Область техники
Настоящее описание в целом относится к способам и системам для оценки качества впрыскиваемой в двигатель воды.
Уровень техники и раскрытие изобретения
Двигатели внутреннего сгорания могут содержать системы впрыска воды, осуществляющие впрыск воды во множество мест, например, во впускной коллектор, выше по потоку от цилиндров двигателя или непосредственно в них. Впрыск воды в двигатель создает несколько преимуществ, например, повышение топливной экономичности и улучшение эксплуатационных показателей двигателя, а также уменьшение выбросов от двигателя. В частности, при впрыске воды во впускной коллектор или цилиндры двигателя происходит передача тепла от всасываемого воздуха и/или компонентов двигателя воде, что приводит к охлаждению заряда. Впрыск воды во всасываемый воздух (например, во впускном коллекторе) понижает как температуру всасываемого воздуха, так и температуру сгорания в цилиндрах двигателя. Охлаждение заряда всасываемого воздуха позволяет снизить предрасположенность к детонации без обогащения воздушно-топливного отношения сжигаемой смеси. Это также обеспечивает возможность повышения степени сжатия, изменения момента зажигания в сторону опережения, улучшения показателей при работе по внешней скоростной характеристике и снижения температуры отработавших газов. В результате возрастает топливная экономичность. Кроме того, результатом роста коэффициента наполнения может стать рост крутящего момента. Снижение температуры сгорания за счет впрыска воды позволяет сократить выбросы оксидов азота (NOx), а более экономичная топливная смесь (менее обогащенная) позволяет снизить выбросы угарного газа и углеводородов.
Системы впрыска воды содержат водяной резервуар с возможностью дозаправки вручную, а также ситуативно за счет воды, вырабатываемой в пределах транспортного средства. Например, вода в форме конденсата может быть получена из одного или нескольких компонентов, например, охладителя рециркуляции отработавших газов (РОГ), испарителя кондиционирования воздуха (КВ), теплообменника отработавших газов, охладителя наддувочного воздуха, с наружной поверхности транспортного средства и т.п. При этом, в зависимости от источника воды, качество воды, впрыскиваемой в двигатель, может быть разным. Характер загрязнителей, присутствующих в воде, а также степень загрязнения, могут быть самыми разными в зависимости от того, откуда водитель транспортного средства дозаправил водяной бак. Например, может быть рекомендовано дозаправлять водяной бак дистиллированной водой, а водитель может осуществить дозаправку водопроводной или колодезной водой. Данное отклонение может привести к образованию отложений минералов на водяных фильтрах, водяных форсунках, деталях двигателя, каталитических нейтрализаторах отработавших газов и т.п., влияющих на показатели работы двигателя, а также могущих повредить металлические детали и узлы двигателя.
Разработан ряд решений для проверки качества воды в пределах системы впрыска воды транспортного средства. Например, может быть введен ряд специальных датчиков качества воды, например, датчики проводимости, датчики мутности, датчики pH и т.п. При этом ввод дополнительных датчиков специально для оценки качества воды может повысить себестоимость двигателя. Кроме того, может возникнуть необходимость модификации средств управления двигателем для периодической диагностики этих датчиков. Кроме того, может потребоваться ряд датчиков для точной оценки качества воды, так как характер присутствующих в воде загрязнителей может быть самым разным. Использование только одного типа датчиков для определения того, является ли качество имеющейся воды плохим, может привести к возникновению ошибок.
В одном примере некоторые из вышеуказанных недостатков позволяет как минимум частично преодолеть способ для двигателя в транспортном средстве, содержащий шаги, на которых: впрыскивают некоторое количество воды из водяного резервуара в двигатель; сравнивают первое оценочное количество впрыснутой воды, в основе которого лежит изменение температуры заряда в коллекторе, со вторым оценочным количеством впрыснутой воды, в основе которого лежит изменение уровня кислорода во всасываемом воздухе; и регулируют последующий впрыск воды в двигатель в зависимости от результата сравнения. Это позволяет оценить качество впрыснутой воды с возможностью соответствующего регулирования впрыска воды.
Например, двигатель может быть выполнен с системой впрыска воды с возможностью впрыска воды в одно или несколько мест в двигателе, например, во впускной коллектор. Система впрыска воды может содержать водяную форсунку, а также водяной резервуар с возможностью подачи воды в форсунку. Водяной резервуар выполнен с возможностью дозаправки вручную водителем транспортного средства. Водяной резервуар также может быть соединен с системой сбора воды с возможностью ситуативной дозаправки резервуара водой, вырабатываемой в пределах транспортного средства. Например, воду в форме конденсата можно отбирать из одного или нескольких компонентов транспортного средства, например, охладителя РОГ, испарителя КВ, теплообменника отработавших газов, охладителя наддувочного воздуха, с наружной поверхности транспортного средства и т.п. В зависимости от параметров работы двигателя, во впускной коллектор двигателя можно впрыскивать некоторое количество воды. Контроллер выполнен с возможностью выведения фактического количества воды, поданной в двигатель, из изменения температуры заряда в коллекторе (ТЗК) после впрыска. Дополнительно контроллер может выводить фактическое количество воды, рассеянной в двигатель (то есть той части впрыска, которая создает фактический эффект охлаждения заряда), из изменения уровня разбавления во всасываемом воздухе (или уровня кислорода во всасываемом воздухе). Расхождение количества впрыснутой воды и количества рассеянной (или перешедшей в пар) воды может быть обусловлено качеством воды. В частности, чем ниже качество воды, тем меньшая часть впрыснутой воды может перейти в пар. Следовательно, загрязнители могут уменьшать эффективность впрыска воды. Например, чем выше содержание солей или ионов в воде, тем выше может быть температура кипения водного раствора, в результате чего часть воды, испаряющейся и рассеивающейся во всасываемом заряде воздуха при данной температуре заряда воздуха, может быть меньше.
Поэтому контроллер может соотнести качество воды с погрешностью впрыска воды, найденной по разности изменения ТЗК относительно изменения уровня кислорода во всасываемом воздухе после впрыска воды. Во время последующего события впрыска воды, заданное командой впрыскиваемое количество может быть скорректировано на поправочный коэффициент, компенсирующий найденную погрешность впрыска воды. Кроме того, если качество воды будет сочтено плохим (например, когда качество воды ниже порога), можно отрегулировать потребление воды, например, путем его увеличения в определенном интервале работы для ускорения дозаправки воды.
Это позволяет достоверно оценивать качество воды с помощью уже имеющихся датчиков. Технический эффект, достигаемый нахождением погрешности впрыска воды по разным наборам параметров работы двигателя в одном и том же рабочем состоянии двигателя после какого-либо впрыска воды, состоит в возможности достоверного измерения разностей впрыснутой и перешедшей в пар воды с помощью уже имеющихся в системе датчиков. В результате, можно достоверно определять погрешность впрыска воды без необходимости дорогостоящих специальных датчиков качества воды и соответственно регулировать впрыск воды. Кроме того, соотнесение погрешностей количества впрыскиваемой воды с качеством воды позволяет достоверно оценивать качество воды и, тем самым, уменьшать ущерб от загрязненной воды. Кроме того, регулирование потребления воды в зависимости от оцененного качества воды позволяет минимизировать паразитные потери и финансовые затраты на очистку воды. Технический эффект, достигаемый интегрированием системы впрыска воды с системой управления, обеспечивающей защиту от потребления загрязненной воды, состоит в уменьшении постоянной дозаправки водяного бака загрязненной водой и, тем самым, увеличении срока службы компонентов двигателя. Улучшение потребления воды позволяет расширить преимущества от впрыска воды.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие изобретения служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это раскрытие не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание фигур чертежа
На ФИГ. 1 изображена принципиальная схема системы двигателя, содержащей систему впрыска воды.
ФИГ. 2 изображает высокоуровневую блок-схему для нахождения погрешности впрыска воды по одному или нескольким параметрам работы двигателя и оценки качества воды по найденной погрешности впрыска воды.
На ФИГ. 3 раскрыт пример оценки качества воды и регулирования впрыска воды в соответствии с настоящим раскрытием.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам для улучшения потребления воды из системы впрыска воды, соединенной с двигателем транспортного средства, раскрытом на примере системы транспортного средства на ФИГ. 1. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнения алгоритма управления, например, алгоритма на ФИГ. 2, для оценки качества запаса воды в водяном резервуаре по найденной погрешности впрыска воды. Далее, в зависимости от определенного качества воды можно отрегулировать последующее потребление воды. Пример определения качества воды и регулирования раскрыт на ФИГ. 3. Так можно улучшить потребление воды, что позволяет улучшить показатели работы транспортного средства за счет значительного повышения топливной экономичности.
На ФИГ. 1 изображен пример осуществления системы 100 двигателя, выполненной с системой 60 впрыска воды. Система 100 двигателя установлена в автомобиле 102, показанном схематически. Система 100 двигателя содержит двигатель 10, в данном случае показанный в виде двигателя с наддувом, соединенного с турбонагнетателем 13, содержащим компрессор 14, приводимый от турбины 116. А именно, свежий воздух поступает по заборному каналу 142 в двигатель 10 через воздухоочиститель 31 и течет в компрессор 14. Компрессор может представлять собой подходящий компрессор всасываемого воздуха, например приводимый от мотора или приводного вала компрессор механического нагнетателя. В системе 100 двигателя компрессор показан в виде компрессора турбонагнетателя, механически соединенного с турбиной 116 посредством вала 19, при этом турбину 116 приводят в действие расширяющиеся отработавшие газы двигателя. В одном варианте осуществления компрессор и турбина могут входить в состав турбонагнетателя с двойной улиткой. В другом варианте осуществления турбонагнетатель может представлять собой турбонагнетатель с изменяемой геометрией (ТИГ), в котором геометрию турбины активно изменяют в зависимости от частоты вращения двигателя и прочих параметров работы.
Компрессор 14 на ФИГ. 1 соединен через охладитель 118 наддувочного воздуха (ОНВ) с дроссельной заслонкой 20 (например, впускным дросселем). Например, ОНВ может представлять собой теплообменник охлаждения воздуха воздухом или воздуха охлаждающей жидкостью. Дроссельная заслонка 20 соединена с впускным коллектором 122 двигателя. Заряд горячего сжатого воздуха из компрессора 14 поступает во вход ОНВ 118, где происходит его охлаждение при прохождении через ОНВ, и покидает последний для прохождения через дроссельную заслонку 20 во впускной коллектор 122. В варианте осуществления на ФИГ. 1 давление заряда воздуха во впускном коллекторе измеряет датчик 124 давления воздуха в коллекторе (ДВК), а давление наддува - датчик 24 давления наддува. Перепускной клапан компрессора (не показан) может быть установлен последовательно между входом и выходом компрессора 14. Перепускной клапан компрессора может представлять собой нормально закрытый клапан, выполненный с возможностью открытия при определенных рабочих состояниях для сброса чрезмерного давления наддува. Например, открытие перепускного клапана компрессора может происходить в связи с помпажем в компрессоре.
Впускной коллектор 122 соединен с рядом камер сгорания или цилиндров 180 через ряд впускных клапанов (не показаны) и впускных трактов 185 (например, впускных каналов). На ФИГ. 1 впускной коллектор 122 показан установленным выше по потоку от всех камер 180 сгорания двигателя 10. Дополнительные датчики, например, датчик 33 температуры заряда в коллекторе (ТЗК) и датчик 25 температуры заряда воздуха (ТЗВ) могут быть введены для определения температуры всасываемого воздуха в соответствующих местах в заборном канале. Затем по температуре воздуха, совместно с температурой охлаждающей жидкости, можно вычислить, например, количество топлива, которое должно быть подано в двигатель.
Как подробно раскрыто в настоящем описании, после впрыска воды во впускной коллектор, можно отслеживать выходной сигнал датчика 33 ТЗК. Поскольку выдача воды во впускной коллектор приводит к охлаждению заряда, количество воды, фактически выпущенной или поступившей во впускной коллектор двигателя можно определить в зависимости от изменения ТЗК после выдачи команды впрыска воды. При этом количество выпущенной воды может быть отлично от количества воды, рассеянной или перешедшей в пар в двигателе. Количество перешедшей в пар воды можно определить по выходному сигналу датчика 34 кислорода во всасываемом воздухе, соединенного с впускным коллектором двигателя ниже по потоку от впускного дросселя. Как подробно раскрыто в настоящем описании, сравнив изменение ТЗК с изменением содержания кислорода во всасываемом воздухе (или влажности всасываемого воздуха) после впрыска воды, можно найти погрешность впрыска воды и оценить качество воды, впрыснутой в двигатель.
Каждая камера сгорания может дополнительно содержать датчик 183 детонации для выявления и отличения друг от друга событий аномального сгорания, например, детонации и преждевременного воспламенения. В других вариантах осуществления один или несколько датчиков 183 детонации могут быть соединены с выбранными местами блока цилиндров двигателя.
Камеры сгорания также соединены с выпускным коллектором 136 через ряд выпускных клапанов (не показаны). Камеры 180 сгорания покрыты головкой 182 блока цилиндров и соединены с топливными форсунками 179 (несмотря на то, что на ФИГ. 1 показана только одна топливная форсунка, каждая камера сгорания содержит соединенную с ней топливную форсунку). Топливо может поступать в топливную форсунку 179 по топливной системе (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу. Топливная форсунка 179 может быть выполнена как форсунка непосредственного впрыска для впрыска топлива непосредственно в камеру 180 сгорания или форсунка впрыска во впускной канал для впрыска топлива во впускной канал выше по потоку от впускного клапана камеры 180 сгорания.
В изображенном варианте осуществления показан одинарный выпускной коллектор 136. При этом в других вариантах осуществления выпускной коллектор может содержать множество секций выпускного коллектора. Конфигурации с множеством секций выпускного коллектора позволяют направлять отходы из разных камер сгорания в разные места в системе двигателя. Универсальный датчик 126 кислорода в отработавших газах (УДКОГ) показан соединенным с выпускным коллектором 136 выше по потоку от турбины 116. Или же вместо УДКОГ 126 можно использовать двухрежимный датчик кислорода в отработавших газах.
На ФИГ. 1 показано, что отработавшие газы из одной или нескольких секций выпускного коллектора направляют в турбину 116 для приведения ее в действие. Когда нужно снизить крутящий момент турбины, некоторая часть отработавших газов может быть направлена через перепускную заслонку (не показана) в обход турбины. Затем объединенный поток из турбины и перепускной заслонки течет через устройство 170 снижения токсичности выбросов. Как правило, одно или несколько устройств 170 снижения токсичности выбросов могут включать в себя каталитические нейтрализаторы отработавших газов, выполненные с возможностью каталитической очистки потока отработавших газов и, тем самым, уменьшения содержания в нем одного или нескольких веществ.
Все очищенные отработавшие газы из устройства 170 снижения токсичности выбросов или их часть могут быть сброшены в атмосферу через выпускной канал 35. При этом, в зависимости от параметров работы, некоторая часть отработавших газов может быть перенаправлена в магистраль 151 рециркуляции отработавших газов (РОГ), через охладитель 50 РОГ и клапан 152 РОГ во вход компрессора 14. Таким образом, компрессор выполнен с возможностью приема отработавших газов, отобранных из области ниже по потоку от турбины 116. Клапан 152 РОГ выполнен с возможностью открытия для пропуска регулируемого количества охлажденных отработавших газов во вход компрессора для достижения необходимых показателей в части сгорания и снижения токсичности выбросов. Таким образом, система 100 двигателя выполнена с возможностью обеспечения внешней РОГ низкого давления (НД). Вращение компрессора, наряду с относительно длинным путем потока РОГ НД в системе 100 двигателя, обеспечивают отличную гомогенизацию отработавших газов в заряде всасываемого воздуха. Кроме того, расположение точек отбора и смешивания газов РОГ обеспечивает эффективное охлаждение отработавших газов для увеличения массы газов РОГ, которые могут быть использованы, и улучшения показателей. В других вариантах осуществления система РОГ может представлять собой систему РОГ высокого давления, при этом магистраль 151 РОГ соединяет область выше по потоку от турбины 116 с областью ниже по потоку от компрессора 14. В некоторых вариантах осуществления датчик 33 ТЗК может быть расположен с возможностью определения температуры заряда в коллекторе, причем заряд может включать в себя воздух и отработавшие газы, рециркулирующие через магистраль 151 РОГ.
Впускной коллектор 122 может также содержать датчик 34 кислорода во всасываемом воздухе. В одном примере датчик кислорода представляет собой УДКОГ. Датчик кислорода во всасываемом воздухе выполнен с возможностью оценки содержания кислорода в свежем воздухе, поступающем во впускной коллектор. Кроме того, когда происходит течение РОГ, по изменению концентрации кислорода на датчике можно опосредованно определять количество газов РОГ и использовать его для точного регулирования потока РОГ. В изображенном примере датчик 34 кислорода расположен ниже по потоку от дросселя 20 и ниже по потоку от охладителя 118 наддувочного воздуха. При этом в других вариантах датчик кислорода может быть расположен выше по потоку от дросселя. Датчик 34 кислорода во всасываемом воздухе выполнен с возможностью оценки концентрации кислорода во всасываемом воздухе и определения величины потока РОГ через двигатель по изменению концентрации кислорода во всасываемом воздухе после открытия клапана 152 РОГ. А именно, изменение выходного сигнала датчика после открытия клапана РОГ сравнивают с опорным значением, при котором датчик работает в отсутствии РОГ (нулевой точкой). По изменению (например, уменьшению) количества кислорода со времени работы без РОГ можно вычислить поток РОГ, подаваемый в текущий момент в двигатель. Например, после подачи опорного напряжения (Vs) датчику, датчик выдает ток перекачки (Ip). Изменение концентрации кислорода может быть пропорционально изменению тока перекачки (дельта Ip), выдаваемого датчиком в присутствии РОГ, относительно выходного сигнала датчика в отсутствии РОГ (нулевая точка). В зависимости от отклонения оценочного потока РОГ от ожидаемого (или целевого) потока РОГ, могут быть предприняты дополнительные действия по регулированию РОГ.
Следует понимать, что датчик 34 кислорода во всасываемом воздухе можно эксплуатировать в различных режимах в зависимости от параметров работы двигателя, а также в зависимости от характера оценки, выполняемой датчиком. Например, как сказано выше, в состояниях с подачей топлива в двигатель, когда нужна оценка разбавления/РОГ, датчик кислорода во всасываемом воздухе можно эксплуатировать в номинальном режиме с подачей датчику (фиксированного) опорного напряжения, при этом опорное напряжение поддерживают во время измерения. В одном примере опорное напряжение может составлять 450 мВ. В других состояниях, например, в состояниях без подачи топлива в двигатель (например, во время ОТЗ), когда нужна оценка влажности окружающей среды (в заряде всасываемого воздуха), датчик кислорода во всасываемом воздухе можно эксплуатировать в режиме переменного напряжения с изменением опорного напряжения, подаваемого датчику. В еще одном примере датчик можно эксплуатировать в режиме переменного напряжения, когда оценку РОГ выполняют при включенной продувке топливных паров (из канистры топливной системы) или принудительной вентиляции картера (двигателя). В таких случаях опорное напряжение датчика кислорода изменяют для уменьшения влияния углеводородов от продувки на датчик кислорода во всасываемом воздухе. В одном примере опорное напряжение можно изменять от номинального опорного напряжения 450 мВ до более высокого опорного напряжения 800 мВ (или 950 мВ) и обратно. Изменяя опорное напряжение датчика кислорода во всасываемом воздухе, или напряжение Нернста, датчик переводят из состояния, при котором происходит реакция углеводородов с кислородом окружающей среды на датчике, в состояние, при котором происходит диссоциация продуктов данной реакции (воды и углекислого газа). Кроме того, опорное напряжение можно изменять от более высокого до более низкого и обратно в присутствии или отсутствии УВ в воздухе от продувки или ПВК для оценки содержания веществ от продувки или ПВК во всасываемом заряде воздуха. Как подробно раскрыто в настоящем описании, по выходному сигналу датчика 34 кислорода во всасываемом воздухе можно определять количество воды, перешедшей в пар в двигателе после впрыска воды. Кроме того, оценочное количество перешедшей в пар воды может зависеть от режима эксплуатации датчика кислорода.
В частности, в зависимости от рабочих опорных напряжений происходит изменение количества воды, измеряемого датчиком кислорода. Данные изменения количественно оценивают, определяя характеристики датчика в измененных рабочих состояниях с измененными количествами перешедшей в пар воды. Данное определение характеристик позволяет скорректировать оценку количества перешедшей в пар воды для диапазона рабочих опорных напряжений. Опорное напряжение датчика изменяют для измерения концентрации воды, которую далее сравнивают с ожидаемой концентрацией воды для определения качества воды. Для оценки качества воды может быть выбрано особое опорное напряжение, отличное от опорного напряжения, выбранного для оценки воздушно-топливного отношения или разбавления. По результатам определения характеристик, речь о котором шла выше, может быть найдена и компенсирована любая погрешность, возникшая при выбранном опорном напряжении.
Кроме того, в камеру 180 сгорания поступает вода и/или водяной пар по системе 60 впрыска воды. Воду из системы 60 впрыска воды можно впрыскивать во впускной коллектор двигателя или непосредственно в камеры 180 сгорания посредством одной или нескольких водяных форсунок 45-48. Например, воду можно впрыскивать во впускной коллектор 122 выше по потоку от дросселя 20 посредством водяной форсунки 45, что в настоящем описании также именуется «центральный впрыск воды». В качестве другого примера, воду можно впрыскивать во впускной коллектор 122 ниже по потоку от дросселя в одном или нескольких местах посредством водяной форсунки 46. В качестве еще одного примера, воду можно впрыскивать в один или несколько впускных трактов 185 (например, каналов) посредством водяной форсунки 48 (что в настоящем описании также именуется «впрыск воды во впускной канал»), и/или непосредственно в камеру 180 сгорания посредством водяной форсунки 47 (что в настоящем описании также именуется «непосредственный впрыск воды»). В одном варианте осуществления форсунка 48, расположенная во впускном тракте, может быть расположена под углом в сторону впускного клапана цилиндра и обращена к впускному клапану цилиндра, с которым соединен впускной тракт. Это обеспечивает возможность впрыска воды форсункой 48 непосредственно на впускной клапан, результатом чего является более быстрое испарение впрыснутой воды и большее преимущество разбавления за счет водяного пара. В другом варианте форсунка 48 может быть расположена под углом в сторону от впускного клапана с возможностью впрыска воды в направлении, противоположном направлению потока воздуха по впускному тракту. Это обеспечивает возможность вовлечения большего количества впрыснутой воды в поток воздуха, что увеличивает преимущество охлаждения заряда от впрыска воды.
Несмотря на то, что на ФИГ. 1 показаны только одна типовая форсунка 47 и форсунка 48, каждая камера 180 сгорания и впускной тракт 185 могут содержать собственную форсунку. В других вариантах осуществления система 60 впрыска воды может содержать водяные форсунки, расположенные в одном или нескольких из этих положений. Например, двигатель может содержать только водяную форсунку 46 в одном варианте осуществления. В другом варианте двигатель может содержать и водяную форсунку 46, и водяные форсунки 48 (по одной на каждый впускной тракт), и водяные форсунки 47 (по одной на каждую камеру сгорания).
Система 60 впрыска воды может содержать бак 63 запаса воды, водоподкачивающий насос 62, систему 72 сбора и водоналивной канал 69. Вода, хранящаяся в водяном баке 63, поступает в водяные форсунки 45-48 по водяной магистрали 61 и по каналам или линиям 161. В вариантах осуществления с несколькими форсунками водяная магистраль 61 может содержать клапан 162 (например, отводной клапан, многоходовой клапан, дозирующий клапан и т.п.) для направления воды в разные водяные форсунки по соответствующим каналам. Или же каждый канал (или водопроводная линия) 161 может содержать соответствующие клапаны в водяных форсунках 45-48 для регулирования потока воды через них. В дополнение к водоподкачивающему насосу 62 могут быть установлены один или несколько дополнительных насосов в каналах 161 для повышения давления воды, направляемой в форсунки, например, в канале, соединенном с водяной форсункой 47 непосредственного впрыска.
Бак 63 запаса воды может содержать датчик 65 уровня воды и датчик 67 температуры воды с возможностью передачи информации о параметрах воды в контроллер 12. Например, в условиях низкой температуры датчик 67 температуры воды определяет, замерзла ли вода в баке 63 или пригодна ли она для впрыска. В некоторых вариантах канал охлаждающей жидкости двигателя (не показан) может быть термически соединен с резервуаром 63 для размораживания замерзшей воды. Водитель транспортного средства может получать данные об уровне воды в водяном баке 63, определяемом датчиком 65 уровня воды, с возможностью их использования для регулирования работы двигателя. Например, для сообщения об уровне воды можно использовать водоуказатель или индикатор на приборной панели (не показана) транспортного средства. Если уровень воды в водяном баке 63 выше порогового, может быть сделан вывод о наличии достаточного запаса воды для впрыска, в связи с чем контроллер может разрешить впрыск воды. В противном случае, если уровень воды в водяном баке 63 ниже порогового, может быть сделан вывод об отсутствии достаточного запаса воды для впрыска, в связи с чем контроллер может блокировать впрыск воды.
В изображенном варианте бак 63 запаса воды выполнен с возможностью дозаправки вручную через водоналивной канал 69 и/или автоматически посредством системы 72 сбора по каналу 76 заправки водяного бака. Система 72 сбора может быть соединена с одним или несколькими компонентами 74 транспортного средства для дозаправки бака запаса воды в пределах транспортного средства за счет конденсата, собранного из различных систем двигателя или транспортного средства. В одном примере система 72 сбора может быть соединена с системой РОГ и/или выпускной системой для сбора водяного конденсата из отработавших газов, проходящих по системе. В другом примере система 72 сбора может быть соединена с системой кондиционирования воздуха (не показана) для сбора воды, конденсировавшейся из воздуха, проходящего через испаритель. В еще одном примере система 72 сбора может быть соединена с наружной поверхностью транспортного средства для сбора дождевой воды или конденсата атмосферной влаги. Канал 69 для заправки вручную может быть соединен по текучей среде с фильтром 68, выполненным с возможностью удаления некоторых примесей, содержащихся в воде. Сливное устройство 92 со сливным клапаном 91 выполнено с возможностью слива воды из бака 63 запаса воды в место за пределами транспортного средства (например, на дорогу), например, если будет сочтено, что качество воды ниже порога и не подходит для впрыска в двигатель (например, из-за высокой проводимости, высокого содержания твердых частиц). В одном примере качество воды можно оценивать по выходному сигналу датчика, соединенного с системой 60 впрыска воды, в водопроводной линии 61. Например, качество воды можно оценивать по выходному сигналу датчика проводимости, емкостного датчика, оптического датчика, датчика мутности, датчика плотности или датчика качества воды иного типа. Однако наличие таких датчиков может привести к удорожанию и усложнению системы. Как подробно раскрыто на примере ФИГ. 2, контроллер выполнен с возможностью нахождения погрешности впрыска воды после команды впрыска воды по результату сравнения количества воды, поданной в двигатель, и количества воды, перешедшей в пар в двигателе. Затем контроллер может оценить качество воды в зависимости от найденной погрешности впрыска воды. В частности, температура кипения впрыснутой воды может зависеть от степени загрязнения воды, а также характера присутствующих в воде загрязнителей, что является причиной изменения доли воды, перешедшей в пар. В одном примере, чем больше содержание солей или ионов в воде, тем выше может быть температура кипения воды, в результате чего часть воды, испаряющейся и рассеивающейся во всасываемом заряде воздуха при данной температуре заряда воздуха, может быть меньше. В зависимости от качества воды можно изменять потребление воды. Например, когда качество воды низкое, потребление воды можно увеличить для ускорения дозаправки водяного бака.
В данном случае, датчик уровня кислорода во всасываемом воздухе (О2ВВ) служит для проверки того, соответствует ли количество впрыснутой воды ожидаемому. Ожидаемое количество определяют в рамках стратегии управления, предусматривающей необходимость впрыска определенного количества воды. Датчик ТЗК измеряет изменение температуры, вызванное впрыском, а датчик О2ВВ проверяет, соответствует ли количество впрыснутой воды ожидаемому. Если после какого-либо впрыска датчик ТЗК не обнаружит ожидаемое падение температуры, датчик О2ВВ предоставляет дополнительную информацию касательно качества впрыскиваемой воды. Если согласно результату измерения датчиком О2ВВ ожидаемое количество не достигнуто, это может быть признаком загрязнения впрыснутой воды. А именно, форсунка могла впрыснуть желаемое количество жидкости, однако данная жидкость может не быть водой. Или же вода может быть загрязнена из-за проникновения какого-либо иного рода в системы, где применяют повторный сбор, например, из-за того, что пользователь заправил в водяной бак какую-либо иную жидкость. По сигналу датчика О2ВВ может не быть возможно определить, что именно представляет собой эта жидкость, однако он может сообщить системе % «загрязнения» впрыска. Сравнение выходных сигналов датчиков ТЗК и О2ВВ также обеспечивает данные обратной связи для системы. Если, по результатам измерения датчиком О2ВВ, ожидаемое количество впрыснутой воды было достигнуто, однако, по результату измерения датчиком ТЗК, падение температуры не соответствует ожидаемому, система управления может внести изменения для будущих впрысков, как раскрыто на ФИГ. 2.
На ФИГ. 1 также раскрыта система 28 управления. Система 28 управления может быть соединена с возможностью связи с различными компонентами системы 100 двигателя для выполнения раскрытых в настоящем описании алгоритмов управления и управляющих действий. Система 28 управления может содержать электронный цифровой контроллер 12. Контроллер 12 может представлять собой микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство, порты ввода/вывода, электронный носитель информации для хранения исполняемых программ и калибровочных значений, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимое запоминающее устройство и шину данных. Контроллер 12 может принимать входные сигналы от множества датчиков 30, например, различных датчиков на ФИГ. 1, для получения входных данных, в том числе: о положении передачи в трансмиссии, положении педали акселератора, потребности в торможении, скорости транспортного средства, частоте вращения двигателя, массовом расходе воздуха через двигатель, давлении наддува, параметрах окружающей среды (температуре, давлении, влажности) и т.п. В число прочих датчиков входят: датчики ОНВ 118, например, датчик температуры воздуха на входе ОНВ, датчик 125 ТЗВ, датчики 80, 82 давления и температуры отработавших газов и датчик 124 давления, датчик температуры воздуха на выходе ОНВ и датчик 33 ТЗК, датчик 34 кислорода во всасываемом воздухе, датчик 183 детонации для определения возгорания остаточных газов и/или распределения воды между цилиндрами и прочие. Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков на ФИГ. 1 и задействует различные исполнительные устройства на ФИГ. 1 для регулирования работы двигателя в зависимости от принятых сигналов и инструкций в памяти контроллера. Например, впрыск воды в двигатель может включать в себя регулирование длительности импульсов форсунок 45-48 для изменения количества впрыскиваемой воды, а также регулирования момента впрыска воды и количества импульсов впрыска. В некоторых примерах в носитель информации могут быть введены машиночитаемые данные, представляющие собой инструкции с возможностью реализации их процессорным устройством для выполнения раскрытых ниже способов (например, на ФИГ. 2) а также иных предполагаемых, но конкретно не перечисленных вариантов.
Таким образом, система на ФИГ. 1 обеспечивает возможность создания системы транспортного средства, содержащей: двигатель, содержащий впускной коллектор; систему впрыска воды, содержащую водяной резервуар, водяную форсунку и систему сбора воды; датчик температуры, соединенный с впускным коллектором, для оценки температуры заряда в коллекторе; датчик кислорода, соединенный с впускным коллектором, для оценки уровня кислорода во всасываемом воздухе; и контроллер. Контроллер может быть выполнен с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти, для: выдачи команды впрыска некоторого количества воды в двигатель в зависимости от параметров работы двигателя; оценки первого количества воды, выпущенной в двигатель, по изменению температуры заряда в коллекторе после выдачи указанной команды; оценки второго количества воды, испарившейся в двигателе, по изменению уровня кислорода во всасываемом воздухе после выдачи указанной команды; и регулирования последующего впрыска воды в двигатель в зависимости от разности первого и второго количеств. Контроллер может содержать дополнительные инструкции для: в первом рабочем состоянии двигателя, эксплуатации датчика кислорода в первом номинальном режиме с поддержанием опорного напряжения, подаваемого датчику; и во втором, другом, рабочем состоянии двигателя, эксплуатации датчика кислорода во втором режиме переменного напряжения с изменением опорного напряжения, подаваемого датчику, причем второе количество воды, оцениваемое во время работы датчика кислорода в первом режиме, отлично от второго количества воды, оцениваемого во время работы датчика во втором режиме. В одном примере первое рабочее состояние двигателя включает в себя состояние подачи топлива в двигатель, а второе рабочее состояние включает в себя состояние без подачи топлива в двигатель. Контроллер может содержать дополнительные инструкции для: оценки воздушно-топливного отношения отработавших газов рециркуляции, подаваемых во впускной коллектор, во время эксплуатации датчика кислорода в первом режиме; и оценки влажности окружающей среды во всасываемом заряде воздуха во время эксплуатации датчика кислорода во втором режиме. Контроллер также может содержать дополнительные инструкции для: оценки качества воды по разности первого и второго количеств; повышения частоты потребления воды и регулирования интервала работы двигателя, в котором впрыск воды разрешен, по мере падения оценочного качества; и повышения степени очистки воды по мере роста оценочного качества. Например, контроллер может принять решение сузить Частоту потребления воды, если качество ниже определенного порога, но повысить частоту сверх других порогов для более быстрого удаления из бака «грязной» воды.
На ФИГ. 2 раскрыт пример способа 200 для нахождения погрешности впрыска воды и соотнесения данной погрешности с качеством воды, впрыснутой в двигатель. Способ позволяет варьировать потребление воды в зависимости от качества воды, тем самым уменьшая повреждение компонентов двигателя из-за загрязненной воды. Инструкции для реализации способа 200 и остальных раскрытых в настоящем описании способов может осуществлять контроллер в соответствии с инструкциями в памяти контроллера и во взаимосвязи с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например, датчиков, раскрытых выше на примере ФИГ. 1. Контроллер может задействовать исполнительные устройства системы двигателя для регулирования работы двигателя согласно раскрытым ниже способам.
На шаге 202 способ предусматривает определение того, выше ли уровень воды в водяном баке или резервуаре системы впрыска воды в двигатель, чем пороговый уровень, например, больше ли он, чем 10% от емкости. Пороговый уровень может отражать уровень воды, сверх которого может быть разрешен впрыск воды. Если нет, то на шаге 204 способ предусматривает запрашивание ручной дозаправки водяного бака и/или увеличения сбора воды в пределах транспортного средства. Система впрыска воды может быть соединена с двигателем транспортного средства с возможностью ручной дозаправки воды в резервуар из источника за пределами транспортного средства, например, из водопровода или колодца. Дополнительно или альтернативно, дозаправку резервуара можно осуществлять в пределах транспортного средства посредством системы сбора, собирающей конденсат из одного или нескольких компонентов, например, охладителя РОГ, охладителя наддувочного воздуха, испарителя КВ, теплообменника отработавших газов и с наружной поверхности транспортного средства. Как подробно раскрыто на примере системы на ФИГ. 1, водяной резервуар выполнен с возможностью дозаправки конденсатом, собранным, в качестве неограничивающих примеров, из воды, конденсировавшейся из отработавших газов, проходящих через систему РОГ, или воды, конденсировавшейся из воздуха, проходящего через испаритель системы кондиционирования воздуха транспортного средства.
Если уровень воды достаточно высокий, на шаге 206 способ предусматривает оценку и/или измерение параметров работы двигателя. В их число могут входить, например, частота вращения двигателя, нагрузка двигателя, запрашиваемый водителем крутящий момент, температура двигателя, параметры окружающей среды (например, давление, температура и влажность окружающей среды), давление наддува, ДВК, МРВ и т.п. На шаге 208, в зависимости от оцененных параметров работы двигателя, могут быть определены количество впрыскиваемой воды и место впрыска. Контроллер может выбрать одну или несколько водяных форсунок из числа водяных форсунок центрального впрыска, впрыска во впускной канал или непосредственного впрыска для включения впрыска воды. Например, впрыск воды во впускной коллектор, выше или ниже по потоку от впускного дросселя, посредством водяной форсунки центрального впрыска может быть запрошен для удовлетворения потребности в разбавлении в двигателе. В качестве другого примера, впрыск воды во впускной коллектор посредством водяной форсунки центрального впрыска или водяной форсунки впрыска во впускной канал может быть запрошен для регулирования температуры каталитического нейтрализатора или отработавших газов. В качестве еще одного примера, впрыск воды в цилиндр двигателя посредством водяной форсунки непосредственного впрыска может быть запрошен для борьбы с детонацией, причем воду впрыскивают в связи с указанием наличия детонации (полученным от датчика детонации). Определение количества впрыскиваемой воды может включать в себя определение количества импульсов впрыска воды, за которое должно быть подано указанное количество впрыскиваемой воды, а также длительности импульса для каждого впрыска воды. Дополнительно может быть определен момент впрыска воды (например, относительно положения поршня цилиндра или положения клапана цилиндра). На шаге 210 способ предусматривает впрыск некоторого количества воды из водяного резервуара в двигатель. В частности, команда впрыска воды может быть выдана в зависимости от потребности в воде. Это включает в себя направление контроллером сигнала выбранной водяной форсунке (форсункам), при этом сигнал соответствует определенной длительности импульса впрыска в определенный момент впрыска.
На шаге 212 способ предусматривает отслеживание изменения температуры заряда в коллекторе (ТЗК) после впрыска воды. Затем контроллер может определить первое оценочное количество впрыснутой воды (в настоящем описании также именуемое «первое количество» или «первое оценочное количество») по отслеженному изменению ТЗК. В основе первого оценочного количества может лежать выходной сигнал от датчика температуры, соединенного с впускным коллектором двигателя. Первое количество может отражать количество воды, выпущенное или поданное из водяной форсунки в двигатель, и может быть отлично от количества воды, заданного командой для выдачи из водяной форсунки в двигатель.
На шаге 214 способ предусматривает отслеживание изменения уровня кислорода во всасываемом воздухе (О2ВВ) после впрыска воды. Затем контроллер может определить второе оценочное количество впрыснутой воды (в настоящем описании также именуемое «второе количество» или «второе оценочное количество») по отслеженному изменению О2ВВ. В основе второго оценочного количества может лежать выходной сигнал от датчика кислорода, соединенного с впускным коллектором двигателя. Второе оценочное количество также может зависеть от режима эксплуатации датчика О2ВВ. Датчик можно эксплуатировать в номинальном режиме (в котором подают опорное напряжение и поддерживают его) или в режиме переменного напряжения (в котором подаваемое опорное напряжение изменяют от более высокого до более низкого). В одном примере датчик О2ВВ можно эксплуатировать в номинальном режиме для оценки РОГ (например, в состояниях с подачей топлива в двигатель) и в режиме переменного напряжения для оценки влажности всасываемого воздуха (например, в состояниях без подачи топлива в двигатель, например, во время события отсечки топлива при замедлении). В основе второго оценочного количества может лежать первое измеренное изменение выходного сигнала датчика О2ВВ, когда датчик эксплуатируют в номинальном режиме, во время впрыска воды, или второе, другое, измеренное изменение выходного сигнала датчика О2ВВ, когда датчик эксплуатируют в режиме переменного напряжения во время впрыска воды. Датчик О2ВВ определяет количество воды путем отслеживания изменения в уменьшении концентрации кислорода во всасываемом воздухе из-за впрыснутой воды. Или же режим переменного опорного напряжения можно применять для диссоциации кислорода в воде и сравнивать результат измерения разности с базовой концентрацией кислорода во всасываемом воздухе с результатом измерения после диссоциации для определения количества воды. Второе количество может отражать количество воды, перешедшее в пар в двигателе, и может быть отлично от количества воды, поданного из водяной форсунки в двигатель. Например, при высоком содержании солей или минералов в воде в резервуаре, эффективная температура кипения водного раствора может быть выше температуры кипения чистой воды. Поэтому, при определенной температуре заряда воздуха, часть воды, испаряющейся после выдачи из водяной форсунки, может быть меньше ожидаемой части воды, которая должна была испариться и рассеяться в двигателе. Например, датчик О2ВВ может выявить меньшее уменьшение концентрации кислорода, если рассеявшаяся жидкость не представляла собой «чистую воду». В режиме переменного напряжения (или диссоциации), выделение кислорода из жидкости датчиком О2ВВ будет меньше, даже если форсунка выдала надлежащее количество жидкости по объему.
На шаге 216 способ предусматривает сравнение первого оценочного количества впрыснутой воды (основанного на изменении ТЗК) со вторым оценочным количеством впрыснутой воды (основанным на изменении О2ВВ) и нахождение погрешности впрыска воды по результату сравнения. Например, контроллер может оценивать погрешность впрыска воды по (например, в непосредственной зависимости от) разности первого и второго оценочных количеств.
В других примерах фактическое изменение ТЗК можно сравнить с ожидаемым изменением ТЗК, причем ожидаемое изменение ТЗК зависит от длительности импульса заданного командой впрыска воды. Контроллер может определить, коррелирует ли величина достигнутого снижения температуры (измеренного датчиком ТЗК) с ожидаемым снижением температуры. Аналогичным образом, фактическое изменение уровня О2ВВ можно сравнить с ожидаемым изменением уровня О2ВВ, причем ожидаемое изменение О2ВВ зависит от длительности импульса заданного командой впрыска воды и/или фактического изменения ТЗК. Например, если ожидаемое снижение температуры было достигнуто (исходя из изменения ТЗК), но датчик О2ВВ определяет, что количество воды больше или меньше ожидаемого, будущие впрыски могут быть отрегулированы для компенсации данного расхождения. Если ожидаемое снижение температуры не было достигнуто, но датчик О2ВВ определяет, что количество воды больше или меньше ожидаемого, будущие впрыски также могут быть отрегулированы для компенсации данного расхождения. Если разность фактического и ожидаемого изменений ТЗК больше порога, может быть определена погрешность впрыска. Погрешность впрыска также может быть определена на основании того, что разность фактического и ожидаемого изменений О2ВВ больше порога. Например, если ожидаемое снижение температуры не было достигнуто на величину сверх порога, и разность количества воды, определенного датчиком О2ВВ, и надлежащего количества воды превышает порог, то расхождение может быть связано с загрязнением воды.
Нахождение погрешности впрыска воды может включать в себя нахождение процентного недостатка воды. Например, погрешность впрыска воды может включать в себя ожидаемый процентный недостаток воды, при этом количество впрыскиваемой воды может быть впоследствии отрегулировано для компенсации данного недостатка.
На шаге 218 способ предусматривает регулирование последующего впрыска воды в двигатель в зависимости от результата сравнения. Например, контроллер может определить или обновить поправочный коэффициент, предназначенный для применения к заданной командой длительности импульса впрыска воды во время последующего впрыска воды, в зависимости от оценочной погрешности впрыска воды. Контроллер может обратиться к табулированной зависимости, входным параметром которой является найденная погрешность впрыска воды (или разность первого и второго оценочных количеств), а результатом - поправочный коэффициент для применения к заданной командой длительности импульса впрыска воды.
Следует понимать, что, в дополнение к регулированию последующего впрыска воды в двигатель в зависимости от найденной погрешности впрыска воды, контроллер также может отрегулировать один или несколько параметров работы двигателя в зависимости от результата сравнения первого оценочного количества со вторым. Регулирование может включать в себя, в случае получения дополнительного или последующего указания наличия детонации, изменение момента зажигания в сторону запаздывания на большую величину, если разность первого и второго оценочных количеств больше (то есть, если погрешность впрыска воды больше), и изменение момента зажигания в сторону запаздывания на меньшую величину, если разность первого и второго оценочных количеств меньше (то есть, если погрешность впрыска воды меньше). Это позволяет лучше координировать применения впрыска воды и запаздывания зажигания в рамках борьбы с детонацией для усиления подавления детонации. В качестве другого примера, если впоследствии возникнет потребность в разбавлении в двигателе, можно увеличить подачу РОГ (за счет увеличения степени открытия клапана РОГ), при большей погрешности водяной форсунки, или уменьшить подачу РОГ (за счет уменьшения степени открытия клапана РОГ), если погрешность водяной форсунки меньше. Это позволяет лучше координировать применение впрыска воды и РОГ для регулирования разбавления без ухудшения устойчивости горения.
В некоторых примерах, во время последующего впрыска воды, количество впрыскиваемой воды и заданную командой длительность импульса впрыска воды можно дополнительного отрегулировать по результатам сравнения третьего оценочного количества впрыснутой воды и с первым, и со вторым оценочными количествами. В данном случае, третье оценочное количество может зависеть от длительности импульса впрыска воды, заданного командой для водяной форсунки во время впрыска. Первая погрешность впрыска воды, отражающая разность количества воды, заданного командой для подачи водяной форсункой, и количества, фактически поданного этой водяной форсункой (и поступившей во впускной коллектор, на выходе водяной форсунки), может быть найдена по разности первого и третьего оценочных количеств. Далее, вторая погрешность впрыска воды, отражающая разность количества воды, заданного командой для впрыска водяной форсункой, и количества, фактически перешедшего в пар в двигателе («полезное» количество воды), может быть найдена по разности первого и второго оценочных количеств. Ее можно учитывать в процессе адаптивного управления впрыском воды, в котором период длительности импульса изменяют в зависимости от фактически измеренного датчиком количества перешедшей в пар воды для более точного достижения ожидаемого количества впрыснутой воды.
В одном примере контроллер может задать исходный управляющий сигнал для направления исполнительному устройству водяной форсунки, например, длительность импульса сигнала, в зависимости от параметров работы двигателя, в том числе - от определенных потребностей в подавлении детонации или снижении температуры отработавших газов. Потребность в подавлении детонации может зависеть от измеренного выходного сигнала датчика детонации. Аналогичным образом, потребность в снижении температуры отработавших газов может зависеть от измеренного выходного сигнала датчика температуры отработавших газов или может быть определена в зависимости от таких параметров работы, как частота вращения/нагрузка двигателя и период работы двигателя при данной частоте вращения/нагрузке двигателя. Далее контроллер может скорректировать исходный сигнал длительности импульса на поправку в зависимости от найденной погрешности впрыска воды. Поправочный коэффициент может быть определен путем, непосредственно учитывающим найденную погрешность впрыска воды, например, чем больше погрешность впрыска воды, тем больше может быть поправочный коэффициент для увеличения длительности импульса. Или же контроллер может определить скорректированную длительность импульса путем вычисления по табулированной зависимости, входными параметрами которой являются исходная длительность импульса и погрешность впрыска, а результатом - скорректированная длительность импульса. В качестве другого примера, контроллер может выполнить логическое определение (например, в отношении положения исполнительного устройства водяной форсунки) на основе логических формул, представляющих собой функцию от найденной погрешности впрыска. Затем контроллер может сформировать управляющий сигнал, направляемый исполнительному устройству водяной форсунки.
В одном примере контроллер может осуществлять впрыск воды из водяного резервуара во впускной коллектор двигателя в связи с указанием наличия детонации или с потребностью в разбавлении. Контроллер может выполнить оценку погрешности впрыска воды в процессе управления с прямой связью по измеренному изменению температуры заряда в коллекторе после впрыска. Далее контроллер может, в процессе управления с обратной связью, скорректировать погрешность впрыска воды, оцененную в процессе управления с прямой связью, в зависимости от измеренного изменения содержания кислорода во всасываемом воздухе после впрыска. При последующем событии впрыска воды, контроллер может осуществлять впрыск воды в двигатель в зависимости от заданного командой количества впрыскиваемой воды и погрешности впрыска воды, скорректированной в процессе управления с обратной связью. Например, контроллер может осуществлять впрыск воды в двигатель в зависимости от заданного командой количества впрыскиваемой воды и погрешности впрыска воды, скорректированной в процессе управления с обратной связью, путем коррекции длительности импульса впрыска, соответствующей заданному командой количеству впрыскиваемой воды, на поправочный коэффициент, в основе которого лежит погрешность впрыска воды, скорректированная в процессе управления с обратной связью.
Например, длительность импульса впрыска водяной форсунки можно регулировать во время впрыска воды из водяного бака в двигатель в связи с детонацией. В одном примере, если по соотношению изменения ТЗК и изменения О2ВВ будет установлено, что %-ная погрешность впрыска воды (или %-ный недостаток воды) составляет 30%, во время последующего события впрыска воды, для которого нужен поток воды в размере 50% (например, для борьбы с детонацией), заданный командой впрыск воды может включать в себя поток воды в размере 50% + 30% = 80%. Далее контроллер может сформировать управляющий сигнал, направляемый исполнительному устройству водяной форсунки.
На шаге 220 способ предусматривает оценку качества воды, впрыснутой в двигатель из водяного бака, по результату сравнения первого оценочного количества со вторым оценочным количеством. Или же качество воды (определяемое как %-ное качество воды, при этом 100% соответствуют 100%-ному содержанию воды) можно определять по соотношению фактического и ожидаемого изменений ТЗК (в настоящем описании также именуемому «погрешность ТЗК») по уравнению (1):
В качестве другого примера, качество воды можно определять по соотношению фактического и ожидаемого изменения О2ВВ (в настоящем описании также именуемому «погрешность О2ВВ») по уравнению (2):
Далее можно определить %-ное загрязнение в зависимости от %-ного качества воды по уравнению (3):
Контроллер может обратиться к табулированной зависимости в памяти контроллера, входным параметром которой является погрешность впрыска (либо погрешность ТЗК и/или погрешность О2ВВ), а результатом - оценочное качество воды. Например, указанный результат может включать в себя степень изменения или ухудшения качества воды от исходного уровня. Например, 5%-ная погрешность впрыска воды может соответствовать ухудшению качества воды в размере 5% (или представлять собой какую-либо другую функцию от 5%). Таким образом, если исходный рейтинг качества воды составлял 100% (например, вода была чистой и незагрязненной), то с учетом указанной погрешности рейтинг качества воды может быть снижен до 95%. В других примерах контроллер может использовать модель, соотносящую изменение ТЗК или О2ВВ с изменением энтальпии парообразования воды, и далее соотносящую изменение энтальпии парообразования воды с изменением (например, ухудшением) качества воды (или уровнем загрязнения).
Характер загрязнителей, присутствующих в воде в водяном резервуаре, а также степень загрязнения, могут быть самыми разными в зависимости от того, откуда водитель транспортного средства дозаправил водяной бак. Например, может быть рекомендовано дозаправлять водяной бак дистиллированной водой, а водитель может осуществить дозаправку водопроводной или колодезной водой. Разные источники воды могут содержать минералы и прочие загрязнители разных типов и в разных количествах, в связи с чем возможно отклонение температуры кипения образовавшегося водного раствора от ожидаемой температуры кипения воды. Загрязнители также могут быть причиной образования отложений на водяных фильтрах, водяных форсунках, компонентах двигателя, каталитических нейтрализаторах отработавших газов и т.п. Также возможно химическое загрязнение каталитических нейтрализаторов. Авторы настоящего изобретения выявили, что разность количества воды, поступившей в двигатель, и количества воды, перешедшей в пар в двигателе, может быть как минимум частично обусловлена качеством воды. Как сказано выше, температура кипения впрыснутой воды может быть разной в зависимости от степени загрязнения воды, а также характера присутствующих в воде загрязнителей, в связи с чем возможно изменение доли воды, переходящей в пар. В одном примере, чем больше содержание солей или ионов в воде, тем выше может быть температура кипения воды, в результате чего, часть воды, испаряющейся и рассеивающейся во всасываемом заряде воздуха при данной температуре заряда воздуха, может быть меньше. Указание качества воды по результату указанного сравнения может включать в себя указание более высокого качества воды, когда разность первого и второго оценочных количеств ниже порога. Данное указание также может включать в себя указание более низкого качества воды, когда разность первого и второго оценочных количеств выше порога. Таким образом, может быть сделан вывод о более высоком уровне чистоты воды, если найденная погрешность впрыска воды меньше, и о более низком уровне чистоты воды, если найденная погрешность впрыска воды больше.
В некоторых примерах, порог для оценки качества воды можно выбирать в зависимости от места дозаправки и/или местоположения источника воды, а также статистики качества воды из этого источника. Например, порог можно корректировать в зависимости от места дозаправки воды, используя данные о местоположении транспортного средства (например, по данным от ГСОМ, о местонахождении ближайших точек доступа WiFi и т.п.) совместно с данными о качестве местной воды в этом месте (например, определенными в пределах транспортного средства или найденными в какой-либо базе данных, например, базе данных о качестве воды для городских водопроводных систем и грунтовых вод, размещенной в интернете). Контроллер может дополнительно корректировать указанный порог с учетом предыдущей статистики загрязнения, выявленного после дозаправки в этом же месте (как подробнее раскрыто ниже). В основе статистики могут лежать данные, собранные в пределах данного транспортного средства, либо собранные в пределах другого транспортного средства и полученные по системе обмена данными между транспортными средствами (V2V) или между транспортными средствами и объектами инфраструктуры. В одном примере качеству воды может быть присвоено значение по индексу или номер по рейтингу.
На шаге 222 оценочное качество воды (например, значение по индексу или номер по рейтингу, присвоенные воде) сравнивают с первым пороговым качеством воды. Первое пороговое качество воды может соответствовать верхнему пороговому уровню качества воды, сверх которого впрыск воды в двигатель может быть всегда разрешен без ущерба для эксплуатационных показателей двигателя или характеристик сгорания. Если качество воды выше первого порогового качества, на шаге 224 способ необязательно предусматривает очистку воды перед ее впрыском в связи с более высоким качеством воды. Очистка воды может включать в себя: фильтрацию (в том числе - для удаления твердых частиц), и/или дистилляцию, и/или обратный осмос, и/или ионный обмен. Дистилляция в пределах транспортного средства позволяет получать поток очищенной воды, используя сбросное тепло от двигателя и/или отработавших газов. Обратный осмос может включать в себя один из множества разнообразных мембранных способов. Можно применять ионный обмен с неподвижным слоем, выполненным с возможностью либо обмена между разными растворенными материалами, например, обмена кальция и магния на натрий, либо обмена указанных ионов на ионы, содержащие воду (Н+ и ОН-).
В некоторых примерах, степень очистки, а также ее тип, можно выбирать в зависимости от оценочного качества воды. В частности, можно обеспечить достаточную очистку для уменьшения отложений, при этом избегая избыточной очистки, могущей увеличить паразитные потери (например, энергии, необходимой для испарения воды для дистилляции или прокачки воды через фильтр) и финансовые затраты (например, на замену фильтров или ионообменного слоя) и уменьшить удовлетворенность потребителя (из-за необходимости совершения дополнительных действий и удорожания обслуживания системы). Степень очистки можно выбирать в зависимости от количества/доли воды, направляемой в обход системы очистки в двигатель, или от продолжительности нахождения воды в системе очистки. Например, чем больше количество направляемой в обход воды или время нахождения в системе очистки, тем выше может быть степень очистки.
Если качество воды ниже первого порогового качества воды, на шаге 226 способ предусматривает сравнение качества воды со вторым пороговым качеством воды, которое ниже первого. Второе пороговое качество воды может соответствовать нижнему пороговому уровню качества воды (или минимальному уровню качества воды), ниже которого впрыск воды в двигатель может быть всегда блокирован во избежание ухудшения эксплуатационных показателей двигателя или характеристик сгорания. Если качество воды ниже второго порогового качества воды, на шаге 230 способ предусматривает слив воды из водяного бака в связи с более низким качеством воды. Кроме того, если вода была дозаправлена из источника за пределами транспортного средства, в связи с указанием того, что качество воды ниже второго порогового качества воды, контроллер может указать, что данный источник воды загрязнен, и запретить дозаправку водяного бака из этого источника воды в будущем.
Если качество воды находится между первым и вторым пороговым качеством воды, на шаге 228 способ предусматривает увеличение потребления воды в интервале работы двигателя, определенном в зависимости от указанного качества воды. Увеличение потребления воды позволяет ускорить дозаправку водяного бака. Кроме того, интервал работы двигателя, в котором разрешен впрыск воды, можно ограничивать или изменять в зависимости от характера и/или степени загрязнения. В частности, для впрыска воды может быть выбран такой интервал, в котором уровень и характер примесей в воде окажут наименьшее влияние.
В одном примере контроллер может расширять интервал работы двигателя, в котором разрешен впрыск воды, по мере падения оценочного качества воды от первого в сторону второго порогового качества воды. Контроллер может выборочно расширять указанный интервал в состояниях, когда целесообразно удалять накопленное количество воды, если будет выявлено, что качество падает. При этом, если качество упадет ниже установленного порога (например, минимального порога), интервал может быть сужен во избежание впрыска потенциально вредной или неизвестной жидкости. Кроме того, темп расширения или сужения интервала можно регулировать в зависимости от падения качества воды. Например, темп регулирования интервала может соответствовать темпу изменения качества воды. Например, чем быстрее темп падения оценочного качества воды, тем быстрее можно сужать указанный интервал. Например, если качество воды ухудшилось на 80% (то есть она является чистой только на 20%), интервал работы двигателя для впрыска воды можно расширить, чтобы попытаться удалить загрязненную жидкость. Для сравнения, если качество воды ухудшилось на 60% (то есть она является чистой на 40%), интервал можно сузить для уменьшения отрицательных воздействий от впрыска загрязненной воды. В качестве другого примера, интервал работы двигателя для впрыска воды можно сужать по мере падения оценочного качества в сторону первого порога, а после того, как оценочное качество достигнет первого порога, интервал работы двигателя для впрыска воды можно расширять по мере падения оценочного качества в сторону второго порога, который ниже первого. Далее, после того, как оценочное качество достигнет второго порога, впрыск воды можно блокировать, оставшуюся в резервуаре воду можно слить, после чего дальнейший впрыск воды может быть разрешен только после дозаправки водяного бака.
В другом примере темп расширения или сужения указанного интервала может быть тем быстрее, чем больше меняется качество воды (то есть чем больше качество воды падает от исходно ожидаемого качества воды). В некоторых примерах, впрыск воды может быть запущен в таких интервалах работы, в которых в ином случае его бы не применяли, (при условии, что это не повлияет на устойчивость горения) для ускорения дозаправки водяного бака. Далее, когда оценочное качество упадет ниже второго порогового качества воды, оставшуюся в водяном баке воду можно слить, а впрыск воды может быть блокирован до тех пор, пока резервуар не будет дозаправлен.
Таким образом, контроллер может сравнивать измеренное изменение температуры заряда в коллекторе после впрыска с измеренным изменением содержания кислорода во всасываемом воздухе после впрыска и оценивать качество воды в водяном резервуаре по результату сравнения. Далее контроллер может отрегулировать применение впрыска воды и/или интервал работы двигателя для впрыска воды в зависимости от оценочного качества.
Так можно находить и компенсировать погрешности впрыска воды. Кроме того, качество воды можно выводить из погрешности впрыска воды с помощью уже имеющихся аппаратных средств двигателя.
На ФИГ. 3 раскрыт пример определения качества воды по измеренной погрешности впрыска воды и последующего регулирования впрыска воды. Диаграмма 300 иллюстрирует: крутящий момент на выходном валу двигателя на кривой 302, измеренную ТЗК на кривой 304 (сплошная линия), ожидаемую ТЗК на кривой 303 (штриховая линия), измеренный уровень кислорода во всасываемом воздухе (О2ВВ) на кривой 306 (сплошная линия), ожидаемый О2ВВ на кривой 307 (штриховая линия), впрыск воды в двигатель на кривой 310, недостаток воды в двигателе на кривой 312 и оценочное качество воды на кривой 314. Все кривые построены по времени работы двигателя, значения которого указаны по оси х.
До t1 двигатель может работать с относительно низким крутящим моментом на выходном валу двигателя (в том числе - в области низкой частоты вращения и нагрузки двигателя) в связи относительно низким водительским запросом. Поэтому до t1 двигатель может работать без впрыска воды. В момент t1, в связи с ростом запрашиваемого крутящего момента, двигатель может работать с более высоким крутящим моментом на выходном валу двигателя (в том числе - в области средних частоты вращения и нагрузки двигателя). В данной рабочей области впрыск воды может быть нужен для удовлетворения потребности в разбавлении в двигателе. Поэтому в момент t1 разрешают впрыск воды и выдают команду подачи количества воды, необходимого для удовлетворения потребности в разбавлении.
Между t1 и t2, когда происходит впрыск воды, отслеживают изменение ТЗК и изменение О2ВВ. ТЗК падает при впрыске воды из-за эффекта охлаждения заряда от впрыска. О2ВВ растет при впрыске воды из-за эффекта разбавления от впрыска. В раскрытом примере, фактическое падение ТЗК (сплошная линия, кривая 304) меньше ожидаемого падения ТЗК (штриховая линия, кривая 303), при этом ожидаемое падение зависит от заданного командой впрыска воды. Соответствующую погрешность 305 ТЗК находят по разности фактического и ожидаемого падения ТЗК. Фактический рост О2ВВ (сплошная линия, кривая 306) также меньше ожидаемого роста О2ВВ (штриховая линия, кривая 307), при этом ожидаемый рост также зависит от заданного командой впрыска воды. Соответствующую погрешность 308 О2ВВ находят по разности фактического и ожидаемого падения О2ВВ. В данном случае погрешность ТЗК обусловлена тем, что часть заданного командой количества воды не была подана в двигатель, а погрешность О2ВВ - тем, что часть заданного командой количества воды не перешла в пар в двигателе. Кроме того, и погрешность ТЗК, и погрешность О2ВВ обусловлены проблемами с качеством впрыскиваемой воды.
В момент t2, по соотношению погрешности 305 ТЗК и погрешности 308 О2ВВ, определяют %-ный недостаток воды (или погрешность впрыска). В изображенном примере находят уровень 311%-ного недостатка воды и сохраняют его в памяти контроллера. В одном примере по соотношению погрешности ТЗК и погрешности О2ВВ после выдачи команды впрыска воды можно определить, что недостаток воды составляет 30%. Кроме того, по соотношению погрешности 305 ТЗК и погрешности 308 О2ВВ можно определить, что оценочное качество впрыснутой воды ухудшилось и указать, что качество воды относительно низкое.
Между t2 и t3 двигатель работает в областях частоты вращения и нагрузки, в которых впрыск воды не нужен, и впрыск воды оставляют блокированным. В момент t3, в связи с ростом запрашиваемого водителем крутящего момента и соответствующим ростом крутящего момента на выходном валу двигателя, выдают команду впрыска воды. Например, в двигатель впрыскивают некоторое количество воды с учетом количества воды, необходимого для подавления детонации и регулирования температуры каталитического нейтрализатора отработавших газов при данных параметрах работы. Количество впрыснутой воды также регулируют в зависимости от найденного процентного недостатка воды. В частности, впрыск воды осуществляют на уровне выше уровня 309, который бы применяли, если бы недостаток воды составлял 0%. В приведенном ранее примере, где было определено, что недостаток воды составляет 30%, впрыск воды осуществляют на уровне, который на 30% выше, чем тот, который бы применяли, если бы недостаток воды составлял 0%.
Кроме того, в связи с указанием относительно низкого качества воды, может быть увеличено потребление воды. Например, впрыск воды можно применять в областях средних частот вращения/нагрузок двигателя (например, в областях работы между t2 и t3), в которых в ином случае не применяли бы впрыск воды. Регулирование интервала работы для впрыска воды позволяет ускорить дозаправку воды (за счет воды более высокого качества).
Таким образом, изменения температуры заряда в коллекторе и уровня кислорода во всасываемом воздухе после впрыска воды можно соотносить с качеством впрыснутой воды. По отклонениям эффекта охлаждения заряда от впрыснутой воды и отклонениям эффекта влажности от впрыснутой воды можно более достоверно отличать часть воды, распыленной в двигателе, от части впрыснутой воды, которая фактически перешла в пар в двигателе. Кроме того, применение указанных отклонений обеспечивает преимущество, состоящее в возможности оценки качества впрыснутой воды. Это снижает потребность в специально предназначенных для этого датчиках качества воды без ущерба для достоверности оценки качества воды. Регулирование потребления воды и работы двигателя в зависимости от оценочного качества воды позволяет уменьшить повреждение технических средств двигателя загрязненной водой, при этом продолжая использовать преимущества в части топливной экономичности от впрыска воды.
Один пример способа содержит шаги, на которых: впрыскивают некоторое количество воды из водяного резервуара в двигатель; сравнивают первое оценочное количество впрыснутой воды, в основе которого лежит изменение температуры заряда в коллекторе, со вторым оценочным количеством впрыснутой воды, в основе которого лежит изменение уровня кислорода во всасываемом воздухе; и регулируют последующий впрыск воды в двигатель в зависимости от результата сравнения. В предыдущем примере, дополнительно или необязательно, воду впрыскивают в двигатель в связи с указанием наличия детонации, причем воду впрыскивают во впускной коллектор выше или ниже по потоку от впускного дросселя посредством водяной форсунки. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, в основе первого оценочного количества лежит выходной сигнал от датчика температуры, соединенного с впускным коллектором, причем в основе второго оценочного количества лежит выходной сигнал от датчика кислорода, соединенного с впускным коллектором. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, второе оценочное количество также зависит от режима эксплуатации датчика кислорода, при этом датчик кислорода эксплуатируют в номинальном режиме или в режиме переменного напряжения. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, регулирование включает в себя: оценку погрешности впрыска воды по разности первого и второго оценочных количеств; и коррекцию длительности импульса впрыска водяной форсунки во время последующего впрыска воды на поправочный коэффициент, в основе которого лежит оценочная погрешность впрыска воды. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, способ дополнительно содержит шаги, на которых: регулируют один или несколько параметров работы двигателя в зависимости от результата сравнения, при этом регулирование включает в себя: в связи с указанием наличия детонации, изменение момента зажигания в сторону запаздывания на большую величину, если разность первого и второго оценочных количеств больше, и изменение момента зажигания в сторону запаздывания на меньшую величину, если разность первого и второго оценочных количеств меньше. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, способ дополнительно содержит шаг, на котором указывают качество воды в водяном резервуаре в зависимости от результата сравнения, при этом указание включает в себя: указание более высокого качества воды, если разность первого и второго оценочных количеств ниже порога; и указание более низкого качества воды, если разность первого и второго оценочных количеств выше порога, при этом порог выбирают в зависимости от места дозаправки и/или источника воды. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, способ дополнительно содержит шаги, на которых: при более высоком качестве воды, очищают воду перед ее впрыском; и, при более низком качестве воды, сливают воду из водяного резервуара или увеличивают потребление воды в интервале работы двигателя, определенном в зависимости от указанного качества. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, способ дополнительно содержит шаг, на котором, если указано, что качество воды ниже порога качества воды, причем вода была дозаправлена из источника воды за пределами транспортного средства, указывают, что источник воды загрязнен и запрещают дозаправку водяного резервуара из данного источника воды в будущем. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, способ дополнительно содержит шаг, на котором дополнительно регулируют последующий впрыск воды в зависимости от результата сравнения третьего оценочного количества впрыснутой воды и с первым, и со вторым оценочными количествами, при этом третье оценочное количество зависит от длительности импульса, заданного командой водяной форсунке во время впрыска.
Другой пример способа содержит шаги, на которых: впрыскивают воду из водяного резервуара во впускной коллектор двигателя в ответ на детонацию; в процессе управления с прямой связью оценивают погрешность впрыска воды по измеренному изменению температуры заряда в коллекторе после впрыска; в процессе управления с обратной связью корректируют погрешность впрыска воды, оцененную в процессе управления с прямой связью, в зависимости от измеренного изменения содержания кислорода во всасываемом воздухе после впрыска; и впрыскивают воду в двигатель в зависимости от заданного командой количества впрыскиваемой воды и погрешности впрыска воды, скорректированной в процессе управления с обратной связью. В предыдущем примере, дополнительно или необязательно, способ дополнительно содержит шаги, на которых: сравнивают измеренное изменение температуры заряда в коллекторе после впрыска с измеренным изменением содержания кислорода во всасываемом воздухе после впрыска; оценивают качество воды в водяном резервуаре по результату сравнения; и регулируют применение впрыска воды и/или интервал работы двигателя для впрыска воды в зависимости от оценочного качества. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, регулирование включает в себя увеличение применения впрыска воды и расширение или сужение интервала работы двигателя по мере падения оценочного качества в сторону порога, и, когда оценочное качество упадет ниже указанного порога, слив воды из водяного резервуара. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, измеренное изменение содержания кислорода во всасываемом воздухе оценивают посредством датчика кислорода во впускном коллекторе, причем измеренное изменение включает в себя первое изменение, измеренное во время эксплуатации датчика кислорода во впускном коллекторе в номинальном режиме для оценки РОГ, и второе изменение, измеренное во время эксплуатации датчика кислорода во впускном коллекторе в режиме переменного напряжения для оценки влажности всасываемого воздуха. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, двигатель соединен с транспортным средством, причем дозаправку воды в резервуар осуществляют вручную из источника воды за пределами транспортного средства или осуществляют в пределах транспортного средства посредством системы сбора, при этом система сбора собирает конденсат из охладителя РОГ, и/или охладителя наддувочного воздуха, и/или испарителя КВ, и/или теплообменника отработавших газов, и/или с наружной поверхности транспортного средства. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, впрыск воды в двигатель в зависимости от заданного командой количества впрыскиваемой воды и погрешности впрыска воды, скорректированной в процессе управления с обратной связью, включает в себя коррекцию длительности импульса впрыска, соответствующей заданному командой количеству впрыскиваемой воды, на поправочный коэффициент, в основе которого лежит погрешность впрыска воды, скорректированная в процессе управления с обратной связью.
Еще один пример системы транспортного средства содержит: двигатель, содержащий впускной коллектор; систему впрыска воды, содержащую водяной резервуар, водяную форсунку и систему сбора воды; датчик температуры, соединенный с впускным коллектором, для оценки температуры заряда в коллекторе; датчик кислорода, соединенный с впускным коллектором, для оценки уровня кислорода во всасываемом воздухе; и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти, для: выдачи команды впрыска некоторого количества воды в двигатель в зависимости от параметров работы двигателя; оценки первого количества воды, выпущенной в двигатель, по изменению температуры заряда в коллекторе после выдачи указанной команды; оценки второго количества воды, испарившейся в двигателе, по изменению уровня кислорода во всасываемом воздухе после выдачи указанной команды; и регулирования последующего впрыска воды в двигатель в зависимости от разности первого и второго количеств. В предыдущем примере, дополнительно или необязательно, контроллер содержит дополнительные инструкции для: в первом рабочем состоянии двигателя, эксплуатации датчика кислорода в первом номинальном режиме с поддержанием опорного напряжения, подаваемого датчику; и во втором, другом, рабочем состоянии двигателя, эксплуатации датчика кислорода во втором режиме переменного напряжения с изменением опорного напряжения, подаваемого датчику, причем второе количество воды, оцениваемое во время работы датчика кислорода в первом режиме, отлично от второго количества воды, оцениваемого во время работы датчика во втором режиме. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, первое рабочее состояние двигателя включает в себя состояние подачи топлива в двигатель, а второе рабочее состояние включает в себя состояние без подачи топлива в двигатель, причем контроллер содержит дополнительные инструкции для оценки воздушно-топливного отношения отработавших газов рециркуляции, подаваемых во впускной коллектор, во время эксплуатации датчика кислорода в первом режиме; и оценки влажности окружающей среды во всасываемом заряде воздуха во время эксплуатации датчика кислорода во втором режиме. Во всех предыдущих примерах или в любом из них, дополнительно или необязательно, контроллер содержит дополнительные инструкции для оценки качества воды по разности первого и второго количеств; повышения частоты потребления воды и сужения интервала работы двигателя, в котором впрыск воды разрешен, по мере падения оценочного качества до порога и последующего расширения указанного интервала работы двигателя при падении оценочного качества ниже этого порога; и повышения степени очистки воды по мере роста оценочного качества.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут осуществляться системой управления, содержащей контроллер, в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другим аппаратным обеспечением двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки необязательно требуется для достижения отличительных признаков и преимуществ раскрытых в настоящей заявке 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 представлять код, запрограммированный в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, при этом раскрытые действия выполняют путем исполнения инструкций в системе, содержащей разнообразные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящей заявке конфигурации и алгоритмы 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. Объект 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 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 наличие 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 первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в объект настоящего изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) РЕГУЛИРОВАНИЯ ВПРЫСКА ВОДЫ В ДВИГАТЕЛЬ | 2017 |
|
RU2702783C2 |
| Способ (варианты) и система для регулирования впрыска воды в двигатель | 2017 |
|
RU2684065C1 |
| Способ (варианты) импульсного впрыска воды в двигатель | 2017 |
|
RU2704368C2 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ВЫБОРА МЕСТА ВПРЫСКА ВОДЫ В ДВИГАТЕЛЬ | 2017 |
|
RU2699848C2 |
| Способ и система для регулирования впрыска воды | 2017 |
|
RU2674856C1 |
| Способ (варианты) и система для управления впрыском воды | 2017 |
|
RU2684135C1 |
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВПРЫСКОМ ВОДЫ В ДВИГАТЕЛЬ | 2017 |
|
RU2712550C2 |
| Способ и система для определения состава антидетонационной жидкости | 2016 |
|
RU2719186C2 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ЦЕНТРАЛЬНОГО ВПРЫСКА ТОПЛИВА | 2017 |
|
RU2686539C1 |
| Способ (варианты) и система для регулирования подачи топлива в двигатель и крутящего момента | 2017 |
|
RU2679367C2 |
Изобретение может быть использовано в системах управления двигателями внутреннего сгорания. Предложены способы и система для оценки качества воды в системе впрыска воды в двигатель с помощью имеющихся датчиков двигателя. Изменение температуры заряда во впускном коллекторе двигателя после впрыска воды можно сравнить с изменением уровня кислорода во всасываемом воздухе для определения погрешности между количеством воды, подаваемым в двигатель, и количеством воды, фактически используемым в двигателе. Данную погрешность можно соотнести с качеством воды и использовать для коррекции последующих команд впрыска воды. Изобретение позволяет определить качество впрыскиваемой в двигатель воды без использования дополнительных датчиков или оборудования, оптимизировать впрыск воды в двигатель, минимизировать вероятности повреждения компонентов двигателя в результате использования загрязненной воды или воды ненадлежащего качества. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 3 ил.
1. Способ для двигателя, содержащий шаги, на которых:
впрыскивают некоторое количество воды из водяного резервуара в двигатель;
сравнивают первое оценочное количество впрыснутой воды, в основе которого лежит изменение температуры заряда в коллекторе, со вторым оценочным количеством впрыснутой воды, в основе которого лежит изменение уровня кислорода во всасываемом воздухе; и
регулируют последующий впрыск воды в двигатель в зависимости от результата сравнения.
2. Способ по п. 1, в котором воду впрыскивают в двигатель в связи с указанием наличия детонации, причем воду впрыскивают во впускной коллектор выше или ниже по потоку от впускного дросселя посредством водяной форсунки.
3. Способ по п. 1, в котором в основе первого оценочного количества лежит выходной сигнал от датчика температуры, соединенного с впускным коллектором, причем в основе второго оценочного количества лежит выходной сигнал от датчика кислорода, соединенного с впускным коллектором.
4. Способ по п. 3, в котором второе оценочное количество также зависит от режима эксплуатации датчика кислорода, при этом датчик кислорода эксплуатируют в номинальном режиме или в режиме переменного напряжения.
5. Способ по п. 2, в котором регулирование включает в себя:
оценку погрешности впрыска воды по разности первого и второго оценочных количеств и
коррекцию длительности импульса впрыска водяной форсунки во время последующего впрыска воды на поправочный коэффициент, в основе которого лежит погрешность впрыска воды.
6. Способ по п. 5, дополнительно содержащий шаг, на котором регулируют один или несколько параметров работы двигателя в зависимости от результата сравнения, при этом регулирование включает в себя, в связи с указанием наличия детонации, изменение момента зажигания в сторону запаздывания на 
величину, если разность первого и второго оценочных количеств больше, и изменение момента зажигания в сторону запаздывания на меньшую величину, если разность первого и второго оценочных количеств меньше.
7. Способ по п. 5, дополнительно содержащий шаг, на котором указывают качество воды в водяном резервуаре в зависимости от результата сравнения, при этом указание включает в себя:
указание более высокого качества воды, если разность первого и второго оценочных количеств ниже порога; и
указание более низкого качества воды, если разность первого и второго оценочных количеств выше порога, при этом порог выбирают в зависимости от места дозаправки и/или источника воды.
8. Способ по п. 7, дополнительно содержащий шаги, на которых:
при более высоком качестве воды очищают воду перед ее впрыском и
при более низком качестве воды сливают воду из водяного резервуара или
увеличивают потребление воды в интервале работы двигателя, определенном в зависимости от указанного качества воды.
9. Способ по п. 8, дополнительно содержащий шаг, на котором, если указано, что качество воды ниже порога качества воды, причем вода была дозаправлена из источника воды за пределами транспортного средства, указывают, что источник воды загрязнен и запрещают дозаправку водяного резервуара из данного источника воды в будущем.
10. Способ по п. 2, дополнительно содержащий шаг, на котором дополнительно регулируют последующий впрыск воды в зависимости от результата сравнения третьего оценочного количества впрыснутой воды и с первым, и со вторым оценочными количествами, при этом третье оценочное количество зависит от длительности импульса, заданного командой водяной форсунке во время впрыска.
11. Способ для двигателя, содержащий шаги, на которых:
впрыскивают воду из водяного резервуара во впускной коллектор двигателя в ответ на детонацию;
в процессе управления с прямой связью оценивают погрешность впрыска воды по измеренному изменению температуры заряда в коллекторе после впрыска;
в процессе управления с обратной связью корректируют погрешность впрыска воды, оцененную в процессе управления с прямой связью, в зависимости от измеренного изменения содержания кислорода во всасываемом воздухе после впрыска; и
впрыскивают воду в двигатель в зависимости от заданного командой количества впрыскиваемой воды и погрешности впрыска воды, скорректированной в процессе управления с обратной связью.
12. Способ по п. 11, дополнительно содержащий шаги, на которых:
сравнивают измеренное изменение температуры заряда в коллекторе после впрыска с измеренным изменением содержания кислорода во всасываемом воздухе после впрыска;
оценивают качество воды в водяном резервуаре по результату сравнения и
регулируют применение впрыска воды и/или интервал работы двигателя для впрыска воды в зависимости от оценочного качества.
13. Способ по п. 12, в котором регулирование включает в себя увеличение применения впрыска воды и сужение интервала работы двигателя по мере падения оценочного качества в сторону порога и, когда оценочное качество упадет ниже указанного порога, слив воды из водяного резервуара.
14. Способ по п. 11, в котором измеренное изменение содержания кислорода во всасываемом воздухе оценивают посредством датчика кислорода во впускном коллекторе, причем измеренное изменение включает в себя первое изменение, измеренное во время эксплуатации датчика кислорода во впускном коллекторе в номинальном режиме для оценки рециркуляции отработавших газов (РОГ), и второе изменение, измеренное во время эксплуатации датчика кислорода во впускном коллекторе в режиме переменного напряжения для оценки влажности всасываемого воздуха.
15. Способ по п. 11, в котором двигатель соединен с транспортным средством, причем дозаправку воды в резервуар осуществляют вручную из источника воды за пределами транспортного средства или осуществляют в пределах транспортного средства посредством системы сбора, при этом система сбора собирает конденсат из охладителя РОГ, и/или охладителя наддувочного воздуха, и/или испарителя кондиционирования воздуха (KB), и/или теплообменника отработавших газов, и/или с наружной поверхности транспортного средства.
16. Способ по п. 11, в котором впрыск воды в двигатель в зависимости от заданного командой количества впрыскиваемой воды и погрешности впрыска воды, скорректированной в процессе управления с обратной связью, включает в себя коррекцию длительности импульса впрыска, соответствующую заданному командой количеству впрыскиваемой воды, на поправочный коэффициент, в основе которого лежит погрешность впрыска воды, скорректированная в процессе управления с обратной связью.
17. Система транспортного средства, содержащая:
двигатель, содержащий впускной коллектор;
систему впрыска воды, содержащую водяной резервуар, водяную форсунку и систему сбора воды;
датчик температуры, соединенный с впускным коллектором, для оценки температуры заряда в коллекторе;
датчик кислорода, соединенный с впускным коллектором, для оценки уровня кислорода во всасываемом воздухе; и
контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти, для:
выдачи команды впрыска некоторого количества воды в двигатель в зависимости от параметров работы двигателя;
оценки первого количества воды, выпущенной в двигатель, по изменению температуры заряда в коллекторе после выдачи указанной команды;
оценки второго количества воды, испарившейся в двигателе, по изменению уровня кислорода во всасываемом воздухе после выдачи указанной команды и
регулирования последующего впрыска воды в двигатель в зависимости от разности первого и второго количеств.
18. Система по п. 17, в которой контроллер содержит дополнительные инструкции для:
в первом рабочем состоянии двигателя - эксплуатации датчика кислорода в первом номинальном режиме с поддержанием опорного напряжения, подаваемого датчику; и
во втором, другом, рабочем состоянии двигателя - эксплуатации датчика кислорода во втором режиме переменного напряжения с изменением опорного напряжения, подаваемого датчику,
причем второе количество воды, оцениваемое во время работы датчика кислорода в первом режиме, отлично от второго количества воды, оцениваемого во время работы датчика кислорода во втором режиме.
19. Система по п. 18, в которой первое рабочее состояние двигателя включает в себя состояние подачи топлива в двигатель, а второе рабочее состояние включает в себя состояние без подачи топлива в двигатель, причем контроллер содержит дополнительные инструкции для:
оценки воздушно-топливного отношения отработавших газов рециркуляции, подаваемых во впускной коллектор, во время эксплуатации датчика кислорода в первом режиме и
оценки влажности окружающей среды во всасываемом заряде воздуха во время эксплуатации датчика кислорода во втором режиме.
20. Система по п. 17, в которой контроллер содержит дополнительные инструкции для:
оценки качества воды по разности первого и второго количеств;
повышения частоты потребления воды и сужения интервала работы двигателя, в котором впрыск воды разрешен, по мере падения оценочного качества до порога и последующего расширения указанного интервала работы двигателя при падении оценочного качества ниже этого порога и
повышения степени очистки воды по мере роста оценочного качества.
| US 20150047339 A1, 19.02.2015 | |||
| СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ИМИТАТОРА ДЛЯ ОТРАБОТКИ ПРОЦЕССОВ ОСВЕТЛЕНИЯ ПРОДУКТОВ КИСЛОТНОГО РАСТВОРЕНИЯ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА | 2015 |
|
RU2607647C9 |
| СИСТЕМА ВСАСЫВАНИЯ ИЛИ ПОДАЧИ УВЛАЖНЯЮЩЕГО ГАЗА | 2000 |
|
RU2262614C2 |
