ОБНАРУЖЕНИЕ ПРОПУСКОВ ЗАЖИГАНИЯ ПО ВИБРАЦИЯМ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА Российский патент 2019 года по МПК F02D41/00 G01M15/00 G01M15/11 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее раскрытие в целом относится к способам и системам обнаружения пропусков зажигания и к действиям, выполняемым в ответ на обнаружение пропусков зажигания в двигателе внутреннего сгорания.

Уровень техники/Раскрытие изобретения

Системы управления двигателем могут содержать модули обнаружения пропусков зажигания для обнаружения событий сжигания горючей смеси, происходящих за пределами базовых временных установок зажигания. Например, пропуск зажигания в двигателе могут обнаруживать, регистрируя флюктуации крутильной вибрации коленчатого вала. Эти крутильные вибрации коленчатого вала включают в себя крутильные флюктуации относительно средней частоты вращения коленчатого вала.

Один из примеров подхода показан Stander в документе U.S. 5633456. Здесь, для каждого ожидаемого срабатывания цилиндра, вращение коленчатого вала проверяют на заданное угловое смещение. Затем сигналы пропуска зажигания идентифицируют, применяя частотные фильтры.

В одном примере, вышеописанные задачи можно решить способом выработки индикации пропуска зажигания в первом цилиндре по флюктуациям коленчатого вала, дискретизированным по первому окну; и выработки индикации пропуска зажигания во втором, другом, цилиндре по флюктуациям коленчатого вала, дискретизированным по второму окну; причем первое и второе окна перекрываются друг с другом.

Например, вибрации коленчатого вала могут отслеживаться датчиком положения коленчатого вала, связанным с коленчатым валом в двигателе внутреннего сгорания. Блок управления может дискретизировать вращение коленчатого вала в первом окне дискретизации, а затем - во втором окне дискретизации, перекрывающимся с первым окном дискретизации. Двигатель может выполнить первое событие сжигания горючей смеси в пределах первого окна дискретизации, а второе событие сжигания смеси - в пределах второго окна, причем второе событие сжигания смеси следует непосредственно за первым событием сжигания смеси. Блок управления затем, обработав оцифрованные сигналы, может выработать индикацию пропуска зажигания при сжигании двигателем горючей смеси.

Таким образом, можно надежно обнаружить пропуски зажигания в условиях работы, включающих в себя среднюю и низкую нагрузку двигателя и умеренную и высокую частоту вращения коленчатого вала двигателя. Кроме того, такой способ обнаружения пропуска зажигания менее чувствителен к местоположению датчика. Например, при дискретизации флюктуаций коленчатого вала с перекрывающимися окнами дискретизации, содержание сигнала на гармониках целых порядков может быть значительно снижено. То есть, дискретизация с перекрытием может избирательно включать в себя крутильные вибрации, возникающие вследствие сжигания смеси и пропуска зажигания, при этом избирательно уменьшая включение в себя вибрации, возникающие вследствие инерции возвратно-поступательного движения поршня и шатуна.

Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут описаны 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 показана блок-схема содержащего коленчатый вал двигателя с турбонагнетателем.

На фиг. 2 показаны две схемы дискретизации вращения коленчатого вала.

На фиг. 3 в качестве примера показана блок схема способа обнаружения пропусков зажигания в двигателе по флюктуациям коленчатого вала и регулирования условий работы двигателя в ответ на указанное обнаружение.

На фиг. 4 показан пример зависимости нагрузки двигателя от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

На фиг. 5А-5D показаны частотные составляющие крутильных вибраций коленчатого вала.

На фиг. 6А-6В продемонстрировано улучшенное обнаружение пропуска зажигания с использованием примера раскрытого способа.

Осуществление изобретения

Настоящее раскрытие относится к системам и способам обнаружения пропусков зажигания в двигателе внутреннего сгорания по флюктуациям коленчатого вала и регулирования работы двигателя в ответ на указанное обнаружение. На фиг. 1 показана блок-схема двигателя внутреннего сгорания, включающего в себя коленчатый вал. Вращение коленчатого вала в процессе работы двигателя можно дискретизировать синхронно с углом поворота коленчатого вала. На фиг. 2 продемонстрированы две схемы дискретизации с использованием перекрывающихся и неперекрывающихся окон дискретизации для четырехцилиндрового двигателя. На фиг. 3 в целом показан пример способа обнаружения пропусков зажигания по смехам дискретизации, показанным на фиг. 2. На фиг. 4 показана зависимость нагрузки двигателя от частоты вращения коленчатого вала двигателя. На фиг. 5А-5D показаны частотные составляющие крутильных вибраций коленчатого вала. На фиг. 6А-6В продемонстрировано улучшенное обнаружение пропуска зажигания с использованием примера раскрытого способа.

Как описывается здесь, крутильные вибрации коленчатого вала двигателя возникают в результате как сжигания горючей смеси в двигателе, так и инерционного нагружения в результате возвратно-поступательного движения поршня и шатуна. В диапазоне от средней до низкой нагрузки двигателя и от умеренной до высокой частоты вращения коленчатого вала, крутильные вибрации, возникающие из-за нормальной крутильной вибрации двигателя, могут быть сильнее крутильных вибраций, возникающих из-за сжигания горючей смеси. Нормальная крутильная вибрация двигателя может быть еще усилена за счет гибкости коленчатого вала (с учетом того, что кривошипно-шатунная система содержит режим крутильной вибрации жесткого тела, когда все детали коленчатого вала вибрируют одинаково, и гибкий режим, в котором индивидуальные компоненты коленчатого вала вибрируют по-разному). Крутильные вибрации коленчатого вала могут быть более чувствительными к режимам гибкой вибрации, когда датчик расположен далее от местоположения нулевого отклонения коленчатого вала. Например, крутильные вибрации могут быть сильнее при расположении датчика спереди коленчатого вала, чем при расположении датчика ближе к маховику.

Частотные составляющие крутильных вибраций коленчатого вала содержат гармоники полупорядков, зависящие только от сжигания горючей смеси, и гармоники целых порядков, зависящие и от крутящего момента сжигания горючей смеси, и от инерционного крутящего момента. Если флюктуации коленчатого вала дискретизировать по перекрывающимся окнам дискретизации с продолжительностью окна, превышающей суммарное число градусов поворота коленчатого вала между непосредственно смежными ВМТ такта сжатия, то сигнал гармоник целых порядков может быть значительно уменьшен. Например, дискретизация с перекрытием может избирательно включать в себя крутильные вибрации, возникающие из-за сжигания горючей смеси и пропуска зажигания, и меньше включать в себя вибрацию, возникающую в результате инерции возвратно-поступательного движения поршня и шатуна. Следовательно, пропуски зажигания в двигателя можно обнаруживать более надежно, особенно в диапазоне от средней до низкой нагрузки двигателя и от умеренной до высокой частоты вращения коленчатого вала двигателя. Кроме того, так как дискретизация с перекрывающимися окнами менее чувствительна к нормальным крутильным вибрациям кривошипно-шатунного механизма, имеется возможность работы с датчиком положения коленчатого вала, расположенном в любом положении по длине узла коленчатого вала/гасителя крутильных колебаний/маховика.

На фиг. 1 схематически изображен пример двигателя 10, который может быть включен в состав движительной системы автомобиля. Двигатель 10 показан с четырьмя цилиндрами 31, 33, 35 и 37. Однако в соответствии с настоящим раскрытием может использоваться иное количество цилиндров. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере, частично, содержащей блок 12 управления системой управления, а также водителем 132, подающим входные сигналы через устройство 130 ввода. В данном примере устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для выработки пропорционального сигнала положения педали (ПП).

Каждая камера (например, цилиндр) 31, 33, 35 и 37 сгорания двигателя 10 может содержать стенки камеры сгорания с расположенным между ними поршнем 32. Поршни могут быть связаны шатуном 34 с коленчатым валом 40 таким образом, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Датчик 118 положения коленчатого вала, связанный с коленчатым валом 40, может измерять вращение коленчатого вала и передавать сигнал вращения блоку 12 управления. Датчик 118 положения коленчатого вала может быть высокоскоростным по передаче данных колесным датчиком положения коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть связан по меньшей мере с одним ведущим колесом транспортного средства через промежуточную систему (не показана) трансмиссии. Кроме того, для обеспечения запуска двигателя 10, с коленчатым валом 40 через маховик может быть связан стартер.

Камеры 31, 33, 35 и 37 сгорания могут принимать впускной воздух из впускного коллектора 44 по впускному каналу 42, и могут выводить газы горения по выпускному каналу 48. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 46 могут избирательно сообщаться с камерами 31, 33, 35 и 37 сгорания посредством соответствующих впускных клапанов и выпускных клапанов (не показаны). В некоторых осуществлениях, камеры 31, 33, 35 и 37 сгорания могут включать в себя два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов. Впускные и/или выпускные клапаны в процессе вращательного движения распределительного вала могут приводиться в движение (то есть, открываться и закрываться) соответствующими кулачками 160, расположенными на распределительном валу 162.

Топливные форсунки 50 показаны непосредственно связанными с камерами 31, 33, 35 и 37 сгорания для впрыска топлива непосредственно в нее пропорционально ширине импульса впрыска топлива (ИВТ), принимаемого от блока 12 управления. Таким образом, топливная форсунка 50 обеспечивает то, что называется прямым впрыском топлива в камеры 31, 33, 35 и 37 сгорания. Топливная форсунка может быть смонтирована, например, в боковине камеры сгорания или в верхней части камеры сгорания. Топливо может доставляться к топливной форсунке 50 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливную рампу. В некоторых осуществлениях, камеры 31, 33, 35 и 37 сгорания альтернативно или дополнительно могут включать в себя топливную форсунку, размещенную во впускном коллекторе 44 в конфигурации, обеспечивающей так называемый распределенный впрыск топлива, чтобы впрыскивать топливо во впускной канал выше по потоку от каждой камеры 31, 33, 35 и 37 сгорания.

Блок 12 управления управления на фиг. 1 показан в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102 (МПУ), порты 104 ввода/вывода, электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере изображенную в виде чипа постоянного запоминающего устройства 106 (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 108 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 109 (ЭЗУ) и шину данных. Дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, блок 12 управления может принимать различные сигналы и информацию от датчиков, связанных с двигателем 10, и эти сигналы могут включать в себя: сигнал измеренного массового расхода засосанного воздуха (МРВ) отдатчика 120; сигнал температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, связанного с рубашкой 114 охлаждения; в некоторых примерах - сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118 положения коленчатого вала; сигнал положения дроссельной заслонки (ПДЗ) от датчика положения дроссельной заслонки и сигнал абсолютного давления в коллекторе (АДК) отдатчика 122. Постоянное запоминающее устройство 106 может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими инструкции, исполняемые микропроцессорным устройством 102 для реализации способов, описанных ниже, а также их вариантов.

На фиг. 2 в качестве примеров приведены схемы дискретизации вращения коленчатого вала четырехцилиндрового двигателя. Вращение коленчатого вала может измеряться датчиком 118 положения коленчатого вала, связанным с коленчатым валом 40. Вращение коленчатого вала может дискретизироваться блоком 12 управления синхронно с углом поворота коленчатого вала. На схеме 202 показаны примеры верхних мертвых точек (ВМТ) такта сжатия и срабатывания цилиндров двигателя, соответствующие углам поворота коленчатого вала двигателя 10. Звездочками показано воспламенение и соответствующее событие сжигания горючей смеси. На угле А1 поршни в цилиндрах 1 и 4 достигают ВМТ такта сжатия. Цилиндры 1 и/или 4 срабатывают на угле A3 поворота коленчатого вала. Поршни 2 и 3 затем переводятся в ВМТ такта сжатия на угле А4 поворота коленчатого вала. В качестве примера, период между углами А1 и A3 поворота коленчатого вала может составлять 180 градусов. После сжигания горючей смеси в цилиндрах 1 и/или 4 на угле A3, цилиндры 2 и/или 3 сработают на угле А6 поворота коленчатого вала, а поршни в цилиндрах 1 и 4 переведутся снова в ВМТ такта сжатия на угле А8. На схемах 204 и 206 показаны схемы дискретизации с перекрывающимися и неперекрывающимися окнами дискретизации. Подробности двух схем дискретизации и условия, при которых их применяют, описываются в следующих разделах.

На фиг. 3 показан пример алгоритма 300 способа обнаружения пропусков зажигания по флюктуациям коленчатого вала и управления двигателем в ответ на обнаружение пропусков зажигания. Способ может создать условия для надежного обнаружения пропусков зажигания при разнообразных условиях работы двигателя.

На этапе 302 способ содержит оценивание и/или вывод условий работы двигателя. К таким условиям работы двигателя могут относиться частота вращения коленчатого вала, температура двигателя, температура каталитического нейтрализатора, уровень наддува, АДК, МРВ, условия окружающей среды (температура и влажность окружающего воздуха, атмосферное давление и т.п.).

На этапе 304, по найденным на этапе 302 условиям работы двигателя находят исходное смещение угла поворота коленчатого вала. Исходное угловое смещение является измеряемым в углах поворота коленчатого вала периодом от ВМТ такта сжатия до начала окна дискретизации в пределах одного такта сжатия. На фиг. 2 показан пример исходного углового смещения ϕ. Поршни в цилиндрах 1 и 4 достигают ВМТ такта сжатия на угле А1 поворота коленчатого вала. Сжигание горючей смеси в цилиндрах 1 и/или 4 происходит на угле A3. На схеме 204 неперекрывающийся окно дискретизации начинается на угле А2. Исходное угловое смещение ср является периодом между углами А1 и А2 поворота коленчатого вала. Для того, чтобы правильно дискретизировать события сжигания горючей смеси на угле A3, исходное угловое смещение ϕ должно быть меньшим периода между ВМТ такта сжатия (А1) и следующими событиями (A3) сжигания горючей смеси в этом же рабочем цикле цилиндра.

На этапе 306 по оцененным на этапе 302 условиям работы двигателя определяют схему дискретизацию. Например, частота вращения коленчатого вала и нагрузка двигателя могут быть сравнены с заданными соответствующими пороговыми значениями. Если частота вращения коленчатого вала окажется меньшей первого порогового значения и/или нагрузка двигателя окажется большей второго порогового значения, алгоритм 300 перейдет на этап 308, на котором может быть выполнена дискретизация вращения коленчатого вала с неперекрывающимися окнами дискретизации, например, как показано на фиг. 2. Если частота вращения коленчатого вала окажется выше первого порогового значения и нагрузка двигателя окажется ниже второго порогового значения, алгоритм 300 перейдет на этап 310, на которым дискретизация вращения коленчатого вала может быть выполнена в перекрывающихся окнах, например, как показано на фиг. 2. Отметим, что в одном примере, окна дискретизации задают период (например, период вращения коленчатого вала) на котором выполняют дискретизацию флюктуаций коленчатого вала для конкретного события сжигания горючей смеси, причем за пределами этого окна дискретизация для того же самого события сжигания горючей смеси не выполняется. Это означает, что то, произошел или не произошел в конкретном событии сжигания пропуск зажигания (или некоторая степень пропуска зажигания), определяют только по данным, дискретизированным на продолжительности соответствующего окна дискретизации для данного события сжигания, и не определяют по данным дискретизации флюктуаций коленчатого вала, полученным за пределами этого окна.

На фиг. 4 показан пример зависимости нагрузки двигателя от частоты вращения коленчатого вала в двигателе внутреннего сгорания. При увеличении частоты вращения коленчатого вала, нагрузка двигателя сначала немного увеличивается с последующим уменьшением. В диапазоне от низкой до средней нагрузки двигателя и от умеренной до высокой частоты вращения коленчатого вала, крутильные вибрации, возникающие за счет нормальной крутильной вибрации двигателя, могут быть сильнее крутильных вибраций, возникающих за счет сжигания горючей смеси. Поэтому, когда частота вращения коленчатого вала превышает первое пороговое значение ТН1, а нагрузка двигателя при этом ниже второго порогового значения ТН2 (область 402), отношение сигнал/шум (ОСШ) события сжигания из-за пропуска зажигания может быть слишком малым, для того, чтобы это событие могло быть надежно определено с неперекрывающимися окнами 204. При этих условиях, для дискретизации вращения коленчатого вала можно использовать перекрывающиеся окна 206.

На этапе 308 вращение коленчатого вала дискретизируют в неперекрывающихся окнах. Например, продолжительностью окна дискретизации является полное число градусов поворота коленчатого вала между непосредственно смежными ВМТ такта сжатия. Например, продолжительность окна дискретизации можно определить по числу цилиндров в двигателе 10. Для четырехцилиндрового двигателя, продолжительность окна дискретизации может составлять 180 градусов угла поворота коленчатого вала. Для двигателя с п цилиндрами, продолжительность окна дискретизации может составлять 720/n градусов угла поворота коленчатого вала.

Схемой 204 на фиг. 2 проиллюстрирована примерная схема дискретизации с неперекрывающимися окнами для четырехцилиндрового двигателя. После того, как поршни в цилиндрах 1 и/или 4 достигают ВМТ такта сжатия на А1, на А2 может начаться первое окно дискретизации 203 для цилиндров 1 и 4, с исходным угловым смещением ср, найденным на этапе 304. Первое окно 203 дискретизации может закончиться на угле А5. Продолжительностью первого окна дискретизации может быть суммарное число градусов угла поворота коленчатого вала между А1 и А4. Сразу же после завершения первого окна 203 дискретизации, на А5 может начаться второе окно 205 для дискретизации вращений коленчатого вала для цилиндров 2 и 3. Первое и второе окна (203 и 205) дискретизации могут иметь одинаковую продолжительность и вообще не перекрываться друг с другом, что в одном примере означает, что каждое окно не перекрывается со всеми без исключения другими окнами дискретизации.

На этапе 310 вращение коленчатого вала дискретизируют в окне, которое по меньшей мере частично и только в одном примере перекрывается с другим окном дискретизации. В одном примере, продолжительность окна может быть больше суммарного числа градусов угла поворота коленчатого вала между непосредственно смежной ВМТ такта сжатия. Суммарная величина перекрытия окон дискретизации, выраженная в градусах поворота коленчатого вала, может составлять примерно одну треть от продолжительности окна, с допуском, например, плюс или минус от одного до десяти дискретных значений. Например, продолжительность окна дискретизации может определяться по числу цилиндров в двигателе 10. Для четырехцилиндрового двигателя, продолжительность окна дискретизации может составлять примерно 270 градусов угла поворота коленчатого вала. Для двигателя с n цилиндрами, продолжительность окна дискретизации может составлять 1080/n градусов угла поворота коленчатого вала.

На схеме 206 фиг. 2 для четырехцилиндрового двигателя показана примерная схема дискретизации только с частично перекрывающимися окнами. После ВМТ такта сжатия цилиндров 1 и/или 4, может начинаться окно 207 дискретизации для цилиндров 1 и 4 на угле А2 с задержкой на угловое смещение ϕ, найденное на этапе 304. Первое окно 207 дискретизации может заканчиваться на А7. Цилиндры 1 и/или 4 достигают ВМТ на такте сжатия снова на А8. Между углами А1 и А8 имеется только одна ВМТ такта сжатия на А4. Продолжительность первого окна 207 дискретизации может быть больше суммарного числа градусов поворота коленчатого вала между непосредственно смежными ВМТ такта сжатия (от А1 до А4) цилиндра. Кроме того, эта продолжительность может быть меньше порогового значения, то есть меньше суммарного числа градусов поворота коленчатого вала между двумя несмежными ВМТ цилиндра, или меньше суммарного числа количества градусов между двумя ВМТ цилиндра, разделенными срабатыванием цилиндра между ними. Продолжительность первого окна 207 дискретизации может быть, например, в полтора раза больше периода между А1 и А4. С задержкой в исходное угловое смещение ϕ после ВМТ такта сжатия цилиндров 2 и 4 на А4, на А5 может начаться второе окно 209 дискретизации для выполнения дискретизации вращения коленчатого вала для цилиндров 2 и 3. Третье окно 211 дискретизации может начаться на угле А9 с задержкой в исходное угловое смещение ϕ относительно А8 для того, чтобы дискретизировать вращения цилиндров 1 и 4. В одном примере, продолжительности окон дискретизации одинаковы. В этом примере, окна дискретизации могут частично перекрываться на некоторое число градусов угла поворота коленчатого вала и не перекрываться на оставшееся число градусов угла поворота коленчатого вала. Продолжительности частичного перекрытия и неперекрытия в углах поворота коленчатого вала могут составлять примерно одну треть суммарных продолжительностей окна дискретизации. Например, на схеме 206 углы от А5 до А7 поворота коленчатого вала могут частично перекрываться окнами 207 и 209, при этом углы от А7 до А9 могут дискретизироваться только в окне 209. На этапе 314, алгоритм 300 сравнивает флюктуации коленчатого вала с пороговым значением. Если флюктуация превышает пороговое значение, тогда регистрируется пропуск зажигания, и алгоритм 300 переходит на этап 316. Если флюктуация будет меньше порогового значения, тогда алгоритм 300 переходит на этап 318 и выдает индикацию об отсутствии обнаружения пропуска зажигания.

В одном примере, флюктуации коленчатого вала можно рассчитать по вращению коленчатого вала в пределах окна дискретизации. Сначала можно рассчитать среднюю частоту вращения коленчатого вала в окне дискретизации. В частности, частоты вращения коленчатого вала во всех точках дискретизации можно просуммировать и разделить на число дискретных значений в окне дискретизации. Затем, среднюю частоту вращения можно вычесть из вращений коленчатого вала для получения флюктуаций коленчатого вала, возникающих из-за крутильных вибраций. В другом примере, с заданным пороговым значением можно сравнить отношение сигнал/шум (ОСШ) флюктуаций коленчатого вала. Заданное пороговое значение может составлять 2:1, то есть, амплитуда флюктуации коленчатого вала должна быть вдвое больше уровня шума.

На этапе 316, в ответ на обнаружение пропуска зажигания, можно прирастить показания счетчика пропусков зажигания. В одном примере, счетчик пропусков зажигания может быть встроен в запоминающее устройство блока управления и может отражать количество произошедших событий пропуска зажигания цилиндра.

На этапе 320 может быть выяснено, не превысило ли показание счетчика пропусков зажигания своего порогового значения. В одном примере, может быть выяснено, не произошло ли пороговое количество событий пропуска зажигания цилиндра. Дополнительно, может быть выяснено, не произошло ли пороговое количество пропусков зажигания в течение периода времени или на пройденном транспортным средством расстоянии, или в течение конкретного ездового цикла транспортного средства. Если пороговое значение количества пропусков зажигания было превышено, то на этапе 322 может быть выставлен диагностический код и может быть выполнено действие по смягчению последствий. И наконец, информация о пропуске зажигания может быть выведена оператору. Например, в ответ на то, что произошло пороговое количество пропусков зажигания цилиндра, двигатель может быть переведен в режим управления последствиями отказов (УПО). При этом может быть выполнено одно или несколько смягчающих действий, включая эксплуатацию (затронутого) цилиндра на смеси, обогащенной относительно стехиометрической (например, эксплуатацию цилиндра на обогащенной смеси на протяжении некоторого периода), ограничение подачи воздуха в двигатель (например, ограничение подачи воздуха в двигатель на протяжении некоторого периода), ограничение общей величины уровня наддува турбонагнетателя и снижение объема рециркулируемых отработавших газов.

В другом примере, в ответ на индикацию могут отрегулировать параметры впрыска топлива. Например, индикация пропуска зажигания может быть принята в течение события сжигания в первом цилиндре, и по этой индикации блок управления может отрегулировать впрыск топлива в цилиндр двигателя для следующего (например, непосредственно следующего) события сжигания горючей смеси в этом цилиндре. Регулирование может включать в себя регулировку впрыска топлива в сторону опережения и опциональное выполнение большего испарительного нагрева нагревателем топлива на холодном двигателе. В некоторых осуществлениях в ответ на индикацию пропуска зажигания могут быть отрегулированы другие параметры сжигания горючей смеси.

Пример технического результата раскрытого способа разъясняется далее со ссылкой на фиг. 5, где проиллюстрирован анализ и обработка частотных составляющих флюктуаций коленчатого вала. На фиг. 5А показан крутящий момент, воздействующий на коленчатый вал в зависимости угла поворота коленчатого вала. Изменяющийся по времени крутящий момент имеет частотный состав, который представлен гармониками разных порядков, как показано на фиг. 5В. Крутящий момент, вызывающий крутильные вибрации, содержит крутящий момент, создаваемый событием сжигания горючей смеси, и крутящий момент, создаваемый инерцией поршня/шатуна. Частотные составляющие, возникающие из-за крутящего момента от сжигания горючей смеси, показаны на фиг. 5С. Так как событие сжигания для каждого цилиндра повторяется каждые 2 оборота коленчатого вала, то крутящий момент от события сжигания имеет полный состав гармоник, включая как гармоники целых порядков (1, 2, 3 и т.п.), так и гармоники полупорядков (0,5, 1,5, 2,5 и т.п.). Величина крутящего момента события сжигания для каждой гармоники зависит от нагрузки двигателя. Частотная составляющая, возникающая в результате инерции совершающих возвратно-поступательное движение поршня/шатуна, показана на фиг. 5D. Так как динамика поршня повторяется каждый оборот коленчатого вала, инерционный крутящий момент поршня/шатуна имеет в составе гармоники только целых порядков (1, 2, 3 и т.д.), и не имеет гармоник полупорядков. Величины инерционного крутящего момента зависят от частоты вращения коленчатого вала, но не зависят от нагрузки двигателя. Поэтому, при работе двигателя в диапазоне от средних до низких нагрузок двигателя и от умеренных до высоких частот вращения коленчатого вала, ОСШ для крутильной вибрации коленчатого вала уменьшается за счет уменьшения крутящего момента события сжигания и увеличения и инерционного крутящего момента поршня/шатуна. В таких условиях работы двигателя может стать затруднительным обнаружение крутильных вибраций коленчатого вала, возникающих в результате пропуска зажигания.

Комбинированный частотный состав крутящего момента (фиг. 5В) является суммой крутящего момента события сжигания и инерционного крутящего момента с соответствующими величинами и фазами. Полупорядковые гармоники зависят только от сжигания смеси, а порядковые гармоники зависят от крутящего момента от сжигания смеси и от инерционного крутящего момента. Это является основной причиной того, что дискретизация угла поворота коленчатого вала без перекрытия используется при средних и низких нагрузках двигателя и умеренных и высоких частотах вращения коленчатого вала. Перекрывающиеся окна дискретизации работают для избирательного включения гармоник, соответствующих возбуждению от сжигания смеси (полупорядки), но не гармоник, порождаемых возбуждением от сжигания и инерционным возбуждением (целые порядки). За счет использования различных схем дискретизации в зависимости от нагрузки двигателя и частоты вращения коленчатого вала, настоящий способ обнаружения пропусков зажигания может работать надежно при всех условиях работы двигателя.

На фиг. 6 показано улучшение ОСШ с перекрывающимися окнами дискретизации в условиях средний и низких нагрузок двигателя и умеренных и высоких частот вращения коленчатого вала. В каждом цилиндре рядного четырехцилиндрового двигателя с прямым впрыском топлива выполняют пропуск зажигания. На фиг. 6А показаны флюктуации коленчатого вала, сгенерированные дискретизацией вращений коленчатого вала с неперекрывающимися окнами дискретизации, показанными на схеме 204 фиг. 2. Сигнал пропуска зажигания сложно обнаружить из-за низкого ОСШ флюктуаций коленчатого вала. На фиг. 6В показаны флюктуации коленчатого вала, сгенерированные дискретизацией вращений коленчатого вала с перекрывающимися окнами дискретизации, показанными на схеме 206 фиг. 2. ОСШ флюктуаций коленчатого вала, происходящих из-за пропуска зажигания, значительно повысилось, а уровень шума понизился. Что упрощает обнаружение пропусков зажигания в двигателе при анализе ОСШ флюктуаций коленчатого вала.

Таким образом, дискретизируя флюктуации коленчатого вала с перекрывающимися окнами дискретизации в условиях средней и низкой нагрузки двигателя и умеренных и высоких частот вращения коленчатого вала, но дискретизируя флюктуации коленчатого вала с неперекрывающимися окнами дискретизации во всех других условиях работы двигателя, можно избирательно дискретизировать крутильные вибрации коленчатого вала методом, более чувствительным к крутящему моменту, возникающему в результате события сжигания горючей смеси, и менее чувствительным к инерционному крутящему моменту. Следовательно, для всех условий работы двигателя улучшается отношение сигнал/шум флюктуаций коленчатого вала, возникающих в результате пропуска зажигания, и повышается надежность обнаружения пропусков зажигания. Кроме того, за счет выгодного использования перекрывающихся окон дискретизации достигается снижение чувствительности к местоположению датчика, измеряющего флюктуации коленчатого вала, что дает большую гибкость проектирования системы двигателя.

Отметим, 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 энергонезависимом запоминающем устройстве и могут реализовываться системой управления, включающей в себя контроллер, в комбинации с разнообразными датчиками, исполнительными устройствами и прочей аппаратной частью 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. Что подразумевает, что 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 запоминающем устройстве машиночитаемой компьютерной среды хранения в системе управления двигателем, в которой указанные действия реализуются путем исполнения инструкций в системе, содержащей разнообразные аппаратные компоненты в комбинации с электронным контроллером.

Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и алгоритмы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не несут ограничительной функции, 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 содержит все новые и неочевидные сочетания и производные сочетания различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.

В одном примере, способ управления двигателем может включать в себя: выполнение сжигания горючей смеси в первом цилиндре с последующим сжиганием горючей смеси во втором цилиндре; отслеживание флюктуаций коленчатого вала в ходе работы двигателя; дискретизацию флюктуаций коленчатого вала по первому окну дискретизации и по второму окну дискретизации, причем каждое из первого и второго окон дискретизации содержит по меньшей мере событие сжигания горючей смеси в порядке срабатывания цилиндров, при этом первое и второе окна дискретизации перекрываются друг с другом; и информирование оператора транспортного средства о пропуске зажигания, обнаруженном по дискретизированным флюктуациям. Первое окно может перекрывать второе окно примерно на одну треть продолжительности одного из первого и второго окон. Кроме того, в комбинации с любым из вышеприведенных элементов настоящего параграфа, продолжительности первого и второго окон дискретизации, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала, могут быть примерно одинаковыми, при этом суммарное число градусов угла поворота коленчатого вала, составляющее перекрытие между первым и вторым окнами, составляет примерно одну треть от одинаковых продолжительностей. Кроме того, в комбинации с любым из вышеприведенных элементов настоящего параграфа, вывод информации выполняется блоком управления транспортного средства в процессе работы транспортного средства, при этом флюктуации коленчатого вала дискретизируют синхронно с углом поворота коленчатого вала. Кроме того, в комбинации с любым из вышеприведенных элементов настоящего параграфа, продолжительность первого окна больше суммарного числа градусов угла поворота коленчатого вала между непосредственно смежными ВМТ такта сжатия, но меньше суммарного числа градусов угла поворота коленчатого вала между двумя несмежными ВМТ такта сжатия. Кроме того, в комбинации с любым из вышеприведенных элементов настоящего параграфа, две несмежные ВМТ цилиндра разделены только одной ВМТ другого цилиндра, а способ также содержит регулирование посредством блока управления работы двигателя в ответ на индикацию пропуска зажигания.

В другом примере, способ управления двигателем содержит выработку индикации пропуска зажигания в первом цилиндре по флюктуациям коленчатого вала, дискретизированным по первому окну; и выработку индикации пропуска зажигания во втором, другом, цилиндре по флюктуациям коленчатого вала, дискретизированным по второму окну, причем первое и второе окна перекрываются друг с другом. В комбинации с любым из вышеприведенных элементов настоящего параграфа, способ также может включать в себя выполнение сжигания горючей смеси в первом цилиндре с последующим сжиганием горючей смеси во втором цилиндре, причем в процессе работы двигателя по сжиганию горючей смеси вырабатывают индикации пропусков зажигания. В комбинации с любым из вышеприведенных элементов настоящего параграфа, первое окно перекрывает второе окно примерно на одну треть продолжительности одного из первого или второго окон. В комбинации с любым из вышеприведенных элементов настоящего параграфа, продолжительности первого и второго окон дискретизации, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала, примерно одинаковы, при этом суммарное число градусов угла поворота коленчатого вала, составляющее перекрытие между первым и вторым окнами, составляет примерно одну треть от одинаковых продолжительностей. В комбинации с любым из вышеприведенных элементов настоящего параграфа, сжигание горючей смеси во втором цилиндре следует непосредственно после сжигания горючей смеси в первом цилиндре, и ни в одном другом цилиндре между сжиганиями горючей смеси в первом и втором цилиндрах сжигания горючей смеси не инициируют. В комбинации с любым из вышеприведенных элементов настоящего параграфа, индикации пропусков зажигания выводятся оператору транспортного средства, причем индикации вырабатываются блоком управления транспортного средства в процессе работы транспортного средства, при этом флюктуации коленчатого вала дискретизируют синхронно с углом поворота коленчатого вала. В комбинации с любым из вышеприведенных элементов настоящего параграфа, продолжительность первого окна больше суммарного числа градусов угла поворота коленчатого вала между непосредственно смежными ВМТ такта сжатия, но меньше суммарного числа градусов угла поворота коленчатого вала между двумя несмежными ВМТ такта сжатия. В комбинации с любым из вышеприведенных элементов настоящего параграфа, две несмежные ВМТ цилиндра разделены только одной ВМТ другого цилиндра, а способ также содержит регулирование посредством блока управления работы двигателя в ответ на индикацию пропуска зажигания.

В нижеследующей формуле изобретения, в частности, внимание сосредоточено на определенных сочетаниях компонентов и производных сочетаниях компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты включают в себя один или более указанных элементов, не требуя, и не исключая двух или более таких элементов. Иные сочетания и производные сочетания раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем поправки 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 исходной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.

Изобретение относится к способам и системам обнаружения пропусков зажигания в двигателе внутреннего сгорания. В одном примере, способ может включать в себя дискретизацию флюктуаций коленчатого вала по перекрывающимся друг с другом первому и второму окнам дискретизации и обнаружение пропусков зажигания по дискретизированным сигналам. Способ также может включать в себя регулирование работы двигателя по выработанной блоком управления индикации обнаружения пропуска зажигания. Технический результат заключается в надежном обнаружении пропусков зажигания в различных условиях работы двигателя при различной частоте вращения коленчатого вала двигателя. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ управления двигателем, содержащий:

инициирование воспламенения первого сжигания горючей смеси в первом цилиндре;

инициирование воспламенения второго сжигания горючей смеси во втором цилиндре после первого сжигания горючей смеси;

дискретизацию сигнала коленчатого вала, генерируемого датчиком, соединенным с коленчатым валом двигателя, во время и в пределах первого окна дискретизации для определения флюктуаций коленчатого вала, причем первое сжигание горючей смеси и второе сжигание горючей смеси выполняют в пределах первого окна дискретизации;

дискретизацию сигнала коленчатого вала во время второго окна дискретизации для определения флюктуаций коленчатого вала, причем второе сжигание горючей смеси выполняют в пределах второго окна дискретизации; и

выработку сигнала, указывающего на пропуск зажигания, на основе дискретизированного сигнала коленчатого вала и на основании того, превышают ли определенные флюктуации коленчатого вала пороговое значение; и

регулировку работы двигателя в ответ на индикацию пропуска зажигания.

2. Способ по п. 1, в котором первое окно дискретизации перекрывает второе окно дискретизации примерно на одну треть продолжительности одного из первого и второго окон дискретизации.

3. Способ по п. 1, в котором продолжительности первого и второго окон дискретизации, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала, примерно одинаковы, при этом суммарное число градусов угла поворота коленчатого вала, составляющее перекрытие между первым и вторым окнами дискретизации, составляет примерно одну треть от одинаковых продолжительностей.

4. Способ по п. 1, в котором второе сжигание горючей смеси во втором цилиндре следует непосредственно после первого сжигания горючей смеси в первом цилиндре, и ни в одном другом цилиндре между сжиганиями горючей смеси в первом и втором цилиндрах сжигание горючей смеси не инициируют.

5. Способ по п. 1, в котором индикацию пропусков зажигания в цилиндре выводят оператору транспортного средства, при этом дискретизируют флюктуации коленчатого вала синхронно с углом поворота коленчатого вала.

6. Способ по п. 1, в котором первое окно дискретизации больше суммарного числа градусов угла поворота коленчатого вала между непосредственно смежными верхними мертвыми точками такта сжатия, но меньше суммарного числа градусов угла поворота коленчатого вала между двумя несмежными верхними мертвыми точками такта сжатия.

7. Способ по п. 6, в котором две несмежные верхние мертвые точки такта сжатия цилиндра разделены только одной верхней мертвой точкой такта сжатия другого цилиндра.

8. Способ по п. 1, дополнительно содержащий определение продолжительности первого окна дискретизации и второго окна дискретизации на основе частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузки двигателя.

9. Способ по п. 8, в котором первое окно дискретизации и второе окно дискретизации перекрываются, если частота вращения коленчатого вала двигателя превышает первое пороговое значение, а нагрузка двигателя ниже второго порогового значения.

10. Способ по п. 8, в котором для двигателя с n цилиндрами продолжительность первого окна дискретизации составляет 1080/n градусов угла поворота коленчатого вала.

11. Способ управления двигателем, содержащий:

инициирование воспламенения первого сжигания горючей смеси в первом цилиндре;

инициирование воспламенения второго сжигания горючей смеси во втором цилиндре после первого сжигания горючей смеси;

дискретизацию сигнала, генерируемого датчиком, соединенным с коленчатым валом двигателя, во время первого окна дискретизации для определения флюктуаций коленчатого вала, причем первое сжигание горючей смеси выполняют в пределах первого окна дискретизации, при этом первое окно дискретизации больше суммарного числа градусов поворота коленчатого вала между непосредственно смежными верхними мертвыми точками такта сжатия цилиндра и меньше суммарного числа градусов поворота коленчатого вала между двумя несмежными верхними мертвыми точками такта сжатия цилиндра;

дискретизацию сигнала во время второго окна дискретизации для определения флюктуаций коленчатого вала, причем второе сжигание горючей смеси выполняют в пределах второго окна дискретизации, причем второе окно дискретизации перекрывается с первым окном дискретизации; и

выработку сигнала, указывающего на пропуск зажигания, на основе дискретизированного сигнала коленчатого вала и на основании того, превышают ли определенные флюктуации коленчатого вала пороговое значение; и

регулировку работы двигателя в ответ на индикацию пропуска зажигания.

12. Способ по п. 11, в котором сигнал представляет собой частоту вращения коленчатого вала, дискретизированную датчиком положения коленчатого вала.

13. Способ по п. 12, дополнительно содержащий расчет флюктуаций коленчатого вала на основе частоты вращения коленчатого вала.

14. Способ по п. 13, дополнительно содержащий расчет флюктуаций коленчатого вала путем вычета средней частоты вращения из вращений коленчатого вала.

15. Способ по п. 14, дополнительно содержащий прирост показаний счетчика пропусков зажигания в ответ на превышение рассчитанными колебаниями коленчатого вала порогового значения и вывод оператору индикации пропуска зажигания в ответ на превышение показаниями счетчика пропусков зажигания порогового значения.

16. Способ управления двигателем, содержащий:

инициирование воспламенения первого сжигания горючей смеси в первом цилиндре;

инициирование воспламенения второго сжигания горючей смеси во втором цилиндре после первого сжигания горючей смеси;

определение продолжительности первого окна дискретизации и второго окна дискретизации на основе частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузки двигателя;

дискретизацию вращения коленчатого вала по первому окну дискретизации для определения флюктуаций коленчатого вала, причем первое сжигание горючей смеси выполняют в пределах первого окна дискретизации;

дискретизацию вращения коленчатого вала по второму окну дискретизации для определения флюктуаций коленчатого вала, причем второе сжигание горючей смеси выполняют в пределах второго окна дискретизации, причем первое окно дискретизации и второе окно дискретизации перекрываются, если частота вращения коленчатого вала двигателя превышает первое пороговое значение, а нагрузка двигателя ниже второго порогового значения; и

вывод оператору транспортного средства индикации пропуска зажигания, основанной на том, превышают ли определенные флюктуации коленчатого вала пороговое значение.

17. Способ по п. 16, дополнительно содержащий определение продолжительностей первого окна дискретизации и второго окна дискретизации на основе количества цилиндров в двигателе.