СПОСОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2020 года по МПК F01N11/00 F02D41/22 

Область техники

Настоящая заявка относится к системам и способам точного определения температуры отработавших газов двигателя и соответствующей регулировке работы двигателя.

Уровень техники/Сущность изобретения

Может потребоваться точное определение температур отработавших газов двигателя. Измерение температур отработавших газов может позволить принять меры по смягчению последствий в случае, если температуры достигают значений, выше требуемых. Дополнительно, измерение температур отработавших газов может быть полезным при оценке функционирования устройств доочистки отработавших газов. Одним из путей определения температур отработавших газов является установка термопар, терморезисторов или прочих температурных датчиков в выпускном тракте, который направляет продукты сгорания в двигателе в устройства доочистки отработавших газов. Однако, состояние термопар и терморезисторов может ухудшаться под воздействием высоких температур отработавших газов. Кроме того, эффективность температурных датчиков может снижаться при аккумулировании кислотных продуктов сгорания на температурных датчиках. Это может привести к необходимости частой замены температурных датчиков и гарантийным претензиям.

Другой примерный подход к определению температур отработавших газов предусматривает определение температуры отработавших газов на основе нагревательного элемента. Например, как показано Ма и соавт. в патентном документе US 8152369, сопротивление нагревательного элемента, подсоединенного к датчику отработавших газов, может быть использовано для оценки температуры отработавших газов. Согласно этому патенту, изменение в сопротивлении нагревателя, используемого для поддержания температуры чувствительного элемента датчика отработавших газов (напр., универсального датчика содержания кислорода в отработавших газах или УДКОГ), используется для оценки температуры отработавших газов.

Однако, авторы настоящего изобретения распознали возможные проблемы, связанные с подобным подходом. В качестве одного из примеров, оценка температуры отработавших газов может задерживаться по причине длительного времени отклика цепи нагревателя. В качестве другого примера, датчику может требоваться тепловой экран, добавляющий требования к оборудованию. В качестве еще одного примера, использование нагревательного элемента для контроля температуры чувствительного элемента и оценки температуры отработавших газов может потребовать сложных алгоритмов управления с большим объемом вычислений. Даже при условии использования нагревательного элемента для точной оценки температуры отработавших газов требуется работа двигателя в установившемся режиме в течение продолжительного периода времени. В частности, переходные процессы могут привести к внезапным изменениям в температуре в выпускном трубопроводе и на датчике отработавших газов, что оказывает негативное влияние на ток в нагревательном элементе. При этом, такие температуры не могут соотноситься с изменениями в температуре отработавших газов. Например, в результате переходных процессов может происходить охлаждение каталитического нейтрализатора и датчика, что приводит к дополнительной работе нагревателя каталитического нейтрализатора для поддержания температуры датчика. Это приведет к неправильному заключению о падении температуры отработавших газов. Даже при условии наличия небольших неточностей в оценке температуры отработавших газов, они могут послужить причиной серьезных ошибок в эксплуатации двигателя. Например, при регулировке работы двигателя на основании заниженного значения температуры может произойти перегрев отработавших газов. По этой причине окно эксплуатационных условий, при которых температура отработавших газов может быть точно определена, сужается. Следовательно, может потребоваться определять температуру отработавших газов двигателя таким способом, который бы снижал возможность ухудшения состояния датчика. Кроме того, может потребоваться определять температуры отработавших газов таким способом, который был бы точным и динамичным, и обеспечивал точное наблюдение за быстрыми изменениями в температуре отработавших газов.

Авторы изобретения выявили указанные выше недостатки и разработали способ для двигателя, содержащий: определение составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме исходя из продолжительности включения нагревательного элемента датчика отработавших газов, а также условий работы автомобиля при работе в неустановившемся режиме, среди которых такие условия, как нагрузка двигателя, скорость автомобиля и смоделированная температура на выпускном фланце; и регулировку работы двигателя исходя из составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме. Таким образом, точная оценка температуры отработавших газов может производиться для более широкого спектра эксплуатационных условий двигателя с использованием существующего оборудования двигателя.

В качестве одного из примеров, продолжительность включения нагревателя, подсоединенного к датчику содержания кислорода в отработавших газах (такому как датчик УДКОГ, подсоединенный выше по потоку от каталитического нейтрализатора, или датчик контроля эффективности работы каталитического нейтрализатора (ДЭКН), подсоединенный ниже по потоку от нейтрализатора) может быть зарегистрирована во время работы автомобиля. Это включает данные, собранные во время работы автомобиля в установившемся режиме, так же как и во время работы в неустановившемся режиме. Таким образом, нагреватель используется для поддержания температуры датчика отработавших газов на рабочем уровне. Следовательно, в условиях пониженной температуры отработавших газов продолжительность включения нагревателя может быть увеличена для обеспечения тепла, достаточного для нагрева датчика. Напротив, в условиях повышенной температуры отработавших газов продолжительность включения нагревателя может быть уменьшена, так как отработавшие газы обеспечивают достаточно тепла для нагрева датчика. Контроллер двигателя может преобразовать обратную величину полученной продолжительности включения в температуру отработавших газов при работе в установившемся режиме. Таким образом, может быть определена составная температура отработавших газов в неустановившемся режиме, компенсирующая колебания температуры отработавших газов, вызванные условиями работы автомобиля в неустановившемся режиме, такими как быстро меняющаяся скорость автомобиля, нагрузка двигателя, резкое нажатие и отпускание педали акселератора и колебания смоделированной температуры на выпускном фланце. Например, контроллер может использовать передаточную функцию (напр., блок умножения) для преобразования обратной величины продолжительности включения в температуру в установившемся режиме, а затем произвести линейное увеличение коррекции на переходный процесс, в которой степень коррекции, так же как и скорость линейного изменения, основываются на нагрузке двигателя, скорости автомобиля и смоделированной температуре на выпускном фланце. В качестве примера, скорость линейного изменения может быть понижена по мере возрастания скорости автомобиля для компенсации падения температуры в выпускном трубопроводе (что требует работы нагревателя), которое не согласуется с соответствующим падением температуры отработавших газов. В качестве другого примера, скорость линейного изменения может быть повышена во время нажатия на педаль акселератора и понижена во время отпускания педали акселератора для компенсации разного воздействия переходных процессов на температуру отработавших газов. Аналогично, скорость линейного изменения может быть скорректирована с целью компенсации изменений в нагрузке. Значение составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме может далее быть использовано для регулировки работы двигателя, например, для предотвращения перегрева отработавших газов. В качестве одного из примеров, в случае повышения составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме нагрузка на двигатель может быть ограничена для снижения пиковых температур отработавших газов.

Таким образом, оценка температуры отработавших газов посредством нагревателя или датчика содержания кислорода позволяет обеспечить технический результат измерения температуры отработавших газов при помощи имеющегося оборудования. Кроме того, путем компенсации изменений в функционировании нагревателя, произошедших во время работы автомобиля в неустановившемся режиме, которые можно отличить от изменений, вызванных температурой отработавших газов, можно повысить точность измерения температуры отработавших газов. В результате этого можно своевременно предпринимать действия, направленные на предотвращение перегрева и претензий по гарантии.

В данном раскрытии представлено несколько преимуществ. В частности, данный подход может повысить точность оценки температуры отработавших газов. В дополнение к этому, подход может замедлить ухудшение Состояния датчика температуры отработавших газов. Дополнительно, подход может компенсировать изменения в датчике температуры отработавших газов, происходящие с течением времени, вместо разовой компенсации датчика.

Вышеприведенные преимущества и другие преимущества, а также отличительные признаки настоящего раскрытия будут легко очевидны из нижеследующего раздела «Осуществление изобретения», при рассмотрении отдельно или во взаимосвязи с прилагаемыми чертежами.

Следует понимать, что вышеприведенная сущность изобретения служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Она не предназначена для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Раскрытие изобретения». Более того, заявленный предмет изобретения не ограничивается вариантами осуществления, устраняющими какие-либо недостатки, отмеченные выше или в какой-либо части настоящего раскрытия изобретения.

Краткое описание чертежей

На ФИГ. 1 представлено схематическое изображение двигателя, содержащее датчик содержания кислорода в отработавших газах.

На ФИГ. 2 графически представлено соотношение между продолжительностью включения нагревателя датчика содержания кислорода в отработавших газах и оценкой температуры отработавших газов.

На ФИГ. 3 представлен пример колебаний оцененной температуры отработавших газов во время работы автомобиля в неустановившемся режиме.

На ФИГ. 4 представлен примерный способ определения составной температуры отработавших газов во время работы автомобиля в неустановившемся режиме на основе функционирования нагревателя датчика отработавших газов.

На ФИГ. 5 представлена примерная компенсация переходного процесса, которая может использоваться для определения составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме.

На ФИГ. 6 представлен примерный способ диагностирования перегрева отработавших газов на основании составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме.

На ФИГ. 7-10 представлены примерные коррекции и колебания температуры отработавших газов, вызванные различными условиями во время работы автомобиля в неустановившемся режиме.

Раскрытие изобретения

Настоящее раскрытие относится к определению температур в выпускной системе двигателя, такой как система двигателя, представленная на ФИГ. 1. Измерение температуры отработавших газов может производиться на основании продолжительности включения нагревателя, подсоединенного к датчику отработавших газов системы двигателя (ФИГ. 2), а также на основании ожидаемых колебаний во время работы автомобиля в неустановившемся режиме (ФИГ. 3). Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнения управляющих алгоритмов, таких как примерный алгоритм на ФИГ. 4-5, для определения составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме на основании обратной величины продолжительности включения нагревателя, а также исходя из условий работы автомобиля в неустановившемся режиме, связанных с изменениями в скорости автомобиля, нагрузке двигателя и положении педали акселератора. В дополнение к этому, контроллер может провести диагностику двигателя на основании разницы между оцененной составной температурой отработавших газов в неустановившемся режиме и смоделированной температурой на выпускном фланце (ФИГ. 6). Примерные коррекции и колебания температуры отработавших газов, вызванные различными условиями во время работы в неустановившемся режиме, представлены на ФИГ. 7-10.

На ФИГ. 1 двигателем 10 внутреннего сгорания, содержащим множество цилиндров, один из которых показан на ФИГ. 1, управляется при помощи электронного контроллера двигателя 12. Двигатель 10 может быть соединен с движительной системой, такой как легковой автомобиль 100. В частности, двигатель 10 может быть расположен в подкапотном отделении (не показан) в передней части автомобиля 100. Автомобиль 100 может быть выполнен с системой 160 жалюзи решетки радиатора, присоединенной к передней части автомобиля. Система 160 жалюзи решетки радиатора может содержать множество жалюзи и заслонок, положение которых изменяется контроллером двигателя для изменения направления потока окружающего воздуха через подкапотное пространство автомобиля. Например, контроллер двигателя может подать сигнал на привод для перемещения множества жалюзи и/или заслонок в более открытое положение и увеличения потока воздуха через подкапотное пространство при определенных условиях, например, для повышения охлаждения. При других условиях контроллер двигателя может подать сигнал на привод для перемещения множества жалюзи и/или заслонок в более закрытое положение и уменьшения потока воздуха через подкапотное пространство (например, уменьшения лобового сопротивления).

Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным между ними и соединенным с коленчатым валом 40. Камера 30 сгорания показана с возможностью сообщения с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной и выпускной клапан может приводиться в действие посредством впускного кулачка 51 и выпускного кулачка 53. Положение впускного кулачка 51 может определяться датчиком 55 впускного кулачка. Положение выпускного кулачка 53 может определяться датчиком 57 выпускного кулачка.

Топливная форсунка 66 показана размещенной таким образом, чтобы впрыскивать топливо непосредственно в цилиндр 30, что известно для специалистов в данной области как непосредственный впрыск. В других вариантах осуществления, топливо может впрыскиваться во впускной канал, что известно для специалистов в данной области как распределенный впрыск во впускной канал. Топливная форсунка 66 подает жидкое топливо пропорционально ширине импульса сигнала, обеспечиваемого контроллером 12. Топливо подается к топливной форсунке 66 топливной системой, содержащей топливный бак (не показан), топливный насос (не показан) и топливную рампу (не показана). Дополнительно, впускной коллектор 44 сообщается с дополнительной дроссельной заслонкой 62 с электроприводом, которая регулирует положение дроссельной шайбы 64, управляя воздушным потоком из впускной камеры 46 наддува.

Компрессор 162 втягивает воздух из воздушного впускного тракта 42 для подачи в камеру 46 наддува. Отработавшие газы раскручивают турбину 164, которая соединена с компрессором 162 через посредство вала 161. Перепускной клапан 175 компрессора может приводиться в действие электрическим сигналом от контроллера 12. Перепускной клапан 175 компрессора обеспечивает обратную циркуляцию сжатого воздуха на впуск компрессора для ограничения давления наддува. Аналогично, привод перепускного клапана 72 турбины позволяет отработавшим газам обходить турбину 164, таким образом обеспечивая контроль за давлением наддува при изменяющихся рабочих условиях.

Бесконтактная система 88 зажигания выполнена с возможностью обеспечения искры зажигания для камеры 30 сгорания посредством свечи 92 зажигания по сигналу контроллера 12. Универсальный датчик 126 содержания кислорода в отработавших газах (УДКОГ) показан с возможностью соединения с выпускным коллектором 48 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70. В других вариантах осуществления двухрежимный датчик содержания кислорода в отработавших газах может быть заменен на датчик 126 УДКОГ. Второй датчик 127 содержания кислорода в отработавших газах (здесь и далее называемый «датчик контроля эффективности работы каталитического нейтрализатора» или «ДЭКН») показан с возможностью подсоединения ниже по потоку от турбины и устройства 70 снижения токсичности по направлению потока отработавших газов.

В соответствии с одним из примеров нейтрализатор 70 может содержать множество каталитических блоков-носителей. В соответствии с другим примером может быть использовано множество устройств контроля токсичности, каждое с множеством блоков-носителей. В соответствии с одним из примеров нейтрализатор 70 может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор.

В соответствии с одним из примеров датчик 126 УДКОГ, установленный выше по потоку от каталитического нейтрализатора, выполнен с возможностью выявления дисбаланса топливовоздушной смеси, который приводит к неправильному сгоранию топлива на поверхности первого блока-носителя каталитического нейтрализатора. Датчик 127 ДЭКН, установленный ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, выполнен с возможностью определения дисбаланса топливовоздушной смеси, который получается в результате неправильного сгорания топлива на поверхности второго блока-носителя каталитического нейтрализатора. Таким образом, отработавшие газы, поступившие на датчик ДЭКН, обычно имеют более высокую температуру, чем газы, поступающие на датчик УДКОГ.

Датчик 126 УДКОГ может содержать резистивный нагревательный элемент 150 (также называемый «нагреватель датчика»), обеспечивающий тепловую энергию для нагрева чувствительного к кислороду элемента (не показан) датчика 126 содержания кислорода при использовании такого датчика 126. Аналогично, датчик 127 ДЭКН может содержать резистивный нагревательный элемент 152 (также называемый «нагреватель датчика»), обеспечивающий тепловую энергию для нагрева чувствительного к кислороду элемента (не показан) датчика 127 содержания кислорода при использовании такого датчика 127. В частности, нагревательные элементы 150, 152 позволяют поддерживать требуемую рабочую температуру (например, 700°С) датчика 126 УДКОГ и датчика 127 ДЭКН соответственно. Например, продолжительность включения нагревателя может быть скорректирована в результате погрешности между требуемой рабочей температурой (заданного значения) датчика и фактической температурой датчика (которая может быть оценена или определена). В соответствии с одним из примеров сопротивление резистивных нагревательных элементов 150, 152 может варьироваться между 2 и 20 Ом в зависимости от температуры в точке установки датчика 126 содержания кислорода в выпускной системе.

Таким образом, продолжительность включения нагревательных элементов 150, 152 может соответствовать температуре отработавших газов по крайней мере во время работы автомобиля в установившемся режиме, как показано на ФИГ. 2. График 200 на ФИГ. 2 отображает продолжительность включения нагревателя датчика содержания кислорода (по оси X) относительно определенной температуры отработавших газов (по оси Y). Температура 250 представляет первую температуру, а продолжительность 252 включения представляет первую продолжительность импульса, соответствующую точке 202 на кривой 204. Кривая 204 отображает отношение между продолжительностью включения нагревателя и определенной температурой отработавших газов. Таким образом, можно отметить, что по мере увеличения продолжительности включения (другими словами, по мере увеличения тока, проходящего через нагреватель), определяемая температура отработавших газов может падать. Это происходит по причине того, что нагреватель используется для поддержания температуры датчика отработавших газов. Следовательно, в условиях пониженной температуры отработавших газов продолжительность включения нагревателя может быть увеличена для обеспечения тепла, достаточного для нагрева датчика. Напротив, при условиях, когда температура отработавших газов высокая, продолжительность включения нагревателя может уменьшиться, так как отработавшие газы обеспечивают достаточно тепла для нагрева датчика и необходимость в дополнительном нагреве при помощи нагревателя отсутствует. Контроллер двигателя может далее преобразовать обратное значение полученной продолжительности включения в температуру отработавших газов в установившемся режиме.

Однако, во время работы в неустановившемся режиме, например, при езде автомобиля на высокой скорости, а также при продолжительном резком нажатии и отпускании педали акселератора, могут иметь место колебания определяемой температуры отработавших газов. Аналогично, колебания могут происходить при задействовании заслонок и жалюзи системы 160 жалюзи решетки радиатора. Это может происходить вследствие внезапных изменений в температуре в выпускном трубопроводе и на датчике отработавших газов, вызванных переходным процессом, что оказывает негативное влияние на ток в нагревательном элементе. При этом, такие температурные изменения не могут соотноситься с фактическими изменениями в температуре отработавших газов.

Пример таких колебаний приведен на графике 300 ФИГ. 3. На этом графике кривая 302 отображает фактическую температуру отработавших газов, которую бы оценивал датчик температуры отработавших газов. Для сравнения приводится кривая 304, отображающая определенную температуру отработавших газов, основанную на продолжительности включения нагревателя, представленной на графике 306. Все кривые построены относительно времени работы автомобиля. До момента t1 автомобиль может работать в условиях установившегося режима. В момент времени t1 в автомобиле может произойти переходный процесс, например, вызванный повышением скорости автомобиля или продолжительное нажатие на педаль акселератора. Благодаря такому переходному процессу может произойти охлаждение нейтрализатора и датчика в выпускном тракте, что делает необходимой дополнительную работу нагревателя для поддержания температуры датчика. Это отражено резким скачком продолжительности включения нагревателя в момент времени t1. Однако, на основании дополнительной работы нагревателя температура отработавших газов может быть неправильно занижена в момент времени t1. Если контроллер двигателя управляет двигателем на основании температуры отработавших газов, определенной в момент времени t1, и повышает фактическую температуру отработавших газов, это может привести к перегреву отработавших газов. Следовательно, даже небольшие колебания в оценке температуры отработавших газов могут привести к существенно более значительным ошибкам при эксплуатации двигателя.

Принимая во внимание вышеизложенное, авторы изобретения разработали способ, позволяющий использовать данные о продолжительности включения нагревателя для точной оценки температуры отработавших газов учитывая колебания температуры, вызываемые переходными процессами автомобиля. Способ, подробно проиллюстрированный на ФИГ. 4-5, устанавливает коррекцию температуры отработавших газов, основанной на продолжительности включения, исходя из ожидаемых колебаний, и адаптирует линейное увеличение коррекции в зависимости от переходных процессов. Например, абсолютная величина коррекции, так же как и скорость линейного увеличения коррекции, адаптируется на основании переходных процессов, таких как изменение скорости автомобиля, нагрузки двигателя, положения педали акселератора и температуры (оцененной или смоделированной) на выпускном фланце. Таким образом, во время компенсации переходного процесса коррекция продолжительности включения нагревателя датчика УДКОГ может продолжаться на основании погрешности между требуемым заданным значением температуры датчика и фактической температурой (оцененной или определенной).

Что касается ФИГ. 1, на ней показан контроллер 12 в виде традиционного микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и традиционную шину данных. Контроллер 12 показан получающим различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, дополнительно к тем сигналам, которые были рассмотрены ранее, в том числе: температуру хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, соединенного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал датчика 134 положения, соединенного с педалью 130 акселератора для определения положения акселератора, регулируемого ногой 132; атмосферное давление от датчика 19 барометрического давления; сигнал датчика детонации для определения воспламенения остаточных газов (не показан); сигнал измерения давления в коллекторе (ДВК) двигателя от датчика 121 давления, соединенного с впускным коллектором 44; сигнал измерения давления наддува от датчика 122 давления, соединенного с камерой 46 наддува; положение двигателя от датчика 118 на эффекте Холла, определяющего положение коленчатого вала 40; сигнал измерения массы воздуха, входящей в двигатель, от датчика 120 (например, термоанемометра); и сигнал измерения положения дроссельной заслонки отдатчика 58. Датчик 118 положения двигателя создает заранее заданное количество равноудаленных импульсов на каждый оборот коленчатого вала, из которых может быть определена частота вращения двигателя (ЧВД).

Контроллер 12 принимает сигналы от разных датчиков, ФИГ. 1, и использует разные приводы на ФИГ. 1 для регулирования работы двигателя на основе получаемых сигналов и инструкций, заложенных в память контроллера. Среди примерных приводов такие, как топливная форсунка 66, впускной дроссель 64, а также заслонки и жалюзи системы 160 жалюзи решетки радиатора. В соответствии с одним из примеров контроллер получает значение продолжительности включения нагревателя датчика(-ов) отработавших газов и производит регулировку топливной форсунки и впускного дросселя в зависимости от определенной составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме, которая основывается как минимум на значении продолжительности включения и переменных процессах, происходящих во время работы автомобиля.

Постоянное запоминающее устройство 106 электронного носителя данных может быть запрограммировано с помощью машиночитаемых данных, представляющих собой инструкции, исполняемые микропроцессором 102, для осуществления способов, раскрываемых далее, а также других вариантов, предвиденных, но не указанных в конкретном виде. Примерные алгоритмы раскрыты со ссылкой на ФИГ. 4-5.

В некоторых примерах двигатель может быть соединен с электроприводом/системой аккумуляторов в гибридном автомобиле. Гибридное транспортное средство может иметь параллельную конфигурацию, последовательную конфигурацию или их разновидности и комбинации. Кроме того, в некоторых примерах используют другие схемы двигателя, например, дизельный двигатель.

Во время работы каждый цилиндр в двигателе 10 обычно проходит четырехтактный цикл, цикл содержит ход впуска, ход сжатия, рабочий ход и ход выхлопа. Обычно во время такта впуска выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух поступает в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44 и поршень 36 движется к низу цилиндра, чтобы увеличить объем внутри камеры 30 сгорания. Положение, в котором поршень 36 находится рядом с дном цилиндра и в конце своего хода (например, когда камера 30 сгорания имеет наибольший объем), специалисты в данной области техники обычно называют нижней мертвой точкой (НМТ). Во время такта сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 переходит к головке цилиндра, чтобы сжать воздух внутри камеры 30 сгорания. Точку, в которой поршень 36 находится в конце своего хода и наиболее близко к головке цилиндра (например, когда камера 30 сгорания имеет наименьший объем), специалисты в данной области техники обычно называют верхней мертвой точкой (ВМТ). В процессе, в дальнейшем именуемом впрыском, в камеру сгорания подают топливо. В процессе, в дальнейшем называемом зажиганием, впрыснутое топливо воспламеняется посредством известных средств зажигания, таких как свеча 92 зажигания, приводя к сгоранию. Во время такта расширения, расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно к НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время выпускного такта выпускной клапан 54 открывается, выпуская сгоревшую воздушно-топливную смесь в выпускной коллектор 48, а поршень возвращается в ВМТ. Отметим, что вышеприведенное раскрытие приведено только в качестве примера, и что моменты времени открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов могут варьироваться для обеспечения положительного или отрицательного перекрытия клапанов, позднего закрытия впускного клапана или различных других примеров.

Таким образом, система, представленная на ФИГ. 1, предусматривает систему двигателя, содержащую двигатель, содержащий впускной тракт и выпускной тракт; каталитический нейтрализатор отработавших газов, подсоединенный к выпускному тракту двигателя; датчик содержания кислорода в отработавших газах, подсоединенный выше по потоку от каталитического нейтрализатора, и содержащий нагреватель для поддержания рабочей температуры датчика; топливную форсунку, подсоединенную к цилиндру двигателя; впускной дроссель, подсоединенный к впускному тракту двигателя; и контроллер. Контроллер может быть выполнен с возможностью хранения машиночитаемых инструкций в долговременной памяти для: регистрации продолжительности включения нагревателя во время работы автомобиля; преобразования обратного значения продолжительности включения в первую оценку температуры отработавших газов; получения передаточной функции на основании переходных процессов, происходящих во время работы автомобиля; расчета второй оценки температуры отработавших газов исходя из первой оценки температуры отработавших газов и полученной передаточной функции; и регулировки работы двигателя исходя из второй оценки температуры отработавших газов. Под работой автомобиля понимается работа в установившемся режиме и в неустановившемся режиме. Передаточную функцию получают на основе изменения в скорости автомобиля и/или изменения нагрузки двигателя во время работы автомобиля в неустановившемся режиме. В соответствии с некоторыми примерами передаточная функция также может быть получена на основе изменения в положении педали акселератора во время работы двигателя в неустановившемся режиме. Контроллер может также хранить инструкции для: указания на условия перегрева отработавших газов на основании того, что разница между вторым значением температуры отработавших газов и смоделированной температурой отработавших газов превышает пороговое значение, при этом смоделированная температура основывается на частоте вращения двигателя, нагрузке двигателя и моменте зажигания; и, в ответ на указание, уменьшения открытия впускного дросселя с целью ограничения нагрузки двигателя и повышения степени обогащения топливной смеси.

Что касается ФИГ. 4, на ней показан примерный алгоритм 400 для определения составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме исходя из продолжительности включения нагревательного элемента датчика отработавших газов, а также исходя из условий работы автомобиля в неустановившемся режиме. Как минимум части способа по ФИГ. 4 могут быть использованы в контроллере 12 в системе, показанной на ФИГ. 1 в качестве исполняемых инструкций, хранимых в энергонезависимой памяти. Кроме того, части способа, показанного на ФИГ. 4 могут представлять действия, предпринимаемые контроллером 12 в физическом мире для изменения условий работы автомобиля. Инструкции по осуществлению способа 400 и остальных способов, содержащихся в данном раскрытии, могут быть выполнены контроллером на основе инструкций, хранящихся в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, получаемыми от датчиков системы двигателя, таких как датчики, раскрытые выше применительно к ФИГ. 1. Контроллер может задействовать приводы двигателя для регулировки работы двигателя в соответствии со способами, раскрытыми ниже.

На шаге 402 способ предусматривает оценку и/или измерение условий работы автомобиля и двигателя. Среди условий такие, как, например, частота вращения двигателя, нагрузка двигателя, момент зажигания, скорость автомобиля, температура двигателя, температура каталитического нейтрализатора и т.д. На шаге 404 способ предусматривает получение значения продолжительности включения нагревателя датчика отработавших газов. Датчик отработавших газов может являться первым датчиком содержания кислорода в отработавших газах, подсоединенным выше по потоку от каталитического нейтрализатора (такого как датчик УДКОГ или датчик 126 на ФИГ. 1), и/или вторым датчиком содержания кислорода в отработавших газах, подсоединенным ниже по потоку от каталитического нейтрализатора (такого как датчик ДЭКН или датчик 127 на ФИГ. 1). В соответствии с одним из примеров контроллер может выбрать значение продолжительности включения первого датчика содержания кислорода во время действия первого условия, например, во время работы двигателя в установившемся режиме. В соответствии с другим примером контроллер может выбрать значение продолжительности включения второго датчика содержания кислорода во время действия второго условия, например, во время резкого ускорения. Таким образом, в случае если в цилиндрах наблюдается экзотермия вследствие неправильного сгорания (например, из-за сгорания воздуха с несгоревшим топливом в отработавших газах), такие отработавшие газы могут миновать первый датчик отработавших газов и не сгореть на первом датчике, но сгореть на каталитическом нейтрализаторе. В результате экзотермия может быть более заметной на втором датчике отработавших газов (поскольку он расположен ниже по потоку от блока-носителя каталитического нейтрализатора). Следовательно, второй датчик может быть более чувствительным к экзотермии, происходящей по причине неполного сгорания. Однако, в то время как точка ниже по потоку может со временем стать горячее, во время начальной стадии прогрева точка выше по потоку может быть горячее по причине термической инерции блоков-носителей нейтрализатора.

В соответствии с еще некоторыми примерами контроллер может получить значения продолжительности включения нагревателей, подсоединенных как к датчику отработавших газов выше по потоку, так и к датчику содержания кислорода ниже по потоку. Например, контроллер может выбрать значение продолжительности включения каждого из первых и вторых датчиков содержания кислорода во время действия третьего условия, например, во время работы двигателя при малой нагрузке. Следует понимать, что в случае выбора обоих датчиков производятся измерения температуры отработавших газов в двух разных точках отработавших газов. Следовательно, получение значения продолжительности включения нагревателя содержит получение сырых (нескорректированных) данных о продолжительности включения нагревателя(-ей). На шаге 406 способ предусматривает инвертирование и фильтрацию собранных данных о продолжительности включения (inverted_htr_dc_fil). Например, контроллер может определить обратное значение продолжительности включения и применить к сигналу низкочастотный фильтр для удаления высокочастотного шума из коротких, но с большой амплитудой, изменений в продолжительности включения.

На шаге 408 способ предусматривает преобразование инвертированных и отфильтрованных данных о продолжительности включения в оценку температуры отработавших газов при установившемся режиме (T_ss). Это включает применение передаточной функции для преобразования инвертированных отфильтрованных данных о продолжительности включения в температуру отработавших газов. В соответствии с одним из примеров температура отработавших газов при установившемся режиме определяется по формуле: T_ss = (slope* inverted_htr_dc_fil) + offset,

в которой «slope» - это изменение в температуре на величину изменения во включении, например, 1333, a «offset» - это гипотетическое значение температуры при нулевой длительности включения, например, 300.

На шаге 410 способ предусматривает моделирование температуры отработавших газов (T_model) исходя из условий работы двигателя. Смоделированная температура является ожидаемой температурой отработавших газов, которая ожидается на основании условий двигателя и автомобиля, например, зависящих от частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя, воздушно-топливного соотношения и момента зажигания. В соответствии с одним из примеров, когда нагреватель датчика отработавших газов подсоединен к датчику отработавших газов, установленному выше по потоку (например, датчику УДКОГ), ожидаемая температура отработавших газов является ожидаемой или смоделированной температурой на выпускном фланце. В соответствии с другим примером, когда нагреватель датчика отработавших газов подсоединен к датчику отработавших газов, установленному ниже по потоку (например, датчику ДЭКН), ожидаемая температура отработавших газов является ожидаемой или смоделированной температурой блока-носителя каталитического нейтрализатора (напр., смоделированная температура инициирования каталитических реакций первого блока-носителя нейтрализатора).

На шаге 412 способ предусматривает определение, превышает ли продолжительность работы двигателя пороговую продолжительность и достигает ли температура датчика отработавших газов требуемого уровня. В качестве примера может быть определено, превышает ли продолжительность работы двигателя 65 секунд и превышает ли температура датчика отработавших газов уровень температуры инициирования (напр., выше 700°С). Путем подтверждения того, что двигатель работает достаточно долго, можно определить, что погрешность, связанная с холодной выпускной трубой, удалена из измерений. Аналогично, путем подтверждения того, что температура датчика отработавших газов на достаточно высоком уровне, можно определить, что продолжительность включения меняется в зависимости от колебаний температуры отработавших газов для поддержания температуры датчика, а не для первоначального прогрева.

Если выбранные условия не подтверждаются, то на шаге 414 способ предусматривает установку значения составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме на основании смоделированной температуры отработавших газов. Например, составная температура отработавших газов в неустановившемся режиме, используемая для регулировки работы двигателя, может быть установлена в функциональной зависимости от смоделированной температуры отработавших газов (напр., температура на выпускном фланце, смоделированная на основании частоты вращения двигателя, нагрузки и момента зажигания). В соответствии с одним из примеров составная температура отработавших газов в неустановившемся режиме, используемая для регулировки работы двигателя, может быть установлена как «Температура отработавших газов» = T_model * 0.63. Так как температура на фланце наиболее близка к камере сгорания, газы охлаждаются быстро с расстоянием, проходя через выпускные трубопроводы. Следовательно, временная оценка использует процент температуры на фланце для оценки температуры в точках ниже по потоку.

После установки значения фактической температуры отработавших газов на шаге 426 способ предусматривает регулировку параметров двигателя по определенной (установленной) температуре отработавших газов. Например, уровни подачи топлива и заряда воздуха в двигатель могут быть отрегулированы на основании определенной температуры отработавших газов для поддержания температур отработавших газов в пределах порогового уровня. На шаге 428 диагностический алгоритм, такой как представленный на ФИГ. 6, может быть выполнен для предохранения от температуры отработавших газов. В соответствии с алгоритмом может быть выявлен перегрев и могут быть приняты меры по устранению последствий.

Возвращаясь к шагу 412, при наличии выбранных условий способ переходит к определению составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме на основании продолжительности включения нагревателя (иначе говоря, на основании температуры при установившемся режиме), а также на основании условий работы автомобиля в неустановившемся режиме, среди которых один или несколько, или каждый из таких параметров, как нагрузка двигателя, скорость автомобиля и температура на выпускном фланце. В данном случае температура на выпускном фланце содержит ожидаемую или смоделированную температуру на выпускном фланце (такую как T_model), основанную на каждом из параметров частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя, воздушно-топливного соотношения и момента зажигания. В дополнение, составная температура отработавших газов в неустановившемся режиме может также основываться на нагрузке двигателя (например, в зависимости от событий нажатия и отпускания педали акселератора) и функционировании системы жалюзи решетки радиатора. В соответствии с нижеследующим детальным раскрытием после преобразования обратного значения продолжительности включения нагревателя датчика в первую оценку температуры отработавших газов при помощи передаточной функции контроллер может произвести линейное увеличение коррекции на переходный процесс, при этом и коррекция и скорость линейного увеличения зависит от условий работы автомобиля в неустановившемся режиме (а именно, от нагрузки двигателя, скорости автомобиля, температуры на фланце и т.д.)

В частности, на шаге 416 способ предусматривает определение компенсации переходного процесса на выпускном фланце (flange_gain) на основании ожидаемых колебаний температуры на выпускном фланце. Как показано на ФИГ. 5, это включает определение наличия переходных изменений в ожидаемой температуре на выпускном фланце (transient_ex_fl), так же как и определение возрастающего или понижающегося переходного процесса на фланце. В соответствии с одним из примеров отрицательный переходный процесс температуры на фланце может происходить в связи с уменьшением нагрузки двигателя и частоты вращения двигателя, тогда как положительный переходный процесс температуры может ожидаться в связи с увеличением нагрузки и частоты вращения двигателя.

После определения компенсации переходного процесса на фланце на шаге 418 способ переходит к определению компенсации скорости автомобиля (vspd_gain) на основании изменений в скорости автомобиля во время работы автомобиля в неустановившемся режиме. Как показано на ФИГ. 5, это включает определение того, повышается или понижается скорость автомобиля, а также достаточна ли скорость автомобиля для локализованного охлаждения. После этого скорость линейного изменения компенсации переходного процесса может быть соответственно скорректирована. В дополнение к определению компенсации скорости автомобиля контроллер также может определить компенсацию переходного процесса на основании функционирования системы жалюзи решетки радиатора.

После определения компенсации переходного процесса скорости автомобиля на шаге 420 способ переходит к определению компенсации нагрузки двигателя (load_gain) на основании изменений в нагрузке двигателя во время работы автомобиля в неустановившемся режиме. Как показано на ФИГ. 5, это включает определение, находится ли нагрузка двигателя на пониженном, расчетном или повышенном уровне, так же как и определение, работает ли двигатель в диапазоне повышенных или пониженных нагрузок. После этого скорость линейного изменения компенсации переходного процесса может быть соответственно скорректирована.

После определения компенсации переходного процесса нагрузки двигателя на шаге 422 способ переходит к определению компенсации пониженной нагрузки (down_gain) в зависимости от наличия событий отпускания или нажатия на педаль акселератора. Это может содержать все события нажатия и отпускания педали акселератора за весь период работы двигателя. В другом случае компенсация может зависеть от событий нажатия и отпускания педали акселератора, продолжительность которых больше пороговой продолжительности, например, событий продолжительного нажатия и отпускания педали акселератора. Как показано на ФИГ. 5, компенсация предусматривает различие между событиями продолжительного нажатия и событиями продолжительного отпускания педали акселератора.

После определения компенсации переходного процесса на шаге 416-422 способ переходит к шагу 424 для определения составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме на основании продолжительности включения нагревателя и полученных значений компенсации переходного процесса. Как более подробно раскрыто со ссылкой на ФИГ. 5, это включает в себя коррекцию температуры при установившемся режиме, полученную в функциональной зависимости от обратного значения продолжительности включения нагревателя с коррекцией на переходный процесс, подвергнувшейся линейному увеличению на основании общего значения компенсаций переходного процесса. Далее способ переходит к шагу 426 для регулировки рабочих параметров двигателя на основании определенной (установленной) температуры отработавших газов. Например, уровни подачи топлива и заряда воздуха в двигатель могут быть отрегулированы на основании определенной температуры отработавших газов для поддержания температур отработавших газов в пределах порогового уровня. Далее, на шаге 428 диагностический алгоритм, такой как представленный на ФИГ. 6, может быть выполнен для предохранения от температуры отработавших газов. В соответствии с алгоритмом может быть выявлен перегрев и могут быть приняты меры по устранению последствий.

Следует понимать, что во время раскрытых выше различных этапов обработки компенсации переходного процесса (например, 412-426) коррекция продолжительности включения нагревателя датчика ДКОГ может быть продолжена на основании погрешности между заданным значением требуемой температуры датчика и фактической температурой датчика (оцененной или полученной). Другими словами, продолжительность включения нагревателя датчика ДКОГ будет подвергаться регулировке вне зависимости от компенсации переходного процесса. Что касается ФИГ. 5, способ 500 иллюстрирует примерные компенсации переходного процесса на основании условий работы автомобиля в неустановившемся режиме. В частности, контроллер может прогнозировать и предвычислять колебания в температуре отработавших газов (напр., насколько изменится температура, повысится или понизится температура, а также когда изменится температура) на основании изменений переходного процесса в работе двигателя. Более точное прогнозирование таких колебаний и их компенсация позволяют более точно моделировать температуру отработавших газов. Коррекция на переходный процесс первой оценки температуры отработавших газов, основанная на продолжительности включения нагревателя, так же как и скорость линейного увеличения коррекции на переходный процесс первой оценки температуры отработавших газов, могут основываться на различных компенсациях переходного процесса. Например, коэффициент усиления и/или передаточная функция могут быть скорректированы для обеспечения требуемой скорости линейного увеличения и требуемой компенсации переходного процесса.

На шаге 502 можно определить, превышает ли нагрузка двигателя пороговое значение. Таким образом, это может быть нижним значением пороговой нагрузки (Threshold_lowload), ниже которой двигатель может быть определен как работающий в диапазоне пониженных нагрузок. В соответствии с одним из примеров можно определить, превышает ли нагрузка двигателя значение 0,6. В данном случае нагрузка определяется как соотношение между воздухом, находящимся в каждом цилиндре, поделенным на максимальный объем воздуха, который мог бы находиться в цилиндре при нормальных условиях без наддува. Таким образом, значение 1,0 нагрузки будет максимальным в двигателе без наддува при стандартных условиях. Если нагрузка двигателя выше пороговой нагрузки и двигатель не работает в диапазоне пониженных нагрузок, на шаге 504 способ предусматривает снижение скорости линейного увеличения. Например, контроллер может уменьшить передаточную функцию или коэффициент усиления (low_load_transient_tmr), связанный с компенсацией переходного процесса пониженной нагрузки. В соответствии с одним из примеров передаточная функция или коэффициент усиления могут быть уменьшены до нуля (другими словами, коэффициент может быть обнулен) для того, чтобы устранить необходимость в компенсации пониженной нагрузки. Передаточная функция отображена при средней нагрузке. Следовательно, если нагрузка находится в пределах диапазона, необходимости в коррекции передаточной функции для компенсации повышенных или пониженных условий нет. Если нагрузка двигателя ниже пороговой нагрузки и двигатель имеет тенденцию работать в диапазоне пониженных нагрузок, на шаге 506 способ предусматривает большее линейное увеличение отрицательной компенсации. Например, контроллер может увеличить передаточную функцию или коэффициент усиления (low_load_transient_tmr), связанный с компенсацией переходного процесса пониженной нагрузки. Выполнение калибровки определило бы передаточный коэффициент компенсации пониженной нагрузки во время работы в условиях теплой или умеренной погоды. Во время работы в экстремально холодных условиях наблюдаемый передаточный коэффициент может отличаться вследствие повышенного охлаждения холодным воздухом выпускного трубопровода, контактирующего с датчиком, и в результате может увеличиваться продолжительность включения для поддержания температуры датчика. Таким образом, передаточный коэффициент может быть скорректирован в зависимости от условий окружающей среды.

После шага 504 или шага 506 способ переходит к шагу 508. На шаге 508 способ предусматривает определение изменений в смоделированной температуре на выпускном фланце (смоделированной на основании частоты вращения, нагрузки и момента зажигания). Например, может быть определено наличие переходных изменений в ожидаемой температуре на выпускном фланце (transient_ex_fl), так же как и наличие возрастающего или понижающегося переходного процесса на фланце в неустановившемся режиме. В соответствии с одним из примеров отрицательное переходное изменение температуры на фланце может происходить в связи с уменьшением нагрузки двигателя и частоты вращения двигателя, тогда как положительное переходное изменение может ожидаться в связи с увеличением нагрузки и частоты вращения двигателя.

На шаге 510 может быть определено, имеет ли место отрицательный переходный процесс в ожидаемой температуре на выпускном фланце (другими словами, может быть определено, понижается ли ожидаемая температура на выпускном фланце). Если нет, то на шаге 512 способ предусматривает увеличение скорости линейного увеличения. Например, контроллер может увеличить передаточную функцию или коэффициент усиления (flange_gain), связанный с компенсацией переходного процесса на фланце. Контроллер может установить более высокое предварительно заданное значение коэффициента усиления для фланца, например, 0,75.

В случае выявления положительных переходных процессов, на шаге 514 способ предусматривает повышение скорости линейного увеличения. Например, контроллер может увеличить передаточную функцию или коэффициент усиления (flange_gain), связанный с компенсацией переходного процесса на фланце. Контроллер может установить другое предварительно заданное значение коэффициента усиления для фланца, например, 1,7. В случае, если существенных переходных процессов не выявляется, а ожидаемая температура на выпускном фланце находится практически в устойчивом режиме, то на шаге 512 и 514 способ предусматривает понижение скорости линейного увеличения, так как значение переходного процесса на фланце будет около нуля, даже при умножении на коэффициент усиления для фланца.

В соответствии с одним из примеров во время короткого отпускания педали акселератора могут иметь место отрицательные переходные процессы. Вследствие отпускания педали акселератора контроллер может установить коэффициент усиления на предварительно заданное значение, например, 0,75. В соответствии с другим примером во время короткого нажатия педали акселератора могут иметь место положительные переходные процессы. Вследствие нажатия педали акселератора контроллер может установить коэффициент усиления на предварительно заданное значение, например, 1,7. Таким образом, скорость линейного изменения может быть повышена в связи с событием нажатия педали акселератора и понижена в связи с событием отпускания педали акселератора. В результате установки значения коэффициента усиления компенсации переходного процесса на фланце на 1,7 воздействие переходного процесса на фланце на компенсацию может быть выше во время положительных переходных процессов. Аналогично, в результате установки значения коэффициента усиления компенсации переходного процесса на фланце на 0,75 воздействие переходного процесса на фланце на компенсацию может быть ниже во время положительных переходных процессов. Применение более высокого коэффициента усиления при событиях нажатия педали акселератора по сравнению с событиями отпускания педали акселератора снижает возможность занижения составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме, тем самым повышая точность контроля за температурой отработавших газов.

После шага 512 или шага 514 способ переходит к шагу 516. На шаге 516 может быть определено, превышает ли скорость автомобиля пороговый уровень. В соответствии с одним из примеров может быть определено, превышает ли скорость автомобиля 88.5 км/ч (55 миль/ч). Если да, то на шаге 518 с целью компенсации охлаждения выпускного трубопровода и датчика, вызванного повышенной скоростью автомобиля, контроллер может повысить скорость линейного увеличения. Например, контроллер может увеличить и зафиксировать передаточную функцию или коэффициент усиления (vspd_transient_tmr), связанный с компенсацией переходного процесса скорости. Также, если скорость автомобиля ниже пороговой скорости, на шаге 520 контроллер может уменьшить скорость линейного увеличения. Например, контроллер может уменьшить и зафиксировать передаточную функцию или коэффициент усиления (vspd_transient_tmr), связанный с компенсацией переходного процесса скорости.

После шага 518 или шага 520 способ переходит к шагу 522. На шаге 522 может быть определено, превысила ли продолжительность работы двигателя пороговое значение. В соответствии с одним из примеров может быть определено, превысила ли продолжительность работы двигателя 300 секунд. Если нет, способ переходит к шагу 524, на котором можно определить, превышает ли нагрузка двигателя пороговое значение. Таким образом, это может быть верхним значением пороговой нагрузки (Threshold_highload), выше которой двигатель может быть определен как работающий в диапазоне повышенных нагрузок. В соответствии с одним из примеров может быть определено, превышает ли нагрузка двигателя значение 1,4. Если нагрузка двигателя ниже пороговой нагрузки, и двигатель не работает в диапазоне повышенных нагрузок, на шаге 528 способ предусматривает снижение скорости линейного увеличения. Например, контроллер может уменьшить передаточную функцию или коэффициент усиления (high_load_transient_tmr), связанный с компенсацией переходного процесса повышенной нагрузки. В соответствии с одним из примеров передаточная функция или коэффициент усиления могут быть уменьшены до нуля (другими словами, коэффициент обнуляется) для того, чтобы устранить необходимость в компенсации повышенной нагрузки. В данном случае, поскольку основная передаточная функция продолжительности включения в температуру отображена при условиях средней нагрузки, соотношение температуры датчика и отработавших газов постепенно восстанавливается после окончания события повышенной нагрузки. Если нагрузка двигателя превышает пороговое значение, а двигатель определяется как работающий в диапазоне повышенных нагрузок, на шаге 526 способ предусматривает повышение скорости линейного увеличения. Например, контроллер может увеличить передаточную функцию или коэффициент усиления (high_load_transient_tmr), связанный с компенсацией переходного процесса повышенной нагрузки. В данном случае, так как основная передаточная функция продолжительности включения в температуру отображена при условиях средней нагрузки, необходимо произвести компенсацию температуры отработавших газов, повышенной относительно температуры датчика во время повышенных нагрузок.

После определения компенсации повышенной нагрузки способ переходит к шагу 530. Таким образом, если продолжительность работы двигателя превышает пороговую длительность, способ может сразу перейти к шагу 530, не требуя компенсации повышенной нагрузки. После прогрева выпускного трубопровода на датчик больше не оказывает влияние холодный трубопровод и специальная компенсация повышенной нагрузки не требуется.

Следовательно, определяются компенсации переходного процесса, влияющие на коррекцию на переходный процесс температуры отработавших газов, основанной на продолжительности включения нагревателя, так же как и на скорость линейного изменения коррекции на переходный процесс. В частности, скорость линейного изменения возрастает при превышении скорости автомобиля порогового значения, скорость линейного изменения возрастает при превышении нагрузкой двигателя порогового значения, скорость линейного изменения возрастает в связи с переходным процессом в ожидаемой температуре на выпускном фланце (или ожидаемой температуре на блоке-носителе каталитического нейтрализатора, как раскрыто выше), и скорость линейного изменения уменьшается в результате события пониженной нагрузки.

В соответствии с некоторыми примерами, в которых, например, датчик отработавших газов подсоединен ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, скорость линейного изменения может также основываться на ожидаемой температуре на блоке-носителе каталитического нейтрализатора, смоделированной на основе частоты вращения двигателя, нагрузки и момента зажигания.

На шаге 530 способ предусматривает определение или расчет полученной составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме на основании продолжительности включения нагревателя (в частности, температуры при установившемся режиме, определенной на основе обратного значения продолжительности включения нагревателя), а также каждой из множества полученных компенсаций переходного процесса. В частности, для каждой компенсации переходного режима контроллер может определить абсолютный объем компенсации, а также скорость линейного увеличения при компенсации (коэффициент усиления). Контроллер может также получить суммарное или общее значение компенсаций и добавить его к температуре, полученной на основе продолжительности включения нагревателя, для определения составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме. Например, контроллер может определить составную температуру отработавших газов в неустановившемся режиме следующим образом:

T_exh = T_ss + (flange_gain*transient_ext_fl) + (low_load_gain*low_load_transient_tmr) + (vspd_gain*vspd_transient_tmr) + (high_loadload_gain*high_load_transient_tmr)

Что касается ФИГ. 6, на ней представлен примерный алгоритм 600 диагностики. Способ допускает ранее обнаружение экзотермии (например, от неограниченного поступления топлива или воздуха) и раннее предупреждение перегрева.

На шаге 602 способ предусматривает получение составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме (T_exh), основанной на продолжительности работы нагревателя датчика отработавших газов, а также исходя из условий работы автомобиля в неустановившемся режиме. Таким образом, это является составной температурой отработавших газов в неустановившемся режиме, оцененной на шаге 424 в соответствии с ФИГ. 4-5. На шаге 604 способ предусматривает получение смоделированной температуры на выпускном фланце (T_model), оцененной на основании условий работы двигателя, таких как частота вращения двигателя, нагрузка, воздушно-топливное отношение и момент зажигания. Таким образом, это является составной температурой в неустановившемся режиме, оцененной на шаге 410 в соответствии с ФИГ. 4.

На шаге 606 температура отработавших газов в неустановившемся режиме может быть сопоставлена со смоделированной температурой на выпускном фланце и может быть определено, превышает ли температура отработавших газов в неустановившемся режиме смоделированную температуру на выпускном фланце. Например, может быть определено, различаются ли эти температуры на величину порогового значения. Если да, то может быть выявлено наличие экзотермии вследствие сгорания топлива на каталитическом нейтрализаторе. Например, причиной экзотермии может служить утечка топлива из цилиндра и его сгорание на каталитическом нейтрализаторе. В соответствии с другим примером может быть определено наличие утечки отработавших газов. В соответствии с еще одним примером может быть определено, что рабочие условия двигателя служат причиной излишне высокой температуры отработавших газов.

В связи с выявлением экзотермии на шаге 610 производится регулировка работы двигателя, предусматривая ограничение нагрузки двигателя для снижения пиковых температур. В соответствии с одним из примеров нагрузка двигателя может быть ограничена до 1,5. Например, контроллер может выдать сигнал на привод впускного дросселя для увеличения открытия впускного дросселя, подсоединенного к впускному тракту двигателя. В результате впускной заряд воздуха, поступающего в цилиндры, уменьшается, тем самым ограничивая нагрузку двигателя. В соответствии с одним из примеров двигатель может перейти в режим работы с ограниченной нагрузкой для снижения максимально допустимой температуры отработавших газов на 200°С. В дополнение, контроллер может задать диагностический код в ответ на то, что разница между составной температурой отработавших газов в неустановившемся режиме и смоделированной температурой отработавших газов превышает пороговое значение. Диагностический код может указывать на ошибку в оценке температуры отработавших газов.

Возвращаясь к шагу 606, если составная температура отработавших газов в неустановившемся режиме не превышает смоделированную температуру отработавших газов на выпускном фланце (например, более, чем на пороговое значение), то на шаге 608 способ производит сравнение смоделированной температуры на каталитическом нейтрализаторе и пороговой температуры. Таким образом, значение пороговой температуры на шаге 608 может основываться на температуре, выше которой срок службы нейтрализатора сокращается, и может отражать воздействие продолжительной работы на пиковой мощности. В соответствии с одним из примеров пороговая температура составляет 900°С. Если смоделированная температура отработавших газов на выпускном фланце не выше пороговой температуры, то на шаге 614 способ предусматривает снятие любых диагностических кодов, относящихся к оценке температуры отработавших газов, и выход из режима нагрева каталитического нейтрализатора, если смоделированная температура в нейтрализаторе превышает температуру инициирования каталитических реакций в каталитическом нейтрализаторе.

Если смоделированная температура в каталитическом нейтрализаторе выше пороговой температуры, то на шаге 612 способ предусматривает регулировку работы двигателя для предотвращения перегрева отработавших газов и защиты двигателя от повышенных температур. Регулировка может предусматривать обогащение топливной смеси для снижения пиковых температур отработавших газов. Например, контроллер может подать сигнал на топливную форсунку для увеличения продолжительности импульса впрыска. В результате двигатель может работать на топливной смеси, степень обогащения которой выше стехиометрического отношения. Например, двигатель может работать при воздушно-топливном отношении, равном 0,7. Эксплуатация на обогащенной топливной смеси может продолжаться в течение заранее установленного периода (напр., определенной количество событий сгорания или циклов двигателя). В другом случае обогащение топливной смеси может поддерживаться до тех пор, пока смоделированная температура отработавших газов не станет ниже минимальной пороговой температуры. В соответствии с некоторыми примерами в дополнение к обогащению топливной смеси контроллер может также ограничить нагрузку двигателя. В дополнение к этому контроллер может препятствовать входу в режим отсечки топлива в режиме замедления (ОТРЗ). Например, даже если двигатель начинает работать в условиях пониженной нагрузки, при которых должен быть инициирован режим ОТРЗ, вход в данный режим отключен. Это происходит по той причине, что несгоревшие на каталитическом нейтрализаторе углеводороды сгорят в начале режима ОТРЗ, что приведет к скачку температуры нейтрализатора, в особенности при повышении степени обогащения топливной смеси для регулирования уже повышенной температуры нейтрализатора. Контроллер также может задать диагностический код в результате того, что смоделированная температура отработавших газов превышает пороговую температуру. Диагностический код может указывать на ошибку в оценке температуры отработавших газов. В дополнение, при соответствии (или небольшой разнице) между смоделированной температурой на выпускном фланце и составной температурой отработавших газов в неустановившемся режиме (на предыдущем шаге 606) может быть определено, что повышение степени обогащения топливной смеси обеспечит требуемое охлаждение отработавших газов.

Следует понимать, что, хотя способы на ФИГ. 4-6 описывают смоделированную температуру как смоделированную или ожидаемую температуру на выпускном фланце, в других вариантах осуществления смоделированная температура отработавших газов может содержать смоделированную или ожидаемую температуру на блоке-носителе каталитического нейтрализатора. Например, если продолжительность включения нагревателя соответствует нагревателю первого, расположенного выше по потоку, датчика отработавших газов (напр., УДКОГ), смоделированная температура отработавших газов может являться ожидаемой температурой на выпускном фланце (так как выпускной фланец находится сразу выше по потоку от датчика УДКОГ). В соответствии с другим примером, если продолжительность включения нагревателя соответствует нагревателю второго, расположенного ниже по потоку, датчика отработавших газов (напр., ДЭКН), смоделированная температура отработавших газов может являться ожидаемой температурой отработавших газов на блоке-носителе нейтрализатора (так как блок-носитель нейтрализатора находится сразу выше по потоку от датчика ДЭКН). В обоих случаях ожидаемая температура на выпускном фланце и ожидаемая температура на блоке-носителе каталитического нейтрализатора может быть смоделирована на основании условий работы двигателя, включая как минимум частоту вращения двигателя, нагрузку двигателя, воздушно-топливное отношение и момент зажигания. В соответствии с еще другими примерами каждый из алгоритмов, представленных на ФИГ. 4-6, может быть выполнен отдельно для установленного выше по потоку датчика УДКОГ и установленного ниже по потоку датчика ДЭКН.

Примеры колебаний температуры отработавших газов представлены на ФИГ. 7-10. На ФИГ. 7 представлен первый пример колебаний температуры отработавших газов в виде графика 700. В частности, продолжительность включения нагревателя датчика отработавших газов представлена на графике 702. Колебания смоделированной температуры на выпускном фланце представлены на графике 710. Температура отработавших газов, оцененная на основании продолжительности включения нагревателя, и компенсирующая переходный процесс температуры на фланце, представлена на графике 704 и сопоставляется с оценкой температуры отработавших газов без компенсации переходного процесса (график 706), а также с фактической температурой, оцененной при помощи датчика температуры отработавших газов (график 708). Все графики построены в зависимости от времени пробега автомобиля.

В соответствии с проиллюстрированным примером в момент времени t1 возможен скачок температуры на выпускном фланце. Например, в момент времени 1 может произойти событие нажатия педали акселератора. Увеличение нагрузки приводит к образованию большого объема отработавших газов с температурой ниже, чем на датчике. В результате может увеличиться продолжительность включения нагревателя. По мере быстрого падения температуры продолжительность включения быстро возвращается к высокому значению, как видно по данным датчика температуры (показано кривой 708 с крупными штрихами). Однако, продолжительность включения нагревателя восстанавливается только когда уровень нагрузки снижается и восстанавливается до значений установившегося режима. Следовательно, если оценка температуры отработавших газов производится только на основании продолжительности включения нагревателя и без компенсации колебаний (как показано кривой 706 с мелкими штрихами), температура отработавших газов может быть занижена. Путем компенсации падений температуры при помощи компенсации переходного процесса определенная составная температура отработавших газов в неустановившемся режиме (представленная сплошной кривой 704) лучше согласуется со значением, оцененным датчиком температуры. В частности, существенные падения могут быть удалены путем добавления в значение переходного процесса определенной температуры на выпускном фланце. Например, возрастающие переходные процессы могут быть использованы для компенсации существенных падений. В результате уменьшается величина ошибки.

На ФИГ. 8 представлен другой пример колебаний температуры отработавших газов в виде графика 800. В данном примере переходный процесс температуры на выпускном фланце, происходящий вследствие работы при пониженной нагрузке (low_load_compensation), представлен на графике 808. Температура отработавших газов, оцененная на основании продолжительности включения нагревателя, и компенсирующая переходный процесс температуры на фланце, представлена на графике 802 и сопоставляется с оценкой температуры отработавших газов без компенсации переходного процесса (график 804), а также с фактической температурой, оцененной при помощи датчика температуры отработавших газов (график 806). Все графики построены в зависимости от времени пробега автомобиля.

В изображенном примере периоды работы при пониженной нагрузке представлены с дополнительной компенсацией. Таким образом, это может представлять компенсацию пониженной нагрузки. Например, между моментами времени t1 и t2 могут происходить события продолжительного отпускания педали акселератора (напр., продолжительные условия работы в холостом режиме). Нескорректированная оценка температуры отработавших газов, основанная только на продолжительности включения нагревателя (кривая 804 с мелкими штрихами), не изменяется в нисходящем направлении температуры, основанной на данных датчика температуры (кривая 806 с мелкими штрихами). Для уменьшения погрешности компенсация производит линейное увеличение устранения переходного процесса в температуре отработавших газов каждый раз, когда нагрузка опускается ниже порогового значения, и линейное уменьшение устранения переходного процесса в температуре отработавших газов каждый раз, когда нагрузка превышает пороговое значение. Например, контроллер может произвести линейное увеличение переходного процесса, что приводит к понижению на 1 градус Цельсия в секунду температуры отработавших газов, основанной на продолжительности включения нагревателя, если нагрузка выше, чем 0,6 в течение 200 мс (или понижению на 5 градусов Цельсия в секунду температуры отработавших газов, основанной на продолжительности включения нагревателя, если нагрузка выше, чем 0,6 в течение 1 с). Переходный процесс может быть подвергнут линейному уменьшению при нагрузке ниже 0,6. Другими словами, контроллер использует разные блоки умножения для положительных переходных процессов на фланце и отрицательных переходных процессов на фланце.

На ФИГ. 9 представлен еще один пример колебаний температуры отработавших газов в виде графика 900. В этом примере производится компенсация переходных процессов в температуре на выпускном фланце, происходящих по причине изменений в нагрузке двигателя (показано на графике 908). Температура отработавших газов, оцененная на основании продолжительности включения нагревателя, и компенсирующая переходный процесс температуры на фланце, представлена на графике 902 и сопоставляется с оценкой температуры отработавших газов без компенсации переходного процесса (график 904). Все графики построены в зависимости от времени пробега автомобиля.

В соответствии с проиллюстрированным примером могут происходить события периодического нажатия на педаль акселератора, некоторые из которых являются существенными событиями нажатия. Например, могут происходить события интенсивного нажатия на педаль акселератора до нагрузок, превышающих 1,4, как показано в момент времени t1 и t2. События интенсивного нажатия педали акселератора представлены с дополнительной компенсацией. Таким образом, это может составлять компенсацию высокой нагрузки. В данном случае при повышенных нагрузках температура отработавших газов фактически становится выше, чем возможная прогнозируемая оценка нескорректированной температуры отработавших газов. Нескорректированная оценка температуры отработавших газов, основанная только на продолжительности включения нагревателя (кривая 904 с мелкими штрихами), не изменяется в восходящем направлении температуры, основанной на данных датчика температуры (не показана). Другими словами, нескорректированная температура будет ниже фактической температуры. Для уменьшения погрешности компенсация производит линейное увеличение усиления переходного процесса в температуре отработавших газов каждый раз, когда нагрузка превышает пороговое значение, и линейное уменьшение усиления переходного процесса в температуре отработавших газов каждый раз, когда нагрузка становится ниже порогового значения. Например, контроллер может производить линейное увеличение переходного процесса, что приведет к повышению на 10 градусов Цельсия в секунду температуры отработавших газов, основанной на продолжительности включения нагревателя, каждую секунду работы двигателя при нагрузке выше, чем 1,4. Переходный процесс может быть подвергнут линейному уменьшению при нагрузке ниже 1,4. Другими словами, контроллер использует разные блоки умножения для положительных переходных процессов на фланце и отрицательных переходных процессов на фланце.

На ФИГ. 10 представлен еще один пример колебаний температуры отработавших газов в форме графика 1000. В этом примере производится компенсация переходных процессов в температуре на выпускном фланце, происходящих по причине изменений в скорости автомобиля (показано на графике 1006). Температура отработавших газов, оцененная на основании продолжительности включения нагревателя, и компенсирующая переходный процесс температуры на фланце, представлена на графике 1002 и сопоставляется с оценкой температуры отработавших газов без компенсации переходного процесса (график 1004). Все графики построены в зависимости от времени пробега автомобиля.

В соответствии с проиллюстрированным примером могут происходить скачки в скорости автомобиля и продолжительная работа автомобиля на повышенной скорости. Например, допускаются сегменты работы автомобиля на скорости равной или выше 88.5 км/ч (55 миль/ч), как показано в моментах времени t1 и t2. Повышенные скорости автомобиля представлены с дополнительной компенсацией. Таким образом, это может представлять компенсацию скорости автомобиля. В данном случае при повышенной скорости автомобиля температура выпускного трубопровода опускается ниже температуры отработавших газов. Повышенная отдача тепла датчиком УДКОГ на охлаждаемый воздухом выпускной трубопровод служит причиной усиленной работы нагревателя. В результате увеличивается продолжительность включения нагревателя и прогнозируемая нескорректированная оценка температуры отработавших газов будет выше фактически наблюдаемой. Нескорректированная оценка температуры отработавших газов, основанная только на продолжительности включения нагревателя (кривая 1004 с мелкими штрихами), не изменяется в восходящем направлении температуры, основанной на данных датчика температуры (не показана). Другими словами, нескорректированная температура будет ниже фактической температуры. Для уменьшения погрешности компенсация производит линейное увеличение усиления переходного процесса в температуре отработавших газов каждый раз, когда скорость автомобиля превышает пороговое значение, и линейное уменьшение усиления переходного процесса в температуре отработавших газов каждый раз, когда скорость автомобиля опускается ниже порогового значения. Например, контроллер может производить линейное увеличение переходного процесса, что приведет к повышению на 2,5 градуса Цельсия температуры отработавших газов, основанной на продолжительности включения нагревателя, каждую секунду передвижения автомобиля на скорости выше, чем 88.5 км/ч (55 миль/ч). Переходный процесс может быть подвергнут линейному уменьшению при скорости ниже 88.5 км/ч (55 миль/ч).

Следует понимать, что на ФИГ. 7-10 представлены различные проанализированные компенсации переходного процесса. Однако, контроллер может произвести одну или несколько различных компенсаций одновременно исходя из изменений в условиях работы автомобиля для более точного отражения температуры отработавших газов.

Таким образом, точное измерение температуры отработавших газов может быть произведено при помощи нагревателя существующего датчика содержания кислорода в отработавших газах, при этом более эффективно компенсируя ожидаемые колебания температуры. Техническим результатом является то, что существующие датчики могут быть применены для выполнения дополнительных измерений. В дополнение, даже если датчик температуры отработавших газов присутствует в системе, смоделированную температуру отработавших газов можно подтвердить или скорректировать на основании данных датчика. Путем компенсации колебаний в температуре отработавших газов, вызванных изменениями в условиях работы автомобиля можно получить более надежную оценку температуры отработавших газов. Таким образом, это позволяет быстрее выявлять экзотермию отработавших газов и принимать смягчающие меры. В результате замедляется ухудшение состояния компонентов системы отработавших газов.

Один примерный способ для автомобиля предусматривает: определение составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме исходя из продолжительности включения нагревательного элемента датчика отработавших газов, а также условий работы автомобиля при работе в неустановившемся режиме, среди которых такие условия, как нагрузка двигателя, скорость автомобиля и смоделированная температура на выпускном фланце или смоделированная температура каталитического нейтрализатора; и регулировку работы двигателя исходя из составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме. В соответствии с предыдущим примером, в дополнение или в качестве варианта способ также предусматривает коррекцию продолжительности включения нагревательного элемента датчика отработавших газов на основании погрешности между требуемой температурой датчика отработавших газов и фактической температурой датчика отработавших газов. В любом из или всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта датчик отработавших газов является первым датчиком содержания кислорода в отработавших газах, подсоединенным выше по потоку от каталитического нейтрализатора, и/или вторым датчиком содержания кислорода в отработавших газах, подсоединенным ниже по потоку от каталитического нейтрализатора. В любом из или всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта определение содержит преобразование обратного значения продолжительности включения в первую оценку температуры отработавших газов при помощи передаточной функции, а также линейное увеличение коррекции на переходный процесс, при этом и коррекция и скорость линейного увеличения зависят от нагрузки двигателя, скорости автомобиля, смоделированной температуры на фланце или смоделированной температуры каталитического нейтрализатора, а коррекция продолжительности включения нагревательного элемента датчика отработавших газов, основанная на погрешности, продолжает выполняться во время линейного изменения. В любом из или всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта температура на выпускном фланце содержит ожидаемую температуру на выпускном фланце, смоделированную на основе частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя, воздушно-топливного соотношения и момента зажигания. В любом из или всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта скорость линейного изменения снижается при превышении скорости автомобиля порогового значения, скорость линейного изменения возрастает при превышении нагрузкой двигателя порогового значения, скорость линейного изменения снижается в связи с переходным процессом в ожидаемой температуре на выпускном фланце. В любом из или всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта скорость линейного изменения также зависит от событий повышенной нагрузки или событий пониженной нагрузки. В любом из или всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта скорость линейного изменения возрастает при обеспечении водителем повышенной нагрузки и снижается при обеспечении водителем пониженной нагрузки. В любом из или всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта способ также предусматривает задание диагностического кода в ответ на то, что разница между ожидаемой температурой на выпускном фланце и составной температурой отработавших газов в неустановившемся режиме превышает пороговое значение. В любом из или всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта автомобиль содержит систему жалюзи решетки радиатора, установленную в передней части автомобиля, и скорость линейного изменения также зависит от того, открыта или закрыта система жалюзи решетки радиатора, скорость линейного изменения возрастает при открытых жалюзи и снижается при закрытых жалюзи. В любом из или всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта, если датчик отработавших газов является вторым датчиком отработавших газов, установленным ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, скорость линейного изменения также основывается на ожидаемой температуре блока-носителя каталитического нейтрализатора, смоделированной исходя из частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя и момента зажигания. В любом из или всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта регулировка предусматривает ограничение нагрузки двигателя и/или эксплуатацию двигателя на топливной смеси, степень обогащения которой выше стехиометрической, в случае если составная температура отработавших газов в неустановившемся режиме превышает пороговое значение.

Другой примерный способ для двигателя автомобиля предусматривает определение температуры отработавших газов при установившемся режиме исходя из продолжительности включения нагревателя, подсоединенного к датчику отработавших газов; оценку составной температуры в неустановившемся режиме путем линейного изменения температуры отработавших газов при установившемся режиме на основании изменения в нагрузке двигателя, скорости автомобиля и смоделированной температуре отработавших газов во время работы автомобиля в неустановившемся режиме. В предыдущем примере, дополнительно или в качестве варианта определение содержит при первом условии определение на основании продолжительности включения первого нагревателя, подсоединенного к первому датчику отработавших газов, установленному выше по потоку от каталитического нейтрализатора, и при втором условии определение на основании продолжительности включения второго нагревателя, подсоединенного ко второму датчику отработавших газов, установленному ниже по потоку от каталитического нейтрализатора. В любом из или всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта смоделированная температура отработавших газов содержит смоделированную температуру на выпускном фланце, тогда как при втором условии смоделированная температура отработавших газов содержит смоделированную температуру блока-носителя каталитического нейтрализатора, а при третьем условии смоделированная температура отработавших газов содержит и смоделированную температуру на выпускном фланце, и смоделированную температуру блока-носителя каталитического нейтрализатора. В любом из или всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта определение содержит преобразование обратного значения продолжительности включения нагревателя в температуру при установившемся режиме при помощи передаточной функции, при этом оценка предусматривает задание скорости линейного изменения на основании нагрузки, скорости автомобиля и смоделированной температуры отработавших газов. В любом из или всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта способ также содержит регулировку рабочего параметра двигателя исходя из составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме, причем рабочий параметр двигателя содержит объем впрыска топлива и/или объем впускного заряда воздуха. В любом из или всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта способ также предусматривает моделирование температуры отработавших газов на основании частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя, воздушно-топливного отношения и момента зажигания; ограничение заряда воздуха с целью ограничения нагрузки двигателя в ответ на то, что разница между смоделированной температурой отработавших газов и составной температурой отработавших газов в неустановившемся режиме превышает пороговое значение; и повышение степени обогащения топливной смеси и задание диагностического кода в ответ на превышение смоделированной температурой отработавших газов пороговой температуры.

Другая примерная система двигателя содержит двигатель, содержащий впускной тракт и выпускной тракт; каталитический нейтрализатор отработавших газов, подсоединенный к выпускному тракту двигателя; датчик содержания кислорода, подсоединенный выше по потоку от каталитического нейтрализатора, и содержащий нагреватель для поддержания рабочей температуры датчика; топливную форсунку, подсоединенную к цилиндру двигателя; впускной дроссель, подсоединенный к впускному тракту двигателя; и контроллер. Контроллер может быть выполнен с возможностью хранения машиночитаемых инструкций в долговременной памяти для регистрации продолжительности включения нагревателя во время работы автомобиля; преобразования обратного значения продолжительности включения в первую оценку температуры отработавших газов; получения передаточной функции на основании переходных процессов, происходящих во время работы автомобиля; расчета второй оценки температуры отработавших газов исходя из первой оценки температуры отработавших газов и полученной передаточной функции; и регулировки работы двигателя исходя из второй оценки температуры отработавших газов. В предыдущем примере дополнительно или в качестве варианта время работы автомобиля содержит время работы автомобиля в установившемся и неустановившемся режиме, а получение передаточной функции на основании переходных процессов во время работы автомобиля содержит получение передаточной функции исходя из изменения в скорости автомобиля и/или изменения в нагрузке двигателя и/или изменения в положении педали акселератора во время работы автомобиля в неустановившемся режиме. В любом из или всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта контроллер также предусматривает инструкции для указания на условия перегрева отработавших газов на основании того, что вторая температура отработавших газов превышает пороговое значение, при этом смоделированная вторая температура основывается на частоте вращения двигателя, нагрузке двигателя и моменте зажигания; и, в ответ на указание, уменьшения открытия впускного дросселя с целью ограничения нагрузки двигателя и повышения степени обогащения топливной смеси. В любом из или всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта контроллер также предусматривает инструкции для указания на условия неточности модели отработавших газов на основании того, что разница между второй температурой отработавших газов и смоделированной температурой отработавших газов превышает пороговое значение, при этом смоделированная температура основывается на частоте вращения двигателя, нагрузке двигателя, воздушно-топливном отношении и моменте зажигания, и, в ответ на указание, уменьшения открытия впускного дросселя с целью ограничения нагрузки двигателя и повышения степени обогащения топливной смеси.

Следует отметить, что содержащиеся в настоящей заявке примеры алгоритмов управления и оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или автомобиля. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут храниться как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполняться управляющей системой, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, приводами и другими компонентами двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой любое количество стратегий обработки, таких как событийные, с управлением по прерываниям, многозадачные, многопотоковые и т.п.Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Точно так же, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных особенностей и преимуществ, раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и раскрытия. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в управляющей системе двигателя, причем раскрытые действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.

Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего раскрытия изобретения содержит все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящей заявке.

В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые считают новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы изобретения ссылка может быть сделана на «какой-либо» элемент или «первый» элемент, или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения могут содержать один или несколько указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения настоящих пунктов формулы изобретения или путем представления новых пунктов формулы изобретения в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считают помещенными в предмет настоящего изобретения.

Изобретение может быть использовано в автомобильных двигателях внутреннего сгорания. Способ для двигателя автомобиля заключается в том, что определяют составную температуру отработавших газов в неустановившемся режиме исходя из продолжительности включения нагревателя датчика отработавших газов, а также исходя из условий работы автомобиля в неустановившемся режиме, таких как нагрузка двигателя, скорость автомобиля и температура на выпускном фланце. Регулируют работу двигателя на основании составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме. Раскрыт вариант способа для двигателя автомобиля. Технический результат заключается в повышении точности оценки температуры отработавших газов. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ для двигателя автомобиля, содержащий шаги, на которых:

определяют составную температуру отработавших газов в неустановившемся режиме исходя из продолжительности включения нагревателя датчика отработавших газов, а также исходя из условий работы автомобиля в неустановившемся режиме, таких как нагрузка двигателя, скорость автомобиля и температура на выпускном фланце; и

регулируют работу двигателя на основании составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме.

2. Способ по п. 1, в котором дополнительно корректируют продолжительность включения нагревателя датчика отработавших газов на основании погрешности между требуемой температурой датчика отработавших газов и фактической температурой датчика отработавших газов.

3. Способ по п. 2, в котором нагреватель подсоединен к датчику отработавших газов, причем датчик отработавших газов представляет собой первый датчик кислорода в отработавших газах, подсоединенный выше по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов, и/или второй датчик кислорода в отработавших газах, подсоединенный ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов.

4. Способ по п. 3, в котором определение включает в себя преобразование обратного значения продолжительности включения в первую оценку температуры отработавших газов при помощи передаточной функции, а затем линейное изменение коррекции на переходный процесс, при этом и коррекция на переходный процесс, и скорость линейного изменения зависят от нагрузки двигателя, скорости автомобиля и температуры на выпускном фланце, причем коррекцию продолжительности включения нагревателя датчика отработавших газов, основанную на погрешности, продолжают выполнять во время линейного изменения.

5. Способ по п. 4, в котором температура на выпускном фланце включает в себя ожидаемую температуру на выпускном фланце, смоделированную на основе частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя, воздушно-топливного соотношения и момента зажигания.

6. Способ по п. 5, в котором скорость линейного изменения возрастает при превышении скоростью автомобиля порогового значения, причем скорость линейного изменения возрастает при превышении нагрузкой двигателя порогового значения, причем скорость линейного изменения падает при падении нагрузки двигателя ниже второго порогового значения и причем скорость линейного изменения падает в ответ на переходный процесс в ожидаемой температуре на выпускном фланце.

7. Способ по п. 5, в котором скорость линейного изменения также основана на событии нажатия педали акселератора водителем или событии отпускания педали акселератора водителем, при этом скорость линейного изменения возрастает в ответ на событие отпускания педали акселератора и падает в ответ на событие нажатия педали акселератора.

8. Способ по п. 5, в котором дополнительно задают диагностический код в ответ на то, что разница между ожидаемой температурой на выпускном фланце и составной температурой отработавших газов в неустановившемся режиме превышает пороговое значение.

9. Способ по п. 4, в котором автомобиль содержит жалюзи решетки радиатора, установленные в переднем крае автомобиля, причем скорость линейного изменения также зависит от того, открыты или закрыты жалюзи решетки радиатора, при этом скорость линейного изменения возрастает при открытых жалюзи решетки радиатора и падает при закрытых жалюзи решетки радиатора.

10. Способ по п. 4, в котором, если датчик отработавших газов - это второй датчик содержания кислорода в отработавших газах, установленный ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов, то скорость линейного изменения также основана на ожидаемой температуре блока-носителя каталитического нейтрализатора отработавших газов, смоделированной исходя из частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя и момента зажигания.

11. Способ по п. 1, в котором регулировка включает в себя ограничение нагрузки двигателя и/или эксплуатацию двигателя на топливной смеси, степень обогащения которой выше стехиометрической, в ответ на превышение составной температурой отработавших газов в неустановившемся режиме порогового значения.

12. Способ для двигателя автомобиля, содержащий следующие шаги:

определяют температуру отработавших газов при установившемся режиме исходя из продолжительности включения нагревателя, подсоединенного к датчику отработавших газов;

оценивают составную температуру отработавших газов в неустановившемся режиме путем линейного изменения температуры отработавших газов при установившемся режиме на основании изменений в нагрузке двигателя, скорости автомобиля и смоделированной температуре отработавших газов во время работы автомобиля в неустановившемся режиме; и

регулируют рабочий параметр двигателя исходя из составной температуры отработавших газов в неустановившемся режиме, причем рабочий параметр двигателя включает в себя количество впрыска топлива и/или количество впускного заряда воздуха.

13. Способ по п. 12, в котором нагреватель, подсоединенный к датчику отработавших газов, включает в себя первый нагреватель, подсоединенный к первому датчику отработавших газов, установленному выше по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов, и второй нагреватель, подсоединенный ко второму датчику отработавших газов, установленному ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов, причем определение включает в себя при первом условии определение на основании продолжительности включения первого нагревателя, подсоединенного к первому датчику отработавших газов, и при втором условии определение на основании продолжительности включения второго нагревателя, подсоединенного ко второму датчику отработавших газов.

14. Способ по п. 13, в котором при первом условии смоделированная температура отработавших газов включает в себя смоделированную температуру на выпускном фланце, тогда как при втором условии смоделированная температура отработавших газов включает в себя смоделированную температуру блока-носителя каталитического нейтрализатора отработавших газов, а при третьем условии смоделированная температура отработавших газов включает в себя и смоделированную температуру на выпускном фланце, и смоделированную температуру блока-носителя каталитического нейтрализатора отработавших газов.

15. Способ по п. 12, в котором определение включает в себя преобразование обратного значения продолжительности включения нагревателя в температуру отработавших газов при установившемся режиме при помощи передаточной функции, при этом оценка включает в себя задание скорости линейного изменения на основании изменения нагрузки двигателя, скорости автомобиля и смоделированной температуры отработавших газов.

16. Способ по п. 12, в котором дополнительно моделируют температуру отработавших газов на основании частоты вращения двигателя, нагрузки двигателя, воздушно-топливного отношения и момента зажигания; ограничивают количество впускного заряда воздуха с целью ограничения нагрузки двигателя в ответ на то, что разница между смоделированной температурой отработавших газов и составной температурой отработавших газов в неустановившемся режиме превышает пороговое значение; и повышают степень обогащения двигателя и задают диагностический код в ответ на превышение смоделированной температурой отработавших газов пороговой температуры.