Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится в целом к автотранспортным средствам, оснащенным двигателем внутреннего сгорания.
Более конкретно, оно относится к двигателю автотранспортного средства с управляемым зажиганием и с непрямым впрыском, содержащему:
- камеру сгорания,
- впускной воздушный трубопровод, который выходит в камеру сгорания и оснащен впускным клапаном, выполненным с возможностью регулировать расход воздуха в указанном трубопроводе, и по меньшей мере одним топливным инжектором,
- выпускной трубопровод для выпуска отработавших газов за пределы камеры сгорания,
- педаль акселератора, и
- вычислительное устройство, выполненное с возможностью определять положение или силу, действующую на педаль акселератора, и управлять впускным клапаном и каждым топливным инжектором.
Изобретение относится также к способу управления таким двигателем.
Уровень техники
В двигателе с управляемым зажиганием и с непрямым впрыском топливные инжекторы подают топливо не напрямую в цилиндры двигателя, а перед впускными клапанами двигателя.
Во время впрыска топлива основная часть топлива моментально испаряется и всасывается в цилиндры. Остальная часть топлива оседает на стенках каналов вблизи впускных клапанов, что приводит к появлению пленки жидкости, которая испаряется медленнее.
Это явление известно под названием «смачивание стенок».
Отпуская педаль акселератора без торможения, водитель ожидает легкого замедления транспортного средства.
На практике это отпускание выражается постепенным закрыванием клапана впуска свежего воздуха и регулированием расхода впрыскиваемого топлива таким образом, чтобы степень обогащения смеси оставалась равной 1.
Как указано, например, в документе FR3064683, остановка впрыска топлива обычно происходит до полного или почти полного закрывания клапана впуска свежего воздуха. В этот момент степень обогащения смеси должна упасть до 0.
Заявитель отметил, что по причине явления смачивания стенок вопреки ожиданиям степень обогащения на практике имеет пик в момент остановки впрыска топлива.
При этом заявитель заметил, что пленка топлива, смачивающая стенки, продолжает медленно испаряться и питать цилиндры топливом, тогда как расход свежего воздуха уменьшился, поэтому смесь становится «обогащенной» топливом.
Это явление имеет ряд недостатков.
Первым недостатком является то, что обогащение смеси приводит к ухудшению сгорания, в результате чего производится больше оксида углерода и несгоревших углеводородов. Эффективность обработки отработавших газов снижается, что приводит к увеличению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.
Другим недостатком является то, что это явление попутно создает не равный нулю крутящий момент, создающий неудобство для водителя.
Раскрытие сущности изобретения
Чтобы преодолеть вышеупомянутые недостатки известных технических решений, настоящим изобретением предложен упомянутый во вступительной части способ управления, содержащий:
а) этап определения положения или силы, действующей на педаль акселератора, затем, если определенное положение или определенная действующая сила указывает на полное отпускание педали акселератора,
b) этап частичного закрывания впускного клапана, во время которого инжекторами управляют таким образом, чтобы степень обогащения воздушно-топливной смеси, поступающей в камеру сгорания, оставалась близкой к 1, затем, когда инжекторы прекращают впрыскивать топливо,
с) этап определения остаточного расхода топлива, поступающего в камеру сгорания, и, пока остаточный расход топлива (Qcarb) не равен нулю,
d) этап управления впускным клапаном в зависимости от остаточного расхода топлива таким образом, чтобы указанная степень обогащения оставалась близкой к 1.
Таким образом, благодаря изобретению, когда инжекторы перестают впрыскивать топливо в двигатель, степень обогащения двигателя продолжают регулировать, но используя не инжекторы (которые регулировали степень обогащения в зависимости от расхода воздуха), а клапан впуска свежего воздуха (который регулирует степень обогащения в зависимости от остаточного расхода топлива).
Таким образом, смесь, присутствующая в камере сгорания, имеет надлежащую степень обогащения, чтобы максимально ограничить выбросы загрязняющих веществ двигателя.
Заявленный способ управления имеет также следующие другие предпочтительные и неограничивающие отличительные признаки, рассматриваемые отдельно или во всех возможных технических комбинациях:
- трубопровод выпуска отработавших газов содержит датчик обогащения;
- на этапе d) управление положением впускного клапана осуществляют при помощи контура обратной связи с учетом измерений, произведенных датчиком обогащения;
- на этапе d) управление положением впускного клапана осуществляют в открытом контуре при помощи заранее определенной модели;
- на этапе d) предусмотрено определение значения крутящего момента и управление средством отбора крутящего момента в зависимости от определенного таким образом значения;
- крутящий момент отбирают при помощи генератора переменного тока и/или электрической машины, которая связана с колесами автотранспортного средства, и/или при помощи средств торможения колес автотранспортного средства;
- на этапе b) управление инжекторами осуществляют при помощи контура обратной связи с учетом измерений, произведенных датчиком обогащения.
Изобретением предложен также определенный во вступлении двигатель, вычислительное устройство которого запрограммировано для осуществления вышеупомянутого способа управления.
Разумеется, различные отличительные признаки, версии и варианты выполнения изобретения можно объединять друг с другом в разных комбинациях, если только они не являются несовместимыми друг с другом или взаимоисключающими.
Краткое описание чертежей
Нижеследующее описание со ссылками на прилагаемые чертежи, представленные в качестве неограничивающих примеров, позволяет понять, в чем состоит изобретение и каким образом оно может быть реализовано.
На прилагаемых чертежах:
на фиг. 1 схематично показан двигатель внутреннего сгорания в соответствии с изобретением;
на фиг. 2 представлено изменение по времени расхода воздуха, нагнетаемого в камеру сгорания двигателя, показанного на фиг. 1;
на фиг. 3 представлено изменение по времени степени обогащения смеси, впрыскиваемой на входе камеры сгорания двигателя, показанного на фиг. 1;
на фиг. 4 представлено изменение по времени степени обогащения смеси, поступающей в камеру сгорания двигателя, показанного на фиг. 1;
на фиг. 5 представлено правило управления инжекторами двигателя, показанного на фиг. 1, во время первой фазы;
на фиг. 6 представлено правило управления впускным клапаном двигателя, показанного на фиг. 1, во время второй фазы.
В описании термины «вход» и «выход» используются в соответствии с направлением прохождения газов от точки отбора свежего воздуха в атмосфере до выхода отработавших газов в атмосферу.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 схематично показан двигатель 1 внутреннего сгорания автотранспортного средства, который содержит моторный блок 10, оснащенный коленчатым валом и четырьмя поршнями (не показаны), расположенными в четырех цилиндрах 11.
Эти поршни и эти цилиндры ограничивают вместе камеру сгорания.
В данном случае этот двигатель является двигателем с управляемым зажиганием. Таким образом, он содержит свечи в своих цилиндрах 11.
На входе цилиндров 11 двигатель 1 внутреннего сгорания содержит впускной трубопровод 20, который отбирает свежий воздух в атмосфере и который выходит в воздушный коллектор 25, выполненный с возможностью распределять свежий воздух в каждый из четырех цилиндров 11 моторного блока 10.
Этот впускной трубопровод 20 содержит по направлению прохождения свежего воздуха воздушный фильтр 21, который фильтрует отбираемый в атмосфере свежий воздух, компрессор 22, который сжимает свежий воздух, отфильтрованный воздушным фильтром 21, главный воздушный охладитель 23, который охлаждает этот сжатый свежий воздух, и впускной клапан 24, который позволяет регулировать расход свежего воздуха Qair, поступающего в воздушный коллектор 25.
На выходе цилиндров 11 двигатель 1 внутреннего сгорания содержит выпускной трубопровод 80, который проходит от выпускного коллектора 81, в который поступают газы, сгоревшие в цилиндрах 11, до выпускного глушителя 87, позволяющего расширять отработавшие газы до их удаления в атмосферу. Кроме того, в направлении прохождения отработавших газов он содержит турбину 82, приводящую во вращение компрессор 22, и каталитический нейтрализатор 83 для обработки отработавших газов.
В данном случае двигатель не содержит трубопровода циркуляции отработавших газов. В варианте он может, например, дополнительно содержать трубопровод рециркуляции отработавших газов от выпускного трубопровода к впускному трубопроводу высокого или низкого давления, более известному под названием EGR (от английского: Exhaust Gas Recycling).
Кроме того, двигатель 1 внутреннего сгорания содержит систему 60 впрыска топлива, которая содержит инжекционный насос 62, выполненный с возможностью отбирать топливо в баке 61, чтобы подавать его под давлением в распределительную рампу 63.
Двигатель является двигателем с непрямым впрыском.
Следовательно, эта система 11 впрыска содержит инжекторы 64, входы которых сообщаются с распределительной рампой 63 и выходы которых выходят на входе цилиндров 11 в воздушный коллектор 25 или в каналы моторного блока, соединяющие воздушный коллектор 25 с четырьмя цилиндрами 11.
Для управления различными органами двигателя 1 внутреннего сгорания и, в частности, впускным клапаном 24 и инжекторами 64, предусмотрено вычислительное устройство 100, содержащее процессор (CPU), оперативную память (RAM), постоянную память (ROM), аналого-цифровые преобразователи (A/D) и различные входные и выходные интерфейсы.
Благодаря своим входным интерфейсам, вычислительное устройство 100 может принимать от различных датчиков входные сигналы, относящиеся к работе двигателя.
Так, оно выполнено, в частности, с возможностью принимать сигнал, относящийся к углу нажатия α педали акселератора.
Оно выполнено также с возможностью принимать сигнал, относящийся к степени обогащения λ смеси топлива и свежего воздуха, нагнетаемой в камеру сгорания. В данном случае этот сигнал поступает от датчика 40 кислорода, расположенного в выпускном трубопроводе 80 на входе каталитического нейтрализатора 83.
Благодаря картографии, заранее определенной на испытательном стенде и записанной в постоянной памяти вычислительного устройства 100, последнее может генерировать выходные сигналы для каждого рабочего условия двигателя.
Наконец, благодаря своим выходным интерфейсам, вычислительное устройство 100 может передавать эти выходные сигналы в различные органы двигателя, в частности, во впускной клапан 24 и в инжекторы 64.
После запуска двигателя свежий воздух, отбираемый в атмосфере через впускной трубопровод 20, фильтруется воздушным фильтром 21, сжимается компрессором 22, охлаждается главным воздушным охладителем 23, затем сгорает в цилиндрах 11.
После выхода из цилиндров 11 отработавшие газы расширяются на турбине 82, обрабатываются и фильтруются в каталитическом нейтрализаторе 83, затем опять расширяются в выпускном глушителе 87, после чего выбрасываются в атмосферу.
Вычислительное устройство запрограммировано для осуществления процедуры управления рекурсивно, то есть в замкнутом контуре и с равномерным шагом времени.
Этот способ управления содержит четыре основных этапа.
На первом этапе а) определяют угловое положение α педали 30 акселератора.
Этот этап осуществляют при помощи датчика положения, который определяет это угловое положение и передает его в вычислительное устройство 100.
В варианте вычислительное устройство может получать давление нажатия, которое производит водитель на эту педаль.
В любом случае по завершении этого этапа вычислительное устройство определяет, указывают или нет последние значения определенного углового положения α на полное отпускание педали 30 акселератора водителем.
Если это не так, процесс прерывается, затем опять возобновляется с равномерным интервалом.
В противном случае, если педаль акселератора была отпущена, способ продолжается вторым этапом b), в ходе которого впускным клапаном 24 управляют таким образом, чтобы он частично закрылся для уменьшения крутящего момента, двигающего транспортное средство вперед.
Как показано на фиг. 2-4, этот этап b) начинается в момент t0. На фиг. 2-4 видно, что перед этим моментом рабочая точка двигателя была стабилизированной (расход нагнетаемого воздуха Qair был постоянным, и степень обогащения λ смеси была по существу равна 1).
Впускным клапаном 24 управляют таким образом, чтобы он закрывался в соответствии с заранее определенным профилем скорости (например, при постоянной скорости).
Как показано на фиг. 5, во время этого этапа вырабатывают заданное значение, направляемое в инжекторы 64, таким образом, чтобы поддерживать степень обогащения λ равной 1 (или как можно ближе к 1).
Для этого вычислительное устройство 100 использует контур обратной связи, учитывающий измерения, производимые датчиком 40 кислорода.
Этот контур обратной связи получает на входе заданное значение Сλ степени обогащения, в данном случае равное 1.
На выходе он выдает заданное значение расхода топлива для впрыска, которое в данном случае представляет собой заданное значение Ti времени открывания инжекторов 64 на каждом цикле.
Учет этого заданного значения в двигателе 1 позволяет произвести новое измерение степени обогащения λ при помощи датчика 40 кислорода.
Разность ε между измеренной степенью обогащения λ и заданным значением Сλ степени обогащения позволяет определить при помощи регулятора 90 (например, типа ПИД-регулятора) значение ТС поправки времени открывания инжекторов 64.
Так, заданное значение Ti времени открывания, передаваемое в инжекторы 64, равно сумме этого значения ТС поправки и заранее определенного значения ti (с учетом рабочей точки двигателя).
Этот контур обратной связи позволяет, таким образом, корректировать количество впрыскиваемого топлива в зависимости от положения впускного клапана 24.
По завершении этого этапа b) инжекторы 64 перестают впрыскивать топливо в двигатель.
На фиг. 2 видно, что в этот момент t1 расход воздуха Qair значительно уменьшился, но не является нулевым.
На фиг. 3 видно, что при прекращении впрыска топлива степень обогащения λinj смеси на уровне инжекторов 64 резко падает до нуля.
Наконец, на фиг. 4 отмечается, что с учетом явления смачивания стенок степень обогащения λ смеси, поступающей в цилиндры 11, не падает моментально.
Чтобы избежать изменения степени обогащения λ, что повлияло бы на работу двигателя (и, в частности, на эффективность обработки отработавших газов каталитическим нейтрализатором), способ продолжают таким образом, чтобы на этот раз корректировать положение впускного клапана 24 по количеству топлива, поступающему в цилиндры 11.
Для этого во время третьего этапа с) вычислительное устройство определяет остаточный расход топлива Qcarb, получаемый за счет топливной пленки, смачивающей стенки и постепенно испаряющейся.
Для этого оно использует модель смачивания стенок, определенную заранее и записанную в его постоянной памяти. Такая модель описана, например, в документе FR2760045.
Наконец, в ходе последнего этапа d) вычислительное устройство 100 управляет впускным клапаном 24 в зависимости от этого остаточного расхода топлива Qcarb таким образом, чтобы степень обогащения λ оставалась равной или близкой к 1.
Для этого впускным клапаном 24 можно управлять в открытом контуре при помощи заранее определенной модели. Действительно, степень обогащения получают равной 1, когда расход воздуха равен 14,7-кратному расходу топлива. При этом впускным клапаном 24 можно управлять просто таким образом, чтобы он пропускал расход воздуха Qair, равный 14,7-кратному расходу топлива Qcarb.
Тем не менее, для управления впускным клапаном 24 вычислительное устройство 100 предпочтительно использует правило управления в замкнутом контуре.
Используемый контур обратной связи показан на фиг. 6.
Этот контур обратной связи получает на входе заданное значение Сλ степени обогащения, в данном случае равное 1.
На выходе он выдает заданное значение расхода воздуха Qair для нагнетания в цилиндры 11 на каждом цикле.
Учет этого заданного значения в двигателе 1 позволяет произвести новое измерение степени обогащения λ при помощи датчика 40 кислорода.
Разность ε между измеренной степенью обогащения λ и заданным значением Сλ степени обогащения позволяет определить при помощи регулятора 91 (например, типа ПИД-регулятора) значение поправки QC нагнетаемого расхода воздуха.
Так, заданное значение расхода воздуха Qair, передаваемое во впускной клапан 24, равно сумме этого значения поправки QC и контрольного значения Qi, заранее определенного с учетом рабочей точки двигателя.
Таким образом, этот контур обратной связи позволяет корректировать количество нагнетаемого воздуха в зависимости от остаточного расхода топлива Qcarb.
По завершении этого этапа d) в момент t2 все остаточное топливо испаряется, и степень обогащения в цилиндрах резко падает до нуля.
Понятно, что во время этапа d) между моментами t1 и t2 поддержание степени обогащения в значении 1 приведет к сохранению не равного нулю крутящего момента, тогда как водитель полностью отпустил педаль акселератора и ожидает, что двигатель 1 должен производить нулевой крутящий момент.
Чтобы избежать такой неожиданности для водителя, можно определить значение этого крутящего момента (например, в зависимости от нагнетаемого расхода воздуха и от известной производительности двигателя) и соответственно управлять средством отбора крутящего момента, то есть средством, которое поглощает этот крутящий момент, чтобы не допустить его передачи на колеса транспортного средства.
Например, можно управлять генератором переменного тока двигателя таким образом, чтобы он отбирал этот излишек крутящего момента.
В варианте можно использовать электрическую машину, которая связана с коленчатым валом двигателя или с колесами автотранспортного средства и которая может работать в режиме двигателя и в режиме генератора. Эта электрическая машина позволит отбирать крутящий момент и преобразовывать его в электрическую энергию, чтобы подзаряжать аккумуляторную батарею транспортного средства или чтобы питать электрические приборы двигателя.
Еще в одном варианте можно использовать средства торможения колес автотранспортного средства таким образом, чтобы контролировать крутящий момент при помощи момента торможения.
Данное изобретение ни в коем случае не ограничивается описанным и показанным вариантом осуществления, и специалист в данной области может предусмотреть любую его версию в рамках изобретения.
Изобретение может быть использовано в системах управления двигателем внутреннего сгорания. Предложен способ управления двигателем (1) автотранспортного средства с управляемым зажиганием и с непрямым впрыском, содержащий: а) этап определения положения педали (30) акселератора, затем в случае полного отпускания педали, b) этап частичного закрывания впускного клапана (24), установленного во впускном трубопроводе и управления инжекторами, затем, когда инжекторы (64) прекращают впрыскивать топливо, с) этап определения остаточного расхода топлива, поступающего в камеру сгорания, и d) этап управления указанным впускным клапаном в зависимости от остаточного расхода топлива таким образом, чтобы указанная степень обогащения (λ) оставалась близкой к 1. Изобретение позволяет снизить токсичность двигателя внутреннего сгорания. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.
1. Способ управления двигателем (1) автотранспортного средства с управляемым зажиганием и с непрямым впрыском, при этом указанный двигатель (1) содержит:
- камеру сгорания,
- впускной воздушный трубопровод (20), который выходит в камеру сгорания и оснащен впускным клапаном (24), выполненным с возможностью регулировать расход воздуха, проходящего по указанному трубопроводу, и по меньшей мере одним топливным инжектором (64),
- выпускной трубопровод (80) для выпуска отработавших газов за пределы камеры сгорания,
- педаль (30) акселератора, и
- вычислительное устройство (100), выполненное с возможностью определять положение (α) или силу, действующую на педаль (30) акселератора, и управлять впускным клапаном (24) и каждым топливным инжектором (64),
отличающийся тем, что способ управления содержит:
а) этап определения положения (α) или силы, действующей на педаль (30) акселератора, затем, если определенное положение (α) или определенная действующая сила указывает на полное отпускание педали (30) акселератора,
b) этап частичного закрывания впускного клапана (24), во время которого инжекторами управляют таким образом, чтобы степень обогащения (λ) воздушно-топливной смеси, поступающей в камеру сгорания, оставалась близкой к 1, затем, когда инжекторы (64) прекращают впрыскивать топливо,
с) этап определения остаточного расхода топлива (Qcarb), поступающего в камеру сгорания, и, пока остаточный расход топлива (Qcarb) не равен нулю,
d) этап управления впускным клапаном (24) в зависимости от остаточного расхода топлива (Qcarb) таким образом, чтобы указанная степень обогащения (λ) оставалась близкой к 1.
2. Способ управления по п. 1, в котором выпускной трубопровод (80) содержит датчик (40) обогащения, и на этапе d) управление положением впускного клапана (24) осуществляют при помощи контура обратной связи с учетом измерений, произведенных датчиком (40) обогащения.
3. Способ управления по п. 1, в котором на этапе d) управление положением впускного клапана (24) осуществляют в открытом контуре при помощи заранее определенной модели.
4. Способ управления по одному из пп. 1-3, в котором на этапе d) предусмотрено определение значения крутящего момента и управление средством отбора крутящего момента в зависимости от определенного значения.
5. Способ управления по п. 4, в котором крутящий момент отбирают при помощи генератора переменного тока и/или электрической машины, и/или при помощи средств торможения колес автотранспортного средства.
6. Способ управления по одному из пп. 1-5, в котором выпускной трубопровод (80) содержит датчик (40) обогащения, и на этапе b) управление инжекторами (64) осуществляют при помощи контура обратной связи с учетом измерений, произведенных датчиком (40) обогащения.
7. Двигатель с управляемым зажиганием и с непрямым впрыском, содержащий:
- камеру сгорания,
- впускной воздушный трубопровод (20), который выходит в камеру сгорания и оснащен впускным клапаном (24), выполненным с возможностью регулировать расход воздуха, проходящий по указанному трубопроводу, и по меньшей мере одним топливным инжектором (64),
- выпускной трубопровод (80) для выпуска отработавших газов за пределы камеры сгорания,
- педаль (30) акселератора, и
- вычислительное устройство (100), выполненное с возможностью определять положение (α) или силу, действующую на педаль (30) акселератора, и управлять впускным клапаном (24) и каждым топливным инжектором (64),
отличающийся тем, что вычислительное устройство запрограммировано для осуществления способа управления по одному из пп. 1-6.
| DE 102010042770 A1, 26.04.2012 | |||
| FR 3064683 A1, 05.10.2018 | |||
| DE 10336102 A1, 10.03.2005 | |||
| DE 102008041689 A1, 04.03.2010 | |||
| СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА В РЕЖИМЕ ОТСЕЧКИ ТОПЛИВА ПРИ ЗАМЕДЛЕНИИ | 2016 |
|
RU2719253C2 |
