Вторичная система и способ управления двигателем Российский патент 2020 года по МПК F02M35/24 F02M35/09 F02M35/10 F02M35/104 G01M17/00 G01N15/08 G06F7/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе и способам диагностики и исправления последствий засоренного воздушного фильтра двигателя. Предложенные система и способы могут диагностировать работу воздушного фильтра во время установившегося режима и переходных режимов протекания потока воздуха через воздушный фильтр двигателя.

Уровень техники/Сущность изобретения

Система впуска двигателя внутреннего сгорания может содержать воздушный фильтр таким образом, чтобы посторонние частицы не втягивались в двигатель, где эти посторонние частицы могут вызвать ухудшение характеристик двигателя. Воздушный фильтр может быть помещен в систему впуска двигателя выше по потоку от дросселя таким образом, чтобы воздух, поступающий в двигатель, фильтровался сразу же при поступлении в систему впуска двигателя. Один из способов оценки того, ухудшается ли состояние воздушного фильтра, содержит определение падения давления воздуха на воздушном фильтре при установившейся величине воздушного потока через воздушный фильтр. Тем не менее, водитель автомобиля может часто изменять требуемый крутящий момент для соответствия условиям движения. Повышающийся требуемый водителем крутящий момент может увеличить воздушный поток через воздушный фильтр, в то время как понижающийся требуемый водителем крутящий момент может уменьшить воздушный поток через воздушный фильтр. Такие изменения крутящего момента и воздушного потока могут возникать часто, так что установление постоянного воздушного потока через воздушный фильтр может быть трудной и нечасто встречающейся задачей. В результате, надежные оценки характеристик воздушного фильтра могут опаздывать в то время, как посторонние частицы продолжают накапливаться в воздушном фильтре. В результате, характеристики двигателя могут ухудшиться до установления условий, при которых воздушный фильтр может быть надежно продиагностирован.

Авторы настоящего изобретения признают вышеупомянутые ограничения и разработали способ диагностики воздушного фильтра двигателя, который содержит: индицирование с помощью контроллера, ухудшение характеристик воздушного фильтра в соответствии со средним значением изменения давления на воздушном фильтре двигателя, причем изменение давления на воздушном фильтре двигателя основано на данных, полученных с помощью контроллера во время переходных режимов воздушного потока через воздушный фильтр двигателя.

Путем оценки по наличию или отсутствию ухудшения характеристик воздушного фильтра в соответствии со средним значением изменения давления на воздушном фильтре двигателя, может быть обеспечен технический результат от оценки воздушного фильтра двигателя во время переходных режимов воздушного потока через воздушный фильтр двигателя. В частности, среднее значение и стандартное отклонение изменения давления на воздушном фильтре двигателя могут быть основой для определения и индицирования ухудшения характеристик воздушного фильтра двигателя. Среднее значение и стандартное отклонение могут определяться на основе данных, полученных во время установившего режима или переходного воздушного потока через воздушный фильтр. Следовательно, ухудшение характеристик воздушного фильтра может быть оценено в более широком диапазоне режимов работы двигателя, так что водитель автомобиля может быть своевременно уведомлен об ухудшении характеристик воздушного фильтра.

Настоящее изобретение может обеспечить ряд преимуществ. В частности, данный подход может обеспечить более своевременное уведомление об ухудшении характеристик воздушного фильтра двигателя. Кроме того, данный подход может обеспечить индицирование уменьшения мощности двигателя. В дополнение к этому, данный подход может обеспечить оценку оставшегося полезного срока службы, чтобы водитель мог знать, когда воздушный фильтр приближается к состоянию с ухудшенными характеристиками.

Вышеуказанные преимущества и другие преимущества, а также признаки настоящего изобретения станут очевидно выраженными из последующего "Подробного раскрытия изобретения", взятые по отдельности или в сочетании с сопровождающими чертежами.

Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после подробного раскрытия изобретения. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.

Краткое описание фигур чертежей

Преимущества настоящего изобретения будут наиболее полно поняты при прочтении примера варианта осуществления, названного в настоящем документе "Подробное раскрытие изобретения", как отдельно, так и со ссылками на прилагаемые чертежи, где:

На Фиг. 1 показано схематическое представление двигателя в автомобиле;

На фигурах 2 и 3 показаны возможные графики среднего значения и стандартного отклонения падений давления для нового фильтра и фильтра с ухудшенными характеристиками

На Фиг. 4 показан возможный график примерной диагностической последовательности воздушного фильтра двигателя; и

На Фиг. 5 показан способ диагностики ухудшения характеристик воздушного фильтра двигателя.

Подробное раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится к диагностике ухудшения характеристик воздушного фильтра двигателя. Впускной воздушный фильтр двигателя может содержаться в автомобиле с двигателем, как показано на Фиг. 1. Воздушный фильтр может обладать характеристиками, показанными на графиках на фигурах 2 и 3. Примерная диагностика воздушного фильтра двигателя показана на Фиг. 4. Показанная на Фиг. 4 диагностика может проводиться в соответствии со способом, показанном на Фиг. 5, при взаимодействии с системой, показанной на фиг. 1.

Рассмотрим Фиг. 1, где двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий множество цилиндров, один цилиндр из которых показан на Фиг. 1, управляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с расположенным в них поршнем 36, соединенным с коленчатым валом 40. Маховик 97 и ведомая шестерня 99 соединены с коленчатым валом 40. Стартер 96 содержит вал 98 ведущей шестерни и ведущую шестерню 95. Вал 98 ведущей шестерни может выборочно выдвигать ведущую шестерню 95 для вхождения в зацепление с ведомой шестерней 99. Стартер 96 может непосредственно устанавливаться спереди или сзади от двигателя. В некоторых примерах, стартер 96 может выборочно подавать крутящий момент на коленчатый вал 40 через ремень или цепь. В одном из примеров, стартер 96 находится в базовом состоянии, когда он не входит в зацепление с коленчатым валом двигателя.

Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной и выпускной клапан может приводиться в действие впускным кулачком 51 и выпускным кулачком 53. Положение впускного кулачка 51 может определяться датчиком 55 впускного кулачка. Положение выпускного кулачка 53 может определяться датчиком 57 выпускного кулачка. Впускной кулачок 51 и выпускной кулачок 53 могут перемещаться относительно коленчатого вала 40.

Топливный инжектор 66 показан расположенным для впрыска топлива непосредственно в цилиндр 30, что известно специалистам в данной области как прямой впрыск. В качестве альтернативы, топливо можно впрыскивать во впускное окно, что известно специалистам в данной области как впрыск во впускной канал. Топливный инжектор 66 поставляет жидкое топливо пропорционально длительности импульсов от контроллера 12. Топливо поставляется в топливный инжектор 66 топливной системой 175. Кроме того, впускной коллектор 44 показан находящемся в сообщении с опциональным электронным дросселем 62 (например, поворотным клапаном), который регулирует угол поворота дроссельной заслонки 64 для контроля воздушного потока от воздушного фильтра 43 и системы 42 впуска к впускному коллектору 44. Дроссель 62 регулирует воздушный поток от воздушного фильтра 43 в системе 42 впуска двигателя к впускному коллектору 44. В одном из примеров, может использоваться двухступенчатая топливная система высокого давления для получения более высоких давлений топлива. В некоторых примерах, дроссель 62 и дроссельная заслонка 64 могут располагаться между впускным клапаном 52 и впускным коллектором 44, таким образом, что дроссель 62 является дросселем впускного канала.

Разница давлений на воздушном фильтре 43 может быть определена с помощью дифференциального датчика 123 давления. В качестве альтернативы, датчик 120 давления может определять давление на нижней по потоку стороне воздушного фильтра 43, при этом для определения падения давления на воздушном фильтре 43 может быть использовано барометрическое давление.

Бесконтактная система 88 зажигания предоставляет искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в соответствии с сигналом от контроллера 12. Универсальный датчик 126 кислорода в отработавших газах (УДКОГ) показан соединенным с выпускным коллектором 48 ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 70. В качестве альтернативы, вместо датчика 126 УДКОГ может использоваться двухрежимный датчик кислорода в отработавших газах.

Нейтрализатор 70 может содержать множество каталитических блоков, как в одном из примеров. В еще одном примере, может использоваться множество устройств контроля выбросов, каждое с множеством блоков. В одном из примеров, нейтрализатор 70 может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором.

Двигатель 10 также показан соединенным с электрической машиной 189, которая может быть ременно-приводным объединенным стартером/генератором. Ремень 188 механически соединяет электрическую машину 189 с коленчатым валом 40. В качестве альтернативы, электрическая машина может быть непосредственно соединена с коленчатым валом 40 или быть в механической связи с коленчатым валом 40.

Контроллер 12 показан на фиг. 1 как стандартный микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106 (например, долговременная память), оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110, и стандартную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим, помимо описанных раннее сигналов, различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, содержащие: температуру хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, связанного с рукавом 114 охлаждения; датчик 134 положения, соединенный с педалью 130 акселератора для измерения усилия, прикладываемого водителем 132; измерение давления в коллекторе двигателя (ДВК) от датчика 121 давления, соединенного с впускным коллектором 44; положение двигателя от датчика 118 Холла, измеряющего положение коленчатого вала 40; измерение количества воздуха, поступающего в двигатель, от датчика 122; положение педали тормоза отдатчика 154 положения педали тормоза, когда водитель 132 использует педаль 150 тормоза; и измерение положения дросселя от датчика 58. Также может измеряться барометрическое давление (датчик не показан) для обработки контроллером 12. В предпочтительном аспекте настоящего изобретения, датчик 118 положения двигателя выдает заданное число равномерно распределенных импульсов на каждый оборот коленчатого вала, из которого можно определить частоту вращения двигателя (об/мин).

Контроллер 12 может также передавать информацию об автомобиле изготовителю посредством радиочастотного передатчика 190. Изготовитель может получать данные через дистанционный приемник 191. Приемник 191 может сообщаться с производителем через Интернет или другую систему связи. В некоторых примерах, могут использоваться другие конфигурации двигателя, например, дизельный двигатель.

Во время работы каждый цилиндр внутри двигателя 10, как правило, проходит четырехтактный цикл, который содержит такт впуска, такт сжатия, такт расширения, и такт выпуска. Во время такта впуска, как правило, выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух вводится в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, и поршень 36 перемещается к нижней части цилиндра таким образом, чтобы увеличить объем внутри камеры 30 сгорания. Положение, при котором поршень 36 находится в нижней части цилиндра и в конце своего хода (например, когда камера 30 сгорания имеет наибольший объем) обычно называется специалистами в данной области нижней мертвой точкой (НМТ). Во время такта сжатия, впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 перемещается к головке цилиндра таким образом, чтобы сжимать воздух внутри камеры 30 сгорания. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего хода и ближе всего к головке цилиндра (например, когда камера 30 сгорания имеет наименьший объем) обычно называется специалистами в данной области верхней мертвой точкой (ВМТ). В процессе, называемом в дальнейшем впрыском, топливо вводится в камеру сгорания. В процессе, называемом в дальнейшем зажиганием, впрыскиваемое топливо воспламеняется известными способами зажигания, такими как свеча 92 зажигания, приводящими к возгоранию. Во время такта расширения, расширяющиеся газы толкают поршень 36 назад к НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует движение поршня во вращательный крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время такта выпуска, выпускной клапан 54 открывается для выпуска сгоревшей воздушно-топливной смеси в выпускной коллектор 48, и поршень возвращается в ВМТ. Следует отметить, что вышеизложенное приведено лишь в качестве примера, и что регулирование фаз открытия и/или закрытия впускного и выпускного клапанов может изменяться для того, чтобы обеспечить положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрытие впускного клапана, или различные другие примеры.

Система, показанная на Фиг. 1, представляет систему двигателя, содержащую: двигатель, систему впуска двигателя, содержащую воздушный фильтр, дроссель, и впускной коллектор; датчик давления, расположенный вдоль системы впуска двигателя; и контроллер, содержащий хранящиеся в долговременной памяти исполняемые инструкции для индицирования ухудшения характеристик воздушного фильтра в соответствии со средним падением давления на воздушном фильтре во время переходного воздушного потока через воздушный фильтр. Система двигателя дополнительно содержит дополнительные инструкции для определения стандартного отклонения падения давления на воздушном фильтре. Система двигателя дополнительно содержит дополнительные инструкции для определения среднего падения давления на воздушном фильтре на основе выходного сигнала от датчика давления. Система двигателя дополнительно содержит дополнительные инструкции для оценки полезного срока службы воздушного фильтра на основе среднего падения давления на воздушном фильтре во время переходного воздушного потока через воздушный фильтр. Система двигателя дополнительно содержит дополнительные инструкции для оценки полезного срока службы воздушного фильтра на основе стандартного отклонения падения давления на воздушном фильтре во время переходного воздушного потока через воздушный фильтр. Система двигателя дополнительно содержит дополнительные инструкции для передачи индицирования по радиочастоте на внешнее устройство.

Теперь рассмотрим Фиг. 2, где подробно показан примерный график среднего значения падения давления воздуха на воздушном фильтре двигателя (например, 43 на Фиг. 1) в зависимости от воздушного потока через воздушный фильтр двигателя. Вертикальная ось представляет среднее падение давления воздуха на воздушном фильтре двигателя, и среднее падение давления увеличивается в направлении от верхней части графика к горизонтальной оси. Горизонтальная ось представляет воздушный поток через воздушный фильтр двигателя, и величина воздушного потока увеличивается в направлении стрелки горизонтальной оси. Пунктирная линия 202 представляет среднее падение давления на новом воздушном фильтре двигателя. Сплошная линия 204 представляет среднее падение давления на воздушном фильтре, который засорен посторонними частицами.

Можно заметить, что измеряемая разница в среднем падении давления между новым воздушным фильтром и засоренным воздушным фильтром имеет место выше пороговой скорости воздушного потока. Разница в среднем значении более выражена при более высоких скоростях воздушного потока. Следовательно, если среднее падение давления на засоренном воздушном фильтре при определенном воздушном потоке через воздушный фильтр, поделенное на среднее падение давления на новом воздушном фильтре при определенном воздушном потоке через воздушный фильтр, больше порогового значения, можно определить, что засоренный воздушный фильтр находится в состоянии с ухудшенными характеристиками.

Теперь рассмотрим Фиг. 3, где подробно показан примерный график стандартного отклонения падения давления воздуха на воздушном фильтре двигателя (например, 43 на Фиг. 1) в зависимости от воздушного потока через воздушный фильтр двигателя. Вертикальная ось представляет стандартное отклонение падения давления воздуха на воздушном фильтре двигателя, и стандартное отклонение увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет воздушный поток через воздушный фильтр двигателя, и величина воздушного потока увеличивается в направлении стрелки горизонтальной оси. Пунктирная линия 302 представляет стандартное отклонение падения давления на новом воздушном фильтре двигателя. Сплошная линия 304 представляет стандартное отклонение падения давления на воздушном фильтре, который засорен посторонними частицами.

Можно заметить, что измеряемая разница в стандартном отклонении падения давления между новым воздушным фильтром и засоренным воздушным фильтром имеет место выше пороговой скорости воздушного потока. Разница в стандартном отклонении падения давления более выражена при более высоких скоростях воздушного потока. Следовательно, если стандартное отклонение падения давления на засоренном воздушном фильтре при определенном воздушном потоке через воздушный фильтр, поделенное на стандартное отклонение падения давления на новом воздушном фильтре при определенном воздушном потоке через воздушный фильтр, больше порогового значения, можно определить, что засоренный воздушный фильтр находится в состоянии с ухудшенными характеристиками.

Теперь рассмотрим Фиг. 4, где показан примерный график диагностической последовательности воздушного фильтра. Диагностическая последовательность может быть выполнена с помощью системы, показанной 1 на Фиг. 1 и в соответствии со способом, показанном на Фиг. 5. Графики выровнены по времени и проходят одновременно. Вертикальные маркеры и моменты времени Т0-Т2 представляют значимые моменты времени в последовательности.

Первый график сверху на Фиг. 4 является графиком воздушного потока через воздушный фильтр двигателя в зависимости от времени. Вертикальная ось представляет воздушный поток через воздушный фильтр двигателя, и воздушный поток через воздушный фильтр двигателя увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет время, и время увеличивается от левой части графика к правой части графика. Горизонтальная линия 402 является минимальным воздушным потоком через воздушный фильтр двигателя, при котором допускается диагностика характеристик воздушного фильтра двигателя. Например, диагностика воздушного фильтра может быть проведена, когда воздушный поток через воздушный фильтр выше или больше величины порогового значения 402.

Второй график сверху на Фиг. 4 является графиком состояния диагностики воздушного фильтра двигателя в зависимости от времени. Вертикальная ось представляет состояние диагностики воздушного фильтра двигателя. Диагностика воздушного фильтра двигателя активна, когда кривая находится на более высоком уровне вблизи стрелки вертикальной оси. Диагностика воздушного фильтра двигателя неактивна, когда кривая находится на более низком уровне вблизи стрелки горизонтальной оси. Горизонтальная ось представляет время, и время увеличивается от левой части графика к правой части графика.

Третий график сверху на Фиг. 4 является графиком среднего падения давления на воздушном фильтре или средней разницы давлений на воздушном фильтре в зависимости от времени. Вертикальная ось представляет среднее падение давления на воздушном фильтре, и среднее падение давления на воздушном фильтре увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет время, и время увеличивается от левой части графика к правой части графика. Горизонтальная линия 404 является величиной среднего падения давления на воздушном фильтре, выше которой отношение среднего падения давления на воздушном фильтре для засоренного фильтра, поделенное на среднее падение давления на воздушном фильтре для нового воздушного фильтра, указывает на воздушный фильтр с ухудшенными характеристиками. Таким образом, когда кривая среднего падения давления на воздушном фильтре ниже пороговой величины 404, характеристики воздушного фильтра ухудшаются с точки зрения среднего падения давления на воздушном фильтре.

Четвертый график сверху на Фиг. 4 является графиком стандартного отклонения падения давления на воздушном фильтре в зависимости от времени. Вертикальная ось представляет стандартное отклонение падения давления на воздушном фильтре, и стандартное отклонение падения давления на воздушном фильтре увеличивается в направлении стрелки вертикальной оси. Горизонтальная ось представляет время, и время увеличивается от левой части графика к правой части графика. Горизонтальная линия 406 является величиной стандартного отклонения падения давления на воздушном фильтре, выше которой отношение стандартного отклонения падения давления на воздушном фильтре для засоренного фильтра, поделенное на стандартное отклонение падения давления на воздушном фильтре для нового воздушного фильтра, указывает на воздушный фильтр с ухудшенными характеристиками. Таким образом, когда кривая стандартного отклонения падения давления на воздушном фильтре выше пороговой величины 406, характеристики воздушного фильтра ухудшаются с точки зрения стандартного отклонения падения давления на воздушном фильтре.

Пятый график сверху на Фиг. 4 является графиком состояния индицирования ухудшения характеристик воздушного фильтра двигателя в зависимости от времени. Вертикальная ось представляет состояние индицирования ухудшения характеристик воздушного фильтра двигателя. Состояние индицирования ухудшения характеристик воздушного фильтра двигателя активно, когда кривая находится на более высоком уровне вблизи стрелки вертикальной оси. Состояние индицирования ухудшения характеристик воздушного фильтра двигателя (например, представлено индицирование ухудшения характеристик воздушного фильтра двигателя) неактивно, когда кривая находится на более низком уровне вблизи стрелки горизонтальной оси. Горизонтальная ось представляет время, и время увеличивается от левой части графика к правой части графика.

В момент времени Т0, воздушный поток через воздушный фильтр двигателя (например, 43 на Фиг. 1) меньше порогового значения 402. Диагностика воздушного фильтра неактивна, что указывается состоянием диагностики воздушного фильтра, так как воздушный поток через воздушный фильтр двигателя меньше порогового значения 402. Среднее падение давления на воздушном фильтре двигателя меньше порогового значения 404. Аналогичным образом, стандартное отклонение падения давления на воздушном фильтре двигателя меньше порогового значения 406. Ухудшение характеристик воздушного фильтра двигателя не индицируется, так как состояние индицирования ухудшения характеристик воздушного фильтра находится на низком уровне.

В момент времени Т1, воздушный поток через воздушный фильтр увеличивается до значения, которое больше порогового значения 402. Следовательно, активируется диагностика воздушного фильтра двигателя, на что указывает переход состояния диагностики воздушного фильтра на более высокий уровень. Среднее падение давления на воздушном фильтре двигателя меньше порогового значения 404. Кроме того, стандартное отклонение падения давления на воздушном фильтре двигателя меньше порогового значения 406. Ухудшение характеристик воздушного фильтра двигателя не индицируется, так как состояние индицирования ухудшения характеристик воздушного фильтра находится на низком уровне.

Между моментом времени Т1 и моментом времени Т2, воздушный поток через воздушный фильтр двигателя поддерживается выше порогового значения 402. Диагностика воздушного фильтра двигателя остается активной, на что указывает то, что состояние диагностики воздушного фильтра находится на более высоком уровне. Среднее падение давления на воздушном фильтре двигателя увеличивается в сторону порогового значения 404. Стандартное отклонение падения давления на воздушном фильтре двигателя также увеличивается в сторону порогового значения 406, а затем пересекает пороговое значение 406 до наступления момента времени Т2. Эти параметры указывают на тенденцию увеличения падения давления на воздушном фильтре двигателя. Ухудшение характеристик воздушного фильтра двигателя не индицируется, так как состояние индицирования ухудшения характеристик воздушного фильтра остается на низком уровне. Ухудшение характеристик воздушного фильтра двигателя не индицируется потому, что, как среднее падение давления на воздушном фильтре двигателя, так и стандартное отклонение падения давления на воздушном фильтре двигателя, не превышают пороговых значений 404 и 406, соответственно.

В момент времени Т2, среднее падение давления на воздушном фильтре двигателя превышает пороговое значение 404 и, так как стандартное отклонение падения давления на воздушном фильтре двигателя превышает пороговое значение 406, подтверждается ухудшение характеристик воздушного фильтра, на что указывает переход состояния индицирования ухудшения характеристик воздушного фильтра на более высокий уровень. Состояние диагностики воздушного фильтра двигателя указывает на то, что диагностика воздушного фильтра двигателя по-прежнему активна.

Таким образом, среднее падение давления на воздушном фильтре двигателя и стандартное отклонение падения давления на воздушном фильтре двигателя могут быть основой для оценки ухудшения характеристик воздушного фильтра двигателя. В других примерах, основой для индицирования ухудшения характеристик воздушного фильтра двигателя может быть только превышение среднего падения давления на воздушном фильтре двигателя порогового значения, или только превышение стандартной девиации падения давления на воздушном фильтре двигателя порогового значения.

Теперь рассмотрим Фиг. 5, где показана примерная блок-схема для способа работы двигателя. Показанный на Фиг. 5 способ может быть встроен и может взаимодействовать с системой, показанной на фигурах 1 и 2. Кроме того, по меньшей мере части показанного на Фиг. 5 способа могут быть встроены в качестве исполняемых инструкций, хранящихся в долговременной памяти, в то время как другие части способа могут выполняться с помощью контроллера, который преобразует рабочие состояния устройств и исполнительных механизмов в реальных условиях.

На шаге 502, способ 500 определяет воздушный поток через воздушный фильтр двигателя. В одном из примеров, воздушный поток через воздушный фильтр двигателя может быть определен с помощью выходного сигнала датчика скорости воздушного потока, расположенного в системе впуска двигателя сразу ниже по потоку от воздушного фильтра двигателя. Способ 500 переходит к шагу 504.

На шаге 504, способ 500 определяет падение давления на воздушном фильтре двигателя. В одном из примеров, способ 500 определяет падение давления на воздушном фильтре двигателя с помощью дифференциального датчика или датчика перепада давления. В другом примере, способ 500 определяет перепад давления на основе вычитания давления ниже по потоку от воздушного фильтра двигателя из барометрического давления. Способ 500 переходит к шагу 506.

На шаге 506, способ 500 решает, присутствуют ли условия для оценки рабочего состояния воздушного фильтра двигателя. В одном из примеров, рабочие условия содержат, что воздушный поток через воздушный фильтр больше порогового воздушного потока. Способ 500 переходит к шагу 508.

На шаге 528, способ 500 поддерживает определенные ранее значения полезного срока службы воздушного фильтра двигателя и величины уменьшения крутящего момента двигателя на основе среднего падения давления на воздушном фильтре двигателя при заданной скорости воздушного потока через воздушный фильтр двигателя. Способ 500 переходит к выходу.

На шаге 508, способ 500 присваивает падение давления на воздушном фильтре величине воздушного потока через воздушный фильтр двигателя. Например, воздушный поток через воздушный фильтр двигателя замеряется, по существу, в то же самое время, что и падение давления на воздушном фильтре двигателя (например, в течение 500 микросекунд). Падение давления присваивается ячейке памяти, которая соответствует скорости воздушного потока, измеряемого в то время, когда измеряется падение давления. Скорость воздушного потока через воздушный фильтр двигателя может изменяться или быть в переходном состоянии, когда определяется падение давления на воздушном фильтре двигателя. Падение давления на воздушном фильтре двигателя и воздушный поток через воздушный фильтр могут замеряться с заданным интервалом (например, каждые 100 миллисекунд) и их значения могут храниться в памяти. Способ 500 переходит к шагу 510.

На шаге 510, способ 500 оценивает среднее падение давления, соответствующее воздушному потоку через воздушный фильтр двигателя, и стандартное отклонение, соответствующее воздушному потоку через воздушный фильтр двигателя. В одном из примеров, среднее падение давления определяется рекурсивно по следующим уравнениям:

где N - общее число замеров при скорости воздушного потока через воздушный фильтр двигателя, μ - среднее значение; а х_i - i-тый замер падения давления на воздушном фильтре двигателя. Стандартное отклонение падения давления на воздушном фильтре двигателя определяется рекурсивно по следующим уравнениям:

Для большого N: μ(N+1)~μ(N)

Способ 500 переходит к шагу 510 после определения среднего значения и стандартных отклонений падений давления на воздушном фильтре двигателя, соответствующих воздушному потоку через воздушный фильтр двигателя. Определяются и хранятся в памяти среднее значение и стандартное отклонение для множества значений воздушных потоков.

На шаге 512, способ 500 определяет отношения средних падений давления и отношения стандартных отклонений падения давления для множества величин воздушного потока через воздушный фильтр двигателя. Отношение средних падений давления для каждой скорости воздушного потока через воздушный фильтр представляет собой среднее падение давления для скорости воздушного потока через воздушный фильтр, определенное на шаге 510 и поделенное на среднее падение давления для соответствующих скоростей воздушного потока через новый воздушный фильтр. Например, отношение средних падений давления для воздушного потока X через воздушный фильтр представляет собой среднее падение давления при скорости воздушного потока X через воздушный фильтр для настоящего воздушного фильтра, поделенное на среднее падение давления при скорости воздушного потока X через новый воздушный фильтр, которое может быть выражено как:

где μ_{mean_ratioX} - отношение средних падений давления при скорости X воздушного потока через воздушный фильтр двигателя, μ_meanХ - среднее падение давления на воздушном фильтре, когда воздух протекает через воздушный фильтр при скорости X (определено на шаге 510), μ_{mean_newX} - среднее падение давления на новом воздушном фильтре, когда воздух протекает через новый воздушный фильтр при скорости X. Для другой скорости Y воздушного потока через воздушный фильтр, среднее падение давления может быть выражено как:

где μ_{mean_ratioY} - отношение средних падений давления при скорости Y воздушного потока через воздушный фильтр двигателя, μ_meanY - среднее падение давления на воздушном фильтре, когда воздух протекает через воздушный фильтр при скорости Y (определено на шаге 510), μ_{mean_newY} - среднее падение давления на новом воздушном фильтре, когда воздух протекает через новый воздушный фильтр при скорости Y.

Отношение стандартных отклонений падения давления для каждой скорости воздушного потока через воздушный фильтр представляет собой стандартное отклонение падения давления для скорости воздушного потока через воздушный фильтр, определенное на шаге 510 и поделенное на стандартное отклонение падения давления для соответствующих скоростей воздушного потока через новый воздушный фильтр. Например, отношение стандартных отклонений падения давления для воздушного потока X через воздушный фильтр представляет собой стандартное отклонение падения давления при скорости воздушного потока X через воздушный фильтр для настоящего воздушного фильтра, поделенное на стандартное отклонение падения давления при скорости воздушного потока X через новый воздушный фильтр, которое может быть выражено как:

где μ_{std_ratioX} - отношение стандартных отклонений падения давления при скорости X воздушного потока через воздушный фильтр двигателя, μ_stdX - стандартное отклонение падения давления на воздушном фильтре, когда воздух протекает через воздушный фильтр при скорости X (определено на шаге 510), μ_{std_newX} - стандартное отклонение падения давления на новом воздушном фильтре, когда воздух протекает через новый воздушный фильтр при скорости X. Для другой скорости Y воздушного потока через воздушный фильтр, стандартное отклонение падения давления может быть выражено как:

где μ_{std_ratioY} - отношение стандартных отклонений падения давления при скорости Y воздушного потока через воздушный фильтр двигателя, μ_stdY - стандартное отклонение падения давления на воздушном фильтре, когда воздух протекает через воздушный фильтр при скорости Y (определено на шаге 510), μ_{std_newY} - стандартное отклонение падения давления на новом воздушном фильтре, когда воздух протекает через новый воздушный фильтр при скорости Y. Определяются отношение средних значений и отношение стандартных отклонений для каждой скорости воздушного потока через воздушный фильтр, которые хранятся в памяти. В некоторых примерах, определяется одно стандартное отклонение падения давления и одно среднее падение давления для одной скорости потока. В других примерах, определяются N (например, где N - целочисленная переменная) отношений стандартных отклонений падения давления и N отношений средних падений давления для N скоростей потока. Способ 500 переходит к шагу 514.

На шаге 514, способ 500 оценивает полезный срок службы воздушного фильтра двигателя. Оценка полезного срока службы может быть основана на заданной скорости воздушного потока через воздушный фильтр с помощью следующих уравнений:

где %life1 - значение оцененного полезного срока службы воздушного фильтра на основе среднего падения давления при воздушном потоке X через воздушный фильтр двигателя, μ_actualX - фактическое среднее падение давления на воздушном фильтре при потоке X через воздушный фильтр для используемого воздушного фильтра, μ_newX - среднее падение давления на новом фильтре при потоке X через новый воздушный фильтр, Т_μХ - эмпирически определенное пороговое среднее падение давления, которое указывает на воздушный фильтр с ухудшенными характеристиками для воздушного потока X через воздушный фильтр. Оценка полезного срока службы содержит второе уравнение:

где %life2 - значение оцененного полезного срока службы воздушного фильтра на основе стандартного отклонения падения давления при воздушном потоке X через воздушный фильтр двигателя, σ_actualX - фактическое стандартное отклонение падения давления на воздушном фильтре для используемого воздушного фильтра, σ_newX - стандартное отклонение падения давления на новом фильтре при потоке X через новый воздушный фильтр, ТσХ - эмпирически определенное пороговое стандартное отклонение падения давления, которое указывает на воздушный фильтр с ухудшенными характеристиками для воздушного потока X через воздушный фильтр. Оценка полезного срока службы воздушного фильтра определяется как: %life=min(%life1, %life2)

где %life - оценка полезного срока службы воздушного фильтра, которая основана на минимальном значении из двух значений %life1 и %life2. При необходимости, могут быть определены значения полезного срока службы для каждой скорости потока через воздушный фильтр, хранящиеся в памяти, и в качестве полезного срока службы воздушного фильтра может быть указано минимальное значение из множества значений. Способ 500 переходит к шагу 516.

На шаге 516, способ 500 сообщает водителю о полезном сроке службы. Полезный срок службы может быть сообщен водителю с помощью человеко-машинного интерфейса. Способ 500 переходит к шагу 518.

На шаге 518, способ 500 оценивает уменьшения крутящего момента двигателя на основе падения давления на воздушном фильтре при полностью открытом дросселе или скорость воздушного потока через двигатель при полностью открытом дросселе (ПОД). В одном из примеров, таблица или функция выводит значение крутящего момента, которое представляет собой потерю крутящего момента для двигателя, когда двигатель работает при ПОД. Хранящиеся в таблице значения определяются эмпирически, а таблица или функция индексируется по частоте вращения двигателя и воздушному потоку через двигатель при ПОД на основе данных, полученных от настоящего воздушного фильтра. Способ 500 переходит к шагу 520.

На шаге 520, способ 500 регулирует исполнительные механизмы для передачи крутящего момента трансмиссии для компенсации снижения крутящего момента двигателя, связанного с воздушным фильтром двигателя. В одном из примеров, способ 500 увеличивает мощность электрической машины для обеспечения требуемого крутящего момента, когда двигатель производит крутящий момент меньше номинального из-за засоренного воздушного фильтра. Электрическая машина может быть объединенным стартером/генератором, ременно-приводным объединенным стартером/генератором, или другим мотором/генератором в трансмиссии. Например, если водитель запрашивает 300 Нм и двигатель выдает 310 Нм при такой же частоте вращения двигателя с новым воздушным фильтром, двигатель может обеспечить запрашиваемый водителем крутящий момент, когда воздушный фильтр новый. Тем не менее, если двигатель производит 290 Нм при такой же частоте вращения двигателя, когда воздушный фильтр частично засорен, то электрическая машина выдает 10 Нм для компенсации отклонения в крутящем моменте двигателя. Кроме того, при меньших запросах крутящего момента водителем, дроссель двигателя может быть открыт больше, когда воздушный фильтр частично засорен, по сравнению с работой при такой же частоте вращения двигателя и запросе водителя, когда воздушный фильтр является новым. Также для компенсации забитого воздушного фильтра могут регулироваться топливные инжекторы и фазы кулачкового распределения, так что водитель применяет педаль акселератора одинаково для одного и того же запрашиваемого крутящего во время тех же условий, когда воздушный фильтр новый или засоренный. Способ 500 переходит к шагу 522.

На шаге 522, способ 500 решает, больше ли среднее падение давления на настоящем воздушном фильтре двигателя при заданной скорости потока через настоящий воздушный фильтр двигателя, поделенное на среднее падение давления на новом воздушном фильтре двигателя при заданной скорости потока (например, отношение средних падений давления), первого порогового значения. Способ 500 также решает, больше ли стандартное отклонение падения давления на настоящем воздушном фильтре двигателя при заданной скорости потока через настоящий воздушный фильтр двигателя, поделенное на стандартное отклонение падения давления на новом воздушном фильтре двигателя при настоящей заданной скорости воздушного потока через новый воздушный фильтр двигателя (например, отношение стандартных отклонений падения давления), второго порогового значения. Если настоящее отношение средних падений давления больше первого порогового значения, а отношение стандартных отклонений падения давления больше второго порогового значения, ответ - "Да" и способ 500 переходит к шагу 524. В противном случае, ответ - "Нет" и способ переходит к выходу.

На шаге 524, способ 500 сообщает водителю автомобиля об ухудшении характеристик воздушного фильтра. Водитель автомобиля может быть уведомлен об ухудшении характеристик воздушного фильтра и полезном сроке службы с помощью человеко-машинного интерфейса. Способ 500 переходит к шагу 526.

На шаге 526, способ 500 передает статус ухудшения характеристик воздушного фильтра и данные по полезному сроку службы дистанционно производителю посредством радиочастотного передатчика. Путем дистанционной передачи данных по ухудшению характеристик воздушного фильтра за пределы автомобиля, может быть запланировано проведение сервисного обслуживания у представителя производителя, чтобы можно было восстановить характеристики автомобиля до номинальных уровней. Кроме того, при необходимости, может быть заказан новый воздушный фильтр на основе данных, переданных автомобилем изготовителю. Способ 500 переходит к выходу.

Таким образом, показанный на Фиг. 5 способ предоставляет способ диагностики воздушного фильтра двигателя, в котором: индицируют с помощью контроллера, ухудшение характеристик воздушного фильтра двигателя в соответствии со средним значением изменения давления на воздушном фильтре двигателя, причем изменение давления на воздушном фильтре двигателя основано на данных, полученных с помощью контроллера во время переходных режимов воздушного потока через воздушный фильтр двигателя. Способ содержит, что среднее значение изменения давления на воздушном фильтре двигателя определяют с помощью дифференциального датчика давления. Способ содержит, что данные, полученные с помощью контроллера во время переходных режимов воздушного потока через воздушный фильтр двигателя, обеспечивают с помощью датчика массового расхода воздуха. Согласно способу указанное индицирование включает в себя дистанционную передачу данных за пределы автомобиля, в котором находится воздушный фильтр двигателя, посредством радиочастотной передачи. Согласно способу указанное индицирование включает в себя отображение состояния ухудшения характеристик воздушного фильтра двигателя водителю с помощью человеко-машинного интерфейса. Способ дополнительно содержит, что в нем полезный срок службы воздушного фильтра двигателя оценивают на основе среднего значения изменения давления. Способ дополнительно содержит, что в нем полезный срок службы воздушного фильтра двигателя дополнительно оценивают на основе стандартного отклонения изменения давления на воздушном фильтре двигателя.

Показанный на Фиг. 5 способ также предоставляет способ диагностики воздушного фильтра двигателя, в котором: индицируют с помощью контроллера, ухудшение характеристик воздушного фильтра двигателя в соответствии со средним значением изменения давления на воздушном фильтре двигателя и стандартным отклонением изменения давления на воздушном фильтре двигателя, причем изменение давления на воздушном фильтре двигателя основано на данных, полученных с помощью контроллера во время режимов, когда воздух протекает через воздушный фильтр двигателя. Способ дополнительно содержит, что в нем полезный срок службы воздушного фильтра двигателя оценивают на основе среднего значения изменения давления. Способ дополнительно содержит, что в нем полезный срок службы воздушного фильтра двигателя оценивают на основе стандартного отклонения. Согласно способу индицирование основано на указанном среднем значении изменения давления, превышающем пороговое значение. Согласно способу индицирование основано на указанном стандартном отклонении, превышающем пороговое значение. Согласно способу указанное среднее значение изменения давления оценивают рекурсивно. Согласно способу указанное стандартное отклонение оценивают рекурсивно.

Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и выполняться системой управления, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами, и другим оборудованием двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, по меньшей мере, часть раскрытых действий, операций и/или функций могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем. Управляющие действия могут также преобразовывать рабочее состояние одного или нескольких датчиков, или исполнительных механизмов в реальных условиях, когда указанные действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты оборудования двигателя в сочетании с одним или несколькими контроллерами.

На этом описание заканчивается. При чтении настоящего описания специалисты в данной области, могут прийти к многочисленным изменениям и модификациям без отхода от сущности и объема настоящего изобретения. Например, двигатели I3, I4, I5, V6, V8, V10, и V12, эксплуатируемые на природном газе, бензине, дизельном топливе, или с альтернативными топливными конфигурациями, могут получать преимущества при использовании настоящего изобретения.

Предложены система и способы диагностики воздушного фильтра двигателя на основе ухудшение характеристик воздушного фильтра двигателя в соответствии со средним значением изменения давления на воздушном фильтре двигателя, причем изменение давления на воздушном фильтре двигателя основано на данных, полученных с помощью контроллера во время переходных режимов воздушного потока через воздушный фильтр двигателя; и регулируют один или несколько исполнительных механизмов передачи крутящего момента двигателя для компенсации уменьшения крутящего момента двигателя, связанного с ухудшением характеристик воздушного фильтра двигателя. Кроме этого, указанные среднее значение и стандартное отклонение являются основой для оценки полезного срока службы воздушного фильтра. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ диагностики воздушного фильтра двигателя, в котором: индицируют с помощью контроллера ухудшение характеристик воздушного фильтра двигателя в соответствии со средним значением изменения давления на воздушном фильтре двигателя, причем изменение давления на воздушном фильтре двигателя основано на данных, полученных с помощью контроллера во время переходных режимов воздушного потока через воздушный фильтр двигателя; и регулируют один или несколько исполнительных механизмов передачи крутящего момента двигателя для компенсации уменьшения крутящего момента двигателя, связанного с ухудшением характеристик воздушного фильтра двигателя.

2. Способ по п. 1, в котором среднее значение изменения давления на воздушном фильтре двигателя определяют с помощью датчика дифференциального давления.

3. Способ по п. 1, в котором данные, полученные с помощью контроллера во время переходных режимов воздушного потока через воздушный фильтр двигателя, обеспечивают с помощью датчика массового расхода воздуха.

4. Способ по п. 1, в котором указанная регулировка одного или нескольких исполнительных механизмов передачи крутящего момента двигателя включает в себя увеличение выходной мощности электрической машины, выполненной с возможностью подачи крутящего момента на коленчатый вал, когда дросселю двигателя дана команда перейти в полностью открытое положение.

5. Способ по п. 1, в котором указанная регулировка одного или нескольких исполнительных механизмов передачи крутящего момента двигателя включает в себя подачу команды дросселю двигателя перейти в более открытое положение.

6. Способ по п. 1, в котором дополнительно оценивают полезный срок службы воздушного фильтра двигателя на основе указанного среднего значения изменения давления на воздушном фильтре двигателя, причем среднее значение изменения давления определяют рекурсивно для изменений давления, измеренных при скоростях воздушного потока в пределах порогового диапазона, причем оценка полезного срока службы воздушного фильтра двигателя дополнительно основана на сравнении среднего значения изменения давления с заданным средним значением изменения давления для исправного фильтра при скоростях воздушного потока в пределах порогового диапазона.

7. Способ по п. 6, в котором дополнительно оценивают полезный срок службы воздушного фильтра двигателя дополнительно на основе стандартного отклонения изменения давления на воздушном фильтре двигателя, причем стандартное отклонение изменения давления на воздушном фильтре двигателя определяют рекурсивно для изменений давления, измеренных при скоростях воздушного потока в пределах порогового диапазона, причем оценка полезного срока службы воздушного фильтра двигателя дополнительно основана на сравнении рекурсивно определенного стандартного отклонения с заданным стандартным отклонением для исправного фильтра при скоростях воздушного потока в пределах порогового диапазона.

8. Способ диагностики воздушного фильтра двигателя, в котором: индицируют с помощью контроллера ухудшение характеристик воздушного фильтра двигателя в соответствии со средним значением изменения давления на воздушном фильтре двигателя и стандартным отклонением изменения давления на воздушном фильтре двигателя, причем изменение давления на воздушном фильтре двигателя основано на данных, полученных с помощью контроллера во время режимов, когда воздух протекает через воздушный фильтр двигателя; и регулируют один или несколько исполнительных механизмов передачи крутящего момента двигателя для компенсации уменьшения крутящего момента двигателя, связанного с ухудшением характеристик воздушного фильтра.

9. Способ по п. 8, в котором дополнительно оценивают полезный срок службы воздушного фильтра двигателя на основе указанного среднего значения и/или стандартного отклонения.

10. Способ по п. 8, в котором дополнительно оценивают величину уменьшения крутящего момента двигателя, связанного с ухудшением характеристик воздушного фильтра, на основе разности между измеренной скоростью воздушного потока через воздушный фильтр двигателя при широко отрытом дросселе и опорной скоростью воздушного потока при широко открытом дросселе для исправного воздушного фильтра двигателя.

11. Способ по п. 8, в котором индицирование основано на указанном среднем значении, превышающем пороговое значение.

12. Способ по п. 8, в котором индицирование основано на указанном стандартном отклонении, превышающем пороговое значение.

13. Способ по п. 8, в котором указанное среднее значение оценивают рекурсивно для изменений давления, измеренных во множестве диапазонов скорости воздушного потока, причем среднее значение оценивают рекурсивно отдельно для каждого из множества диапазонов скорости воздушного потока, так что среднее значение содержит множество средних оценочных значений, причем каждое из множества средних оценочных значений соответствует отдельному диапазону скорости воздушного потока, при этом каждое из множества средних оценочных значений основано на изменениях давления, измеренных при скоростях воздушного потока в пределах соответствующего отдельного диапазона скорости воздушного потока.

14. Способ по п. 8, в котором указанное стандартное отклонение оценивают рекурсивно для изменений давления, измеренных во множестве диапазонов скорости воздушного потока, причем стандартное отклонение оценивают рекурсивно отдельно для каждого из множества диапазонов скорости воздушного потока, так что стандартное отклонение содержит множество оценочных значений стандартного отклонения, причем каждое из множества оценочных значений стандартного отклонения соответствует отдельному диапазону скорости воздушного потока, при этом каждое из множества оценочных значений стандартного отклонения основано на изменениях давления, измеренных при скоростях воздушного потока в пределах соответствующего отдельного диапазона скорости воздушного потока.

15. Система двигателя, содержащая: двигатель;

систему впуска двигателя, содержащую воздушный фильтр, дроссель, и впускной коллектор;

датчик давления, расположенный вдоль системы впуска двигателя; и контроллер, содержащий хранящиеся в долговременной памяти исполняемые инструкции для:

индицирования ухудшения характеристик воздушного фильтра в соответствии со средним падением давления на воздушном фильтре во время переходного воздушного потока через воздушный фильтр; и регулировки одного или нескольких исполнительных механизмов передачи крутящего момента двигателя для компенсации уменьшения крутящего момента, связанного с ухудшением характеристик воздушного фильтра.

16. Система двигателя по п. 15, дополнительно содержащая дополнительные инструкции для определения стандартного отклонения падения давления на воздушном фильтре.

17. Система двигателя по п. 15, дополнительно содержащая дополнительные инструкции для определения среднего падения давления на воздушном фильтре на основе выходного сигнала от датчика давления.

18. Система двигателя по п. 15, дополнительно содержащая дополнительные инструкции для оценки полезного срока службы воздушного фильтра на основе среднего падения давления на воздушном фильтре во время переходного воздушного потока через воздушный фильтр.

19. Система двигателя по п. 15, дополнительно содержащая дополнительные инструкции для оценки полезного срока службы воздушного фильтра на основе стандартного отклонения падения давления на воздушном фильтре во время переходного воздушного потока через воздушный фильтр.

20. Система двигателя по п. 15, дополнительно содержащая дополнительные инструкции для передачи индицирования по радиочастоте на внешнее устройство.