Способ и система для идентификации и уменьшения дисбаланса воздушно-топливного отношения Российский патент 2020 года по МПК F02D41/00 F02D41/14 

Область техники

Настоящее описание в целом относится к способам и системам для идентификации и уменьшения дисбаланса цилиндра двигателя.

Уровень техники/Сущность изобретения

В современных автомобилях для доочистки отработавших газов бензиновых двигателей используются трехкомпонентые каталитические нейтрализаторы (ТКН). С ужесточением государственного регулирования автомобильных выбросов воздушно-топливное отношение каждого цилиндра многоцилиндрового двигателя тщательно отслеживается. В идеальном варианте каждый цилиндр двигателя должен быть оснащен датчиком состава отработавших газов для точного измерения воздушно-топливного отношения в цилиндре. Однако в связи с недостаточной доступностью на практике могут быть использованы датчики содержания кислорода в отработавших газах выше и ниже по потоку от ТКН для поддержания значения воздушно-топливного отношения близким к стехиометрическому.

Прочие варианты решения проблемы дисбаланса цилиндра содержат идентификацию и уменьшение дисбаланса воздушно-топливного отношения за счет установки датчиков до и за каталитическим нейтрализатором. Один из примерных подходов показан Йошикава (Yoshikawa) и соавт. в патенте США 8695568 В2. В нем блок управления воздушно-топливным отношением осуществляет основной контроль воздушно-топливного отношения на основе выходного сигнала датчика перед каталитическим нейтрализатором и вспомогательный контроль воздушно-топливного отношения на основе выходного сигнала датчика за каталитическим нейтрализатором. Далее межцилиндровый дисбаланс обнаруживают на основе изменения частоты вращения двигателя.

Однако авторы настоящего изобретения выявили возможные проблемы, связанные с подобными системами. В одном из примеров датчики до и за каталитическим нейтрализатором могут иметь разную чувствительность к воздушно-топливному отношению каждого цилиндра двигателя в связи с зонированным потоком отработавших газов. Особенно в двигателях без наддува физическая геометрия и устройство цилиндров двигателя создают неоднородный, зонированный поток отработавших газов в системе отработавших газов. Благодаря монолитной конструкции каталитического нейтрализатора, которая может применяться в некоторых примерах, зонированный поток отработавших газов сохраняется в каталитическом нейтрализаторе. Различные сбои, такие как дисбаланс воздушно-топливного отношения между цилиндрами, могут усугублять неравномерный зонированный поток отработавших газов так, что датчики до и за каталитическим нейтрализатором не смогут одинаково определить концентрацию отработавших газов для всех цилиндров. Таким образом, контроль воздушно-топливного отношения в патенте США 8695568 В2 может не обеспечить надлежащее уменьшение дисбаланса.

В одном из примеров проблемы, описанные выше, могут быть решены способом для идентификации и уменьшения дисбаланса цилиндра, содержащим: идентификацию цилиндра с дисбалансом за счет первого датчика, расположенного выше по потоку от каталитического нейтрализатора, и второго датчика, расположенного ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, причем первый и второй датчики установлены на противоположных сторонах относительно центральной оси выпускного канала; и регулирование топливными форсунками воздушно-топливного отношения цилиндра с дисбалансом на основе величины ошибки. Таким образом, цилиндр с дисбалансом может быть идентифицирован при использовании зонированного потока отработавших газов. Кроме того, воздушно-топливное отношение в цилиндре с дисбалансом может быть скорректировано без дополнительных измерений.

В одном из примеров дисбаланс между цилиндрами может быть обнаружен на основе выходных сигналов датчиков до и за каталитическим нейтрализатором.

Датчик до каталитического нейтрализатора установлен на противоположной стороне относительно центральной оси выпускного канала. В ответ на идентификацию цилиндра с дисбалансом происходит расчет величины ошибки воздушно-топливного отношения для цилиндра с дисбалансом. Затем выполняется корректировка количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр с дисбалансом, на основе величины ошибки. Таким образом, можно измерять и контролировать данные по воздушно-топливному отношению для отдельного цилиндра и для нескольких цилиндров. Таким образом, вместо уменьшения зонированного потока отработавших газов для улучшения контроля воздушно-топливного отношения зонированный поток отработавших газов принимают и используют для определения и последующей корректировки дисбаланса между цилиндрами.

Технический эффект идентификации цилиндра с дисбалансом при двух датчиках, установленных на противоположных сторонах относительно центральной оси выпускного канала, состоит в том, что воздушно-топливное отношение каждого цилиндра может быть точно определено различными датчиками. Технический эффект установки датчика перед каталитическим нейтрализатором выше по потоку от каталитического нейтрализатора и датчика за каталитическим нейтрализатором ниже по потоку от каталитического нейтрализатора состоит в том, что общее количество датчиков содержания кислорода в отработавших газах, использованное в системе двигателя, может быть минимизировано. Технический эффект регулировки воздушно-топливного отношения цилиндра с дисбалансом, основанной на выходных сигналах датчиков до и за каталитическим нейтрализатором, состоит в том, что дисбаланс можно уменьшить без дополнительной информации о системе двигателя. Таким образом, данный способ упрощает обнаружение и подавление дисбаланса между цилиндрами.

Следует понимать, что вышеуказанное краткое описание приведено лишь для упрощенного представления концепций, которые дополнительно раскрыты в разделе «Осуществление изобретения». Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивают вариантами осуществления, устраняющими какие-либо вышеуказанные недостатки или недостатки в любой другой части настоящего раскрытия.

Краткое описание чертежей

На ФИГ. 1 представлено схематическое изображение примерной системы автомобиля.

На ФИГ. 2 показан зонированный поток отработавших газов в системе доочистки отработавших газов.

На ФИГ. 3 представлена блок-схема, на которой проиллюстрирован примерный способ обнаружения и уменьшения дисбаланса между цилиндрами.

На ФИГ. 4 представлен пример справочной таблицы для идентификации цилиндра с дисбалансом и определения величины ошибки цилиндра с дисбалансом на основе выходного сигнала двух датчиков содержания кислорода в отработавших газах.

Осуществление изобретения

Нижеследующее описание относится к системам и способам обнаружения и уменьшения дисбаланса между цилиндрами. Системы и способы могут быть реализованы в автомобиле, таком как автомобильная система на ФИГ. 1. Как показано на ФИГ. 2, автомобиль может содержать систему многоцилиндрового двигателя и систему доочистки отработавших газов. Если один из нескольких цилиндров имеет ошибку, создающую дисбаланс воздушно-топливного отношения, состав отработавших газов может быть неравномерным по поперечному сечению выпускного канала и один датчик содержания кислорода в отработавших газах может не обнаруживать дисбаланс. Для обнаружения и уменьшения дисбаланса воздушно-топливного отношения при небольшой величине ошибки дисбаланса используются датчики до и за каталитическим нейтрализатором, установленные на выпускном канале. В связи с зонированным потоком отработавших газов на ФИГ. 2 датчики до и за каталитическим нейтрализатором имеют разную чувствительность к воздушно-топливному отношению каждого цилиндра двигателя. На ФИГ. 3 показан примерный способ идентификации и уменьшения дисбаланса воздушно-топливного отношения между цилиндрами с использованием различающейся чувствительности. На ФИГ. 4 представлен пример справочной таблицы для обнаружения цилиндра с дисбалансом на основе показаний датчиков до и за каталитическим нейтрализатором. Кроме того, может быть также определена величина ошибки цилиндра с дисбалансом.

На ФИГ. 1 представлена схема одного цилиндра многоцилиндрового двигателя 10, который может быть использован как часть движительной системы автомобиля. Двигателем 10 можно управлять, по крайней мере, частично с помощью управляющей системы, содержащей контроллер 12, и с помощью входных данных от водителя 132 автомобиля через вводное устройство 130. В этом примере вводное устройство 130 включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для создания пропорционального сигнала положения педали ПП. Камера сгорания (т.е. цилиндр) 30 двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания с поршнем 36, расположенным внутри них. Поршень 36 может соединяться с коленчатым валом 40 с возможностью возвратно-поступательного движения, передаваемого во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен, по крайней мере, с одним приводным колесом транспортного средства через промежуточную трансмиссионную систему. Дополнительно стартер может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик для возможности пуска двигателя 10.

В камеры 30 сгорания может поступать впускной воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42, а отработавшие газы, выделяющиеся при горении, могут выходить через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут селективно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов. В этом примере управление впускным клапаном 52 и выпускным клапаном 54 может осуществляться кулачковым приводом с одним или несколькими кулачками и может использоваться одна или несколько систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которыми может управлять контроллер 12 для регулировки работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 можно определять соответственно с помощью датчиков 55 и 57 положения. В альтернативных вариантах осуществления изобретения впускным клапаном 52 и/или выпускным клапаном 54 можно управлять посредством электропривода клапанов. Например, цилиндр 30 в качестве альтернативы может содержать впускной клапан, управляемый с помощью электропривода клапанов, и выпускной клапан, управляемый с помощью кулачкового привода, предусматривающий систему ППК и/или систему ИФКР.

В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с возможностью содержания одной или более топливных форсунок для впрыска топлива в цилиндры. В качестве неограничивающего примера цилиндр 30 изображен с одной топливной форсункой 66, через которую топливо подается из топливной системы 172. Топливная форсунка 66 изображена в непосредственном соединении с цилиндром 30 для непосредственного впрыска топлива пропорционально длительности импульса впрыска топлива (ДИВТ), полученного от контроллера 12 через электронный драйвер 68. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает то, что известно как непосредственный впрыск (НВ) топлива в цилиндр 30 сгорания.

Следует понимать, что в другом варианте осуществления форсунка 66 может являться топливной форсункой распределительного впрыска, подающей топливо во впускной канал выше по потоку от цилиндра 30. Следует также понимать, что топливо может поступать на цилиндр 30 из множества форсунок, например, из нескольких форсунок распределительного впрыска, непосредственного впрыска или их комбинации.

Далее на ФИГ. 1 впускной канал 42 может содержать дроссель 62 с дроссельной заслонкой 64. В этом конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 можно изменять с помощью контроллера 12 посредством сигнала, подаваемого на электромотор или привод, относящийся к дросселю 62, что составляет конфигурацию, обычно называемую электронным управлением дросселем (ЭУД). Таким образом, дроссель 62 может быть приведен в действие для регулирования подачи впускного воздуха в камеру 30 сгорания между другими цилиндрами двигателя. Данные о положении дроссельной заслонки 64 могут быть переданы в контроллер 12 посредством сигнала положения дросселя ПД. Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для подачи соответствующих сигналов МРВ и ДВК в контроллер 12.

Система 88 зажигания может обеспечивать искру зажигания для камеры 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания ОЗ от контроллера 12 при выбранных рабочих режимах. Несмотря на то, что компоненты системы зажигания изображены, в некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания или одна или более других камер сгорания двигателя 10 могут работать в режиме компрессионного зажигания с искрой или без искры.

Датчик 126 содержания кислорода в отработавших газах перед каталитическим нейтрализатором показан в соединении с выпускным каналом 48 выше по потоку от устройства 70 контроля токсичности. Датчиком 126 перед каталитическим нейтрализатором может быть любой подходящий датчик для обеспечения определения воздушно-топливного отношения отработавших газов, например, линейный широкополосный датчик содержания кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах), двухрежимный узкополосный датчик содержания кислорода или EGO, HEGO (нагреваемый EGO), датчик содержания оксидов азота, датчик содержания углеводородов или датчик содержания монооксида углерода. В одном из примеров датчик 126 до каталитического нейтрализатора представляет собой датчик UEGO, выполненный с возможностью выдачи сигнала, такого как сигнал напряжения, пропорционального количеству кислорода в отработавших газах. Выходной сигнал используется контроллером 12 для определения воздушно-топливного отношения в отработавших газах.

Устройство 70 контроля токсичности показано установленным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 до каталитического нейтрализатора. Устройство 70 может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (ТКН), выполненным с возможностью снижения содержания оксидов азота и окисления монооксида углерода и несгоревших углеводородов. В некоторых вариантах осуществления устройство 70 может представлять собой накопитель оксидов азота, различные другие устройства контроля токсичности или их комбинации.

Второй датчик 128 содержания кислорода в отработавших газах за каталитическим нейтрализатором показан в соединении с выпускным каналом 48 ниже по потоку от устройства 70 контроля токсичности. Датчик 128 за каталитическим нейтрализатором может быть установлен напротив датчика 126 перед каталитическим нейтрализатором относительно центральной оси выпускного канала 48 (см. ФИГ. 2). Датчик 128 ниже по потоку может быть любым соответствующим датчиком для определения воздушно-топливного отношения отработавших газов, например, датчиком UEGO, EGO, HEGO и т.д. В одном варианте осуществления датчик 128 за каталитическим нейтрализатором может быть датчиком HEGO, выполненным с возможностью определения относительного обогащения или обеднения отработавших газов после прохождения через катализатор. Таким образом, датчик HEGO может обеспечивать выходной сигнал в форме точки перехода или сигнал напряжения в точке, в которой отработавшие газы переходят из обогащенного состояния в обедненное.

Дополнительно в соответствии с раскрываемыми вариантами осуществления система рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять требуемую часть отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной канал 42 через канал 140 РОГ. Объем РОГ, подаваемый во впускной канал 42, может регулироваться контроллером 12 при помощи клапана 142 РОГ. Дополнительно в канале РОГ может быть установлен датчик 144 РОГ, который может обеспечивать указание одного или нескольких параметров отработавших газов, таких как давление, температура и концентрация. При некоторых условиях систему РОГ можно использовать для регулирования температуры воздушно-топливной смеси в камере сгорания.

Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство (МПУ) 102, порты 104 ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, показанную в данном конкретном примере в виде чипа 106 постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 108, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, среди которых: показание массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; показание температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, связанного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 40; положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 122. На основании сигнала ПЗ контроллер 12 может генерировать сигнал частоты вращения двигателя, ЧВД. Контроллер 12 задействует различные приводы на ФИГ. 1 для регулирования работы двигателя на основе принимаемых сигналов и инструкций, хранящихся в памяти контроллера. Например, воздушно-топливное отношение сгорания может быть отрегулировано посредством регулирования количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр 30 топливной форсункой 92.

Постоянное запоминающее устройство 106 среды хранения данных может быть запрограммировано с помощью машиночитаемых данных, представляющих собой долговременные инструкции, исполняемые процессором 102, для осуществления способов, раскрываемых далее, а также других вариантов, предвиденных, но не указанных в конкретном виде.

Как раскрыто выше, ФИГ. 1 иллюстрирует один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и каждый цилиндр может похожим образом содержать собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания и т.д.

На ФИГ. 2 показан неравномерный зонированный поток отработавших газов в выпускном канале 48 примерной системы 200 трехцилиндрового двигателя. Система 200 двигателя содержит три цилиндра 1, 2 и 3. Каталитический нейтрализатор 70 соединен с выпускным каналом 48. Центральная ось каталитического нейтрализатора 70 совпадает с центральной осью выпускного канала 240. Датчик 126 перед каталитическим нейтрализатором соединен с выпускным каналом 48 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70, а датчик 128 за каталитическим нейтрализатором соединен с выпускным каналом ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 70. Датчики до и за каталитическим нейтрализатором установлены на противоположных сторонах выпускного канала относительно центральной оси выпускного канала 240. Центральная ось 240 является продольной осью для направления потока отработавших газов через каналы блока-носителя каталитического нейтрализатора. В сравнении с датчиком 128 за каталитическим нейтрализатором через датчик 126 перед каталитическим нейтрализатором проходит больше отработавших газов из цилиндра 1, как показано пунктирной линией 211. В сравнении с датчиком 126 перед каталитическим нейтрализатором через датчик 128 за каталитическим нейтрализатором проходит больше отработавших газов из цилиндра 3, как показано пунктирной линией 231. Большая часть отработавших газов из цилиндра 2 проходит через центральную ось выпускного канала 240. Таким образом, датчик 126 перед каталитическим нейтрализатором более чувствителен к воздушно-топливному отношению цилиндра 1, а датчик 128 за каталитическим нейтрализатором более чувствителен к воздушно-топливному отношению цилиндра 3. Датчик 126 перед каталитическим нейтрализатором и датчик 128 за каталитическим нейтрализатором обладают одинаковой чувствительностью к воздушно-топливному отношению цилиндра 2.

На ФИГ. 3 представлен пример способа 300 для обнаружения цилиндра с дисбалансом и уменьшения дисбаланса на основе показаний датчика до каталитического нейтрализатора (такого как датчик 126 на ФИГ. 2) и датчика за каталитическим нейтрализатором (такого как датчик 128 на ФИГ. 2).

Инструкции по осуществлению способа 300 и остальных способов, предусматриваемых данным раскрытием, могут быть выполнены контроллером на основании инструкций, хранящихся в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, получаемыми от датчиков системы двигателя, таких как датчики, раскрытые выше, применительно к ФИГ. 1-2. Контроллер может задействовать приводы системы двигателя для регулировки работы двигателя в соответствии со способами, раскрытыми ниже.

Способ 300 начинается на шаге 301, где оцениваются рабочие условия. Рабочие условия двигателя могут содержать, но не ограничиваются, рабочим состоянием двигателя, воздушно-топливным отношением сгорания, температурой хладагента двигателя, температурой каталитического нейтрализатора и т.д. Рабочие условия могут измеряться одним или несколькими датчиками, соединенными с контроллером, или могут рассчитываться или выводиться на основании доступных данных.

На шаге 302 способ 300 определяет стратегию управления воздушно-топливным отношением на основе оцененных рабочих условий. Стратегия управления подачей топлива может быть реализована модулем управления подачей топлива в контроллере. Стратегия управления подачей топлива может содержать открытый и закрытый контур управления подачей топлива. В открытом контуре управления подачей топлива объем топлива впрыскивается согласно заранее установленной взаимосвязи между воздушно-топливным отношением и соответствующей операцией топливной форсунки. В закрытом контуре управления подачей топлива объем впрыскиваемого топлива может быть определен на основе обратной связи от воздушно-топливного отношения, измеренного датчиком содержания кислорода в отработавших газах перед каталитическим нейтрализатором или датчиком содержания кислорода в отработавших газах за каталитическим нейтрализатором. Например, закрытый контур управления подачей топлива может быть реализован с ПИД-контроллером. Количество топлива, впрыснутого в цилиндр двигателя может быть отрегулировано посредством корректировки множителя в модуле управления подачей топлива.

Если выбран открытый контур управления подачей топлива, способ 300 переходит на шаг 303, где управление двигателем осуществляется с помощью текущей стратегии управления подачей топлива. Если выбран закрытый контур управления подачей топлива, способ 300 переходит на шаг 304.

На шаге 304 способ 300 измеряет воздушно-топливное отношение выше и ниже по потоку при помощи датчиков до и за каталитическим нейтрализатором. На основе измеренного воздушно-топливного отношения может быть определен состав отработавших газов и воздушно-топливный состав перед сгоранием.

Стехиометрическое воздушно-топливное отношение для бензина обычно находится рядом с 14.7. Воздушно-топливное отношение может быть представлено как лямбда воздушно-топливного отношения, λ. Стехиометрическое воздушно-топливное отношение близко к 1. Обратной величиной λ является коэффициент компонентов, Ф. Коэффициент компонентов является воздушно-топливным отношением и обычно близок к 1 для стехиометрического горения.

В варианте осуществления датчик перед каталитическим нейтрализатором - это датчик UEGO, а датчик за каталитическим нейтрализатором - это датчик HEGO. Показания датчика HEGO могут быть преобразованы на основе передаточной функции, чтобы их можно было сравнить с показаниями датчика UEGO.

На шаге 305 способ 300 определяет, можно ли отрегулировать объем впрыскиваемого топлива без ограничений. Например, способ 300 может проверить, ограничено ли управление подачей топлива при использовании ПИД-контроллера. Во избежание насыщения интегратора интегральное значение ПИД-контроллера может быть ограничено. Если управление подачей топлива ограничено, способ 300 определяет, нужно ли продолжать мониторинг воздушно-топливного отношения на шаге 313. Если управление подачей топлива не ограничено, способ 300 переходит на шаг 306.

На шаге 313 способ 300 определяет, имеется ли необходимость в продолжении мониторинга воздушно-топливного отношения в закрытом контуре управления подачей топлива. Например, в ответ на изменение рабочих условий способ 300 может перейти к выходу. Если способ 300 определяет, что необходимо продолжение мониторинга воздушно-топливного отношения, воздушно-топливное отношение выше и ниже по потоку от каталитического нейтрализатора измеряется на шаге 304. В ином случае, способ 300 переходит к выходу.

На шаге 306 обрабатываются воздушно-топливные отношения, измеренные датчиками до и за каталитическим нейтрализатором. В примере измерение может быть усредненным и фильтрованным для удаления высокочастотных помех и увеличения соотношения сигнала к помехам.

На шаге 307 способ 300 определяет, существует ли дисбаланс воздушно-топливного отношения для цилиндра. Если воздушно-топливные отношения для датчиков до и за каталитическим нейтрализатором равны 1, то способ 300 может определить, что цилиндры сбалансированы и дальнейшая регулировка не требуется. Затем способ 300 переходит на шаг 313 и при необходимости может продолжать мониторинг воздушно-топливного отношения посредством закрытого контура управления подачей топлива. Если одно из воздушно-топливных отношений согласно датчикам до и за каталитическим нейтрализатором не равно 1, то способ 300 переходит на шаг 308 для идентификации цилиндра с дисбалансом.

На шаге 308 способ 300 определяет, может ли цилиндр с дисбалансом быть определен на основе обработанного измерения 306. Например, если два датчика содержания кислорода в отработавших газах имеют противоположные показания, такие как если воздушно-топливное отношение одного датчика больше 1 и воздушно-топливное отношение другого датчика меньше 1, то цилиндр с дисбалансом не может быть определен. Затем способ 300 переходит на шаг 312, где может быть установлен соответствующий диагностический код.

В ином случае, если два датчика содержания кислорода в отработавших газах показывают богатое или бедное отношение, или если воздушно-топливное отношение одного датчика содержания кислорода в отработавших газах равно 1, цилиндр с дисбалансом и тип ошибки дисбаланса (дисбаланс с богатым отношением или дисбаланс с бедным отношением) могут быть определены по справочной таблице. Справочная таблица может быть составлена на основе измерений датчиков до и за каталитическим нейтрализатором.

В варианте осуществления ошибка дисбаланса может быть определена одним из датчиков содержания кислорода в отработавших газах с большей чувствительностью к воздушно-топливному отношению цилиндра с дисбалансом. Например, для трехцилиндрового блока цилиндр с дисбалансом может быть определен на основе справочной таблицы, показанной на ФИГ. 4. На ФИГ. 4 воздушно-топливное отношение датчика перед каталитическим нейтрализатором Ф₁ и воздушно-топливное отношение датчика за каталитическим нейтрализатором Ф₂ могут быть получены от системы двигателя, показанной на ФИГ. 1-2. В первом примере, если воздушно-топливное отношение датчика перед каталитическим нейтрализатором больше 1 и воздушно-топливное отношение датчика за каталитическим нейтрализатором равно 1, то способ 300 может определить цилиндр 1 с дисбалансом с богатым отношением. Во втором примере, если воздушно-топливное отношение датчика перед каталитическим нейтрализатором меньше 1 и воздушно-топливное отношение датчика за каталитическим нейтрализатором равно 1, то способ 300 может определить цилиндр 1 с дисбалансом с бедным отношением. В третьем примере, если воздушно-топливное отношение датчика перед каталитическим нейтрализатором больше 1 и воздушно-топливное отношение датчика за каталитическим нейтрализатором больше 1, то способ 300 может определить цилиндр 2 с дисбалансом с богатым отношением. В четвертом примере, если воздушно-топливное отношение датчика перед каталитическим нейтрализатором меньше 1 и воздушно-топливное отношение датчика за каталитическим нейтрализатором меньше 1, то способ 300 может определить цилиндр 2 с дисбалансом с бедным отношением. В пятом примере, если воздушно-топливное отношение датчика перед каталитическим нейтрализатором равно 1 и воздушно-топливное отношение датчика за каталитическим нейтрализатором больше 1, то способ 300 может определить цилиндр 3 с дисбалансом с богатым отношением. В шестом примере, если воздушно-топливное отношение датчика перед каталитическим нейтрализатором равно 1 и воздушно-топливное отношение датчика за каталитическим нейтрализатором меньше 1, то способ 300 может определить цилиндр 3 с дисбалансом с бедным отношением. После идентификации цилиндра с дисбалансом и соответствующей ошибки цилиндра способ 300 переходит на шаг 309.

На шаге 309 определяется величина ошибки цилиндра с дисбалансом. В варианте осуществления величина ошибки может быть определена датчиком с большей чувствительностью к воздушно-топливному отношению цилиндра с дисбалансом. Например, если на шаге 308 (например, первый пример на шаге 308) определено, что цилиндр 1 обладает дисбалансом с богатым отношением, показание датчика перед каталитическим нейтрализатором, более чувствительного к воздушно-топливному отношению цилиндра 1, может быть использовано для расчета величины ошибки. В частности, ошибка с богатым отношением цилиндра 1 может быть рассчитана по формуле Ф₁-1. В другом примере, если на шаге 308 (например, четвертый пример на шаге 308) определено, что цилиндр 2 обладает дисбалансом с бедным отношением, так как датчики до и за каталитическим нейтрализатором обладают одинаковой чувствительностью к воздушно-топливному отношению цилиндра 2, для расчета величины ошибки может использоваться воздушно-топливное отношение любого датчика. В частности, ошибка с бедным отношением цилиндра 2 может быть рассчитана по формулам 1-Ф₁ или 1-Ф₂.

В другом варианте осуществления величина ошибки может быть определена из отношения выходного сигнала датчика до каталитического нейтрализатора Ф₁ и выходного сигнала датчика за каталитическим нейтрализатором Ф₂. Как показано на ФИГ. 4, в первом примере, если цилиндр 1 обладает дисбалансом с богатым отношением, величина ошибки может быть рассчитана по формуле Ф₁/Ф₂-1. Во втором примере, если определено, что цилиндр 1 обладает дисбалансом с бедным отношением, величина ошибки может быть рассчитана по формуле 1-Ф₁/Ф₂. В третьем примере, если определено, что цилиндр 2 обладает дисбалансом с богатым отношением, величина ошибки может быть рассчитана по формуле Ф₁-1 или Ф₂-1. В четвертом примере, если определено, что цилиндр 2 обладает дисбалансом с бедным отношением, величина ошибки может быть рассчитана по формуле 1-Ф₁ или 1-Ф₂. В пятом примере, если определено, что цилиндр 3 обладает дисбалансом с богатым отношением, величина ошибки может быть рассчитана по формуле Ф₂/Ф₁-1. В шестом примере, если определено, что цилиндр 3 обладает дисбалансом с бедным отношением, величина ошибки может быть рассчитана по формуле 1-Ф₂/Ф₁.

На шаге 310 дисбаланс между цилиндрами уменьшают посредством регулирования количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр с дисбалансом. Регулировка количества топлива основана на величине ошибки, определенной на шаге 309. Регулировка топлива может быть реализована посредством корректировки множителя в модуле контроля топлива контроллера. Для цилиндра с дисбалансом с богатым отношением множитель может быть задан разностью между 1 и величиной ошибки. Например, если цилиндр обладает дисбалансом с богатым отношением и величиной ошибки, равной 30%, множитель может быть задан равным 1-30%=70%. Для цилиндра с дисбалансом с бедным отношением множитель может быть задан суммой между величиной ошибки и 1. Например, если цилиндр обладает дисбалансом с бедным отношением и величиной ошибки, равной 30%, множитель может быть задан равным 1+30%=130%.

На шаге 311 способ 300 определяет, улучшено ли состояние дисбаланса цилиндра. Улучшение может быть определено посредством сравнения текущего выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах с выходным сигналом, полученным до уменьшения дисбаланса. Например, если текущее воздушно-топливное отношение обоих датчиков содержания кислорода в отработавших газах стало ближе к 1 в сравнении с показаниями до уменьшения дисбаланса, способ 300 определяет, что имеется улучшение и переходит на шаг 313. На шаге 313 способ 300 определяет, нужно ли продолжать мониторинг воздушно-топливного отношения. При отсутствии улучшения состояния дисбаланса цилиндра способ 300 устанавливает диагностический код на шаге 312 и переходит к выходу.

Таким образом, на основе различной чувствительности двух датчиков содержания кислорода в отработавших газах к воздушно-топливному отношению каждого цилиндра может быть определен дисбаланс между цилиндрами. Цилиндр с дисбалансом и величина ошибки могут также быть определены на основе выходного сигнала датчика без дополнительных измерений. Дисбаланс воздушно-топливного отношения цилиндра можно также уменьшить посредством регулирования количества впрыскиваемого топлива на основе величины ошибки, рассчитанной по выходным сигналам датчиков. Таким образом, за счет использования зонированного потока отработавших газов можно быстро определить цилиндр с дисбалансом и уменьшить его в закрытом контуре управления подачей топлива, выполнив простые расчеты. Текущий способ можно также комбинировать с другими способами контроля обратной связи для быстрой регулировки воздушно-топливного отношения при дисбалансе.

В одном варианте осуществления способ для многоцилиндрового двигателя содержит идентификацию цилиндра с дисбалансом за счет первого датчика, расположенного выше по потоку от каталитического нейтрализатора, и второго датчика, расположенного ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, причем первый и второй датчики установлены на противоположных сторонах относительно центральной оси выпускного канала; и регулирование топливной форсункой воздушно-топливного отношения цилиндра с дисбалансом. В первом примере способа первый датчик более чувствителен к воздушно-топливному отношению первого цилиндра, чем остальных цилиндров, где центральная ось является продольной осью для направления потока отработавших газов через каналы блока-носителя каталитического нейтрализатора. Второй пример способа в варианте осуществления изобретения содержит первый пример, где второй датчик более чувствителен к воздушно-топливному отношению третьего цилиндра, чем остальных цилиндров. Третий пример способа в варианте осуществления изобретения содержит один или несколько первых и вторых примеров, где первый и второй датчики имеют одинаковую чувствительность к воздушно-топливному отношению второго цилиндра. Четвертый пример способа в варианте осуществления изобретения содержит один или несколько примеров с первого по третий, где воздушно-топливное отношение второго цилиндра дисбалансировано в сторону обогащения, если первый и второй датчики показывают богатое отношение. Пятый пример способа в варианте осуществления изобретения содержит один или несколько примеров с первого по четвертый, где воздушно-топливное отношение второго цилиндра дисбалансировано в сторону обеднения, если первый и второй датчики показывают бедное отношение. Шестой пример способа в варианте осуществления изобретения содержит один или несколько примеров с первого по пятый, где воздушно-топливное отношение цилиндра с дисбалансом регулируется на основе величины ошибки цилиндра с дисбалансом, определенной на основе показаний первого или второго датчика с большей чувствительностью к воздушно-топливному отношению цилиндра с дисбалансом. Седьмой пример способа в варианте осуществления изобретения содержит один или несколько примеров с первого по шестой, где первый датчик - это датчик UEGO, а второй датчик - это датчик HEGO.

В одном варианте осуществления способ для многоцилиндрового двигателя содержит обнаружение дисбаланса между цилиндрами за счет первого датчика, расположенного выше по потоку от каталитического нейтрализатора, и второго датчика, расположенного ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, причем первый датчик и второй датчик обладают разной чувствительностью к воздушно-топливному отношению каждого цилиндра; определение величины ошибки цилиндра с дисбалансом за счет первого и второго датчиков; уменьшение дисбаланса между цилиндрами на основе величины ошибки посредством регулирования подачи топлива, впрыскиваемого в цилиндр с дисбалансом. В первом примере способа первый и второй датчики установлены на противоположных сторонах относительно центральной оси выпускного канала. Второй пример способа в варианте осуществления изобретения содержит первый пример, где первый датчик более чувствителен к воздушно-топливному отношению первого цилиндра, чем остальных цилиндров, второй датчик более чувствителен к воздушно-топливному отношению третьего цилиндра, чем остальных цилиндров, а первый и второй датчики обладают одинаковой чувствительностью к воздушно-топливному отношению второго цилиндра. Третий пример способа в варианте осуществления изобретения содержит один или несколько первых и вторых примеров, а также величину ошибки первого цилиндра, основанную на отношении воздушно-топливных отношений от первого и второго датчиков, и величину ошибки третьего цилиндра, основанную на отношении между воздушно-топливными отношениями от второго и первого датчиков. Четвертый пример способа в варианте осуществления изобретения содержит один или несколько примеров с первого по третий, где величина ошибки второго цилиндра основана на сравнении относительного воздушно-топливного от первого датчика с 1. Пятый пример способа в варианте осуществления изобретения содержит один или несколько примеров с первого по четвертый, где величина ошибки второго цилиндра основана на сравнении относительного воздушно-топливного отношения от второго датчика с 1. Шестой пример способа в варианте осуществления изобретения содержит один или несколько примеров с первого по пятый, где подачу топлива, впрыскиваемого в цилиндр с дисбалансом, регулируют посредством изменения множителя топливной форсунки, связанной с цилиндром с дисбалансом, а измененное значение множителя основано на величине ошибки цилиндра с дисбалансом.

В одном варианте осуществления изобретения система двигателя содержит несколько цилиндров; по меньшей мере одну топливную форсунку для впрыска топлива в каждый цилиндр; выпускной канал; каталитический нейтрализатор, соединенный с выпускным каналом; первый датчик содержания кислорода в отработавших газах, соединенный с выпускным каналом выше по потоку от каталитического нейтрализатора; второй датчик содержания кислорода в отработавших газах ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, где первый и второй датчики содержания кислорода в газах установлены друг напротив друга относительно центральной оси выпускного канала; и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, хранящимися в долговременной памяти для: идентификации цилиндра с дисбалансом по справочной таблице на основе показаний датчиков содержания кислорода в отработавших газах до и за каталитическим нейтрализатором; и в ответ на идентификацию цилиндра с дисбалансом - уменьшения дисбаланса цилиндра на основе величины ошибки цилиндра с дисбалансом. В первом примере способа, где через первый датчик содержания кислорода в отработавших газах проходит больше отработавших газов из первого цилиндра, чем из третьего цилиндра, и через второй датчик содержания кислорода в отработавших газах проходит больше отработавших газов из третьего цилиндра, чем из первого цилиндра. Второй пример способа в варианте осуществления изобретения содержит первый пример, где величину ошибки цилиндра с дисбалансом определяют на основе показаний первого и второго датчиков содержания кислорода в отработавших газах. Третий пример способа в варианте осуществления изобретения содержит один или несколько первых и вторых примеров, где дисбаланс цилиндра уменьшают посредством регулирования объема топлива, впрыскиваемого топливной форсункой в цилиндр с дисбалансом. Четвертый пример способа в варианте осуществления изобретения содержит один или несколько примеров с первого по третий, где первый датчик содержания кислорода в отработавших газах - это датчик UEGO, второй датчик содержания кислорода в отработавших газах - это датчик HEGO, и выходной сигнал датчика HEGO преобразуют посредством передаточной функции.

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

Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, 1-4, 1-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего раскрытия изобретения содержит все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящей заявке.

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

Представлены способы и системы для идентификации и уменьшения дисбаланса воздушно-топливного отношения цилиндра. В одном примере способ может содержать идентификацию цилиндра с дисбалансом на основе показаний двух датчиков содержания кислорода, расположенных выше и ниже по потоку от каталитического нейтрализатора в выпускном канале, и уменьшение дисбаланса на основе величины ошибки, определенной по показаниям. Техническим результатом является обнаружение и подавление дисбаланса между цилиндрами. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ для многоцилиндрового двигателя, содержащий следующие шаги:

идентифицируют цилиндр с дисбалансом за счет первого датчика, расположенного выше по потоку от каталитического нейтрализатора, и второго датчика, расположенного ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, причем первый и второй датчики установлены на противоположных сторонах относительно центральной оси выпускного канала; и

регулируют топливной форсункой воздушно-топливное отношение цилиндра с дисбалансом.

2. Способ по п. 1, в котором первый датчик более чувствителен к воздушно-топливному отношению первого цилиндра, чем остальных цилиндров, причем центральная ось является продольной осью по направлению потока отработавших газов через каналы блока-носителя каталитического нейтрализатора.

3. Способ по п. 1, в котором второй датчик более чувствителен к воздушно-топливному отношению третьего цилиндра, чем остальных цилиндров.

4. Способ по п. 1, в котором первый датчик и второй датчик имеют одинаковую чувствительность к воздушно-топливному отношению второго цилиндра.

5. Способ по п. 4, в котором воздушно-топливное отношение второго цилиндра дисбалансировано в сторону обогащения, если первый и второй датчики показывают богатое отношение.

6. Способ по п. 4, в котором воздушно-топливное отношение второго цилиндра дисбалансировано в сторону обеднения, если первый и второй датчики показывают бедное отношение.

7. Способ по п. 1, в котором воздушно-топливное отношение цилиндра с дисбалансом регулируют на основе величины ошибки цилиндра с дисбалансом, определенной на основе показаний первого датчика или второго датчика с большей чувствительностью к воздушно-топливному отношению цилиндра с дисбалансом.

8. Способ по п. 1, в котором первый датчик представляет собой универсальный датчик содержания кислорода в отработавших газах (UEGO), а второй датчик представляет собой нагреваемый датчик содержания кислорода в отработавших газах (HEGO).

9. Способ для многоцилиндрового двигателя, содержащий следующие шаги:

обнаруживают дисбаланс между цилиндрами за счет первого датчика, расположенного выше по потоку от каталитического нейтрализатора, и второго датчика, расположенного ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, причем первый и второй датчики обладают разной чувствительностью к воздушно-топливному отношению каждого цилиндра;

определяют величину ошибки цилиндра с дисбалансом за счет первого и второго датчиков; и

уменьшают дисбаланс между цилиндрами на основе величины ошибки посредством регулирования подачи топлива, впрыскиваемого в цилиндр с дисбалансом.

10. Способ по п. 9, в котором первый и второй датчики установлены на противоположных сторонах относительно центральной оси выпускного канала.

11. Способ по п. 9, в котором первый датчик более чувствителен к воздушно-топливному отношению первого цилиндра, чем остальных цилиндров, второй датчик более чувствителен к воздушно-топливному отношению третьего цилиндра, чем остальных цилиндров, и первый и второй датчики обладают одинаковой чувствительностью к воздушно-топливному отношению второго цилиндра.

12. Способ по п. 11, в котором величина ошибки первого цилиндра основана на отношении воздушно-топливных отношений от первого и второго датчиков, а величина ошибки третьего цилиндра основана на отношении между воздушно-топливными отношениями от второго и первого датчиков.

13. Способ по п. 11, в котором величина ошибки второго цилиндра основана на сравнении относительного воздушно-топливного отношения от первого датчика с 1.

14. Способ по п. 11, в котором величина ошибки второго цилиндра основана на сравнении относительного воздушно-топливного отношения от второго датчика с 1.

15. Способ по п. 9, в котором подачу топлива, впрыскиваемого в цилиндр с дисбалансом, регулируют посредством изменения множителя топливной форсунки, связанной с цилиндром с дисбалансом, а величина изменения основана на величине ошибки цилиндра с дисбалансом.

16. Система двигателя, содержащая:

несколько цилиндров;

по меньшей мере одну топливную форсунку для впрыска топлива в каждый цилиндр;

выпускной канал;

каталитический нейтрализатор, соединенный с выпускным каналом;

первый датчик содержания кислорода в отработавших газах, соединенный с выпускным каналом выше по потоку от каталитического нейтрализатора;

второй датчик содержания кислорода в отработавших газах, соединенный с выпускным каналом ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, причем первый и второй датчики содержания кислорода в отработавших газах установлены на противоположных сторонах относительно центральной оси выпускного канала; и

контроллер, выполненный с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти, для

идентификации цилиндра с дисбалансом посредством справочной таблицы на основе показаний датчиков содержания кислорода в отработавших газах до каталитического нейтрализатора и за каталитическим нейтрализатором; и

в ответ на идентификацию цилиндра с дисбалансом, уменьшения дисбаланса цилиндра на основе величины ошибки цилиндра с дисбалансом.

17. Система двигателя по п. 16, в которой через первый датчик содержания кислорода в отработавших газах проходит больше отработавших газов из первого цилиндра, чем из третьего цилиндра, и через второй датчик содержания кислорода в отработавших газах проходит больше отработавших газов из третьего цилиндра, чем из первого цилиндра.

18. Система двигателя по п. 16, в которой величину ошибки цилиндра с дисбалансом определяют на основе показаний первого и второго датчиков содержания кислорода в отработавших газах.

19. Система двигателя по п. 16, в которой дисбаланс цилиндра уменьшают посредством регулирования объема топлива, впрыскиваемого топливной форсункой в цилиндр с дисбалансом.

20. Система двигателя по п. 16, в которой первый датчик содержания кислорода в отработавших газах представляет собой универсальный датчик содержания кислорода в отработавших газах (UEGO), второй датчик содержания кислорода в отработавших газах представляет собой нагреваемый датчик содержания кислорода в отработавших газах (HEGO), и выходной сигнал датчика HEGO преобразуют посредством передаточной функции.