СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ УХУДШЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ДАТЧИКА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2019 года по МПК F01N11/00 F02D41/14 G01M15/10 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящая заявка относится к способам для выявления ухудшения характеристик датчика выхлопных газов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Датчик выхлопных газов может быть расположен в системе выпуска транспортного средства, чтобы выявлять отношение количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов, выходящих из двигателя внутреннего сгорания транспортного средства. Показания датчика выхлопных газов могут использоваться для управления работой двигателя внутреннего сгорания, чтобы приводить в движение транспортное средство. Более точно, величины впрыска топлива в цилиндры могут настраиваться в ответ на выявленное отношение количества воздуха к количеству топлива. Ухудшение характеристик датчика выхлопных газов может давать в результате повышенные выбросы и/или пониженные возможности вождения транспортного средства. Соответственно, точное определение ухудшения характеристик датчика, особенно до передачи транспортного средства для дорожной эксплуатации, может обеспечивать улучшенную работу двигателя.

Изобретатели в материалах настоящей заявки осознали вышеприведенные проблемы и идентифицировали подходы для по меньшей мере частичного принятия мер в ответ на проблемы. В одном из примеров, способ содержит категоризацию каждой соответственной концентрации множества составляющих выхлопных газов, измеряемых газоанализатором, на одни из окислителей и восстановителей, причем газоанализатор принимает поток выхлопных газов из двигателя. Способ также включает в себя определение отношения количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов на основании категоризированных концентраций и проверку достоверности выходного сигнала с датчика выхлопных газов, принимающего поток выхлопных газов из двигателя, на основании определенного отношения количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов.

Например, контроллер двигателя в транспортном средстве на испытательном стенде и газоанализатор каждый может отдельно поддерживать связь с контроллером проверки достоверности. Газоанализатор может измерять концентрацию отдельных составляющих выбросов на выхлопной трубе, выходящих из транспортного средства, и передавать данные отдельных концентраций составляющих в контроллер проверки достоверности. Эти отдельные концентрации могут категоризироваться на одни из окислителей или восстановителей, и первое отношение количества воздуха к количеству топлива может определяться контроллером проверки достоверности на основании категоризированных составляющих. Это первое отношение количества воздуха к количеству топлива затем может сравниваться с выходным сигналом (например, отношением количества воздуха к количеству топлива) датчика выхлопных газов, подвергнутого воздействию выхлопных газов в системе выпуска транспортного средства. Сравнение может производиться, так чтобы первое отношение количества воздуха к количеству топлива и выходной сигнал датчика выхлопных газов были синхронизированы по времени, а потому, имели отношение к одной и той же порции выхлопных газов. Ухудшение характеристик датчика выхлопных газов может подтверждаться, если разность выявлена между двумя отношениями количества воздуха к количеству топлива.

Таким образом, датчик выхлопных газов с ухудшенными характеристиками может выявляться до направления транспортного средства в эксплуатацию на дороге. Посредством определения отдельных концентраций множества газовых составляющих газоанализатором, может рассчитываться более точное отношение количества воздуха к количеству топлива, предоставляя возможность более надежного определения ухудшения характеристик датчика выхлопных газов.

Согласно одному аспекту изобретения предложен способ выявления ухудшения характеристик датчика выхлопных газов двигателя, содержащий этапы, на которых:

категоризируют каждую соответственную концентрацию множества составляющих выхлопных газов, измеряемых газоанализатором, на одно из окислителей или восстановителей, причем газоанализатор принимает поток выхлопных газов из двигателя;

определяют отношение количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов на основании категоризированных концентраций; и

подтверждают достоверность выходного сигнала с датчика выхлопных газов, принимающего поток выхлопных газов из двигателя, на основании упомянутого определенного отношения количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов.

Согласно одному варианту осуществления способа газоанализатор расположен удаленно от транспортного средства, в котором установлены двигатель и датчик выхлопных газов.

Согласно другому варианту осуществления способа категоризация каждой соответственной концентрации множества составляющих выхлопных газов, измеряемых газоанализатором, содержит этап, на котором категоризируют каждую из концентрации кислорода, концентрации углеводородов, концентрации оксида углерода, концентрации оксида азота, концентрации водорода и концентрации аммиака на одно из окислителей или восстановителей.

Согласно другому варианту осуществления способа определение отношения количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов на основании категоризированных концентраций содержит этап, на котором определяют отношение количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов на основании категоризированных концентраций, и дополнительно, на основании условий эксплуатации двигателя.

Согласно другому варианту осуществления способа условия эксплуатации двигателя включают в себя число оборотов двигателя, нагрузку двигателя и массовый расход выхлопных газов.

Согласно другому варианту осуществления способа каждое из выходного сигнала с датчика выхлопных газов и измерения числа оборотов двигателя, нагрузки двигателя и массового расхода выхлопных газов принимается из контроллера двигателя.

Согласно другому варианту осуществления способа проверка достоверности выходного сигнала с датчика выхлопных газов на основании определенного отношения количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов дополнительно содержит этапы, на которых сравнивают второе отношение количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов, определенное по выходному сигналу с датчика выхлопных газов, с упомянутым определенным отношением количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов, и, если второе отношение количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов отличается от упомянутого определенного отношения количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов на большую, чем пороговая, величину, указывают ухудшение характеристик датчика выхлопных газов.

Согласно другому аспекту изобретения предложена система двигателя, содержащая:

двигатель, присоединенный к системе выпуска;

датчик выхлопных газов, расположенный в системе выпуска;

контроллер двигателя для приема выходного сигнала с датчика выхлопных газов;

газоанализатор, принимающий поток выхлопных газов из системы выпуска; и

контроллер проверки достоверности, функционально соединенный с газоанализатором и контроллером двигателя, и включающий в себя инструкции для:

категоризации каждой из множества концентраций составляющих выхлопных газов, измеренных газоанализатором, на группу окислителей и группу восстановителей;

определения первого отношения количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов на основании категоризированных концентраций составляющих выхлопных газов;

сравнения первого отношения количества воздуха к количеству топлива со вторым отношением количества воздуха к количеству топлива, принятым из контроллера двигателя, причем второе отношение количества воздуха к количеству топлива определено контроллером двигателя по выходному сигналу с датчика выхлопных газов; и

если первое отношение количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов отличается от второго отношения количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов на большую, чем пороговая, величину, указания ухудшения характеристик датчика выхлопных газов.

Согласно одному варианту осуществления система дополнительно содержит транспортное средство, в котором установлены каждое из двигателя, системы выпуска, датчика выхлопных газов и контроллера двигателя, и при этом, газоанализатор и контроллер проверки достоверности расположены удаленно от транспортного средства.

Согласно другому варианту осуществления системы контроллер проверки достоверности включает в себя дополнительные инструкции для определения первого отношения количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов с временной задержкой от того, когда определено второе отношение количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов, причем временная задержка основана на измерении массового расхода выхлопных газов, принятого из контроллера двигателя.

Согласно другому варианту осуществления системы контроллер проверки достоверности включает в себя дополнительные инструкции, чтобы давать команду контроллеру двигателя эксплуатировать двигатель на заданном отношении количества воздуха к количеству топлива до того, как определено второе отношение количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов.

Согласно другому варианту осуществления системы группа восстановителей включает в себя четыре или меньше составляющих выхлопных газов.

Согласно другому варианту осуществления системы группа восстановителей включает в себя одно или более из углеводородов, оксида углерода, водорода и аммиака.

Согласно другому варианту осуществления системы группа окислителей включает в себя две или меньше составляющих выхлопных газов.

Согласно другому варианту осуществления системы группа окислителей включает в себя одно или более из кислорода и оксида азота.

Согласно другому аспекту изобретения предложен способ выявления ухудшения характеристик датчика выхлопных газов двигателя, содержащий этапы, на которых:

отправляют команду в контроллер двигателя, чтобы эксплуатировать двигатель на заданном отношении количества воздуха к количеству топлива;

принимают, из контроллера двигателя, первое отношение количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов, определенное на основании выходного сигнала с датчика выхлопных газов, принимающего выхлопные газы из двигателя;

определяют второе отношение количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов на основании выходного сигнала из газоанализатора, принимающего выхлопные газы из двигателя, причем выходной сигнал из газоанализатора включает в себя множество концентраций составляющих выхлопных газов, категоризированных либо на группу восстановителей либо на группу окислителей, второе отношение количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов определяется с временной задержкой от того, когда определено первое отношение количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов; и

указывают ухудшение характеристик датчика выхлопных газов на основании первого отношения количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов и второго отношения количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов.

Согласно одному варианту осуществления способа указание ухудшения характеристик датчика выхлопных газов содержит этап, на котором, если первое отношение количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов отличается от второго отношения количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов на большую, чем пороговая, величину, указывают, что характеристики датчика выхлопных газов ухудшены.

Согласно другому варианту осуществления способ дополнительно содержит этап, на котором, если первое отношение количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов отличается от второго отношения количества воздуха к количеству топлива на большую, чем пороговая, величину, но меньшую, чем вторая пороговая, величину, отправляют команду контроллеру двигателя настраивать величину и/или временные характеристики впрыска топлива на основании указанного ухудшения характеристик датчика.

Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего Подробного описания, когда воспринимается в одиночку или в связи с прилагаемыми чертежами.

Должно быть понятно, что сущность изобретения, приведенная выше, предоставлена для знакомства с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный объект изобретения не ограничен реализациями, которые кладут конец каким-нибудь недостаткам, отмеченным выше или в любой части этого раскрытия.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 схематически показывает примерную систему транспортного средства.

Фиг. 2 иллюстрирует схематическую диагностическую установку для примерной системы транспортного средства по фиг. 1.

Фиг. 3 - блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая примерный способ для контроллера двигателя согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.

Фиг. 4 - блок-схема последовательности операций способа, изображающая примерный способ для контроллера проверки достоверности согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Датчики выхлопных газов могут быть обеспечены в выпускном канале транспортного средства, таком как показанный на фиг. 1 и 2, чтобы определять отношение количества воздуха к количеству топлива в выхлопных газах, выходящих из двигателя. До эксплуатации транспортного средства на дороге, датчики выхлопных газов могут диагностироваться на ухудшение характеристик посредством оценки их эксплуатационных качеств на испытательном стенде. На нем, двигатель может эксплуатироваться на конкретном отношении количества воздуха к количеству топлива, и отношение количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов может определяться по выходному сигналу датчика выхлопных газов контроллером двигателя (фиг. 3). По мере того, как двигатель продолжает работать на конкретном отношении количества воздуха к количеству топлива, выбросы из выхлопной трубы могут подаваться в газоанализатор, который присоединен к контроллеру проверки достоверности. Концентрации составляющих соединений выбросов, таких как кислород (O₂), водород (H₂), оксид углерода (CO), углеводороды (HC), оксид азота (NO) и аммиак (NH₃), могут измеряться газоанализатором и передаваться в контроллер проверки достоверности. Второе отношение количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов может определяться контроллером проверки достоверности посредством категоризации соединений на восстановители и окислители. Посредством сравнения отношения количества воздуха к количеству топлива, определенного контроллером проверки достоверности на основании концентраций составляющих, с отношением количества воздуха к количеству топлива, определенным по выходному сигналу датчика выхлопных газов, может выявляться ухудшение характеристик датчика выхлопных газов (фиг. 4).

Фиг. 1 показывает схематическое изображение системы 6 транспортного средства. Система 6 транспортного средства включает в себя двигатель 10, имеющий множество цилиндров 30. Двигатель 10 включает в себя впуск 23 и выпуск 25. Впуск 23 включает в себя дроссель 62, соединенный с возможностью гидравлического сообщения с впускным коллектором 44 двигателя через впускной канал 42. Выпуск 25 включает в себя выпускной коллектор 48, ведущий в выпускной канал 35, который направляет выхлопные газы в атмосферу. Выпуск 25 может включать в себя одно или более устройств 70 снижения токсичности выбросов, которые могут быть установлены в плотно соединенном положении в выпускном устройстве. Одно или более устройств снижения токсичности выбросов могут включать в себя трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, уловитель обедненных NOx, дизельный или бензиновый сажевый фильтр, окислительный каталитический нейтрализатор, и т.д. Может быть принято во внимание, что другие компоненты могут быть включены в двигатель, такие как многообразие клапанов и датчиков.

Двигатель 10 может принимать топливо из топливной системы (не показана), включающей в себя топливный бак и один или более насосов для повышения давления топлива, подаваемого в форсунки 66 двигателя 10. Несмотря на то, что показана одиночная форсунка 66, дополнительные форсунки предусмотрены для каждого цилиндра. Может быть принято во внимание, что топливная система может быть безвозвратной топливной системой, возвратной топливной системой или различными другими типами топливной системы. Топливный бак может удерживать множество топливных смесей, в том числе, топливо с диапазоном концентраций спиртов, таким как различные бензинэтаноловые смеси, включающие в себя E10, E85, бензин, и т.д., и их комбинации.

Система 6 транспортного средства дополнительно может включать в себя систему 14 управления. Система 14 управления показана принимающей информацию с множества датчиков 16 (различные примеры которых описаны в материалах настоящей заявки) и отправляющей сигналы управления на множество исполнительных механизмов 81 (различные примеры которых описаны в материалах настоящей заявки). В качестве одного из примеров, датчики 16 могут включать в себя датчик 126 выхлопных газов (такой как линейный датчик UEGO), расположенный выше по потоку от устройства снижения токсичности выбросов, датчик 128 температуры, и расположенный ниже по потоку датчик 129 выхлопных газов (такой как двоичный датчик HEGO). Другие датчики, такие как датчики давления, температуры и состава, могут быть присоединены к различным местоположениям в системе 6 транспортного средства, как подробнее обсуждено в материалах настоящей заявки. Оценка потока воздуха в коллекторе (MAF) может получаться с датчика 125 MAF, присоединенного к впускному коллектору 44 и поддерживающего связь с контроллером 12. В качестве альтернативы, MAF может логически выводиться из альтернативных условий эксплуатации двигателя, таких как массовый расход воздуха (MAP) в качестве измеренного датчиком 124 MAP, присоединенным к впускному коллектору 44.

В одном из примеров, исполнительный механизм может включать в себя «дисплей сообщений на приборной панели», включающий в себя операционный дисплей 82, где, в ответ на указание ухудшения характеристик датчика выхлопных газов, сообщение может выводиться водителю транспортного средства, например, указывающее необходимость заменить датчик. В качестве еще одного примера, исполнительные механизмы могут включать в себя топливную форсунку 66 и дроссель 62. Система 14 управления может включать в себя контроллер 12 двигателя. Контроллер может принимать входные данные с различных датчиков, обрабатывать входные данные и приводить в действие исполнительные механизмы в ответ на обработанные входные данные, на основании команд или управляющей программы, запрограммированных в нем, соответствующих одной или более процедур. Примерные процедуры управления описаны в материалах настоящей заявки со ссылкой на фиг. 3-4.

Датчики 126 и 129 выхлопных газов могут диагностироваться на ухудшение характеристик посредством испытания системы транспортного средства по фиг. 1 на стенде, как изображено на фиг. 2 Транспортное средство 200 изображено на фиг. 2 и включает в себя кузов 203 транспортного средства с передней частью, помеченной «ПЕРЕД», и задней частью, помеченной «ЗАД». Транспортное средство 100 может включать в себя множество колес 53. Двигатель 10 показан с множество цилиндров 30, причем, каждый цилиндр снабжается топливом посредством топливной форсунки 66. По существу, компоненты транспортного средства и двигателя, представленные ранее на фиг. 1, пронумерованы подобным образом на фиг. 2 и повторно не представлены.

Газоанализатор 20 может принимать выхлопные газы из транспортного средства 200 с помощью зонда (не показан). Газоанализатор 20 может быть инфракрасным газоанализатором, в котором составляющие газы в образце выхлопных газов определяются на основании поглощения ими определенной длины волны в испускаемом инфракрасном излучении. Газоанализатор может измерять концентрации диапазона соединений, в том числе, в некоторых примерах, 4 соединения, 5 соединений или более. Эти соединения могли бы включать в себя одно или более из H₂, CO, NO, HC, NH₃ и O_2. Посредством использования газоанализатора для измерения концентраций отдельных соединений, может быть возможным более точное и достоверное определение отношения количества воздуха к количеству топлива.

Газоанализатор 20 проиллюстрирован в качестве расположенного удаленно от транспортного средства 200 и принимающего выбросы на выхлопной трубе (например, из конца выхлопной трубы), которые могут быть представляющими выбросы, которые вышли из устройства 70 снижения токсичности выбросов. Этой установкой может контролироваться устойчивость датчика 129 выхлопных газов. В еще одном примере, газоанализатор может принимать выхлопные газы из отвода до устройства снижения токсичности выбросов. В материалах настоящей заявки, выхлопные газы из выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности выбросов могут анализироваться и использоваться для диагностирования датчика 126 выхлопных газов, расположенного выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности выбросов.

Как изображено на фиг. 2, газоанализатор 20 может быть присоединен к контроллеру 36 проверки достоверности. Контроллер 36 проверки достоверности может быть расположен удаленно от транспортного средства 200. В одном из примеров, контроллер 36 проверки достоверности может быть компьютером, включающим в себя процессор, выполненный с возможностью принимать и обрабатывать входные данные и выполнять постоянные команды, хранимые в его памяти. Контроллер 36 проверки достоверности также может поддерживать связь с и принимать данные из контроллера 12 двигателя. Таким образом, контроллер 36 проверки достоверности оперативно присоединен к контроллеру 12 двигателя и газоанализатору 20.

Таким образом, контроллер 36 проверки достоверности может давать команду контроллеру 12 двигателя эксплуатировать двигатель 10 на заданном отношении количества воздуха к количеству топлива и принимать обратную связь из контроллера 12 двигателя, зависящую от выходного сигнала с датчика выхлопных газов в системе выпуска двигателя 10. Подобным образом, контроллер 36 проверки достоверности может принимать множество концентраций составляющих выхлопных газов из газоанализатора 20. Каждая из упомянутых концентраций составляющих выхлопных газов может категоризироваться контроллером 36 проверки достоверности по совокупностям восстановителей или окислителей. На основании диапазона составляющих, которые может измерять газоанализатор 20, группа восстановителей может содержать четыре или меньше соединений, а группа окислителей может содержать два или меньше соединений. Отношение количества воздуха к количеству топлива может определяться на основании этих категорий окислителей и восстановителей, как будет описано во время ссылки на фиг. 4.

Фиг. 3 - блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая способ 300 для контроллера двигателя, оперирующего оценкой датчика выхлопных газов согласно этому раскрытию. Более точно, контроллер двигателя может эксплуатировать двигатель на заданном отношении количества воздуха к количеству топлива и контролировать выходной сигнал с датчика выхлопных газов, который может передаваться в контроллер проверки достоверности. Способ 300 может выполняться контроллером двигателя, таким как контроллер 12 двигателя по фиг. 1 и 2.

На этапе 302, контроллер двигателя по выбору принимает командное отношение количества воздуха к количеству топлива из контроллера проверки достоверности. Командное отношение количества воздуха к количеству топлива может быть конкретным отношением количества воздуха к количеству топлива, которое должное использоваться во время эксплуатации двигателя. Следовательно, на этапе 304, контроллер двигателя, по выбору, настраивает величину впрыска топлива для обеспечения командного отношения количества воздуха к количеству топлива. В еще одном примере, можно обходиться без этапов 302 и 304, а контроллер двигателя может настраивать отношение количества воздуха к количеству топлива в двигателе согласно командам, хранимым в контроллере двигателя, а не согласно отношению количества воздуха к количеству топлива в двигателе, указанному командой контроллером проверки достоверности.

На этапе 306, способ 300 включает в себя определение условий эксплуатации двигателя. Условия могут включать в себя число оборотов двигателя (Ne), нагрузку двигателя, массовый расход выхлопных газов и другие условия. Массовый расход выхлопных газов может определяться, для того чтобы обеспечивать временную синхронизацию между датчиком выхлопных газов и газоанализатором, так чтобы они осуществляли брали пробу одних и тех же порций выхлопных газов. Массовый расход выхлопных газов может измеряться непосредственно, или он может оцениваться на основании числа оборотов и нагрузки двигателя.

Затем, на этапе 308, способ 300 определяет отношение количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов, λ2, на основании выходного сигнала с датчика выхлопных газов. В одном из примеров, с установкой, как изображенная на фиг. 2, в которой газоанализатор берет пробы выхлопных газов из выхлопной трубы, выходной сигнал с датчика выхлопных газов, размещенного ниже по потоку от устройства снижения токсичности выбросов, может использоваться для определения λ2. В еще одном примере, в котором газоанализатор берет пробы выхлопных газов из выше по потоку от устройства снижения токсичности выбросов, выходной сигнал с датчика выхлопных газов, размещенного выше по потоку от упомянутого устройства снижения токсичности выбросов, может использоваться для определения λ2. На этапе 310, определенное отношение количества воздуха к количеству топлива, λ2, передается контроллером двигателя в контроллер проверки достоверности. Многочисленные показания λ2 могут получаться и передаваться в контроллер проверки достоверности для обеспечения достоверности данных. На этапе 312, контроллер двигателя дополнительно передает данные условий эксплуатации двигателя в контроллер проверки достоверности. Как пояснено раньше, эти условия могут включать в себя массовый расход выхлопных газов, число оборотов двигателя, и т.д. Способ 300 может повторяться для сбора показаний отношения количества воздуха к количеству топлива (λ2) на основании выходного сигнала датчика выхлопных газов на многообразии командных отношений количества воздуха к количеству топлива.

Далее, с обращением к фиг. 4, она изображает блок-схему последовательности операций способа для примерного способа 400 для контроллера проверки достоверности согласно этому раскрытию. Более точно, контроллер проверки достоверности может принимать концентрации отдельных газообразных соединений из газоанализатора, которые могут использоваться для расчета первого отношения количества воздуха к количеству топлива, которое затем сравнивается с отношением количества воздуха к количеству топлива (λ2), определенным по датчику выхлопных газов, для выявления ухудшения характеристик датчика выхлопных газов. Способ 400 может выполняться контроллером проверки достоверности, таким как контроллер 36 проверки достоверности по фиг. 2.

На этапе 402, способ 400 включает в себя прием показаний отношения количества воздуха к количеству топлива (λ2) из контроллера двигателя, такого как контроллер 12 двигателя по фиг 1 и 2. Контроллер двигателя может определять отношение количества воздуха к количеству топлива, λ2, на основании выходного сигнала с датчика выхлопных газов, как описано выше со ссылкой на фиг. 3. На этапе 404, контроллер проверки достоверности получает отдельные концентрации многообразия соединений выхлопных газов из газоанализатора, такого как газоанализатор 20 по фиг. 2. Эти соединения могут включать в себя одно или более из кислорода (O₂), водорода (H₂), оксида углерода (CO), углеводородов (HC), оксида азота (NO) и аммиака (NH₃).

На этапе 406, контроллер проверки достоверности категоризирует эти соединения выхлопных газов на основании их химических свойств на две группы: окислители и восстановители. Например, восстановители могут включать в себя HC, CO, H₂ и NH₃ наряду с тем, что группа окислителей может содержать в себе O₂ и NO. Как показано на 408, группа восстановителей может включать в себя меньше, чем четыре соединения, например, HC, CO и H₂. Как показано на 410, группа окислителей может содержать меньше, чем два соединения, например, O₂.

На этапе 412, контроллер проверки достоверности определяет первое отношение количества воздуха к количеству топлива (λ1) на основании категоризированных концентраций. Первое отношение количества воздуха к количеству топлива (λ1) может рассчитываться по категоризированным окислителям и восстановителям, как изложено ниже:

Совокупный восстановитель [A]= (1)

Совокупный окислитель [O₂]_eff=+ (2)

Отношение количества воздуха к количеству топлива [λ1]= (3)

Уравнение 3, показанное выше, определяет отношение λ1 количества воздуха к количеству топлива с использованием уменьшенного количества соединений по сравнению с типовыми соединениями, используемыми в типичных определениях отношения количества воздуха к количеству топлива. Категоризация соединений согласно их химическим свойствам на восстановители и окислители (как показано в уравнениях 1 и 2) может давать возможность расчета отношения количества воздуха к количеству топлива (как показано в уравнении 3), который содержит меньшее количество вычислений. Отношение количества воздуха к количеству топлива, рассчитанное согласно уравнению 3, также может быть более точным, чем типичные определения отношения количества воздуха к количеству топлива для отдельных газообразных соединений.

Первое отношение λ1 количества воздуха к количеству топлива определяется с временной задержкой от того, когда λ2 определяется контроллером двигателя в способе 300. Как показано на этапе 414, временная задержка может быть основана на измерении массового расхода выхлопных газов, принятого из контролера двигателя на этапе 312 способа 300. В качестве альтернативы или дополнительно, массовый расход выхлопных газов может определяться на основании принятых числа оборотов и нагрузки двигателя. На этапе 416, контроллер проверки достоверности сравнивает первое отношение количества воздуха к количеству топлива (λ1), полученное из категоризации соединений, с отношением λ2 количества воздуха к количеству топлива, определенным по выходному сигналу датчика выхлопных газов на этапе 308 способа 300. Разность между двумя показаниями, λdiff, рассчитывается на этапе 416 в качестве абсолютного числа. На этапе 418, абсолютная λdiff сравнивается с пороговым значением, например, Threshold_max. В одном из примеров, Threshold_max может быть разностью в 5%. В еще одном примере, Threshold_max может быть разностью в 10%. Threshold_max может быть меньшей разностью в 5%, если водитель определяет, что совершенно новый датчик выхлопных газов, включенный в транспортное средство, перед эксплуатацией на дороге должен работать по промышленным стандартам. В качестве альтернативы, большая разность в 10% может быть приемлема, если водитель определяет, что настройка впрыска топлива может использоваться для поддержания определенного отношения количества воздуха к количеству топлива. Однако, вышеприведенные примерные пороговые значения являются неограничивающими, так как возможны другие пороговые значения.

Если абсолютное λdiff является большим, чем Threshold_max, датчик с ухудшенными характеристиками указывается на этапе 420. Если выявлен датчик с ухудшенными характеристиками, водителю транспортного средства может даваться указание заменить датчик выхлопных газов, для того чтобы снабжать транспортное средство работоспособным датчиком выхлопных газов для эксплуатации на дороге. С другой стороны, если абсолютное λdiff находится ниже, чем Threshold_max, надежный датчик выхлопных газов определяется и указывается на этапе 422. Таким образом, датчик выхлопных газов может считаться надежным, когда отношение количества воздуха к количеству топлива (λ2), определенное по выходному сигналу упомянутого датчика выхлопных газов является таким же, как отношение количества воздуха к количеству топлива (λ1), рассчитанное по концентрациям отельных газов в выбросах.

В некоторых примерах, способ 400 может заканчиваться после этапа 422. Однако, в других примерах, способ 400 может выполнять дополнительную проверку на 424 посредством сравнения λdiff с другим, нижним пороговым значением, например, Threshold_min. В одном из примеров, Threshold_min может иметь значение 2%, если разность Threshold_max на этапе 418 имеет значение 5%. В качестве альтернативы, Threshold_min может иметь значение 5%, если разность Threshold_max в 10% была использована на этапе 418. Эти примерные пороговые значения являются неограничивающими, так как возможны другие пороговые значения.

Если λdiff является большим, чем Threshold_min, контроллеру двигателя может даваться команда настраивать величину или временные характеристики впрыска топлива на этапе 428, чтобы компенсировать меньшую разность отношений количества воздуха к количеству топлива перед тем, как заканчивается способ 400. Если λdiff находится ниже, чем Threshold_min, способ 400 не настраивает впрыск топлива и заканчивается. Опциональная проверка на этапе 424 может выполняться для обновления информации, хранимой в контроллере двигателя (например, справочных таблицах), которые соотносят отношение количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов и отношение количество воздуха к количеству топлива в двигателе, вследствие небольших различий отношений λ1 и λ2 количества воздуха к количеству топлива.

Несмотря на то, что варианты осуществления, обсужденные выше со ссылкой на фиг. 3 и 4, диагностируют датчик выхлопных газов, расположенный ниже по потоку от устройства снижения токсичности выбросов с помощью газоанализатора, принимающего выхлопные газы из выхлопной трубы транспортного средства, в некоторых вариантах осуществления, датчик выхлопных газов выше по потоку от устройства снижения токсичности выбросов также может диагностироваться газоанализатором. Однако, отношение количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов, определенное на основании выходного сигнала из газоанализатора, может настраиваться, чтобы учитывать активность устройства снижения токсичности выбросов. Например, устройство снижения токсичности выбросов может нейтрализовывать одну или более составляющих выхлопных газов (например, углеводороды или NOx), давая в результате более низкую концентрацию таких составляющих в газоанализаторе, чем присутствовала бы в выхлопных газах выше по потоку от устройства снижения токсичности выбросов. Соответственно, отношение количество воздуха к количеству топлива выхлопных газов может настраиваться на основании температуры выхлопных газов, емкости накопления кислорода или других факторов, которые оказывают влияние на активность каталитического нейтрализатора.

Таким образом, способы 300 и 400, представленные выше со ссылкой на фиг. 3 и 4, предусматривают способ для диагностирования датчика выхлопных газов в системе выпуска двигателя. Способ содержит использование контроллера проверки достоверности, чтобы давать команду контроллеру двигателя эксплуатировать двигатель на заданном отношении количества воздуха к количеству топлива, и прием, из контроллера двигателя, первого отношения количества воздуха к количеству топлива, определенного на основании выходного сигнала с датчика выхлопных газов, принимающего выхлопные газы из двигателя. Дополнительно, контроллер проверки достоверности определяет второе отношение количества воздуха к количеству топлива на основании выходного сигнала из газоанализатора, принимающего выхлопные газы из двигателя, при этом, выходной сигнал из газоанализатора включает в себя множество концентраций составляющих выхлопных газов, категоризированных на группу восстановителей или группу восстановителей. Кроме того, второе отношение количества воздуха к количеству топлива определяется в момент времени, задержанный от того, когда определено первое отношение количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов. Контроллер проверки достоверности указывает ухудшение характеристик датчика выхлопных газов на основании первого отношения количества воздуха к количеству топлива выхлопных газов и второго отношения количества воздуха к количеству топлива.

Таким образом, датчик выхлопных газов в транспортном средстве может диагностироваться до направления транспортного средства на дорогу. Посредством использования газоанализатора для определения концентраций составляющих выхлопных газов, может оцениваться более достоверное отношение количества воздуха к количеству топлива. Посредством сравнения выходного сигнала датчика выхлопных газов с отношением количества воздуха к количеству топлива, определенным по концентрациям составляющих выхлопных газов, может производиться более точное выявление ухудшения характеристик. В общем и целом, токсичность выбросов может снижаться, а ездовые качества могут улучшаться.

Отметим, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящей заявки, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы и процедуры управления, раскрытые в материалах настоящей заявки, могут храниться в качестве исполняемых команд в постоянной памяти. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящей заявки, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции и/или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий, операций и/или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять управляющую программу, которая должна быть запрограммирована в постоянную память компьютерно-читаемого запоминающего носителя в системе управления двигателем.

Будет принято во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и не очевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.

Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Должно быть понятно, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего раскрытия.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания транспортных средств. Способ выявления ухудшения характеристик датчика выхлопных газов двигателя заключается в том, что измеряют соответственные концентрации множества составляющих выхлопных газов с помощью газоанализатора, принимающего поток выхлопных газов из двигателя, и категоризируют каждую составляющую или в группу окислителей, или в группу восстановителей. Определяют первое воздушно-топливное отношение выхлопных газов на основании измеренных концентраций. Подтверждают достоверность второго воздушно-топливного отношения выхлопных газов, выводимого с датчика выхлопных газов, принимающего поток выхлопных газов из двигателя, на основании первого воздушно-топливного отношения выхлопных газов. Газоанализатор располагают удаленно от транспортного средства, в котором установлены двигатель и датчик выхлопных газов. Раскрыты вариант способа выявления ухудшения характеристик датчика выхлопных газов двигателя и система двигателя. Технический результат заключается в более точном определении отношения количества воздуха к количеству топлива и в более надежном определении ухудшения характеристик датчика выхлопных газов. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ выявления ухудшения характеристик датчика выхлопных газов двигателя, содержащий этапы, на которых:

измеряют соответственные концентрации множества составляющих выхлопных газов с помощью газоанализатора, принимающего поток выхлопных газов из двигателя, и категоризируют каждую составляющую или в группу окислителей, или в группу восстановителей;

определяют первое воздушно-топливное отношение выхлопных газов на основании измеренных концентраций; и

подтверждают достоверность второго воздушно-топливного отношения выхлопных газов, выводимого с датчика выхлопных газов, принимающего поток выхлопных газов из двигателя, на основании упомянутого первого воздушно-топливного отношения выхлопных газов,

причем газоанализатор расположен удаленно от транспортного средства, в котором установлены двигатель и датчик выхлопных газов.

2. Способ по п. 1, в котором категоризация каждой составляющей, измеряемой газоанализатором, содержит этап, на котором категоризируют каждое из кислорода, углеводородов, оксида углерода, оксида азота, водорода и аммиака или в группу окислителей, или в группу восстановителей.

3. Способ по п. 1, в котором определение первого воздушно-топливного отношения выхлопных газов дополнительно основано на условиях эксплуатации двигателя.

4. Способ по п. 3, в котором условия эксплуатации двигателя включают в себя число оборотов двигателя, нагрузку двигателя и массовый расход выхлопных газов.

5. Способ по п. 4, в котором каждое из выходного сигнала с датчика выхлопных газов и измерения числа оборотов двигателя, нагрузки двигателя и массового расхода выхлопных газов принимается из контроллера двигателя.

6. Способ по п. 1, в котором проверка достоверности второго воздушно-топливного отношения выхлопных газов на основании первого воздушно-топливного отношения выхлопных газов дополнительно содержит этапы, на которых сравнивают второе воздушно-топливное отношение выхлопных газов с первым воздушно-топливным отношением выхлопных газов, и, если второе воздушно-топливное отношение выхлопных газов отличается от первого воздушно-топливного отношения выхлопных газов на большую, чем пороговая, величину, указывают ухудшение характеристик датчика выхлопных газов.

7. Система двигателя, содержащая:

двигатель, присоединенный к системе выпуска;

датчик выхлопных газов, расположенный в системе выпуска;

контроллер двигателя для приема выходного сигнала с датчика выхлопных газов;

газоанализатор, принимающий поток выхлопных газов из системы выпуска; и

контроллер проверки достоверности, функционально соединенный с газоанализатором и контроллером двигателя и включающий в себя инструкции для:

категоризации каждой из множества составляющих выхлопных газов или в группу окислителей, или в группу восстановителей;

измерения соответственных концентраций составляющих с помощью газоанализатора;

вычисления совокупного восстановителя на основании концентраций составляющих в группе восстановителей;

вычисления совокупного окислителя на основании концентраций составляющих в группе окислителей;

определения первого воздушно-топливного отношения выхлопных газов на основании совокупного восстановителя и совокупного окислителя;

сравнения первого воздушно-топливного отношения выхлопных газов со вторым воздушно-топливным отношением выхлопных газов, принятым из контроллера двигателя, причем второе воздушно-топливное отношение выхлопных газов определено контроллером двигателя по выходному сигналу с датчика выхлопных газов; и

если первое воздушно-топливное отношение выхлопных газов отличается от второго воздушно-топливного отношения выхлопных газов на большую, чем пороговая, величину, указания ухудшения характеристик датчика выхлопных газов.

8. Система по п. 7, дополнительно содержащая транспортное средство, в котором установлены каждое из двигателя, системы выпуска, датчика выхлопных газов и контроллера двигателя, и при этом газоанализатор и контроллер проверки достоверности расположены удаленно от транспортного средства.

9. Система по п. 7, в которой контроллер проверки достоверности включает в себя дополнительные инструкции для определения первого воздушно-топливного отношения выхлопных газов с временной задержкой от того, когда определено второе воздушно-топливное отношение выхлопных газов, причем временная задержка основана на измерении массового расхода выхлопных газов, принятого из контроллера двигателя.

10. Система по п. 7, в которой контроллер проверки достоверности включает в себя дополнительные инструкции, чтобы давать команду контроллеру двигателя эксплуатировать двигатель на заданном воздушно-топливном отношении двигателя до того, как определено второе воздушно-топливное отношение выхлопных газов.

11. Система по п. 7, в которой группа восстановителей включает в себя четыре или меньше составляющих выхлопных газов.

12. Система по п. 11, в которой группа восстановителей включает в себя одно или более из углеводородов, оксида углерода, водорода и аммиака.

13. Система по п. 7, в которой группа окислителей включает в себя две или меньше составляющих выхлопных газов.

14. Система по п. 13, в которой группа окислителей включает в себя одно или более из кислорода и оксида азота.

15. Способ выявления ухудшения характеристик датчика выхлопных газов двигателя, содержащий этапы, на которых:

отправляют команду в контроллер двигателя, чтобы эксплуатировать двигатель на заданном воздушно-топливном отношении;

принимают из контроллера двигателя первое воздушно-топливное отношение выхлопных газов, определенное на основании выходного сигнала с датчика выхлопных газов, принимающего выхлопные газы из двигателя;

определяют второе воздушно-топливное отношение выхлопных газов на основании выходного сигнала из газоанализатора, принимающего выхлопные газы из двигателя, причем газоанализатор расположен удаленно от транспортного средства, в котором установлены двигатель и датчик выхлопных газов, причем выходной сигнал из газоанализатора включает в себя соответственные концентрации множества составляющих выхлопных газов, причем каждая составляющая категоризирована либо в группу восстановителей, либо в группу окислителей, второе воздушно-топливное отношение выхлопных газов определяется с временной задержкой от того, когда определено первое воздушно-топливное отношение выхлопных газов; и

указывают ухудшение характеристик датчика выхлопных газов на основании первого воздушно-топливного отношения выхлопных газов и второго воздушно-топливного отношения выхлопных газов.

16. Способ по п. 15, в котором указание ухудшения характеристик датчика выхлопных газов содержит этап, на котором, если первое воздушно-топливное отношение выхлопных газов отличается от второго воздушно-топливного отношения выхлопных газов на большую, чем пороговая, величину, указывают, что характеристики датчика выхлопных газов ухудшены.

17. Способ по п. 16, дополнительно содержащий этап, на котором, если первое воздушно-топливное отношение выхлопных газов отличается от второго воздушно-топливного отношения выхлопных газов на большую, чем пороговая, величину, но меньшую, чем вторая пороговая, величину, отправляют команду контроллеру двигателя настраивать величину и/или временные характеристики впрыска топлива на основании указанного ухудшения характеристик датчика выхлопных газов.

18. Способ по п. 1, дополнительно содержащий вычисление совокупного восстановителя на основании измеренных концентраций составляющих в группе восстановителей и вычисление совокупного окислителя на основании измеренных концентраций составляющих в группе окислителей, причем определение первого воздушно-топливного отношения выхлопных газов основано на совокупном восстановителе и совокупном окислителе.

19. Способ по п. 1, причем газоанализатор является инфракрасным газоанализатором, и при этом составляющие газы в образце выхлопных газов определяются на основании их поглощения конкретной длины волны в испускаемом инфракрасном свете.