примере датчик может работать в режиме ПН, если прошел некоторый период (например, количество времени) с предыдущего измерения. Датчик также можно выключить, если прошло некоторое общее пороговое время после измерения. В другом варианте постоянная эксплуатация датчика кислорода при более высоком втором напряжении может не привести к ухудшению характеристик датчика, если состав газа и второе напряжение находятся в определенных пороговых диапазонах, уменьшающих ухудшение характеристик. В данном варианте осуществления, если состав газа и второе напряжение датчика поддерживают в их пороговых диапазонах, датчик может по умолчанию работать в режиме ПН, и способ может перейти на шаг 312.
На шаге 312 способ 300 предусматривает определение тока перекачки для сухого воздуха (Ip) путем эксплуатации датчика в режиме ПН, как показано на ФИГ. 4. На ФИГ. 4 раскрыта блок-схема способа 400 для определения тока перекачки для сухого воздуха или показания кислорода датчика кислорода, например, датчика кислорода 200, раскрытого выше на примере ФИГ. 2, при сухом воздухе. А именно способ 400 определяет ток перекачки для сухого воздуха по разным напряжениям (например, опорным напряжениям), подаваемым на элемент перекачки датчика кислорода в определенных рабочих состояниях двигателя. Значение возникающего тока перекачки для сухого воздуха можно впоследствии использовать совместно с выходными сигналами датчика кислорода в других определенных рабочих состояниях для оценки влажности окружающей среды (ФИГ. 5-6).
На шаге 410 способа 400 определяют параметры работы двигателя. В число параметров работы двигателя могут входить, помимо прочих, воздушно-топливное отношение, количество газов РОГ, поступающих в камеры сгорания, и параметры подачи топлива, например.
Определив параметры работы двигателя, способ 400 следует на шаг 412, на котором определяют, имеют ли место определенные состояния. Например, в число определенных состояний могут входить состояния без подачи топлива в двигатель. В число состояний без подачи топлива входят состояния замедления транспортного средства и рабочие состояния двигателя, в которых подача топлива прервана, однако двигатель продолжает вращаться, и по меньшей мере один впускной клапан и один выпускной клапан работают; то есть воздух течет через один или несколько цилиндров, но топливо в цилиндры не впрыскивают. В состояниях без подачи топлива сгорание не происходит, и воздух окружающей среды может проходить через цилиндр из впускной системы в выпускную систему. Таким образом, в датчик, например, датчик кислорода в отработавших газах, может поступать воздух окружающей среды, в котором можно выполнять измерения, например, влажности окружающей среды.
Как сказано выше, в число состояний без подачи топлива может входить, например, отсечка топлива в режиме замедления (ОТРЗ). ОТРЗ осуществляют в зависимости от положения водительской педали (например, если водитель отпускает педаль акселератора, и замедление транспортного средства превышает пороговую величину или происходит в течение некоторого периода без нажатия водителем педали). Состояния ОТРЗ могут возникать неоднократно за цикл езды, поэтому может быть сформировано множество показаний влажности окружающей среды за цикл езды, например, во время каждого события ОТРЗ. Это позволяет точно определять тип топлива по количеству воды в отработавших газах, несмотря на колебания влажности от цикла к циклу езды или даже во время одного и того же цикла езды.
В число определенных состояний на шаге 412 могут также входить состояния после пуска двигателя или по прошествии некоторого периода работы двигателя (например, после некоторого количества пройденных миль, некоторого периода работы двигателя или некоторого числа рабочих циклов двигателя). Например, определенные состояния на шаге 412 могут включать в себя состояния после пуска двигателя (или после некоторого периода работы двигателя) в состояниях без подачи топлива в двигатель (например, когда подача топлива выключена, как раскрыто выше). Таким образом, определение показания кислорода при сухом воздухе (или тока перекачки для сухого воздуха), как подробнее раскрыто ниже, может происходить только периодически после пуска двигателя или некоторого периода работы двигателя, когда поток углеводородов, омывающий датчик кислорода, уменьшен. Так можно получить более точное показание датчика с одновременным сокращением времени эксплуатации датчика кислорода в режиме ПН.
Вернемся к ФИГ. 4: если будет установлено, что определенные рабочие состояния отсутствуют (например, ответ "НЕТ" на шаге 412), способ 400 следует на шаг 413 для продолжения текущей эксплуатации датчика кислорода (при текущем напряжении перекачки, например, при исходном или более низком первом опорном напряжении) и определения влажности окружающей среды по ранее определенному току перекачки для сухого воздуха (например, показанию кислорода при сухом воздухе). Например, после каждого выполнения способа 400, при котором определяют показание кислорода при сухом воздухе, полученное значение показания кислорода при сухом воздухе (например, ток перекачки) можно сохранять в памяти контроллера. Затем, во время оценки влажности окружающей среды последнее по времени сохраненное значение тока перекачки для сухого воздуха может быть найдено в памяти контроллера и использовано для определения влажности окружающей среды. Способ на шаге 413 может предусматривать не эксплуатацию датчика кислорода в режиме ПН, а продолжение эксплуатации датчика кислорода при более низком первом опорном напряжении, в настоящем описании также именуемом «исходное опорное напряжение». Результатом эксплуатации датчика кислорода при исходном опорном напряжении может быть меньшее ухудшение характеристик датчика, чем при эксплуатации датчика кислорода при более высоком втором опорном напряжении.
В противном случае, если на шаге 412 будет установлено, что определенные рабочие состояния имеют место (например, ответ "ДА" на шаге 412), способ 400 следует на шаг 414, на котором первое напряжение перекачки (V1) (например, первое опорное напряжение) подают на элемент перекачки кислорода датчика кислорода и получают первый ток перекачки (Ip1). Первое напряжение перекачки может иметь такое значение, при котором происходит перекачивание кислорода из элемента, достаточно низкое для того, чтобы не происходила диссоциация кислородсодержащих соединений, например, H2O (например, воды) (например, V1 = приблизительно 450 мВ). Например, при первом напряжении перекачки на датчике кислорода может не происходить диссоциация каких-либо молекул воды. При подаче первого напряжения датчик формирует первый выходной сигнал в форме первого тока перекачки (Ip1), отражающего количество кислорода в пробе газа. В данном примере, в связи с нахождением двигателя в определенных состояниях (например, состояниях без подачи топлива), количество кислорода может соответствовать количеству кислорода в свежем воздухе вокруг транспортного средства, или показанию кислорода при влажном воздухе.
Определив количество кислорода, способ 400 следует на шаг 416, на котором второе напряжение перекачки (V2) (например, опорное напряжение) подают на элемент перекачки кислорода датчика кислорода и получают второй ток перекачки (Ip2). Второе напряжение может быть больше первого напряжения, подаваемого на датчик. В частности, второе напряжение может иметь значение, достаточно высокое для диссоциации необходимого кислородсодержащего соединения. Например, второе напряжение может быть достаточно высоким для диссоциации всех молекул H2O на водород и кислород (например, V2 = приблизительно 1.1 V). При подаче второго напряжения возникает второй ток перекачки (I2), отражающий количество кислорода и воды в пробе газа. Следует понимать, что в контексте настоящего описание термин "вода" в выражении "количество кислорода и воды" относится к количеству кислорода из диссоциированных молекул H2O в пробе газа.
В одном частном примере, второе напряжение (например, второе опорное напряжение) может составлять 1080 мВ, при котором происходит полная диссоциация воды в воздухе (например, при 1080 мВ происходит диссоциация 100% воды в воздухе). Данное второе напряжение может быть больше, чем третье, среднее, напряжение, при котором происходит частичная диссоциация воды в воздухе (например, приблизительно 40% воды в воздухе). В одном примере третье, среднее, напряжение может составлять около 920 мВ. В другом примере третье, среднее, напряжение может составлять около 950 мВ. Например, выходной сигнал датчика при 920 мВ может соответствовать показанию при сухом воздухе в некотором диапазоне влажности. Выходной сигнал датчика при 1.1 В может соответствовать показанию при влажном воздухе, когда произошла диссоциация всей воды в воздухе на датчике, а выходной сигнал датчика при 450 мВ может соответствовать показанию при влажном воздухе, при котором не произошла диссоциация воды в воздухе. Таким образом, показание кислорода при сухом воздухе можно определить по соотношению выходных сигналов датчика кислорода при эксплуатации датчика кислорода при 450 мВ и 1.1 В. В другом варианте осуществления показание кислорода при сухом воздухе можно определить по соотношению выходных сигналов датчика кислорода при эксплуатации датчика кислорода при напряжении ниже 0.92 В, при котором диссоциация воды не происходит (например, даже частично), и напряжении выше 0.92 В, при котором происходит полная (например, 100%) диссоциация воды.
На шаге 418 определяют ток перекачки для сухого воздуха по первому току перекачки и второму току перекачки. Например, как раскрыто выше, при эксплуатации датчика при 450 мВ (или аналогичном напряжении, при котором не происходит диссоциация воды на датчике), могут быть получены более низкие ток перекачки и показание кислорода, а при эксплуатации датчика при 1080 мВ (или аналогичном напряжении, при котором происходит диссоциация всей воды датчике) могут быть получены более высокие ток перекачки и показание кислорода. Затем можно оценить ток перекачки для сухого воздуха, отражающий показание кислорода при сухом воздухе, по соотношению более низкого первого тока перекачки и более высокого второго тока перекачки. Например, сумма 40%, относящихся к более высокому второму току перекачки, и 60%, относящихся к более низкому первому току перекачки, может быть по существу равна току перекачки для сухого воздуха и показанию кислорода при сухом воздухе. В другом примере могут быть сложены другие процентные доли более высокого и более низкого тока перекачки для определения тока перекачки для сухого воздуха. Например, если более высокое или более низкое напряжение отлично соответственно от 450 мВ и 1080 мВ, соответствующие процентные доли, используемые для определения соотношения более высокого и более низкого токов перекачки, могут быть другими в соответствующих пропорциях.
Затем по оценочному току перекачки для сухого воздуха в зависимости от соотношения более высокого и более низкого токов перекачки (например, большего и меньшего выходных сигналов датчика кислорода, соответствующих более высокому и более низкому напряжениям) можно определить оценочное значение влажности окружающей среды на шаге 316 способа 300. Например, способ 400 на шаге 420 может предусматривать сохранение результата определения значения тока перекачки для сухого воздуха в памяти контроллера. Затем, во время выполнения способа на ФИГ. 3 (например, на шаге 316), контроллер может либо создать ток перекачки для сухого воздуха, выполнив способ 400, как было раскрыто, или контроллер может просто найти последнее по времени сохраненное значение тока перекачки для сухого воздуха для определения оценочной влажности окружающей среды, как раскрыто на примерах ФИГ. 3 и 5-6. Способ на шаге 420 может дополнительно предусматривать замену предыдущего сохраненного тока перекачки для сухого воздуха новым током сухого воздуха в памяти контроллера. Например, сохраненный ток перекачки для сухого воздуха можно обновлять при каждом пуске двигателя.
Вернемся к ФИГ. 3: на шаге 312 способ 300 предусматривает определение тока сухого воздуха Ip или нахождения последнего по времени значения тока сухого воздуха Ip, сохраненного в памяти (как показано на ФИГ. 4). Затем способ 300 следует на шаг 314, на котором определяют концентрацию воды в отработавших газах (W1), обусловленную (например, вызванную) влажностью окружающей среды и содержанием этанола в топливе. В данном случае, влажность окружающей среды и содержание этанола в топливе могут вносить свои доли в поправочный коэффициент, применяемый для определения содержания воды в отработавших газах, обусловленного влажностью окружающей среды и содержанием этанола в топливе - W1.
Как раскрыто выше, контроллер может эксплуатировать датчик кислорода в отработавших газах в режиме ПН для определения концентрации воды W1 в отработавших газах. Оценка концентрации воды W1 в отработавших газах включает в себя оценку влажности окружающей среды в состоянии двигателя без подачи топлива на шаге 316, а также оценку концентрации этанола в топливе в состоянии установившегося режима на шаге 318. А именно на шаге 316, контроллер может эксплуатировать датчик кислорода в отработавших газах в режиме ПН для определения влажности окружающей среды, используя оценочное значение Ip сухого воздуха на шаге 312, как показано на ФИГ. 5.
На шаге 316 способ предусматривает эксплуатацию датчика кислорода в отработавших газах в режиме ПН для определения поправочного коэффициента в зависимости от второго напряжения датчика. В одном примере определенный поправочный коэффициент может включать в себя количество или процентное содержание воды в отработавших газах, обусловленное влажностью окружающей среды, которое можно оценить по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах во время работы в режиме ПН в состоянии без подачи топлива в двигатель (например, отсечки топлива в режиме замедления) и по выходному сигналу тока перекачки для сухого воздуха датчика кислорода в отработавших газах. Вкратце, ток перекачки для сухого воздуха можно оценивать по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах во время эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах в режиме ПН в состояниях, представляющих собой состояние пуска двигателя, и/или состояние после прохождения некоторого числа миль, и/или состояние по прошествии некоторого количества времени, и/или состояние по прошествии некоторого числа рабочих циклов двигателя, и/или состояние без подачи топлива в двигатель.
На шаге 318 способ дополнительно предусматривает эксплуатацию датчика кислорода в отработавших газах в режиме ПН для определения поправочного коэффициента в зависимости от второго напряжения датчика. В данном случае, определенный поправочный коэффициент может включать в себя количество или процентное содержание воды в отработавших газах, обусловленное содержанием этанола в топливе, когда поток РОГ отсутствует, как показано на ФИГ. 7. Содержание этанола в топливе можно оценивать по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах во время работы датчика кислорода в отработавших газах в режиме ПН в состоянии работы двигателя в установившемся режиме, когда РОГ выключена и не происходит циркуляция из выпускного канала в заборный канал. В данном случае, состояние работы двигателя в установившемся режиме может представлять собой состояние холостого хода двигателя.
Как разъясняется ниже, способы 500, 600 и 700 можно выполнять в составе способа 300. Поэтому порядок выполнения способов 500, 600 и 700 в рамках способа 300 может выбирать контроллер в зависимости от текущего рабочего состояния двигателя и возможности эксплуатации датчика в режиме ПН. В некоторых примерах, когда двигатель находится в состоянии без подачи топлива (например, ОТРЗ), контроллер может принять решение не выполнять способ 700; альтернативно он может выполнить способы 500 и 600 для оценки влажности окружающей среды и сохранить сформированное значение влажности окружающей среды в памяти. При этом, если двигатель находится в состоянии установившегося режима, контроллер может принять решение не выполнять способы 500 и 600; вместо них контроллер может выполнить способ 700 для оценки концентрации этанола в топливе. В любом случае, по сформированным значениям (влажности окружающей среды или содержания этанола в топливе) можно определять количество газов РОГ. ФИГ. 5-7 описаны совместно ниже.
На ФИГ. 5 раскрыт пример способа 500 для оценки влажности окружающей среды посредством датчика кислорода в отработавших газах переменного напряжения (например, датчика кислорода в отработавших газах 126 на ФИГ. 1 и 200 на ФИГ. 2). Выполнение способа начинают на шаге 502 с определения того, настал ли момент для оценки влажности окружающей среды. Если двигатель работает в состояниях без подачи топлива, контроллер может определить, что настал момент для оценки влажности окружающей среды, и способ может перейти на шаг 504. В другом примере способ 500 можно выполнить через некоторых период, например, по прошествии некоторого периода работы двигателя, числа рабочих циклов двигателя, периода езды транспортного средства, или после прохождения транспортным средством некоторого расстояния. В другом примере способ 500 можно выполнить непосредственно после пуска двигателя. Если момент для оценки влажности окружающей среды не настал (например, ответ "НЕТ" на шаге 502), способ следует на шаг 503, на котором не оценивают влажность окружающей среды, и выполнение способа завершают. Если измерение влажности окружающей среды запрошено другим алгоритмом управления, контроллер может найти предыдущее сохраненное оценочное значение влажности окружающей среды, и совершает возврат на шаг 318 способа 300.
Продолжим описание ФИГ. 5: на шаге 504 способ 500 предусматривает определение того, предстоит ли переключение передачи в трансмиссии. Предстоящее переключение передачи в трансмиссии можно прогнозировать по тому, установлен ли флаг запроса переключения, и/или по отслеживанию одной или нескольких водительских педалей, и/или по ускорению транспортного средства. Во время переключений передач в трансмиссии после состояний без подачи топлива (например, отсечки топлива в режиме замедления), определение влажности посредством датчика кислорода в отработавших газах может не быть возможно из-за необходимости снижения нагрузки во время переключения передачи в трансмиссии (а определение влажности посредством датчика кислорода в отработавших газах может предусматривать открытие дросселя для уменьшения шума от ПВК). Поэтому, если на шаге 504 прогнозируют переключение передачи в трансмиссии ("например, ответ "ДА" на шаге 504), способ следует на шаг 506 для определения влажности окружающей среды другим способом, как раскрыто на ФИГ. 6.
Если на шаге 504 не прогнозируют предстоящее переключение передачи в трансмиссии (например, ответ "НЕТ" на шаге 504), способ 500 следует на шаг 508 для открытия впускного дросселя (например, дросселя 62 на ФИГ. 1) для дальнейшего уменьшения количества углеводородов, омывающих датчик кислорода в отработавших газах (например, датчик кислорода в отработавших газах 126 на ФИГ. 1 и/или 200 на ФИГ. 2). Например, открыв дроссель, можно уменьшить количество углеводородов от ПВК, поступающих через выпускную систему. Точнее, если впускной дроссель закрыт в состоянии без подачи топлива в двигатель, возникает сильное разрежение во впускном коллекторе, могущее втягивать углеводороды от принудительной вентиляции картера (ПВК). Даже если отверстие ПВК закрыто во время ОТРЗ, разрежение может быть достаточно сильным для втягивания углеводородов от ПВК через поршневые кольца. Проблема втягивания потока ПВК может обостриться в изношенном двигателе из-за просачивания газов ПВК через поршневые кольца и клапаны. Всосанные углеводороды могут отрицательно повлиять на показание датчика кислорода в отработавших газах и исказить результаты измерения влажности. В частности, под воздействием углеводородов результат оценки влажности окружающей среды с помощью датчика оказывается завышенным.
На шаге 510 способ необязательно предусматривает принятие решение о том, следует ли использовать датчик кислорода в отработавших газах в режиме переменного напряжения (ПН). В одном примере, если контроллер приходит на шаг 510 после выполнения способа 300, шаг 510 можно считать излишним, так как аналогичную проверку выполняют на шаге 308 способа 300, и контроллер может пропустить проверку на шаге 510 и продолжить выполнение шагов с 512 по 518. При этом, если контроллер выполняет способ 500 независимо от способа 300, на шаге 510 контроллер может проверить, может ли датчик работать в режиме ПН. Как раскрыто выше, режим ПН предусматривает регулирование опорного напряжения (в настоящем описании также именуемого «напряжение перекачки») датчика кислорода от более низкого исходного напряжения (например, приблизительно 450 мВ) до более высокого целевого напряжения, при котором происходит диссоциация молекул воды на датчике. В некоторых примерах эксплуатация в режиме ПН может включать в себя постоянное изменение опорного напряжения от исходного (например, первого напряжения) до целевого (например, второго напряжения) и наоборот. В некоторых примерах постоянная эксплуатация датчика кислорода в режиме ПН, в частности - при более высоком втором напряжении, может со временем привести к ухудшению характеристик датчика. Поэтому может быть предпочтительно сократить время эксплуатации датчика в режиме ПН. В одном примере датчик можно эксплуатировать в режиме ПН только по прошествии некоторого периода с предыдущего периода работы с ПН. В другом примере датчик можно эксплуатировать в режиме ПН только если общая продолжительной работы в режиме с ПН для периода использования двигателя ниже верхнего порогового уровня. В еще одном примере датчик может работать в режиме ПН, если прошел некоторый период (например, количество времени) с предыдущего измерения. Датчик также можно выключить, если прошло некоторое общее пороговое время после измерения. В другом варианте постоянная эксплуатация датчика кислорода при более высоком втором напряжении может не привести к ухудшению характеристик датчика, если состав газа и второе напряжение находятся в определенных пороговых диапазонах, уменьшающих ухудшение характеристик. В данном варианте осуществления, если состав газа и второе напряжение датчика поддерживают в их пороговых диапазонах, датчик может по умолчанию работать в режиме ПН, и способ может перейти на шаг 512.
Если контроллер установит, что датчик кислорода в отработавших газах можно эксплуатировать в режиме ПН, способ следует на шаг 512 для изменения опорного напряжения датчика кислорода в отработавших газах от первого напряжения (V1) до второго напряжения (V2) и наоборот. Например, способ на шаге 512 предусматривает: сначала, на шаге 514, подачу первого напряжения (V1) на элемент перекачки кислорода датчика отработавших газов и получение первого тока перекачки (Ip1). Первое опорное напряжение может иметь такое значение, при котором происходит перекачивание кислорода из элемента, достаточно низкое для того, чтобы не происходила диссоциация кислородсодержащих соединений, например, H2O (например, воды) (например, V1 = приблизительно 450 мВ). При подаче первого напряжения датчик формирует первый выходной сигнал в форме первого тока перекачки (Ip1), отражающего количество кислорода в пробе газа. В данном примере, так как двигатель находится в состоянии без подачи топлива, количество кислорода может соответствовать количеству кислорода в свежем воздухе вокруг транспортного средства. Способ на шаге 512 также предусматривает, на шаге 516, подачу второго напряжения (V2) на элемент перекачки кислорода датчика и получение второго тока перекачки (Ip2). Второе напряжение может быть больше первого напряжения, подаваемого на датчик. В частности, второе напряжение может иметь значение, достаточно высокое для диссоциации необходимого кислородсодержащего соединения. Например, второе напряжение может быть достаточно высоким для диссоциации молекул H2O на водород и кислород (например, V2 = приблизительно 1.1 V). При подаче второго напряжения возникает второй ток перекачки (I2), отражающий количество кислорода и воды в пробе газа. Следует понимать, что в контексте настоящего описание термин "вода" в выражении "количество кислорода и воды" относится к количеству кислорода из диссоциированных молекул H2O в пробе газа. В некоторых примерах первый ток перекачки и второй ток перекачки могут быть скорректированы 2 на определенный коэффициент поправки на воздушно-топливное отношение.
Влажность окружающей среды (например, абсолютную влажность свежего воздуха вокруг транспортного средства) можно определять на шаге 518 алгоритма 500 по первому току перекачки и второму току перекачки (или скорректированным первому и второму токам перекачки). Например, первый ток перекачки можно вычесть из второго тока перекачки с получением изменения тока перекачки, отражающего количество кислорода из диссоциированных молекул воды (например, количество воды) в пробе газа. Данное значение может быть пропорционально влажности окружающей среды.
Вернемся на шаг 510: если эксплуатация датчика кислорода в отработавших газах в режиме ПН нежелательна, способ может альтернативно предусматривать определение влажности окружающей среды по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах при первом напряжении и значению тока перекачки для сухого воздуха. А именно на шаге 520 способ предусматривает определение тока перекачки для сухого воздуха. Способ для определения тока перекачки для сухого воздуха датчика кислорода в отработавших газах представлен на ФИГ. 4. Способ может предусматривать эксплуатацию датчика кислорода в отработавших газах при первом, более низком, напряжении для получения первого выходного сигнала, представляющего собой показание кислорода при влажном воздухе. Затем датчик можно эксплуатировать при втором, более высоком, напряжении для получения второго выходного сигнала, представляющего собой показание кислорода при влажном воздухе, когда произошла диссоциация всей влаги в воздухе на датчике кислорода. При среднем напряжении между первым, более низким, и вторым, более высоким, может быть сформирован выходной сигнал датчика кислорода, отражающий показание кислорода при сухом воздухе, когда происходит частичная диссоциация влаги. Затем можно определить показание кислорода при сухом воздухе по соотношению первого и второго выходных сигналов. Так можно определить показание кислорода при сухом воздухе путем эксплуатации датчика кислорода в режиме ПН. На шаге 520 контроллер может найти последнее по времени сохраненное значение тока перекачки для сухого воздуха (определенное алгоритмом 800) для использования на шаге 520.
Способ следует на шаг 522 для подачи первого, более низкого, опорного напряжения (например, исходного напряжения, V1) на датчик кислорода в отработавших газах с получением тока перекачки (IpB). То есть способ на шаге 522 предусматривает не эксплуатацию датчика кислорода в режиме ПН, а поддержание опорного напряжения датчика на более низком, исходном, уровне, уменьшающем ухудшение характеристик датчика кислорода. Иначе говоря, способ на шаге 522 предусматривает работу без изменения опорного напряжения датчика кислорода от более низкого первого напряжения до более высокого второго напряжения и наоборот. Возникающий ток перекачки может отражать количество кислорода в пробе газа.
Затем способ следует на шаг 524 для определения влажности окружающей среды по IpB (току перекачки, определенному на шаге 522 во время работы датчика без ПН) и току перекачки для сухого воздуха, определенному во время выполнения способа 400 (и найденному на шаге 510). Затем можно определить уменьшение количества кислорода из-за разбавляющего действия влажности окружающей среды по разности тока перекачки для сухого воздуха и тока перекачки IpB, определенного или найденного на шаге 522. Умножив данную разность на коэффициент преобразования, можно преобразовать ток перекачки в процентное содержание влаги. Таким образом, сравнив выходной сигнал датчика кислорода в режиме без ПН при исходном опорном напряжении с сохраненным значением тока перекачки для сухого воздуха можно определить влажность окружающей среды при постоянной эксплуатации датчика кислорода в режиме ПН. По значению влажности окружающей среды, определенному на шаге 514, можно скорректировать оценочное значение воды на шаге 314 способа 300 и/или сохранить его в памяти контроллера. В других примерах можно отрегулировать работу двигателя в зависимости от результата определения влажности окружающей среды.
Вернемся на шаг 504 способа 500: если на шаге 504 прогнозируют переключение передачи в трансмиссии, способ следует на шаг 506 для определения влажности окружающей среды другим способом, как раскрыто на ФИГ. 6. При переходе к способу на ФИГ. 6 с шага 506, выполнение способа 600 начинают на шаге 602 с определения того, в наличии ли датчик влажности окружающей среды. Например, в одном варианте осуществления двигатель может содержать датчик влажности, например, датчик 121 влажности на ФИГ. 1, для непосредственного измерения влажности окружающей среды (например, измерения влажности поступающего всасываемого воздуха).
Если датчик влажности окружающей среды отсутствует (например, двигатель не содержит специальный датчик влажности окружающей среды), способ следует на шаг 612 для оценки влажности окружающей среды по температуре воздуха окружающей среды. Например, влажность окружающей среды можно оценивать по температуре воздуха окружающей среды и оценочному давлению насыщения пара исходя из предполагаемой относительной влажности 50%. Как и в способе на шаге 606, на шаге 614 можно определить эквивалентный ток перекачки в зависимости от оценочной влажности. Затем способ следует на шаг 608, раскрытый выше. Оценка влажности окружающей среды по температуре воздуха окружающей среды может не быть такой точной, как при использовании специально предназначенного для этого датчика влажности или датчика кислорода в отработавших газах переменного напряжения. Поэтому, при наличии возможности, контроллер может предпочтительно определять влажность по выходным сигналам датчика кислорода в отработавших газах ПН, как подробнее раскрыто ниже.
В противном случае, на шаге 602, если датчик влажности окружающей среды в наличии и готов к использованию, способ следует на шаг 604 для измерения влажности окружающей среды посредством датчика влажности. На шаге 606 способ предусматривает определение эквивалентного тока перекачки Ip для датчика кислорода в зависимости от измерения влажности и текущего заданного напряжения датчика кислорода в отработавших газах, используемого для определения содержания спирта в топливе (ФИГ. 7). Например, выходной сигнал датчика влажности может служить входным параметром табулированной зависимости, хранящейся в памяти контроллера. Табулированная зависимость может устанавливать соотношения между измерениями влажности (например, необработанными измерениями влажности от датчика влажности) и напряжением датчика кислорода и током перекачки. В одном примере возникающий ток перекачки может служить поправкой на влажность для оценочного содержания воды для определения содержания этанола в топливе на ФИГ. 7. Затем способ может перейти на шаг 608 для уточнения поправки на влажность, определенной на шаге 606, в зависимости от имеющегося оценочного значения влажности при переменном напряжении, как подробнее раскрыто ниже в продолжении описания ФИГ. 5. Например, оценки влажности посредством датчика кислорода в отработавших газах переменного напряжения в состояниях без подачи топлива, когда не ожидают переключение передачи в трансмиссии, могут быть сохранены в памяти контроллера с возможностью их использования для дополнительного уточнения поправки на влажность.
На шаге 610 способ предусматривает коррекцию оценочного содержания воды в отработавших газах для определения содержания спирта в топливе с определенной поправкой на влажность. Способ на шаге 610 может предусматривать вычитание эквивалентного тока перекачки, определенного на шаге 606 (или уточненного на шаге 608), из значения изменения измеренного значения тока перекачки. Таким образом, влажность окружающей среды можно вычесть из оценочного суммарного содержания воды в отработавших газах перед тем, как определить процентное содержание этанола в топливе.
На ФИГ. 7 раскрыта блок-схема способа 700 оценки для датчика кислорода в отработавших газах, например, УДКОГ 200 на ФИГ. 2. А именно способ 700 определяет количество спирта в топливе, впрыскиваемом в двигатель (например, оценочное содержание этанола в топливе), в зависимости от напряжений, подаваемых на элемент перекачки датчика в определенных состояниях с подачей топлива в двигатель, а также множества поправочных коэффициентов, вычисленных, как раскрыто на примерах ФИГ. 3-6.
На шаге 710 способа 700 определяют параметры работы двигателя. В число параметров работы двигателя могут входить, помимо прочих, воздушно-топливное отношение, количество газов РОГ, поступающих в камеры сгорания, и параметры подачи топлива, например.
Определив параметры работы двигателя, способ 700 следует на шаг 712, на котором определяют, находится ли двигатель в состоянии без подачи топлива. Состояния без подачи топлива включают в себя состояния замедления транспортного средства и рабочие состояния двигателя, в которых подача топлива прервана, однако двигатель продолжает вращаться, и по меньшей мере один впускной клапан и один выпускной клапан работают; то есть воздух течет через один или несколько цилиндров, но топливо в цилиндры не впрыскивают. В состояниях без подачи топлива сгорание не происходит, и воздух окружающей среды может проходить через цилиндр из впускной системы в выпускную систему. Таким образом, в датчик, например, УДКОГ (например, датчик кислорода в отработавших газах), может поступать воздух окружающей среды, в котором могут быть выполнены измерения, например, определение влажности окружающей среды.
Как сказано выше, в число состояний без подачи топлива может входить, например, отсечка топлива в режиме замедления (ОТРЗ). ОТРЗ осуществляют в зависимости от положения водительской педали (например, если водитель отпускает педаль акселератора, или замедление транспортного средства превышает пороговую величину). Состояния ОТРЗ могут возникать неоднократно за цикл езды, поэтому может быть сформировано множество показаний влажности окружающей среды за цикл езды, например, во время каждого события ОТРЗ. Это позволяет точно определять тип топлива по количеству воды в отработавших газах, несмотря на колебания влажности от цикла к циклу езды или даже во время одного и того же цикла езды.
Продолжим описание ФИГ. 7: если будет установлено, что двигатель находится в состоянии без подачи топлива, например, ОТРЗ, способ 700 следует на шаг 718 для определения влажности окружающей среды по способам на ФИГ. 5-6, как подробнее раскрыто ниже. Или, если будет установлено, что двигатель не находится в состоянии без подачи топлива, способ 700 на ФИГ. 7 следует на шаг 720, где определяют, нужно ли или должно ли быть выполнено регулирование воздушно-топливного отношения с обратной связью или определение содержания спирта датчиком. Выбор может зависеть от рабочих состояний, например, периода после последнего по времени определения содержания спирта, или того, включено ли замкнутое регулирование воздушно-топливного отношения. Например, если регулирование воздушно-топливного отношения с обратной связью выключено, способ может проследовать дальше для определения содержания спирта, а если регулирование воздушно-топливного отношения с обратной связью задано командой или включено, способ может продолжить выполнение такого регулирования воздушно-топливного отношения с обратной связью (без определения содержания спирта). Например, если на шаге 316 способа 300 запрошено определение содержания этанола в топливе при ПН, может быть выбрано определение содержания спирта в топливе, а не регулирование воздушно-топливного отношения с обратной связью. Если будет установлено, что нужно регулирование с обратной связью, способ 700 переходит на шаг 736, и датчик эксплуатируют в качестве датчика кислорода (например, O2) в режиме без ПН (например, при более низком исходном напряжении) для определения концентрации кислорода и/или воздушно-топливного отношения в отработавших газах, и выполнение способа завершают.
Если нужно определение содержания спирта, способ 700 следует на шаг 721, где определяют, находится ли принудительная вентиляция картера (ПВК) на необходимом уровне. В одном примере уровень ПВК может зависеть от частоты вращения двигателя и/или работы турбонагнетателя (например, происходит ли работа с наддувом или без). Например, если частота вращения двигателя высокая, можно определить, что может иметь место увеличенный поток ПВК. В число других примеров параметров входят повышенное разрежение в коллекторе, повышенное давление в картере, высокие значения параметров окружающей среды, комбинации указанных параметров и т.п. Если частота вращения двигателя относительно низкая, уровень ПВК также может зависеть от того, включен ли турбонагнетатель, и происходит ли наддув двигателя. Если двигатель находится в состоянии без наддува, поток ПВК может быть увеличен. При этом, если происходит наддув двигателя, поток из клапана ПВК может быть достаточно небольшим. Если на шаге 721 будет установлено, что величина ПВК выше необходимого уровня (например, поток ПВК большой), способ 700 следует на шаг 736, и датчик эксплуатируют в качестве датчика кислорода (в режиме без ПН) для определения концентрации кислорода в отработавших газах для регулирования воздушно-топливного отношения, например, и выполнение способа завершают.
С другой стороны, если ПВК не находится на необходимом уровне (например, поток ПВК небольшой), способ 700 следует на шаг 722, где определяют, открыт ли клапан рециркуляции отработавших газов (РОГ). Если будет установлено, что клапан РОГ открыт, способ 700 следует на шаг 723, и клапан РОГ закрывают. После того, как клапан РОГ будет закрыт на шаге 723, или если на шаге 722 будет установлено, что клапан РОГ закрыт, в связи с чем количество газов РОГ, поступающих в камеру сгорания, по существу равно нулю, способ 700 следует на шаг 724, где определяют, открыт ли клапан продувки топливных паров.
Если будет установлено, что клапан продувки топливных паров открыт, способ 700 следует на шаг 725, и клапан продувки топливных паров закрывают. Содержание спирта в топливных парах, накопленных в канистре улавливания топливных паров, может быть отлично от его содержания в топливе, находящегося в текущий момент в топливном баке. Топливные пары, поступающие в камеру сгорания, могут повлиять на определение количества спирта датчиком кислорода в отработавших газах (например, УДКОГ), что приведет к неточной оценке.
Когда клапан продувки топливных паров будет закрыт на шаге 725, или если на шаге 724 будет установлено, что клапан продувки топливных паров закрыт, способ 700 следует на шаг 726, на котором первое напряжение перекачки (V1) (например, также именуемое «опорное напряжение» в настоящем описании) подают на датчик отработавших газов и получают первый ток перекачки (Ip1). Под действием первого напряжения перекачки может происходить перекачивание кислорода из элемента перекачки кислорода, однако его значение может быть достаточно низким, чтобы не происходила диссоциация молекул воды (например, H2O) в элементе перекачки (например, V1 = приблизительно 450 мВ). В некоторых примерах первое напряжение перекачки, подаваемое на датчик на шаге 726, может быть тем же, что и первое напряжение перекачки, подаваемое на датчик в режиме работы без ПН. При подаче первого напряжения на элемент перекачки возникает первый ток перекачки (Ip1). В данном примере, поскольку происходит впрыск топлива в двигатель и сгорание, первый ток перекачки может отражать количество кислорода в отработавших газах.
На шаге 728 способа 700 второе напряжение перекачки (V2) (например, в настоящем описании также именуемое «второе опорное напряжение») подают на элемент перекачки датчика отработавших газов, и получают второй ток перекачки (Ip2). Второе напряжение перекачки может быть больше первого напряжения перекачки, при этом второе напряжение может быть достаточно высоким для диссоциации кислородсодержащих соединений, например, молекул воды. При подаче второго напряжения перекачки на элемент перекачки кислорода возникает второй ток перекачки (Ip2). Второй ток перекачки может отражать количество кислорода и воды в пробе газа (например, кислорода, уже присутствовавшего в пробе газа, плюс кислорода из молекул воды, диссоциация которых произошла при подаче второго напряжения перекачки).
На шаге 730 можно необязательно скорректировать первый ток перекачки и второй ток перекачки с помощью определенного коэффициента поправки на воздушно-топливное отношение. Например, определенная поправка на воздушно-топливное отношение может быть получена на шаге 720 способа 700, раскрытом ниже на примере ФИГ. 7. Кроме того, на шаге 730 первый ток перекачки и второй ток перекачки можно необязательно скорректировать с поправками на давление и водяные пары в окружающей среде.
Далее, на шаге 731, способ предусматривает коррекцию изменения тока перекачки (например, разности первого и второго токов перекачки) при подаче указанных двух напряжений с поправкой на влажность окружающей среды. Например, влажность окружающей среды можно вычесть из значения изменения тока перекачки, отражающего общее количество воды в отработавших газах (в том числе, влажность). В одном примере влажность окружающей среды можно определять по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах в состояниях без подачи топлива. В другом примере влажность окружающей среды можно определять другим способом в зависимости от рабочих состояний двигателя. Способ на шаге 731 может включать в себя определение влажности окружающей среды для текущего момента или нахождение последней по времени оценки влажности окружающей среды в памяти контроллера. Способ для определения влажности окружающей среды раскрыт на примерах ФИГ. 5-6.
После того как первый и второй токи перекачки будут сформированы и скорректированы на основе различных определенных поправочных коэффициентов, количество воды W1 в пробе газа может быть определено на шаге 732 способа 700 на ФИГ. 7. Например, первый ток перекачки можно вычесть из второго тока перекачки с последующей коррекцией на коэффициент поправки на воздушно-топливное отношение, коэффициент поправки на давление и/или влажность окружающей среды для определения значения, соответствующего количеству воды.
И наконец, на шаге 734 можно определить количество спирта в топливе (например, в настоящем описании именуемое «содержание этанола в топливе»). Например, количество воды в отработавших газах может быть пропорционально количеству спирта (например, процентному содержанию этанола) в топливе, впрыскиваемом в двигатель. В некоторых вариантах осуществления машиночитаемая среда хранения системы управления, принимающая данные от датчика, может содержать инструкции для определения количества спирта. Например, соотношение между количеством воды после сгорания (например, процентного содержания воды в отработавших газах) и процентным содержанием этанола в топливе может быть сохранено в машиночитаемой среде хранения в форме, например, табулированной зависимости. Чем больше количество этанола в топливе, тем больше количество воды в отработавших газах.
Таким образом, по выходным сигналам датчика кислорода в отработавших газах (например, токам перекачки), возникающим при последовательной подаче двух разных напряжений на элемент перекачки кислорода датчика отработавших газов в состояниях с подачей топлива в двигатель, и различным поправочным коэффициентам, речь о которых шла выше, можно определять количества воды в отработавших газах. Так можно получить точное показание количества спирта (например, процентного содержания этанола) в топливе.
Вернемся к ФИГ. 3: по значениям влажности окружающей среды (ФИГ. 5-6) и концентрации этанола в топливе (ФИГ. 7), сформированным контроллером, можно определить концентрацию воды W1 на шаге 314. Далее, на шаге 320, способ 300 предусматривает эксплуатацию датчика в режиме ПН для определения концентрации воды W2 (например, суммарной концентрации воды) в отработавших газах при наличии потока РОГ. А именно контроллер может открыть клапан РОГ (например, клапан 142 РОГ на ФИГ. 1) для рециркуляции газов РОГ из выпускного канала (например, выпускного канала 48 на ФИГ. 1) в заборный канал (например, заборный канал 44 на ФИГ. 1). Таким образом, выходной сигнал датчика кислорода в отработавших газах получают во время течения газов РОГ из выпускного канала в заборный канал, при этом датчик кислорода в отработавших газах расположен в выпускном канале выше по потоку от места соединения магистрали РОГ с выпускным каналом.
Кроме того, контроллер может эксплуатировать датчик кислорода в отработавших газах в режиме ПН для определения концентрации воды W2 в отработавших газах. В данном случае, концентрация воды W2 может представлять собой суммарную концентрацию воды в отработавших газах и может включать в себя концентрацию воды, обусловленную влажностью окружающей среды, содержанием этанола в топливе и водой от рециркуляции газов РОГ в системе (W). Математически, суммарная концентрация воды W2 может иметь вид нижеследующего уравнения (13):
где W1 - концентрация воды, обусловленная влажностью окружающей среды и содержанием этанола в топливе. Долю воды, обусловленную влажностью окружающей среды и содержанием этанола в топливе, можно рассматривать как поправочный коэффициент, определяемый контроллером путем эксплуатации датчика в режиме ПН при выполнении способов на ФИГ. 5-7 в определенных рабочих состояниях двигателя.
Далее в настоящем описании, W2 может взаимозаменяемо именоваться «поправочный коэффициент». А именно влажность окружающей среды можно оценивать по току перекачки для сухого воздуха (ФИГ. 4) в состояниях без подачи топлива в двигатель (например, ОТРЗ), а содержание этанола в топливе можно оценивать в состоянии установившегося режима двигателя (например, холостого хода).
Далее, на шаге 322, долю воды, обусловленную рециркуляцией газов РОГ в системе (W), определяют путем вычитания поправочного коэффициента из суммарной концентрации воды W2 в отработавших газах, как видно из уравнения (14):
Способ 300 предусматривает оценку количества газов РОГ в выпускной системе по разности W на шаге 324. Таким образом, способ включает в себя определение суммарной концентрации воды в отработавших газах по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах и определение концентрации воды в отработавших газах, обусловленной влажностью и содержанием этанола в топливе, по определенному поправочному коэффициенту, и оценку количества газов РОГ путем вычитания концентрации воды в отработавших газах, обусловленной влажностью и содержанием этанола в топливе, из суммарной концентрации воды. Кроме того, контроллер может сохранить количество газов РОГ, оцененное с помощью уравнения (14), в памяти. В некоторых примерах контроллер может скорректировать количество газов РОГ на дополнительные коэффициенты. Например, контроллер может учесть степень обогащения или обеднения ВТО во время измерения состава отработавших газов в режиме ПН и соответствующим образом скорректировать оценку РОГ. В некоторых других примерах передаточное запаздывание с момента открытия клапана РОГ до момента обнаружения датчиком кислорода в отработавших газах дополнительной доли в общем количестве воды может быть дополнительным фактором, который можно учитывать для различения доли от РОГ в общем количестве воды. В таких примерах способ может предусматривать сравнение долей, обнаруженных датчиком кислорода в отработавших газах до и после РОГ.
Таким образом, контроллер может эксплуатировать датчик кислорода в отработавших газах в режиме ПН для определения влажности окружающей среды, концентрации этанола в топливе и количества газов РОГ, рециркулирующих в системе, по оценочному содержанию воды в отработавших газах.
Данная оценка возможна только во время эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах в режиме ПН (что проверяют на шаге 308). При этом, если эксплуатация датчика в режиме ПН невозможна (например, ответ "НЕТ" на шаге 308), способ 300 следует на шаг 310. На шаге 310 способ 300 предусматривает определение РОГ другими способами.
В одном примере контроллер может найти в памяти последние по времени значения влажности окружающей среды, содержания этанола в топливе и суммарной концентрации воды в отработавших газах и далее оценить количество газов РОГ по этим значениям. В другом примере контроллер может оценивать количество газов РОГ, рециркулирующих из выпускного канала в заборный канал, по выходным сигналам различных датчиков, соединенных с системой двигателя. Неограничивающими примерами этих датчиков являются датчики температуры, датчики давления, датчики расхода, датчики положения и датчики состава газов.
Независимо от того, как определяют количество газов РОГ - путем эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах в режиме ПН (на шагах с 312 по 324) или другими способами (310), после того, как контроллер определит количество газов РОГ, способ 300 следует на шаг 326.
На шаге 326 способ 300 предусматривает регулирование работы двигателя в зависимости от результата определения количества газов РОГ. Например, контроллер может отрегулировать подачу топлива в двигатель в зависимости от оценочного количества газов РОГ. В одном примере контроллер регулирует количество впрыскиваемого топлива в зависимости от количества газов РОГ. Например, контроллер может определить управляющий сигнал, который должен быть направлен приводу топливной форсунки, например, длительность импульса этого сигнала, в зависимости от результата определения количества газов РОГ. Контроллер может определять длительность импульса путем, непосредственно учитывающим результат определения количества газов РОГ, например, увеличивая длительность импульса при увеличении РОГ. Или же контроллер может определять длительность импульса путем вычисления по табулированной зависимости, входным параметром которой является количество газов РОГ, а выходным параметром - длительность импульса.
Способ следует на шаг 328, на котором способ 300 предусматривает возврат датчика кислорода в отработавших газах в режим работы без ПН. Возврат датчика в режим без ПН включает в себя его эксплуатацию при более низком напряжении и использование выходного сигнала датчика в режиме без ПН, например, для оценки ВТО. То есть датчик кислорода в отработавших газах можно эксплуатировать только при первом напряжении в режиме без переменного напряжения, если запрошено определение воздушно-топливного отношения в двигателе, и регулировать работу двигателя в зависимости от оценочного воздушно-топливного отношения. В данном случае оценочное воздушно-топливное отношение определяют по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах, работающему в режиме без переменного напряжения. Затем выполнение способа 300 завершают.
Таким образом, датчик кислорода в отработавших газах выполнен с возможностью оценки РОГ, по результату которой можно соответствующим образом корректировать подачу топлива в двигатель. Технический эффект определения поправочного коэффициента, представляющего собой концентрацию воды в отработавших газах, обусловленную содержанием этанола в топливе и влажностью окружающей среды, и вычитания его из суммарной концентрации воды состоит в том, что полученная разность представляет собой точное измерение газов РОГ, рециркулирующих из выпускного канала в заборный канал. Точное измерение газов РОГ обеспечивает улучшение регулирования РОГ и, как следствие, повышение топливной экономичности и сокращение выбросов оксидов азота.
Целью раскрытых выше систем и способов является создание способа, содержащего шаги, на которых: во время работы датчика кислорода в отработавших газах в режиме переменного напряжения, в котором опорное напряжение датчика кислорода в отработавших газах регулируют от более низкого первого напряжения до более высокого второго напряжения, регулируют работу двигателя в зависимости от количества газов рециркуляции отработавших газов (РОГ), оцененного по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах и поправочному коэффициенту, определенному в зависимости от второго напряжения. В первом примере способ может дополнительно или альтернативно включать в себя то, что определенный поправочный коэффициент включает в себя оценочное содержание этанола в топливе, и дополнительно содержит шаг, на котором оценивают содержание этанола в топливе по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах во время работы датчика кислорода в отработавших газах в режиме переменного напряжения во время работы двигателя в состоянии установившегося режима, когда РОГ выключена, и циркуляция отработавших газов из выпускного канала в заборный канал не происходит. Второй пример способа необязательно включает в себя первый пример, и отличается тем, что состояние работы двигателя в установившемся режиме включает в себя состояние холостого хода двигателя. Третий пример способа необязательно включает в себя первый и/или второй примеры и отличается тем, что определенный поправочный коэффициент дополнительно включает в себя влажность окружающей среды. Четвертый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по третий и дополнительно содержит шаг, на котором оценивают влажности окружающей среды по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах во время работы в режиме переменного напряжения в состоянии без подачи топлива в двигатель и по выходному сигналу тока перекачки для сухого воздуха датчика кислорода в отработавших газах. Пятый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по четвертый и дополнительно содержит шаг, на котором оценивают выходной сигнал тока перекачки для сухого воздуха по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах во время эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах в режиме переменного напряжения во время пуска двигателя, и/или после прохождения некоторого количества миль, и/или после некоторого периода работы двигателя, и/или после некоторого количества рабочих циклов двигателя, и/или в состоянии без подачи топлива в двигатель. Шестой пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по пятый и отличается тем, что состояние без подачи топлива в двигатель включает в себя отсечку топлива в режиме замедления. Седьмой пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по шестой и отличается тем, что выходной сигнал датчика кислорода в отработавших газах, по которому оценивают количество газов РОГ, получают во время течения газов РОГ из выпускного канала в заборный канал, причем датчик кислорода в отработавших газах расположен в выпускном канале. Восьмой пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по седьмой и дополнительно содержит шаги, на которых: определяют суммарную концентрацию воды в отработавших газах по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах и определяют концентрацию воды в отработавших газах, обусловленную влажностью и содержанием этанола в топливе, по определенному поправочному коэффициенту, и оценивают количество газов РОГ путем вычитания концентрации воды в отработавших газах, обусловленной влажностью и содержанием этанола в топливе, из суммарной концентрации воды.
Целью раскрытых выше систем и способ также является создание способа, содержащего шаги, на которых: определяют количество газов рециркуляции отработавших газов (РОГ), текущих в двигателе, по первому выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах во время работы в режиме переменного напряжения, в котором опорное напряжение датчика кислорода в отработавших газах регулируют от более низкого первого напряжения до более высокого второго напряжения, при наличии потока РОГ, и второму выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах во время работы в режиме переменного напряжения при отсутствии потока РОГ, и регулируют работу двигателя в зависимости от результата определения количества газов РОГ. В первом примере способ может дополнительно или альтернативно содержать шаги, на которых: оценивают содержание этанола в топливе по второму выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах во время работы двигателя в установившемся режиме и выводят первую концентрацию воды в отработавших газах двигателя на основании оценочного содержания этанола в топливе. Второй пример способа необязательно включает в себя первый пример и дополнительно содержит шаг, на котором оценивают влажность окружающей среды по третьему выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах во время работы в режиме переменного напряжения в состоянии без подачи топлива в двигатель и по выходному сигналу тока перекачки для сухого воздуха датчика кислорода в отработавших газах, при этом ток перекачки для сухого воздуха оценивают во время пуска двигателя, и/или после прохождения некоторого количества миль, и/или после некоторого периода работы двигателя, и/или после некоторого количества рабочих циклов двигателя, и/или в состоянии без подачи топлива в двигатель. Третий пример способа необязательно включает в себя первый и/или второй примеры и дополнительно содержит шаг, на котором выводят вторую концентрацию воды в отработавших газах на основании оценочной влажности окружающей среды. Четвертый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по третий и дополнительно содержит шаг, на котором определяют количество газов РОГ, текущих в двигателе, путем вычитания первой концентрации воды и второй концентрации воды из суммарной концентрации воды в отработавших газах, при этом суммарную концентрацию воды определяют по первому выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах. Пятый пример способа необязательно включает в себя один или несколько примеров с первого по четвертый и дополнительно содержит шаги, на которых: эксплуатируют датчик кислорода в отработавших газах только при первом напряжении в режиме без переменного напряжения, если запрошено определение воздушно-топливного отношения в двигателе, и регулируют работу двигателя в зависимости от оценочного воздушно-топливного отношения, при этом оценочное воздушно-топливное отношение определяют по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах, работающего в режиме без переменного напряжения.
Целью раскрытых выше систем и способов является создание системы для двигателя, содержащей: систему рециркуляции отработавших газов (РОГ), содержащую магистраль РОГ, соединяющую выпускной канал с заборным каналом, при этом магистраль РОГ содержит клапан РОГ, датчик кислорода в отработавших газах, выполненный с возможностью работы в режиме переменного напряжения, в котором опорное напряжение датчика кислорода в отработавших газах регулируют от более низкого первого напряжения до более высокого второго напряжения, и соединенный с выпускным каналом, и контроллер с машиночитаемыми инструкциями для: эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах в режиме переменного напряжения, в то время как клапан РОГ закрыт, для формирования первого выходного сигнала; открытия клапана РОГ для циркуляции газов РОГ и эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах в режиме переменного напряжения для формирования второго выходного сигнала, и регулирования работы двигателя в зависимости от оценочного количества газов РОГ, определяемого по разности второго и первого выходных сигналов. В первом примере система может дополнительно или альтернативно отличаться тем, что контроллер содержит дополнительные инструкции для формирования каждого из первого выходного сигнала и второго выходного сигнала в состоянии холостого хода двигателя. Второй пример системы необязательно включает в себя первый пример и отличается тем, что контроллер содержит дополнительные инструкции для эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах в режиме переменного напряжения в состоянии без подачи топлива в двигатель и формирования третьего выходного сигнала датчика кислорода в отработавших газах; и оценки влажности окружающей среды по третьему выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах и дополнительно по выходному сигналу тока перекачки для сухого воздуха от датчика кислорода в отработавших газах. Третий пример системы необязательно включает в себя первый и/или второй примеры и отличается тем, что контроллер содержит дополнительные инструкции для оценки количества газов РОГ, текущих в двигателе, по разности между вторым выходным сигналом и каждым из первого и третьего выходных сигналов. Четвертый пример системы необязательно включает в себя примеры с первого по третий и отличается тем, что контроллер содержит дополнительные инструкции для оценки тока перекачки для сухого воздуха по соотношению первого тока перекачки, генерируемого при эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах при первом напряжении, и второго тока перекачки датчика кислорода в отработавших газах, генерируемого при эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах при втором напряжении.
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 настоящем описании способы и алгоритмы управления можно хранить в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут реализовываться системой управления, содержащей контроллер, во взаимодействии с различными датчиками, исполнительными механизмами и другими техническими средствами системы двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые 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, при этом раскрытые действия реализуют путем выполнения инструкций, содержащихся в системе, содержащей вышеупомянутые технические средства в составе двигателя, взаимодействующие с электронным контроллером.
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 идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего раскрытия.
Изобретение относится к области очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Предложены способы и системы для оценки количества газов рециркуляции отработавших газов (РОГ), текущих из выпускного канала в заборный канал системы двигателя, путем эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах в режиме переменного напряжения (ПН). В одном примере способ содержит шаг, на котором во время работы датчика кислорода в отработавших газах в режиме ПН, в котором опорное напряжение датчика кислорода в отработавших газах регулируют от более низкого первого напряжения до более высокого второго напряжения, регулируют работу двигателя в зависимости от количества газов РОГ, оцененного по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах и поправочному коэффициенту, определенному в зависимости от второго напряжения. Таким образом, датчик кислорода в отработавших газах можно применять для компенсации колебаний, возникающих из-за изменений состава топлива и влажности окружающей среды, а также оценки количества газов РОГ, рециркулирующих в системе, и, тем самым, улучшения подачи топлива в двигатель и регулирования РОГ. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.
1. Способ, содержащий шаги, на которых:
во время работы датчика кислорода в отработавших газах в режиме переменного напряжения, в котором опорное напряжение датчика кислорода в отработавших газах регулируют от более низкого, первого напряжения до более высокого, второго напряжения, регулируют работу двигателя в зависимости от количества газов рециркуляции отработавших газов (РОГ), оцененного по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах и поправочному коэффициенту, определенному в зависимости от второго напряжения.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определенный поправочный коэффициент включает в себя оценочное содержание этанола в топливе, при этом в способе дополнительно оценивают содержание этанола в топливе по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах во время работы датчика кислорода в отработавших газах в режиме переменного напряжения во время работы двигателя в состоянии установившегося режима, когда РОГ выключена, и циркуляция отработавших газов из выпускного канала в заборный канал не происходит.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что состояние работы двигателя в установившемся режиме включает в себя состояние холостого хода двигателя.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определенный поправочный коэффициент дополнительно включает в себя влажность окружающей среды.
5. Способ по п. 4, дополнительно содержащий шаг, на котором оценивают влажность окружающей среды по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах во время работы в режиме переменного напряжения в состоянии без подачи топлива в двигатель и по выходному сигналу тока перекачки для сухого воздуха датчика кислорода в отработавших газах.
6. Способ по п. 5, дополнительно содержащий шаг, на котором оценивают выходной сигнал тока перекачки для сухого воздуха по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах во время эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах в режиме переменного напряжения во время пуска двигателя, и/или после прохождения некоторого количества миль, и/или после некоторого периода работы двигателя, и/или после некоторого количества рабочих циклов двигателя, и/или в состоянии без подачи топлива в двигатель.
7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что состояние без подачи топлива в двигатель включает в себя отсечку топлива в режиме замедления.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выходной сигнал датчика кислорода в отработавших газах, по которому оценивают количество газов РОГ, получают во время течения газов РОГ из выпускного канала в заборный канал, причем датчик кислорода в отработавших газах расположен в выпускном канале.
9. Способ по п. 8, дополнительно содержащий шаги, на которых: определяют суммарную концентрацию воды в отработавших газах по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах и определяют концентрацию воды в отработавших газах, обусловленную влажностью и содержанием этанола в топливе, по определенному поправочному коэффициенту, и оценивают количество газов РОГ путем вычитания концентрации воды в отработавших газах, обусловленной влажностью и содержанием этанола в топливе, из суммарной концентрации воды.
10. Способ для двигателя, содержащий шаги, на которых:
определяют количество газов рециркуляции отработавших газов (РОГ), текущих в двигателе, по первому выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах во время работы в режиме переменного напряжения, в котором опорное напряжение датчика кислорода в отработавших газах регулируют от более низкого, первого напряжения до более высокого, второго напряжения, при наличии потока рециркуляции отработавших газов, и второму выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах во время работы в режиме переменного напряжения при отсутствии потока рециркуляции отработавших газов; и
регулируют работу двигателя в зависимости от результата определения количества газов рециркуляции отработавших газов.
11. Способ по п. 10, дополнительно содержащий шаги, на которых: оценивают содержание этанола в топливе по второму выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах во время работы двигателя в установившемся режиме и выводят первую концентрацию воды в отработавших газах двигателя на основании оценочного содержания этанола в топливе.
12. Способ по п. 11, дополнительно содержащий шаги, на которых: оценивают влажность окружающей среды по третьему выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах во время работы в режиме переменного напряжения в состоянии без подачи топлива в двигатель и по выходному сигналу тока перекачки для сухого воздуха датчика кислорода в отработавших газах, при этом ток перекачки для сухого воздуха оценивают во время пуска двигателя, и/или после прохождения некоторого количества миль, и/или после некоторого периода работы двигателя, и/или после некоторого количества рабочих циклов двигателя, и/или в состоянии без подачи топлива в двигатель.
13. Способ по п. 12, дополнительно содержащий шаг, на котором выводят вторую концентрацию воды в отработавших газах на основании оценочной влажности окружающей среды.
14. Способ по п. 13, дополнительно содержащий шаг, на котором определяют количество газов РОГ, текущих в двигателе, путем вычитания первой концентрации воды и второй концентрации воды из суммарной концентрации воды в отработавших газах, при этом суммарную концентрацию воды определяют по первому выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах.
15. Способ по п. 10, дополнительно содержащий шаги, на которых: эксплуатируют датчик кислорода в отработавших газах только при первом напряжении в режиме без переменного напряжения, если запрошено определение воздушно-топливного отношения в двигателе, и регулируют работу двигателя в зависимости от оценочного воздушно-топливного отношения, при этом оценочное воздушно-топливное отношение определяют по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах, работающего в режиме без переменного напряжения.
16. Система для двигателя, содержащая:
систему рециркуляции отработавших газов (РОГ), содержащую магистраль рециркуляции отработавших газов, соединяющую выпускной канал с заборным каналом, при этом магистраль рециркуляции отработавших газов содержит клапан рециркуляции отработавших газов;
датчик кислорода в отработавших газах, выполненный с возможностью работы в режиме переменного напряжения, в котором опорное напряжение датчика кислорода в отработавших газах регулируют от более низкого, первого напряжения до более высокого, второго напряжения, и соединенный с выпускным каналом; и
контроллер с машиночитаемыми инструкциями для:
эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах в режиме переменного напряжения, в то время как клапан рециркуляции отработавших газов закрыт, для формирования первого выходного сигнала;
открытия клапана рециркуляции отработавших газов для циркуляции газов рециркуляции отработавших газов и эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах в режиме переменного напряжения для формирования второго выходного сигнала; и
регулирования работы двигателя в зависимости от оценочного количества газов рециркуляции отработавших газов, определяемого по разности второго и первого выходных сигналов.
17. Система по п. 16, отличающаяся тем, что контроллер содержит дополнительные инструкции для формирования каждого из первого выходного сигнала и второго выходного сигнала в состоянии холостого хода двигателя.
18. Система по п. 16, отличающаяся тем, что контроллер содержит дополнительные инструкции для:
эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах в режиме переменного напряжения в состоянии без подачи топлива в двигатель и формирования третьего выходного сигнала датчика кислорода в отработавших газах; и
оценки влажности окружающей среды по третьему выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах и дополнительно по выходному сигналу тока перекачки для сухого воздуха от датчика кислорода в отработавших газах.
19. Система по п. 18, отличающаяся тем, что контроллер содержит дополнительные инструкции для оценки количества газов РОГ, текущих в двигателе, по разности между вторым выходным сигналом и каждым из первого и третьего выходных сигналов.
20. Система по п. 18, отличающаяся тем, что контроллер содержит дополнительные инструкции для оценки тока перекачки для сухого воздуха по соотношению первого тока перекачки, генерируемого при эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах при первом напряжении, и второго тока перекачки датчика кислорода в отработавших газах, генерируемого при эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах при втором напряжении.
| US 2011290015 A1, 01.12.2011 | |||
| Печатающее устройство, например, к автоматической машине для измерения площади кож | 1961 |
|
SU151041A1 |
| US 2015192085 A1, 09.07.2015 | |||
| US 2015337749 A1, 26.11.2015 | |||
| US 6321732 B1, 27.11.2001. | |||
