СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2019 года по МПК F01P7/16 F02D41/10 F02D41/14 F02D41/30 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания.

В частности, оно относится к способу управления двигателем внутреннего сгорания, согласно которому:

- в первой рабочей точке двигателя внутреннего сгорания считывают значение параметра, характеризующего указанную рабочую точку, и на его основании выводят первое заданное значение температуры охлаждающей жидкости в двигателе внутреннего сгорания и первое заданное значение обогащения воздушно-топливной смеси, подаваемой в двигатель внутреннего сгорания,

- во время перехода ко второй рабочей точке, отличной от первой рабочей точки, считывают значение указанного параметра и на его основании выводят вторые заданные значения температуры и обогащения.

Изобретение относится также к двигателю внутреннего сгорания, содержащему моторный блок, линию впуска свежего воздуха в моторный блок, снабженную вентилем регулирования расхода свежего воздуха в моторном блоке, выхлопную линию выпуска выхлопных газов из моторного блока, линию впрыска топлива в моторный блок, снабженную по меньшей мере одним инжектором впрыска топлива в моторный блок, и систему охлаждения моторного блока, снабженную термостатом.

В частности, изобретение относится к двигателям с управляемым зажиганием.

Уровень техники

Когда водитель нажимает на педаль акселератора, двигатель внутреннего сгорания меняет свою рабочую точку.

Для этого вычислительное устройство этого двигателя внутреннего сгорания вычисляет новые количества воздуха и топлива для подачи в цилиндры двигателя.

Для обеспечения нормальной работы этого двигателя необходимо не превышать определенные термомеханические пределы, такие как порог скорости вращения ведущего вала или допустимый порог температуры моторного блока.

Однако, когда двигатель внутреннего сгорания переходит от одной рабочей точки к другой в результате ускорения по команде водителя, отмечается повышение температуры выхлопных газов.

Это повышение температуры необходимо ограничивать, чтобы не допустить перегрева двигателя.

Из документа ЕР 1320669 известен способ, согласно которому температурой охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания управляют в зависимости от новой рабочей точки этого двигателя.

В частности, предусмотрено снижение температуры охлаждающей жидкости, когда двигатель работает с большой нагрузкой.

Однако температура охлаждающей жидкости двигателя не изменяется моментально при новом заданном значении температуры. Охлаждение моторного блока требует некоторого времени выжидания. Эти два явления в сочетании могут привести к временному повышению температуры моторного блока сверх допустимого порога температуры.

Раскрытие сущности изобретения

Чтобы преодолеть вышеупомянутый недостаток известного решения, настоящим изобретением предложено управлять температурой охлаждающей жидкости и количеством топлива, впрыскиваемым в цилиндры моторного блока, таким образом, чтобы ограничить температурные перепады этого моторного блока.

В частности, изобретением предложен способ управления двигателем внутреннего сгорания, охарактеризованный во вступительной части, в котором, если второе заданное значение температуры строго меньше первого заданного значения, предусмотрены следующие этапы:

a) определяют дополнительное обогащение для добавления ко второму заданному значению обогащения,

b) считывают температуру выхлопных газов, и

c) постепенно уменьшают дополнительное обогащение в зависимости от считываемой температуры выхлопных газов.

Этапы а)-с) осуществляют, если заданное значение температуры понижается, то есть если существует риск превышения допустимого порога температурой моторного блока.

Благодаря изобретению, дополнительное количество топлива, впрыскиваемое на этапе а) в цилиндры, позволяет быстро остановить повышение температуры выхлопных газов.

Следствием этого является увеличение расхода топлива. Поэтому это дополнительное обогащение постепенно уменьшают на этапе с) в течение времени, необходимого для понижения температуры охлаждающей жидкости до ее заданного значения.

Таким образом, повышение температуры моторного блока ограничивается, и расход топлива уменьшается.

Заявленный способ управления имеет также другие предпочтительные и не ограничивающие отличительные признаки:

- на этапе с) значение уменьшенного дополнительного обогащения считывают в картографии в зависимости от температуры выхлопных газов;

- на этапе с) значение уменьшенного дополнительного обогащения вычисляют при помощи регулятора в зависимости от температуры выхлопных газов;

- регулятор является пропорционально-интегрально-дифференцирующим регулятором;

- каждое заданное значение температуры охлаждающей жидкости считывают в заранее определенной картографии;

- каждое заданное значение температуры охлаждающей жидкости выбирают в первой выборке разных значений;

- первая выборка содержит не более пяти разных значений;

- первая выборка содержит три разных значения, а именно 80°C, 90°C и 100°C;

- когда температура снаружи двигателя внутреннего сгорания превышает определенный порог, каждое заданное значение температуры охлаждающей жидкости выбирают во второй выборке значений, при этом самое низкое значение этой второй выборки превышает самое низкое значение первой выборки.

Изобретением предложен также двигатель внутреннего сгорания, охарактеризованный во вступительной части, который содержит вычислительное устройство, выполненное с возможностью осуществления заявленного способа и управления указанным вентилем регулирования, каждым инжектором и указанным термостатом в соответствии с заданными значениями температуры охлаждающей жидкости и обогащения и с учетом указанного дополнительного обогащения.

Краткое описание чертежей

Изобретение и его осуществление будет более очевидно из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи, представленные в качестве неограничивающих примеров.

На фиг. 1 схематично показан заявленный двигатель внутреннего сгорания;

на фиг. 2 представлена блок-схема этапов способа, осуществляемых для управления двигателем внутреннего сгорания, показанным на фиг. 1.

В описании термины «вход» и «выход» будут использоваться в соответствии с направлением потока газов от точки отбора свежего воздуха из окружающей среды до выхода выхлопных газов в окружающую среду.

На фиг. 1 схематично показан двигатель 1 внутреннего сгорания автотранспортного средства, который содержит моторный блок 10, включающий в себя коленчатый вал и четыре поршня (не показаны), установленные в четырех цилиндрах.

Этот двигатель является двигателем с управляемым зажиганием. Он может быть также двигателем с зажиганием от сжатия.

На входе цилиндров 11 двигатель 1 внутреннего сгорания содержит впускную линию 20, которая отбирает свежий воздух из окружающей среды и которая сообщается с воздушным распределителем 25, выполненным с возможностью распределения свежего воздуха в каждый из четырех цилиндров 11 моторного блока 10. Эта впускная линия 20 содержит в направлении потока свежего воздуха воздушный фильтр 21, который фильтрует свежий воздух, отбираемый из окружающей среды, компрессор 22, который сжимает свежий воздух, отфильтрованный воздушным фильтром 21, главный охладитель 23 воздуха, который охлаждает этот сжатый свежий воздух, и вентиль 24 регулирования расхода свежего воздуха Qair, проходящего в воздушный распределитель 25, называемый в дальнейшем «впускным вентилем 24».

На выходе цилиндров 11 двигатель 1 внутреннего сгорания содержит выхлопную линию 30, которая проходит от выхлопного коллектора 31, в который проходят газы, сгоревшие до этого в цилиндрах 11, до глушителя 37, обеспечивающего расширение выхлопных газов перед их удалением в атмосферу. Кроме того, в направлении потока выхлопных газов она содержит турбину 32 и каталитическую камеру 33 обработки выхлопных газов.

Турбина 32 приводится во вращение потоком выхлопных газов, выходящим из выхлопного коллектора 31, и обеспечивает приведение во вращение компрессора 22 при помощи средств механического соединения, таких как простой трансмиссионный вал.

Кроме того, двигатель 1 внутреннего сгорания содержит линию 50 впрыска топлива в цилиндры 11. Эта линия 50 впрыска содержит топливный насос 52, выполненный с возможностью отбора топлива из бака 51 для его подачи под давлением в распределительную рампу 53. Эта линия 50 впрыска содержит четыре инжектора 54, входы которых сообщаются с распределительной рампой 53 и выходы которых выходят соответственно в четыре цилиндра 11.

Двигатель 1 внутреннего сгорания содержит также систему 40 охлаждения моторного блока 10, которая обеспечивает, в частности, циркуляцию охлаждающей жидкости вокруг четырех цилиндров 11. Эта система 40 охлаждения содержит по меньшей мере один термостат 41, который задает значение температуры охлаждающей жидкости, теплообменник 42 для теплообмена между окружающим воздухом и охлаждающей жидкостью, обычно называемый радиатором 42, и насос 43, который обеспечивает принудительную циркуляцию охлаждающей жидкости в системе 40 охлаждения.

Что касается прохождения текучих сред после запуска двигателя, свежий воздух, отбираемый из окружающей среды через линию 20 впуска, фильтруется воздушным фильтром 21, сжимается компрессором 22, охлаждается главным воздушным охладителем 23, затем сгорает вместе с впрыскиваемым топливом в цилиндрах 11.

Насос 43 обеспечивает непрерывную циркуляцию охлаждающей жидкости в системе 40 охлаждения. Эта жидкость охлаждается за счет теплообмена в радиаторе 42 до температуры, задаваемой термостатом 41, в соответствии с заданным значением CTI температуры охлаждающей жидкости.

После выхода из цилиндров 11 выхлопные газы расширяются в турбине 32, обрабатываются и фильтруются в каталитической камере 33, затем опять расширяются в глушителе 37, после чего выбрасываются в атмосферу.

Для управления различными органами двигателя 1 внутреннего сгорания и, в частности, четырьмя инжекторами 54, термостатом 41, а также впускным вентилем 24 предусмотрено вычислительное устройство 100, содержащее процессор (CPU), оперативную память (RAM), постоянную память (ROM), аналого-цифровые преобразователи (A/D) и различные входные и выходные интерфейсы.

Благодаря своим входным интерфейсам, вычислительное устройство 100 может принимать от различных датчиков входные сигналы, относящиеся к работе двигателя и к климатическим условиям.

В своей оперативной памяти вычислительное устройство 100 непрерывно сохраняет следующие данные:

- моментальную нагрузку C двигателя 1 внутреннего сгорания,

- моментальный режим R двигателя 1 внутреннего сгорания,

- температуру Ta окружающей среды, то есть температуру снаружи транспортного средства,

- температуру Tgb выхлопных газов, то есть в данном случае температуру внутри выхлопного коллектора 31.

Температуру Ta окружающей среды измеряют при помощи температурного датчика, находящегося на входе впускной линии 20 после воздушного фильтра 21.

Температуру Tgb выхлопных газов либо измеряют при помощи температурного датчика, либо вычисляют, например, посредством аппроксимации через показатель состояния, основанный на нагрузке C, режиме R и температуре Tа окружающей среды.

Нагрузка C соответствует отношению работы, производимой двигателем, к максимальной работе, которую мог бы производить этот двигатель на данном режиме. Как правило, ее аппроксимацию осуществляют при помощи переменной, называемой фактическим средним давлением РМЕ.

Режим R соответствует скорости вращения коленчатого вала, выраженной в оборотах в минуту.

В данном случае рабочую точку двигателя определяют по паре значений нагрузки C и режима R.

В варианте рабочую точку двигателя можно определять в зависимости от дополнительных параметров (например, в зависимости от температуры свежих газов) или в зависимости от других параметров (например, в зависимости от обогащения и от расхода свежего воздуха Qair, проходящего через впускной вентиль 24).

Благодаря программе и картографии (заранее определенной на испытательном стенде), хранящимся в постоянной памяти, вычислительное устройство 100 может генерировать выходные сигналы для каждой рабочей точки двигателя.

Этими выходными сигналами являются, в частности, заданное значение CTI температуры охлаждающей жидкости и заданное значение Cr обогащения топливом, впрыскиваемым в двигатель.

Наконец, благодаря своим выходным интерфейсам, вычислительное устройство 100 может передавать эти выходные сигналы в различные органы двигателя, в частности, во впускной вентиль 24, в инжекторы 54 и в термостат 41.

Как показано на фиг. 2, чтобы стабилизировать двигатель автотранспортного средства в первой рабочей точке (этап Е1) после его запуска, вычислительное устройство 100 вычисляет первые заданные значения температуры охлаждающей жидкости СТI1 и обогащения Cr1 (этап Е2).

Эти заданные значения в сочетании с двумя параметрами режима R и крутящего момента C, характеризующими первую рабочую точку, позволяют управлять термостатом 41, впускным вентилем 24 и инжекторами 54.

Действительно, термостатом 41 управляют таким образом, чтобы стабилизировать температуру проходящей через него охлаждающей жидкости в заданном значении СТI1 (этап Е3).

На практике это заданное значение СТI1 будет иметь значение, выбранное в первой выборке из трех заранее определенных разных значений (а именно 80°C, 90°C и 100°C).

Однако, если окружающая температура Ta превышает пороговую температуру (в данном случае 40°C), заданное значение выбирают во второй, ограниченной выборке (в данном случае содержащей только два значения 90°C и 100°C) таким образом, чтобы оно оставалось достижимым, учитывая климатические условия и характеристики радиатора 42.

В данном случае рассмотрим случай, когда первое заданное значение CTI1 температуры охлаждающей жидкости равно 100°C.

При этом инжекторами 54 и впускным вентилем 24 управляют таким образом, чтобы коленчатый вал вращался в режиме R и производил крутящий момент, соответствующий необходимой нагрузке С. Соотношение впускаемого свежего воздуха и топлива, впрыскиваемого в цилиндры 11, предусматривают таким образом, чтобы оно было равно фиксированному первому заданному значению обогащения Cr1.

Вычислительное устройство 100 обнаруживает воздействие водителя на педаль акселератора (этап Е4).

Пока водитель не действует на педаль акселератора, заданные значения управления сохраняются.

Если же водитель нажимает на педаль акселератора, достигаемая рабочая точка меняется, и вычислительное устройство 100 вычисляет новые выходные сигналы.

Рассмотрим случай, когда водитель принимает решение об ускорении до второй рабочей точки. В этом случае инжекторами 54 управляют таким образом, чтобы впрыскивать большее количество топлива в цилиндры 11. Параллельно впускной вентиль 24 получает команду на увеличение расхода воздуха Qair, подаваемого в эти цилиндры 11.

Для достижения этой второй рабочей точки вычислительное устройство 100 определяет второе заданное значение Cr2 обогащения и второе заданное значение CTI2 температуры охлаждающей жидкости (этап Е5) и подает соответствующую команду на инжекторы 54, термостат 41 и впускной вентиль 24 (этап Е6).

На этом этапе Е6 изменение рабочей точки может привести к повышению температуры Tgb выхлопных газов в выхлопном коллекторе 31 сверх допустимого порога температуры Tseuil. Для ограничения этого повышения температуры второе заданное значение CTI2 температуры охлаждающей жидкости можно выбрать меньшим первого заданного значения СТI1 температуры охлаждающей жидкости. Например, его можно выбрать равным 90°C.

Понятно, что температура охлаждающей жидкости не упадет резко, а будет понижаться постепенно с учетом характеристик радиатора 42.

В ожидании пока температура охлаждающей жидкости достигнет своего заданного значения, чтобы ограничить повышение температуры Tgb выхлопных газов, настоящим изобретением предложено обогащать смесь, впрыскиваемую в цилиндры 11, за счет впрыска дополнительного количества Δr топлива в цилиндры 11.

Таким образом, согласно предпочтительному отличительному признаку изобретения, предусмотрены следующие этапы:

- определение дополнительного обогащения Δr для добавления ко второму заданному значению обогащения Cr2,

- считывание температуры Tgb выхлопных газов, и

- постепенное уменьшение дополнительного обогащения Δr в зависимости от считываемой температуры Tgb выхлопных газов.

В частности, как показано на фиг. 2, вычислительное устройство 100 определяет, является ли второе заданное значение CTI2 температуры охлаждающей жидкости ниже первого заданного значения CTI1 температуры охлаждающей жидкости (этап Е7). Если это не так (то есть заданное значение CTI температуры охлаждающей жидкости не меняется или увеличивается), органами двигателя управляют по второму заданному значению обогащения Cr2 в соответствии с этапом Е6.

Если же, наоборот, второе заданное значение CTI2 температуры охлаждающей жидкости меньше первого заданного значения CTI1 температуры охлаждающей жидкости, вычислительное устройство 100 определяет дополнительное обогащение Δr топливом для впрыска в цилиндры 11 двигателя (этап Е8).

Это дополнительное обогащение Δr можно считать в картографии вычислительного устройство или можно вычислить (что будет описано ниже).

Затем вычислительное устройство 100 определяет, является ли нулевым дополнительное обогащение Δr топливом, определенное на этапе Е8 (этап Е9).

Если дополнительное обогащение Δr топливом, определенное на этапе Е8, является нулевым, управление органами двигателя продолжается по вторым заданным значениями температуры CTI2 и обогащения Cr2.

Если дополнительное обогащение Δr топливом, определенное на этапе Е8, не является нулевым, вычислительное устройство 100 управляет инжекторами 54 и впускным вентилем 24 таким образом, чтобы обогащение впрыскиваемой смеси была равно заданному значению обогащения Cr, эквивалентному сумме второго заданного значения Cr2 обогащения и дополнительного обогащения Δr (этап Е10).

После этого вычислительное устройство 100 считывает температуру Tgb выхлопных газов (этап E11).

Затем вычислительное устройство 100 определяет, является ли температура Tgb выхлопных газов ниже или равна фиксированному порогу Tseuil температуры (этап Е12).

Пока температура Tgb выхлопных газов остается выше этого температурного порога Tseuil (что означает, что существует риск перегрева двигателя), обогащение Cr впрыскиваемой смеси остается равным сумме второго заданного значения Cr2 обогащения и первоначального дополнительного обогащения Δr.

Напротив, как только температура выхлопных газов снижается и становится ниже порога Tseuil температуры (что означает, что начинает сказываться снижение температуры охлаждающей жидкости), можно ограничить расход топлива посредством уменьшения значения дополнительного обогащения Δr.

Для этого вычислительное устройство 100 возвращается на этап Е8 и опять вычисляет дополнительное обогащение Δr.

Это новое дополнительное обогащение Δr можно выбрать равным первоначальному дополнительному обогащению Δr, из которого вычитают фиксированное значение.

В противном случае его можно определить из картографии в зависимости от температуры Tgb выхлопных газов (и, возможно, также от нагрузки C и от режима R).

Его можно также вычислить при помощи пропорционально-интегрально-дифференцирующего регулятора ПИД, константы которого определяют заранее на испытательном стенде.

После этого вычислительное устройство опять осуществляет этапы Е9-Е12, пока это дополнительное обогащение Δr не станет нулевым (случай, когда для охлаждения двигателя достаточно системы охлаждения, чтобы его температура не превышала допустимое значение).

Когда водитель опять действует на педаль акселератора, он прерывает вышеупомянутый процесс, и двигатель достигает новой рабочей точки (этап Е13). В этом случае вычислительное устройство 100 возвращается на этап Е5 способа.

Способ завершается при выключении двигателя 1 внутреннего сгорания.

Это изобретение не ограничивается описанным и представленным вариантом осуществления, и специалист может предусматривать любую его версию.

Так, заданное значение CTI температуры охлаждающей жидкости можно выбирать в первой выборке, содержащей более трех значений (например, содержащей значения 80°C, 85°C, 90°C, 95°C и 100°C).

Согласно другой версии, на этапе Е7 можно предусмотреть, чтобы вычислительное устройство 100 сравнивало новое заданное значение CTI2 температуры охлаждающей жидкости не со старым заданным значением СТI1 температуры охлаждающей жидкости, а с измеряемой температурой охлаждающей жидкости.

Изобретение может быть использовано в системах управления для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложен способ управления ДВС (1), во время которого: считывают значение параметра (R; С), характеризующего первую рабочую точку, и на его основании выводят первое заданное значение (СТI1) температуры охлаждающей жидкости и первое заданное значение (Cr1) обогащения воздушно-топливной смеси, подаваемой в двигатель. Если во время перехода ко второй рабочей точке второе заданное значение температуры меньше первого заданного значения, предусмотрены этапы: а) определения дополнительного обогащения (Δr) для добавления ко второму заданному значению обогащения, b) считывания температуры (Tgb) выхлопных газов и с) постепенного уменьшения дополнительного обогащения в зависимости от считываемой температуры выхлопных газов. Изобретение позволяет ограничить повышение температуры моторного блока двигателя при уменьшенном расходе топлива. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ управления двигателем (1) внутреннего сгорания, согласно которому:

- в первой рабочей точке двигателя (1) внутреннего сгорания считывают значение параметра (R; С), характеризующего указанную рабочую точку, и на его основании выводят первое заданное значение (CTI1) температуры охлаждающей жидкости в двигателе (1) внутреннего сгорания и первое заданное значение (Cr1) обогащения воздушно-топливной смеси, подаваемой в двигатель (1) внутреннего сгорания,

- во время перехода ко второй рабочей точке, отличной от первой рабочей точки, считывают значение указанного параметра (R; С) и на его основании выводят вторые заданные значения температуры (CTI2) и обогащения (Cr2),

отличающийся тем, что, если второе заданное значение температуры (CTI2) строго меньше первого заданного значения (CTI1), предусмотрены этапы:

a) определения дополнительного обогащения (Δr) для добавления ко второму заданному значению обогащения (Cr2),

b) считывания температуры (Tgb) выхлопных газов, и

c) постепенного уменьшения дополнительного обогащения (Δr) в зависимости от считываемой температуры (Tgb) выхлопных газов.

2. Способ управления по п. 1, в котором на этапе с) значение уменьшенного дополнительного обогащения (Δr) считывают в картографии в зависимости от температуры (Tgb) выхлопных газов.

3. Способ управления по п. 1, в котором на этапе с) значение уменьшенного дополнительного обогащения (Δr) вычисляют при помощи регулятора в зависимости от температуры (Tgb) выхлопных газов.

4. Способ управления по п. 3, в котором регулятор является пропорционально-интегрально-дифференцирующим регулятором (ПИД).

5. Способ управления по одному из пп. 1-4, в котором каждое заданное значение (CTI1; CTI2) температуры охлаждающей жидкости считывают в заранее определенной картографии.

6. Способ управления по одному из пп. 1-5, в котором каждое заданное значение (CTI1; CTI2) температуры охлаждающей жидкости выбирают в первой выборке разных значений.

7. Способ управления по п. 6, в котором первая выборка содержит не более пяти разных значений.

8. Способ управления по п. 7, в котором первая выборка содержит три разных значения, а именно 80°C, 90°C и 100°C.

9. Способ управления по одному из пп. 6-8, в котором, когда температура Ta окружающей среды превышает определенный порог, каждое заданное значение (CTI1; CTI2) температуры охлаждающей жидкости выбирают во второй выборке значений, при этом самое низкое значение этой второй выборки превышает самое низкое значение первой выборки.

10. Двигатель (1) внутреннего сгорания, содержащий моторный блок (10), линию (20) впуска свежего воздуха в моторный блок (10), снабженную вентилем (24) регулирования расхода свежего воздуха в моторном блоке (10), выхлопную линию (30) выпуска выхлопных газов из моторного блока (10), линию (50) впрыска топлива в моторный блок (10), снабженную по меньшей мере одним инжектором (54) впрыска топлива в моторный блок (10), систему (40) охлаждения моторного блока (10), снабженную термостатом (41), отличающийся тем, что содержит вычислительное устройство (100), выполненное с возможностью осуществления способа управления по одному из пп. 1-9 и с возможностью управления указанным вентилем (24) регулирования, каждым инжектором (54) и указанным термостатом (41) в соответствии с заданными значениями температуры охлаждающей жидкости (CTI2) и обогащения (Cr2) и с учетом указанного дополнительного обогащения (Δr).