СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ДВИГАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ Российский патент 2020 года по МПК F02D41/04 F02D45/00 

Уровень техники/Краткое изложение

В некоторых случаях может потребоваться точное определение температуры отработавших газов двигателя. Определение температуры отработавших газов двигателя позволяет снизить нежелательное воздействие отработавших газов, когда их температура выше необходимой. Кроме того, определяя значения температур отработавших газов, можно оценить работу устройств снижения токсичности отработавших газов. Один из способов определения температуры отработавших газов состоит в том, чтобы установить термопары, терморезисторы или другие температурные датчики в выпускной патрубок, направляющий продукты сгорания двигателя в выпускную систему после устройств очистки отработавших газов. Однако термопары или терморезисторы могут разрушаться при воздействии отработавших газов с температурой выше допустимой. Кроме того, характеристики датчиков температуры отработавших газов могут ухудшаться, если на датчиках температуры накапливаются кислотные продукты сгорания. Поэтому может потребоваться определение температуры отработавших газов двигателя способом, уменьшающим возможность разрушения датчика. Кроме того, может потребоваться определение температуры отработавших газов способом, имеющим достаточную точность и динамику, чтобы могли быть замечены быстрые изменения температуры отработавших газов.

Изобретатели обратили внимание на вышеупомянутые недостатки и разработали способ для двигателя, содержащий: оценку смещения значения сопротивления нагревательного элемента датчика отработавших газов относительно рабочей температуры двигателя и оценку температуры отработавших газов двигателя на основе значений сопротивления датчика отработавших газов и смещения сопротивления.

Путем оценки температуры отработавших газов при помощи нагревательного элемента кислородного датчика можно обеспечить технический результат, состоящий в измерении температуры отработавших газов при помощи датчика, защищенного от воздействия факторов выпускной системы. Например, нагревательный элемент кислородного датчика может быть защищен металлическим кожухом, закрывающим кислородный датчик и его нагревательный элемент. Кроме того, можно улучшить точность измерений температуры отработавших газов путем определения смещения значения сопротивления для резистивного нагревательного элемента кислородного датчика. Следовательно, можно обеспечить точное измерение температуры отработавших газов при помощи датчика, имеющего, по крайней мере, некоторую защиту от воздействия окружающих факторов в выпускной системе двигателя.

Описание осуществления настоящего изобретения предлагает несколько преимуществ. В частности, данный подход может улучшить оценку температуры отработавших газов. Кроме того, данный подход позволяет уменьшить разрушение датчика температуры отработавших газов. Кроме того, данный подход может компенсировать изменения характеристик датчика температуры отработавших газов, происходящие в течение длительного времени, вместо однократной компенсации характеристик датчика.

Вышеупомянутые преимущества, другие преимущества и особенности осуществления настоящего изобретения будут очевидны из приведенного ниже «Подробного описания», рассматриваемого отдельно от сопроводительных чертежей или совместно с ними.

Нужно подразумевать, что вышеприведенное краткое изложение предоставлено для ознакомления в упрощенной форме с понятиями, изложенными также в подробном описании. Краткое изложение не предназначено для идентификации главных или неотъемлемых особенностей заявленного осуществления изобретения, объем которого определяется единственным образом при помощи пунктов формулы изобретения, приведенных после подробного описания. Кроме того, заявленное осуществление изобретения не ограничивается реализациями, исправляющими какие-либо отмеченные выше недостатки, в какой-либо части этого раскрытия.

Краткое описание иллюстраций

Фиг. 1 показывает схематическое описание двигателя, в том числе, кислородные датчики;

Фиг. 2-4 показывают электрические цепи для оценки смещения сопротивления кислородного датчика в качестве примера;

Фиг. 5 и 6 показывают графические представления смещения сопротивления кислородного датчика для оценки температуры;

Фиг. 7 и 8 показывают графические представления смещения сопротивления кислородного датчика для оценки сопротивления кислородного датчика; и

Фиг. 9 показывает пример способа для определения и применения значения температуры отработавших газов.

Подробное описание

Настоящее описание связано с определением температур в выпускной системе двигателя. Температуры выпускной системы могут быть определены в системе двигателя, например, такой, как показана на фиг. 1. Точность измерения температуры отработавших газов может быть улучшена путем определения смещения значений сопротивления температурного датчика на основе электрических цепей, показанных на фиг. 2-4. Графический вид смещения сопротивления резистивного нагревательного элемента кислородного датчика показан на фиг. 5-8. Способ оценки значений температур отработавших газов и применение измерений температуры отработавших газов к работе двигателя показан на фиг. 9.

Изображенным на фиг. 1 и содержащим несколько цилиндров двигателем 10 внутреннего сгорания, один цилиндр которого показан на фиг. 1, управляет электронный контроллер 12 двигателя. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и цилиндрические стенки 32 с поршнем 36, расположенным в них и связанным с коленчатым валом 40. Показано, что камера 30 сгорания сообщается с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждым впускным и выпускным клапаном может управлять впускной кулачок 51 и выпускной кулачок 53. Положение впускного кулачка 51 может быть определено датчиком 55 кулачка впуска. Положение выпускного кулачка 53 может быть определено датчиком 57 кулачка выпуска.

Показано, что топливный инжектор 66 используется для впрыска топлива непосредственно в цилиндр 30, что известно специалистам в данной области как прямой впрыск топлива. Кроме того, топливо может быть введено через впускной канал, что известно специалистам в данной области как впрыск во впускные каналы. Топливный инжектор 66 доставляет жидкое топливо в количестве, пропорциональном длительности импульса, полученного от контроллера 12. Топливо поступает к топливному инжектору 66 от топливной системы, содержащей топливный бак (не показан), топливный насос (не показан) и топливную рампу (не показана). Кроме того, впускной коллектор 44, как показано, связан с дополнительным электронным дросселем 62, корректирующим положение дроссельной заслонки 64 для управления потоком воздуха от компенсатора 46 наддува.

Компрессор 162 подает воздух из воздухозаборника 42 для заполнения компенсатора 46 наддува. Отработавшие газы вращают турбину 164, соединенную с компрессором 162 при помощи вала 161. Перепускной клапан 175 компрессора может иметь электрический привод с управлением от контроллера 12. Перепускной клапан 175 компрессора позволяет сжатому воздуху проходить назад к воздухозаборнику компрессора для ограничения давления наддува. Точно так же исполнительный механизм 72 перепускного клапана турбокомпрессора позволяет отработавшим газам обходить турбину 164 так, чтобы давлением наддува можно было управлять при различных условиях эксплуатации.

Система 88 зажигания без распределителя обеспечивает искру зажигания для камеры 30 сгорания при помощи свечи 92 зажигания по команде контроллера 12. Показано, что универсальный датчик 126 кислорода в отработавших газах УДКОГ (UEGO) соединен с выпускным коллектором 48 выше по потоку от каталитического конвертера 70. В качестве альтернативы бистабильный датчик кислорода в отработавших газах может быть заменен универсальным датчиком 126 кислорода в отработавших газах УДКОГ. Второй датчик 127 кислорода показан ниже по потоку от турбины и устройства 70 эмиссии по направлению потока отработавших газов.

Конвертер 70 может содержать несколько брикетов катализатора в одном случае. В другом случае может использоваться несколько устройств для управления выбросами, каждое из которых может иметь несколько брикетов. Конвертер 70 может быть, к примеру, трехрежимным катализатором.

Контроллер 12 показан на фиг. 1 как обычный микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорное устройство (МПУ) 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 106, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 108, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) 110 и стандартную шину данных. Показано, что в контроллер 12 поступают различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждались ранее, в том числе: температура хладагента двигателя ТХД (ЕСТ) от температурного датчика 112, присоединенного к охлаждающей втулке 114; позиционный датчик 134, присоединенный к педали 130 акселератора для определения положения акселератора, заданного ногой 132; значение атмосферного давления от датчика 19 барометрического давления; датчик детонации для определения зажигания остаточных газов (не показан); измеренное давление в коллекторе двигателя ДКД (MAP) от датчика 121 давления, присоединенного к впускному коллектору 44; измеренное давление наддува от датчика 122 давления, присоединенного к компенсатору 46 наддува; позиционный датчик двигателя на основе датчика 118 Холла, измеряющего положение коленчатого вала 40; измеренное значение массы воздуха, поступающего в двигатель от датчика 120 (например, термоанемометра) и измеренное положение дросселя от датчика 58. Позиционный датчик 118 двигателя генерирует заранее заданное число равномерно распределенных импульсов на каждый оборот коленчатого вала, что позволяет определить частоту вращения двигателя ЧВД (RPM).

В некоторых случаях двигатель может быть соединен с электросистемой электродвигателя и аккумуляторной батареи в гибридном автомобиле. Гибридный автомобиль может иметь параллельную конфигурацию, последовательную конфигурацию или разновидность указанных конфигураций. Кроме того, в некоторых случаях могут использоваться другие конфигурации двигателя, например, дизельный двигатель.

Во время эксплуатации каждый цилиндр в двигателе 10, как правило, работает по четырехтактному циклу: цикл содержит такт впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Во время такта впуска, как правило, закрывается выпускной клапан 54 и открывается впускной клапан 52. Воздух подается в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, причем поршень 36 двигается к нижней части цилиндра, чтобы увеличить объем в камере 30 сгорания. Положение, при котором поршень 36 находится около нижней части цилиндра в конце своего хода (например, когда камера 30 сгорания имеет самый большой объем), как правило, называется специалистами в данной области как нижняя мертвая точка НМТ (BDC). Во время такта сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрываются. Поршень 36 двигается к головке цилиндра, чтобы сжать воздух в камере 30 сгорания. Положение, при котором поршень 36 находится в конце своего хода и расположен ближе всего к головке цилиндра (например, когда камера 30 сгорания имеет наименьший объем), как правило, называется специалистами в данной области как верхняя мертвая точка ВМТ (TDC). В ходе процесса, именуемого в дальнейшем как инжекция, топливо поступает в камеру сгорания. В ходе процесса, именуемого в дальнейшем как зажигание, введенное топливо поджигается каким либо известным способом, таким, как свеча 92 зажигания, что приводит к сгоранию. Во время такта расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 назад к НМТ. Коленчатый вал 40 преобразует движение поршня в 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 к ВМТ. Обратите внимание, что вышеуказанное является только примером, поскольку времена открытия и закрытия впускного и выпускного клапана могут изменяться, обеспечивая положительные или отрицательные перекрытия периодов работы клапанов, позднее закрытие впускного клапана или различные другие варианты.

На фиг. 2 показана первая электрическая цепь в качестве примера для оценки смещения сопротивления нагревательного элемента кислородного датчика. Цепь на фиг. 2 может быть использована в системе, показанной на фиг. 1, вместе со способом, показанным на фиг. 9, для оценки значений температур выпускной системы двигателя.

Цепь 200 содержит источник 202 питания, имеющий положительный контакт 204 и отрицательный контакт 203. Например, источник 202 питания может быть аккумулятором автомобиля, хранящим заряд для потребителей электроэнергии в автомобиле. Показано, что отрицательный контакт 203 электрически соединен с землей 250, контактом 212 реле, токочувствительным резистором 220 и обмоткой 210 реле. Показано, что положительный контакт 204 электрически соединен с первым концом 230 резистивного нагревательного элемента 208 кислородного датчика 126 и контроллером 12. Второй конец 231 резистивного нагревательного элемента 208 электрически соединен с контактом 216, который работает как подвижный контакт между полюсом (или контактом) 212 и полюсом 214. Показано, что контакт 216 выборочно устанавливает электрическую связь с полюсом 212 и полюсом 214 путем перемещения в соответствии со стрелкой 218. Контакт 212 электрически соединен с землей 250. Контакт 214 электрически соединен с токочувствительным резистором 220, не соединенным с землей 250. Контроллер перемещает подвижный контакт или контакт 216 путем приложения напряжения к реле 210 через проводник 270. Контроллер 12 измеряет напряжения на контактах 214 и 201 через проводники 288 и 289 соответственно. Подвижный контакт 216 показан в электрической связи с контактом 214 в первом положении. Подвижный контакт 216 электрически связан с контактом 212 во втором положении. Источник 202 питания обеспечивает электропитание для цепи 200.

Контроллер 12 управляет подвижным контактом 216 для установления электрической связи с контактом 212 так, чтобы кислородный датчик 126 мог быть нагрет до температуры, позволяющей выполнить надежные измерения при помощи кислородного датчика. Токочувствительный резистор 220 не имеет электрической связи с резистивным нагревательным элементом 208, когда подвижный контакт 216 электрически связан с контактом 212. Резистивный нагревательный элемент 208 генерирует тепловую энергию для нагревания чувствительного к кислороду элемента (не показан) кислородного датчика 126, когда подвижный контакт 216 электрически связан с контактом 212. Электрический ток течет только через резистивный нагревательный элемент 208, когда подвижный контакт 216 электрически связан с контактом 212. Сопротивление резистивного нагревательного элемента 208 может изменяться от 2 до 20 Ом в зависимости от температуры в месте установки в выпускной системе, куда помещается кислородный датчик 126.

Контроллер 12 управляет подвижным контактом 216, чтобы создать электрическую связь с контактом 214 с целью определить смещение значения сопротивления резистивного нагревательного элемента 208. Токочувствительный резистор 220 электрически связан с резистивным нагревательным элементом 208, когда подвижный контакт 216 электрически связан с контактом 214. Электрический ток течет как через резистивный нагревательный элемент 208, так и через токочувствительный резистор 220, когда подвижный контакт 216 электрически связан с контактом 214. Токочувствительный резистор 220 может иметь сопротивление приблизительно 100 Ом.

Контроллер 12 определяет напряжение на 214 во время существования выбранных условий, для определения значения электрического тока через резистивный нагревательный элемент 208. Сопротивление резистивного нагревательного элемента 208 изменяется с изменением температуры в выпускной системе рядом с кислородным датчиком 126. Определив напряжения на контактах 201 и 214, можно определить значение тока через резистивный нагревательный элемент 208 и токочувствительный резистор 220, как описано более подробно в способе на фиг. 9. Кроме того, сопротивление резистивного нагревательного элемента 208 может быть определено на основе тока через резистивный нагревательный элемент 208, как описано более подробно в способе на фиг. 9. Затем сопротивление резистивного нагревательного элемента 208 может быть преобразовано в значение температуры отработавших газов при помощи передаточной функции, связывающей сопротивление резистивного нагревательного элемента кислородного датчика с температурой.

На фиг. 3 показана вторая электрическая цепь в качестве примера для оценки смещения сопротивления резистивного нагревательного элемента кислородного датчика. Цепь, изображенная на фиг. 3, может быть включена в систему, изображенную на рис. 1 вместе со способом, изображенным на фиг. 9 для оценки температур выпускной системы двигателя.

Цепь 300 содержит источник питания 302, имеющий положительный контакт 304 и отрицательный контакт 303. Например, источник 302 питания может быть аккумулятором автомобиля, хранящим заряд для потребителей электроэнергии в автомобиле. Показано, что отрицательный контакт 303 электрически соединен с землей 350, контактом реле 382, токочувствительным резистором 320, обмотками 310 и 380 реле и отрицательным контактом 363 второго источника 360 питания. Показано, что положительный контакт 304 электрически соединен с контактом 312 из реле 310. Показано, что положительный контакт 362 второго источника питания 360 электрически соединен с контактом 316 реле 310. Показано, что контакт 314 электрически связан с первым концом резистивного нагревательного элемента 308 кислородного датчика 126. Контакт 314 действует в качестве подвижного контакта для выборочного переключения между контактом 312 и контактом 316, как обозначено стрелкой 318.

Показано, что вторая сторона резистивного нагревательного элемента 308 электрически соединена с контактом 385 реле 380. Контакт 385 действует в качестве подвижного контакта для выборочного переключения между контактом 382 и контактом 384, как обозначено стрелкой 388. Показано, что контакт 384 электрически соединен с концом токочувствительного резистора 320 с противоположностей стороны относительно земли 350.

Контроллер выборочно управляет реле 310 и реле 380, подавая напряжение к проводникам 370 и 371. Контроллер 12 также определяет напряжение на контактах 384 и 301 через проводники 388 и 389 соответственно. Подвижный контакт 314 показан в электрической связи с контактом 316 в первом положении. Подвижный контакт 314 электрически связан с контактом 312 во втором положении. Подвижный контакт 385 показан в электрической связи с контактом 384 в первом положении. Подвижный контакт 385 электрически связан с контактом 382 во втором положении. Источник питания 320 обеспечивает электропитание для цепи 300 и резистивного нагревательного элемента 308, когда реле 310 находится во втором положении и когда реле 380 находится во втором положении. Источник питания 360 обеспечивает электропитание для цепи 300 и резистивного нагревательного элемента 308, когда реле 310 находится в первом положении и когда реле 380 находится в первом положении.

Контроллер 12 управляет подвижным контактом 314 для создания электрической связи с контактом 312 и подвижным контактом 385 для создания электрической связи с контактом 382 так, чтобы кислородный датчик 126 мог быть нагрет до температуры, при которой могут быть выполнены надежные измерения при помощи кислородного датчика. Токочувствительный резистор 320 не имеет электрической связи с резистивным нагревательным элементом 308, когда подвижный контакт 314 электрически связан с контактом 312 и когда подвижный контакт 385 электрически связан с контактом 382. Резистивный нагревательный элемент 308 генерирует тепловую энергию для нагревания чувствительного к кислороду элемента (не показан) кислородного датчика 126, когда подвижный контакт 314 электрически связан с контактом 316 и когда подвижный контакт 385 электрически связан с контактом 384. Когда подвижный контакт 314 электрически связан с контактом 312, и когда подвижный контакт 385 электрически связан с контактом 382, электрический ток проходит только через резистивный нагревательный элемент 308 от источника 320 питания. Когда подвижный контакт 314 электрически связан с контактом 316, и когда подвижный контакт 385 электрически связан с контактом 384, электрический ток проходит через резистивный нагревательный элемент 308 и токочувствительный резистор 320 от источника 360 питания. Сопротивление резистивного нагревательного элемента 308 кислородного датчика может изменяться от 2 до 20 Ом в зависимости от температуры в месте установки в выпускной системе, куда помещается кислородный датчик 126.

Контроллер 12 управляет подвижным контактом 314, чтобы создать электрическую связь с контактом 316 и подвижным контактом 385, чтобы создать электрическую связь с контактом 384 так, чтобы могло быть определено смещение значения сопротивления резистивного нагревательного элемента 308. Токочувствительный резистор 320 электрически связан с резистивным нагревательным элементом 308, когда подвижный контакт 314 электрически связан с контактом 316 и когда подвижный контакт 385 электрически связан с контактом 384. Токочувствительный резистор 220 может иметь сопротивление приблизительно 100 Ом.

Контроллер 12 определяет напряжение в 384 во время существования выбранных условий, для определения значения электрического тока через резистивный нагревательный элемент 308. Сопротивление резистивного нагревательного элемента 308 изменяется с изменением температуры в выпускной системе рядом с кислородным датчиком 126. Определив напряжения на контактах 301 и 384, можно определить значение тока через резистивный нагревательный элемент 308 и токочувствительный резистор 320, как описано более подробно в способе на фиг. 9. Кроме того, сопротивление резистивного нагревательного элемента 308 может быть определено на основе тока через резистивный нагревательный элемент 308, как описано более подробно в способе на фиг. 9. Затем сопротивление резистивного нагревательного элемента 308 может быть преобразовано в значение температуры отработавших газов при помощи передаточной функции, связывающей сопротивление резистивного нагревательного элемента с температурой.

Цепь, изображенная на фиг. 3, способна быть более устойчивой к электрическим шумам по сравнению со цепью на фиг. 2. Это может быть верно в наибольшей степени, когда источник 360 питания имеет гальваническую развязку и/или фильтр на выходе.

На фиг. 4 показана третья электрическая цепь в качестве примера для оценки смещения сопротивления нагревательного элемента кислородного датчика. Цепь на фиг. 4 может быть включена в систему, изображенную на фиг. 1, вместе со способом, показанном фиг. 9, для оценки температуры отработавших газов двигателя. Электрическая цепь, показанная на фиг. 4, может обеспечить защиту от электрических помех при помощи дифференциального напряжения, уменьшающего уровень синфазного шума.

Цепь 400 содержит источник 402 питания, который имеет положительный контакт 404 и отрицательный контакт 403. Отрицательный контакт 403 электрически связан с землей 450 и низковольтной стороной резистора 422 и резистора 420. Показано, что положительный контакт 404 электрически связан с кислородным датчиком резистивного нагревательного элемента 408 и резистором 406. Резистор 406 электрически связан с высоковольтной стороной резистора 422. Резистивный нагревательный элемент 408 электрически связан с контактом или подвижным контактом 418 реле 410.

Контакт 412 электрически связан с землей 450. Контакт 409 электрически связан с высоковольтной стороной или резистором 422. Показано, что подвижный контакт 418 электрически связан с контактом 409, находящимся в рабочем состоянии, когда определяется смещение сопротивления резистора 408 нагревательного элемента кислородного датчика. Подвижный контакт 418 может перемещаться, как показано стрелкой 417, чтобы создать электрическую связь с контактом 412, когда резистор 408 нагревательного элемента кислородного датчика активирован для нагревания кислородного датчика 126 в то время, когда не определяется смещение сопротивления.

Контакт 433 электрически связан с землей 450. Контакт 431 электрически связан с высоковольтной стороной или резистором 420. Показано, что подвижный контакт 416 электрически связан с контактом 431, находящимся в рабочем состоянии, когда определяется смещение сопротивления резистора 408 нагревательного элемента кислородного датчика. Подвижный контакт 416 может перемещаться, как показано стрелкой 430, чтобы создать электрическую связь с контактом 433, когда резистор 408 нагревательного элемента кислородного датчика активирован для нагревания кислородного датчика 126 в то время, когда не определяется смещение сопротивления.

Резистивный нагревательный элемент 408 находится в составе кислородного датчика 126. Контроллер 12 измеряет дифференциальное напряжение между контактами 465 и 466, когда реле 410 и 440 находятся в показанном состоянии, для определения смещения сопротивления нагревательного элемента кислородного датчика. Путем измерения дифференциального напряжения между контактами 465 и 466, может быть уменьшен уровень синфазного электрического шума, чтобы улучшить оценку значения тока, протекающего через токочувствительный резистор 420.

В этой цепи источник 402 питания обеспечивает напряжение и ток для резисторов 406, 408, 422 и 420 в показанном рабочем состоянии. Источник 402 питания обеспечивает такое постоянное напряжение, чтобы электрический ток через резисторы 406 и 422 был постоянным. Электрический ток между резистивным нагревательным элементом 408 кислородного датчика и токочувствительным резистором 420 изменяется в зависимости от температуры отработавших газов в месте расположения кислородного датчика 126. Изменения электрического тока через токочувствительный резистор 420 могут быть обусловлены изменениями температуры отработавших газов. Электрический ток через токочувствительный резистор 420 может быть определен так же, как и электрический ток через токочувствительные резисторы, изображенные на фиг. 2 и 3.

Необходимо понимать, что полупроводниковые транзисторы или другие полупроводниковые приборы могут заменить реле, показанные на фиг. 2-4. Кроме того, в некоторых примерах отрицательный контакт аккумуляторной батареи может служить опорным заземлением. Кроме того, все цепи, показанные на фиг. 2-4, могут быть включены в контроллер 12, показанный на фиг. 1.

Таким образом, система, показанная на фиг. 1-4, предусматривает систему двигателя, содержащую: двигатель с кислородным датчиком в выпускном патрубке, цепь с токочувствительным резистором и резистивным нагревательным элементом кислородного датчика и контроллер, содержащий инструкции для оценки смещения сопротивления резистивного нагревательного элемента. Система, кроме того, содержит дополнительные инструкции для оценки значения температуры отработавших газов на основе смещения сопротивления. Система, кроме того, содержит дополнительные инструкции, позволяющие определять смещение сопротивления после некоторого времени простоя двигателя, превышающего пороговое значение. Система, кроме того, содержит дополнительные инструкции, запрещающие определять смещение после некоторого времени простоя двигателя, меньшего, чем пороговое значение. Система содержит средства, позволяющие оценивать смещение сопротивления относительно рабочей температуры двигателя. Система, кроме того, содержит дополнительные программы для регулирования исполнительного механизма на основе смещения сопротивления.

На фиг. 5 показана зависимость сопротивления кислородного нагревательного элемента от температуры. Вертикальная ось указывает температуру, горизонтальная ось указывает сопротивление нагревательного элемента кислородного датчика. Температура 550 является первой температурой, сопротивление 552 является первым сопротивлением, что соответствует расположению точки 502 на кривой 504. Кривая 504 показывает зависимость между сопротивлением нагревательного элемента и температурой. Таким образом, можно видеть, что сопротивление нагревательного элемента увеличивается с увеличением температуры. Кривая 504 является кривой для номинального или типичного нагревательного элемента.

На фиг. 6 показан второй график зависимости сопротивления кислородного нагревательного элемента от температуры. Вертикальная ось указывает температуру, горизонтальная ось указывает сопротивление нагревательного элемента. Температура 650 представляет первую температуру, и сопротивление 652 представляет первое сопротивление, соответствующее точке 602 на кривой 604. Кривая 604 показывает зависимость между сопротивлением нагревательного элемента и температурой. Температура 650 является такой же температурой, как температура 550 на фиг. 5. Сопротивление 652 является таким же сопротивлением, как сопротивление 552 на фиг. 5. Кривая 604 является такой же кривой, как кривая 504 на фиг. 5. Кривая 606 представляет зависимость сопротивления нагревательного элемента кислородного датчика от температуры нагревательного элемента кислородного датчика, причем этот нагревательный элемент не эквивалентен номинальному нагревательному элементу кислородного датчика. Отличие кривой 604 от кривой 606 может быть связано с особенностями производства или переменными окружающей среды. Стрелка 610 показывает смещение сопротивления между кривой 604 и кривой 606. Способ 900 описывает, как может быть определено смещение 610. Температура отработавших газов оценивается для датчика, имеющего смещение сопротивления, путем определения сопротивления резистора нагревательного элемента и затем индексации функции, показанной на фиг. 6 и описывающей кривую 606. Функция позволяет определить значение температуры отработавших газов.

На фиг. 7 изображен график зависимости сопротивления нагревательного элемента кислородного датчика от температуры. График на фиг. 7 подобен графику на фиг. 5, кроме осей, измененных так, чтобы температура могла использоваться для определения сопротивления нагревательного элемента кислородного датчика для определения смещения сопротивления нагревательного элемента кислородного датчика. Вертикальная ось указывает сопротивление нагревательного элемента кислородного датчика, горизонтальная ось указывает температуру. Кривая 704 совпадает с кривой 504, изображенной на фиг. 5. График иллюстрирует форму передаточной функции для преобразования температуры в сопротивление нагревательного элемента кислородного датчика. График или передаточная функция могут быть проиндексированы на основе передаточной функции температуры отработавших газов и выходного сопротивления нагревательного элемента кислородного датчика. Точка 702 кривой является той же точкой, что и точка 502 на фиг. 5.

На фиг. 8 показан график зависимости сопротивления нагревательного элемента кислородного датчика, включая смещение сопротивления, от температуры. График на фиг. 8 подобен графику фиг. 6 кроме осей, измененных так, чтобы температура могла использоваться для определения сопротивления нагревательного элемента кислородного датчика для определения смещения сопротивления нагревательного элемента кислородного датчика. Вертикальная ось указывает сопротивление нагревательного элемента кислородного датчика, горизонтальная ось указывает температуру. Кривая 804 совпадает с кривой 604, изображенной на фиг. 6. Кривая 806 совпадает с кривой 606, изображенной на фиг. 6. График иллюстрирует форму передаточной функции для преобразования температуры в сопротивление нагревательного элемента кислородного датчика, с учетом смещения сопротивления. График или передаточная функция могут быть проиндексированы на основе передаточной функции температуры отработавших газов и значений сопротивления нагревательного элемента кислородного датчика. Точка 802 на кривой соответствует точке 602 на фиг. 6.

На фиг. 9 показан способ для определения и применения значения температуры отработавших газов. Способ на фиг. 9 может быть добавлен в систему, изображенную на фиг. 1-4. По крайней мере, части способа, изображенного на фиг. 9, могут быть встроены в контроллер 12 в системе на фиг. 1, как выполняемые программы, хранящиеся в долговременной памяти. Кроме того, части способа, изображенного на фиг. 9, могут быть действиями, выполняемыми контроллером 12 применительно к материальным объектам, для изменения условий эксплуатации автомобиля. Кроме того, входные данные контроллера, как показано на фиг. 1, могут быть получены через контроллер в начале осуществления способа 900.

В блоке 902 способ 900 может определить, вращается ли двигатель и не находится ли двигатель в режиме холодного запуска. Способ 900 может определить, что двигатель вращается, путем изменения положения вала двигателя. Способ 900 может определить, что двигатель находится в режиме холодного запуска, на основе температуры двигателя и времени с момента остановки двигателя. Если способ 900 определяет, что двигатель вращается и находится в режиме холодного запуска, то ответ - "да" и способ 900 переходит к блоку 950. В противном случае, ответ - "нет" и способ 900 переходит к блоку 904.

В блоке 950 способ 900 задерживает момент зажигания и увеличивает скорость вращения холостого хода двигателя для увеличения теплового потока, поступающего к катализатору автомобиля. Увеличение теплового потока от двигателя может уменьшить вредные выбросы двигателя путем более ранней активации катализатора после запуска двигателя. Способ 900 переходит к блоку 952 после выполнения задержки момента зажигания и увеличения скорости вращения холостого хода двигателя выше основной скорости вращения холостого хода двигателя.

В блоке 952 способ 900 отключает токочувствительный резистор кислородного датчика от цепи нагревательного элемента кислородного датчика. Например, как показано на фиг. 2, контакт 216 реле может быть электрически связан с контактом 212 реле так, чтобы ток от источника 202 питания не проходил через токочувствительный резистор 220. Токочувствительный резистор 320 на фиг. 3 может быть отключен от цепи 300 так, чтобы ток от источника 320 питания протекал через нагревательный элемент 308 кислородного датчика, но не через токочувствительный резистор 320. Путем отключения токочувствительного резистора от цепи нагревательного элемента кислородного датчика электрический ток через нагревательный элемент кислородного датчика может быть увеличен для увеличения нагревания кислородного датчика. Способ 900 переходит к блоку 954 после того, как токочувствительный резистор отключаются от цепи нагревательного элемента кислородного датчика. В блоке 954 способ 900 активирует нагревательный элемент кислородного датчика. Нагревательный элемент активируется путем подачи напряжения к нагревательному элементу. В результате активации нагревательного элемента может быть улучшена точность кислородного датчика. Способ 900 переходит к концу алгоритма после активации нагревательного элемента кислородного датчика.

В блоке 904 способ 900 определяет, не является ли температура отработавших газов выше, чем пороговая температура. Если температура отработавших газов выше, чем пороговая температура, измерения количества кислорода при помощи кислородного датчика могут быть точными без активации нагревательного элемента кислородного датчика. Температура отработавших газов может быть оценена или измерена. Например, температура отработавших газов может быть оценена путем индексации таблицы или функции, позволяющей эмпирическим путем определить значения температуры отработавших газов на основе частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя. Если температура отработавших газов выше, чем пороговая температура, то ответ - "да", и способ 900 переходит к блоку 906. В противном случае, ответ - "нет", и способ 900 переходит к блоку 952.

В блоке 906 токочувствительный резистор кислородного датчика подключается к цепи нагревательного элемента кислородного датчика. Например, как показано на фиг. 2, контакт 216 реле может быть электрически связан с контактом 214 реле так, чтобы ток от источника 202 питания протекал через токочувствительный резистор 220 и нагревательный элемент 208. Токочувствительный резистор 320 на фиг. 3 может быть подключен к цепи 300 так, чтобы ток от источника 360 питания протекал через нагревательный элемент 308 кислородного датчика и токочувствительный резистор 320. Путем подключения токочувствительного резистора в цепь нагревательного элемента кислородного датчика можно определить значение тока через нагревательный элемент кислородного датчика. Способ 900 переходит к блоку 908 после того, как токочувствительный резистор подключен к цепи нагревательного элемента кислородного датчика.

В блоке 908 способ 900 приводит момент зажигания и скорость вращения холостого хода двигателя к базовым значениям. Момент зажигания и скорость вращения холостого хода двигателя корректируются до базовых значений для увеличения экономии топлива автомобилем, когда катализатор разогрет.Способ 900 переходит к блоку 910 после коррекции момента зажигания и скорости вращения холостого хода.

В блоке 910 способ 900 определяет время простоя двигателя. Например, таймер хранит момент времени, когда двигатель был остановлен, и сравнивает его со временем, когда двигатель перезапущен, что позволяет определить время простоя. Другими словами, время простоя - это время, в течение которого двигатель не вращается и не эксплуатируется. Способ 900 переходит к блоку 912 после определения времени простоя.

В блоке 912 способ 900 определяет, больше ли время простоя двигателя, чем заранее заданное пороговое значение (например, 6 часов). Если это так, то ответ - "да", и способ 900 переходит к блоку 914. В противном случае, ответ - "нет", и способ 900 переходит к блоку 930.

В блоке 914 способ 900 определяет температуру двигателя. Температура двигателя может быть определена при помощи температурного датчика головки цилиндра, датчика температуры хладагента двигателя или датчика температуры входного воздуха. Способ 900 переходит к блоку 916 после определения температуры двигателя.

В блоке 916 способ 900 определяет падение напряжения на токочувствительном резисторе в цепи нагревательного элемента кислородного датчика. Например, способ 900 определяет напряжение на контакте 214, как показано на фиг. 2, напряжение на контакте 384, как показано фиг. 3, или напряжение между контактами 465 и 466, как показано фиг. 4. Способ 900 переходит к блоку 918 после определения падения напряжения через токочувствительный резистор.

В блоке 918 способ 900 определяет ток I_H через нагревательный элемент кислородного датчика. Например, I_H может быть определен при помощи следующего уравнения:

где I_H - ток, проходящий через резистивный нагревательный элемент кислородного датчика, V_S - падение напряжения на резистивном нагревателе кислородного датчика и R_S - сопротивление токочувствительного резистора. Сопротивление резистивного нагревательного элемента кислородного датчика R_HAMB в условиях окружающей среды определяется при помощи следующего уравнения:

где R_HAMB - сопротивление резистивного нагревательного элемента кислородного датчика в условиях окружающей среды, V_source - выходное напряжение источника питания, соединенного с резистивным нагревательным элементом кислородного датчика (например, 202 на фиг. 2, 360 на фиг. 3 или 402 на фиг. 4), другие переменные описаны ранее. Способ 900 переходит к блоку 920 после определения сопротивления резистивного нагревательного элемента кислородного датчика в условиях окружающей среды.

В блоке 920 способ 900 определяет смещение сопротивления резистивного нагревательного элемента кислородного датчика. Кривая 606 на фиг. 6 может быть описана формулой T_H=FN_T_cal(R_H+R_OFF), где Т_Н - температура отработавших газов, определенная при помощи сопротивления резистивного нагревательного элемента кислородного датчика, R_OFF - смещение сопротивления резистивного нагревательного элемента кислородного датчика и FN_Tcal - функция, описывающая зависимость между сопротивлением нагревательного элемента кислородного датчика и температурой отработавших газов для идеального или номинального резистивного нагревательного элемента кислородного датчика (например, показанного на фиг. 5). Поэтому смещение сопротивления резистивного нагревательного элемента кислородного датчика определяется уравнением:

R_OFF=R_HAMB-FNR_cal(T_amb)

где T_amb - температура окружающей среды и FNRcal - функция, обратная FN_Tcal. Способ 900 переходит к блоку 930 после определения смещения значения сопротивления.

В блоке 930 способ 900 определяет смоделированную температуру отработавших газов и напряжение на токочувствительном резисторе. Например, смоделированная температура отработавших газов может быть оценена путем индексации таблицы или функции, позволяющей эмпирическим путем определить значения температуры отработавших газов на основе частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя. Текущее падение напряжения на токочувствительном резисторе определяется контроллером, получающим напряжение в точке 214 на фиг. 2, напряжение в точке 385 на фиг. 3 или напряжение между точками 465 и 466 на фиг. 4. Способ 900 переходит к блоку 932 после определения напряжения на токочувствительном резисторе и смоделированной температуры отработавших газов.

В блоке 932 способ 900 определяет значение тока через нагревательный элемент кислородного датчика и сопротивление резистивного нагревательного элемента. Ток через резистивный нагревательный элемент кислородного датчика определяется по уравнению:

Сопротивление резистивного нагревательного элемента кислородного датчика определяется по уравнению:

где R_H - сопротивление резистивного нагревательного элемента кислородного датчика, другие переменные описаны выше. Способ 900 переходит к блоку 934 после определения сопротивления резистивного нагревательного элемента кислородного датчика.

В блоке 934 способ 900 определяет температуру отработавших газов двигателя в том месте выпускной системы, где расположен кислородный датчик. Температура определяется при помощи уравнения T_H=FN_T_cal(R_H+R_OFF). Способ 900 переходит к блоку 936 после определения температуры отработавших газов.

В блоке 936 способ 900 определяет, больше ли температура отработавших газов пороговой температуры. Например, пороговая температура соответствует температуре, при превышении которой может увеличиться вероятность деградации компонента выпускной системы. Если способ 900 определяет, что температура отработавших газов больше, чем пороговая температура, то ответ - "да", и способ 900 переходит к блоку 938. В противном случае, ответ - "нет", и способ 900 переходит к блоку 940.

В блоке 938 способ 900 принимает меры для снижения температуры отработавших газов. Например, способ 900 изменяет воздушно-топливное отношение двигателя путем увеличения количества топлива, подаваемого в двигатель, а именно путем увеличения количества топлива, подаваемого в двигатель через инжекторы. Кроме того, способ 900 может предотвратить уменьшение подачи топлива при замедлении, когда впрыск топлива прекращается во время низких нагрузок, в то время как двигатель продолжает вращаться. Способ 900 переходит к концу алгоритма после выполнения действий по снижению температуры отработавших газов.

В блоке 940 способ 900 определяет, больше ли температура отработавших газов, измеренная при помощи резистивного нагревательного элемента кислородного датчика, минус смоделированная температура отработавших газов, чем пороговая температура. Разница температур может дать сведения относительно деградации нагревательного элемента кислородного датчика. Если способ 900 определяет, что температура отработавших газов, измеренная при помощи резистивного нагревательного элемента кислородного датчика минус смоделированная температура отработавших газов больше, чем пороговая температура, ответ - "да", и способ 900 переходит к блоку 942. В противном случае, ответ - "нет", и способ 900 переходит к концу алгоритма.

Нужно отметить, что если способ 900 выходит из алгоритма на блоке 940, то параметры двигателя и исполнительных механизмов могут быть скорректированы на основе температуры отработавших газов, определенных на основе сопротивления резистивного нагревательного элемента кислородного датчика. Например, скорость вращения холостого хода двигателя и массовый расход воздуха могут быть увеличены путем корректировки дросселя, если значения температур отработавших газов указывают на сниженную температуру катализатора.

В блоке 942 способ 900 ограничивает эксплуатацию автомобиля. Например, пиковая температура отработавших газов может быть ограничена путем ограничения крутящего момента двигателя за счет сокращения максимальной степени открытия дросселя или синхронизации клапана. Например, максимальный крутящий момент двигателя может быть уменьшен с 400 Н⋅м до 350 Н⋅м за счет сокращения максимальной степени открытия дросселя. Кроме того, способ 900 может предоставить водителю данные относительно деградации при помощи кода диагностики. Способ 900 переходит к концу алгоритма после того, как эксплуатация автомобиля ограничивается.

Таким образом, способ 900 определяет значение коррекции смещения сопротивления нагревательного элемента кислородного датчика. Затем смещение значения сопротивления вместе с сопротивлением резистивного нагревательного элемента кислородного датчика используется для оценки температуры отработавших газов.

Таким образом, способ, изображенный на фиг. 9, предусматривает способ для двигателя, содержащий:

получение данных от датчика в контроллере; оценку смещения сопротивления нагревательного элемента датчика отработавших газов относительно рабочей температуры двигателя, введенной в контроллер; оценку температуры отработавших газов двигателя на основе значения сопротивления датчика отработавших газов и смещения на основе указанных данных посредством контроллера и регулирование исполнительного механизма в соответствии с температурой отработавших газов двигателя. Настоящий способ предусматривает, что значение смещения основывается на значении электрического тока, протекающего через нагревательный элемент датчика отработавших газов. Настоящий способ предусматривает, что исполнительный механизм может быть топливным инжектором. Настоящий способ предусматривает, что исполнительный механизм может быть дросселем.

В некоторых примерах настоящий способ предусматривает, что нагревательный элемент датчика отработавших газов может входить в состав кислородного датчика отработавших газов. Настоящий способ также предусматривает, что значение смещения может основываться на внешних условиях эксплуатации. Настоящий способ предусматривает, что внешние условия эксплуатации могут содержать температуру двигателя.

Способ, изображенный на фиг. 9, также предусматривает способ для двигателя, содержащий: по прошествии времени простоя, большего, чем пороговое значение, получение данных от датчика в контроллере, оценку смещения сопротивления датчика отработавших газов относительно рабочей температуры двигателя на основе указанных данных посредством контроллера перед запуском двигателя и по прошествии времени простоя меньшего, чем пороговое значение, отсутствие оценки смещения и регулирование исполнительных механизмов в соответствии с температурой, определенную при помощи кислородного датчика. Настоящий способ предусматривает, что время простоя может быть временем, когда двигатель остановлен и не вращается. Настоящий способ предусматривает, что исполнительные механизмы могут регулироваться при помощи контроллера.

В некоторых примерах настоящий способ предусматривает, что смещение сопротивления может определяться на основе электрического тока через резистивный нагревательный элемент кислородного датчика. Кроме того, настоящий способ содержит оценку температуры отработавших газов на основе смещения сопротивления. Кроме того, настоящий способ содержит регулирование исполнительного механизма в соответствии с температурой отработавших газов. Настоящий способ предусматривает, что исполнительный механизм регулируют для снижения температуры отработавших газов. Как будет признано кем-либо из специалистов в данной области, способы, описанные на фиг. 9, могут представлять одну или несколько стратегий обработки данных, таких как событийно-управляемые, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.п. Также, различные шаги или проиллюстрированные функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях опущены. Аналогично, порядок обработки не является обязательным для того, чтобы получать объекты, особенности и преимущества, описанные здесь, но он представлен для простоты иллюстрации и описания. Несмотря на то, что это не указано явно, специалист в данной области признает, что один или несколько указанных шагов или функций могут выполняться неоднократно в зависимости от определенной используемой стратегии. Кроме того, указанные здесь способы могут быть комбинацией действий, предпринятых контроллером относительно материальных объектов и выполняемыми инструкциями в контроллере. По крайней мере, части способов управления и программы, раскрытые здесь, могут быть сохранены как выполняемые инструкции в долговременной памяти и могут быть выполнены системой управления, в том числе контроллером, в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другими аппаратными средствами двигателя. Кроме того, термины "аспиратор" или "Вентури" можно заменить термином "эжектор", так как эти устройства могут работать сходным образом.

Здесь завершается описание. Прочтение его специалистами могло бы напомнить ряд изменений и модификаций, не меняющих духа и объема описания. Например, одноцилиндровый двигатель, I2, I3, I4, I5, V6, V8, V10, V12 и двигатели V16, работающие в природном газе, бензине, дизельном топливе или других видах альтернативного топлива, могли бы с успехом использоваться в настоящем раскрытии.

Настоящее изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к способу (варианты) и системе для управления работой двигателя на основе температуры отработавших газов. Способ управления работой двигателя на основе температуры отработавших газов содержит шаги, на которых получают данные от датчика в контроллере, оценивают смещение значения сопротивления нагревательного элемента датчика кислорода по рабочей температуре двигателя и внешней температуре на основе указанных данных посредством контроллера, оценивают температуру отработавших газов двигателя на основе значения сопротивления нагревательного элемента датчика кислорода и указанного смещения при помощи контроллера, и регулируют исполнительный механизм в соответствии с температурой отработавших газов двигателя. Технический результат заключается в улучшении оценки температуры отработавших газов, уменьшении разрушения датчика температуры отработавших газов, компенсировании изменения характеристик датчика температуры отработавших газов, происходящем в течение длительного времени, вместо однократной компенсации характеристик датчика. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ управления работой двигателя на основе температуры отработавших газов, содержащий шаги, на которых:

получают данные от датчика в контроллере;

оценивают смещение значения сопротивления нагревательного элемента датчика кислорода по рабочей температуре двигателя и внешней температуре на основе указанных данных посредством контроллера;

оценивают температуру отработавших газов двигателя на основе значения сопротивления нагревательного элемента датчика кислорода и указанного смещения при помощи контроллера; и

регулируют исполнительный механизм в соответствии с температурой отработавших газов двигателя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное смещение определяют по электрическому току, протекающему через нагревательный элемент датчика кислорода.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что исполнительным механизмом является топливный инжектор.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что исполнительным механизмом является дроссель.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагревательный элемент датчика кислорода расположен в кислородном датчике отработавших газов.

6. Способ управления работой двигателя на основе температуры отработавших газов, содержащий шаги, на которых:

по прошествии времени простоя, большего, чем пороговое значение, получают данные от датчика в контроллере и оценивают смещение значения сопротивления датчика отработавших газов по рабочей температуре двигателя и внешней температуре на основе указанных данных посредством контроллера перед запуском двигателя; и

по прошествии времени простоя, меньшего, чем пороговое значение, не оценивают смещение и регулируют исполнительные механизмы в соответствии с температурой, определенной при помощи кислородного датчика.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что время простоя - это время, когда двигатель остановлен и не приведен во вращение.

8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что исполнительные механизмы регулируют при помощи контроллера.

9. Способ по п. 6, отличающийся тем, что смещение значения сопротивления определяют на основе значения электрического тока, протекающего через резистивный нагревательный элемент кислородного датчика.

10. Способ по п. 6, отличающийся тем, что температуру отработавших газов оценивают на основе смещения значения сопротивления.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что дополнительно регулируют исполнительный механизм в соответствии с температурой отработавших газов.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что исполнительный механизм регулируют для снижения температуры отработавших газов.

13. Система для управления работой двигателя на основе температуры отработавших газов, содержащая:

кислородный датчик в выпускном патрубке двигателя;

цепь с токочувствительным резистором и резистивным нагревательным элементом кислородного датчика; и

контроллер с долговременными инструкциями для оценки смещения значения сопротивления резистивного нагревательного элемента.

14. Система по п. 13, отличающаяся тем, что также содержит дополнительные инструкции для оценки температуры отработавших газов на основе указанного смещения.

15. Система по п. 14, отличающаяся тем, что также содержит дополнительные инструкции для определения смещения сопротивления по прошествии времени простоя двигателя, превышающего пороговое значение.

16. Система по п. 15, отличающаяся тем, что также содержит дополнительные инструкции, запрещающие определять смещение сопротивления по прошествии времени простоя двигателя, меньшего, чем пороговое значение.

17. Система по п. 16, отличающаяся тем, что смещение сопротивления оценивают относительно рабочей температуры двигателя.

18. Система по п. 17, отличающаяся тем, что содержит дополнительные инструкции для регулирования исполнительного механизма на основе указанного смещения.