СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА И НАЛИЧИЯ ПОТОКА ИЗ КАРТЕРА ПОСРЕДСТВОМ ДАТЧИКА ВЫХЛОПНОГО ГАЗА
METHOD (VERSION) AND SYSTEM FOR HUMIDITY AND POSITIVE CRANKCASE VENTILATION FLOW DETECTION VIA EXHAUST GAS SENSOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящая заявка частично продолжает заявку на патент С.Ш.А. 13/745.639, зарегистрированную 18 января 2013, содержание которой в полном объеме и во всех отношениях включено в настоящее изобретение путем ссылки.
Уровень техники
Настоящая заявка в целом относится к определению влажности окружающего воздуха посредством датчика отработавших газов, включенного в состав системы выпуска отработавших газов ДВС.
Раскрытие изобретения
В условиях отсутствия подачи топлива в двигатель при работающих по меньшей мере одном впускной клапане и одном выпускном клапане, например, при перекрытии подачи топлива при замедлении (DFSO - Deceleration Fuel Shut Off), окружающий воздух может протекать через цилиндры двигателя, попадая в систему выпуска отработавших газов. В некоторых примерах в условиях отсутствия подачи топлива в двигатель для определения влажности окружающего воздуха может быть использован датчик отработавших газов. Однако из-за закрытия впускной дроссельной заслонки в условиях отсутствия подачи топлива в двигатель, создается значительное разрежение во впускном коллекторе, которое может втянуть углеводороды принудительной вентиляции картера (PCV - Positive Crankcase Ventilation). При этом, даже при закрытом в условиях DFSO порте PCV, это разрежение может быть достаточно сильным для того, чтобы втянуть углеводороды PCV через поршневые кольца. Втягивание потока PCV может усиливаться в механически стареющем двигателе за счет протечки газов PCV за поршневые кольца и клапаны. Поглощенные углеводороды влияют на показания датчика отработавших газов и могут ухудшать точность измерений влажности. В частности, влияние углеводородов приводит к показаниям датчика, завышающим получаемую влажность.
Авторы настоящей заявки исследовали вышеуказанную проблему и разработали подход для ее по меньшей мере частичного решения. Таким образом, раскрывается способ для системы двигателя, содержащего датчик отработавших газов. В одном примере способ предусматривает следующее: в условиях отсутствия подачи топлива в двигатель, когда работают по меньшей мере один впускной клапан и один выпускной клапан, модулируют эталонное напряжение датчика отработавших газов при закрытой и открытой впускной дроссельной заслонке и сигнализируют об износе двигателя исходя из потока (PCV) принудительной вентиляции картера, основанного на показаниях датчика отработавших газов, полученных во время указанного модулирования. Способ также может включать в себя генерирование индикации влажности окружающего воздуха по показаниям датчика отработавших газов при закрытой впускной дроссельной заслонке, а также оценки потока PCV. Вышеуказанный способ позволяет достичь более точной оценки влажности окружающего воздуха, при этом лучше оценив и учтя поток PCV.
Например, в процессе определенных событий Перекрытия Топлива при Замедлении (DFSO), контроллер двигателя может модулировать эталонное напряжение впускного датчика кислорода для оценки как влажности окружающего воздуха, так и потока PCV. Контроллер сначала может модулировать эталонное напряжение при открытой впускной дроссельной заслонке и повторить модулирование напряжения при закрытой впускной дроссельной заслонке. При открытой впускной дроссельной заслонке, давление в коллекторе повышается, и поток PCV на впуск уменьшается. При таких условиях изменение тока накачки, считываемое датчиком в процессе модулирования, несет в себе информацию о влажности окружающего воздуха. При закрытой впускной дроссельной заслонке давление в коллекторе снижается, и поток PCV на впуск увеличивается. При таких условиях изменение тока накачки, считываемое датчиком в процессе модулирования, несет в себе информацию не только о влажности окружающего воздуха, но также и о воздействии углеводородов PCV. Сравнив изменение значений тока накачки, оцененных с открытой и закрытой впускной дроссельной заслонкой, можно идентифицировать объем потока PCV, полученный двигателем за то время, пока была закрыта дроссельная заслонка. Если в процессе модулирования был также закрыт порт PCV, то поток PCV можно сравнить с пороговым значением для распознавания протечки потока PCV через поршневые кольца, а также можно сгенерировать сигнал старении двигателя и износе компонентов. По полученному потоку PCV также можно модифицировать показания влажности окружающего воздуха. Более надежную оценку влажности окружающего воздуха, очищенную от влияния углеводородов PCV, затем можно использовать для регулирования рабочих параметров двигателя, не затрагивая управление двигателем.
Указанным способом снижают влияние PCV на измерение влажности посредством датчика кислорода в отработавших газах. При необходимости измерить влажность, выборочно открывая впускную дроссельную заслонку в условиях DFSO, уменьшают разрежение во впускном коллекторе, уменьшая объем углеводородов PCV, затягиваемых в двигатель. Кроме того, даже какие-либо углеводороды уже были поглощены, усиленный поток воздуха снижает концентрацию PCV, измеряемую датчиком отработавших газов в процессе DFSO. То есть, влажность окружающего воздуха может быть определена более точно и надежно.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание предназначено для представления в упрощенном виде набора концепций, раскрываемых подробнее в разделе «Осуществление изобретения». Не подразумевается идентификация ключевых или существенных признаков предмета изобретения, объем которого уникально определен в формуле изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, объект изобретения не ограничивается реализациями, устраняющими какие-либо недостатки, отмеченные выше или где-либо в настоящем раскрытии.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан пример осуществления камеры сгорания системы двигателя, содержащей систему выпуска отработавших газов и систему рециркуляции отработавших газов.
На фиг 2 схематически показан пример датчика отработавших газов.
На фиг. 3 показана блок-схема алгоритма определения измерительного режима датчика отработавших газов.
На фиг. 4 показана блок-схема алгоритма нахождения влажности окружающего воздуха посредством датчика отработавших газов.
На фиг. 5 графически представлено влияние углеводородов PCV на оценку влажности.
На фиг. 6 показана блок-схема алгоритма регулирования рабочих параметров двигателя по влажности окружающего воздуха, сгенерированной датчиком отработавших газов.
На фиг. 7 показан пример влияния потока PCV на нахождение влажности.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к способам и системам для системы двигателя с датчиком кислорода в отработавших газах, например, к системе двигателя по фиг. 1 и датчику кислорода в отработавших газах по фиг. 2. В определенных условиях отсутствия подачи топлива в двигатель датчик кислорода в отработавших газах может быть использован для оценки влажности и/или оценки потока PCV. Контроллер системы двигателя может быть выполнен с программным кодом для выполнения алгоритмов управления, например, показанных на фиг. 3 - фиг. 4 для модулирования эталонного напряжения, подаваемого на датчик кислорода в отработавших газах в условиях отсутствия подачи топлива в двигатель сначала при открытой впускной дроссельной заслонке, а затем - при закрытой впускной дроссельной заслонке. Сравнивая показания датчика в процессе модулирования, контроллер может получить информацию о влажности окружающего воздуха и расходе PCV. Информацию можно получать по линейной зависимости между содержанием воды в отработавших газах и током накачки, выдаваемым датчиком (фиг. 6). Затем контроллер может отрегулировать один или более рабочих параметров двигателя по полученным влажности и потоку PCV (фиг. 5). Кроме того, по полученной информации потока PCV контроллер может также идентифицировать износ компонентов двигателя, являющийся причиной протечек потока PCV. Приводится пример регулировки со ссылкой на фиг. 7.
На фиг. 1 схематически изображен один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10 в системе 100 двигателя, которая может входить в состав движительной системы автомобиля. Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере частично, посредством системы управления, содержащей контроллер 12, и посредством команды оператора 132 автомобиля через устройство 130 ввода. В настоящем примере, устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала РР (Pedal Position) положения педали (ПП). Камера 30 сгорания (т.е. цилиндр) двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры и расположенный внутри поршень 36. Поршень 36 может быть связан с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 через промежуточную трансмиссионную систему может быть связан по меньшей мере с одним ведущим колесом автомобиля. Кроме того, для запуска двигателя 10 в работу с коленчатым валом 40 через маховик может быть связан двигатель стартера.
Камера 30 сгорания может принимать воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42, и может выпускать отработавшие газы через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
В настоящем примере, впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 могут управляться путем приведения в движение кулачков через соответствующую систему 51 и 53 кулачкового привода клапанов. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода клапанов может содержать один и более кулачков и использовать одну или несколько из систем: систему переключения профилей кулачков (CPS), систему изменения фаз газораспределения (VCT), систему переменного газораспределения (VVT) и/или систему переменного газораспределения с регулированием высоты подъема клапанов (VVL) которые может использовать в работе контроллер 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может определяться датчиками 55 и 57 положения соответственно. В альтернативных вариантах осуществления, впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут управляться системой электрического привода клапанов. Например, цилиндр 30 альтернативно может включать в себя впускной клапан, управляемый через систему электрического привода клапанов, и выпускной клапан, управляемый через систему кулачкового привода, содержащую системы CPS и/или VCT.
Топливная форсунка 66 показана соединенной напрямую с камерой 30 сгорания для впрыска топлива непосредственно в нее пропорционально ширине импульса сигнала FPW, получаемого от контроллера 12 через электронный привод 68. При этом топливная форсунка 66 осуществляет «прямой впрыск» топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка может быть расположена сбоку камеры сгорания или сверху камеры сгорания (как показано), например. Топливо может доставляться к топливной форсунке 66 топливной системой (не показана), имеющей в своем составе топливный бак, топливный насос и топливную рейку. В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания может альтернативно или дополнительно иметь в своем составе топливную форсунку, расположенную во впускном коллекторе 44 в конфигурации, обеспечивающей так называемый «впрыск топлива во впускные каналы» впускного коллектора выше по потоку от камеры 30 сгорания.
Впускной канал 42 может содержать дроссельный клапан 62 (дроссель), содержащий дроссельную шайбу 64. В данном частном примере, контроллер 12 может изменять положение дроссельной шайбы 64 посредством сигнала, подаваемого на электрический мотор или исполнительный орган, входящий в состав дросселя 62, в соответствии с системой, которую принято называть «электронным управлением дроссельной заслонкой» (ETC). Таким образом, дроссель 62 можно приводить в действие, чтобы изменять поток воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания - один из цилиндров двигателя. Информация о положении дроссельной шайбы 64 может передаваться в контроллер 12 посредством сигнала TP (Throttle Position, положение дроссельной заслонки, ПДЗ). Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления в воздушном коллекторе для передачи в контроллер 12 соответствующих сигналов MAF (Manifold Air Flow, массовый расход воздуха в коллекторе двигателя) и MAP (Manifold Air Pressure, давление воздуха в коллекторе двигателя).
Показано, что перед системой 70 снижения токсичности выбросов к выпускному каналу 48 присоединен датчик 126 отработавших газов. Датчик 126 может представлять собой любой подходящий датчик для измерения воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например, линейный кислородный датчик, или универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах (UEGO, Universal Exhaust Gas Oxygen), кислородный датчик с двумя состояниями (EGO, Exhaust Gas Oxygen), нагреваемый датчик содержания кислорода в отработавших газах (HEGO, Heated Exhaust Gas Oxygen), датчик NOx, НС или СО. Показано, что в выпускном канале 48, после датчика 126 отработавших газов расположена система 70 снижения токсичности выбросов. Система 70 может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (TWC, Three-Way Catalyst), уловитель NOx, различные другие устройства снижения токсичности выбросов или сочетание указанных устройств. В некоторых вариантах осуществления при работе двигателя 10 может осуществляться периодическая регенерация устройства снижения токсичности выбросов путем установления по меньшей мере в одном цилиндре двигателя определенного воздушно-топливного отношения.
Кроме того, в рассматриваемых вариантах осуществления, система EGR (Engine Gas Recirculation) 140 рециркуляции отработавших газов может направлять нужную часть отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной коллектор 44 через канал 142 EGR. Контроллер 12 может изменять количество отработавших газов, передаваемых во впускной коллектор 44, посредством клапана 144. Кроме того, в канале EGR может быть установлен датчик 146, который может обеспечивать индикацию одной или более из следующих величин: давления, температуры и концентрации компонентов отработавшего газа. При некоторых условиях система 140 EGR может быть использована для регулирования температуры воздушно-топливной смеси в камере сгорания, обеспечивая тем самым способ управления распределением зажигания (установкой момента зажигания) в некоторых режимах сгорания. Кроме того, в некоторых условиях, часть газов горения может удерживаться или улавливаться в камере сгорания за счет управления открытием и закрытием выпускного клапана, например управления механизмом переменного газораспределения.
Контроллер 12 на фиг. 1 показан в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102 (CPU, Central Processor Unit), порты 104 ввода/вывода (I/O, Input/Output), электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, изображенную в виде постоянного запоминающего устройства 106 (ROM, Read-only Memory), оперативное запоминающее устройство 108 (RAM, Random Access Memory), энергонезависимое запоминающее устройство 110 (ЭЗУ, КАМ, Keep Alive Memory) и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10, дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, включая: сигнал MAF измеренного массового расхода воздуха, наддуваемого в двигатель, от датчика 120 массового расхода; сигнал ЕСТ (Engine Coolant Temperature) температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112, связанного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал PIP профиля зажигания (Profile Ignition Pick-up, модифицированный сигнал от датчика поворота коленчатого вала для расчета частоты вращения и положения двигателя) от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 40, сигнал TP положения заслонки от датчика положения дроссельной заслонки, и сигнал MAP абсолютного давления в коллекторе от датчика 122. Сигнал RPM частоты вращения вала двигателя (Revolutions per Minute) может быть выработан контроллером 12 из сигнала PIP. Сигнал MAP от датчика давления в коллекторе может быть использован для индикации разрежения или давления во впускном коллекторе. Следует отметить, что могут быть использованы различные сочетания вышеуказанных датчиков, например, датчик MAF без датчика MAP, и наоборот. При работе при стехиометрическом отношении, датчик MAP может давать сигнал крутящего момента двигателя. Кроме того, указанный датчик, вместе с измеренной частотой вращения вала двигателя может обеспечивать оценку заряда горючей смеси (включая воздух), вводимого в цилиндр. В одном из примеров, датчик 118, который также используется в качестве датчика частоты вращения двигателя, может на каждый оборот коленчатого вала формировать заданное число равноотстоящих импульсов.
В электронную среду хранения (ПЗУ 106) может быть занесена программа в виде машиночитаемых данных, представляющих инструкции, исполняемые процессором 102 для осуществления описываемых ниже способов, а также других вариантов, которые предполагаются, но конкретно не перечисляются.
Как говорилось выше, на фиг. 1 изображен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, при этом каждый цилиндр может аналогичным образом включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку и т.п.
2
На фиг. 2 схематически изображен пример осуществления датчика отработавших газов, например, датчика 200 UEGO, выполненного с возможностью измерения концентрации кислорода (O) в потоке отработавших газов. Например, датчик 200 может функционировать как датчик 126 отработавших газов, описанный выше со ссылкой на фиг. 1. Датчик 200 содержит некоторое количество слоев одного или нескольких керамических материалов, уложенных друг на друга. В варианте осуществления по фиг. 2 пять керамических слоев обозначены как слои 201, 202, 203, 204 и 205. Среди этих слоев содержится один или более слоев твердого электролита, способного проводить кислород в ионной форме. В качестве некоторых примеров пригодных твердых электролитов можно назвать материалы на основе оксида циркония. Кроме того в некоторых вариантах осуществления, аналогичных показанному на фиг. 2, может иметься нагреватель 207, находящийся в тепловом контакте со слоями для повышения ионной проводимости слоев. Хотя показанный датчик 200 UEGO сформирован из пяти керамических слоев, следует понимать, что датчик UEGO может включать в себя и другое подходящее количество керамических слоев.
2
2
Слой 202 включает в себя материал или материалы, создающие диффузионный путь 210. Диффузионный путь 210 выполнен с возможностью введения отработавших газов в первую внутреннюю полость 222 посредством диффузии. Диффузионный путь 210 может быть выполнен с возможностью того, чтобы один или более компонентов отработавших газов, в том числе, интересующий аналит (например, O), диффундировал во внутреннюю полость 222 с более ограничивающей скоростью, чем та, с которой аналит может быть закачан или откачан парами 212 и 214 электродов накачки. При этом можно достичь стехиометрического уровня O в первой внутренней полости 222.
p
Датчик 200 также включает в себя вторую внутреннюю полость 224 внутри слоя 204, отделенную от первой внутренней полости 222 слоем 203. Вторая внутренняя полость 224 выполнена с возможностью поддержания постоянного парциального давления кислорода, соответствующего стехиометрическому условию, то есть уровень кислорода, присутствующего во второй внутренней полости, равен тому, который бы имел отработавший газ, если бы отношение воздух-топливо было бы стехиометрическим. Концентрация кислорода во второй внутренней полости 224 поддерживается постоянным током I накачки (pumping current). Здесь, вторая внутренняя полость 224 может называться эталонной ячейкой.
Пара измерительных электродов 216 и 218 расположена в контакте с первой внутренней полостью 222 и с эталонной ячейкой 224. Пара измерительных электродов 216 и 218 обнаруживает градиент концентрации, который может развиться между первой внутренней полостью 222 и эталонной ячейкой 224 за счет того, что концентрация кислорода в отработавших газах будет выше или ниже стехиометрического уровня. Высокая концентрация кислорода может быть результатом обеднения смеси отработавших газов, а низкая концентрация кислорода может быть следствием обогащения смеси, например.
Пара электродов 212 и 214 накачки расположена в контакте со внутренней полостью 222 и выполнена с возможностью электрохимически откачивать выбранную составляющую газа (например, O2) из внутренней полости 222 через слой 201 наружу из датчика 200. Альтернативно, пара электродов 212 и 214 накачки может быть выполнена с возможностью электрохимически накачивать выбранный газ через слой 210 во внутреннюю полость 222. Здесь, пара электродов 212 и 214 накачки может быть названа ячейкой накачки кислорода.
Электроды 212, 214, 216 и 218 могут быть выполнены из разнообразных подходящих материалов. В некоторых вариантах осуществления, электроды 212, 214, 216 и 218 по меньшей мере частично могут быть выполнены из материала, являющегося катализатором диссоциации молекулярного кислорода. Примерами таких материалов, среди прочего, являются электроды, содержащие платину и/или золото.
p
P
p
Процесс электрохимической накачки кислорода из внутренней полости 222 или внутрь нее предусматривает подачу электрического тока I на пару электродов 212 и 214. Ток I накачки, подаваемый на ячейку накачки кислорода, перекачивает кислород внутрь первой внутренней полости 222 или из нее с целью поддержания стехиометрического уровня кислорода в ячейке накачки полости. Ток I накачки пропорционален концентрации кислорода в отработавшем газе. То есть, обеднение смеси приведет к откачке кислорода из внутренней полости 222, а обогащение смеси приведет к закачке кислорода во внутреннюю полость 222.
p
p
Система управления (не показанная на фиг. 2) вырабатывает сигнал V напряжения накачки в зависимости от силы тока I накачки, требующегося для поддержания стехиометрического уровня внутри первой внутренней полости 222.
s
2
2
2
2
2
p
2
Таким образом, датчик кислорода выхлопного газа работает при первом, более низком эталонном напряжении (V), например, 450 мВ. Однако когда напряжение меняется на второе, более высокое эталонное напряжение, например, выше 800 мВ (например, 1080 мВ), датчик диссоциирует воду в отработавшем газе и измеряет дополнительный газ, полученный из воды. Этот феномен затем с выгодой может быть применен для измерения влажности окружающего воздуха. Конкретнее, при работе при более низком эталонном напряжении (450 мВ), ток накачки пропорционален концентрации кислорода [O]. Затем, когда датчик работает при более высоком эталонном напряжении (1080 мВ), происходит высвобождение дополнительного кислорода за счет диссоциации воды (HO→Н+½O), а для нахождения концентрации воды [HO] измеряют изменение тока накачки, соответствующее дополнительному кислороду. Как показано на графике 600 фиг. 6, ток накачки (I, ось y) линейно изменяется при изменении концентрации воды ([HO], ось y). Зависимость может быть выражена следующим уравнением:
P
2
I=0,114[HO]mA5-0,00011mA
2
Подбор линейной регрессии для графика на фиг. 6 дает коэффициент R регрессии, равный 0,999. При более высоком эталонном напряжении 1080 мВ, разрешение датчика имеет порядок 2 мкА.
Следует понимать, что описанный здесь датчик UEGO является лишь одним из примеров осуществления датчика UEGO, и что другие осуществления датчиков UEGO могут иметь дополнительные и/или альтернативные отличительные признаки или конструкции.
На датчик кислорода выхлопного газа, однако, влияет присутствие в отработавшем воздухе углеводородов. В частности, углеводороды отработавших газов на датчике могут быть окислены до двуокиси углерода и воды, в результате чего чувствительный элемент датчика кислорода выхлопного газа будет давать заниженные показания количества кислорода по сравнению с реальной ситуацией. В результате этого рассчитанная по выходному сигналу UEGO влажность окружающего воздуха будет некорректной (например, влажность окружающего воздуха будет завышенной). Хотя эта проблема и имеет некоторое решение путем замера количества воды в воздухе условиях DFSO, когда в двигатель не подается топливо, на измерения все-таки может влиять присутствие углеводородов, поглощенных через порт PCV. К ним относятся углеводороды картерных газов и принудительной вентиляции картера. Даже в том случае, если порт PCV будет закрыт (например, при закрытии клапана PCV), углероды PCV могут быть поглощены через поршневые кольца. Например, когда в условиях DFSO дроссельная заслонка на впуске закрыта, давление MAP на впуске может быть достаточно низким для того, чтобы были затянуты углеводороды PCV. В возрастных двигателях проблема может быть осложнена возможным дополнительными протечками PCV за счет износа поршневых колец и клапанов. Повышенный поток PCV повышает расход моторного масла, приводит к потере пикового крутящего момента и влияет на показания датчика влажности. Следовательно, контролировать поток PCV нужно для управления им и обнаружения какого-либо значительного износа компонентов двигателя. Однако в настоящее время не имеется надежного механизма определения расхода потока PCV и/или его состава.
В конкретизации со ссылкой на фиг. 3 - фиг. 5 авторы настоящего изобретения определили возможность сведения к минимуму, или даже устранения влияния углеводородов PCV путем открытия впускной дроссельной заслонки в ходе событий DFSO, при том, что влажность оценивается датчиком кислорода выхлопных газов. Путем открытия впускной дроссельной заслонки можно повысить коллекторное давление. Это уменьшает перепад давления на PCV порте, чем снижается объем потока PCV, затягиваемый во впускной коллектор. Повышение MAP также повышает давление в цилиндре, уменьшая поток углеводородов (или масла) через поршневые кольца в воздух в цилиндре. Кроме того, при повышении MAP повышается поток воздуха в течение события DFSO, снижая концентрацию паров масла или углеводородов. Такой комбинированный эффект снижает общее воздействие потока PCV на измерения датчиком отработавших газов кислорода диссоциированной воды влажности окружающего воздуха.
Кроме того, при оценке влажности окружающего воздуха, тот же самый датчик отработавших газов может быть выгодно использован для оценки потока PCV двигателя и распознавания износа компонента двигателя, ведущего к протечке потока PCV. В частности, эталонное напряжение датчика кислорода в отработавших газах в течение событий DFSO может быть модулировано путем открытия впускного клапана с последующим закрытием впускного клапана, а для оценки объема потока PCV можно сравнить delta Ip при обоих условиях. После этого можно отрегулировать рабочие параметры двигателя по уточненным оценкам влажности окружающего воздуха и потока PCV.
На фиг. 3 - фиг. 5 показаны блок-схемы, иллюстрирующие алгоритмы для датчика отработавших газов и системы двигателя соответственно. Например, показанный на фиг. 3 алгоритм, исходя из условий подачи топлива в двигатель, находит то, для измерения чего датчик должен быть приведен в действие: концентрации кислорода в отработавших газах, влажности окружающего воздуха или потока PCV. Показанный на фиг. 4 алгоритм находит влажность окружающего воздуха и объем потока PCV по показаниям датчика отработавших газов, описанного со ссылкой на фиг. 2. Показанный на фиг. 5 алгоритм предназначен для регулирования рабочего параметра двигателя по влажности окружающего воздуха и потоку PCV, найденным посредством алгоритма, показанного на фиг. 3. Кроме того, показанный на фиг. 5 алгоритм позволяет распознать износ компонента двигателя, сравнивая объем потока PCV с пороговым значением.
Вернемся к рассмотрению фиг. 3, где изображена блок-схема алгоритма 300 управления датчиком отработавших газов, например, датчиком кислорода в отработавших газах, описанного выше со ссылкой на фиг. 2 и расположенного как показано на фиг. 1. Режимом работы датчика управляют по меньшей мере по условиям подачи топлива в двигатель. В частности, алгоритм определяет, не работает ли двигатель в условиях отсутствия подачи топлива, и соответствующим образом регулирует режим измерения датчика. Например, в условиях отсутствия подачи топлива датчик работает в режиме нахождения влажности окружающего воздуха и/или потока PCV, в то время как в условиях с подачей топлива двигатель работает в режиме измерения концентрации кислорода в отработавших газах для нахождения воздушно-топливного отношения.
На этапе 302 показанного на фиг. 3 алгоритма 300 определяют условия работы двигателя. Неограничивающими примерами условий работы двигателя можно назвать фактический/желаемый объем EGR, распределение зажигания, воздушно-топливное отношение, частота вращения вала двигателя барометрическое давление, температура хладагента двигателя и т.д.
После того, как определены условия работы двигателя, на этапе 304 алгоритма 300 определяют, не находится ли двигатель в условиях отсутствия подачи топлива. Условия отсутствия подачи топлива включают в себя условия работы двигателя, при которых подача топлива прерывается, но двигатель продолжает вращаться, и по меньшей мере один впускной клапан и один выпускной клапан работают; то есть воздух течет через один или более цилиндров, но топливо в цилиндры не впрыскивается. В условиях отсутствия подачи топлива сгорания не происходит, и окружающий воздух может двигаться через цилиндр от впускного канала к выпускному каналу. При этом датчик, такой как датчик кислорода в отработавших газах, может принимать окружающий воздух, в котором можно выполнять измерения, например, измерение влажности окружающего воздуха.
К условиям отсутствия подачи топлива может относиться, например, перекрытие топлива при замедлении (DFSO - Deceleration Fuel Shut Off). DFSO является реакцией на действие оператора педалью (например, в ответ на сброс газа водителем и тогда, когда автомобиль ускоряется больше, чем на величину порогового значения). Условия DAFOE могут повторяться в процессе одного ездового цикла, следовательно, на протяжении ездового цикла могут генерироваться многочисленные индикации влажности окружающего воздуха, например, при каждом условии DFSO. Следовательно, на протяжении ездовых циклов, в которых наблюдаются флуктуации влажности окружающего воздуха, можно сохранять общий к.п.д. двигателя.
Если определяют, что двигатель не работает в условиях отсутствия подачи топлива, например, когда топливо впрыскивают в один или более цилиндров двигателя, алгоритм 300 переходит к этапу 308. На этапе 308 датчик отработавших газов работает в качестве датчика воздушно-топливного отношения. В данном режиме работы, датчик может функционировать, например, как датчик лямбда. По выходному напряжению датчика лямбда можно определить то, каким - обедненным или обогащенным является воздушно-топливное отношение. Альтернативно, датчик может функционировать в качестве универсального датчика содержания кислорода в отработавших газах (UEGO), и по току накачки ячейки накачки датчика может быть получено воздушно-топливное отношение (например, степень отклонения от стехиометрического отношения).
На этапе 310 алгоритма 300 по показаниям датчика отработавших газов регулируют воздушно-топливное отношение (FAR). То есть в условиях подачи топлива в двигатель по обратной связи от датчика можно поддерживать требуемое FAR отработавших газов. Например, если требуемое воздушно-топливное отношение является стехиометрическим отношением, и если датчик определяет обеднение отработавших газов (то есть, отработавшие газы содержат избыток кислорода и FAR меньше стехиометрического), в следующий раз подачи топлива в двигатель можно впрыснуть дополнительное топливо. В другом примере, если требуемое воздушно-топливное отношение является стехиометрическим, и датчик определяет обогащение отработавших газов (то есть, когда отработавшие газы содержат избыток топлива и FAR более стехиометрического), в следующий раз подачи топлива в двигатель его может быть впрыснуто меньше.
С другой стороны, если определяют, что двигатель находится в условиях отсутствия подачи топлива, алгоритм переходит к этапу 306, и датчик приводят в действие для нахождения влажности окружающего воздуха и/или потока PCV к двигателю. Влажность окружающего воздуха и поток PCV можно найти по показаниям датчика, как описывается более подробно ниже со ссылкой на фиг. 4. Например, эталонное напряжение датчика можно модулировать между минимальным напряжением, при котором обнаруживается кислород, и напряжением, при котором молекулы воды могут диссоциировать, что позволит найти влажность окружающего воздуха. Процесс может быть повторен с открытой впускной дроссельной заслонкой (когда поток PCV снижается или отсутствуют), а также с закрытой впускной дроссельной заслонкой (когда возникает поток PCV), а разность показаний датчика в двух положениях дроссельной заслонки может быть использована для получения значения потока PCV. Следует понимать, что влажность окружающего воздуха (которую находят так, как это описано со ссылкой на фиг. 4), является абсолютной влажностью окружающего воздуха. Дополнительно можно получить относительную влажность, если также использовать термочувствительное устройство, например датчик температуры.
На фиг. 4 показана блок-схема алгоритма 400 нахождения влажности окружающего воздуха и потока PCV посредством датчика отработавших газов, такого как датчик кислорода, описанный выше со ссылкой на фиг. 2 и расположенный так, например, как показано на фиг. 1.
На этапе 401 алгоритм включает в себя закрытие порта PCV. Например, если имеется клапан PCV, связывающий картер двигателя с впускным коллектором, то этот клапан может быть закрыт. За счет закрытия клапана снижается поглощение углеводородов PCV и их воздействие на показания датчика кислорода в отработавших газах.
На этапе 402 алгоритм включает в себя открытие впускной дроссельной заслонки для повышения давления (MAP) в коллекторе, чтобы тем самым препятствовать засасыванию потока PCV за поршневые кольца. Открытие впускной дроссельной заслонки в одном примере включает в себя полное открытие дроссельной заслонки. В другом примере дроссельная заслонка может быть открыта по меньшей мере на 15 градусов. Как было рассмотрено выше, путем открытия впускной заслонки снижается влияние потока PCV (то есть, любых протечек потока PCV за поршневые кольца). Это происходит за счет повышения MAP, приводящего к падению перепада давления на порту PCV, что сокращает объем потока PCV, попадающий во впускной коллектор. Повышенное давление MAP также повышает давление в цилиндре, чем уменьшается поток углеводородов PCV через поршневые кольца в воздух цилиндра. И наконец, повышенное давление MAP также увеличивает общий поток воздуха в течение события DFSO, снижая эффективную концентрацию паров углеводородов.
На этапе 404 алгоритм включает в себя модулирование эталонного напряжения при открытой впускной дроссельной заслонке. Здесь датчик отработавших газов является датчиком кислорода в отработавших газах. Модулирование эталонного напряжения предусматривает переключение эталонного напряжения между первым, более низким эталонным напряжением и вторым, более высоким эталонным напряжением. В частности, на этапе 406 датчик работает на низком эталонном напряжении, и при этом по показаниям датчика считывают первый ток (IP1) накачки. Затем, на этапе 407, эталонное напряжение повышают, датчик работает на более высоком эталонном напряжении, и по показаниям датчика считывают второй ток (IP2) накачки. В одном из неограничивающих примеров первое напряжение может составлять 450 мВ, а второе напряжение может составлять 1080 мВ. При открытой впускной дроссельной заслонке при 450 мВ, например, первый ток (IP1=Ip_450_no_pcv) может указывать на количество кислорода в отработавших газах. При 1080 мВ может происходить диссоциация молекул воды, так что второй ток накачки будет указывать на количество кислорода в отработавших газа плюс количество кислорода из диссоциировавших молекул воды (IP2=Ip_1080_no_pcv). Первое напряжение может быть тем напряжением, при котором можно найти концентрацию кислорода в отработавших газах, например, а второе напряжение может быть тем напряжением, при котором молекулы воды могут диссоциировать.
2
Кроме того, при напряжении 1080 мВ кроме молекул кислорода могут диссоциировать и молекулы углекислого газа (CO). Однако в условиях, когда открыта впускная дроссельная заслонка, а в двигатель не подается топлива, углекислый газ из углеводородов (например, из топлива или масла) может не образоваться, то есть, не влиять на оценку влажности.
На этапе 408 алгоритм включает в себя нахождение изменения (delta Ip) тока накачки в процессе модуляции. На этапе 410 может быть найдено среднее изменение тока накачки. Например, в течение события DFSO с открытой дроссельной заслонкой, модулирование может быть выполнено на некоторый период времени, и для каждой модуляции может быть получено изменение тока накачки. Затем полученные значения могут быть усреднены. Таким образом, так как значение delta Ip получают по показаниям датчика, считанным при открытой впускной дроссельной заслонке, delta Ip отражает изменение тока накачки только под воздействием влажности окружающего воздуха (без какого-либо вклада потока PCV). То есть первое изменение тока накачки может быть занесено в память как Delta_ip_no_pcv и может быть получено как:
Delta_ip_no_pcv=Ip_1080_no_pcv-Ip_450_no_pcv=IP2-IP1
Модулируя эталонное напряжение и находя среднее изменение тока накачки можно, например, свести к нулю эффект изменения воздушно-топливного отношения в начале периода перекрытия топлива при замедлении, когда в отработавших газах еще могут присутствовать остатки газов горения. То есть, индикацию влажности окружающего воздуха можно получить достаточно быстро после прекращения впрыска топлива, даже в случае, если отработавший газ будет содержать остатки газов горения.
На этапе 412 можно оценить влажность окружающего воздуха по первому изменению (Delta_ip_no_pcv) тока накачки. В частности, так как второй ток накачки по показаниям датчика при втором напряжении (когда диссоциируют молекулы воды) указывает на количество кислорода в отработавших газах в сумме с количеством кислорода из диссоциировавших молекул воды, а второй ток накачки по показаниям датчика при первом напряжении (когда молекулы воды не диссоциированы) указывает на количество кислорода только в отработавших газах, первое изменение тока накачки (разность между первым током накачки и вторым током накачки при открытой впускной дроссельной заслонке), оцененное в условиях отсутствия подачи топлива в двигатель, когда работает по меньшей мере один впускной клапан и один выпускной клапан, является показателем влажности окружающего воздуха.
Следует понимать, что в некоторых примерах модулирование эталонного напряжения для нахождения влажности окружающего воздуха может быть основано на продолжительности перекрытия топлива. Например, алгоритм опционально находит период времени после перекрытия топлива. Если период времени после перекрытия топлива будет меньше порогового значения, то эталонное напряжение датчика модулируют между первым напряжением и вторым напряжением для нахождения влажности окружающего воздуха. Модулирование эталонного напряжения не выполняют, если период времени после перекрытия топлива превышает пороговое значение. В некоторых примерах период времени после перекрытия топлива может представлять собой количество циклов двигателя после перекрытия топлива. При этом пороговый период времени может представлять собой то время, которое требуется для того, чтобы выхлоп стал существенно свободен от углеводородов, происходящих от процесса горения в двигателе. Например, остаточные газы от одного или более предшествующих циклов сгорания могут оставаться в выхлопе на несколько циклов после перекрытия топлива, и выходящий из камеры сгорания газ может содержать не только один окружающий воздух в течение некоторого периода времени после прекращения впрыска топлива. Кроме того, длительность перекрытия подачи топлива может быть различной. Например, оператор транспортного средства может отпустить педаль акселератора и двигаться по инерции до полной остановки, что приведет к тому, что длительность DFSO будет большой. В некоторых ситуациях длительность перекрытия топлива (времени от прекращения подачи топлива до возобновления подачи топлива, например), может не быть достаточно большой для того, чтобы окружающий воздух мог установить в системе выпуска отработавших газов равновесное состояние. Например, оператор транспортного средства после отпускания педали акселератора может выполнить кратковременную подгазовку, что приведет к прекращению события DFSO вскоре после его начала. В такой ситуации контроллер может модулировать эталонное напряжение, как было рассмотрено на этапе 404. Напротив, в случае если период времени после перекрытия топлива превысит пороговое значение, эталонное напряжение повышают до порогового напряжения, но не модулируют. Пороговым напряжением может быть напряжение, при котором диссоциирует нужная молекула, например, второе, высокое эталонное напряжение в 1080 мВ. В другом примере, при оценке одной влажности (без оценки потока PCV), используемое второе, высокое напряжение может быть напряжением 950 мВ или другим напряжением, при котором могут диссоциировать молекулы воды.
Возвратившись к рассмотрению алгоритма 400 видим, что после оценки влажности окружающего воздуха, на этапе 414 алгоритм включает в себя закрытие впускной дроссельной заслонки для того, чтобы понизить давление (MAP) в коллекторе и тем самым стимулировать затягивание потока PCV за поршневые кольца во впускной коллектор двигателя. Закрытие впускной дроссельной заслонки включает в себя полное закрытие впускной дроссельной заслонки. Таким образом, путем закрытия впускной дроссельной заслонки увеличивают воздействие потока PCV.
2
2
2
2
Далее, на этапе 416 при закрытой впускной дроссельной заслонке модулируют эталонное напряжение датчика кислорода в отработавших газах. Как было рассмотрено со ссылкой на 404, модулирование эталонного напряжения включает в себя переключение эталонного напряжения между первым, более низким эталонным напряжением (например, 450 мВ) и вторым, более высоким эталонным напряжением (например, 1080 мВ). В частности, на этапе 418 датчик работает на более низком эталонном напряжении, и датчик показывает первый ток (IP1'=Ip_450_w_pcv) накачки. Затем, на этапе 419, эталонное напряжение повышают, датчик работает на более высоком эталонном напряжении, и датчик показывает второй ток (IP2'=Ip_1080_w_pcv) накачки. При закрытой впускной дроссельной заслонке при 450 мВ, например, ток накачки может быть показателем количества кислорода в отработавших газах. При закрытой дроссельной заслонке, при напряжении 1080 мВ, кроме диссоциации молекул воды может также происходить диссоциация молекул двуокиси углерода (CO). В частности, при условиях, когда впускная дроссельная заслонка закрыта, а в двигатель не подается топлива, из углеводородов (например, топлива или масла) может образовываться углекислый газ и оказывать влияние на оценку влажности. То есть, при напряжении 1080 мВ могут быть диссоциированы молекулы воды и молекулы углекислого газа так, что ток накачки будет показателем количества кислорода в отработавших газах в сумме с количеством кислорода из диссоциировавших молекул воды и количеством кислорода из диссоциировавших молекул углекислого газа (CO). Углекислый газ CO образуется из углеводородов PCV, вступающих в реакцию с кислородом на чувствительной элементе датчика кислорода в отработавших газах с образованием CO и воды.
На этапе 420 алгоритм включает в себя нахождение изменения (delta Ip) тока накачки в результате модулирования. На этапе 422 может быть найдено среднее изменение тока накачки. Например, в течение события DFSO с закрытой дроссельной заслонкой, модулирование может быть выполнено несколько раз, и для каждого модулирования может быть получено изменение тока накачки. Затем полученные значения могут быть усреднены. Таким образом, так как значение delta Ip получают по показаниям датчика, считанным при закрытой впускной дроссельной заслонке, delta Ip отражает изменение тока накачки под воздействием влажности окружающего воздуха с дополнительным вкладом потока PCV. То есть второе изменение тока накачки может быть занесено в память как Delta_Ip_w_pcv и может быть получено как:
На этапе 424 можно оценить поток PCV по показаниям датчика кислорода в отработавших газах в процессе модулирования при открытой и закрытой впускной дроссельной заслонке. В частности, расход PCV (в условиях закрытой дроссельной заслонки) оценивают по разности (например, в качестве ее функции) между первым изменением тока накачки по показаниям датчика при модулировании при открытой дроссельной заслонке (Delta_ip_no_pcv, согласно 408) и вторым изменением тока накачки по показаниям датчика при модулировании при закрытой дроссельной заслонке (Delta_ip_w_pcv, согласно 422). Другими словами, поток PCV может быть найден по следующему уравнению:
В конкретизации со ссылкой на фиг. 5, контроллер двигателя затем может сигнализировать об износе двигателя (например, износ компонента двигателя) по оцененному потоку PCV. Кроме того, контроллер может отрегулировать рабочий параметр двигателя по индикации влажности окружающего воздуха (полученной на этапе 412) и оценке потока PCV (полученной на этапе 424).
Следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления индикацию влажности окружающего воздуха можно получать по показаниям датчика при открытой впускной дроссельной заслонке, а также по оценочному потоку PCV.
Таким способом контроллер может сначала модулировать эталонное напряжение датчика отработавших газов между первым, более низким напряжением, и вторым, более высоким напряжением при открытой впускной дроссельной заслонке, а затем закрывать впускную дроссельную заслонку и снова модулировать эталонное напряжение между первым и вторым напряжениями уже при закрытой впускной дроссельной заслонке. Контроллер затем может оценивать влажность окружающего воздуха по показаниям датчика в процессе модулирования при открытой впускной дроссельной заслонке, оценивая при этом поток PCV сравнивая показания датчика в процессе модулирования при закрытой впускной дроссельной заслонке с показаниями датчика в процессе модулирования при закрытой впускной дроссельной заслонке.
Согласно вышеприведенному подробному описанию, датчик отработавших газов можно использовать в работе в различных измерительных режимах, в которых контролируют напряжение накачки или ток накачки ячейки накачки. Таким образом, датчик можно применять для нахождения абсолютной влажности окружающего автомобиль воздуха, потока PCV через двигатель, а также воздушно-топливного отношения отработавших газов. После того, как будут найдены влажность окружающего воздуха, поток PCV и воздушно-топливное отношение, для достижения оптимальных эксплуатационных характеристик двигателя может быть отрегулировано некоторое количество рабочих параметров двигателя, что будет описано далее по тексту. Эти параметры среди прочего включают в себя объем (EGR) рециркуляции отработавших газов, распределение зажигания, воздушно-топливное отношение, впрыск топлива и установку фаз газораспределения. В одном варианте осуществления, один или более из этих рабочих параметров (например, EGR, распределение зажигания, воздушно-топливное отношение, впрыск топлива и установка фаз газораспределения) в процессе модулирования эталонного напряжения датчика отработавших газов не регулируют
На фиг. 5 показана блок-схема алгоритма 500 регулирования параметров работы двигателя по влажности окружающего воздуха, сгенерированной датчиком отработавших газов, например, влажности окружающего воздуха, сгенерированной как описано со ссылкой на фиг. 4. Рабочие параметры двигателя также могут быть отрегулированы по оценочному потоку PCV. Например, повышение концентрации воды в окружающем автомобиль воздухе может разбавить заряд горючей смеси, вводимый в камеру сгорания. Если повышение влажности не парировать регулированием одного или более рабочих параметров, можно ожидать снижения эксплуатационных характеристик двигателя и увеличения выбросов в атмосферу; что может привести к снижению полного к.п.д. двигателя. Можно привести другой пример, когда наличие потока PCV в двигатель может повысить содержание топлива в воздухе, попадающем в цилиндры. Если увеличение содержания топлива не парировать регулированием впрыска топлива в цилиндры, то можно ожидать ухудшения эксплуатационных характеристик двигателя и увеличения выбросов в атмосферу; что может привести к снижению полного к.п.д. двигателя.
На этапе 502 определяют условия работы двигателя. К условиям работы двигателя могут быть отнесены EGR, распределение зажигания и воздушно-топливное отношение, а также другие условия, на которые могут повлиять флуктуации концентрации воды в окружающем воздухе.
После того, как определены условия работы, алгоритм переходит к этапу 504, на котором извлекают влажность окружающего воздуха, полученную в алгоритме по фиг. 4. После извлечения влажности окружающего воздуха алгоритм переходит к этапу 506, на котором извлекают долю потока PCV, полученную при выполнении алгоритма по фиг. 4. На этапе 508, после извлечения как потока PCV, так и оценки влажности окружающего воздуха, по оцененной влажности окружающего воздуха и потоку PCV производят регулирование одного или более рабочих параметров. К условиям работы двигателя среди прочего могут быть отнесены EGR, распределение зажигания и воздушно-топливное отношение. Как было описано выше, в двигателях внутреннего сгорания для оптимизации эксплуатационных характеристик двигателя желательно планировать рабочие параметры двигателя, такие как распределение зажигания. Кроме этого, выполняют регулирование функций управления двигателем, на которые оказывает влияние влажность окружающего воздуха. К таким функциям могут относится, компенсация зажигания (например, компенсационные коэффициенты зажигания), модели конденсации (например, коэффициенты моделирования конденсации), а также диагностика датчика влажности (например, пороговые значения для встроенной диагностики (OBD - от англ. On-Board Diagnostics) датчика влажности. Рабочие параметры, на которые влияет поток PCV, могут включать в себя, например, количество впрыскиваемого топлива. В некоторых вариантах осуществления по влажности и потоку PCV могут регулировать только один параметр. В других вариантах осуществлениях в ответ на измеренные флуктуации влажности окружающего воздуха могут изменять любую комбинацию или подкомбинацию этих рабочих параметров.
В одном из примеров по измеренной влажности окружающего воздуха может быть отрегулирован объем EGR. Например, в одних условиях, концентрация воды в окружающем автомобиль воздухе могла повыситься в результате явления погоды, например, тумана; при этом повышенная влажность будет зарегистрирована датчиком отработавших газов в условиях прекращения подачи топлива в двигатель. В ответ на получение показания повышенной влажности, в следующий раз, когда в двигатель будет подаваться топливо, можно сократить поток EGR по меньшей мере в одну камеру сгорания. Этим можно добиться поддержания к.п.д. двигателя.
В ответ на флуктуацию абсолютной влажности окружающего воздуха, поток EGR можно увеличивать или сокращать по меньшей мере в одной камере сгорания. То есть, поток EGR можно увеличивать или сокращать только в одной камере сгорания, в некоторых камерах сгорания, и во всех камерах сгорания. Кроме того, величина изменения потока EGR может быть одинаковой для всех цилиндров, или может изменяться от цилиндра к цилиндру в зависимости от специфических условий работы каждого из цилиндров.
В другом варианте осуществления, по влажности окружающего воздуха могут регулировать распределение зажигания. По меньшей мере в одних условиях, например, в ответ на повышенные показания влажности, на следующей подаче топлива в двигатель момент зажигания могут устанавливать на опережение зажигания (ОЗ) в одном или более цилиндров. Момент зажигания, например, может быть установлен таким образом, чтобы снизить детонацию в условиях низкой влажности (например, может быть установлено запаздывание относительно момента пикового крутящего момента). После того, как датчик отработавших газов зарегистрирует повышение влажности, момент зажигания может быть установлен на опережение для поддержания эксплуатационных характеристик двигателя и для того, чтобы он работал с установкой зажигания на пиковый крутящий момент или вблизи к нему.
Кроме того, в ответ на снижение влажности окружающего воздуха момент зажигания можно установить на запаздывание. Например, понижение влажности окружающего воздуха с более высоких уровней может вызывать детонацию. Если в условиях отсутствия подачи топлива датчиком отработавших газов будет зарегистрировано снижение влажности, при следующей подаче топлива в двигатель момент зажигания может быть установлен на запаздывание, что позволит сделать детонацию менее значительной.
Следует отметить, что для следующей подачи топлива в двигатель момент зажигания может устанавливаться на опережение или на запаздывание в одном или нескольких цилиндров. Кроме того, величина изменения момента зажигания может быть одинаковой для всех цилиндров, или же один или несколько цилиндров могут иметь разные величины опережения или запаздывания зажигания.
Еще в одном примере осуществления, по измеренной влажности окружающего воздуха могут регулировать воздушно-топливное отношение для следующей подачи топлива в двигатель. Например, двигатель может работать на обедненной горючей смеси, оптимизированной для низкой влажности. В случае повышения влажности, смесь может стать разбавленной, что приведет к пропускам зажигания. Если же повышение влажности будет зарегистрировано датчиком отработавших газов при отсутствии подачи топлива в двигатель, в ответ можно будет отрегулировать воздушно-топливное отношение, чтобы при возобновлении подачи топлива двигатель работал уже не на столь бедной смеси. Аналогичным образом, в ответ на измеренное понижение влажности воздуха, при возобновлении подачи топлива воздушно-топливное отношение можно обеднить. Таким образом можно бороться с такими явлениями в двигателе, как пропуски зажигания в результате флуктуаций влажности.
В некоторых вариантах осуществления, двигатель может эксплуатироваться при стехиометрическом воздушно-топливном отношении или при обогащенном воздушно-топливном отношении. При этом воздушно-топливное отношение может быть независимым от влажности окружающего воздуха и измеренные флуктуации влажности могут не приводить к подстройке воздушно-топливного отношения.
Еще в одном варианте осуществления, при возобновлении подачи топлива в двигатель (то есть, при подаче топлива в двигатель после события DFSO, когда были получены показания влажности и потока PCV) по потоку PCV можно отрегулировать впрыск топлива, сократив впрыск в ответ на увеличение потока PCV.
С этапа 506 алгоритм может также перейти к этапам 510-512 с целью распознавания износа компонентов двигателя по оцененному потоку PCV. В частности, на этапе 510 оцененный поток PCV можно сравнить с пороговым значением. Пороговые значения могут быть основаны на уровнях потока PCV, измеренных при известном износе двигателя. В альтернативном варианте, пороговое значение может быть основано на изменении воздушно-топливного отношения, смоделированном исходя из потока PCV. На этапе 512 алгоритм включает в себя индикацию износа двигателя по превышению порогового значения оцененным потоком PCV. Индикация износа двигателя может включать в себя индикацию износа компонентов двигателя, таких как поршневые кольца или клапаны. То есть, если оцененный поток PCV не превышает порогового значения, факта износа не определяют и выполнение алгоритма может быть завершено.
В некоторых вариантах осуществления, в ответ на индикацию износа можно устанавливать диагностический код. Опционально можно также выполнить регулировку одного или более рабочих параметров двигателя. Например, в ответ на превышение оцененным потоком PCV порогового значения можно уменьшать объем EGR.
В одном примере, способ управления двигателем включает в себя, при первых условиях отсутствия подачи топлива в двигатель - открытие впускной дроссельной заслонки, модулирование эталонного напряжения датчика кислорода в отработавших газах и получение первого изменения показаний датчика в процессе модулирования. Затем, при вторых условиях отсутствия подачи топлива в двигатель способ включает в себя закрытие впускного дроссельного клапана, модулирование эталонного напряжения датчика кислорода в отработавших газах и получение второго изменения показаний датчика в процессе модулирования. Затем способ предусматривает генерирование индикации потока PCV по сравнению первого изменения со вторым изменением. Здесь, первое изменение показаний датчика является первым изменением выходного тока накачки, выдаваемого датчиком в процессе модулирования при открытой впускной дроссельной заслонке, в то время как второе изменение показаний датчика является вторым изменением выходного тока накачки, выдаваемого датчиком в процессе модулирования при закрытой впускной дроссельной заслонке. Способ также включает в себя генерирование индикации влажности окружающего воздуха по первому изменению, но не по второму изменению показаний датчика.
Кроме того, первое изменение может быть первым средним изменением, причем генерирование индикации влажности окружающего воздуха по первому изменению при первых условиях отсутствия подачи топлива в двигатель включает в себя генерирование изменения тока накачки для каждого модулирования, усреднение изменения тока накачки и генерирование индикации влажности окружающего воздуха по среднему значению изменения тока накачки.
Способ также включает в себя, в условиях подачи топлива в двигатель после первых и вторых условий отсутствия подачи топлива в двигатель, регулирование рабочего параметра двигателя, как по индикации влажности окружающего воздуха, так и по индикации потока PCV, причем рабочий параметр двигателя включает в себя одно или несколько из следующего: объем рециркулируемых отработавших газов, распределение зажигания, количество впрыскиваемого топлива и воздушно-топливное отношение двигателя. Таким образом, при первых и при вторых условиях отсутствия подачи топлива в двигатель порт, соединяющий картер двигателя с впускным коллектором, закрыт.Кроме того, в ответ на превышение потоком PCV порогового значения сигнализируют об износе поршневого клапана.
На фиг. 7 показано влияние потока PCV на определение влажности. В частности, на схеме 700 показан пример изменения тока накачки датчика кислорода в отработавших газах при различных значениях эталонного напряжения. На схеме 700 график 702 показывает условия DFSO, график 704 показывает подаваемое на датчик эталонное напряжение, график 706 показывает выходной сигнал тока накачки без потока PCV, а для сравнения график 708 показывает выходной сигнал тока накачки с потоком PCV.
ref
От момента t0 времени до момента tt5 времени может длиться событие DFSO (график 702). В ответ на событие DFSO в момент Ю времени подаваемое на датчик кислорода в отработавших газах эталонное напряжение (V, Reference Voltage) могут модулировать между более высоким напряжением (например, 1080 мВ) и более низким напряжением (например, 450 мВ), что показано на графике 704. Можно проследить за изменением выдаваемого датчиком тока (Ip) накачки в ответ на подачу эталонного напряжения. График 706 (более темная линия) показывает изменение выдаваемого датчиком (кислорода в отработавших газах) тока накачки в зависимости от модулирования эталонного напряжения в отсутствии какого-либо потока PCV, например, когда модулирование выполняют при открытой впускной дроссельной заслонке. Как видно по графику 710, в отсутствии потока PCV отмечается меньшее изменение (delta Ip 710) тока накачки, причем delta Ip 710 соответствует повышению концентрации кислорода на впуске за счет диссоциации молекул воды. Это означает, что в условиях DFSO исходя из delta Ip 710 можно рассчитать влажность окружающего воздуха.
2
График 708 (более светлая линия) показывает изменение выдаваемого датчиком (кислорода в отработавших газах) тока накачки в зависимости от модулирования эталонного напряжения в присутствии потока PCV, например, когда модулирование выполняют при закрытой впускной дроссельной заслонке. Как видно по графику 712, в присутствии потока PCV отмечается большее изменение (delta Ip 712) тока накачки, причем delta Ip 712 соответствует повышению концентрации кислорода на впуске за счет диссоциации как молекул воды, так и молекул углекислого газа CO в результате окисления углеводородов PCV на датчике кислорода в отработавших газах. Можно видеть, что присутствие потока PCV больше влияет на показания датчика, что означает, что любая оценка влажности по delta Ip 712, выполненная в присутствии потока PCV, может быть завышенной относительно фактической влажности окружающего воздуха. Как было разъяснено со ссылкой на фиг. 4, delta Ip 712 можно использовать для получения расхода PCV. В частности, сравнение delta Ip 712 с delta Ip 710 позволяет оценить влияние потока PCV и рассчитать поток PCV. В частности, можно получить расход PCV как функцию разности delta Ip 712 и delta Ip 710 при выбранных условиях DFSO.
В момент t5 условия DFSO могут завершиться, подача топлива в двигатель может быть возобновлена, и показания датчика нельзя будет использовать для оценки влажности. Следовательно, в условиях, когда топливо подается в двигатель, показания датчика кислорода в отработавших газах можно использовать для оценивания воздушно-топливного отношения выхлопа (как было рассмотрено со ссылкой на фиг. 3), а также содержания этанола в топливе, сжигаемом в двигателе.
В одном примере осуществления, система двигателя содержит двигатель с впускным коллектором и выпускным каналом, датчиком кислорода в отработавших газах, расположенным в выпускном канале выше по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов, впускной дроссельной заслонкой, расположенной в выпускном канале, портом PCV, выполненным с возможностью подавать картерные газы из картера двигателя во впускной коллектор; а также систему управления, информационно сообщающуюся с датчиком. Система управления содержит долговременные инструкции для того, чтобы: в условиях перекрытия подачи топлива при замедлении (DFSO) закрывать порт PCV; полностью открывать впускную дроссельную заслонку; модулировать эталонное напряжение датчика между первым, более низким напряжением и вторым, более высоким напряжением; и генерировать индикацию влажности окружающего воздуха исходя из первого изменения тока накачки в ответ на модулирование эталонного напряжения. Контроллер также содержит инструкции для того, чтобы: поддерживая порт PCV закрытым; полностью закрывать впускную дроссельную заслонку; повторно модулировать эталонное напряжение датчика; и генерировать индикацию потока PCV во впускной коллектор исходя из второго изменения тока накачки в ответ на повторное модулирование эталонного напряжения относительно первого изменения тока накачки. Затем при возобновлении подачи топлива после завершения условий DFSO двигателя, исходя из влажности окружающего воздуха контроллер может регулировать одно или более из следующего: рециркуляцию отработавших газов, воздушно-топливное отношение двигателя и установка момента зажигания.
Такой подход позволяет точно генерировать оценку влажности окружающего воздуха посредством датчика кислорода в отработавших газах в условиях DFSO с минимальным влиянием на оценку влажности со стороны потока PCV. Путем закрытия дроссельной заслонки в условиях DFSO в процессе оценки влажности снижается поток PCV двигателя, а также снижается влияние углеводородов потока PCV на показания датчика. В тех же самых условиях DFSO, модулируя эталонное напряжение датчика при открытой и при закрытой впускной дроссельной заслонке можно выгодно использовать изменение тока накачки по показаниям датчика для получения потока PCV к двигателю. Это позволяет не только измерить поток PCV, но и осуществить раннее распознавание износа компонентов двигателя и механического старения двигателя, результатом которых становится протечка углеводородов PCV. Затем, по оценкам влажности окружающего воздуха и потока PCV можно выполнить регулировку одного или более рабочих параметров двигателя. На протяжении ездового цикла условия DFSO могут наступать много раз, измерение влажности окружающего воздуха можно генерировать неоднократно, выполняя соответствующую регулировку одного или более рабочих параметров двигателя, достигая в результате оптимальных общих эксплуатационных характеристик двигателя, несмотря на меняющуюся влажность окружающего воздуха. Кроме того, рабочие параметры двигателя могут быть отрегулированы по влажности окружающего воздуха вне зависимости от длительности существования условий отсутствия подачи топлива в двигатель, так как индикацию влажности окружающего воздуха можно сгенерировать за короткое время, модулируя эталонного напряжение, даже если отработавшие газы не освобождены от остатков газов горения.
Отметим, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут храниться в энергонезависимом запоминающем устройстве в виде исполняемых инструкций. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Что подразумевает, что проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически представлять программный код, подлежащий занесению в энергонезависимое запоминающее устройства машиночитаемого носителя информации в системе управления двигателем.
Следует понимать, что описываемые здесь системы и алгоритмы по своему характеру являются примерными, и что эти частные осуществления не должны пониматься в ограничивающем смысле, так как предполагается наличие многочисленных вариантов. Например, вышеописанная технология может быть применена к двигателям конфигураций V-6, I-4, I-6, V-14, к оппозитным четырехцилиндровым двигателям и двигателям других типов. Объект настоящей заявки включает в себя все обладающие новизной и неочевидные комбинации и подкомбинации разнообразных систем и конфигураций, а также другие раскрытые здесь отличительные признаки, функции и/или свойства.
Следует понимать, что раскрытые в описании схемы и алгоритмы по сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не несут ограничительной функции, ибо возможны различные их модификации. Например, вышеизложенный подход может быть применен к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные сочетания и производные сочетания различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, внимание сосредоточено на определенных сочетаниях компонентов и производных сочетаниях компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты включают один или более указанных элементов, не требуя, и не исключая двух или более таких элементов. Иные сочетания и производные сочетания раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем поправки имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи исходной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.