СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2019 года по МПК F02D19/06 F02D19/08 F02D41/00 F02D41/24 F02P5/15 F02P5/152 F02D35/02 

Область техники, к которой относится изобретения

Настоящее изобретение относится к общей области способов и систем для управления двигателем транспортного средства, включая момент зажигания, на основе предполагаемого значения октанового числа.

Уровень техники

Двигатели внутреннего сгорания могут содержать систему рециркуляции отработавших газов (РОГ) для рециркуляции регулируемой части отработавших газов, вырабатываемых двигателем, во впускной коллектор двигателя. Рециркуляция отработавших газов обеспечивает возможность получения различных преимуществ, в том числе сокращения выбросов оксидов азота в отработавших газах и повышения экономии топлива. Однако разведение, вызываемое РОГ, приводит к изменению предполагаемого октанового числа топлива, впрыскиваемого в двигатель. Влажность окружающего воздуха также оказывает разбавляющее действие вследствие изменения степени охлаждения наддувочного воздуха, поступающего в систему наддува, а также замещения кислорода в воздухе и, следовательно, изменения его концентрации. В частности, влажность изменяет детонационную способность двигателя путем снижения температуры остаточных газов в камере сгорания.

Для компенсации изменений предполагаемого октанового числа топлива на основе наличия РОГ и/или влажности были разработаны различные подходы к управлению работой двигателя. Например, один из таких подходов представлен Cullen с соавторами в патентном документе США №6062204. В соответствии с данным решением момент зажигания определяют на основе скорости вращения и нагрузки двигателя и корректируют с использованием коэффициента, определенного на основе разбавляющего воздействия РОГ и/или влажности на граничный момент зажигания.

Однако авторы настоящего изобретения обнаружили потенциальный недостаток такого подхода. Влияние РОГ и влажности на октановое число зависит от условий скорости вращения и нагрузки двигателя. В соответствии со стратегией оценки октанового числа, предлагаемой автором Cullen, октановое число топлива определяют на основе типа топлива и без учета скорости вращения и нагрузки двигателя. В результате этого воздействие РОГ и влажности на октановое число может приводить к возникновению ошибки вычислений предполагаемого октанового числа. Например, при наличии РОГ или высокой влажности предполагаемое значение октанового числа может быть завышено (например, кажущееся влияние РОГ/разведения может быть интерпретировано алгоритмом выведения октанового числа как реальное увеличение октанового числа топлива). Регулировка момента зажигания в соответствии с ошибочно выведенным предполагаемым октановым числом может привести к снижению экономии топлива, а также к непредусмотренной детонации. В частности, в условиях высокой влажности и в отсутствие поправок на влажность контроллер двигателя может не иметь точной информации об уровне влажности окружающего воздуха и, следовательно, может производить регулировку детонации с завышенной защитой против детонации. Это может повлиять на общее качество работы двигателя.

Раскрытие изобретения

В соответствии с одним из примеров осуществления, для устранения вышеописанных недостатков может быть использован способ управления двигателем, включающий в себя: выбор исходного момента зажигания на основе параметров работы двигателя, в число которых входит оценочное октановое число топлива; определение поправки к моменту зажигания на основе данных обратной связи о детонации; коррекцию поправки к моменту зажигания на основе параметров работы двигателя; обновление исходного момента зажигания в соответствии со скорректированной поправкой к моменту зажигания; и обновление оценочного октанового числа топлива в соответствии с обновленным моментом зажигания.

Технический эффект коррекции адаптации управления зажиганием с изменением, зависящим от влажности окружающего воздуха состоит в возможности получения более достоверного предполагаемого октанового числа топлива и уменьшения зависящего от скорости вращения и нагрузки влияния влажности на октановое число. Повышение точности оценки октанового числа топлива обеспечивает возможность более качественной установки граничных установок зажигания и установления момента зажигания без значительных потерь крутящего момента. Таким образом, может быть получена более быстрая, устойчивая и независимая от колебаний соотношения скорости и нагрузки сходимость оценки октанового числа.

Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 иллюстрирует пример двигательной системы.

На фиг. 2 представлена блок-схема примера процедуры изменения октанового числа топлива, момента зажигания и граничного момента зажигания на основе условий работы, в том числе влажности окружающего воздуха.

На фиг. 3 представлена блок-схема примера осуществления способа адаптивного управления зажиганием на основе изменений оценочного октанового числа топлива.

На фиг. 4 представлен график, иллюстрирующий пример изменений момента зажигания в некоторых условиях работы двигателя при наличии или отсутствии изменений октанового числа двигателя.

На фиг. 5 представлен график, иллюстрирующий пример зависимости между коррекцией момента зажигания и влажностью окружающего воздуха в соответствии с настоящим изобретением.

Осуществление изобретения

Нижеследующее описание касается систем и способов управления зажиганием и крутящим моментом в двигательной системе, например, в системе по фиг. 1. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью точного определения граничных установок зажигания и момента зажигания при разных условиях работы двигателя и разных значениях влажности окружающего воздуха. Контроллер может выполнять процедуру управления, например, процедуру по фиг. 2-3, чтобы определять величину коррекции момента зажигания в соответствии с данными детонации по сигналам прямой и обратной связи, а также в соответствии с оценкой октанового числа топлива, измененного с учетом влажности. Информация о воздействии влажности на значение октанового числа при переменной механической характеристике двигателя обеспечивает возможность использования оценочного октанового числа для управления крутящим моментом двигателя (фиг. 4-5).

Фиг. 1 иллюстрирует пример осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может получать параметры управления от системы управления, содержащей контроллер 12, а также входящие сигналы от оператора 30 транспортного средства через средства 132 ввода. В данном примере средства 132 ввода содержат педаль акселератора и датчик 134 положения педали, формирующий пропорциональный сигнал положения педали (ПП). Цилиндр (также называемый «камерой сгорания») 14 двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания, между которыми расположен поршень 138. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 так, чтобы обеспечить преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен по меньшей мере с одним из колес пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Кроме того, может быть предусмотрен электродвигатель стартера, соединенный с коленчатым валом 140 через маховик, для запуска двигателя 10.

Цилиндр 14 может получать впускной воздух через несколько впускных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10 помимо цилиндра 14. В соответствии с некоторыми из вариантов осуществления один или несколько впускных каналов могут содержать средства наддува, например, турбонагнетатель или нагнетатель. Например, двигатель 10, представленный на фиг. 1, оборудован турбонагнетателем, содержащим компрессор 174, установленный между впускными каналами 142 и 144, и выпускную турбину 176, установленную в выпускном канале 148. Если средства наддува выполнены в виде турбонагнетателя, выпускная турбина 176 может по меньшей мере отчасти обеспечивать приведение компрессора 174 в движение посредством вала 180. Однако в соответствии с другими примерами осуществления, в которых двигатель 10 оборудован, например, нагнетателем, выпускная турбина 176 может отсутствовать, а приведение компрессора 174 в движение может быть обеспечено мутем подачи механической энергии от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания. Во впускном канале двигателя может быть предусмотрена дроссельная заслонка 20, содержащая дроссельную пластину 164, для изменения расхода и/или давления впускного воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Дроссельная заслонка 20 может быть расположена, например, ниже по потоку от компрессора 174, как показано на фиг. 1, хотя в соответствии с альтернативными вариантами осуществления она может быть расположена и выше по потоку от компрессора 174.

Отработавшие газы могут поступать в выпускной канал 148 и из других цилиндров двигателя 10 помимо цилиндра 14. Датчик 128 отработавших газов представлен на схеме подсоединенным к выпускному каналу 148 выше по потоку от средств 178 снижения токсичности отработавших газов. В качестве датчика 128 может быть использован один из соответствующих датчиков, обеспечивающих возможность получения информации о топливно-воздушном отношении отработавших газов, в том числе, например, линейный датчик содержания кислорода или универсальный датчик содержания кислорода в отработавших газах (УДКОГ), двухпозиционный датчик содержания кислорода (ДКОГ), представленный на чертеже, нагреваемый датчик содержания кислорода в отработавших газах (НДКОГ), датчик содержания оксидов азота (NOx), углеводородов (НС) или угарного газа (СО). Средства 178 снижения токсичности отработавших газов могут представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), уловитель NOx, а также различные другие средства 170 снижения токсичности отработавших газов или их сочетания.

Температура отработавших газов может быть определена при помощи одного или нескольких температурных датчиков (не представлены), установленных в выпускном канале 148. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления температура отработавших газов может быть вычислена по условиям работы двигателя, например, скорости, нагрузке, воздушно-топливному отношению (ВТО), задержке зажигания и т.д. Кроме того, вычисление температуры отработавших газов может быть произведено одним или несколькими выпускными газоанализаторами 128. Следует понимать, что в соответствии с альтернативными вариантами осуществления может быть предусмотрена оценка температуры отработавших газов с использованием любого сочетания вышеперечисленных методов определения температуры.

Каждый из цилиндров двигателя 10 может содержать один или несколько впускных клапанов и один или несколько выпускных клапанов. Например, проиллюстрированный цилиндр 14 содержит по меньшей мере один впускной подъемный клапан 150 и по меньшей мере один выпускной подъемный клапан 156, расположенные в верхней части цилиндра 14. В соответствии с некоторыми из вариантов осуществления каждый из цилиндров двигателя 10, в том числе и цилиндр 14, может содержать по меньшей мере два впускных подъемных клапана и по меньшей мере два выпускных подъемных клапана, расположенных в верхней части цилиндра.

Контроллер 12 может осуществлять управление впускным клапаном 150 при помощи кулачковой приводной системы 151. Аналогичным образом, контроллер 12 может осуществлять управление выпускным клапаном 156 при помощи кулачковой приводной системы 153. Каждая из кулачковых приводных систем 151 и 153 может содержать один или несколько кулачков и может использовать одну или несколько из систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), управление которыми контроллер 12 может использовать для регулирования работы клапанов. Положения впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 могут быть определены, соответственно, датчиками 155 и 157 положения клапанов. В соответствии с альтернативными вариантами осуществления для управления впускным и/или выпускным клапаном могут быть использованы электрические приводы клапанов. Например, в альтернативном варианте осуществления цилиндр 14 может содержать впускной клапан, управляемый при помощи электрического привода клапана, и выпускной клапан, управляемый при помощи кулачкового привода, содержащего системы ППК и/или ИФКР. В соответствии с другими вариантами осуществления для управления впускным и выпускным клапанами может быть предусмотрен единый клапанный привод или приводная система или же клапанный привод или приводная система с изменением фаз газораспределения.

Цилиндр 14 может иметь некоторую степень сжатия, равную отношению объемов при нахождении поршня 138 в нижней точке и в верхней точке. Обычно такая степень сжатия составляет от 9:1 до 13:1. Однако в соответствии с некоторыми из примеров осуществления, в которых используют другое топливо, степень сжатия может быть увеличена. Например, это может быть связано с использованием топлива с более высоким октановым числом или топлива с более высокой скрытой энтальпией парообразования. Степень сжатия также может быть увеличена в случае использования прямого впрыска топлива в связи с ее воздействием на детонацию топлива в двигателе.

В соответствии с некоторыми из вариантов осуществления каждый из цилиндров двигателя 10 может содержать свечу 192 зажигания для воспламенения топлива. В некоторых режимах работы система 190 зажигания может создавать в камере 14 сгорания искру зажигания при помощи свечи 192 зажигания при получении от контроллера 12 сигнала опережения зажигания (ОЗ).

В соответствии с некоторыми из вариантов осуществления, в каждом из цилиндров двигателя 10 могут быть предусмотрены один или нескольких инжекторов для подачи топлива в цилиндр. В соответствии с примером, не накладывающим каких-либо ограничений, представленный на чертеже цилиндр 14 содержит два топливных инжектора 166 и 170. Топливные инжекторы 166 и 170 могут быть выполнены с возможностью подачи топлива, поступающего из топливной системы 8 через топливный насос высокого давления и топливную рампу. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления подача топлива может быть обеспечена с использованием одноступенчатого топливного насоса более низкого давления, причем в этом случае временной диапазон прямого впрыска топлива на такте сжатия более ограничен, чем при использовании топливной системы высокого давления. Кроме того, топливный бак может содержать датчик давления, передающий сигнал контроллеру 12.

Представленный топливный инжектор 166 подсоединен непосредственно к цилиндру 14 для прямого впрыска в него пропорционально ширине импульса впрыска топлива ШИВТ-1, принимаемого от контроллера 12 через электронный драйвер 168. Таким образом, топливный инжектор 166 осуществляет так называемый прямой впрыск (также обозначаемый в настоящем описании аббревиатурой «ПВ») топлива в цилиндр 14 сгорания. Хотя представленный на фиг. 1 инжектор 166 расположен на одной из боковых сторон цилиндра 14, в альтернативном варианте осуществления он может быть расположен над поршнем, например, вблизи места расположения свечи 192 зажигания. Такое положение может способствовать улучшению смешивания и сгорания при работе двигателя на топливе на спиртовой основе в связи с более низкой летучестью некоторых топлив на спиртовой основе. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления инжектор может быть расположен сверху и вблизи впускного клапана для улучшения смешивания.

Представленный на схеме топливный инжектор 170 установлен во впускном канале 146, а не в цилиндре 14, в соответствии с конфигурацией, обеспечивающе так называемый распределенный впрыск топлива (обозначаемый далее в тексте аббревиатурой «РВТ») во впускной порт, расположенный выше по потоку от цилиндра 14. Топливный инжектор 170 может впрыскивать топливо, поступающее из топливной системы 8, пропорционально ширине импульса впрыска топлива ШИВТ-2, принимаемого от контроллера 12 через электронный драйвер 171. Следует отметить, что может быть предусмотрено использование одного и того же драйвера 168 или 171 для обеих систем впрыска топлива или использование нескольких драйверов, например, драйвера 168 для топливного инжектора 166 и драйвера 171 для топливного инжектора 170, как показано на схеме.

Топливные инжекторы 168 и 171 могут иметь разные характеристики. В число таких различий входят, например, различия в размерах; например, один из инжекторов может содержать отверстие большего размера, чем второй. В число других различий в частности, но не исключительно, входят различия в угле впрыскивания, рабочих температурах, траектории впрыска, моменте впрыска, характеристиках струи, месте расположения и т.д. Кроме того, при разных вариантах распределения впрыскиваемого топлива между инжекторами 166 и 170 могут быть получены разные результаты.

Подача топлива в цилиндр из обоих инжекторов может быть произведена в пределах одного и того же рабочего цикла цилиндра. Например, каждый из инжекторов может обеспечивать подачу некоторой части всего впрыскиваемого топлива, предназначенного для сгорания в цилиндре 14. При этом впрыск топлива из инжектора прямого впрыска и инжектора распределенного впрыска даже для одного и того же события сгорания может быть произведен в разные моменты. Кроме того, для одного и того же события сгорания в течение рабочего цикла цилиндра может быть произведено несколько впрысков подаваемого топлива. Такие несколько впрысков могут быть произведены на такте сжатия, на такте впуска или на любом соответствующем сочетании этих тактов.

Как было указано выше, на фиг. 1 представлен лишь один из цилиндров многоцилиндрового двигателя. При этом каждый из цилиндров может содержать свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, один или несколько топливных инжекторов, свечу зажигания и т.д. Следует понимать, что двигатель 10 может содержать любое соответствующее число цилиндров, в частности, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 или более цилиндров. Кроме того, каждый из таких цилиндров может содержать некоторые или все из различных компонентов, описанных и представленных на фиг. 1 в применении к цилиндру 14.

Двигатель может дополнительно содержать один или несколько каналов рециркуляции отработавших газов для рециркуляции части отработавших газов из выпускной системы двигателя во впускную систему двигателя. При этом рециркуляция некоторого количества отработавших газов может повлиять на разбавление топлива в двигателе, что может обеспечить возможность повышения к.п.д. двигателя путем сокращения детонации в двигателе, пиковых значений температуры и давления сгорания в цилиндрах, потерь на дросселирование и выбросов оксидов азота. В соответствии с описываемым вариантом осуществления отработавшие газы могут быть рециркулированы из выпускного канала 148 во впускной канал 144 через канал 141 РОГ. Контроллер 12 может регулировать объем РОГ, подаваемых во впускной канал 144 при помощи клапана 142 РОГ. Кроме того, в канале РОГ может быть предусмотрен датчик 145 РОГ, выдающий значения одной или нескольких из величин давления, температуры и концентрации отработавших газов.

Контроллер 12 на фиг. 1 показан в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 106 (МПУ), порты 108 ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере показанную в виде постоянного запоминающего устройства 110 (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 112 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 114 (ЭЗУ) и шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, среди которых можно назвать: показание массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 122 массового расхода воздуха; показание температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 116 температуры, связанного с рубашкой 118 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 120 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 140; положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; и сигнал давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 124. Сигнал скорости вращения двигателя (СВД) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал ДВК от датчика ДВК можно использовать для индикации разрежения или давления во впускном коллекторе. Среди других датчиков можно упомянуть датчики уровня топлива и датчики состава топлива, связанные с топливным баком (баками) топливной системы.

Постоянное запоминающее устройство 110 может быть запрограммировано с использованием машиночитаемых данных, представляющих инструкции, исполнимые процессором 106 для выполнения способов, описанных ниже, а также других вариантов их осуществления, предусмотренных, но конкретно не перечисленных. Контроллер 12 может принимать входящие данные от различных датчиков по виг. 1, обрабатывать входящие данные и приводить в действие различные приводы по фиг. 1 в зависимости от обработанных входящих данных в соответствии с инструкциями или кодом, запрограммированными в контроллере и сохраненными в его памяти, соответствующим одной или нескольким процедурам. Один из примеров таких процедур описан ниже со ссылками на фиг. 4.

Во время работы двигателя 10 в стандартном режиме зажигание в каждом из цилиндров, как правило, производят в каждом рабочем цикле цилиндра. Таким образом, на каждые 720 градусов угла поворота коленчатого вала (например, на каждые два полных оборота коленчатого вала) зажигание в каждом из цилиндров производят один раз. Для обеспечения сгорания в каждом из цилиндров в определенные моменты приводят в действие (например, открывают) каждый из впускных и выпускных клапанов. Кроме того, в определенные моменты производят впрыск топлива в каждый из цилиндров, а система искрового зажигания обеспечивает образование искры в каждом из цилиндров. Соответственно, искра вызывает зажигание топливно-воздушной смеси в каждом из цилиндров для обеспечения ее сгорания.

На фиг. 2 представлена блок-схема 200, иллюстрирующая способ оценки октанового числа на основе влажности окружающего воздуха и управления зажиганием с использованием предполагаемого оценочного октанового числа. Инструкции для исполнения способа 200 и остальных способов, раскрытых в настоящем описании, могут быть выполнены контроллером в соответствии с инструкциями, сохраненными в памяти контроллера, в сочетании с сигналами, получаемыми от датчиков двигательной системы, например, соответствующих датчикам, описанным выше со ссылками на фиг. 1. Контроллер может использовать приводы двигательной системы для регулирования работы двигателя в соответствии со способами, описанными ниже.

В соответствии со способом по фиг. 2 обнаружение детонации производят при помощи датчика детонации и обработки сигналов, необходимой для вычисления интенсивности детонации. В зависимости от результатов сравнения полученной таким образом интенсивности детонации с пороговым значением модуль базовой коррекции детонации устанавливает опережение или запаздывание зажигания с использованием информации о наличии/отсутствии детонации, получаемой из функции обнаружения детонации. В модуле адаптации стратегия определяет общий поправочный коэффициент (KNK_OCT_MOD), который применяют к граничному моменту зажигания. В частности, процедуру постоянной адаптации производят непрерывно, используя контур ПИ-регулирования, получающего сигналы обратной связи от датчика детонации. В этом состоит одно из отличий от известных решений, в которых информацию о влажности вводят непосредственно в кривую скорости вращения - нагрузки, на основе которой которой получают граничный момент зажигания, без преимуществ одновременного использования функции адаптации и измерений влажности. Другими словами, преимущество решения по настоящему изобретению состоит в использовании датчика детонации, датчика влажности и алгоритма адаптации для вычисления оптимального граничного момента зажигания, в то время как известные решения не имеют преимуществ совместного использования измерений влажности и адаптации детонации.

В частности, в зависимости от результатов обнаружения детонации (например, от выходного сигнала датчика детонации) может быть установлен флаг обнаружения детонации (KNK_HIGH). Такие данные обнаружения детонации вводят в модуль базовой коррекции детонации. Модуль базовой коррекции детонации также получает входящие сигналы, относящиеся к диагностике датчика детонации, пределов опережения и запаздывания зажигания, а также разблокирования. Модуль базовой коррекции детонации использует все входящие сигналы для формирования выходящего сигнала промежуточной добавки управления детонацией к моменту зажигания (Knkad_ind(x)), которую применяют до применения пределов диапазона момента зажигания. Затем к окончательному моменту зажигания (определенному, как описано ниже) применяют пределы диапазона момента зажигания, получая окончательное значение опережения зажигания для каждого цилиндра (Spk_adv).

Модуль базовой коррекции детонации также вырабатывает сигналы, используемые для определения адаптации детонации, причем в число таких сигналов входят управляемый флаг обнаружения детонации (Knk_det_flg) и сигнал счетчика детонаций по цилиндрам (knk_evctrind(x)). Модуль адаптации также получает входящий сигнал включения зажима цилиндра (Knk_sd_clamp(x)) от модуля ограничения диапазона зажигания. Используя эти входящие сигналы, модуль адаптации определяет модификатор октанового числа на детонацию (Knk_oct_mod), представляющий собой общий поправочный коэффициент, применяемый к граничному моменту зажигания. Модуль адаптации также выдает модулю базовой коррекции детонации помимо промежуточной добавки управления детонацией к моменту зажигания (Knkad_ind(x), которую также применяют к пределам диапазона зажигания) функцию окончательной добавки управления детонацией к моменту зажигания (spkad_ind(x)).

Таблица модификатора октанового числа на влажность формирует исходное значение модификатора октанового числа (OCT_mod) на основе температуры входящего воздуха (ТВВ) и влажности окружающего воздуха (влажность, %). Затем исходное значение модификатора октанового числа изменяют (при помощи множителя (X)) в соответствии с определенным адаптационным коэффициентом Knk_oct_mod и применяют к граничному моменту зажигания. Положительные значения Knk_oct_mod вызывают запаздывание граничного момента зажигания, а отрицательные значения Knk_oct_mod вызывают опережение граничного момента зажигания. Затем измененное с учетом октанового числа значение граничного момента зажигания и определенные пределы диапазона зажигания применяют для определения окончательного значения опережения зажигания для каждого из цилиндров.

Например, предположим, что при абсолютной влажности, равной 8 г/кг (что соответствует условиям калибровки двигателя) граничный момент зажигания для некоторой рабочей точки (например, при 1500 об./мин. и 8 бар) равен 10 градусам до верхней мертвой точки (ВМТ). При более высоком уровне влажности (например, 15 г/кг) граничный момент зажигания устанавливают с опережением, на 12 градусов до ВМТ. Если же нагрузка резко возрастает до 1500 об./мин. и 13 бар, граничный момент зажигания должен быть установлен с запаздыванием, на 5 градусов до ВМТ. Без входного сигнала, получаемого от датчика влажности, стратегия адаптации может быть вынуждена медленно определять коррекцию момента зажигания с использованием контура обратной связи и изменить момент зажигания с 12 на 5 градусов до ВМТ. При наличии информации, получаемой от датчика влажности, поправка прямой связи, определенная измерением влажности, обеспечивает изменение момента зажигания на 8 градусов до ВМТ, в результате чего контур обратной связи должен обеспечить только изменение с 8 на 5 градусов до ВМТ вместо полной коррекции с 12 до 5 градусов до ВМТ. На фиг. 3 представлен пример процедуры 300 для определения модификатора октанового числа топлива на основе условий работы двигателя, в том числе влажности окружающего воздуха, и коррекции управления зажиганием, в том числе граничных установок зажигания и момента зажигания, в соответствии с предполагаемым октановым числом топлива.

На этапе 302 данного способа оценивают и/или измеряют различные условия работы двигателя. В число таких условий входят, например, скорость вращения двигателя, температура, давление и объем входящего воздуха, поступающего во впускной коллектор двигателя, нагрузка на двигатель, воздушно-топливное отношение сжигаемой смеси, температура хладагента двигателя, параметры окружающей среды, в том числе температура окружающего воздуха, барометрическое давления и влажность окружающего воздуха.

При этом влажность окружающего воздуха может значительно варьироваться в зависимости от географического региона. Например, в Северной Америке наименьший уровень влажности встречается на Юго-западе и составляет приблизительно 10 гран (или 10 фунтов H₂O на фунт сухого воздуха). Напротив, на Среднем Западе США среднее значение влажности может составлять приблизительно 90 гран. Влажность влияет на октановое число топлива. Однако влияние влажности на октановое число зависит от скорости вращения двигателя и нагрузки на него. Как указано в настоящем описании, использование стратегии оценки октанового числа, в соответствии с которой октановое число топлива определяют в зависимости от топлива и в зависимости от влияния влажности на октановое число, зависящего от скорости вращения и нагрузки двигателя, обеспечивает возможность более точного вычисления предполагаемого октанового числа, что приводит к повышению эффективности управления зажиганием и крутящим моментом.

На этапе 304 данного способа получают последнюю оценку октанового числа топлива. В соответствии с одним из примеров осуществления оценка октанового числа топлива может быть произведена после последнего долива топливного бака. В соответствии с другим примером осуществления октановое число может быть оценено и сохранено в памяти контроллера в рамках последней итерации процедуры по фиг. 3.

На этапе 305 данного способа определяют модификатор октанового числа на основе температуры и влажности окружающего воздуха. Модификатор октанового числа может представлять собой добавку и/или множитель и/или переменную функцию. Более точная информация о начальных условиях адаптации и октановом числе может обеспечить увеличение скорости работы.

На этапе 306 данного способа определяют исходную оценку момента зажигания с учетом условий работы, оценки октанового числа топлива и данных прямой связи о детонации. Например, исходная оценка момента зажигания может быть определена с учетом скорости вращения и нагрузки двигателя, вероятности детонации при данных скорости вращения и нагрузке двигателя, влажности окружающего воздуха, наличия запланированной РОГ и т.д.

На этапе 308 данного способа определяют опережение момента зажигания на основе данных обратной связи о детонации. Данные обратной связи о детонации могут быть основаны на показаниях одного или нескольких датчиков детонации, датчиков внутреннего давления в цилиндрах, датчиков ионизации и т.д. В соответствии с одним из примеров осуществления коррекция исходного момента зажигания с учетом данных обратной связи о детонации включает в себя установление запаздывания исходного момента зажигания по мере усиления признаков детонации в данных обратной связи.

На этапе 310 данного способа определяют адаптацию зажигания для исходного момента зажигания относительно момента зажигания, скорректированного на детонацию. Такая адаптация может включать в себя, например, установление запаздывания зажигания в случае превышения интенсивностью детонации порогового значения. Такая адаптация может быть произведена по отдельности для индивидуальных цилиндров или совместно для всех цилиндров. На этапе 314 определенную адаптацию зажигания изменяют с помощью модификатора октанового числа, чтобы снизить воздействие влажности на октановое число, зависящее от скорости вращения и нагрузки.

На этапе 316 данного способа оценочное октановое число топлива обновляют в соответствии с модификатором октанового числа. На этапе 318 данного способа граничные установки зажигания и окончательный момент зажигания корректируют в соответствии с обновленным оценочным октановым числом топлива и скорректированной адаптацией зажигания.

В одном из примеров осуществления коррекция на изменения влажности может привести к установлению опережения зажигания, составляющего два градуса, что приводит к увеличению к.п.д. двигателя на 1-2 процента в связи с приближением момента зажигания к оптимальному моменту зажигания (ОМЗ).

На фиг. 4 и 5 представлены графики, иллюстрирующие пример действия адаптации зажигания двигателя с коррекцией октанового числа. График 400 по фиг. 4 иллюстрирует зависимость опережения граничного момента зажигания от влажности. Как показано на графике, опережение граничного момента зажигания возрастает с увеличением влажности. Например, при влажности, составляющей 55 гран на фунт, опережение граничного момента зажигания равно 0, что соответствует условиям калибровки двигателя. По мере увеличения уровня влажности опережение граничного момента зажигания возрастает, в результате чего предел граничного момента зажигания приближается к ОМЗ, что, по существу, увеличивает экономию топлива. График 500 по фиг. 5 иллюстрирует зависимость требуемого октанового числа топлива двигателя от температуры и влажности. На этом графике проведены параллельные линии постоянного требуемого октанового числа (ТОЧ), причем базовое ТОЧ для некоторого типа топлива обозначено величиной X. Для некоторого топлива, базовое ТОЧ которого равно X, повышение температуры окружающего воздуха (например, с 20°С до 30°С) при сохранении постоянной влажности приводит к увеличению требуемого октанового числа (в связи с необходимостью использования топлива с более высоким октановым числом для предотвращения детонации). Однако повышение уровня влажности окружающего воздуха может привести к охлаждению воздуха, поступающего в впускную систему, и, следовательно, к снижению ТОЧ или по меньшей мере его сохранению на уровне X. На фиг. 5 показано, как совместное измерение температуры и влажности окружающего воздуха позволяет немедленно определить требуемое октановое число топлива/входящего воздуха (из справочной таблицы, сохраненной в памяти контроллера двигателя), что обеспечивает возможность создания более быстрой и надежной системы, чем в случае определения величины X и изменения ТОЧ только с использованием только контура управления детонацией.

Таким образом, может быть обеспечена возможность усовершенствования управления зажиганием и выходным крутящим моментом двигателя даже в случае изменения влажности окружающего воздуха. Обеспечение возможности определения воздействия влажности на октановое число независимо от скорости вращения и нагрузки двигателя позволяет уменьшить вероятность ошибочного определения момента зажигания, вызванного изменениями влажности. Усовершенствование вычисления граничных установок зажигания и моментов зажигания обеспечивает возможность сокращения случаев ошибочного установления крутящего момента и детонации. Таким образом, может быть обеспечено общее повышение качества работы-двигателя.

Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти. 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, причем раскрытые действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании 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 изобретения.

Изобретение относится к области способов и систем для управления двигателем транспортного средства. Предлагаются способы и системы для усовершенствования управления зажиганием и крутящим моментом двигателя. В соответствии с одним из примеров осуществления адаптивное управление зажиганием может включать в себя использование модификатора, корректирующего предполагаемое октановое число топлива, и адаптацию зажигания на основе влажности окружающего воздуха. Способ обеспечивает возможность уменьшения влияния влажности на октановое число, зависящего от скорости вращения и нагрузки. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ работы двигателя, включающий в себя этапы, на которых:

определяют модификатор октанового числа на основе температуры входящего воздуха и влажности окружающего воздуха;

выбирают исходный момент зажигания на основе параметров работы двигателя, в число которых входит оценочное октановое число топлива;

определяют поправку к моменту зажигания на основе данных обратной связи о детонации;

корректируют поправку к моменту зажигания на основе параметров работы двигателя и модификатора октанового числа;

обновляют исходный момент зажигания в соответствии со скорректированной поправкой к моменту зажигания; и

обновляют оценочное октановое число топлива в соответствии с разницей между обновленным моментом зажигания и исходным моментом зажигания.

2. Способ по п. 1, в котором выбор производят во время первой итерации, причем способ дополнительно включает в себя этап, на котором при последующей итерации выбирают второй исходный момент зажигания на основе обновленного оценочного октанового числа топлива.

3. Способ по п. 1, в котором в число параметров работы двигателя входят один или несколько из следующих параметров: скорость вращения и нагрузка двигателя, рециркуляция отработавших газов (РОГ) и влажность окружающего воздуха.

4. Способ по п. 1, в котором выбор включает в себя этап, на котором выбирают исходный момент зажигания в соответствии с первым соотношением с параметрами работы двигателя, причем коррекция включает в себя этап, на котором корректируют поправку к моменту зажигания в соответствии со вторым соотношением с параметрами работы двигателя, причем второе соотношение отлично от первого соотношения.

5. Способ по п. 1, в котором выбор исходного момента зажигания на основе параметров работы двигателя производят с первой скоростью, при этом коррекцию поправки к моменту зажигания на основе параметров работы двигателя производят со второй скоростью, причем вторая скорость ниже первой скорости.

6. Способ по п. 1, в котором дополнительно корректируют один или несколько параметров работы двигателя на основе обновленного оценочного октанового числа топлива.

7. Способ по п. 6, в котором в число одного или нескольких параметров работы двигателя входят объем впрыска топлива и давление наддува.

8. Способ по п. 1, в котором коррекция поправки к моменту зажигания на основе параметров работы двигателя включает в себя этап, на котором определяют поправочный коэффициент в функции меньшей мере одного из следующих параметров: влажность и РОГ.

9. Способ работы двигателя, включающий в себя этапы, на которых:

формируют базовый момент зажигания и граничное значение момента зажигания на основе параметров работы двигателя, в число которых входят скорость вращения двигателя, нагрузка, РОГ и влажность, а также на основе исходного оценочного октанового числа топлива;

корректируют базовый момент зажигания и граничное значение момента зажигания на основе обнаружения наличия детонации и на основе интенсивности обнаруженной детонации;

дополнительно корректируют базовый момент зажигания и граничное значение момента зажигания с использованием поправочного коэффициента, определенного на основе параметров работы двигателя; и

обновляют исходное оценочное октановое число топлива в соответствии со скорректированным базовым моментом зажигания.

10. Способ по п. 9, в котором наличие детонации обнаруживают по выходному сигналу от одного или нескольких из следующего: датчика давления в цилиндре, датчика детонации и датчика ионизации.

11. Способ по п. 9, в котором коррекция базового момента зажигания и граничного значения момента зажигания на основе обнаружения наличия детонации и на основе интенсивности обнаруженной детонации включает в себя запаздывание момента зажигания по сравнению с базовым моментом зажигания и опережение граничного момента зажигания с приближением к оптимальному моменту зажигания (ОМЗ).

12. Способ по п. 9, в котором дополнительно во время последующей итерации генерируют базовый момент зажигания в соответствии с обновленным оценочным октановым числом топлива.

13. Способ по п. 9, в котором поправочный коэффициент определяют в функции по меньшей мере одного из следующих параметров: влажность окружающего воздуха и РОГ.

14. Способ по п. 13, в котором поправочный коэффициент уменьшается по мере увеличения влажности окружающего воздуха.

15. Способ по п. 9, в котором дополнительно корректируют один или несколько параметров работы двигателя, в число которых входят объем впрыска топлива и РОГ, в соответствии с обновленным оценочным октановым числом топлива.

16. Система транспортного средства, содержащая

двигатель;

турбонагнетатель для подачи в двигатель наддувочного заряда воздуха;

датчик влажности для оценки влажности окружающего воздуха;

датчик детонации для выявления детонации в двигателе;

топливный инжектор для подачи топлива в цилиндр двигателя; и

контроллер, содержащий машиночитаемые инструкции, сохраненные в долговременной памяти, для:

в ответ на запрос крутящего момента

формирования исходного профиля сгорания, содержащего исходный объем впрыска топлива и исходный момент зажигания, на основе скорости вращения и нагрузки двигателя, влажности окружающего воздуха, октанового числа топлива и данных прямой связи о детонации;

корректировки исходного момента зажигания с использованием поправки, определенной в соответствии с историей детонации в двигателе и на основе данных о детонации в двигателе, полученных от датчика детонации;

определения адаптации на основе разницы между исходным моментом зажигания и поправкой скорректированного момента зажигания, причем адаптацию определяют непрерывно, используя контур пропорционально-интегрального регулирования, получающего сигнал обратной связи от датчика детонации;

изменения адаптации на основе влажности окружающего воздуха, измеренной датчиком влажности;

обновления октанового числа топлива в соответствии с измененной адаптацией; и

корректировки исходного профиля сгорания в соответствии с обновленным октановым числом топлива.

17. Система по п. 16, отличающаяся тем, что изменение адаптации на основе влажности окружающего воздуха включает в себя изменение с использованием модификатора, основанного на влажности окружающего воздуха, причем модификатор содержит добавку и/или множитель.

18. Система по п. 17, отличающаяся тем, что контроллер дополнительно содержит инструкции для определения модификатора в функции влажности окружающего воздуха, причем значение модификатора падает с увеличением влажности окружающего воздуха.

19. Система по п. 16, отличающаяся тем, что корректировка исходного профиля сгорания включает в себя корректировку исходного объема впрыска топлива и исходного момента зажигания, а также корректировку граничной установки зажигания.