СПОСОБ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ КАТУШКИ ЗАЖИГАНИЯ Российский патент 2019 года по МПК F02P3/45 F02P5/00 F02P9/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится, в общем, к способам и системам для регулирования зарядного тока катушки зажигания путем определения времени накопления энергии, основанного на оценке температуры катушки зажигания.

Уровень техники/Раскрытие изобретения

Сгорание в двигателе внутреннего сгорания может быть инициировано с помощью искры зажигания, создаваемой свечой зажигания. Искра зажигания может быть инициирована путем зарядки катушки зажигания с помощью низковольтной аккумуляторной батареи. Длительность зарядки, или время накопления энергии, может определять амплитуду тока катушки зажигания и, следовательно, энергию искры зажигания. Энергия искры зажигания непосредственно влияет на характеристики двигателя. Например, искра зажигания с более низким, чем требуется, уровнем энергии может привести к ненадежному сгоранию или пропуску зажигания. С другой стороны, искра зажигания с более высоким, чем требуется уровнем энергии может увеличить износ системы зажигания.

Другие попытки решить проблему регулировки катушки зажигания содержат регулировку времени накопления заряда на основе рабочих параметров двигателя. Один из примерных подходов показан Руманом (Ruman) и др. в патентном документе США 5913302 А. В нем, время накопления зажигания определяют на основе частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя.

Тем не менее, авторы настоящего изобретения признают потенциальные проблемы, связанные с такими системами. В качестве одного из примеров, температура катушки зажигания может влиять на энергию искры зажигания. Изменение температуры катушки зажигания может вызвать колебания сопротивления электрической цепи, что, в свою очередь, может повлиять на ток катушки зажигания. Поэтому, для точной регулировки тока катушки зажигания, время накопления энергии может быть определено на основе температуры катушки зажигания.

В одном из примеров, вышеописанные проблемы могут быть решены с помощью способа зарядки катушки зажигания в течение времени накопления энергии, определяемого на основе каждого из температуры двигателя, наружной температуры, и времени накопления энергии для самого последнего по времени искрового зажигания. Таким образом, можно точно регулировать ток катушки зажигания, принимая во внимание изменение температуры катушки зажигания.

В качестве одного из примеров, катушку зажигания заряжают с временем накопления энергии, определяемым на основе температуры катушки зажигания, причем температуру катушки зажигания можно итерационно обновлять с помощью оценочного значения скорости изменения температуры катушки (например, изменение температуры катушки со временем, с такой единицей как градусы в секунду). Поскольку катушка зажигания механически соединена с головкой цилиндра и подвергается воздействию наружного воздуха, скорость изменения температуры катушки зависит от передачи тепла от двигателя и наружного воздуха. Кроме того, электрический ток в катушке зажигания может нагревать катушку зажигания изнутри. Таким образом, скорость изменения температуры катушки может быть рассчитана в реальном времени контроллером, на основе каждого из оценочного значения теплопередачи от двигателя, внутреннего резистивного нагрева, и теплопередачи от наружного воздуха. Внутренний резистивный нагрев катушки зажигания могут рассчитывать на основе температуры катушки зажигания от самого последнего по времени искрового зажигания. Температуру катушки зажигания могут обновлять с периодом короче, чем тепловая постоянная времени катушки зажигания, так что оценочное значение температуры катушки зажигания помогает точно отслеживать фактическую температуру катушки. Принимая во внимание теплопередачу в катушку зажигания и из нее, можно точно отслеживать изменение температуры катушки зажигания в любой момент времени во время работы двигателя без установки дополнительного оборудования. Таким образом, можно определять время накопления энергии перед каждым событием зажигания двигателя на основе температуры катушки зажигания и имеющегося напряжения аккумуляторной батареи. Таким образом, можно точно регулировать зарядный ток в катушке зажигания.

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

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показано схематическое изображение примерного цилиндра многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания.

На фиг. 2 показан частичный вид цилиндра двигателя, показывающий систему зажигания, соединенную с двигателем.

На фиг. 3 показана упрощенная электрическая схема системы зажигания.

На фиг. 4 показан примерный способ оценки температуры катушки зажигания во время работы двигателя.

На фиг. 5 показан примерный способ определения времени накопления энергии.

На фиг. 6 показано примерное соотношение между сопротивлением первичной обмотки и температурой катушки зажигания.

На фиг. 7 показаны временные диаграммы, иллюстрирующие изменения типичных рабочих параметров двигателя во времени при реализации примерных способов.

Осуществление изобретения

Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам для регулировки тока зарядки катушки зажигания, соединенной с системой двигателя внутреннего сгорания. Пример системы двигателя внутреннего сгорания показан на фиг. 1. На фиг. 2 показан частичный вид системы двигателя, показывающий расположение системы зажигания в системе двигателя. Система зажигания может содержать катушку зажигания и свечу зажигания. На фиг. 3 показана упрощенная схема электрической цепи системы зажигания. Электрическая цепь содержит первичную обмотку, аккумуляторную батарею, и вторичную обмотку. Путем соединения первичной обмотки с аккумуляторной батареей в течение времени накопления энергии, зарядный ток может нарастать и протекать через первичную обмотку. Амплитуда тока зависит от температуры катушки зажигания. На фиг. 4 показан примерный способ оценки температуры катушки зажигания во время работы двигателя. На фиг. 5 дополнительно показан примерный способ определения времени накопления энергии на основе оценочного значения температуры катушки зажигания. Температуру катушки зажигания оценивают итерационно на основе теплообмена между катушкой зажигания и окружающей средой. При зарядке катушки зажигания, может образовываться тепло через резистивный нагрев. Резистивный нагрев зависит от сопротивления первичной обмотки, которое, в свою очередь, зависит от температур катушки зажигания. На фиг. 6 показано примерное соотношение между сопротивлением первичной обмотки и температурой катушки зажигания. На фиг. 7 показано изменение типичных параметров во времени при реализации примерных способов, показанных на фигурах 4-5.

Рассмотрим фиг. 1, показывающую схематическое изображение примерного цилиндра многоцилиндрового двигателя 10, который может содержаться в силовой системе автомобиля. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере, частично, системой управления, содержащей контроллер 12 и данными ввода от оператора 132 автомобиля через устройство 130 ввода. В этом примере, устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерации сигнала, пропорционального сигналу положению педали ПП. Камера 30 сгорания (также называемая, цилиндр 30) двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания с расположенным в них поршнем 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 таким образом, что возвратно-поступательное движение поршня переводится во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен с по меньшей мере одним приводным колесом автомобиля через промежуточную систему трансмиссии (не показана). Кроме того, стартерный мотор может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик (не показан) для обеспечения запуска двигателя 10.

Камера 30 сгорания может принимать впускной воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выпускать выделяющиеся при горении газы через выпускной коллектор 48. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 48 могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.

Топливный инжектор 66 показан расположенным во впускном коллекторе 44 в конфигурации, которая обеспечивает так называемый распределенный впрыск топлива во впускное окно выше по потоку от камеры 30 сгорания. Топливный инжектор 66 может впрыскивать топливо пропорционально длительности импульса впрыска топлива ДИВТ, полученного от контроллера 12 через электронный драйвер 68. Топливо может доставляться в топливный инжектор 66 с помощью топливной системы (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос, и топливную рампу. В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания может альтернативно или дополнительно содержать топливный инжектор, соединенный непосредственно с камерой 30 сгорания для впрыска для прямого впрыска топлива в него, способом, известным как прямой впрыск.

Впускной канал 42 может содержать дроссель 62, имеющий дроссельную заслонку 64. В данном конкретном примере, угол поворота дроссельной заслонки 64 может изменяться контроллером 12 с помощью сигнала, подаваемого на электромотор или исполнительный механизм, содержащийся в дросселе 62 - такую конфигурацию обычно называют электронной регулировкой дросселя (ЭРД). Таким образом, дроссель 62 может работать для изменения впуска воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания, среди других цилиндров двигателя. Угол поворота дроссельной заслонки 64 может предоставляться контроллеру 12 с помощью сигнала положения дросселя ПД. Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для подачи соответствующих сигналов МРВ и ДВК на контроллер 12.

Система 88 зажигания может подавать искру зажигания в камеру 30 сгорания в соответствии с сигналом опережения зажигания 03 от контроллера 12. Система зажигания может содержать катушку 90 зажигания и свечу 92 зажигания. Воспламенитель (не показан на фиг. 1) может управляться контроллером 12 для регулировки синхронизации искры.

На фиг. 2 показан частичный вид системы двигателя, показывающий расположение системы зажигания в системе двигателя. Катушка 90 зажигания механически и электрически связана с одним из концов свечи 92 зажигания. Другой конец свечи 92 зажигания находится внутри камеры 30 сгорания. Система зажигания механически соединена с головкой 50 цилиндра. Таким образом, между катушкой зажигания и головкой цилиндра может происходить теплообмен. Кроме того, поскольку часть катушки 90 зажигания подвергается воздействию наружного воздуха, также происходит теплообмен между катушкой зажигания и наружным воздухом. Кроме того, внутренний резистивный нагрев может повысить температуру катушки зажигания при зарядке катушки. Более подробно о влиянии теплопередачи на температуру катушки раскрыто на фиг. 4.

Датчик 126 кислорода в отработавших газах показан соединенным с выпускным каналом 58 выше по потоку от устройства 70 контроля выбросов. Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для обеспечения индикации воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например, таким как линейный датчик кислорода или УДКОГ (универсальный или широкополосный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или ДКОГ, НДКОГ (ДКОГ с подогревом), датчик NOx, НС, или СО. Устройство 70 контроля выбросов показано расположенным вдоль выпускного канала 58 ниже по потоку от датчика 126 кислорода в отработавших газах. Устройство 70 может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (ТКН), уловителем NOx, различными другими устройствами контроля выбросов, или их комбинациями. В некоторых вариантах осуществления, во время работы двигателя 10, устройство 70 контроля выбросов может периодически переустанавливаться, управляя по меньшей мере одним цилиндром двигателя в пределах определенного воздушно-топливного отношения. Полнообъемный датчик 76 кислорода в отработавших газах показан соединенным с выпускным каналом 58 ниже по потоку от устройства 70 контроля выбросов. Датчик 76 может быть любым подходящим датчиком для обеспечения индикации воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например, таким как линейный датчик кислорода или УДКОГ (универсальный или широкополосный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или ДКОГ, НДКОГ (ДКОГ с подогревом), датчик NOx, НС, или СО. Кроме того, в частичных местах по объему внутри устройств контроля выбросов может быть расположено множество датчиков кислорода в отработавших газах. В качестве примера, вариант осуществления может содержать серединный датчик для определения воздушно-топливного отношения в середине нейтрализатора.

Другие датчики 72, такие как датчик массового расхода воздуха (MB) и/или температуры могут располагаться выше по потоку от устройства 70 контроля выбросов для контроля MB и температуры отработавших газов, поступающих в устройство контроля выбросов. Расположения датчиков, показанное на фиг. 1 являются лишь одним из примеров различных возможных конфигураций. Например, система контроля выбросов может содержать частичную установку по объему с соединенными вплотную нейтрализаторами.

Контроллер 12 показан в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство 102, входной/выходной порты 104, электронный накопитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в виде постоянного запоминающего устройства 106 в данном конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110, и шину данных. Контроллер 12, в дополнение к ранее упомянутым сигналам, может принимать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, содержащие измерения массового расхода засосанного воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха, температуру охлаждающей жидкости двигателя (ТОЖД) от датчика 112 температуры, соединенного с рукавом 114 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118 Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; положение дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; массу воздуха в отработавших газах и/или температуру отработавших газов, поступающих в нейтрализатор, от датчика 72; воздушно-топливное отношение в отработавших газах после нейтрализации, от датчика 76; и сигнал абсолютного давления в коллекторе (ДВК) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя, в об/мин, может генерироваться контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал давления в коллекторе ДВК от датчика давления в коллекторе может использоваться для обеспечения индикации разряжения или давления во впускном коллекторе. Следует отметить, что могут быть использованы различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, датчик МРВ без датчика ДВК, или наоборот. При стехиометрической работе, датчик ДВК может предоставлять индикацию крутящего момента двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду с измеренной частотой вращения двигателя, может обеспечить оценку заряда (содержащего воздух), засасываемого в цилиндр. В одном из примеров, датчик 118, который также используется в качестве датчика частоты вращения двигателя, может выдавать заданное число равномерно распределенных импульсов на каждый оборот коленчатого вала. Кроме того, контроллер 12 может сообщаться с объединенным устройством отображения, например, для предупреждения водителя о неисправностях в двигателе или системе доочистки отработавших газов.

Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков, показанных на фиг. 1, обрабатывает эти сигналы, и задействует различные исполнительные механизмы, показанные на фиг. 1, для регулировки работы двигателя на основе полученных сигналов и инструкций, хранящихся в долговременной памяти контроллера. Например, регулировка синхронизации искры зажигания может содержать регулировку воспламенителя системы зажигания для регулировки синхронизации зарядки и разрядки катушки зажигания.

На фиг. 3 показана примерная электрическая схема 300 системы зажигания. Система зажигания может содержать катушку зажигания и свечу зажигания. Катушка зажигания может содержать первичную обмотку 312 и вторичную обмотку 314. Обмотки магнитно соединены и расположены в виде трансформатора, в котором первичная обмотка и вторичная обмотка имеют общий сердечник 316. В некоторых примерах, сердечник 316 содержит ферромагнитный материал, например, сталь. В других примерах, сердечник 316 содержит ферримагнитный материал, например, керамику. Обмотки магнитно соединены; изменение тока в одной из обмоток электродинамически возбуждает ток в другой обмотке. Кроме того, первичная обмотка 312 имеет первое количество витков, а вторичная обмотка 314 имеет второе количество витков, которое больше, чем первое количество витков, и таким образом напряжение "повышается" между двумя обмотками.

Первичная обмотка 312 электрически соединена с источником напряжения, в настоящем примере, аккумуляторной батареей 313. Сопротивление цепи первичной обмотки представлено резистором 311. Резистор 311 может содержать сопротивление первичной обмотки и сопротивление жгута проводов. Первичная обмотка 312 дополнительно соединена с воспламенителем 322. Воспламенитель 322 может быть открыт или закрыт с помощью сигнала, получаемого на клемме 330. Когда воспламенитель закрыт, аккумуляторная батарея 313 заряжает первичную обмотку 312, и внутри первичной обмотки нарастает зарядный ток. Продолжительность зарядки называется временем накопления энергии катушки зажигания. В соответствии с тем, что зарядный ток достигает требуемого значения по прошествии времени накопления энергии, воспламенитель 322 открывается. Вследствие внезапной потери тока в первичной обмотке, высокое напряжение в зазоре 342 свечи зажигания вызывает искру зажигания. В данном документе, ток в первичной обмотке также упоминается как ток катушки зажигания. Зарядный ток, протекающий через резистор 311, может выделять тепло и увеличивать температуру катушки зажигания. Кроме того, температура катушки зажигания также может изменяться из-за теплопередачи от двигателя и наружного воздуха.

На фиг. 4 показан примерный способ 400 для оценки температуры катушки зажигания. После запуска, температуру катушки зажигания итерационно обновляют на основе теплопередачи от двигателя к катушке зажигания, теплопередачи от внешней среды к катушке зажигания, и внутреннего резистивного нагрева, генерируемого при зарядке катушки зажигания.

Инструкции для выполнения способа 400 и остальных приведенных здесь способов могут выполняться контроллером на основе инструкций, хранящихся в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, таких как датчики, раскрытые выше со ссылками на фиг. 1. Контроллер может использовать исполнительные механизмы системы двигателя для регулировки работы двигателя в соответствии со способами, раскрытыми ниже.

На шаге 401, в способе 400 определяют, находится ли автомобиль в работе. Например, автомобиль могут рассматривать как находящийся в работе в ответ на событие включения зажигания. Если автомобиль выключен (ВЫКЛ), в способе 400 продолжают отслеживать состояние автомобиля на шаге 402. В противном случае, в способе 400 переходят к шагу 403.

На шаге 403, могут определять рабочие параметры двигателя с помощью контроллера, когда автомобиль находится в работе. Контроллер получает измерения от различных датчиков в системе двигателя и оценивает рабочие параметры, такие как температура двигателя и наружная температура.

На шаге 404, в способе 400 определяют период для обновления температуры Т_р катушки зажигания. В качестве примера, период для обновления температуры катушки зажигания может быть короче, чем тепловая постоянная времени катушки зажигания. В другом примере, период для обновления температуры катушки зажигания может быть заданным и сохраняться в памяти контроллера. Тепловая постоянная времени для катушки зажигания может составлять порядка секунд. В качестве другого примера, могут использовать нормативное значение 100 мсек в качестве периода для обновления.

На шаге 405, начальную температуру катушки зажигания оценивают на основе заданного способа калибровки. Например, температуру катушки зажигания могут инициализировать на основе температуры двигателя и наружной температуры, определенных на шаге 403. Температуру двигателя могут оценивать, например, на основе температуры охлаждающей жидкости двигателя. Температуру катушки зажигания могут рассчитать в соответствии с уравнением 1:

где Т_р - температура первичной обмотки, в данном документе также упоминается как температура катушки зажигания; Т_а - наружная температура; Т_е - температура двигателя; а С₄, С₅, and C₆ - заданные калибровочные коэффициенты.

На шаге 406, в способе 400 инициируют и запускают счетчик с нуля.

На шаге 407, контроллер проверяет, не превысил ли счетчик период обновления Т_р. Если ответ - ДА, в способе 400 переходят к шагу 409. Если ответ - НЕТ, в способе 400 увеличивают счетчик на шаге 408.

На шаге 409, оценивают рабочие параметры двигателя. Контроллер может оценивать параметры, содержащие частоту вращения двигателя, температуру двигателя, скорость автомобиля и наружную температуру от различных датчиков.

На шаге 410, в способе 400 вычисляют скорость изменения температуры катушки зажигания на основе температуры двигателя, наружной температуры и внутреннего резистивного нагрева. В способе 400 дополнительно обновляют температуру катушки зажигания на основе вычисленной скорости изменения. Поскольку катушка зажигания механически соединена с головкой цилиндра и физически подвергается воздействию наружного воздуха, тепловая энергия первичной обмотки может зависеть от теплопередачи от двигателя и наружной среды. Кроме того, тепловая энергия в первичной обмотке может подвергаться влиянию внутреннего резистивного нагрева при зарядке катушки зажигания. Скорость изменения тепловой энергии могут выражать как:

где Q_p - тепловая энергия в первичной обмотке, в данном документе также упоминается как тепловая энергия в катушке зажигания; q_e - тепловая энергия за счет теплопередачи от двигателя; q_a - тепловая энергия за счет теплопередачи от наружной среды; а Р_р - тепловая энергия за счет внутреннего нагрева. На основе уравнения 2, скорость изменения температуры катушки зажигания могут рассчитывать следующим образом:

где Т_е и - текущие температура двигателя и наружная температура, оцененные на 411, - усредненный ток периода накопления энергии в первичной обмотке; М - время накопления энергии для самого последнего по времени зажигания; N - частота вращения двигателя; R_p - сопротивление первичной обмотки; S_v - скорость автомобиля; а С₀, C₁, С₂, и С₃ - заданные калибровочные константы. Параметр F относится к воспламенению в двигателе. Если нет воспламенения в двигателе, F=0; если есть воспламенение, F=1. Таким образом, скорость изменения температуры катушки зажигания (в градусах в секунду) увеличивается с увеличением разницы между температурой двигателя и температурой катушки зажигания, и увеличивается с увеличением разницы между наружной температурой и температурой катушки зажигания. Увеличение скорости автомобиля может увеличить скорость изменения температуры катушки зажигания из-за повышенной конвекционной теплопередачи.

Внутренний резистивный нагрев учитывает тепло, полученное во время последней по времени зарядки катушки зажигания. В упрощенной схеме первичной обмотки, показанной на фиг. 3, ток первичной обмотки могут выражать путем решения уравнения цепи:

где R_t - полное сопротивление цепи; I_p - ток первичной обмотки, в данном документе также упоминается как ток катушки зажигания; L_p - индуктивность катушки зажигания: a V_b - напряжение аккумуляторной батареи. Выражая I_p из уравнения 4, можем получить:

Усредненный период накопления энергии во время последней по времени зарядки могут рассчитать как:

Полное сопротивление цепи R_t зависит от температуры катушки зажигания. R_t могут выражать как сумму сопротивления первичной обмотки R_p и сопротивления жгута проводов R_h:

Сопротивление жгута проводов существенно не изменяется с температурой катушки зажигания, и таким образом ее могут задать во время калибровки. Сопротивление первичной обмотки могут определять на основе оцененной температуры катушки зажигания. В качестве примера, контроллер может считывать температуру катушки зажигания, сохраненную в памяти, и определять сопротивление первичной обмотки путем проверки в заданной справочной таблицы. На фиг. 6 показано примерное соотношение между сопротивлением первичной обмотки и температурой катушки зажигания. Сопротивление первичной обмотки монотонно возрастает с повышением температуры катушки зажигания. Это соотношение может быть предоставлено изготовителем катушки зажигания.

В способе 400 обновляют температуру катушки зажигания на основе температуры катушки, оцененной во время предыдущей итерации, и продолжительности времени от самого последнего по времени искрового зажигания до текущего обновления температуры катушки. В качестве примера, температуру катушки зажигания могут обновлять путем взвешивания скорости изменения температуры катушки зажигания с продолжительностью времени от самого последнего по времени искрового зажигания:

где i обозначает количество итераций; Т_р(i+1) обозначает обновленную температуру катушки; T_p(i) обозначает температуру катушки от предыдущей итерации; a Δt_(i) обозначает время, прошедшее с последней по времени оценки температуры катушки зажигания. В качестве примера, Δt_(i) могут устанавливать как период обновления температуры катушки зажигания, оцененный на шаге 404.

На шаге 411, в способе 400 сохраняют в памяти обновленную температуру катушки зажигания.

На шаге 412, в способе 400 проверяют, работает ли автомобиль. Если автомобиль прекращает работу, например, зажигание выключено, заканчивают выполнение способа 400. В противном случае, в способе 400 сбрасывают счетчик в ноль на шаге 415 и продолжают оценивать температуру катушки зажигания.

На фиг. 5 показан способ 500 для зарядки катушки зажигания на основе оцененной температуры катушки зажигания. Способ 500 выполняют параллельно со способом 400, и он использует последнюю по времени оценку температуры катушки зажигания, полученную в способе 400, для определения времени накопления энергии.

На шаге 501, в способе 500 определяют, находится ли автомобиль в работе. Например, в способе 500 определяют, что автомобиль находится в работе в ответ на событие включения зажигания. Если автомобиль выключен (ВЫКЛ), в способе 400 продолжают отслеживать состояние автомобиля на шаге 502. В противном случае, в способе 500 переходят к шагу 503.

На шаге 503, контроллер (например, контроллер 12 на фиг. 1) оценивает рабочие параметры двигателя на основе показаний различных датчиков в системе двигателя. Рабочие параметры могут содержать частоту вращения двигателя, нагрузку двигателя, температуру охлаждающей жидкости двигателя, количество доступного топлива, и состав топлива.

На шаге 504, контроллер определяет, должно ли инициироваться искровое зажигание. В качестве примера, контроллер может определить запускать искровое зажигание сразу при запуске двигателя. В качестве другого примера, контроллер может определить запускать искровое зажигание в соответствии с тем, что частота вращения двигателя выше порогового значения. Контроллер может определить запускать искровое зажигание на основе запаздывания искры. Запаздывание искры могут определять на основе рабочих параметров двигателя, содержащих частоту вращения двигателя, нагрузку двигателя, температуру двигателя, и параметры топлива. Если контроллер определяет не инициировать искру зажигания, в способе 500 переходят к шагу 505, на котором контроллер продолжает отслеживать рабочие параметры двигателя. В противном случае, в способе 500 переходят к шагу 506.

На шаге 506, в способе 500 определяют время накопления энергии катушки зажигания на основе температуры катушки зажигания. В качестве примера, контроллер может загрузить из памяти текущую оценку температуры катушки зажигания. Контроллер может также определить доступное напряжение аккумуляторной батареи. Затем, время накопления энергии могут определить на основе загруженной температуры катушки зажигания и напряжения аккумуляторной батареи с помощью предварительно откалиброванной справочной таблицы.

В качестве альтернативы, контроллер может определять время накопления энергии каждый раз, когда оценивают температуры катушки зажигания. Когда требуется генерация искры зажигания, контроллер заряжает первичную обмотку с заданным временем накопления энергии.

На шаге 507, могут заряжать первичную обмотку с временем накопления энергии. В качестве примера, воспламенитель (например, воспламенитель 322 на фиг. 3) могут закрывать на время, равное времени накопления энергии. После остановки зарядки первичной обмотки и размыкания цепи первичной обмотки на шаге 508, в камере сгорания генерируют искру зажигания.

На шаге 509, контроллер определяет, прекращает ли автомобиль работу. Могут определять, что работа двигателя прекращена в ответ на событие выключения зажигания. Если автомобиль работает, в способе 500 переходят к шагу 504. В противном случае, способ 500 заканчивают.

Рассмотрим фиг. 7, на которой представлено изменение рабочих параметров двигателя при реализации способов 400 и 500. Оси x - это время, и они увеличиваются слева направо, как показано стрелками. Первый график сверху показывает наружную температуру. Наружную температуру могут измерять с помощью датчика температуры. Наружная температура увеличивается, что указано осью у. Второй график сверху показывает состояние автомобиля. Состояние автомобиля может быть ВКЛ или ВЫКЛ. В качестве примера, статус автомобиля могу определять в ответ на событие включения или выключения зажигания. Третий график сверху показывает скорость автомобиля. Скорость автомобиля увеличивается, что указано осью у. Четвертый график сверху показывает температуру охлаждающей жидкости двигателя (ТОЖД). ТОЖД могут измерять датчиком температуры, соединенным с контуром охлаждения. ТОЖД увеличивается, что указано осью у. ТОЖД могут использовать для оценки температуры двигателя. Пятый график сверху показывает оценочное значение температуры катушки зажигания с течением времени. Каждый крестик указывает момент времени, когда оценивают температуру катушки. Шестой график сверху изображает время накопления энергии, рассчитанное на основе температуры катушки зажигания и напряжения аккумуляторной батареи. Время накопления энергии рассчитывают в соответствии с каждой оценкой температуры катушки зажигания. В качестве альтернативы, время накопления энергии могут рассчитывать до каждого искрового зажигания. Седьмой график сверху показывает событие зажигания двигателя или воспламенения в двигателе, в цилиндре. Каждая звездочка указывает генерацию искры зажигания.

В момент времени Т₀, автомобиль начинает работу. Например, в ответ на событие включения зажигания, коленчатый вал начинает проворачиваться, а скорость автомобиля увеличивается с нулевой скорости. Температура охлаждающей жидкости двигателя может также увеличиваться со временем. В соответствии со стартом автомобиля, контроллер начинает оценивать температуру катушки зажигания и время накопления энергии. Начальную температуру T_p(0) 741 катушки зажигания могут оценивать на основе измеренных температуры двигателя и наружной температуры 701 по уравнению 1. Первое время 751 накопления энергии определяют на основе первой температуры 741 катушки зажигания и напряжения аккумуляторной батареи с помощью справочной таблицы. Температура катушки и время накопления энергии, оцененные при наружной температуре 701, показаны линиями 746 и 757. Температура катушки и время накопления энергии, оцененные при наружной температуре 702, показаны линиями 747 и 756. При уменьшенной наружной температуре, оцененная температура 746 катушки уменьшается и время 756 накопления энергии увеличивается.

В момент времени Т₁, после продолжительности периода Р1 от момента времени Т₀, температура катушки зажигания обновляют до Т_р(1) 742. Период Р1 выбирают короче, чем тепловая постоянная времени катушки зажигания. Так при запуске двигателя в момент Т₀ нет воспламенения в двигателе, скорость изменения температуры катушки зажигания могут обновлять на основе уравнения 3, с F=0. В качестве альтернативы, начальную температуру катушки зажигания могут оставлять такой же, как Т_р(0). Время 752 накопления энергии вычисляют на основе температуры 402 катушки и напряжения аккумуляторной батареи.

В момент времени Т₂, в двигателе начинают воспламенение. В качестве примера, в двигателе могут начинать воспламенение в соответствии с тем, что частота вращения двигателя выше порогового значения. Контроллер может инициировать первое воспламенение в двигателе, заряжая катушку зажигания с временем 752 накопления энергии.

В момент времени Т₃, после продолжительности периода Р1 от последней по времени оценки температуры 742 катушки, вычисляют скорость изменения температуры катушки зажигания. Скорость изменения температуры катушки зажигания могут вычислять на основе времени накопления энергии для самого последнего по времени воспламенения (например, времени 752 накопления энергии) и температуры 742 катушки по уравнению 3, с F=1. Другими словами, скорость изменения температуры катушки зажигания рассчитывают на основе последнего по времени определенного времени 752 накопления энергии. Затем, могут определять третью температуру Т_р(2) 743 катушки на основе скорости изменения температуры катушки зажигания по уравнению 8. Время 753 накопления энергии вычисляют на основе температуры 743 катушки и напряжения аккумуляторной батареи.

В момент времени Т₄, повышаются скорость автомобиля и частота воспламенения в двигателе. Температуру катушки и время накопления энергии все еще обновляют в период Р1 времени. Таким образом, температуру катушки и время накопления энергии обновляют с постоянной частотой, не зависящей от частоты воспламенения в двигателе. Температуру катушки могут понижать в соответствии с высокой скоростью автомобиля из-за повышенного конвекционного охлаждения.

В момент времени Т₅, останавливают воспламенение в двигателе и останавливают автомобиль. Другими словами, двигатель останавливают и скорость автомобиля равна нулю. Контроллер продолжает оценивать температуру катушки и время накопления энергии. Таким образом, во время перезапуска двигателя, доступно оценочное значение времени накопления энергии.

В момент времени Т₆, останавливают работу автомобиля. Контроллер прекращает оценивать температуру катушки и время накопления энергии.

Таким образом, температуру катушки зажигания могут точно оценивать на основе теплопередачи от двигателя, наружного воздуха, и внутреннего резистивного нагрева. Время накопления энергии катушки зажигания могут обновлять параллельно с оценкой температуры катушки зажигания. Поэтому, могут точно контролировать зарядный ток и мощность искры зажигания.

Технический эффект от оценки температуры катушки зажигания, основанной на теплопередаче, заключается в том, что не требуется температурный датчик. Технический эффект от оценки скорости изменения температуры катушки зажигания, основанной на теплопередаче от двигателя, наружного воздуха, и внутреннего резистивного нагрева заключается в том, что можно точно оценить температуру катушки зажигания. Технический эффект от обновления температуры катушки зажигания с частотой выше минимальной частоты заключается в том, что можно избежать отклонения оценочного значения от фактической температуры катушки зажигания. Технический эффект от обновления температуры катушки зажигания с частотой выше, чем частота воспламенения в двигателе, заключается в том, что можно принимать во внимание теплопередачу к катушке зажигания от резистивного нагрева, образуемого при каждом воспламенении в двигателе.

В качестве одного из вариантов осуществления, представлен способ, в котором: заряжают катушку зажигания в течение времени накопления энергии, определяемого на основе каждого из температуры двигателя, наружной температуры, и времени накопления энергии для самого последнего по времени искрового зажигания. В первом примере способа, время накопления энергии дополнительно определяют на основе сопротивления первичной обмотки. Второй пример способа опционально содержит первый пример и дополнительно содержит, что сопротивление первичной обмотки оценивают на основе температуры катушки зажигания. Третий пример способа опционально содержит один или более из первого и второго примеров и дополнительно содержит, что температуру катушки зажигания обновляют с частотой выше частоты воспламенения в двигателе. Четвертый пример способа опционально содержит один или более из примеров с первого по третий и дополнительно содержит, что время накопления энергии дополнительно определяют на основе скорости автомобиля. Пятый пример способа опционально содержит один или более из примеров с первого по четвертый и дополнительно содержит, что время накопления энергии увеличивают с увеличением разницы между температурой двигателя и температурой катушки зажигания. Шестой пример способа опционально содержит один или более из примеров с первого по пятый и дополнительно содержит, что время накопления энергии увеличивают с увеличением разницы между наружной температурой и температурой катушки зажигания.

В качестве другого варианта осуществления, представлен способ, в котором: оценивают температуру катушки зажигания; обновляют температуру катушки зажигания на основе каждого из теплопередачи от двигателя к катушке зажигания, внутреннего резистивного нагрева катушки зажигания, и теплопередачи от внешней среды к катушке зажигания; и заряжают катушку зажигания в течение времени накопления энергии, определяемого на основе обновленной температуры катушки зажигания. В первом примере способа, внутренний резистивный нагрев катушки зажигания оценивают на основе самого последнего по времени определенного времени накопления энергии, усредненного тока за период накопления энергии, и сопротивления первичной обмотки. Второй пример способа опционально содержит первый пример и дополнительно содержит, что начальную температуру катушки зажигания определяют на основе каждого из температуры двигателя и наружной температуры в ответ на событие включения зажигания. Третий пример способа опционально содержит один или более из первого и второго примеров и дополнительно содержит, что температуру катушки зажигания прекращают обновлять в ответ на событие выключения зажигания. Четвертый пример способа опционально содержит один или более из примеров с первого по третий и дополнительно содержит, что температуру катушки зажигания обновляют с частотой, не зависящей от частоты воспламенения в двигателе. Пятый пример способа опционально содержит один или более из примеров с первого по четвертый и дополнительно содержит, что теплопередачу от двигателя к катушке зажигания оценивают на основе температуры двигателя и самой последней по времени обновленной температуры катушки зажигания. Шестой пример способа опционально содержит один или более из примеров с первого по пятый и дополнительно содержит, что теплопередачу от наружной среды к катушке зажигания оценивают на основе наружной температуры и самой последней по времени обновленной температуры катушки зажигания.

В качестве еще одного варианта осуществления, представлен система, содержащая: двигатель, свечу зажигания, соединенную с двигателем, катушку зажигания, соединенную со свечой зажигания, и контроллер, выполненный с машиночитаемыми инструкциями, хранящимися в долговременной памяти для того, чтобы: периодически обновлять оценочное значение температуры катушки зажигания на основе скорости изменения температуры катушки зажигания, причем скорость изменения температуры катушки зажигания является математической функцией от каждого из температуры двигателя, наружной температуры, и первого времени накопления энергии для самого последнего по времени искрового зажигания; заряжать катушку зажигания со вторым временем накопления энергии на основе обновленного оценочного значения температуры катушки зажигания. В первом примере системы, контроллер дополнительно выполнен с возможностью обновления оценочного значения температуры катушки зажигания на основе усредненного тока за период накопления энергии катушки зажигания. Второй пример системы опционально содержит первый пример и дополнительно содержит, что контроллер дополнительно выполнен с возможностью обновления оценочного значения температуры катушки зажигания с частотой, определяемой на основе тепловой постоянной времени катушки зажигания. Третий пример системы опционально содержит один или более из первого и второго примеров и дополнительно содержит, что контроллер дополнительно выполнен с возможностью обновления оценочного значения температуры катушки зажигания с частотой, определяемой на основе скорости автомобиля. Четвертый пример системы опционально содержит один или более из примеров с первого по третий и дополнительно содержит, что контроллер дополнительно выполнен с возможностью обновления оценочного значения температуры катушки зажигания путем взвешивания скорости изменения температуры катушки зажигания с продолжительностью времени от самого последнего по времени искрового зажигания. Пятый пример системы опционально содержит один или более из примеров с первого по четвертый и дополнительно содержит, что время накопления энергии дополнительно определяют на основе напряжения аккумуляторной батареи.

Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и процедуры 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 способам для регулирования зарядного тока катушки зажигания. В одном из примеров оценивают температуру катушки зажигания, обновляют оцененную температуру катушки зажигания на основе каждого из теплопередачи от двигателя к катушке зажигания, внутреннего резистивного нагрева катушки зажигания и теплопередачи от внешней среды к катушке зажигания и заряжают катушку зажигания в течение времени накопления энергии, определяемого на основе обновленной оцененной температуры катушки зажигания. 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ для регулирования катушки зажигания, в котором:

итерационно оценивают температуру катушки зажигания;

обновляют итерационно оцененную температуру катушки зажигания на основе каждого из теплопередачи от двигателя к катушке зажигания, внутреннего резистивного нагрева катушки зажигания и теплопередачи от внешней среды к катушке зажигания и

заряжают катушку зажигания в течение времени накопления энергии, определяемого на основе обновленной итерационно оцененной температуры катушки зажигания.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что внутренний резистивный нагрев катушки зажигания оценивают на основе самого последнего по времени определённого времени накопления энергии, усредненного тока за период накопления энергии и сопротивления первичной обмотки.

3. Способ по п. 1, в котором дополнительно определяют начальную температуру катушки зажигания на основе каждого из температуры двигателя и наружной температуры в ответ на событие включения зажигания.

4. Способ по п. 1, в котором дополнительно прекращают обновление температуры катушки зажигания в ответ на событие выключения зажигания.

5. Способ по п. 1, в котором дополнительно обновляют температуру катушки зажигания с постоянной частотой, не зависящей от частоты воспламенения в двигателе.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что теплопередачу от двигателя к катушке зажигания оценивают на основе температуры двигателя и самой последней по времени обновленной температуры катушки зажигания.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что теплопередачу от наружной среды к катушке зажигания оценивают на основе наружной температуры и самой последней по времени обновленной температуры катушки зажигания.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температура катушки зажигания дополнительно зависит от усредненного тока за период накопления энергии катушки зажигания.

9. Способ по п. 1, в котором дополнительно обновляют итерационно оцененное значение температуры катушки зажигания с частотой, определяемой на основе тепловой постоянной времени катушки зажигания.

10. Способ по п. 1, в котором дополнительно обновляют итерационно оцененное значение температуры катушки зажигания на основе скорости автомобиля.

11. Способ по п. 1, в котором дополнительно обновляют итерационно оцененное значение температуры катушки зажигания путем взвешивания скорости изменения температуры катушки зажигания с продолжительностью времени от самого последнего по времени обновления итерационно оцененного значения температуры катушки зажигания.

12. Способ по п. 1, в котором дополнительно определяют время накопления энергии на основе напряжения аккумуляторной батареи.

13. Способ по п. 1, в котором дополнительно определяют время накопления энергии на основе скорости автомобиля.