Область применения
Настоящее изобретение в целом относится к способам и системам управления двигателем транспортного средства для борьбы с образованием нагара на свечах зажигания.
Уровень техники и раскрытие изобретения
Системы зажигания двигателя могут включать в себя свечу зажигания для подачи электрического тока в камеру сгорания двигателя с искровым зажиганием с целью воспламенения воздушно-топливной смеси и инициирования сгорания. В зависимости от условий работы двигателя образование нагара на свечах зажигания может возникать, когда запальный конец изолятора свечи зажигания покрывается посторонним веществом, таким как топливо, масло или сажа. Покрытая нагаром свеча зажигания может не обеспечивать надлежащее напряжение для горения в цилиндре до тех пор, пока свеча зажигания не будет в достаточной мере очищена или заменена. Например, свечу зажигания можно очистить посредством выжигания сажи, скопившейся на покрытой нагаром свече зажигания, за счет работы двигателя в условиях частот вращения-нагрузок, которые повышают температуру конца свечи зажигания на достаточную величину.
В современных системах наддувных двигателей, имеющих большой динамический рабочий диапазон, тепловую характеристику для свечей зажигания выбирают так, чтобы избежать событий аномального сгорания, таких как преждевременное зажигание, в условиях работы на полном дросселе при высокой частоте вращения двигателя. Конкретно, выбирают свечи зажигания с низкой тепловой характеристикой, чтобы избежать преждевременного зажигания в условиях высоких частот вращения и нагрузок двигателя. Вследствие этого, даже если двигатель расходует больше времени в условиях высоких частот вращения и нагрузок, чем двигатель без наддува, свечи зажигания все же не нагреваются в достаточной степени, чтобы вызывать преждевременное зажигание. Однако по той же причине свечи зажигания также не нагреваются достаточно, чтобы выжигать сажу. Другие попытки решения проблемы образования нагара на свечах зажигания включают в себя установку ранних моментов зажигания (зажигания с опережением) для выжигания отложений на свече зажигания. Один пример подхода показан Yamada и др. в патенте США 6,505,605. В нем, в ответ на образование нагара на свечах зажигания, момент зажигания подергается опережению для некоторого числа событий сгорания, при этом величину обеспечиваемого опережения зажигания регулируют на основе индикаторного среднего эффективного давления цилиндра. Помимо этого, для дополнительного уменьшения образования нагара на свечах зажигания, подачу топлива к затронутому воздействием цилиндру регулируют с целью обеспечения более бедной воздушно-топливной смеси. Опережение зажигания и регулирование подачи топлива поддерживаются до полного выжигания сажи на свече с нагаром, после чего номинальные подача топлива и установка моментов зажигания возобновляются.
Однако авторы настоящего изобретения выявили потенциальные проблемы, связанные с такими подходами. В одном примере продолжительное опережение момента зажигания в 6,505,605 может вызывать работу двигателя с детонацией. Таким образом, если установка момента зажигания продолжает выполняться с опережением с целью повышения температуры конца свечи зажигания, повышенная температура может вызывать события детонации в цилиндре. С другой стороны, если момент зажигания не подвергается достаточному опережению, и температура конца свечи зажигания не повышается в достаточной степени, свеча зажигания может оставаться покрытой сажей, что приводит к событиям пропуска зажигания в цилиндре. Кроме того, контроллер двигателя может столкнуться с конфликтом между установкой момента зажигания с опережением для устранения образования нагара на свечах зажигания и установкой момента зажигания с запаздыванием для устранения детонационного стука. Помимо этого, продолжительная установка момента зажигания с опережением может повлиять на топливную экономичность двигателя и выбросы отработавших газов.
В одном примере описанные выше проблемы можно по меньшей мере частично решить при помощи способа устранения образования нагара на свечах зажигания посредством периодической установки момента зажигания с опережением и подачи импульсов установки моментов зажигания с опережением, перемежающихся с работой при номинальных моментах зажигания. В одном примере способ содержит следующие шаги: обеспечивают первый ранний момент зажигания в цилиндре для первого одиночного события сгорания; обеспечивают номинальный момент зажигания в цилиндре для заданного числа событий сгорания после обеспечения первого раннего момента зажигания в цилиндре; и обеспечивают второй ранний момент зажигания в цилиндре для второго одиночного цикла сгорания после заданного числа событий сгорания. В результате этого отложения сажи на свече зажигания с нагаром могут быть выжжены при уменьшенной подверженности возбуждению детонации.
В одном примере образование сажи на свече зажигания можно определить по выходному сигналу датчика ионизации. В ответ на индикацию образования нагара на свече зажигания первая установка момента зажигания с опережением может обеспечиваться для затронутого цилиндра в течение по меньшей мере одного цикла сгорания. Например, угол применяемого опережения зажигания и число событий сгорания, для которого применяется первый ранний момент зажигания, могут быть отрегулированы таким образом, чтобы поднять температуру конца свечи зажигания на достаточную величину до температуры, обеспечивающей выжигание сажи. Например, момент зажигания может подвергаться опережению только для одного события сгорания. После этого момент зажигания может быть возвращен к номинальному значению (например, ОМЗ или пограничному моменту зажигания) для заданного числа событий сгорания. Заданное число можно регулировать для предотвращения перегрева температуры конца свечи зажигания и возбуждения событий детонации. Таким образом, второй ранний момент зажигания может быть обеспечен в цилиндре для одного или более событий сгорания. При этом второй ранний момент зажигания можно регулировать (например, в реальном времени) по выходному сигналу датчика ионизации после применения первого раннего момента зажигания (и номинального момента). Например, на основе выходного сигнала датчика ионизации можно сделать вывод о сажевой нагрузке, остающейся на покрытой нагаром свече зажигания, и определить запас устойчивости к детонации. Степень применяемого опережения зажигания и число событий сгорания, для которого применяется второй ранний момент зажигания, могут быть отрегулированы таким образом, чтобы выжечь оставшуюся сажу при одновременном уменьшении подверженности и интенсивности детонации. После этого момент зажигания может быть возвращен к номинальному значению. В одном примере, поскольку часть сажевой нагрузки могла быть выжжена при применении первого раннего момента зажигания, второй ранний момент зажигания может подвергаться меньшему опережению, чем первый ранний момент зажигания.
Технический эффект обеспечения номинального момента зажигания между применением первого и второго ранних моментов зажигания состоит в том, что перегрев свечи зажигания может быть уменьшен. По существу, это уменьшает вероятность детонации, возбуждаемой при использовании опережения зажигания для выжигания сажи, скопившейся на покрытой нагаром свече зажигания. Использование периодических событий раннего зажигания с промежуточными номинальными событиями позволяет повысить температуру конца свечи зажигания до достаточно высокого уровня для выжигания сажи (и устранения образования нагара на свече зажигания), но не настолько, чтобы возникали проблемы, связанные с перегревом, такие как детонация, ШВР и ограничения по долговечности. Благодаря повышению запаса устойчивости двигателя к детонации угол опережения зажигания, применяемого для выжигания сажи, также может быть увеличен. Благодаря улучшению борьбы с образованием нагара на свече зажигания вероятность пропусков зажигания уменьшается. Кроме того, может регулироваться температура свечи зажигания, уменьшая вероятность событий детонации. В целом, может быть улучшено техническое состояние свечи зажигания и увеличен срок службы.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На ФИГ. 1 показано схематическое изображение двигателя внутреннего сгорания.
На ФИГ. 2 показана высокоуровневая блок-схема для периодического варьирования момента зажигания между ранним моментом и номинальным моментом в ответ на образование нагара на свече зажигания.
На ФИГ. 3-4 показаны примерные соотношения между продолжительностью работы двигателя с номинальным моментом зажигания и индикацией образования нагара на свече зажигания, а также между углом применяемого опережения зажигания и индикацией образования нагара на свече зажигания.
На ФИГ. 5-7 показан пример регулировок момента зажигания в двигателе, выполняемых в ответ на событие образования нагара на свече зажигания.
Осуществление изобретения
Следующее описание относится к системам и способам борьбы с образованием нагара на свече зажигания в системе двигателя, такой как система двигателя на ФИГ. 1, без перегрева свечи зажигания. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью исполнения управляющей программы, такой как программа на ФИГ. 2, в ответ на событие образования нагара на свече зажигания для выжигания сажи, скапливающейся на свече зажигания, без возбуждения детонации. В ходе этого процесса контроллер может чередовать работу цилиндра с опережением зажигания и работу цилиндра с номинальным зажиганием, пока образование нагара на свече зажигания не будет устранено. Угол применяемого опережения зажигания, а также продолжительность работы с номинальным зажиганием между последовательными событиями с опережением зажигания в цилиндре можно регулировать в зависимости от улучшения данных индикации образования нагара на свече зажигания, например, определяемых по выходному сигналу датчика ионизации (ФИГ. 3-4). Примеры регулировок момента зажигания показаны со ссылкой на ФИГ. 5-7. Таким способом образование нагара на свече зажигания можно успешнее устранять, не вызывая детонации.
На ФИГ. 1 изображена структурная схема, показывающая один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10, который может входить в состав системы обеспечения движения автомобиля. Управление двигателем 10 может по меньшей мере частично осуществляться с помощью системы управления, содержащей контроллер 12, а также входных данных от водителя 130 транспортного средства, подаваемых с помощью устройства 132 ввода. В этом примере устройство 132 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерации пропорционального сигнала положения педали ПП. Камера 30 сгорания (т.е. цилиндр) двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенным в ней. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 таким образом, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть присоединен к по меньшей мере одному приводному колесу автомобиля с помощью системы промежуточной трансмиссии. Кроме того, стартер может быть соединен с коленчатым валом 140 с помощью маховика, позволяя осуществлять операцию запуска двигателя 10.
Цилиндр 30 может принимать впускной воздух через последовательность каналов 142, 144 и 146 для впуска воздуха. Помимо цилиндра 30, канал 146 для впуска воздуха может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10. В некоторых вариантах осуществления один или более впускных каналов могут включать в себя устройство наддува, такое как турбонагнетатель или воздушный нагнетатель. Например, на ФИГ. 1 показан двигатель 10, оснащенный турбонагнетателем, включающим в себя компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и работающей на отработавших газах турбиной 176, расположенной вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводиться в действие турбиной 176, работающей на отработавших газах, при помощи вала 180, при этом устройство наддува выполнено в виде турбонагнетателя. Однако в других примерах, таких, где двигатель 10 снабжен воздушным нагнетателем, турбина 176, работающая на отработавших газах, может быть в некоторых случаях исключена, при этом компрессор 174 может приводиться в действие при помощи механического входного воздействия от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания. Дроссель 20, включающий в себя дроссельную заслонку 164, может быть предусмотрен вдоль впускного канала двигателя для изменения величины расхода и/или давления впускного воздуха, подаваемого к цилиндрам двигателя. Например, дроссель 20 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на ФИГ. 1, или, альтернативно, может быть предусмотрен выше по потоку от компрессора 174.
Выпускной канал 148 может принимать отработавшие газы из других цилиндров двигателя 10 в дополнение к цилиндру 30. В одном примере выпускной канал 148 может принимать отработавшие газы из всех цилиндров двигателя 10. Однако в некоторых вариантах осуществления, как подробно показано на ФИГ. 2, отработавшие газы из одного или более цилиндров могут направляться к первому выпускному каналу, тогда как отработавшие газы из одного или более (оставшихся) цилиндров могут направляться ко второму, другому выпускному каналу, причем различные выпускные каналы затем сливаются далее ниже по потоку у устройства снижения токсичности отработавших газов, или за ним. Датчик 128 отработавших газов показан соединенным с выпускным каналом 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 128 может быть выбран из числа любых подходящих датчиков для обеспечения индикации воздушно-топливного отношения в отработавших газах, таких как линейный широкополосный кислородный датчик УДКОГ (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), узкополосный кислородный датчик с двумя состояниями или датчик кислорода в отработавших газах ДКОГ (как показано на чертеже), НДКОГ (нагреваемый ДКОГ), датчик окислов азота, концентрации водорода или угарного газа, например. Устройство 178 снижения токсичности может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор ТКН, ловушку для окислов азота, различные другие устройства снижения токсичности отработавших газов или их комбинации.
Температура отработавших газов может оцениваться одним или более датчиками температуры (не показаны), расположенными в выпускном канале 148. В других вариантах осуществления температура отработавших газов может определяться исходя из условий работы двигателя, таких как частота вращения, нагрузка, ВТО, запаздывание зажигания и т.д. Кроме того, температура отработавших газов может вычисляться одним или более датчиками 128 отработавших газов. Следует понимать, что температура отработавших газов может альтернативно оцениваться при помощи любой комбинации способов оценки температуры, перечисленных в настоящем документе.
Каждый цилиндр двигателя 10 сгорания может содержать один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 30 показан включающим по меньшей мере один впускной тюльпанообразный клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тюльпанообразный клапан 156, расположенные в верхней части цилиндра 30. В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10, включая цилиндр 30, может содержать по меньшей мере два впускных тюльпанообразных клапана и по меньшей мере два выпускных тюльпанообразных клапана, расположенных в верхней части цилиндра.
Управление впускным клапаном 150 может осуществляться контроллером 12 путем активации кулачков при помощи системы 151 кулачкового привода. Аналогичным образом, управление выпускным клапаном 156 может осуществляться контроллером 12 при помощи системы 153 кулачкового привода. Каждая из систем 151 и 153 кулачкового привода может включать в себя один или несколько кулачков и может использовать одну или несколько из систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИПК), которые могут приводиться в действие контроллером 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться датчиками 155 и 157 положения клапанов соответственно. В альтернативных вариантах осуществления управление впускным и/или выпускным клапаном может осуществляться при помощи электропривода клапанов. Например, цилиндр 30 может в качестве альтернативы содержать впускной клапан, управляемый при помощи электропривода клапанов, и выпускной клапан, управляемый при помощи кулачкового привода, включающей в себя системы ППК и/или ИФКР. В других вариантах осуществления управление впускным и выпускным клапанами может осуществляться при помощи общего исполнительного механизма или системы активации клапанов, или исполнительного механизма или системы активации изменяемых фаз газораспределения.
Цилиндр 30 может обладать степенью сжатия, представляющей собой соотношение объемов, когда поршень 138 расположен между нижней мертвой точкой и верхней мертвой точкой. Обычно степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах, при использовании различных видов топлива, степень сжатия может быть увеличена. Это может происходить, например, при использовании высокооктановых видов топлива или топлива с повышенной скрытой энтальпией испарения. Степень сжатия может также быть увеличена при использовании непосредственного впрыска вследствие его воздействия на детонационный стук двигателя.
Каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу 192 зажигания для инициирования сгорания. Система 190 зажигания может обеспечивать искру зажигания для камеры 30 сгорания с помощью свечи 192 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания 03 от контроллера 12 при выбранных рабочих режимах. В частности, в ответ на сигнал зажигания от контроллера, система 190 зажигания может подавать высоковольтное смещение к свече 192 зажигания, чтобы обеспечить возможность измерения ионизации. Высоковольтное смещение может подаваться на искровой промежуток и применяться до заряда катушки зажигания. При определенных условиях дополнительное высоковольтное смещение может подаваться во время заряда катушки зажигания. Система 190 зажигания может включать в себя одну или более катушек зажигания и других схем/электронных компонентов для активации соответствующей свечи зажигания и обеспечения измерения ионизации, таких как модуль 194 измерения ионизации. Модуль измерения ионизации может включать в себя датчик ионизации. В качестве альтернативного варианта для измерения ионизации может применяться свеча зажигания. Зарядка катушки зажигания может осуществляться при помощи высоковольтного источника питания (не показан) или напряжения аккумулятора. Использование напряжения вольтодобавки, обеспечиваемого высоковольтным источником питания, может создавать различные преимущества, такие как уменьшение времени заряда катушки зажигания и времени протекания тока через катушку, что по существу обеспечивает большую гибкость установки угла опережения зажигания и/или более длительный период измерения ионизации.
В одном варианте осуществления каждая свеча зажигания включает в себя специальную катушку и связанные с ней электронные компоненты для обеспечения зажигания и измерения ионизации. В качестве альтернативного варианта единственный блок зажигания может быть связан с несколькими свечами зажигания с измерением ионизации, обеспечиваемым путем использования двухпроводной линии питания для уменьшения числа необходимых линий управления. В изображенном варианте осуществления показана единственная свеча зажигания в каждом цилиндре, которая выполняет функцию воспламенения топливной смеси. Однако настоящее изобретение может использоваться в различных вариантах применения с двойными свечами зажигания, при этом одна или обе обеспечивают воспламенение смеси и/или измерение ионизации.
Контроллер 12 может содержать код, реализуемый программными и/или аппаратными средствами, для контроля ионизационного тока свечи зажигания с целью обнаружения условия образования нагара на свече зажигания. Как дополнительно раскрыто ниже со ссылкой на ФИГ. 2-4, в ответ на обнаружение условия образования нагара на свече зажигания контроллер 12 может применять различные корректирующие воздействия или управляющие процедуры для выжигания сажи, отложившейся на свече зажигания с нагаром. Управляющие процедуры для удаления отложений на свече зажигания включают в себя периодическую установку момента зажигания с опережением, при этом события периодического опережения зажигания перемежаются с событиями номинального зажигания. Событие (-я) опережения зажигания используются для быстрой передачи тепла свече зажигания, тем самым, повышая температуру конца свечи зажигания и выжигая скопившуюся сажу. Периодическое событие (-я) номинального зажигания используется для регулирования температуры конца свечи зажигания и уменьшения перегрева, тем самым, уменьшая проблемы детонации, ШВР и долговечности свечи зажигания.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть оснащен одной или несколькими топливными форсунками для подачи в него топлива. В качестве неограничивающего примера цилиндр 30 показан содержащим одну топливную форсунку 166. Топливная форсунка 166 показана соединенной непосредственно с цилиндром 30 для впрыскивания в него топлива пропорционально длительности импульса впрыска топлива (ДИВТ), принятого от контроллера 12 через электронный формирователь 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает так называемый непосредственный впрыск (в дальнейшем называемый также НВ) топлива в цилиндр 30. Хотя на ФИГ. 1 форсунка 166 показана в виде боковой форсунки, она может также быть расположена сверху над поршнем, например, возле места расположения свечи 192 зажигания. Такое положение позволяет улучшать смешивание и сгорание при работе двигателя на спиртосодержащем топливе вследствие более низкой летучести спиртосодержащих видов топлива. В качестве альтернативного варианта, форсунка может располагаться сверху возле впускного клапана для улучшения смешивания. Следует понимать, что в альтернативном варианте осуществления топливная форсунка 166 может представлять собой инжектор распределительного впрыска, подающий топливо во впускное окно выше по потоку от цилиндра 30.
Следует понимать, что в других вариантах осуществления двигатель может работать при помощи впрыскивания изменяемой топливной смеси или жидкости для подавления детонации/преждевременного зажигания через две форсунки (инжектор 166 непосредственного впрыска и инжектор распределительного впрыска) и изменения относительной величины впрыска из каждого инжектора.
Топливо можно подавать к топливной форсунке 166 при помощи топливной системы 80 высокого давления, включающей в себя топливные баки, топливные насосы и топливную рампу. В качестве альтернативного варианта, топливо можно подавать одноступенчатым топливным насосом при более низком давлении, причем в этом случае установка момента непосредственного впрыска топлива может быть более ограниченной во время такта сжатия, чем при использовании топливной системы высокого давления. Кроме того, хотя это не показано на чертеже, топливные баки могут иметь датчик давления, обеспечивающий сигнал для контроллера 12.
Топливо может подаваться форсункой (-ами) к цилиндру во время единственного цикла работы двигателя. Кроме того, распределение и/или относительное количество топлива, подаваемого из форсунки (-ок), может изменяться в зависимости от условий работы. Например, распределение может изменяться в зависимости от скорости изменения наддувочного воздуха в цилиндре, характера события аномального сгорания в цилиндре (например, в зависимости от того, имеет ли место событие пропуска зажигания, событие детонации или событие преждевременного зажигания в цилиндре). Кроме того, для единственного события сгорания могут выполняться несколько впрысков подаваемого топлива за цикл. Несколько впрысков могут выполняться во время такта сжатия, такта впуска или любой подходящей их комбинации.
Согласно приведенному выше описанию, на ФИГ. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Фактически каждый цилиндр может аналогичным образом содержать собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку (-и), свечу зажигания и т.д.
Топливные баки в топливной системе 80 могут содержать топливо или жидкости для подавления детонации/преждевременного зажигания с различными свойствами, например, различным составом. Эти отличия могут включать в себя различное содержание спирта, различное содержание воды, различное октановое число, различную теплоту парообразования, различные топливные смеси и/или комбинации вышеперечисленного и т.д. В одном примере виды топлива или жидкости для подавления детонации/преждевременного зажигания с различным содержанием спирта могут содержать один вид топлива, представляющего собой бензин, и другой вид топлива, представляющего собой этанол или метанол. В другом примере для работы двигателя могут быть использованы бензиновое топливо в качестве первого вещества и спиртосодержащая топливная смесь, например, Е85 (содержит приблизительно 85% этанола и 15% бензина) или М85 (содержит приблизительно 85% метанола и 15% бензина), в качестве второго вещества. Другие спиртосодержащие виды топлива могут представлять собой смесь спирта и воды, смесь спирта, воды и бензина и т.д. В другом примере оба вида топлива могут представлять собой спиртовые смеси, в которых первый вид топлива может представлять собой смесь бензина и спирта с более низкой долей спирта по сравнению со смесью бензина и спирта второго вида топлива с большей долей спирта, например, Е10 (содержит приблизительно 10% этанола) в качестве первого вида топлива и Е85 (содержит приблизительно 85% этанола) в качестве второго вида топлива. В еще одном примере один из видов топлива может включать в себя воду, тогда как другой вид топлива представляет собой бензин или спиртовую смесь. Кроме того, первый и второй виды топлива могут отличаться друг от друга своими топливными качествами, например, иметь различия в температуре, вязкости, октановом числе, потенциальной энтальпии парообразования и др. Другие жидкости для подавления преждевременного зажигания могут включать в себя воду, метанол, промывочную жидкость (которая представляет собой смесь приблизительно 60% воды и 40% метанола) и т.д.
Кроме того, характеристики топлива или жидкости для подавления преждевременного зажигания, хранящихся в топливном баке, могут неоднократно меняться. В одном примере водитель может один день пополнить топливный бак топливом Е85, на следующий день топливом Е10, а на следующий - топливом Е50. Ежедневные изменения наполнения бака могут привести к неоднократному изменению химического состава топлива, таким образом, влияя на состав топлива, подаваемого к форсунке 166.
Двигатель 10 может дополнительно включать в себя один (как показано) или более датчиков 90 детонации, распределенных вдоль корпуса двигателя (например, вдоль блока цилиндров двигателя). Если множество датчиков детонации включены в состав двигателя, они могут распределяться симметрично или асимметрично вдоль блока цилиндров двигателя. Датчик 90 детонации может представлять собой акселерометр, датчик ионизации или датчик вибраций. В одном примере контроллер 12 может быть выполнен с возможностью обнаружения и различения вибраций блока цилиндров двигателя, генерируемых вследствие детонации, от вибраций, вызванных преждевременным зажиганием, по выходному сигналу (например, времени, амплитуде, интенсивности, частоте сигнала и т.д.) одного или более датчиков 90 детонации. Контроллер может оценивать выходные сигналы датчиков в различных временных окнах, относящихся к конкретным цилиндрам и основанным на характере обнаруживаемой вибрации. Например, детонация может быть идентифицирована по выходным сигналам датчиков детонации, измеряемым в окне угла поворота коленчатого вала, относящемся ко времени после зажигания, тогда как преждевременное зажигание может измеряться в окне угла поворота коленчатого вала, относящемся ко времени до зажигания. В качестве другого примера, детонация может индицироваться в ответ на выходной сигнал датчика детонации в более позднем окне, располагаясь выше порога детонации, тогда как преждевременное зажигание может индицироваться в ответ на выходной сигнал в более раннем окне, располагаясь выше порога преждевременного зажигания, при этом порог преждевременного зажигания больше порога детонации.
В дополнительных примерах контроллер 12 может быть выполнен с возможностью обнаружения и различения происхождения вибраций по выходному сигналу (например, времени, амплитуде, интенсивности, частоте сигнала и т.д.) одного или более датчиков детонации, а также по скорости изменения параметра, указывающего на наддувочный воздух в цилиндре, такого как скорость изменения давления воздуха в коллекторе (ДВК), массовый расход воздуха (МРВ) и т.д.
Следует понимать, что хотя на ФИГ. 1 предполагается применение датчиков детонации для измерения вибраций блока цилиндров двигателя, в альтернативных примерах для измерения вибраций могут использоваться другие акселерометры, датчики вибраций, датчики ионизации или установленные в цилиндре датчики давления. Кроме того, акселерометры, датчики вибраций, датчики давления в цилиндре и датчики ионизации могут также использоваться для того, чтобы сигнализировать о событии пропуска зажигания в цилиндре (такого как событие пропуска зажигания в цилиндре, вызванное образованием нагара на свече зажигания) и отличать событие пропуска зажигания от событий детонации или преждевременного зажигания.
Контроллер 12 на ФИГ. 1 показан в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство 106 (МПУ), порты 108 ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере показанную в виде постоянного запоминающего устройства 110 (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 112 (ОЗУ), энергонезависимую память 114 (ЭЗУ) и шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, среди которых можно назвать: показание массового расхода всасываемого воздуха (МРВ) от датчика 122 массового расхода воздуха; показание температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 116 температуры, связанного с рубашкой 118 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 120 на эффекте Холла (или датчика другого типа), связанного с коленчатым валом 140; сигнал положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 124, сигнал ВТО в цилиндре от датчика 128 ДКОГ, ионизационный ток свечи зажигания от датчика ионизации модуля 194 измерения ионизации, и сигнал аномального сгорания от датчика 90 детонации и датчика ускорения распределительного вала. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал ДВК от датчика давления во впускном коллекторе можно использовать для индикации разряжения или давления во впускном коллекторе. К двигателю 10 (например, к корпусу двигателя) могут быть присоединены и другие датчики, такие как датчики давления в цилиндре, датчики детонации и/или датчики преждевременного зажигания, чтобы способствовать идентификации событий аномального сгорания. Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков, показанных на ФИГ. 1 и задействует различные исполнительные механизмы, показанные на ФИГ. 1, для регулирования работы двигателя на основе принимаемых сигналов и команд, хранящихся в памяти контроллера. Постоянное запоминающее устройство 110 среды хранения может быть запрограммировано с помощью машиночитаемых данных, представляющих команды, исполняемые процессором 106 для осуществления раскрытых ниже способов, а также других вариантов, предполагаемых, но не перечисленных конкретно.
Обратимся теперь к ФИГ. 2, на котором представлен пример способа 200 для периодической установки момента зажигания с опережением по сравнению с номинальным моментом зажигания в ответ на индикацию образования нагара на свече зажигания. Периодические события опережения зажигания используются для нагревания свечи зажигания до уровня, достаточного для выжигания скопившейся сажи. Периодические события опережения зажигания разделены промежуточными события номинального зажигания, позволяющими обеспечить лучшее управление температурой конца свечи зажигания. Команды для реализации способа 200 и остальных способов, включенных в настоящую заявку, могут выполняться контроллером на основе команд, хранящихся в памяти контроллера, совместно с сигналами, принимаемыми от датчиков системы двигателя, таких как датчики, описанные выше со ссылкой на ФИГ. 1. Контроллер может использовать исполнительные механизмы системы двигателя для регулирования работы двигателя в соответствии с раскрытыми ниже способами.
На шаге 202 способ включает в себя оценку и/или измерение условий работы двигателя. Оцениваемые условия могут включать в себя, например, частоту вращения двигателя, нагрузку двигателя, температуру двигателя, температуру отработавших газов, ионизационный ток свечи зажигания, выходной сигнал датчика детонации и т.д.
На шаге 204 на основе оцениваемых условий работы двигателя может быть определено, имеет ли место индикация образования нагара на свече зажигания. Например, индикация образования нагара на свече зажигания может быть основана на возникновении одного или более событий пропуска зажигания в цилиндре. В другом примере индикация образования нагара на свече зажигания может быть основана на ионизационном токе свечи зажигания или выходном сигнале датчика ионизации, связанного со свечой зажигания. Например, если ионизационный ток выше порогового значения, может быть установлено, что имеет место образование нагара на свече зажигания вследствие скапливания сажи. По существу, установившийся сигнал ионизации (например, ток) в интервале перед возбуждением катушки зажигания свечи зажигания, также называемом «предзарядной стадией», превышает пороговое значение. Предзарядный сигнал ионизации обеспечивает измерение шунтирующего сопротивления, которое уменьшает количество проводящих углеродсодержащих отложений (сажи), образующихся на свече зажигания. Если ионизационный ток больше порогового значения, это указывает на повышенное шунтирующее сопротивление вследствие образования нагара на свече зажигания.
В случае отсутствия индикации образования нагара на свече зажигания, на шаге 206 способ включает в себя поддержание работы двигателя при номинальном моменте зажигания (или чередующемся моменте зажигания в зависимости от условий работы двигателя). Например, момент зажигания может поддерживаться равным или близким к ОМЗ или пограничному моменту зажигания (ПМЗ).
При наличии индикации образования нагара на свече зажигания способ включает в себя задание диагностического кода на шаге 208. Диагностический код указывает на то, что свеча зажигания покрыта нагаром вследствие скапливания сажи, и что требуется выжигание сажи. В связи с этим диагностический код может поддерживаться до тех пор, пока свеча зажигания не будет в достаточной степени очищена. Как подробно изложено ниже, свечу зажигания можно очистить посредством периодической установки момента зажигания с опережением по сравнению с номинальным моментом зажигания с последующим возвращением к номинальному моменту зажигания.
На шаге 210, перед инициированием очистки свечи зажигания, можно определить, ниже ли нагрузка двигателя, чем пороговая нагрузка. Конкретно, можно определить, что двигатель работает при нагрузке, меньшей, чем максимальная, или выходном крутящем моменте, меньшем, чем максимальный. Например, можно определить, что двигатель работает в положении дроссельной заслонки, открытой меньше, чем полностью открытая дроссельная заслонка (ПОДЗ). Посредством очистки свечи зажигания при помощи периодических событий опережения зажигания в условиях менее нагруженного двигателя (иными словами, при уровнях нагрузки в диапазоне от низких до умеренных) можно уменьшить вероятность повреждения двигателя вследствие перегрева свечи зажигания, детонации, преждевременного зажигания и/или ШВР. Если нагрузка двигателя равна или выше пороговой нагрузки, на шаге 212 очистка свечи зажигания при помощи периодического опережения зажигания может быть задержана до тех пор, пока нагрузка двигателя не окажется в требуемом диапазоне нагрузок.
При подтверждении того, что нагрузка двигателя находится в требуемом диапазоне, запускается программа очистки свечи зажигания. Конкретно, на шаге 214 способ включает в себя определение величины и продолжительности опережения зажигания для первого раннего момента зажигания в зависимости от условий работы двигателя, включая одно или более (или каждое) из выходного сигнала датчика ионизации, температуры двигателя, нагрузки двигателя, процентной доли РОГ, влажности, октанового числа топлива, воздушно-топливного отношения и температуры наддувочного воздуха. Например, по мере того, как выходной сигнал датчика ионизации возрастает, превышая порог (и индикация образования нагара на свече зажигания указывает на повышенный уровень сажи на свече зажигания с нагаром), величина (или угол в градусах) применяемого опережения зажигания может возрастать. В качестве альтернативного или дополнительного варианта, опережение зажигания может применяться для первого числа событий сгорания. В качестве другого примера, при меньших нагрузках двигателя, когда двигатель не имеет пограничного ограничения, момент зажигания может устанавливаться с опережением ОМЗ. Для сравнения, если двигатель не ограничен пограничным моментом зажигания, величина действующего запаздывания зажигания может быть меньше, чем в условиях небольших нагрузок. В другом примере угол опережения зажигания для события первого раннего зажигания может уменьшаться по мере возрастания температуры наддувочного воздуха. В качестве еще одного примера, угол опережения зажигания для события первого раннего зажигания может уменьшаться по мере возрастания температуры двигателя. В качестве третьего примера, по мере возрастания величины (или доли в процентах) РОГ, применяемой в двигателе (иными словами, по мере увеличения разжижения смеси в двигателе), угол опережения зажигания для события первого раннего зажигания может возрастать. В качестве еще одного примера, по мере возрастания предполагаемого октанового числа топлива или влажности наддувочного воздуха (например, влажности окружающей среды) угол опережения зажигания для события первого раннего зажигания может возрастать. Помимо этого, угол опережения зажигания может регулироваться в зависимости от того, ограничен ли двигатель пограничным зажиганием, а также от того, насколько двигатель ограничен по сравнению с пограничным зажиганием. В связи с этим величина и количество первоначальных событий раннего зажигания могут быть выбраны таким образом, чтобы в достаточной степени повысить температуру конца свечи зажигания до уровня, обеспечивающего возможность выжигания значительной части скопившейся сажи.
В некоторых примерах сигнал датчика ионизации может использоваться для индикации или определения количества тепла в свече зажигания. Кроме того, как раскрыто ниже, при помощи датчика ионизации можно оценивать рост температуры конца свечи зажигания, который затем может использоваться в качестве механизма обратной связи для изменения угла опережения зажигания и числа событий сгорания с целью применения первого раннего момента зажигания (и/или последующего номинального момента зажигания).
Угол действующего опережения зажигания может также регулироваться в зависимости от предыстории детонации или преждевременного зажигания в двигателе, индицируемой числом отсчетов событий преждевременного зажигания и/или детонации двигателя. Например, при большем числе отсчетов событий детонации или преждевременного зажигания в двигателе может быть установлено, что двигатель в большей степени подвержен детонации или преждевременному зажиганию. Соответственно, для уменьшения вероятности возбуждения детонации и/или преждевременного зажигания при очистке свечи зажигания угол опережения зажигания для события первого раннего зажигания может быть уменьшен и/или число первоначальных используемых событий раннего зажигания может быть сокращено. Кроме того, если бы двигатель подвергался детонации и/или преждевременному зажиганию, он бы передавал большее количество тепла свече зажигания естественным образом. Поэтому величина раннего момента зажигания, требующегося для повышения температуры конца свечи зажигания, была бы меньше.
На шаге 216 способ включает в себя обеспечение первого раннего момента зажигания в цилиндре, затронутом образованием нагара на свече зажигания, для (по меньшей мере) первого одиночного события сгорания при величине или угле опережения зажигания, определенных на шаге 214. При этом такое установка момента выполняется в ответ на индикацию образования нагара на свече зажигания вследствие скапливания сажи. В некоторых примерах способ может дополнительно включать в себя установку момента зажигания с опережением для одного или более событий сгорания после первого одиночного события сгорания. Число циклов сгорания (один или более) может быть установлено в зависимости от индикации образования нагара на свече зажигания, определенного на шаге 214. В дополнение к этому, один или более циклов сгорания могут быть установлены на основе температуры конца свечи зажигания. Например, если температура конца свечи зажигания недостаточно повышена после обеспечения первого раннего момента зажигания для первого одиночного события сгорания, число событий опережения зажигания может быть увеличено. В одном примере контроллер может обеспечивать первый ранний момент зажигания в затронутом цилиндре для первого одиночного события сгорания, а затем распространять первый ранний момент зажигания на один или более цилиндров для одного или более циклов сгорания в реальном времени в зависимости от температуры конца свечи зажигания, оцененной или измеренной при обеспечении первого раннего момента зажигания или немедленно после обеспечения. Иными словами, первый ранний момент зажигания может быть обеспечен для первого числа событий сгорания.
На шаге 218, при обеспечении первого раннего момента зажигания и периодическом использовании раннего зажигания, обнаружение детонации и преждевременного зажигания могут быть временно заблокированы для затронутого цилиндра. Таким образом, обнаружение (и уменьшение) детонации и преждевременного зажигания для остальных цилиндров двигателя могут поддерживаться. Например, выходной сигнал датчика детонации может быть временно проигнорирован, даже если он превышает порог детонации или преждевременного зажигания. В альтернативном варианте обнаружение детонации и предварительного зажигания может быть разрешено, но уменьшение детонации и преждевременного зажигания может быть временно запрещено. Например, даже если выходной сигнал датчика детонации выше порога детонации, запаздывание зажигания не может применяться для устранения детонации в течение того времени, когда обеспечено периодическое опережение зажигания. Аналогичным образом, даже если выходной сигнал датчика детонации выше порога преждевременного зажигания, обогащение смеси в цилиндре не может применяться для устранения преждевременного зажигания в течение того времени, когда обеспечено периодическое опережение зажигания. Благодаря временному запрещению борьбы с детонацией в то время, пока проблема образования нагара на свече зажигания устраняется в цилиндре при помощи периодического опережения зажигания, конфликты в контроллере между очисткой свечи зажигания при помощи опережения зажигания и уменьшением детонации при помощи запаздывания зажигания могут быть сокращены. Иными словами, модули предотвращения появления детонации и преждевременного зажигания не «воюют против» модуля очистки свечи зажигания контроллера.
На шаге 220 способ включает в себя оценку и/или измерение температуры конца свечи зажигания. В дополнение к этому, могут измеряться или оцениваться один или более других параметров двигателя, таких как температура двигателя, температура наддувочного воздуха, температура отработавших газов и т.д. На шаге 222 способ включает в себя, после обеспечения первого раннего момента зажигания в цилиндре для первого одиночного события сгорания (или первого числа событий сгорания), обеспечение номинального момента зажигания в цилиндре для некоторого числа событий сгорания. При этом номинальный момент зажигания может быть обеспечен для второго числа событий сгорания. Второе число событий сгорания, для которого обеспечен номинальный момент зажигания, может быть основано на по меньшей мере температуре конца свечи зажигания. В дополнение к этому, число событий сгорания, в течение которых обеспечен номинальный момент зажигания, может быть основано на одном или более из выходного сигнала датчика ионизации, температуры наддувочного воздуха, температуры двигателя и температуры конца свечи зажигания. Это число может регулироваться в реальном времени, например, на основе одного или более (или каждого) из выходного сигнала датчика ионизации, температуры наддувочного воздуха, температуры двигателя, процентной доли РОГ (или разжижения в системе РОГ), октанового числа топлива, воздушно-топливного отношения и/или температуры конца свечи зажигания, оцениваемой немедленно после обеспечения первого раннего момента зажигания.
В частности, число событий сгорания может регулироваться для уменьшения перегрева свечи зажигания и инициирования событий аномального сгорания, таких как детонация и преждевременное зажигание, вызванные перегревом. Например, по мере возрастания температуры конца свечи зажигания (например, возрастания с превышением пороговой температуры после обеспечения первого раннего момента зажигания), второе число событий сгорания, в течение которых обеспечен номинальный момент зажигания, может быть увеличено. В альтернативных примерах, в ответ на возрастание температуры наддувочного воздуха или температуры двигателя с превышением соответствующих порогов, интервал времени, при котором обеспечен номинальный момент, может быть увеличен. В то время, когда в затронутом цилиндре обеспечен номинальный момент зажигания, детонация или преждевременное зажигание могут быть повторно разрешены. Это позволяет диагностировать детонацию или преждевременное зажигание в затронутом цилиндре. Если выходной сигнал датчика детонации выше, чем порог преждевременного зажигания в то время, как в цилиндре обеспечен номинальный момент зажигания, для устранения преждевременного зажигания может применяться обогащение смеси в цилиндре, пока обеспечивается номинальный момент зажигания, или при обеспечении второго раннего момента зажигания (после номинального момента зажигания). При этом обогащение ограничено только затронутым цилиндром и не распространяется на другие цилиндры двигателя. Аналогичным образом, если выходной сигнал датчика детонации выше, чем порог детонации, в то время как в цилиндре обеспечен номинальный момент зажигания, для устранения детонации может применяться запаздывание зажигания. В альтернативном варианте могут регулироваться угол опережения и число событий сгорания для второго раннего момента зажигания (как раскрыто ниже).
На шаге 224 может быть принят выходной сигнал датчика ионизации. На основе выходного сигнала датчика ионизации может быть определен уровень сажи на покрытой нагаром свече зажигания. Например, уровень сажи на свече зажигания может оцениваться на основе ионизационного тока свечи зажигания относительно порогового значения.
На шаге 226, на основе выходного сигнала датчика ионизации, может быть определено, снизилось ли образование нагара на свече зажигания. В одном примере может быть определено, что образование нагара на свече зажигания снизилось, если имеет место понижение оцениваемого уровня сажи на покрытой нагаром свече зажигания, определяемое на основе ионизационного тока затронутой свечи зажигания. В качестве примера, последняя оценка уровня сажи может сравниваться с уровнем сажи, оцененным во время индикации образования нагара на свече зажигания (на шаге 204). Если последняя оценка уровня сажи ниже первоначальной оценки (или ниже более, чем на пороговую величину), может быть установлено, что образование нагара на свече зажигания снизилось.
Если последняя оценка уровня сажи ниже первоначальной оценки не в достаточной степени (например, ниже менее, чем на пороговую величину), может быть установлено, что образование нагара на свече зажигания не снизилось.
Соответственно, на шаге 228 алгоритм переходит к обеспечению второго раннего момента зажигания в затронутом цилиндре для по меньшей мере второго одиночного события сгорания после обеспечения номинального момента для некоторого числа событий сгорания. В дополнение к этому, обеспечение второго раннего момента зажигания может быть распространено на третье число событий сгорания. При этом второй ранний момент зажигания устанавливается с меньшим опережением (по сравнению с номинальным моментом зажигания), чем первый ранний момент зажигания. Посредством уменьшения угла опережения второго раннего момента зажигания по сравнению с первым ранним моментом зажигания при разделении первого и второго ранних моментов зажигания пачкой импульсов номинальных моментов зажигания можно повысить температуру конца свечи зажигания в достаточной степени для выжигания скопившейся сажи со свечи зажигания без перегрева свечи зажигания. В дополнение к этому, когда обеспечен второй ранний момент зажигания, обнаружение детонации и преждевременного зажигания можно временно запретить (только для затронутого цилиндра), как описано выше применительно к шагу 218.
В ответ на недостаточное улучшение в ходе устранения образования нагара на свече зажигания после обеспечения первого раннего момента зажигания угол опережения зажигания, обеспечиваемый для второго раннего момента зажигания, а также третье число событий сгорания, для которого обеспечен второй ранний момент зажигания, могут быть отрегулированы, как подробно изложено со ссылкой на характеристики, представленные на ФИГ. 3-4. Например, угол опережения зажигания и/или третье число событий сгорания могут регулироваться в реальном времени на основе одного или более из выходного сигнала датчика ионизации, температуры наддувочного воздуха, температуры конца свечи зажигания и температуры двигателя, оцениваемых после обеспечения первого раннего момента зажигания и обеспечения номинального момента зажигания. В показанном примере угол опережения зажигания возрастает (при сохранении меньшего опережения второго раннего момента зажигания по сравнению с первым ранним моментом зажигания) и/или третье число событий сгорания может увеличиваться. Таким образом, может подаваться более мощный второй импульс с более ранним моментом зажигания и/или более длительный второй импульс раннего момента зажигания. Кроме того, может обеспечиваться сочетание более длительного и более мощного второго импульса опережения зажигания.
Следует понимать, что как первый, так и второй ранние моменты зажигания подвергаются опережению относительно номинального момента зажигания. В одном примере номинальный момент зажигания включает в себя ОМЗ, а первый и второй ранние моменты зажигания подвергаются опережению относительно ОМЗ. В другом примере номинальный момент зажигания включает в себя пограничный момент зажигания (ПМЗ), а первый и второй ранние моменты зажигания подвергаются опережению относительно ПМЗ.
Если последний оценочный уровень сажи ниже первоначальной оценки в достаточной степени (например, ниже более, чем на пороговую величину), алгоритм переходит к шагу 230, чтобы определить, очищена ли свеча зажигания. Иначе говоря, может быть определено, уменьшился ли уровень сажи на свече зажигания ниже уровня (например, нижнего порога), при котором могут возникать пропуски зажигания. Если уровень сажи на свече зажигания уменьшился до нижнего порога или стал ниже этого порога (например, когда произошло выжигание по существу всей сажи), может быть определено, что свеча зажигания очищена. Однако если последний оценочный уровень сажи достаточно низок, но еще на достигает нижнего порога, может быть определено, что образование нагара уменьшилось, но свеча зажигания еще не очищена полностью.
Вследствие того, что свеча зажигания не очищена при индикации уменьшения образования нагара на свече зажигания, алгоритм переходит к установке второго раннего момента зажигания в затронутом цилиндре для по меньшей мере второго одиночного события сгорания после установки номинального момента для некоторого числа событий сгорания. В дополнение к этому, установка второго раннего момента зажигания может быть распространена на третье число событий сгорания. При этом второй ранний момент зажигания устанавливается с меньшим опережением (по сравнению с номинальным моментом зажигания), чем первый ранний момент зажигания. Посредством уменьшения угла опережения второго раннего момента зажигания по сравнению с первым ранним моментом зажигания при разделении первого и второго ранних моментов зажигания пачкой импульсов номинальных моментов зажигания можно повысить температуру конца свечи зажигания в достаточной степени для выжигания скопившейся сажи со свечи зажигания без перегрева свечи зажигания.
В ответ на достаточное улучшение в ходе устранения образования нагара на свече зажигания после установки первого раннего момента зажигания угол опережения зажигания, установленный для второго раннего момента зажигания, а также третье число событий сгорания, в течение которых установлен второй ранний момент зажигания, может быть отрегулировано, как подробно изложено со ссылкой на характеристики, представленные на ФИГ. 3-4. Например, угол опережения зажигания и/или третье число событий сгорания могут регулироваться в реальном времени на основе одного или более из выходного сигнала датчика ионизации, температуры наддувочного воздуха, температуры конца свечи зажигания и температуры двигателя, оцениваемых после установки первого раннего момента зажигания и установки номинального момента зажигания. В показанном примере угол опережения зажигания убывает (при сохранении меньшего опережения второго раннего момента зажигания по сравнению с первым ранним моментом зажигания) и/или третье число событий сгорания может уменьшаться. Таким образом, может подаваться менее мощный второй импульс с более ранним моментом зажигания и/или более короткий второй импульс раннего момента зажигания. Кроме того, может обеспечиваться сочетание более короткого и менее мощного второго импульса опережения зажигания.
После установки второго раннего момента зажигания на шагах 228 и 232 программа возвращается к шагу 220, на котором оценивается температура конца свечи зажигания и, соответственно, регулируется интервал времени, в течение которого установлено зажигание с номинальным моментом. В дополнение к этому, в зависимости от выходного сигнала датчика ионизации, заново оценивается уменьшение образования нагара на свече зажигания и регулируется дальнейшая установка раннего момента зажигания. Таким образом, работа двигателя с пачками импульсов моментов зажигания, постепенно подвергающихся все меньшему опережению, может чередоваться с импульсами номинального момента зажигания для устранения образования нагара сажи на свече зажигания при улучшенном регулировании температуры. При этом, в зависимости от улучшения состояния покрытой нагаром свечи зажигания после применения пачки импульсов зажигания, регулируются дальнейшие пачки импульсов опережения зажигания, а также продолжительность применения номинального зажигания между пачками импульсов.
Возвращаясь к шагу 230, отметим, что если определено, что покрытая нагаром свеча зажигания достаточно очищена (например, если определено, что по существу вся сажа была выжжена на затронутой свече зажигания), то на шаге 232 способ включает в себя сброс диагностического кода (ранее заданного на шаге 208), указывающего на образование нагара на свече зажигания. В дополнение к этому, на шаге 234 повторно разрешаются обнаружение и уменьшение детонации и преждевременного зажигания. Например, повторно реактивируются модули предотвращения появления детонации и преждевременного зажигания. Программа после этого переходит к шагу 206, на котором возобновляется работа двигателя при номинальном моменте зажигания (или чередующемся моменте зажигания в зависимости от условий работы двигателя). Например, момент зажигания может поддерживаться равным или близким к ОМЗ или пограничному моменту зажигания (ПМЗ). В одном примере, в ответ на образование нагара на свече зажигания, 1/50 событий в цилиндре могут иметь момент зажигания, подвергающийся опережению на 10-15 градусов относительно номинальной уставки, для 1 или более событий сгорания. В альтернативном варианте некоторое число событий сгорания может быть задано с ранним моментом зажигания, уменьшающимся последовательно. Например, 1/50 событий в цилиндре могут последовательно подвергаться опережению зажигания с углом опережения 15, затем 10, затем 5 градусов для передачи достаточного тепла к свече. Аналогичная схема установки ранних моментов зажигания может применяться на других цилиндрах двигателя в зависимости от соответствующей индикации образования нагара на их свечах зажигания до тех пор, пока этого не окажется достаточным для выжигания или удаления осаждений на каждом из них при минимизации проблем детонации и ШВР, или неблагоприятного воздействия на долговечность.
Таким образом, в ответ на индикацию образования нагара на свече зажигания контроллер может периодически подвергать момент зажигания опережению относительно номинального момента зажигания, при этом угол опережения и периодичность ранних моментов зажигания основаны на одном или более из выходного сигнала датчика ионизации, температуры наддувочного воздуха, температуры конца свечи зажигания и температуры двигателя. При этом периодическое опережение зажигания поддерживается, пока осуществляется индикация образования нагара для затронутой свечи зажигания. Следует также понимать, что периодическое опережение зажигания выполняется для затронутого цилиндра в ответ на индикацию образования нагара на данной свече зажигания цилиндра, а не в ответ на индикацию образования нагара на другой свече зажигания цилиндра. Аналогичным образом, периодическое опережение не обеспечивается для других, незатронутых цилиндров.
На ФИГ. 3 показан пример соотношения между продолжительностью интервала времени, истекшего между установкой первого раннего момента зажигания и установкой второго раннего момента зажигания, относительно оцениваемого улучшения данных индикации образования нагара на свече зажигания. Как описано со ссылкой на ФИГ. 2, улучшение данных индикации образования нагара на свече зажигания может определяться на основе изменения предполагаемой сажевой нагрузки свечи зажигания или на основе изменения ионизационного тока свечи зажигания. Например, понижение ионизационного тока относительно верхнего порога может указывать на образование сажевого нагара на свече зажигания. Затем, по мере возвращения ионизационного тока обратно к верхнему порогу после установки по меньшей мере первого раннего момента зажигания, степень улучшения при индикации образования нагара на свече зажигания может возрасти. Как показано на диаграмме 300, при первоначальном улучшении данных индикации образования нагара на свече зажигания продолжительность интервала времени, в течение которого установлен номинальный момент зажигания между установкой первого раннего момента зажигания и установкой второго раннего момента зажигания, может сохраняться. После этого, по мере улучшения данных индикации образования нагара на свече зажигания продолжительность промежутка времени, в течение которого установлен номинальный момент зажигания между установкой первого раннего момента зажигания и установкой второго раннего момента зажигания, может возрастать. Благодаря обеспечению опережения зажигания, которое повторяется реже и в течение более коротких промежутков времени (т.е. имеет большее разнесение), риск возникновения детонации уменьшается, при этом обеспечивается достаточно раннее зажигание, чтобы вносить вклад в дополнительное тепло, необходимое для очистки свечи зажигания.
На ФИГ. 4 показан пример соотношения между углом опережения второго раннего момента зажигания, устанавливаемого после установки каждого из первого раннего момента зажигания и номинального момента зажигания, относительно оцениваемого улучшения при индикации образования нагара на свече зажигания. Как описано со ссылкой на ФИГ. 2, улучшение данных индикации образования нагара на свече зажигания может определяться на основе изменения предполагаемой сажевой нагрузки свечи зажигания или на основе изменения ионизационного тока свечи зажигания. Например, понижение ионизационного тока относительно верхнего порога может указывать на образование сажевого нагара на свече зажигания. Затем, по мере возвращения ионизационного тока обратно к верхнему порогу после установки по меньшей мере первого раннего момента зажигания, степень улучшения при индикации образования нагара на свече зажигания может возрасти. Как показано на диаграмме 400, при первоначальном улучшении данных индикации образования нагара на свече зажигания угол опережения второго раннего момента зажигания может увеличиваться. После этого, по мере улучшения данных индикации образования нагара на свече зажигания, угол опережения зажигания для второго раннего момента зажигания может уменьшаться. Благодаря обеспечению опережения зажигания, которое повторяется реже и в течение более коротких промежутков времени (т.е. имеет большее разнесение), риск возникновения детонации уменьшается, при этом обеспечивается достаточно раннее зажигание, чтобы вносить вклад в дополнительное тепло, необходимое для очистки свечи зажигания.
Обратимся теперь к ФИГ. 5, на котором диаграмма 500 представляет пример диаграммы моментов зажигания для всех цилиндров (Цил_1-4) 4-цилиндрового рядного двигателя. В изображенном примере четыре цилиндра под номерами 1-4 имеют порядок зажигания 1-3-4-2. Изменения момента зажигания показаны относительно номинального момента (Ном.), изображенного пунктирной линией. В изображенном примере, для данного события сгорания, момент зажигания при номинальном значении показан одиночной сплошной черной черточкой, выровненной относительно опорного номинального момента (пунктирная линия). Для данного события сгорания момент зажигания, подвергнутый опережению относительно номинального значения, представлен одиночным сплошным белым столбиком над опорным номинальным моментом, при этом размер столбика соответствует углу опережения. Таким образом, более длинный столбик представляет более ранний момент зажигания. Все регулировки момента зажигания показаны в динамике во время работы цилиндра, также обозначаемой здесь под номерами событий сгорания. Следует понимать, что события сгорания описаны в настоящей заявке как n1, n2 и т.д., причем п1 представляет собой первое учитываемое событие сгорания, n2 - второе учитываемое событие сгорания и т.д. Однако n1, n2 и т.д. не представляют собой последовательные события сгорания в порядке зажигания двигателя.
В изображенном примере первоначальное зажигание во всех цилиндрах может происходить в представленном порядке зажигания (1-3-4-2) при номинальных значениях моментов зажигания. В качестве одного примера, номинальным моментом зажигания может служить ОМЗ. После события n1 сгорания, в ответ на рост предзарядного ионизационного тока свечи зажигания после события сгорания, может быть определено, что свеча зажигания Цил_1 загрязнена сажей. Кроме того, может быть определено, что свеча зажигания Цил_1 загрязнена больше. Аналогичным образом, после события n2 сгорания, в ответ на рост предзарядного ионизационного тока свечи зажигания после события сгорания, может быть определено, что свеча зажигания Цил_2 загрязнена сажей. Кроме того, может быть определено, что свеча зажигания Цил_2 загрязнена меньше (например, количество сажи, скопившейся на Цил_2, меньше, чем на Цил_1). Также может быть определено, что свечи зажигания Цил_3 и Цил_4 не загрязнены. При этом измерение фонового, или предзарядного ионизационного тока зажигания может обеспечивать заблаговременное предупреждение о нагарообразовании до возникновения фактического события пропуска зажигания. В альтернативных примерах индикация образования нагара на свече зажигания может быть основана на частоте случаев пропуска зажигания в цилиндре.
В соответствии с индикацией образования нагара на свече зажигания в Цил_1 (при событии n1 сгорания), момент зажигания может подвергаться опережению уже при следующем событии сгорания в Цил_1 (при событии n3 сгорания). Конкретно, первый ранний момент зажигания может применяться для первого числа событий сгорания в Цил_1. В изображенном примере первый ранний момент зажигания обеспечивают для двух событий сгорания перед обеспечением номинального момента. Помимо этого, два события сгорания могут иметь постепенно уменьшающееся опережение зажигания. В альтернативных примерах два события сгорания могут иметь одинаковый ранний момент зажигания. При этом вследствие большей критичности данных индикации образования нагара сажи, больший угол опережения зажигания обеспечивается для большего числа событий сгорания с целью генерирования достаточного тепла для выжигания значительной части сажи, скопившейся на свече зажигания в Цил_1.
После обеспечения первого раннего момента зажигания для Цил_1, номинальный момент возобновляется для второго числа событий сгорания в Цил_1 (здесь - для трех событий). Переход к номинальному моменту зажигания выполняется, несмотря на то, что не вся сажа на свече с нагаром была выжжена. Благодаря переключению на номинальный момент на некоторый период времени температуру конца свечи зажигания можно регулировать с целью уменьшения перегрева и возбуждения детонации или преждевременного зажигания.
Во время события n6, после обеспечения номинального момента зажигания, применяется другая пачка импульсов опережения зажигания для устранения оставшейся сажи на свече зажигания с нагаром в Цил_1. При этом, во время события n6, второй ранний момент зажигания может применяться для третьего числа событий сгорания в Цил_1. В изображенном примере второй ранний момент зажигания подвергается меньшему опережению, чем первый ранний момент зажигания, и обеспечивается для трех событий зажигания перед возобновлением установки номинального момента. Помимо этого, три события сгорания могут иметь постепенно уменьшающееся опережение зажигания. В альтернативных примерах три события зажигания могут иметь одинаковый ранний момент зажигания. При этом, вследствие большей критичности данных индикации образования нагара сажи, относительно больший угол опережения зажигания обеспечивается для большего числа событий сгорания с целью генерирования достаточного тепла для выжигания оставшейся части сажи, скопившейся на свече зажигания в Цил_1. Во время события n7 может быть определено, что свеча зажигания в Цил_1 очищена, и, соответственно, возобновляется установка номинального момента.
Для сравнения, в ответ на индикацию образования нагара на свече зажигания в Цил_2 (при событии n2 сгорания), момент зажигания может подвергаться опережению уже при следующем событии сгорания в Цил_2 (при событии n4 сгорания). Конкретно, первый ранний момент зажигания может применяться для первого числа событий сгорания в Цил_2. В изображенном примере первый ранний момент зажигания, обеспечиваемый для Цил_2, подвергается меньшему опережению, чем первый ранний момент зажигания, обеспечиваемый для Цил_1, вследствие меньшей интенсивности образования нагара в Цил_2. В этом примере первый ранний момент зажигания обеспечивается только для одного события сгорания в Цил_2 перед обеспечением номинального момента. При этом, вследствие меньшей критичности данных индикации образования нагара сажи, меньший угол опережения зажигания обеспечивается для меньшего числа событий сгорания.
После обеспечения первого раннего момента зажигания для Цил_2, установка номинального момента возобновляется для второго числа событий сгорания в Цил_2 (здесь - для двух событий). Переход к номинальному моменту зажигания выполняется несмотря на то, что не вся сажа на свече с нагаром была выжжена. Благодаря переключению на номинальный момент на некоторый период времени температуру конца свечи зажигания можно регулировать с целью уменьшения перегрева и возбуждения детонации или преждевременного зажигания.
Во время события n6, после обеспечения номинального момента зажигания, применяется другая пачка импульсов опережения зажигания для устранения оставшейся сажи на свече зажигания с нагаром в Цил_2. При этом, во время события n6, второй ранний момент зажигания может применяться для третьего числа событий сгорания в Цил_2. В изображенном примере второй ранний момент зажигания подвергается меньшему опережению, чем первый ранний момент зажигания, и обеспечивается для одного события зажигания перед возобновлением установки номинального момента. При этом, вследствие меньшей критичности данных индикации образования нагара сажи, относительно меньший угол опережения зажигания обеспечивается для большего числа событий сгорания с целью генерирования достаточного тепла для выжигания оставшейся части сажи, скопившейся на свече зажигания в Цил_2. Во время события n6 может быть определено, что свеча зажигания в Цил_2 очищена и, соответственно, возобновляется установка номинального момента.
В то время как в затронутых нагарообразованием цилиндрах (Цил. 1 и 2) момент зажигания подвергается опережению на различные углы и для различных интервалов времени, в незатронутых цилиндрах (Цил. 3 и 4) может по-прежнему обеспечиваться номинальный момент зажигания в течение всего времени работы двигателя.
Таким образом, посредством регулирования угла опережения для раннего момента зажигания, продолжительности обеспечения ранних моментов и интервала установки номинальных моментов между последовательными пакетами импульсов, обеспечивающих опережение моментов зажигания, свечи зажигания с нагаром сажи могут быть очищены без перегрева свечи зажигания.
Обратимся теперь к ФИГ. 6, на котором пример регулировки момента зажигания в ответ на индикацию образования нагара на свече зажигания в цилиндре показан диаграммой 600. Диаграмма 600 представляет выходной сигнал датчика ионизации на графике 602, сажевую нагрузку свечи зажигания на графике 604, температуру конца свечи зажигания на графике 606, опережение момента зажигания на графике 608, счетчик числа событий сгорания на графике 610 и флажок образования нагара на свече зажигания на графике 612. Следует понимать, что все параметры приведены для данного цилиндра. Иными словами, температура конца свечи зажигания, сажевая нагрузка и флажок показаны для данного цилиндра. Аналогичным образом, счетчик числа событий сгорания показан отсчитывающим последовательные события в данном цилиндре. Следует понимать, что начало координат (где пересекаются оси х и у) представляет момент времени t0.
Перед моментом времени t0 свеча зажигания данного цилиндра не загрязнена, и флажок не установлен. В интервале между моментами времени t0 и t1, при протекании процесса сгорания в цилиндре, сажа может постепенно скапливаться на свече зажигания цилиндра. Вблизи (например, непосредственно перед) момента времени t1 сажевая нагрузка может достигать такого высокого уровня (график 604), что предзарядный выходной сигнал датчика ионизации (график 602) возрастает, превышая порог 601 возможного пропуска зажигания. В результате этого контроллер может устранять условия возможного пропуска зажигания еще до того, как они возникнут. В ответ на повышенный предзарядный выходной сигнал датчика ионизации может быть индицировано событие возможного пропуска зажигания в цилиндре, а затем любой пропуск зажигания в цилиндре может быть отнесен за счет образования сажи на свече зажигания. Соответственно, флажок образования нагара на свече зажигания может быть установлен в момент времени t1 (график 612).
В ответ на индикацию образования нагара на свече зажигания для по меньшей мере одного события сгорания в цилиндре после t1, в затронутом цилиндре может быть установлен первый ранний момент 609 зажигания. В изображенном примере первый ранний момент зажигания обеспечивают для двух событий сгорания. Первый ранний момент зажигания, обеспечиваемый при втором событии сгорания, может быть таким же или немного меньшим, чем первый ранний момент зажигания, обеспечиваемый при первом событии сгорания. Благодаря установке первого раннего момента зажигания температура конца свечи зажигания может быть повышена в достаточной степени для выжигания по меньшей мере части сажи, скопившейся на свече зажигания с нагаром. К моменту времени t2 температура конца свечи зажигания может быть настолько высокой, чтобы вызвать детонацию.
Таким образом, в момент времени t2, после установки первого раннего момента зажигания в затронутом цилиндре может быть установлен номинальный момент зажигания для некоторого числа событий сгорания с целью регулирования температуры конца свечи зажигания. В данном примере номинальный момент зажигания обеспечивается для 4 событий сгорания в затронутом цилиндре, от t2 до t3.
В момент времени t3, после того, как температура конца свечи зажигания была отрегулирована, снова обеспечивается опережение зажигания для выжигания оставшейся сажи. В настоящем примере, в ответ на улучшение состояния свечи зажигания с нагаром после установки первого раннего момента зажигания, второй ранний момент зажигания регулируется для получения меньшего угла опережения зажигания и обеспечивается для меньшего числа событий сгорания. Как показано на графике, второй ранний момент 611 зажигания обеспечивается в течение 4 событий сгорания. Кроме того, второй ранний момент зажигания устанавливается на одном и том же уровне для части 4 событий сгорания (для первых двух событий), а затем постепенно уменьшается. Следует понимать, что второй ранний момент 611 зажигания установлен с меньшим опережением, чем первый ранний момент 609 зажигания.
Между моментами времени t3 и t4, когда обеспечен второй ранний момент зажигания, оставшаяся сажевая нагрузка выжигается так, что в момент времени t4 определяют, что свеча зажигания очищена. В момент времени t4, в результате определения того, что свеча зажигания очищена, флажок образования нагара на свече зажигания сбрасывается.
Обратимся теперь к ФИГ. 7, на котором другой пример регулировки момента зажигания в ответ на индикацию образования нагара на свече зажигания в цилиндре показан диаграммой 700. Диаграмма 700 представляет выходной сигнал датчика ионизации на графике 702, сажевую нагрузку свечи зажигания на графике 704, температуру конца свечи зажигания на графике 706, опережение момента зажигания на графике 708, счетчик числа событий сгорания на графике 710 и флажок образования нагара на свече зажигания на графике 712. Следует понимать, что все параметры приведены для данного цилиндра. Иными словами, температура конца свечи зажигания, сажевая нагрузка и флажок показаны для данного цилиндра. Аналогичным образом, счетчик числа событий сгорания показан отсчитывающим последовательные события сгорания в данном цилиндре. Следует понимать, что начало координат (где пересекаются оси х и у) представляет момент времени t0.
Перед моментом времени t0 свеча зажигания данного цилиндра не загрязнена, и флажок не установлен. В интервале между моментами времени t0 и t11, при протекании процесса сгорания в цилиндре, сажа может постепенно скапливаться на свече зажигания цилиндра. Вблизи (например, непосредственно перед) момента времени t11 сажевая нагрузка может достигать такого высокого уровня (график 704), что предзарядный выходной сигнал датчика ионизации (график 702) возрастает, превышая порог 701 пропуска зажигания. В ответ на повышенный предзарядный выходной сигнал датчика ионизации может быть индицировано событие возможного пропуска зажигания в цилиндре, а затем любой пропуск зажигания в цилиндре может быть отнесен за счет образования сажи на свече зажигания. Соответственно, флажок образования нагара на свече зажигания может быть установлен в момент времени t11 (график 712).
В ответ на индикацию образования нагара на свече зажигания для по меньшей мере одного события сгорания в цилиндре после t11, в затронутом цилиндре может быть установлен первый ранний момент 709 зажигания. В изображенном примере, как и на ФИГ. 6, первый ранний момент зажигания обеспечивается для двух событий сгорания. Первый ранний момент зажигания, обеспечиваемый при втором событии сгорания, может быть таким же или немного меньшим, чем первый ранний момент зажигания, обеспечиваемый при первом событии сгорания. Благодаря установке первого раннего момента зажигания температура конца свечи зажигания может быть повышена в достаточной степени для выжигания по меньшей мере части сажи, скопившейся на свече зажигания с нагаром. К моменту времени t12 температура конца свечи зажигания может быть такой высокой, чтобы вызвать детонацию.
Таким образом, в момент времени t12, после установки первого раннего момента зажигания может быть определено, что в затронутом цилиндре должен быть установлен номинальный момент зажигания для некоторого числа событий сгорания с целью регулирования температуры конца свечи зажигания. В данном примере номинальный момент зажигания обеспечивается для 4 событий сгорания в затронутом цилиндре.
Однако во время или после обеспечения номинального момента зажигания для 2 событий сгорания (с t12 до t13) выходной сигнал датчика ионизации может снова возрасти выше порога 601, указывая на дополнительные пропуски зажигания в цилиндре и недостаточное улучшение состояния свечи зажигания с нагаром. Соответственно, в момент времени t13, обеспечение номинального момента зажигания прекращается (иначе говоря, продолжительность обеспечения номинального момента зажигания сокращается), и устанавливается второй ранний момент зажигания. Конкретно, второй ранний момент 711 зажигания обеспечивают для более продолжительного интервала в соответствии с выходным сигналом датчика ионизации. В изображенном примере второй ранний момент зажигания обеспечивают с t13 до t14, а затем продлевают с t14 до t15. Кроме того, второй ранний момент зажигания устанавливают на одном и том же уровне в течение интервала, который может регулироваться в зависимости от выходного сигнала датчика ионизации (например, продлевают для других 2 событий сгорания, как указано пунктирными столбиками), а затем постепенно уменьшают. Следует понимать, что второй ранний момент 711 зажигания установлен с меньшим опережением, чем первый ранний момент 709 зажигания.
Между моментами времени t13 и t15, когда установлен второй ранний момент зажигания, оставшаяся сажевая нагрузка выжигается так, что в момент времени t4 определяют, что свеча зажигания очищена. В момент времени t15, в результате определения того, что свеча зажигания очищена, флажок образования нагара на свече зажигания сбрасывается.
Таким образом, угол опережения второго раннего момента зажигания, а также продолжительность обеспечения второго раннего момента зажигания регулируются в реальном времени на основе параметров свечи зажигания после обеспечения первого раннего момента зажигания.
В одном примере способ управления зажиганием содержит следующие шаги: обеспечивают установку первого раннего момента зажигания в цилиндре для первого одиночного события сгорания; обеспечивают установку номинальных моментов зажигания для некоторого числа событий сгорания после обеспечения установки первого раннего момента зажигания в цилиндре; и обеспечивают установку второго раннего момента зажигания в цилиндре для второго одиночного события сгорания после некоторого числа событий сгорания. В предшествующем примере второй ранний момент зажигания может, дополнительно или в некоторых случаях, устанавливаться с меньшим опережением, чем первый ранний момент зажигания. В любом из предшествующих примеров такое обеспечение момента может, дополнительно или в некоторых случаях, выполняться в ответ на индикацию образования нагара на свече зажигания вследствие скапливания сажи. В любом из предшествующих примеров номинальный момент зажигания может, дополнительно или в некоторых случаях, быть обеспечен для первого числа событий сгорания, при этом способ также включает в себя обеспечение второго раннего момента зажигания в цилиндре для второго числа событий сгорания. Во всех или любом из предшествующих примеров первый ранний момент и первое число событий сгорания могут, дополнительно или в некоторых случаях, быть основаны на одном или более из выходного сигнала датчика ионизации, температуры наддувочного воздуха, температуры конца свечи зажигания и температуры двигателя. В любом из предшествующих примеров второй ранний момент и второе число событий сгорания могут, дополнительно или в некоторых случаях, быть основаны на одном или более из выходного сигнала датчика ионизации, температуры наддувочного воздуха, температуры конца свечи зажигания и температуры двигателя после обеспечения первого раннего момента зажигания и обеспечения номинального момента зажигания. Кроме того, в любом из предшествующих примеров один или более из угла опережения зажигания второго раннего момента и второго числа событий сгорания могут, дополнительно или в некоторых случаях, увеличиваться в ответ на индикацию детонации. Кроме того, угол опережения зажигания второго раннего момента может, дополнительно или в некоторых случаях, постепенно уменьшаться при увеличении второго числа событий сгорания. В любом из предшествующих примеров способ может, дополнительно или в некоторых случаях, также включать в себя установку момента зажигания с опережением для одного или более событий сгорания после первого одиночного события сгорания, при этом один или более циклов сгорания основаны на температуре конца свечи зажигания. Кроме того, во всех или любом из предшествующих примеров каждый из первого и второго ранних моментов зажигания может быть установлен с опережением относительно номинального момента зажигания, а номинальный момент зажигания может, дополнительно или в некоторых случаях, включать в себя оптимальный момент зажигания (ОМЗ) или пограничный момент зажигания (ПМЗ).
В другом примере способ управления зажиганием в двигателе включает в себя: в ответ на индикацию образования нагара на свече зажигания, периодическую установку момента зажигания с опережением относительно номинального момента зажигания, при этом угол опережения и периодичность ранних моментов зажигания основана на одном или более из выходного сигнала датчика ионизации, температуры наддувочного воздуха, температуры конца свечи зажигания и температуры двигателя. В предшествующем примере угол опережения и периодичность установки ранних моментов зажигания могут, дополнительно или в некоторых случаях, также основываться на индикации детонации в цилиндре. Во всех или любом из предшествующих примеров периодическое опережение может, дополнительно или в некоторых случаях, включать в себя установку момента зажигания с опережением на первую величину для первого числа событий сгорания, затем возвращение момента зажигания к номинальному моменту зажигания для второго числа событий сгорания, и затем установку момента зажигания с опережением на вторую величину для третьего числа событий сгорания. Во всех или любом из предшествующих примеров первая величина опережения зажигания и первое число событий сгорания могут, дополнительно или в некоторых случаях, быть основаны на индикации образования нагара на свече зажигания, в то время как вторая величина опережения зажигания и каждое из второго и третьего чисел событий сгорания регулируются в реальном времени на основе одного или более из выходного сигнала датчика ионизации, температуры наддувочного воздуха, температуры конца свечи зажигания и температуры двигателя после установки момента зажигания с опережением для первого числа событий сгорания. Во всех или любом из предшествующих примеров угол опережения может, дополнительно или в некоторых случаях, увеличиваться, а интервал между последовательными периодами работы с ранним моментом зажигания может, дополнительно или в некоторых случаях, уменьшаться при возрастании одного или более из выходного сигнала датчика ионизации, температуры наддувочного воздуха, температуры конца свечи зажигания и температуры двигателя. Во всех или любом из предшествующих примеров индикация образования нагара может, дополнительно или в некоторых случаях, включать в себя индикацию скапливания сажи на свече зажигания. Помимо этого, во всех или любом из предшествующих примеров способы могут, дополнительно или в некоторых случаях, также включать в себя, в ответ на индикацию того, что свеча зажигания очищена, прерывание периодической установки момента зажигания с опережением.
В другом примере система двигателя содержит: цилиндр двигателя, свечу зажигания для инициирования сгорания в цилиндре двигателя, датчик ионизации, соединенный со свечой зажигания, и контроллер с машиночитаемыми командами, сохраненными в долговременной памяти для: индикации образования нагара сажи на свече зажигания на основе выходного сигнала датчика ионизации; и, в ответ на индикацию: обеспечения первого раннего момента зажигания в цилиндре двигателя для одного или более событий сгорания; затем обеспечения номинального момента зажигания в цилиндре двигателя для заданного числа событий сгорания; и затем обеспечения второго раннего момента зажигания в цилиндре двигателя после заданного числа событий сгорания, при этом второй ранний момент зажигания регулируется на основе выходного сигнала датчика ионизации, оцениваемого после обеспечения первого раннего момента зажигания. В предшествующем примере второй ранний момент зажигания может, дополнительно или в некоторых случаях, устанавливаться с меньшим опережением, чем первый ранний момент зажигания, при этом каждый из первого и второго моментов зажигания установлены с опережением относительно номинального момента. Во всех или любом из предшествующих примеров контроллер может, дополнительно или в некоторых случаях, содержать также команды для: регулирования заданного числа событий сгорания на основе температуры конца свечи зажигания, причем это число возрастает по мере возрастания температуры конца свечи зажигания. Во всех или любом из предшествующих примеров выходной сигнал датчика ионизации, оцениваемый после обеспечения первого раннего момента зажигания, может, дополнительно или в некоторых случаях, указывать на сажевую нагрузку свечи зажигания с нагаром, и, в ответ на превышение сажевой нагрузкой порога очистки, второй ранний момент зажигания может быть, дополнительно или в некоторых случаях, установлен с опережением дальше от номинального момента зажигания, и число событий сгорания, при которых установлен второй ранний момент зажигания, возрастает, и, в ответ на уменьшение сажевой нагрузки до порога очистки или ниже него, второй ранний момент зажигания может быть установлен с меньшим опережением относительно номинального момента зажигания, и число событий сгорания, при которых установлен второй ранний момент зажигания, уменьшается.
Таким образом, образование нагара на свече зажигания может быть устранено при помощи опережения зажигания без перегрева свечи зажигания. Благодаря разнесению моментов опережения зажигания, обеспечиваемого в цилиндре, можно выжигать сажу, скопившуюся на покрытой нагаром свече зажигания. Благодаря использованию номинального зажигания между пачками импульсов опережения зажигания можно поддерживать температуры конца свечи зажигания достаточно высокими для выжигания сажи без перегрева и создания проблем, таких как детонация, ШВР и долговечность. Благодаря повышению запаса устойчивости к детонации улучшается топливная экономичность. Благодаря улучшению борьбы с образованием нагара на свече зажигания уменьшается вероятность возникновения пропусков зажигания в цилиндре. В целом, может быть продлен срок службы свечи зажигания.
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 исполняться системой управления, включающей в себя контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными устройствами и другими компонентами двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, причем раскрытые действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.
Изобретение относится к управлению двигателем транспортного средства. Техническим результатом является снижение образования нагара на свечах зажигания и уменьшение их перегрева, а также снижение детонации. Предложен способ устранения образования нагара на свече зажигания, который включает чередование одного или более событий сгорания при моменте сгорания, установленном с опережением, с одним или более событиями сгорания при номинальном моменте сгорания. Номинальный момент зажигания обеспечивают для первого числа событий сгорания и обеспечивают второй ранний момент зажигания в цилиндре для второго числа событий сгорания. Первый ранний момент и первое число событий сгорания основаны на одном из следующего: выходном сигнале датчика ионизации, температуре наддувочного воздуха, температуре свечи зажигания, нагрузке двигателя, октановом числе топлива, воздушно-топливном отношении, влажности, процентной доле рециркуляции отработавших газов (РОГ) и температуре двигателя. Второй ранний момент и второе число событий сгорания регулируют на основе одного из следующего: выходного сигнала датчика ионизации, температуры наддувочного воздуха, температуры конца свечи зажигания, нагрузки двигателя, октанового числа топлива, процентной доли РОГ, воздушно-топливного отношения, влажности и температуры двигателя, после обеспечения первого раннего момента зажигания и обеспечения номинального момента зажигания. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил. 
1. Способ управления зажиганием, содержащий следующие шаги:
обеспечивают первый ранний момент зажигания в цилиндре для первого одиночного события сгорания;
обеспечивают номинальный момент зажигания в цилиндре для первого числа событий сгорания после обеспечения первого раннего момента зажигания в цилиндре; и
обеспечивают второй ранний момент зажигания в цилиндре для второго одиночного события сгорания после первого числа событий сгорания;
причем номинальный момент зажигания обеспечивают для первого числа событий сгорания, при этом способ также содержит шаг, на котором обеспечивают второй ранний момент зажигания в цилиндре для второго числа событий сгорания;
при этом первый ранний момент и первое число событий сгорания основаны на одном или более из следующего: выходном сигнале датчика ионизации, температуре наддувочного воздуха, температуре конца свечи зажигания, нагрузке двигателя, октановом числе топлива, воздушно-топливном отношении, влажности, процентной доле рециркуляции отработавших газов (РОГ) и температуре двигателя.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что второй ранний момент зажигания устанавливают с меньшим опережением, чем первый ранний момент зажигания.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное обеспечение момента выполняют в ответ на индикацию образования нагара на свече зажигания вследствие скапливания сажи.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что второй ранний момент и второе число событий сгорания регулируют на основе одного или более из следующего: выходного сигнала датчика ионизации, температуры наддувочного воздуха, температуры конца свечи зажигания, нагрузки двигателя, октанового числа топлива, процентной доли РОГ, воздушно-топливного отношения, влажности и температуры двигателя, после обеспечения первого раннего момента зажигания и обеспечения номинального момента зажигания.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что один или более параметров из таких, как угол опережения зажигания второго раннего момента и второе число событий сгорания, уменьшают в ответ на индикацию детонации.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что угол опережения зажигания второго раннего момента зажигания постепенно уменьшают при увеличении второго числа событий сгорания.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно устанавливают момент зажигания с опережением для одного или более событий сгорания после первого одиночного события сгорания, при этом один или более циклов сгорания основаны на температуре конца свечи зажигания.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что каждый из первого и второго ранних моментов зажигания устанавливают с опережением относительно номинального момента зажигания, и при этом номинальный момент зажигания представляет собой оптимальный момент зажигания (ОМЗ) или пограничный момент зажигания.
9. Способ управления зажиганием двигателя, содержащий следующие шаги: в ответ на индикацию образования нагара на свече зажигания периодически устанавливают момент зажигания с опережением относительно номинального момента зажигания, при этом угол опережения и периодичность ранних моментов зажигания основаны на одном или более из следующего: выходном сигнале датчика ионизации, температуре наддувочного воздуха, температуре конца свечи зажигания, рециркуляции отработавших газов (РОГ), октановом числе топлива, нагрузке двигателя и температуре двигателя.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что угол опережения и периодичность ранних моментов зажигания также основаны на индикации детонации в цилиндре.
11. Способ по п. 9, отличающийся тем, что периодическая установка с опережением включает в себя установку момента зажигания с опережением на первую величину для первого числа событий сгорания, затем возвращение момента зажигания к номинальному моменту зажигания для второго числа событий сгорания и затем установку момента зажигания с опережением на вторую величину для третьего числа событий сгорания.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что первая величина опережения зажигания и первое число событий сгорания основаны на индикации образования нагара на свече зажигания, при этом вторая величина опережения зажигания и каждое из второго и третьего чисел событий сгорания регулируют в реальном времени на основе одного или более из следующего: выходного сигнала датчика ионизации, температуры наддувочного воздуха, температуры конца свечи зажигания и температуры двигателя, после установки момента зажигания с опережением на первую величину для первого числа событий сгорания.
13. Способ по п. 9, отличающийся тем, что угол опережения увеличивают, а интервал между последовательными периодами работы с ранним моментом зажигания уменьшают при возрастании одного или более из следующего: выходного сигнала датчика ионизации, температуры наддувочного воздуха, температуры конца свечи зажигания и температуры двигателя.
14. Способ по п. 9, отличающийся тем, что индикация образования нагара включает в себя индикацию скапливания сажи на свече зажигания, при этом способ дополнительно содержит шаг, на котором в ответ на индикацию того, что свеча зажигания чиста, прерывают периодическую установку момента зажигания с опережением.
15. Система двигателя, содержащая:
цилиндр двигателя,
свечу зажигания для инициирования сгорания в цилиндре двигателя,
датчик ионизации, соединенный со свечой зажигания, и
контроллер с машиночитаемыми командами, сохраненными в долговременной памяти для:
индикации образования нагара сажи на свече зажигания на основе выходного сигнала датчика ионизации; и
в ответ на указанную индикацию:
обеспечения первого раннего момента зажигания в цилиндре двигателя для одного или более событий сгорания;
затем обеспечения номинального момента зажигания в цилиндре двигателя для заданного числа событий сгорания; и
затем обеспечения второго раннего момента зажигания в цилиндре двигателя для одного или более событий сгорания после заданного числа событий сгорания, при этом второй ранний момент зажигания регулируют на основе выходного сигнала датчика ионизации, оцениваемого после обеспечения первого раннего момента зажигания.
16. Система по п. 15, отличающаяся тем, что второй ранний момент зажигания устанавливают с меньшим опережением, чем первый ранний момент зажигания, при этом каждый из первого и второго ранних моментов зажигания устанавливают с опережением относительно номинального момента зажигания.
17. Система по п. 16, отличающаяся тем, что контроллер содержит дополнительные команды для регулирования заданного числа событий сгорания на основе температуры конца свечи зажигания, причем заданное число уменьшают по мере возрастания температуры конца свечи зажигания.
18. Система по п. 16, отличающаяся тем, что выходной сигнал датчика ионизации, оцениваемый после обеспечения первого раннего момента зажигания, указывает на сажевую нагрузку свечи зажигания с нагаром, и при этом в ответ на превышение сажевой нагрузкой порога очистки второй ранний момент зажигания устанавливают с большим опережением от номинального момента, и увеличивают число событий сгорания, при которых обеспечивают второй ранний момент зажигания, и при этом в ответ на то, что сажевая нагрузка меньше или равна порогу очистки, второй ранний момент зажигания устанавливают с меньшим опережением относительно номинального момента, и уменьшают число событий сгорания, при которых обеспечивают второй ранний момент зажигания.
| US 3788290 A, 1974-01-29 | |||
| US 2014034012 A1, 2014-02-06 | |||
| US 2015040938 A1, 2015-02-12 | |||
| УСТРОЙСТВО ЗАЖИГАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | 2006 |
|
RU2367813C2 |
