СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВПРЫСКОМ ВОДЫ В ДВИГАТЕЛЬ
METHOD (EMBODIMENTS) AND SYSTEM FOR CONTROL OF WATER INJECTION TO ENGINE

Область техники
Настоящее изобретение относится в основном к способам и системам для управления впрыском воды для обеспечения разбавления заряда в двигателе.
Уровень техники и раскрытие изобретения
Двигатели внутреннего сгорания могут содержать системы впрыска воды, позволяющие выполнять впрыск воды во множество мест, в том числе, во впускной коллектор, выше по потоку от цилиндров двигателя или непосредственно в цилиндры двигателя. Впрыск воды во впускной воздух двигателя может повысить экономию топлива и характеристики двигателя, а также уменьшить выбросы вредных веществ из двигателя. Когда воду впрыскивают во впускной коллектор двигателя или в цилиндры, вода получает тепло от впускного воздуха и/или от компонентов двигателя. Это тепло приводит к образованию пара, то есть, к охлаждению. Впрыск воды во впускной воздух (например, во впускном коллекторе) понижает как температуру впускного воздуха, так и температуру сгорания в цилиндрах двигателя. За счет охлаждения впускного заряда воздуха можно снизить склонность к детонации без смещения воздушно-топливного отношения сгорания в сторону обогащения. Это может быть реализовано для более высокой степени сжатия, момента зажигания с опережением и для уменьшения температуры отработавших газов. В результате увеличивается эффективность использования топлива. Кроме того, более высокий объемный КПД может обеспечить увеличенный крутящий момент. Кроме того, сниженная температура сгорания, обеспеченная впрыском воды, может уменьшить образование оксидов азота (NOx), в то время как более эффективная топливная смесь может уменьшить выбросы окиси углерода и углеводородов.
Впрыском воды можно управлять на основе обратной связи от датчика содержания кислорода в отработавших газах. В частности, впрыскиваемая вода может обеспечить эффект разбавления, и датчик содержания кислорода может измерить изменение содержания кислорода в отработавших газах, которое происходит в результате получившегося разбавления. Например, как показано Леоне и др. в патенте США 8960133, количеством воды, впрыснутой для уменьшения детонации, управляют на основе количества избыточного кислорода, обнаруживаемого датчиком содержания кислорода в отработавших газах.
Однако авторы настоящего изобретения обнаружили возможные проблемы в таком подходе. Подход '133 полагается на единственный водяной инжектор, управляемый однократно. Следовательно, ошибка впрыска воды, измеренная посредством датчика содержания кислорода в отработавших газах, приписывается только тому впрыску воды, который затем корректируется должным образом. В системах двигателя, выполненных с несколькими водяными инжекторами, различные количества воды могут быть впрыснуты в любой момент времени в различные места двигателя для охлаждения впускного заряда, охлаждения компонентов и разбавления заряда (например, одновременно). Это может усложнить назначение ошибок впрыска воды для различных впрысков и выполнение корректировки впрыска воды. В качестве другого варианта, в системе, возможно, потребуется использование нескольких датчиков, расположенных в различных местах, что увеличит стоимость и сложность такой системы. В другом примере каждый водяной инжектор может иметь отдельные пределы впрыска в зависимости от места впрыска воды и преобладающих условий работы двигателя. Например, производительность водяного инжектора коллектора может быть ограничена влажностью коллектора, которая, в свою очередь, представляет собой функцию температуры и давления воздуха в коллекторе. Различия пределов впрыска могут усложнить корректировку ошибок впрыска воды. Ошибки впрыска воды могут привести к детонации в двигателе, событиям пропуска зажигания в цилиндрах, а также к нестабильности сгорания.
В одном примере некоторые вышеупомянутые проблемы могут быть решены посредством способа для двигателя, содержащего: впрыск воды в различные места двигателя, в качестве реакции на требование по разбавлению в двигателе и на требование по охлаждению двигателя; и корректировку общего количества воды для впрыска на основе обратной связи от датчика содержания кислорода в отработавших газах, работающего в режиме переменного напряжения. Таким образом, могут быть лучше скорректированы ошибки впрыска воды.
Например, воду могут одновременно впрыскивать в несколько мест двигателя, для удовлетворения требования по охлаждению двигателя (например, для уменьшения детонации) и требования по разбавлению в двигателе. Например, воду могут впрыскивать во впускной коллектор через инжектор коллектора и во впускной порт через инжектор впрыска во впускной порт. Общее количество воды, впрыскиваемой по команде в двигатель, а также отношение общего количества воды, впрыскиваемой по команде в каждое место, может быть основано на требовании по охлаждению двигателя относительно требования по разбавлению в двигателе. Кроме того, требование по разбавлению в двигателе может соблюдаться при использовании рециркуляции отработавших газов (РОГ). Датчик содержания кислорода в отработавших газах может работать в режиме переменного напряжения до и после впрыска воды, и количество избыточного кислорода в отработавших газах, измеренное датчиком, может быть приписано общему количеству воды, которая была получена в двигателе. Затем ошибка впрыска воды может быть определена на основе полного количества воды, заданного командой, и измеренного полного количества воды. Затем контроллер двигателя может измерить пределы впрыска для каждого водяного инжектора, содержащие верхние и нижние пороговые значения и допуски ошибок. На основе начального отношения впрыска воды могут быть обновлены значение и направленность ошибки впрыска воды, а также пределы впрыска для каждого водяного инжектора, команды впрыска воды для различных инжекторов. Например, если ошибка требует добавления дополнительного количества воды, и ошибка не может быть симметрично разделена между двумя инжекторами вследствие достижения предела впрыска для одного инжектора, то ошибка может быть разделена асимметричным образом. В одном примере ошибка может быть устранена посредством увеличения количества воды для впрыска через инжектор коллектора до тех пор, пока не будет достигнута точка насыщенности водой коллектора, после чего ошибка может быть компенсирована посредством увеличения впрыска воды через инжектор впрыска во впускной порт.
Таким образом, впрыск воды может использоваться в качестве замены РОГ, а также одновременно для уменьшения детонации, и датчик содержания кислорода в отработавших газах может использоваться для управления с обратной связью по текучей среде РОГ и по уменьшению детонации. Технический эффект от использования обратной связи от датчика содержания кислорода, позволяющей определить полную ошибку впрыска воды и значение компенсации ошибки, посредством распределения значения ошибки между различными водяными инжекторами на основе индивидуальных пределов для этих инжекторов, состоит в возможности улучшенной компенсации ошибки впрыска воды. За счет использования воды, позволяющего обеспечить требование по разбавлению в двигателе и требование по охлаждению двигателя, можно устранить проблемы, связанные с детонацией и нестабильностью сгорания, с уменьшенной потребностью в запаздывании зажигания, что повышает экономию топлива. Управление датчиком содержания кислорода в отработавших газах в режиме переменного напряжения позволяет распределить значение избытка воды в двигателе для всех мест впрыска воды, и полное изменение количества кислорода может быть связано со значением полного впрыска воды. Использование существующего датчика содержания кислорода в отработавших газах для управления с обратной связью впрыском воды из нескольких инжекторов, позволяет уменьшить потребность в специальных датчиках, в том числе, в датчиках для каждого отдельного места впрыска воды.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие изобретения служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это раскрытие не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана схема системы двигателя, выполненной с возможностью впрыска воды.
На фиг. 2 показана высокоуровневая блок-схема алгоритма для обеспечения управления впрыском воды с замкнутой петлей обратной связи, на основе показаний датчика содержания кислорода в отработавших газах, работающего в режиме переменного напряжения.
На фиг. 3 показана высокоуровневая блок-схема алгоритма для измерения ошибки впрыска воды и регулирования впрыска воды на основе этой ошибки.
На фиг. 4 показан график, иллюстрирующий пример регулирования впрыска воды в различных местах, на основе обратной связи от датчика содержания кислорода в отработавших газах.
Осуществление изобретения
Нижеследующее раскрытие относится к системам и способам для точной оценки ошибки впрыска воды после впрыска воды из системы впрыска воды, соединенной с двигателем автомобиля, как раскрыто со ссылкой на систему автомобиля, показанную на фиг. 1. Система двигателя может быть выполнена с возможностью впрыска воды в различных местах, например, во впускной коллектор, во впускной порт и непосредственно в цилиндр, что позволяет показать разнообразные преимущества впрыска воды, такие как охлаждение впускного заряда воздуха, охлаждение компонентов двигателя и разбавление в двигателе. Контроллер может быть выполнен с возможностью выполнения управляющей программы, например, программы, показанной в качестве примера на фиг. 2-3 и позволяющей измерять ошибку впрыска воды на основе показаний датчика содержания кислорода в отработавших газах, работающего в режиме переменного напряжения. Затем контроллер может компенсировать ошибку посредством раздельного регулирования количества впрыскиваемой воды из различных водяных инжекторов. Пример измерения и компенсации ошибки впрыска воды показан на фиг. 4. За счет обеспечения более точного впрыска большего количества воды в двигатель, преимущества впрыска воды могут быть распространены на более широкий диапазон условий работы двигателя. В результате, может быть улучшено использование воды, что позволяет обеспечить значительные улучшения по экономии топлива и производительности автомобиля.
На фиг. 1 показан в виде схемы вариант осуществления системы 60 впрыска воды и системы 100 двигателя, в автомобиле 102. В изображенном варианте осуществления двигатель 10 представляет собой двигатель с наддувом, соединенный с турбонагнетателем 13, содержащим компрессор 14, приводимый в движение турбиной 16. В частности, атмосферный воздух может поступать через впускной канал 142 в двигатель 10 через воздушный фильтр 11 и может двигаться к компрессору 14. Компрессор представляет собой подходящий компрессор впускного воздуха, например, с приводом от мотора, или может иметь привод от ведущего вала, если представляет собой компрессор механического нагнетателя. В системе 100 двигателя компрессор показан как компрессор турбонагнетателя, механически соединенный с турбиной 16 посредством вала 19, где турбина 16 может приводиться в движение расширяющимися отработавшими газами двигателя. В одном варианте осуществления компрессор и турбина могут быть соединены внутри турбонагнетателя с двойной улиткой. В другом варианте осуществления турбонагнетатель может представлять собой турбонагнетатель с изменяемой геометрией (ТИГ), в котором геометрия турбины может изменяться активным образом как функция частоты вращения двигателя и других условий работы.
Как показано на фиг. 1, компрессор 14 соединен через охладитель 18 заряда воздуха (ОЗВ) с клапаном 20 дросселя (например, впускного дросселя). Например, ОЗВ может представлять собой теплообменник типа «воздух-воздух» или теплообменник типа «воздух-охлаждающая жидкость». Клапан 20 дросселя соединен с впускным коллектором 22 двигателя. От компрессора 14 заряд горячего сжатого воздуха поступает во впускное отверстие ОЗВ 18, охлаждается при прохождении через ОЗВ и затем выходит из ОЗВ и двигается через клапан 20 дросселя во впускной коллектор 22. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, давление заряда воздуха внутри впускного коллектора может быть измерено датчиком 24 давления воздуха в коллекторе (ДВК), а давление наддува может быть измерено датчиком 124 давления наддува. Перепускной клапан компрессора (не показанный на схеме) может быть соединен последовательно между впускным отверстием и выпускным отверстием компрессора 14. Перепускной клапан компрессора может представлять собой нормально закрытый клапан, выполненный с возможностью открытия при выбранных рабочих условиях для уменьшения избыточного давления наддува. Например, перепускной клапан компрессора может быть открыт во время уменьшения частоты вращения двигателя для предотвращения помпажа компрессора.
Впускной коллектор 22 соединен последовательно с камерами 180 сгорания или цилиндрами посредством набора впускных клапанов (не показанных на схеме). Как показано на фиг. 1, впускной коллектор 22 расположен выше по потоку от всех камер 180 сгорания двигателя 10. В различных местах впускного канала могут быть расположены датчики для определения температуры впускного воздуха в соответствующих местах, например, датчик 23 температуры заряда воздуха в коллекторе (ТЗК) и датчик 125 температуры заряда воздуха (ТЗВ). В некоторых примерах датчики ТЗК и ТЗВ могут представлять собой термисторы, и выходной сигнал этих термисторов может быть использован для определения температуры впускного воздуха в канале 142. Датчик 23 ТЗК может быть расположен между дросселем 20 и впускными клапанами камер 180 сгорания. Датчик 125 ТЗВ может быть расположен выше по потоку от ОЗВ 18, как показано на схеме, однако в альтернативных вариантах осуществления датчик 125 ТЗВ может быть расположен выше по потоку от компрессора 14. Например, температура воздуха может затем использоваться совместно с температурой охлаждающей жидкости двигателя для вычисления количества топлива, подаваемого в двигатель.
Камеры сгорания дополнительно соединены с выпускным коллектором 136 посредством набора выпускных клапанов (не показанных на схеме). В изображенном варианте осуществления показан единственный выпускной коллектор 136. Однако в других вариантах осуществления выпускной коллектор может содержать множество секций выпускного коллектора. Варианты осуществления с множеством секций выпускного коллектора могут обеспечивать подачу отработавших газов из различных камер сгорания в различные места системы двигателя. Универсальный датчик 126 содержания кислорода в отработавших газах УДКОГ (UEGO) показан соединенным с выпускным коллектором 136 выше по потоку от турбины 16. В качестве альтернативы вместо датчика 126 УДКОГ может использоваться бистабильный датчик содержания кислорода в отработавших газах.
Как показано на фиг. 1, отработавшие газы от одной или нескольких секций выпускного коллектора направляют к турбине 16 для приведения ее в движение. Когда требуется уменьшенный крутящий момент турбины, часть отработавших газов могут направить вместо этого через перепускную заслонку (не показанную на схеме) с обходом турбины. Затем объединенные потоки отработавших газов из турбины и перепускной заслонки имеют возможность прохождения через устройство 70 снижения токсичности отработавших газов. В целом одно или несколько устройств 70 снижения токсичности отработавших газов могут содержать один или несколько выпускных каталитических нейтрализаторов, выполненных с возможностью каталитической обработки потока отработавших газов, и, таким образом, уменьшения количества одного или более веществ в потоке отработавших газов. В одном примере устройство снижения токсичности отработавших газов 70 может содержать трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН).
Все отработавшие газы или их часть, после обработки в устройстве 70 снижения токсичности отработавших газов, могут быть выпущены в атмосферу через выпускной трубопровод 35. Однако в зависимости от условий работы, часть отработавших газов могут направить вместо этого в канал 151 рециркуляции отработавших газов (РОГ) через охладитель 50 РОГ и клапан 152 РОГ, к впускному отверстию компрессора 14. Таким образом, компрессор выполнен с возможностью получения отработавших газов, отводимых (например, захватываемых) из области ниже по потоку от турбины 16. Клапан 152 РОГ могут открыть для направления управляемого количества охлажденных отработавших газов к впускному отверстию компрессора для управления процессом сгорания и для управления выбросами вредных веществ. Таким образом, система 100 двигателя адаптирована для использования внешней системы РОГ низкого давления (НД). В других вариантах осуществления система РОГ может представлять собой систему РОГ высокого давления с каналом 151 РОГ, соединяющим область выше по потоку от турбины 16 и область ниже по потоку от компрессора 14. В некоторых вариантах осуществления датчик 23 ТЗК может быть установлен для определения температуры заряда в коллекторе, и может получать воздух и отработавшие газы, циркулирующие через канал 151 РОГ.
Камеры сгорания дополнительно соединены с выпускным коллектором 136 посредством набора выпускных клапанов (не показанных на схеме). Камеры 180 сгорания закрыты головкой 182 блока цилиндров и соединены с топливными инжекторами 179 (хотя на фиг. 1 показан только один топливный инжектор, каждая камера сгорания содержит соединенный с ней топливный инжектор). Топливо могут подавать в топливный инжектор 179 посредством топливной системы (не показанной на схеме), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу. Кроме того, камера 180 сгорания выполнена с возможностью засасывания воды и/или водяного пара, поскольку эти вещества могут быть впрыснуты во впускной коллектор двигателя или в сами камеры 180 сгорания посредством множества водяных инжекторов 45-48. В изображенном варианте осуществления система впрыска воды выполнена с возможностью впрыска воды выше по потоку от дросселя 20 через водяной инжектор 45, ниже по потоку от дросселя и во впускной коллектор 22 через инжектор 46, в один или несколько впускных трактов (например, портов) 185 через инжектор 48 и непосредственно в одну или несколько камер 180 сгорания через инжектор 47. В одном варианте осуществления инжектор 48, расположенный во впускных трактах, может быть повернут в направлении впускного клапана цилиндра, то есть, в направлении клапана, к которому присоединен данный впускной тракт. В результате инжектор 48 может впрыскивать воду непосредственно на впускной клапан (что приводит к более быстрому испарению впрыснутой воды и увеличивает выгоду от разбавления за счет использования водяного пара, поскольку РОГ может уменьшать насосные потери). В другом варианте осуществления инжектор 48 может быть повернут в сторону от впускного клапана и расположен таким образом, чтобы впрыскивать воду в противоположном направлении относительно направления движения впускного воздушного потока, проходящего через впускной тракт. В результате, в воздушный поток можно добавить больше впрыскиваемой воды, и, таким образом, увеличить выгоду от охлаждения.
Хотя на фиг. 1 показан только один конкретный инжектор 47 и один конкретный инжектор 48, каждая камера 180 сгорания и впускной тракт 185 может содержать собственный инжектор. В альтернативных вариантах осуществления система впрыска воды может содержать водяные инжекторы, расположенные в одном или нескольких из этих мест. Например, в одном варианте осуществления двигатель может содержать только водяной инжектор 46. В другом варианте осуществления двигатель может содержать и водяной инжектор 46, и водяные инжекторы 48 (по одному на каждый впускной тракт), а также водяные инжекторы 47 (по одному на каждую камеру сгорания). Воду могут подавать в водяные инжекторы 45-48 посредством системы 60 впрыска воды, как дополнительно раскрыто ниже.
Система 60 впрыска воды содержит бак 63 (или резервуар) для хранения воды, водяной насос 62 и канал 69 для пополнения воды (например, канал для ручного пополнения воды). Кроме того, система 60 впрыска воды соединена с системой 172 сбора воды, имеющей возможность извлечения воды (например, в форме жидкого конденсата) из системы кондиционирования воздуха, как дополнительно раскрыто ниже. Вода, сохраненная в баке 63 для хранения воды, может быть подана к водяному инжектору 33 через водяной канал 61. В другом варианте осуществления вода, сохраненная в баке 63 для хранения воды, может быть подана к нескольким водяным инжекторам, соединенным с впускным коллектором, как раскрыто выше. В вариантах осуществления, содержащих несколько инжекторов, водяной канал 61 может содержать один или несколько клапанов и водяных каналов (не показанных на схеме) для выбора между различными водяными инжекторами или одним или несколькими водяными насосами, соединенными с каналами водяных инжекторов, для одного или нескольких инжекторов. Контроллер 12 может управлять водяным насосом 62 для подачи воды к водяному инжектору 33 через канал 61.
Следует учитывать, что впускной датчик 34 содержания кислорода и датчик 126 УДКОГ могут работать в различных режимах в зависимости от условий работы двигателя и дополнительно на основе природы оценки, выполняемой датчиком. Например, во время условий подачи топлива в двигатель, когда требуется оценка разбавления/потока РОГ, впускной датчик содержания кислорода может работать в номинальном режиме с (фиксированным) опорным напряжением, приложенным к датчику, причем опорное напряжение поддерживают на датчике во время измерения. Во время условий подачи топлива в двигатель, когда требуется оценка воздушно-топливного отношения, датчик содержания кислорода в отработавших газах может работать в номинальном режиме с (фиксированным) опорным напряжением, приложенным к датчику, причем опорное напряжение, поддерживают в течение измерения. В одном примере опорное напряжение может составить 450 мВ. Во время других условий, например, во время отключения подачи топлива в двигатель (например, во время отсечки топлива при замедлении (ОТЗ)), когда требуется оценка влажности окружающей среды (во впускном заряде воздуха), впускной датчик содержания кислорода может работать в режиме переменного напряжения с опорным напряжением, приложенным к датчику, для которого выполняют модуляцию. В другом примере датчик может работать в режиме переменного напряжения в то время, когда выполняется оценка потока РОГ или разбавления, когда включена продувка паров топлива (из бачка топливной системы) или принудительная вентиляция картера (картера двигателя). Аналогичным образом, во время условий, когда после впрыска воды требуется оценка разбавления отработавших газов, датчик УДКОГ может работать в режиме переменного напряжения. В этом случае опорное напряжение датчика содержания кислорода модулируют между номинальным опорным напряжением 450 мВ и более высоким опорным напряжением 800 мВ (или 950 мВ). При изменении опорного напряжения впускного датчика содержания кислорода или потенциала Нернста, в датчике может произойти переход от реакции углеводородов с окружающим кислородом в датчике к разделению продуктов реакции (воды и углекислого газа). За счет работы датчика УДКОГ в режиме переменного напряжения (ПН), контроллер может определить общее количество воды, впрыснутой в местах расположения нескольких инжекторов. На основе разности между заданным командой количеством и общим определенным количеством воды, контроллер может определить ошибку впрыска воды. Как дополнительно раскрыто ниже со ссылкой на способ, показанный на фиг. 2, эту ошибку можно затем распределить между различными водяными инжекторами на основе отдельных пределов впрыска воды для водяных инжекторов, что позволяет увеличить точность впрыска воды.
Бак 63 для хранения воды может содержать датчик 65 уровня воды, датчик 66 качества воды и датчик 67 температуры воды, выполненные с возможностью передачи информации в контроллер 12. Например, в условиях мороза датчик 67 температуры воды может определить, замерзла ли вода в баке 63 или вода доступна для впрыска. В некоторых вариантах осуществления канал охлаждающей жидкости двигателя (не показанный на схеме) может иметь тепловой контакт с баком 63 для хранения воды, что позволяет растопить замороженную воду. Датчик 66 качества воды позволяет определить, подходит ли вода в баке 63 для хранения воды для впрыска. Согласно одному примеру, датчик 66 качества воды может представлять собой датчик на основе проводимости. Уровень воды, хранимой в водяном баке 63, можно определить посредством датчика 65 уровня воды, и эта информация может быть передана водителю и/или может быть использована для регулирования работы двигателя. Например, может быть использована шкала количества воды или индикатор на приборной панели автомобиля (не показано на схеме) для указания уровня воды. В другом примере уровень воды в водяном баке 63 может использоваться для определения доступности достаточного количества воды для впрыска, как раскрыто ниже со ссылкой на фиг. 2. В изображенном варианте осуществления бак 63 для хранения воды могут заново наполнить вручную через канал 69 заправки водой и/или заново наполнить автоматически посредством системы 72 сбора через канал 76 заполнения водяного бака. Система 72 сбора может быть соединена с одним или несколькими компонентами 74, имеющими возможность повторного наполнения бака для хранения воды конденсатом, собранным от различных систем двигателя или автомобиля. В одном примере система 72 сбора может быть соединена с системой РОГ для сбора воды, сконденсированной из отработавших газов, проходящих через систему РОГ. В другом примере система 72 сбора может быть соединена с системой кондиционирования воздуха. Канал 69 ручной заправки водой может быть соединен по текучей среде с фильтром 68, выполненным с возможностью удаления содержащихся в воде мелких примесей, которые могут повредить компоненты двигателя.
На фиг. 1 также показана управляющая система 28. Управляющая система 28 может иметь возможность обмена информацией с различными компонентами системы 100 двигателя для выполнения управляющих программ и действий, раскрытых в настоящем документе. Например, как показано на фиг. 1, управляющая система 28 может содержать электронный цифровой контроллер 12. Контроллер 12 может представлять собой микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство, порты ввода/вывода, электронный носитель информации для исполняемых программ и калибровочных значений, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимое запоминающее устройство и шину данных. Как изображено, контроллер 12 может получать входные сигналы от множества датчиков 30, в число которых могут входить средства ввода для пользователя и/или датчики (например, для измерения состояния включенной передачи трансмиссии, входного сигнала от педали акселератора (например, положения педали), входного сигнала от педали тормоза, положения переключателя передач, скорости автомобиля, частоты вращения двигателя, массового расхода воздуха через двигатель, давления наддува, температуры окружающей среды, влажности окружающей среды, температуры впускного воздуха, частоты вращения вентилятора и т.д.), датчики системы охлаждения (например, датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя (ТОЖД), и датчики для измерения частоты вращения вентилятора, температуры в пассажирском салоне, влажности окружающей среды и т.д.), датчики ОЗВ 18 (например, датчик температуры воздуха во впускном отверстии ОЗВ, датчик 125 ТЗВ, датчик температуры воздуха в выпускном отверстии ОЗВ, датчик 23 ТЗК и т.д.), датчики 183 детонации для определения воспламенения остаточных газов и/или распределения воды между цилиндрами, датчики системы впрыска воды (например, датчик 65 уровня воды, датчик 66 качества воды, и датчик 67 температуры воды), датчики давления отработавших газов и температуры отработавших газов 80, 82 и другие. Кроме того, контроллер 12 может иметь связь с различными исполнительными механизмами 32, в число которых могут входить исполнительные механизмы двигателя (например, топливные инжекторы, дроссельная заслонка для впускного воздуха, имеющая электронное управление, свечи 184 зажигания, различные водяные инжекторы, перепускная заслонка, клапан РОГ и т.д.). В некоторых примерах носитель информации (например, блок памяти) может быть запрограммирован посредством машиночитаемых данных представляющих собой инструкции, выполняемые процессором для осуществления раскрытых ниже способов, а также других вариантов, подразумеваемых, но не перечисленных явным образом.
Контроллер 12 может получать сигналы от различных датчиков, показанных на фиг. 1, и может использовать различные исполнительные механизмы, показанные на фиг. 1, для регулирования работы двигателя на основе полученных сигналов и инструкций, хранимых в памяти контроллера. Например, впрыск воды в двигатель может содержать регулирование исполнительного механизма инжекторов 45-48 для осуществления впрыска воды, и регулирование впрыска воды может содержать регулирование количества или момента впрыска воды посредством регулирования коэффициента заполнения инжектора. В другом примере регулирование параметров впрыска воды для системы 60 впрыска воды может содержать получение выходных данных от датчика 126 УДКОГ и регулирование исполнительного механизма водяных инжекторов 45-48 для регулирования количества воды, впрыскиваемой в двигатель, как дополнительно раскрыто ниже со ссылкой на фиг. 2.
Таким образом, система, показанная на фиг. 1, позволяет создать систему впрыска воды в заданные места двигателя в зависимости от потребности в разбавлении в двигателе и потребности в охлаждении двигателя; а также с возможностью корректировки общего количества впрыскиваемой воды на основе обратной связи от датчика содержания кислорода в отработавших газах, работающего в режиме переменного напряжения.
На фиг. 2 показан пример способа 200 измерения ошибок впрыска воды и регулирования впрыска воды из одного или нескольких водяных инжекторов для компенсации ошибки. Впрыск воды может содержать впрыск воды через один или несколько водяных инжекторов системы впрыска воды, например, системы 60 впрыска воды, показанной на фиг. 1. Инструкции для выполнения способа 200 и других раскрытых здесь способов могут быть выполнены контроллером (например, контроллером 12, показанным на фиг. 1) на основе инструкций, сохраненных в памяти контроллера, и совместно с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, например, от датчиков, раскрытых выше со ссылкой на фиг. 1. Контроллер может использовать исполнительные механизмы двигателя из системы двигателя для регулирования работы двигателя в соответствии с раскрытыми ниже способами. Например, контроллер может послать сигнал длительности импульса на исполнительный механизм для конкретного водяного инжектора, чтобы впрыснуть количество воды, соответствующее заданной длительности импульса в заданное место двигателя. Способ обеспечивает впрыск заданных количеств воды в двигатель в одном месте или в нескольких местах в качестве реакции на необходимость корректировки требования по разбавлению и требования по охлаждению на основе обратной связи от датчика содержания кислорода в отработавших газах.
Способ 200 начинается на шаге 202 с оценки и/или измерения условий работы двигателя. Условия работы двигателя могут содержать требование водителя по крутящему моменту, давление воздуха в коллекторе (ДВК), воздушно-топливное отношение (ВТО), момент зажигания, а внешние условия содержат температуру, давление и влажность окружающей среды, давление наддува, расход при рециркуляции отработавших газов (РОГ), массовый расход воздуха (МРВ), температуру заряда воздуха в коллекторе (ТЗК), частоту вращения двигателя и/или нагрузку двигателя, уровень детонации в двигателе и т.д. На шаге 204 способ содержит выбор режима РОГ на основе условий работы. Например, контроллер может выбрать фиксированный или переменный режим РОГ. В одном примере контроллер может определить режим РОГ (содержащий расход, процентное значение, количество, температуру и т.д. для РОГ) на основе условий частоты вращения и нагрузки двигателя. В другом примере режим РОГ может быть определен на основе таблицы частот вращения и нагрузок, сохраненный в памяти контроллера 12. РОГ могут обеспечить посредством фиксированного режима РОГ во время условий работы двигателя в фиксированном диапазоне режимов, когда процентное значение РОГ для впускного воздушного потока остается постоянным в фиксированном диапазоне частот вращения и нагрузок. В одном примере фиксированный диапазон режима РОГ может содержать все нагрузки двигателя от средних нагрузок до минимальной нагрузки двигателя и/или может соответствовать частотам вращения двигателя, которые меньше пороговой частоты вращения, например, меньше 3500 об/мин. РОГ могут обеспечить посредством переменного режима РОГ во время условий работы двигателя в переменном диапазоне режимов, когда процентное значение РОГ для впускного воздушного потока изменяется на основе изменений частоты вращения и нагрузки двигателя. Рабочая область переменного режима РОГ может содержать условия частоты вращения и нагрузки двигателя вне фиксированного диапазона режимов и в некоторых примерах может содержать все нагрузки двигателя выше средних нагрузок (например, выше 50% нагрузки двигателя) и все частоты вращения двигателя выше пороговой частоты вращения, например, выше 3500 об/мин. Кроме того, режим РОГ может быть основан на параметрах впрыска воды. Например, контроллер может выбрать фиксированный режим РОГ на основе условий частоты вращения и нагрузки двигателя во время условий впрыска воды. В результате процентное значение РОГ для впускного воздушного потока остается постоянным в фиксированном диапазоне частот вращения и нагрузок, как раскрыто ранее, и впрыск воды могут регулировать, как раскрыто дополнительно ниже, для обеспечения общего требуемого разбавления. Таким образом, впрыск воды могут использовать в качестве жидкостной РОГ и координировать с режимом РОГ для удовлетворения требования по разбавлению в двигателе.
Затем на шаге 206 способ содержит определение, выполнены ли условия впрыска воды. Впрыск воды может потребоваться для увеличения одного или нескольких преимуществ, обеспечиваемых впрыском воды. Например, впрыск воды может потребоваться при низких и средних нагрузках двигателя для того, чтобы увеличить разбавление заряда и, таким образом, улучшить стабильность сгорания в рабочей области низких и средних нагрузок двигателя. В другом примере впрыск воды может потребоваться для средних и высоких нагрузок двигателя для того, чтобы увеличить охлаждение впускного заряда и, таким образом, улучшить уменьшение детонации в рабочей области для средних и высоких нагрузок двигателя. Кроме того, впрыск воды может потребоваться при высоких нагрузках для обеспечения охлаждения компонентов, например, для охлаждения отработавших газов, охлаждения выпускного каталитического нейтрализатора и т.д. Условия для впрыска воды можно считать выполненными, если нагрузка двигателя больше пороговой нагрузки (меньше которой может быть нарушена стабильность сгорания в двигателе) и запаздывание момента зажигания (например, относительно ОМЗ) больше порогового запаздывания.
В одном примере впрыск воды может потребоваться, если температура коллектора больше пороговой температуры. Кроме того, впрыск воды может потребоваться, когда достигнуты соответствующие пороговые значения частоты вращения двигателя или нагрузки двигателя. В другом примере впрыск воды может потребоваться, если уровень детонации в двигателе больше порогового уровня. Кроме того, впрыск воды может потребоваться, если температура отработавших газов больше пороговой температуры, где пороговая температура представляет собой температуру, при превышении которой может произойти ухудшение компонентов двигателя ниже по потоку от цилиндров. В дополнение, воду могут впрыскивать, когда вычисленное октановое число используемого топлива меньше порогового октанового числа.
Подтверждение выполнения условий для впрыска воды может дополнительно содержать подтверждение доступности воды для впрыска, посредством оценки и/или измерения доступности воды. Доступность воды для впрыска могут определить на основе показаний множества датчиков, таких как датчик уровня воды, датчик качества воды и/или датчик температуры воды, которые расположены в баке для хранения воды в системе впрыска воды двигателя (например, датчик 65 уровня воды, датчик 66 качества воды и датчик 67 температуры воды, показанные на фиг. 1). Например, вода в баке для хранения воды может быть недоступна для впрыска в условиях замораживания (например, когда температура воды в баке ниже пороговой температуры, где пороговая температура равна температуре замерзания или близка к этому значению). В другом примере уровень воды в баке для хранения воды может быть ниже порогового уровня, где пороговый уровень основан на количестве воды, требуемой для события впрыска или периода циклов впрыска. Если уровень воды в баке для хранения воды ниже порогового уровня, то могут указать на необходимость дозаправки бака.
Если условия впрыска воды не выполнены, то на шаге 208 способ содержит отключение впрыска воды. В одном примере, где условия впрыска воды не выполнены, потому что впрыск воды не требуется, способ содержит продолжение работы двигателя без впрыска воды. В другом примере, где условия впрыска воды не выполнены, потому что вода недоступна для впрыска, например, когда уровень воды в баке для хранения воды ниже порогового уровня, контроллер может увеличить сбор воды на борту автомобиля на шаге 210. Например, способ на шаге 210 может содержать вторичное наполнение водяного бака за счет увеличения сбора воды на борту автомобиля от одной или нескольких систем автомобиля, например, посредством сбора воды с использованием системы сбора воды, соединенной с баком для хранения воды в системе впрыска воды в двигатель (например, в системе 72 сбора воды, показанной на фиг. 1). Этот шаг содержит увеличение работы конденсатора системы кондиционирования воздуха (KB) для увеличения сбора конденсата KB, увеличение сбора конденсата РОГ, увеличение сбора конденсата ОЗВ и т.д. В дополнение, на шаге 210 контроллер может указать, что требуется (ручное) вторичное наполнение водяного бака. Кроме того, если условия впрыска воды не выполнены и впрыск воды отключен, то способ может дополнительно содержать регулирование параметров работы двигателя на шаге 212. В одном примере, если впрыск воды требовался для уменьшения детонации, то регулирование работы двигателя может содержать изменение воздушно-топливного отношения в сторону обогащения, уменьшение степени открытия дросселя для уменьшения давления в коллекторе, использование запаздывания момента зажигания и т.д. В другом примере, если впрыск воды требовался для увеличения разбавления заряда, то регулирование работы двигателя может содержать увеличение расхода РОГ. Таким образом, параметры работы двигателя могут регулировать для компенсации отсутствия воды для впрыска.
Однако если на шаге 206 условия для впрыска воды выполнены, то способ переходит к шагу 220, на котором содержит получение первого выходного сигнала (UEGO_1) от выпускного УДКОГ. Контроллер может получить выходной сигнал от выпускного УДКОГ (например, от УДКОГ 126, показанного на фиг. 1) во время работы датчика в номинальном режиме или режиме переменного напряжения (ПН), в зависимости от условий подачи топлива в двигатель, как раскрыто далее со ссылкой на фиг. 3. Выходной сигнал УДКОГ может содержать ток накачки (Ip), созданный датчиком после приложения напряжения. В одном примере, когда двигатель работает с подачей топлива, датчик УДКОГ может работать в режиме переменного напряжения, с модулированием опорного напряжения, приложенного к датчику. В альтернативном примере, когда двигатель работает без подачи топлива, датчик УДКОГ может работать в номинальном режиме с единственным номинальным опорным напряжением, приложенным к датчику.
На шаге 222 способ содержит оценку требования по охлаждению двигателя и требования по разбавлению на основе условий работы двигателя. Требование по охлаждению двигателя могут определить на основе признака детонации (например, при обнаружении детонации или ожидании детонации). Контроллер может определить, происходит ли детонация, на основе показаний одного или нескольких датчиков детонации в двигателе (например, датчиков 183 детонации, показанных на фиг. 1), если показания превышают пороговое значение детонации. В альтернативном примере детонацию могут ожидать, когда частота вращения и нагрузка двигателя больше соответствующих пороговых значений. Кроме того, вероятность детонации в одном или нескольких цилиндрах может быть основана на истории детонации (например, на подсчете детонаций) в двигателе. Когда появляется необходимость в ограничении детонации в двигателе, может потребоваться впрыск воды для охлаждения впускного заряда. Кроме того, воду могут впрыскивать для увеличения разбавления заряда и уменьшения насосных потерь. В одном примере может потребоваться увеличенное разбавление, если частота вращения двигателя и/или нагрузка двигателя уменьшается ниже соответствующего порогового значения, где пороговое значение для частоты вращения двигателя и/или нагрузки двигателя может относиться к диапазону частоты вращения и нагрузки, где насосные потери могут появиться с большей вероятностью. В другом примере может потребоваться разбавление заряда, когда работа двигателя происходит на уровне предела стабильности сгорания или близко к этому значению.
Затем, на шаге 224, способ содержит выдачу команд на впрыск первого количества воды в первом месте и на впрыск второго количества воды во втором месте, на основе требования по охлаждению двигателя и требования по разбавлению. Например, контроллер может впрыснуть воду одном из мест из водяных инжекторов, которые могут впрыскивать воду в коллектор и в порты в стороне от впускных клапанов, в качестве реакции на требование по охлаждению. Кроме того, впрыск воды в качестве реакции на требование по разбавлению может содержать впрыск воды во время открытия впускного клапана. В другом примере контроллер может впрыснуть воду из водяных инжекторов, выполненных с возможностью впрыска воды во впускной порт, на впускной клапан и/или на поверхность коллектора, в качестве реакции на требование по разбавлению. Кроме того, впрыск воды в качестве реакции на требование по разбавлению может содержать впрыск воды на закрытый впускной клапан. Контроллер может первоначально определить общее количество воды для впрыска в двигатель, чтобы выполнить требование по охлаждению и требование по разбавлению. Затем контроллер может определить распределение общего количества воды для первого количества воды для впрыска в первом месте и для второго количества воды для впрыска во втором месте (и для третьего количества воды для впрыска в третьем месте и так далее, если это требуется) на основе требования по охлаждению впускного заряда относительно требования по разбавлению и дополнительно на основе состояния двигателя во время впрыска. Например, контроллер может послать сигнал на исполнительный механизм каждого водяного инжектора, чтобы изменить длительность импульсов для инжекторов, расположенных соответственно в первом месте и во втором месте, то есть, выдать команды на впрыск заданного первого количества воды и заданного второго количества воды.
Контроллер может определить первое количество воды для впрыска и второе количество воды для впрыска, а также первое место и второе место, на основе требования по разбавлению относительно требования по охлаждению, как определено на шаге 222 способа. В одном примере контроллер может ввести больше воды через водяной инжектор коллектора (например, через водяной инжектор 45, показанный на фиг. 1) относительно количества воды, впрыскиваемой через водяной инжектор впускного канала, направленный в сторону от впускного порта, если требование по разбавлению больше требования по охлаждению. В другом примере контроллер может выдать команду, в соответствии с которой большее количество воды должно быть впрыснуто через водяные инжекторы впускных портов относительно водяного инжектора коллектора, если требование по охлаждению больше требования по разбавлению. Кроме того, подобное распределение воды может быть основано на месте расположения инжекторов, на общем количестве воды, заданном командой, относительно коэффициента заполнения для отдельных инжекторов, ограничений инжекторов, а также пределов влажности коллектора. Таким образом, воду могут впрыскивать в двигатель для обеспечения и охлаждения, и разбавления.
После выдачи команды на впрыск воды, способ на шаге 226 содержит получение второго выходного сигнала (УДКОГ_2) от выпускного датчика УДКОГ, работающего в номинальном режиме или в режиме переменного напряжения. Затем на шаге 228 способ содержит определение ошибки впрыска воды на основе разности между выходными сигналами следующим образом:
Ошибка впрыска воды = f [(УДКОГ_2) - (УДКОГ_1)].
Контроллер может сравнить первый выходной сигнал датчика УДКОГ, полученный до впрыска воды, со вторым выходным сигналом датчика, полученным после впрыска воды, для определения фактического количества воды, которая была получена в двигателе (то есть, фактического количества воды, которое способствовало эффекту охлаждения и/или разбавления заряда). Как раскрыто ранее, фактическое количество впрыскиваемой воды может отличаться от заданного командой количества воды для впрыска вследствие ошибок инжекторов, в результате ошибок столкновения брызг воды, в результате проблем с испарением, определяемых условиями рядом с инжектором, и т.д. Это может привести к ошибке впрыска воды, которая, не будучи учтенной, может уменьшить предполагаемые выгоды от впрыска воды и даже ухудшить характеристики двигателя.
Контроллер может обратиться к справочной таблице, содержащей разность между первым выходным сигналом и вторым выходным сигналом датчика УДКОГ в качестве входных данных и обеспечивающей значение ошибки впрыска воды в качестве выходных данных. Полная ошибка впрыска воды представляет собой сумму ошибок впрыска воды из каждого инжектора. За счет определения полной ошибки впрыска воды, ошибку можно распределить для каждого инжектора, для компенсации этой определенной ранее ошибки. Таким образом, выходной сигнал датчика УДКОГ может использоваться для определения полной ошибки впрыска воды в двигатель на основе заданного командой общего количества воды для впрыска относительно всего количества воды, определенного посредством измерения в двигателе, и затем, как раскрыто далее, впрыск воды из первого инжектора и из второго инжектора могут регулировать на основе полной ошибки впрыска воды.
Способ переходит к шагу 230, на котором содержит определение пределов/диапазонов впрыска для первого инжектора и второго инжектора. Таким образом, для каждого водяного инжектора может существовать верхний предел впрыска воды, причем дополнительную воду не могут впрыскивать, если этот предел будет превышен, и может существовать нижний предел, соответствующий минимальному количеству воды, которое должно быть подано через заданный инжектор. Верхний предел и нижний предел могут, таким образом, определить рабочий диапазон инжектора и показать диапазон количества воды для впрыска, которое может быть подано через этот инжектор. Для каждого инжектора верхний и нижний пределы могут изменяться на основе места впрыска воды и локального состояния двигателя, таким образом, сужая или расширяя рабочий диапазон. Верхний и нижний пределы могут изменяться с различными скоростями и в различных направлениях. Согласно одному примеру, в зависимости от условий работы двигателя, верхний и нижний пределы могут увеличиться или уменьшиться (относительно номинальной уставки). В другом примере, в зависимости от условий работы двигателя, один из пределов, верхний или нижний, может увеличиться, в то время как другой предел может уменьшиться (относительно номинальной уставки).
В одном примере предел впрыска воды для инжектора может содержать предел длительности импульса для инжектора. В другом примере предел впрыска воды для инжектора может быть достигнут, когда расход воды через инжектор достигает предела. В другом примере предел впрыска воды для инжектора может быть достигнут, когда влажность около инжектора достигает предела насыщения. Таким образом, предел для первого инжектора может отличаться от предела для второго инжектора. В дополнение, ограничения и пределы для каждого инжектора могут изменяться иным образом при изменении условий работы двигателя. Например, если влажность окружающей среды увеличивается, верхний предел впрыска для первого водяного инжектора (например, инжектора коллектора) может уменьшиться, в то время как верхний предел впрыска для второго водяного инжектора (например, инжектора непосредственного впрыска) увеличивается.
Затем, способ на шаге 232 содержит определение, находится ли определенная полная ошибка впрыска воды в границах пределов для обоих инжекторов. Если ошибка находится в границах пределов для обоих инжекторов, то способ переходит к шагу 234, на котором содержит обновление количества воды для впрыска, задаваемого посредством команд для обоих инжекторов. Поскольку ошибка впрыска воды находится внутри определенных ранее пределов для обоих инжекторов, то ошибку впрыска воды можно компенсировать посредством регулирования впрыска воды из обоих инжекторов. Регулирование впрыска воды может содержать регулирование количества воды и/или момента впрыска воды, подаваемой посредством каждого выбранного водяного инжектора (или инжекторов) для последующего впрыска воды (например, посредством немедленного последующего впрыска воды без какого-либо промежуточного впрыска воды или посредством нескольких последовательных впрысков воды после впрыска воды с ошибкой) на основе определенной ранее ошибки. Например, если фактическое количество воды для впрыска, полученной в двигателе, меньше заданного командой количества, предназначенного для разбавления и охлаждения впускного заряда, контроллер может увеличить и первое количество воды для впрыска из первого инжектора, и второе количество воды для впрыска из второго инжектора. В одном примере контроллер может симметричным образом увеличить первое количество воды для впрыска из первого инжектора, и второе количество воды для впрыска из второго инжектора, когда длительность импульса для первого водяного инжектора может быть увеличена на то же значение, что и длительность импульса для второго водяного инжектора (или в той же самой степени). В альтернативном примере контроллер может увеличить первое количество воды для впрыска из первого инжектора и второе количество воды для впрыска из второго инжектора асимметричным образом, когда длительность импульса для первого водяного инжектора может быть увеличена на значение, определенное на основе охлаждения и/или разбавления заряда за счет первого впрыска, а длительность импульса для второго водяного инжектора может быть увеличена на значение, определенное на основе охлаждения и/или разбавления заряда за счет второго впрыска. В другом примере контроллер может увеличить впрыск воды через водяной инжектор впускного порта, если фактическое количество воды для впрыска меньше заданного командой количества, необходимого для получения выгоды по охлаждению. В другом примере, если фактическое количество воды для впрыска, полученное в двигателе в соответствии с требованием по разбавлению, было меньше заданного командой количества, то контроллер может уменьшить впрыск воды в коллектор для компенсации части воды для впрыска, образовавшей конденсат.
Однако если ошибка не находится в границах пределов для обоих инжекторов, то способ переходит к шагу 236, на котором определяют, находится ли ошибка в границах пределов только для одного инжектора.
Если ошибка находится в границах пределов для одного инжектора (и вне границ пределов для другого инжектора), то способ на шаге 238 содержит обновление заданного командой количества воды для впрыска, для выбранного инжектора, и не содержит компенсацию ошибки посредством регулирования работы другого инжектора. Кроме того, способ на шаге 238 содержит регулирование параметров работы двигателя. В одном примере, если измеренное количество воды для впрыска меньше заданного командой количества воды для впрыска, то контроллер может увеличить количество воды, подаваемой посредством следующего впрыска воды только через выбранный водяной инжектор (например, задавая командой большую длительность импульса), и может в то же время поддерживать прежнее количество воды для водяного инжектора с достигнутым пределом впрыска воды. Кроме того, контроллер может регулировать работу двигателя для компенсации определенной ранее ошибки, если ошибка находится вне пределов для одного из инжекторов. Например, можно использовать регулирование момента зажигания для компенсации определенной ранее ошибки впрыска воды, если впрыск воды использовался для охлаждения. Например, большую часть воды могут впрыскивать из инжекторов впрыска во впускной порт, по сравнению с впрыском из инжектора коллектора, если требование по разбавлению больше требования разбавлению. Затем, на основе полной ошибки впрыска и нахождении впрыска в коллектор на верхнем пределе, контроллер может увеличивать количество воды для впрыска во впускной порт до тех пор, пока не будет достигнут соответствующий верхний предел, и может увеличить поток РОГ для обеспечения полного требуемого разбавления. В другом примере большая часть воды может быть впрыснута из инжекторов коллектора, по сравнению с впрыском из инжекторов впрыска во впускной порт, в качестве реакции на большее требование по охлаждению. После впрыска воды, с учетом полной ошибки впрыска и нахождения впрыска в коллектор на верхнем пределе, контроллер может поддерживать текущие параметры впрыска воды и увеличить значение запаздывания зажигания для обеспечения требуемой выгоды по охлаждению.
Если ошибка не находится в границах пределов для одного инжектора, то способ переходит к шагу 240, на котором определяют, находится ли ошибка вне пределов для обоих инжекторов. Если ошибка не находится вне пределов для обоих инжекторов, то способ возвращается к шагу 232. Если ошибка находится вне пределов для обоих инжекторов, то на шаге 242 способ содержит поддержание заданного посредством команд количества воды для впрыска из обоих инжекторов. Кроме того, на шаге 242 способ содержит компенсацию ошибки впрыска воды посредством регулирования одного или нескольких параметров работы двигателя, как раскрыто ранее со ссылкой на способ на шаге 238. Так как ошибка впрыска воды находится вне пределов для обоих инжекторов, контроллер компенсирует полную ошибку впрыска воды посредством регулирования параметров работы двигателя. Регулирование параметров работы двигателя на основе ранее определенной ошибки может содержать регулирование одного или более из следующего: момент зажигания, поток РОГ (посредством регулирования положения клапана РОГ), подача топлива в двигатель, положение дросселя, воздушно-топливное отношение смеси для сгорания и т.д. Например, регулирование РОГ могут использовать для компенсации определенной ранее ошибки впрыска воды, когда впрыск воды использовался для управления разбавлением. Если впрыск воды требовался в том случае, когда требование по разбавлению превышало требование по охлаждению, то контроллер может увеличить поток РОГ (например, посредством увеличения степени открытия клапана РОГ), поддерживая на прежнем уровне заданные командами количества воды для впрыска для разбавления, если существует дефицит воды для впрыска (фактическое измерение показало меньшее количество воды, чем количество, которое было задано командой). В другом примере могут использовать регулирование момента зажигания для компенсации определенной ранее ошибки впрыска воды, когда впрыск воды использовался для охлаждения впускного заряда или для управления детонацией. Контроллер может регулировать момент зажигания для компенсации определенной ранее ошибки впрыска воды, когда впрыск воды использовался для управления детонацией (и для охлаждения впускного заряда), если ошибка впрыска воды находится вне пределов для обоих инжекторов. В этом случае, в качестве реакции на дефицит воды для впрыска (фактическое измерение показало меньшее количество воды, чем количество, которое было задано командой), могут применить запаздывание момента зажигания (например, относительно ОМЗ), причем значение запаздывания зажигания увеличивают, если увеличивается ошибка впрыска воды. В другом примере количество впрыска топлива могут регулировать на основе определенной ранее ошибки впрыска воды.
Таким образом, впрыск воды из одного или нескольких водяных инжекторов в различных местах двигателя могут регулировать на основе определенной ранее ошибки впрыска воды и значений пределов для инжекторов, что позволяет обеспечить требуемую выгоду от впрыска воды для двигателя. Кроме того, когда один или оба водяных инжектора находятся на уровне верхнего или нижнего предела для впрыска воды, в результате чего впрыск воды не могут использовать для компенсации ошибки впрыска воды, то могут регулировать параметры работы двигателя для компенсации ошибки впрыска воды.
На фиг. 3 показан пример способа 300 измерения ошибки впрыска воды и определения количества воды для впрыска, которое следует подать для компенсации ошибки. Как раскрыто ранее относительно способа 200 на фиг. 2, выпускной датчик УДКОГ (например, УДКОГ 126, показанный на фиг. 1) может использоваться для определения общего количества воды для впрыска после впрыска воды из первого водяного инжектора в первом месте и второго впрыска воды во втором месте. Датчик УДКОГ может работать в различных режимах в зависимости от условий работы двигателя и дополнительно на основе природы оценки, выполняемой датчиком. Во время условий подачи топлива в двигатель выпускной УДКОГ может работать в номинальном режиме с (фиксированным) опорным напряжением, приложенным к датчику. В противоположность этому, во время других условий, например, во время условий отсутствия подачи топлива в двигатель (например, во время ОТЗ), датчик УДКОГ может работать в режиме переменного напряжения. Таким образом, способ 300 иллюстрирует пример способа определения количества воды для впрыска на основе параметров работы двигателя и для выбора рабочего режима выпускного УДКОГ, то есть, режима, обеспечивающего обнаружение ошибки впрыска воды.
Способ 300 начинается на шаге 302 с определения, выполнены ли условия впрыска воды. Как раскрыто выше относительно шага 206 способа 200, условия впрыска воды можно считать выполненными, если требуется впрыск воды в двигатель, и вода доступна для впрыска. В одном примере впрыск воды может потребоваться, если температура коллектора больше пороговой температуры. Кроме того, впрыск воды может потребоваться, когда достигнуто пороговое значение частоты вращения двигателя или нагрузки двигателя. В другом примере впрыск воды может потребоваться, если уровень детонации в двигателе больше порогового уровня детонации. Кроме того, впрыск воды может потребоваться, если температура отработавших газов выше пороговой температуры, где пороговая температура представляет собой температуру, превышение которой может привести к ухудшению компонентов двигателя ниже по потоку от цилиндров. В дополнение, воду могут впрыскивать, когда вычисленное октановое число используемого топлива ниже порогового числа. Кроме того, определение выполнимости условий впрыска воды на шаге 302 способа может содержать оценку и/или измерение доступности воды для впрыска. Доступность воды для впрыска может быть определена на основе выходных сигналов множества датчиков, таких как датчик уровня воды и/или датчик температуры воды, расположенных в баке для хранения воды в системе впрыска воды в двигатель (например, датчик 65 уровня воды и датчик 67 температуры воды, показанные на фиг. 1). Например, вода в баке для хранения воды может быть недоступна для впрыска в условиях замораживания (например, когда температура воды в баке ниже пороговой температуры, где пороговая температура равна температуре замерзания или близка к этому значению). В другом примере уровень воды в баке для хранения воды может быть ниже порогового уровня, где пороговый уровень основан на количестве воды, требуемой для события впрыска или периода циклов впрыска. Если уровень воды в баке для хранения воды ниже порогового уровня, то могут указать на необходимость дозаправки бака.
Если условия впрыска воды не выполнены на шаге 302, то способ переходит к шагу 304, на котором поддерживает впрыск воды отключенным. В одном примере впрыск воды не требуется, и способ содержит продолжение работы двигателя. В другом примере впрыск воды не может быть осуществлен. Если вода не доступна для впрыска, то способ на шаге 304 может содержать ускорение сбора воды от одной или нескольких систем автомобиля, например, сбора воды от системы сбора воды, соединенной с баком для хранения воды в системе впрыска воды в двигатель (например, в системе 72 сбора воды, показанной на фиг. 1). Дополнительно или в качестве альтернативы контроллер может отправить уведомление водителю для дозаправки бака вручную. Затем программа заканчивает свою работу, и двигатель работает без впрыска воды.
Если на шаге 302 выполнены условия впрыска воды, то способ переходит к шагу 306, на котором определяют, существуют ли условия отсутствия подачи топлива (например, ОТЗ). Условия отсутствия подачи топлива могут содержать условия работы двигателя, при которых прервана подача топлива, но двигатель продолжает вращаться, и осуществляется работа по меньшей мере одного впускного клапана и одного выпускного клапана и, таким образом, воздух может проходить через один или несколько из цилиндров, но топливо не впрыскивают в цилиндры. В условиях отсутствия подачи топлива не происходит сгорание, и атмосферный воздух может перемещаться через цилиндр от впускного канала к выпускному каналу. Условия отсутствия подачи топлива могут содержать, например, события отсечки топлива при замедлении (ОТЗ). ОТЗ может выполняться в качестве реакции на событие нажатия педали акселератора и может происходить неоднократно во время цикла двигателя. Как раскрыто выше, условия подачи топлива в двигатель могут использоваться для определения рабочего режима выпускного УДКОГ. Например, во время существования условий подачи топлива в двигатель, когда требуется оценка воздушно-топливного отношения отработавших газов, выпускной датчик УДКОГ может работать в номинальном режиме с (фиксированным) опорным напряжением, приложенным к датчику, причем опорное напряжение поддерживают во время измерения. В одном примере опорное напряжение может быть равным 450 мВ. Во время других условий, например, во время условий отсутствия подачи топлива в двигатель (например, во время ОТЗ), датчик УДКОГ может работать в режиме переменного напряжения. В этом случае опорное напряжение датчика содержания кислорода модулируют между номинальным опорным напряжением 450 мВ и более высоким опорным напряжением 800 мВ (или 950 мВ).
Если двигатель не работает при условиях ОТЗ, то способ на шаге 308 содержит получение первого выходного сигнала от выпускного УДКОГ, работающего в режиме переменного напряжения (ПН), где этот сигнал обозначен УДКОГ_ПН_1. В частности, на шаге 315 способ содержит оценку уровня кислорода в отработавших газах (или вычисление влажности отработавших газов) на основе показаний датчика содержания кислорода в отработавших газах (или датчика УДКОГ, например, УДКОГ 126 показанного на фиг. 1) во время работы в режиме переменного напряжения. В режиме переменного напряжения приложенное к датчику напряжение модулируют между более низким опорным напряжением (например, 450 мВ) и более высоким опорным напряжением (например, 950 мВ). Более высокое напряжение вызывает диссоциацию любых молекул воды в отработавших газах с образованием кислорода, и датчик может измерить количество избыточного кислорода. Контроллер может сравнить выходной ток накачки датчика при более низком напряжении с выходным током накачки датчика при более высоком напряжении и определить первый выходной сигнал датчика как разность между токами накачки для этих опорных напряжений перед впрыском воды.
На шаге 310 способ содержит впрыск воды согласно определенному ранее режиму, как раскрыто выше для способа 200 на фиг. 2. Этот шаг содержит определение первого количества для впрыска из первого места и второго количества для впрыска из второго места на основе требования по охлаждению относительно требования по разбавлению. Затем, на шаге 312, способ содержит получение второго выходного сигнала от выпускного датчика УДКОГ, работающего в режиме ПН, где этот сигнал обозначен УДКОГ_ПН_2. Контроллер может сравнить выходной ток накачки датчика при более низком опорном напряжении с выходным током накачки датчика при более высоком опорном напряжении и определить второй выходной сигнал датчика как разность между токами накачки для этих опорных напряжений после заданного командой впрыска воды.
После впрыска воды контроллер получает второй выходной сигнал от датчика УДКОГ и определяет измеренное количество воды для впрыска на основе разности между первым и вторым выходным сигналом, как раскрыто ниже относительно способа на шаге 326.
Однако если на шаге 306 двигатель работает при условиях ОТЗ, то способ переходит к шагу 320, на котором содержит получение первого выходного сигнала от выпускного датчика УДКОГ, работающего в номинальном режиме (УДКОГ_ном_1). Во время существования условий подачи топлива в двигатель, когда двигатель не находится в условиях ОТЗ, выпускной УДКОГ может работать в номинальном режиме с (фиксированным) опорным напряжением, приложенным к датчику, причем опорное напряжение поддерживают во время измерения (например, опорное напряжение может быть равным 450 мВ). Затем на шаге 322 способ содержит впрыск воды согласно определенному ранее режиму, как раскрыто выше для способа 200 на фиг. 2. На шаге 324 способ содержит получение второго выходного сигнала от выпускного датчика УДКОГ, работающего в номинальном режиме (УДКОГ_ном_2).
Способ на шаге 312 и на шаге 324 переходит к шагу 326, на котором способ содержит определение изменения уровня кислорода (ΔO2) на основе разности между первым выходным сигналом и вторым выходным сигналом. После выдачи команды на впрыск воды способ содержит определение разности между первым выходным сигналом и вторым выходным сигналом датчика УДКОГ, работающего в номинальном режиме или в режиме ПН. Затем способ переходит к шагу 328, на котором содержит определение ошибки впрыска воды на основе ΔO2. За счет сравнения первого выходного сигнала датчика, полученного до выдачи команды на впрыск воды, со вторым выходным сигналом датчика, полученным после впрыска воды, контроллер может определить количество впрыснутой воды, которая испарилась в двигателе и способствовала разбавлению заряда. Контроллер может, таким образом, определить измеренное или фактическое количество воды, которая испарилась в двигателе, на основе разности между первым выходным сигналом и вторым выходным сигналом, причем измеренное количество увеличивается, если разность увеличивается. На шаге 330 способ содержит калибровку водяного инжектора на основе определенной ранее ошибки водяного инжектора. В одном примере калибровка водяного инжектора содержит регулирование количества воды, впрыскиваемой на последующих событиях впрыска воды, на основе разности между заданным командой количеством воды для впрыска и определенной ранее ошибкой впрыска воды. В другом примере калибровка водяного инжектора может содержать обеспечение серии импульсов и/или обеспечение импульсов на верхнем и нижнем пределах водяного инжектора для определения среднего значения ошибки и регулирования последующего количества воды для впрыска на основе полученного среднего значения ошибки водяного инжектора.
Таким образом, датчик УДКОГ, работающий в номинальном режиме или в режиме переменного напряжения, может использоваться для определения фактического количества воды, полученной в двигателе и ошибки впрыска воды таким образом, чтобы водяной инжектор мог быть откалиброван, что позволяет улучшить точность системы впрыска воды.
График 400 на фиг. 4 иллюстрирует пример регулирования впрыска воды на основе условий работы двигателя. График 400 иллюстрирует впрыск воды через один или несколько инжекторов системы впрыска воды (например, системы 60 впрыска воды, показанной на фиг. 1) для подачи количества воды, которое обеспечивает выгоды по охлаждению впускного заряда или по разбавлению заряда. Кроме того, график иллюстрирует процесс измерения общего количества впрыснутой воды на основе выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах и процесс регулирования впрыска воды, а также параметры работы двигателя после впрыска воды, например, момент зажигания и поток РОГ. В частности, график 400 показывает изменение частоты вращения двигателя (Nд) на графике 402, заданное командой количество воды для впрыска через водяной инжектор впускного порта (например, через водяной инжектор 48, показанный на фиг. 1) на графике 404, заданное командой количество воды для впрыска через водяной инжектор коллектора (например, через водяной инжектор 45, показанный на фиг. 1) на графике 406, изменения выходного сигнала выпускного датчика УДКОГ (например, УДКОГ 126, показанного на фиг. 1) на графике 410, изменения потока РОГ на графике 412 и изменения момента зажигания на графике 414. Кроме того, верхний предел и нижний предел для впрыска воды в выбранном инжекторе показаны на графиках 403, 404, 407 и 408. Для каждого рабочего параметра время отложено вдоль горизонтальной оси, а значения каждого соответствующего рабочего параметра отложены вдоль вертикальной оси.
В частности, график 400 показывает заданное командой количество воды, впрыснутой через выбранный водяной инжектор, на графиках 402-404, детонацию двигателя (например, выходной сигнал по детонации от одного или нескольких датчиков детонации) на графике 406, требование по разбавлению в двигателе на графике 408, изменения выходного сигнала датчика температуры впускного заряда в коллекторе на графике 410, изменения выходного сигнала выпускного датчика УДКОГ на графике 412 и оцененное количество впрыснутой воды на графике 414 (посредством измерения на основе выходного сигнала датчика ТЗК). Впрыск воды через водяной инжектор коллектора показан штриховой линией на графике 402; штриховая линия соответствует впрыску воды через водяные инжекторы впускных портов, повернутых в направлении впускного коллектора (график 404), а сплошная линия соответствует впрыску воды через водяные инжекторы впускных портов, повернутых в направлении впускных клапанов (график 406). Для каждого рабочего параметра время отложено вдоль горизонтальной оси, а значения каждого соответствующего рабочего параметра отложены вдоль вертикальной оси.
До момента времени t1 частота вращения двигателя и/или нагрузка двигателя ниже соответствующего порогового значения (график 402), и условия впрыска воды не подтверждены, потому что впрыск воды не требуется. В это время впрыск воды отключен.
В момент времени t1 происходит увеличение частоты вращения двигателя и/или нагрузки двигателя (график 402) вследствие увеличения требования по крутящему моменту. Вследствие перехода от условий низкой нагрузки к условиям средней нагрузки увеличивается требование по разбавлению в двигателе. Кроме того, вследствие условий увеличения нагрузки, предрасположенность к детонации может увеличиться, и увеличивается требование по охлаждению двигателя. Поскольку условия для впрыска воды выполнены, воду впрыскивают в двигатель на основе требования по разбавлению и требования по охлаждению. В качестве реакции на требование впрыска воды, контроллер задает командой первое количество воды для впрыска из водяного инжектора впускного порта (график 404) и второе количество воды для впрыска из водяного инжектора коллектора (график 406), на основе требования по разбавлению в двигателе и требования по охлаждению двигателя соответственно. В результате впрыска воды обеспечивают опережение момента зажигания (график 414) между моментами времени t1 и t2. Кроме того, увеличивается сигнал от датчика УДКОГ (график 410).
После впрыска воды в момент времени t1 контроллер определяет ошибку впрыска воды на основе изменения сигнала от датчика УДКОГ до и после впрыска воды. Контроллер определяет, что существует дефицит впрыска воды, на основе полученной ошибки впрыска воды. В данном случае ошибка находится внутри пределов и для водяного инжектора впускного порта, и для водяного инжектора коллектора. В результате, между моментами времени t2 и t3 контроллер регулирует и первое, и второе количество воды для впрыска из водяного инжектора впускного порта и водяного инжектора коллектора соответственно, на основе полученной ошибки впрыска воды. Контроллер увеличивает количество воды, впрыскиваемой и из водяного инжектора впускного порта, и из водяного инжектора коллектора, относительно запланированного количества воды для впрыска (изображенного штриховой линией) на основе определенного ранее дефицита. Вследствие увеличения количества воды для впрыска между моментами времени t2 и t3 увеличивается опережение момента зажигания (график 414) и увеличивается сигнал УДКОГ.
В момент времени t3 частота вращения двигателя и/или нагрузка двигателя (график 402) снова увеличивается вследствие увеличения требования по крутящему моменту. Поскольку частота вращения двигателя и/или нагрузка двигателя увеличивается до относительно высоких значений частоты вращения двигателя и/или нагрузки двигателя, увеличивается требование по охлаждению двигателя. В качестве реакции на увеличенное требование по охлаждению, в момент времени t3, контроллер увеличивает впрыск воды из водяного инжектора впускного порта. В момент времени t3 сигнал датчика УДКОГ уменьшается (график 410) несмотря на увеличение впрыска воды. Контроллер определяет, что существует дефицит впрыска воды, на основе изменения сигнала датчика УДКОГ до более низкого значения, чем ожидалось. В результате контроллер дополнительно увеличивает количество воды для впрыска (график 404). Однако между моментами времени t3 и t4 впрыск воды во впускной порт достигает верхнего предела (график 403). Поскольку впрыск воды во впускной порт достиг верхнего предела, контроллер увеличивает посредством команды количество воды для впрыска в коллектор (график 406) относительно запланированного количества (штриховая линия) для компенсации ошибки впрыска воды и соблюдения требования по охлаждению. Кроме того, контроллер задерживает момент зажигания относительно ОМЗ (график 414) для обеспечения остальной части требования по охлаждению после увеличения впрыска воды в коллектор.
В момент времени t4 частота вращения двигателя и/или нагрузка двигателя (график 402) уменьшается вследствие уменьшения требования по крутящему моменту. Кроме того, в момент времени t4, вследствие уменьшения частоты вращения двигателя и/или нагрузки двигателя, требование по разбавлению в двигателе увеличивается относительно требования по охлаждению. Кроме того, верхний предел (график 407) и нижний предел (график 408) впрыска воды в коллектор изменяются. Поскольку впрыск воды в коллектор достиг нижнего предела, контроллер увеличивает поток РОГ для обеспечения остальной части требования по разбавлению после впрыска воды посредством РОГ.
Между моментами времени t5 и t6 частота вращения двигателя и/или нагрузка двигателя (график 402) продолжают находиться в условиях средних нагрузок. Кроме того, контроллер определяет, что существует дефицит впрыска воды, на основе ошибки впрыска воды, которая определена на основе изменения сигнала УДКОГ (график 410). Однако впрыск воды в коллектор достигает верхнего предела (график 407). В результате, контроллер увеличивает впрыск воды во впускной порт (график 404) относительно запланированного количества впрыска (штриховая линия) для компенсации определенной ранее ошибки впрыска воды. Кроме того, между моментами времени t5 и t6, контроллер может продолжить обеспечение задержки момента зажигания относительно ОМЗ (график 414) на основе определенного ранее дефицита впрыска воды, для обеспечения остальной части требования по охлаждению. Кроме того, между моментами времени t5 и t6, вследствие увеличенного разбавления в результате увеличенного впрыска воды, контроллер уменьшает поток РОГ (график 412).
В момент времени t6 увеличивается требование по разбавлению в двигателе. Поскольку значения впрыска воды во впускной порт (график 404) и в коллектор (график 406) достигают верхних пределов, контроллер увеличивает поток РОГ (график 412) для обеспечения остальной части требования по разбавлению посредством РОГ. Кроме того, в качестве реакции на впрыск воды, обеспечивают опережение момента зажигания (график 414).
В момент времени t7 частота вращения двигателя и/или нагрузка двигателя (график 402) продолжает оставаться в условиях средних нагрузок. После впрыска воды между моментами времени t6 и t7 достигается требование по охлаждению и требование по разбавлению. В результате, контроллер уменьшает впрыск воды из водяного инжектора для впрыска во впускной порт и из водяного инжектора для впрыска в коллектор на основе требования по охлаждению и требования по разбавлению. Кроме того, контроллер уменьшает поток РОГ на основе уменьшения остальной части требования по разбавлению после впрыска воды. Кроме того, контроллер может обеспечить запаздывание зажигания до значения ОМЗ (график 414).
Таким образом, впрыск воды может использоваться для обеспечения охлаждения двигателя и одновременного разбавления в двигателе, посредством одновременного впрыска воды в различные места двигателя. Кроме того, обратная связь от датчика содержания кислорода в отработавших газах может использоваться для управления впрыском воды на основе полного количества воды для впрыска. Заданный командой начальный впрыск воды по каждому инжектору и общее измеренное количество воды, а также пределы для каждого инжектора можно использовать для регулирования впрыска воды из каждого инжектора. Технический эффект от использования обратной связи от датчика содержания кислорода для определения полной ошибки впрыска воды состоит в том, что ошибки впрыска воды можно компенсировать посредством регулирования количества воды для впрыска с распределением между различными водяными инжекторами, на основе индивидуальных пределов для каждого инжектора. За счет регулирования впрыска воды из каждого водяного инжектора можно лучше компенсировать ошибки впрыска воды. Кроме того, использование существующего датчика содержания кислорода в отработавших газах для управления с обратной связью впрыском воды из нескольких инжекторов позволяет уменьшить потребность в специальных датчиках, в том числе, в датчиках для каждого отдельного места впрыска воды. Кроме того, впрыск воды в нескольких местах двигателя и регулирование ошибок позволяет использовать впрыск воды для одновременного уменьшения детонации и обеспечения жидкостной РОГ, что позволяет уменьшить потребность в запаздывании зажигания для устранения детонации и решения проблем нестабильности сгорания в то время, когда впрыск воды используется для разбавления в двигателе. Уменьшение потребности в запаздывании зажигания для устранения предрасположенности к детонации позволяет повысить экономию топлива.
Согласно одному варианту осуществления, способ содержит впрыск воды в различные места двигателя в соответствии с требованием по разбавлению в двигателе и требованием по охлаждению двигателя; и корректировку полного количества воды для впрыска на основе обратной связи от датчика содержания кислорода в отработавших газах, работающего в режиме переменного напряжения. В первом примере способа способ дополнительно содержит управление двигателем с некоторой величиной рециркуляции отработавших газов (РОГ) во время впрыска воды. Второй пример способа опционально содержит первый пример и отличается тем, что указанная величина рециркуляции отработавших газов (РОГ) обеспечивает РОГ с фиксированным процентным значением РОГ в потоке свежего впускного воздуха, даже когда нагрузка двигателя изменяется (от средней нагрузки до минимальной нагрузки). Третий пример способа опционально содержит первый и/или второй пример и отличается тем, что впрыск воды в различные места двигателя содержит впрыск воды в одно или более мест из следующих: впускной коллектор ниже по потоку от впускного дросселя, впускной порт выше по потоку от впускного клапана и цилиндр двигателя. Четвертый пример способа опционально содержит один или несколько примеров, с первого по третий, и отличается тем, что впрыск воды в различные места двигателя дополнительно содержит впрыск воды в двигатель в различных направлениях, причем различные направления содержат первое направление к впускному клапану и второе направление в сторону от впускного клапана. Пятый пример способа опционально содержит примеры с первого по четвертый и дополнительно содержит выбор первого водяного инжектора для впрыска в первое место из числа различных мест двигателя и выбор второго водяного инжектора для впрыска во второе место из числа различных мест двигателя на основе требования по разбавлению в двигателе относительно требования по охлаждению двигателя, причем первое место содержит впускной порт и второе место содержит впускной порт, когда требование по разбавлению в двигателе больше, чем требование по охлаждению двигателя, и причем первое место содержит впускной порт и второе место содержит цилиндр двигателя, когда требование по разбавлению в двигателе ниже, чем требование по охлаждению двигателя. Шестой пример способа опционально содержит примеры с первого по пятый и отличается тем, что впрыск содержит впрыск полного количества воды для впрыска в качестве первого количества воды, впрыскиваемой из первого водяного инжектора в первом месте и второго количества воды, впрыскиваемой из второго водяного инжектора во втором, отличающемся от первого, месте, и причем корректировка включает оценку фактического количества воды для впрыска на основе обратной связи, оценку ошибки между полным количеством воды для впрыска и фактическим количеством воды для впрыска и регулирование первого количества относительно второго количества на основе этой ошибки. Седьмой пример способа опционально содержит примеры с первого по шестой и отличается тем, что первое количество и второе количество зависят от требования по разбавлению в двигателе и требования по охлаждению двигателя, и дополнительно зависят от частоты вращения двигателя и нагрузки двигателя, и причем регулирование содержит: регулирование только первого количества на основе ошибки, с поддержанием второго количества, когда ошибка находится в границах первого предела для первого инжектора; регулирование только второго количества на основе ошибки, с поддержанием первого количества, когда ошибка находится в границах второго предела для второго инжектора; и регулирование и первого количества, и второго количества на основе ошибки, когда ошибка находится в границах первого предела для первого инжектора и в границах второго предела для второго инжектора. Восьмой пример способа опционально содержит примеры с первого по седьмой и отличается тем, что первый предел для первого инжектора и второй предел для второго инжектора зависят от одного или более из следующего: температура двигателя, влажность на впуске и величина РОГ во время впрыска. Девятый пример способа опционально содержит примеры с первого по восьмой и дополнительно содержит поддержание первого количества воды для впрыска и второго количества воды для впрыска во время регулирования величины РОГ и/или момента зажигания, причем регулирование выполняют на основе ошибки, когда ошибка находится вне первого предела для первого инжектора и вне второго предела для второго инжектора. Десятый пример способа опционально содержит примеры с первого по девятый и отличается тем, что работа датчика содержания кислорода в отработавших газах в режиме переменного напряжения содержит режим, в котором модулируют опорное напряжение датчика содержания кислорода между первым, более низким, напряжением и вторым, более высоким, напряжением, и причем корректировка включает оценку чистой ошибки впрыска воды на основе первого выходного сигнала датчика, работающего в режиме переменного напряжения до впрыска воды, и второго выходного сигнала датчика, работающего в режиме переменного напряжения после впрыска воды.
Согласно другому варианту осуществления, способ содержит управление двигателем с некоторой величиной рециркуляции отработавших газов (РОГ), с впрыском первого количества воды в первое место двигателя и второго количества воды во второе место двигателя, причем первое количество и второе количество выбирают предварительно для соблюдения требования по охлаждению двигателя и требования по разбавлению в двигателе, причем первое и второе количества регулируют с обратной связью на основе чистой ошибки впрыска воды, оцененной посредством датчика содержания кислорода в отработавших газах, работающего в режиме переменного напряжения. В первом примере способа способ дополнительно содержит определение первого порога ошибки для первого инжектора и второго порога ошибки для второго инжектора, на основе температуры двигателя, влажности на впуске, первого места двигателя относительно второго места двигателя и величины РОГ, и причем регулирование с обратной связью содержит регулирование первого количества и второго количества на основе чистой ошибки впрыска воды относительно первого порога ошибки и второго порога ошибки. Второй пример способа опционально содержит первый пример и отличается тем, что регулирование с обратной связью содержит: одинаковое регулирование первого количества и второго количества на основе чистой ошибки впрыска воды до тех пор, пока не будет достигнут первый порог ошибки или второй порог ошибки, и последующее регулирование только первого количества после достижения второго порога ошибки, и регулирование только второго количества после достижения первого порога ошибки. Третий пример способа опционально содержит первый и/или второй пример и дополнительно содержит регулирование величины РОГ на основе регулирования с обратной связью первого количества и второго количества. Четвертый пример способа опционально содержит примеры с первого по третий и отличается тем, что оценка чистой ошибки впрыска воды посредством датчика содержания кислорода в отработавших газах содержит: модуляцию опорного напряжения датчика между первым, более низким, напряжением и вторым, более высоким, напряжением до и после впрыска; определение первой разности между током накачки датчика при первом напряжении и при втором напряжении, если модуляцию выполняют до впрыска; определение второй разности между током накачки датчика при первом напряжении и при втором напряжении, если модуляцию выполняют после впрыска; и определение чистой ошибки впрыска воды на основе отношения первой разности и второй разности. Пятый пример способа опционально содержит примеры с первого по четвертый, и отличается тем, что первый инжектор представляет собой водяной инжектор впускного порта, и причем первое место содержит поверхность впускного клапана, когда впускной клапан закрыт, и поверхность впускного порта, когда впускной клапан открыт, и причем второй инжектор представляет собой водяной инжектор коллектора, и причем второе место содержит впускной коллектор ниже по потоку от впускного дросселя.
Согласно другому варианту осуществления, система содержит двигатель; первый водяной инжектор для впрыска воды во впускной порт; второй водяной инжектор для впрыска воды во впускной коллектор; датчик содержания кислорода, соединенный с выпускным коллектором; канал РОГ, содержащий клапан РОГ, выполненный с возможностью обеспечения рециркуляции отработавших газов из выпускного коллектора во впускной коллектор; и контроллер с машиночитаемыми инструкциями для следующего: оценка требования по разбавлению в двигателе и требования по охлаждению двигателя на основе частоты вращения и нагрузки двигателя; определение полного количества воды для впрыска, которое удовлетворяет требованию по разбавлению в двигателе и требованию по охлаждению двигателя; выдача команды на полный впрыск воды, представляющий собой начальное соотношение первого количества воды для впрыска из первого водяного инжектора и второго количества воды для впрыска из первого водяного инжектора, причем начальное соотношение основано на полном количестве воды для впрыска и на пределах впрыска для первого водяного инжектора и второго водяного инжектора; оценка фактического количества воды, впрыснутой в двигатель, на основе обратной связи от датчика содержания кислорода, работающего в режиме переменного напряжения; и обновление начального соотношения на основе ошибки между заданным командой полным количеством воды для впрыска и оцененным фактическим количеством воды. В первом примере системы система отличается тем, что обновление содержит: обновление первого количества на основе отношения ошибки и предела впрыска для первого инжектора; обновление второго количества на основе отношения ошибки и предела впрыска для второго инжектора; обновление положения клапана РОГ на основе дефицита по разбавлению в двигателе после обновления; и запаздывание момента зажигания на основе дефицита по охлаждению двигателя после обновления. Второй пример системы опционально содержит первый пример и отличается тем, что обновление дополнительно содержит: обновление первого количества и второго количества с одинаковым коэффициентом, когда ошибка находится в границах пределов впрыска для первого инжектора и для второго инжектора; и обновление первого количества и второго количества с неодинаковыми коэффициентами, когда ошибка находится в границах предела впрыска только для первого инжектора или только для второго инжектора.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры управляющих программ и программ оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Способы управления и управляющие программы, раскрытые в настоящей заявке, могут быть сохранены как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполнены управляющей системой, состоящей из контроллера в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другими средствами двигателя. Конкретные программы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой одну или более стратегий обработки, таких как управляемые по событиям, управляемые по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.п. Кроме того, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Аналогичным образом, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных признаков 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. Более того, раскрытые действия, операции и/или функции могут представлять в графическом виде код, который должен быть запрограммирован в долговременную память машиночитаемой среды хранения данных в управляющей системе двигателя, при этом раскрытые действия могут быть выполнены посредством исполнения инструкций в системе, содержащей различные компоненты обеспечения двигателя совместно с электронным контроллером.
Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя 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 считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы изобретения ссылка может быть сделана на «некоторый» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения могут включать в себя один или более 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 считаются включенными в предмет настоящего изобретения.