СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
SYSTEM OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Предпосылки создания изобретения
Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Данное изобретение относится к системе двигателя внутреннего сгорания.
Предшествующий уровень техники
[0002] Уже известен двигатель внутреннего сгорания, включающий в себя датчик давления в цилиндре, раскрытый, например, в выложенном японском патенте №2009-122076. В вышеупомянутом обычном двигателе внутреннего сгорания имеется уплотнительный участок, герметизирующий пространство между наружной поверхностью датчика давления в цилиндре, имеющего цилиндрическую наружную форму и поверхность стенки камеры сгорания, которая окружает датчик давления в цилиндре. Посредством вышеупомянутого уплотнительного участка, уплотнение выполняется при непосредственном контакте между конусным участком, имеющим конусную форму, образованным на наружной поверхности датчика давления в цилиндре и конусным участком поверхности стенки камеры сгорания, противолежащей этому конусному участку.
[0003] Диафрагма 15 (элемент восприятия давления), которая воспринимает давление в цилиндре, расположена на одном конце, входящем в цилиндрический корпус вышеупомянутого датчика давления в цилиндре. Элемент измерения (тензодатчик) расположен внутри корпуса. Нагрузка сжатия, которая основана на давлении в цилиндре, поступает на элемент измерения от диафрагмы через передающий элемент давления, а элемент измерения выдает выходной сигнал в соответствии с входной нагрузкой сжатия. Участок уплотнения расположен в положении, которое находится со стороны вышеупомянутого конца корпуса относительно элемента измерения в осевом направлении корпуса.
[0004] Следующая проблема существует в той конфигурации, что описана в выложенном японском патенте №2009-122076, в которой уплотнительный участок находится в положении, которое расположено дальше к стороне камеры сгорания по отношению к элементу измерения в осевом направлении корпуса. То есть, по отношению к зазору между корпусом и поверхностью стенки камеры сгорания, если уплотняющее действие уплотнительного участка находится в норме, высокотемпературный газ сгорания поступает лишь при наличии зазора, расположенного на стороне наконечника относительно положения, в котором находится уплотнительный участок. В противоположность этому, если возникают нарушения в уплотнительном участке, и уплотняющее действие ухудшается, высокотемпературный газ сгорания будет проникать через зазор, расположенный дальше на внутренней стороне, чем уплотнительный участок. Соответственно, количество тепла, полученного от газообразных продуктов сгорания элементом, расположенным на пути, по которому нагрузка сжатия передается от элемента восприятия давления на элемент измерения, увеличивается. В результате происходит увеличение ошибки измерения давления в цилиндре, которое связано с тепловой деформацией наконечника датчика, участвующего в измерении давления от элемента восприятия давления к элементу измерения, что вызвано разницей между переходным процессом теплового расширения элемента (корпуса) на наружной стороне концевого участка датчика и теплового расширения элемента на его внутренней стороне. Именно поэтому желательно предусмотреть средства для выполнения определения, имеются ли или нет неисправности в уплотнительном участке на конкретной машине.
Сущность изобретения
[0005] Настоящее изобретение было выполнено для решения вышеописанной проблемы и задачей настоящего изобретения является создание системы двигателя внутреннего сгорания, сконфигурированной, чтобы иметь возможность установить, имеются или нет неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка между датчиком давления в цилиндре и поверхностью стенки камеры сгорания. Система двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению включает в себя датчик давления в цилиндре, датчик угла поворота коленчатого вала, уплотнительный участок, средство вычисления величины тепловыделения, средство вычисления первого отношения и средство определения неисправности уплотнения. Датчик давления в цилиндре включает в себя корпус, выполненный в форме цилиндра; элемент восприятия давления, который размещен на одном конце корпуса и выполнен с возможностью восприятия давления в цилиндре, при этом давление в цилиндре представляет собой давление газа внутри камеры сгорания; элемент измерения давления расположенный внутри корпуса, и сконфигурированный с возможностью получения нагрузки сжатия, основанной на давлении в цилиндре, от элемента восприятия давления, причем элемент измерения давления выполнен с возможностью генерирования выходного сигнала в соответствии с входной нагрузкой сжатия. Датчик угла поворота коленчатого вала выполнен с возможностью определения угла поворота коленчатого вала. Уплотнительный участок выполнен с возможностью уплотнения пространства между наружной поверхностью корпуса и поверхностью стенки камеры сгорания, которая окружает корпус, и в осевом направлении относительно корпуса расположен по отношению к элементу измерения давления в положении со стороны камеры сгорания. Средство вычисления величины тепловыделения сконфигурировано для расчета величины тепловыделения в цилиндре, то есть величины тепла, выделенного при сгорании, на основе данных о давлении в цилиндре, которые представляют собой данные, относящиеся к давлению в цилиндре, определяемому с помощью датчика давления в цилиндре.
[0006] Средство вычисления первого отношения для вычисления первого отношения, которое представляет собой отношение величины уменьшения величины тепловыделения по отношению к увеличению угла поворота коленчатого вала в период такта расширения от угла поворота коленчатого вала, при котором величина тепловыделения, рассчитанного средством вычисления величины тепловыделения, демонстрирует максимальное значение, до момента открытия выпускного клапана. Средство определения неисправности уплотнения для определения наличия или отсутствия неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка на основе первого отношения и частоты вращения двигателя.
[0007] Предпочтительно, что в случае, когда второе отношение, которое является отношением величины уменьшения в первом отношении по отношению к величине возрастания частоты вращения двигателя, больше первого порогового значения, средство определения нарушения уплотнения определяет, что существует неисправность в работе уплотнения уплотнительного участка.
[0008] Предпочтительно, что в случае, когда первое отношение больше, чем второе пороговое значение, которое соответствует частоте вращения двигателя в цикле, в котором поступают данные о давлении в цилиндре, служащие основой для расчета отношения, средство определения неисправности уплотнения определяет, что существует неисправность в работе уплотнения уплотнительного участка. Предпочтительно, что второе пороговое значение установлено таким образом, чтобы уменьшаться, когда частота вращения двигателя является высокой по сравнению с тем, когда частоты вращения двигателя является низкой.
[0009] Система двигателя внутреннего сгорания может дополнительно включать в себя средство вычисления сгоревшей массовой доли для вычисления сгоревшей массовой доли; и средство вычисления периода задержки воспламенения с использованием момента зажигания и сгоревшей массовой доли, при этом средство вычисления периода задержки воспламенения корректирует расчетный период задержки воспламенения в соответствии с величиной второго отношения.
[00010] Кроме того, предпочтительно, что система двигателя внутреннего сгорания дополнительно включает в себя регулирующее средство для регулирования, по меньшей мере, одного из следующего: величина впрыска топлива, количество поступающего воздуха и энергия зажигания таким образом, чтобы разница между периодом задержки воспламенения, который рассчитывают с помощью средства вычисления периода задержки воспламенения, и заданным значением времени задержки воспламенения, была устранена.
[00011] Система двигателя внутреннего сгорания может дополнительно включать в себя средство вычисления сгоревшей массовой доли для вычисления сгоревшей массовой доли, и средство вычисления середины сгорания для расчета середины сгорания на основе сгоревшей массовой доли, при этом средство вычисления середины сгорания корректирует вычисленную середину сгорания в соответствии с величиной второго отношения.
[00012] Кроме того, предпочтительно, что система двигателя внутреннего сгорания дополнительно включает в себя регулирующее средство момента зажигания для регулирования момента зажигания, так чтобы разница между серединой сгорания, вычисленным с помощью средства вычисления середины сгорания, и заданной серединой сгорания, была устранена.
[00013] Система двигателя внутреннего сгорания дополнительно может включать в себя средство вычисления сгоревшей массовой доли для вычисления сгоревшей массовой доли; и средство вычисления периода задержки воспламенения для вычисления периода задержки воспламенения с использованием момента зажигания и сгоревшей массовой доли, при этом средство вычисления периода задержки воспламенения корректирует расчетный период задержки воспламенения в соответствии с величиной первого отношения
[00014] Система двигателя внутреннего сгорания может дополнительно включать в себя регулирующее средство для регулирования, по меньшей мере, одного из следующего: величина впрыска топлива, количество поступающего воздуха и энергия зажигания, таким образом, чтобы разница между периодом задержки воспламенения, рассчитанного с помощью средства вычисления периода задержки воспламенения, и заданным значением времени задержки воспламенения, была устранена.
[00015] Система двигателя внутреннего сгорания может дополнительно включать в себя средство вычисления сгоревшей массовой доли для вычисления сгоревшей массовой доли; и средство вычисления середины сгорания для расчета середины сгорания на основе сгоревшей массовой доли. Средство вычисления середины сгорания корректирует вычисленную середину сгорания в соответствии с величиной первого отношения.
[00016] Кроме того, предпочтительно, что система двигателя внутреннего сгорания может дополнительно включать в себя регулирующее средство момента зажигания для регулирования момента зажигания, так чтобы разница между серединой сгорания, вычисленной с помощью средства вычисления середины сгорания, и заданной серединой сгорания, была устранена.
[00017] Предпочтительно, что средство определения неисправности уплотнения производит определение в отношении неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка в то время, когда двигатель внутреннего сгорания двигатель работает при стехиометрическом отношении воздух-топливо.
[00018] В соответствии с настоящим изобретением, первое отношение, которое представляет собой отношение величины уменьшения величины тепловыделения по отношению к увеличению угла поворота коленчатого вала, вычисляют в период такта расширения от угла поворота коленчатого вала, при котором величина тепловыделения, демонстрирует максимальное значение, до момента открытия выпускного клапана. Первое отношение, которое вычисляют таким образом, увеличивается за счет воздействия ошибки измерения для датчика давления в цилиндре, которая вызвана тепловой деформацией. В случае, когда уплотнительный участок находится в том же положении, что и датчик давления в цилиндре согласно настоящему изобретению, первое отношение будет увеличиваться, если возникнут неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка. Частота вращения двигателя является доминирующим параметром по отношению к первому отношению. Соответственно, наличие или отсутствие неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка может быть определено на основе первого отношения и частоты вращения двигателя.
Краткое описание чертежей
[00019] На фиг. 1 представлена схема, поясняющая структуру системы двигателя внутреннего сгорания в соответствии с первым примером осуществления настоящего изобретения;
На фиг. 2 представлено поперечное сечение, которое схематично иллюстрирует один из примеров конструкции основной части датчика давления в цилиндре;
На фиг. 3A и 3B представлены изображения для описания способа, с использованием которого уплотнительный участок герметизирует пространство между датчиком давления в цилиндре и поверхностью стенки камеры сгорания;
На фиг. 4A-4D представлены графики, на которых показаны результаты анализа импульса давления в цилиндре при сгорании;
На фиг. 5 представлен график, иллюстрирующий сравнение временной диаграммы давления в цилиндре и ошибки тепловой деформации при различных частотах вращения вала двигателя, при этом угол поворота коленчатого вала принят в качестве горизонтальной оси;
На фиг. 6 представлен график, иллюстрирующий сравнение временной диаграммы давления в цилиндре и ошибки тепловой деформации при различных частотах вращения вала двигателя, при этом время принято в качестве горизонтальной оси;
На фиг. 7 представлен график, иллюстрирующий зависимость между тангенсом угла наклона k величины тепловыделения Q во время такта расширения и частотой вращения вала двигателя;
На фиг. 8 представлен график, иллюстрирующий пример определения неисправности в работе уплотнения;
На фиг. 9 представлена блок-схема, иллюстрирующая процедуру, выполняемую в первом примере осуществления настоящего изобретения;
На фиг. 10 представлен график для описания технологии определения неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка, используемой во втором примере осуществления настоящего изобретения;
На фиг. 11 представлена блок-схема, иллюстрирующая процедуру, выполняемую во втором примере осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 12A и 12B представлены схемы для описания ошибки измерения по отношению к периоду задержки воспламенения, которая сопутствует возникновению неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка;
На фиг. 13 представлена схема для описания способа задания порогового значения α, используемого для определения неисправности в работе уплотнения согласно третьему примеру осуществления настоящего изобретения;
На фиг. 14 представлена схема для описания способа задания величины коррекции для угла поворота коленчатого вала от момента SA зажигания до точки 10%-го сгорания СА10 (далее угол поворота SA-CA10) на основе отношения X;
На фиг. 15 представлена схема, показывающая зависимость между SA-СА10 и отношением воздух-топливо (A/F);
На фиг. 16 представлена блок-схема для описания схемы управления с обратной связью количеством впрыскиваемого топлива с использованием SA-СА10;
На фиг. 17 представлена блок-схема, иллюстрирующая процедуру, выполняемую в третьем примере осуществления настоящего изобретения;
На фиг. 18 представлена блок-схема, иллюстрирующая процедуру, выполняемую в третьем примере осуществления настоящего изобретения;
На фиг. 19 представлен график для описания способа задания величины коррекции для угла поворота SA-CA50 на основе отношения X;
На фиг. 20 представлена блок-схема для описания схемы управления с обратной связью моментом зажигания с использованием угла поворота SA-СА50 в четвертом примере осуществления настоящего изобретения;
На фиг. 21 представлена блок-схема иллюстрирующая процедуру, выполняемую в четвертом примере осуществления настоящего изобретения;
На фиг. 22 представлена блок-схема иллюстрирующая процедуру, выполняемую в четвертом примере осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание примеров осуществления изобретения
Первый пример осуществления изобретения
[Конфигурация системы для первого примера осуществления изобретения]
[00020] На фиг. 1 представлена схема, поясняющая структуру системы двигателя 10 внутреннего сгорания в первом примере осуществления настоящего изобретения. Система двигателя внутреннего сгорания, показанная на фиг. 1, включает в себя двигатель 10 внутреннего сгорания с искровым зажиганием. В каждом цилиндре двигателя 10 внутреннего сгорания расположен поршень 12. Камера 14 сгорания сформирована над днищем поршня 12 внутри соответствующего цилиндра. Впускной канал 16 и выпускной канал 18 сообщаются с камерой 14 сгорания.
[00021] Во впускном отверстии размещен впускной клапан 20, который закрывает и открывает впускное отверстие впускного канала 16. В выпускном отверстии размещен выпускной клапан 22, который закрывает и открывает выпускное отверстие выпускного канала 18. Во впускном канале 16 также находится дроссельная заслонка 24 с электронным управлением.
[00022] Каждый цилиндр двигателя 10 внутреннего сгорания оснащен топливной форсункой 26 для впрыска топлива непосредственно в камеру 14 сгорания (в цилиндр), и свечой 28 зажигания для воспламенения воздушно-топливной смеси. В каждом цилиндре также установлен датчик 30 давления в цилиндре для измерения давления в цилиндре, которое представляет собой давление газа внутри камеры 14 сгорания.
[00023] Система согласно настоящему примеру осуществления изобретения также включает в себя электронный блок 40 управления (ЭБУ). Блок ЭБУ 40 включает в себя центральный процессор (ЦП), интегральную схему памяти, содержащую ПЗУ и ОЗУ и т.п., порты ввода/вывода и т.д. В дополнение к вышеупомянутому датчику 30 давления в цилиндре, к входному порту блока ЭБУ 40 подключены различные датчики для получения данных о рабочем состоянии двигателя 10 внутреннего сгорания, такие как датчик 42 угла поворота коленчатого вала и расходомер 44 воздуха. Датчик 42 угла поворота коленчатого вала определяет угол поворота коленчатого вала. Блок ЭБУ 40 может получать информацию о частоте вращения двигателя, используя сигналы об угле поворота коленчатого вала. Расходомер 44 воздуха измеряет объем впускаемого воздуха. К выходному порту блока ЭБУ 40 подключены различные исполнительные устройства для управления работой двигателя 10 внутреннего сгорания, такие как дроссельная заслонка 24, топливная форсунка 26 и свеча 28 зажигания. К выходному порту блока ЭБУ 40 также подключена индикаторная лампа 46 неисправности (MIL) для уведомления водителя о неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка 34, который описан ниже. Блок ЭБУ 40 осуществляет заданное управление двигателем, например, управление впрыском топлива и управление зажиганием путем приведения в действие различных исполнительных устройств, на основе выходных сигналов описанных выше различных датчиков и заданных программ. Блок ЭБУ 40 также выполняет функцию синхронизации выходного сигнала датчика 30 давления в цилиндре с углом поворота коленчатого вала, подачи синхронизированного сигнала на аналогово-цифровое (АЦ) преобразование и получение результирующего сигнала. Посредством этого, можно измерить давление в цилиндре в произвольный момент времени по углу поворота коленчатого вала в пределах диапазона, допускаемого разрешающей способностью АЦ преобразования. Кроме того, блок ЭБУ 40 имеет функцию вычисления величины объема цилиндра по углу поворота коленчатого вала, зависящую от положения коленчатого вала.
[00024] В системе, согласно настоящему примеру осуществления изобретения, которая включает в себя датчик 30 давления в цилиндре и датчик 42 угла поворота коленчатого вала, данные о давлении в цилиндре (форме временной диаграммы давления в цилиндре) могут быть получены синхронизировано по углу поворота (СА) коленчатого вала в каждом рабочем цикле двигателя 10 внутреннего сгорания (см. фиг. 4 (b), которая описана ниже). Величина Q тепловыделения в цилиндре при произвольном угле 0 поворота коленчатого вала может быть вычислена в соответствии с нижеуказанными уравнениями (1) и (2), с использованием полученных данных о давлении в цилиндре и первого закона термодинамики. Кроме того, сгоревшая массовая доля топлива (далее именуемая «MFB» - mass fraction burned) при произвольном угле θ поворота коленчатого вала может быть рассчитана в соответствии со следующим уравнением (3), с использованием данных о величине Q тепловыделения в цилиндре. Кроме того, угол поворота коленчатого вала в момент времени, при котором значение MFB становится равной заранее определенной доле X (%), можно получить, используя уравнение (3).
min
max
где в уравнении (1) Р обозначает давление в цилиндре, V обозначает объем цилиндра и k обозначает коэффициент удельной теплоемкости газа в цилиндре. Кроме того, в приведенном выше уравнении (3), θ обозначает точку начала горения (0% сгорания, точка САО угла поворота коленчатого вала), а θ обозначает точку окончания горения (100% сгорания, точка СА100 угла поворота коленчатого вала).
[Схематичный пример конфигурации датчика давления в цилиндре]
[00025] На фиг. 2 представлено поперечное сечение, которое схематично иллюстрирует один из примеров конструкции основной части датчика 30 давления в цилиндре. Датчик 30 давления в цилиндре, показанный на фиг. 2, содержит цилиндрический корпус 301. Диафрагма 302, которая представляет собой элемент восприятия давления, воспринимающий давление в цилиндре, установлена на одном из торцов корпуса 301 (то есть, представляет собой головку датчика 30 давления). Стакан 303 для восприятия усилия расположен в промежуточной части корпуса 301 таким образом, чтобы перекрыть внутреннее пространство корпуса 301 в области наконечника. Внутри корпуса 301 расположен стержнеобразный передающий элемент 304. Передающий элемент 304 размещен между диафрагмой 302 и стаканом 303 для восприятия усилия. В соответствии с этой конструкцией, сжимающая нагрузка, в основе которой лежит давление в цилиндре, передается от диафрагмы 302 к стакану 303 для восприятия усилия с помощью передающего элемента 304.
[00026] Тензометрический элемент 305 установлен на поверхности донца стакана 303 для восприятия усилия противоположной той, с которой контактирует передающий элемент 304. Тензометрический элемент 305 генерирует выходной сигнал в соответствии с величиной деформации стакана 303 для восприятия усилия, которая вызвана вышеупомянутой сжимающей нагрузкой. Выходной сигнал тензометрического элемента 305 коррелирует с давлением в цилиндре. Именно поэтому, датчиком 30 давления в цилиндре, давление в цилиндре может быть измерено, на основе выходного сигнала от тензометрического элемента 305. Следует отметить, что, хотя этот случай является примером конфигурации, в которой использован тензометрический элемент 305, такая же базовая конфигурация основного участка также применяется по отношению к датчику давления в цилиндре, в котором использован пьезоэлектрический элемент в качестве элемента измерения давления. То есть, в случае с пьезоэлектрическим элементом, суть, что нагрузка сжатия, основанная на давлении в цилиндре, поступает от элемента восприятия давления через промежуточный элемент, такой как обкладка или непосредственно на пьезоэлектрический элемент 20, и пьезоэлектрический элемент генерирует выходной сигнал в соответствии с входной нагрузкой сжатия, является одной и той же.
[Уплотнение между датчиком давления в цилиндре и поверхностью стенки камеры сгорания]
[00027] Фиг. 3A и 3B представляют собой изображения для описания способа, с использованием которого уплотнительный участок уплотняет пространство между датчиком 30 давления в цилиндре и поверхностью стенки камеры 14 сгорания. Уплотнительный участок 34 размещается между датчиком 30 давления и поверхностью стенки камеры 14 сгорания (по существу, поверхностью стенки головки 32 цилиндра), которая охватывает датчик 30 давления в цилиндре. Уплотнительный участок 34 уплотняет пространство между датчиком 30 давления в цилиндре и вышеупомянутой поверхностью стенки так, что газ не просачивается наружу через указанное пространство. В качестве способа уплотнения в основном используется способ уплотнения по конусу или способ с уплотнительной прокладкой. На фиг. 3A и 3B для иллюстрации описания оба способа показаны вместе на одном чертеже, на котором осевая линия датчика 30 давления в цилиндре является разграничительной линией. Следует отметить, что пример конфигурации датчика 30 давления в цилиндре, показанного на фиг. 2, представляет собой пример, в котором принят способ уплотнения по конусу.
[00028] Теперь способы уплотнения будут описаны, принимая датчик 30 давления в цилиндре в качестве примера. Способ уплотнения по конусу представляет собой способ, в котором вводят конусный участок 301A и конусный участок 32а в непосредственный контакт друг с другом. Конусный участок 301а имеет конусную форму, которая образована на наружной поверхности корпуса 301. Конусный участок 32а представляет собой участок поверхности стенки головки 32 цилиндра, противолежащий конусному участку 301а. Способ с уплотнительной прокладкой представляет собой способ, в котором используют прокладку (уплотнительный элемент), размещенную между наружной поверхностью корпуса и поверхностью стенки головки цилиндра.
[Снижение точности измерения давления в цилиндре из-за неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка]
[00029] Если уплотнительный участок находится в положении, которое дополнительно отстоит от поверхности камеры сгорания по отношению к элементу измерения давления в осевом направлении корпуса, как в конфигурации, показанной на фиг. 2, то существует проблема, что точность измерения давления в цилиндре снижается, если возникают неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка.
[00030] На фиг. 4A-4D представлены изображения, иллюстрирующие результаты анализа временной диаграммы давления в цилиндре в течение процесса сгорания. На фиг. 4 В показана временная диаграмма измеренной величины давления Р в цилиндре, полученного с помощью датчика 30 давления в цилиндре. На фиг. 4А показана временная диаграмма расчетного значения скорости тепловыделения (dQ/dθ). На фиг. 4С показана временная диаграмма расчетного значения разности между давлением в цилиндре, представленным тонкой линией, и давлением в цилиндре, представленным толстой линией на фиг.4 В., то есть, ошибка измерения давления в цилиндре из-за влияния тепловой деформации (далее именуемой просто «ошибкой тепловой деформации» - «thermal strain error»). На фиг. 4D показана временная диаграмма вычисленного значения тепловыделения Q. Кроме того, сигнал, обозначенный тонкой линией на соответствующих графиках на фиг. 4A-4D, представляет собой сигнал в момент, когда уплотняющее действие уплотнительного участка 34 находится в норме, и не возникает тепловой деформации (то есть, временная диаграмма соответствует текущему значению), тогда как с другой стороны, форма колебаний сигнала, обозначенная толстой линией, представляет собой форму колебаний сигнала в момент возникновения неисправности в работе уплотнения (момент большой тепловой деформации).
[00031] Сначала будет описана тепловая деформации датчика 30 давления в цилиндре, которая является предпосылкой вышеупомянутой проблемы. Участок наконечника датчика 30 давления в цилиндре подвергается воздействию со стороны камеры 14 сгорания. Соответственно, при воздействии высоких температур продуктов сгорания в камере 14 сгорания, возникает явление изменения формы наконечника датчика (то есть, тепловая деформация). Если возникает тепловая деформация диафрагмы 302, которая включена в этот участок наконечника датчика, диафрагма 302 расширяется в направлении от передающего элемента 304. В результате такой деформации, величина усилия, с которым диафрагма 302 прижимает через передающий элемент 304 элемент 303 для восприятия усилия деформации, уменьшается. Кроме того, режим передачи тепла от газообразных продуктов сгорания на участок наконечника датчика различен для корпуса 301, который является элементом с наружной стороны участка наконечника датчика, и передающего элемента 304, который является элементом с внутренней стороны участка наконечника датчика. Более конкретно, по причине того, что тепло передается на передающий элемент 304 с внутренней стороны медленнее, чем на корпус 301 с наружной стороны, тепловое расширение передающего элемента 304 происходит позже, чем тепловое расширение корпуса 301. Эта временная разница в тепловом расширении делает существенной снижение величины нажатия на элемент 303 для восприятия усилия.
[00032] Если величина, нажатия на элемент 303 для восприятия усилия, уменьшилась в результате тепловой деформации, измеренное значение давления Р в цилиндре станет меньше, чем значение, соответствующее фактическому давлению (тонкая линия на фиг. 4 В). То есть, будет возникать ошибка тепловой деформации. Временная диаграмма для скорости тепловыделения (dQ/dθ) на фиг. 4А показывает количество тепла, которое получает участок наконечника датчика от газа или пламени в цилиндре, и также показывает момент времени, в который скорость тепловыделения достигает максимума. Кроме того, как показано на фиг. 4С, например, из-за влияния задержки при передаче тепла от газообразных продуктов сгорания на участок наконечника датчика, ошибка тепловой деформации увеличивается с небольшой задержкой относительно начала тепловыделения (то есть, начала подвода тепла к датчику). Это показано на фиг. 4А.
max
max
[00033] Если измеренное значение давления Р в цилиндре меньше фактического давления из-за ошибки тепловой деформации, как показано на фиг. 4А, скорость тепловыделения иногда становится отрицательной величиной. Если скорость тепловыделения становится отрицательной величиной, значение тепловыделения Q, получаемое на основании расчета скорости тепловыделения, как показано выше уравнением (2), уменьшается. Более конкретно, как показано тонкой линией на фиг. 4D, в случае, когда уплотняющее действие находится в норме, и не возникает ошибки тепловой деформации, величина тепловыделения Q постоянна от точки окончания сгорания θ и далее. С другой стороны, если возникает ошибка тепловой деформации, даже если уплотняющее действие находится в норме, величина Q тепловыделения начинает уменьшаться вблизи точки окончания сгорания θ. В результате появляется тангенс угла наклона k, который представляет собой отношение значения снижения величины тепловыделения Q по отношению к углу поворота коленчатого вала.
[00034] Если возникают неисправности в работе уплотнения, значение уменьшения измеренной величины давления Р в цилиндре увеличивается так, как это проиллюстрировано временной диаграммой, представленной толстой линией на фиг. 4B. В результате ошибка измерения давления в цилиндре из-за тепловой деформации увеличивается. Причина заключается в следующем. Именно, применительно к пространству между корпусом 301 и поверхностью стенки камеры 14 сгорания, если уплотняющее действие уплотнительного участка 34 находится в норме, как показано на фиг. 3A, высокотемпературные газообразные продукты сгорания проникают в зазор вдоль наконечника только до места расположения уплотнительного участка 34. В противоположность этому, как показано на фиг. 3B, в случае возникновения неисправности в уплотнительном участке 34, и нарушения уплотняющего действия, высокотемпературные газообразные продукты сгорания проникают в зазор в сторону углубления, которое находится за уплотнительным участком 34. В результате, количество тепла, подводящегося от газообразных продуктов сгорания на элементы (то есть, передающий элемент 304 и элемент 303 деформации), которые расположены на пути передачи нагрузки сжатия от диафрагмы 302 на тензометрический элемент 305, увеличивается. Соответственно, если возникают неисправности в работе уплотнения, то увеличивается ошибка измерения (то есть, ошибка тепловой деформации) по отношению к давлению в цилиндре, возникающая из-за тепловой нагрузки на участок наконечника датчика, который участвует в измерении давления посредством диафрагмы 302 и тензометрического элемента 305. Соответственно, как показано толстой линией на фиг. 4D, если возникают неисправности в работе уплотнения, тангенс угла наклона k увеличивается по сравнению с тем, когда уплотняющее действие находится в норме.
[00035] Следует отметить, что в случае уплотнения по конусу, нарушения уплотняющего действия возникают, когда ослабляется затяжка по поверхности уплотнения из-за ослабления напряжений в уплотнительной поверхности или из-за посторонних веществ, попавших в уплотнительную поверхность и т.п. Кроме того, в случае использования способа с уплотнительной прокладкой, нарушения уплотняющего действия возникают, когда происходит разрушение или повреждение прокладки, попадание посторонних веществ на уплотнительную поверхность, либо в случае если в уплотнительной поверхности возникают большие царапины. Кроме того, как описано выше, тепловая деформация представляет собой явление, возникающее при такте расширения в процессе сгорания. Ошибка тепловой деформации постепенно уменьшается, когда прекращается подвод тепла на участок наконечника датчика после завершения процесса сгорания, и не возобновляется до времени следующего цикла. То есть, обстоятельства, при которых появляется тепловая деформация, и процесс, в силу которого возникает тепловая деформация в тот же период, что и сгорание, и тепловая деформация прекращается в цикле, в котором она появилась, повторяются. Соответственно, изменение во временной диаграмме давления в цилиндре, вызванном тепловой деформацией, различаются по времени, когда возникает утечка сжатого газа в цилиндре, по причине, такой как износ поршневого кольца, и такое изменение не происходит в период, когда впускной клапан 20 закрывается до возникновения воспламенения, и начала сгорания.
[Определение неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка в первом примере осуществления изобретения]
[00036] Особенностью системы согласно настоящему примеру осуществления изобретения является то, что наличие или отсутствие неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка 34 на конкретной машине может быть определено с использованием значения X, которое основано на тангенсе угла наклона k величины тепловыделения Q, и частоте вращения вала двигателя.
[Технология для активного генерирования ошибки тепловой деформации при возникновении неисправности в работе уплотнения]
[00037] Для того, чтобы иметь возможность определить неисправность, используя величину тангенса угла наклона k, предпочтительно выбрать конфигурацию, так, чтобы возникала достаточная разница между величиной тангенса угла наклона k между ситуацией, когда уплотняющее действие находится в норме, и ситуацией, когда имеется неисправность уплотняющего действия. Как описано выше, тангенс угла наклона k увеличивается, когда величина тепловыделения Q существенно снижается в такте расширения, при этом ошибка тепловой деформации увеличивается. Ошибка тепловой деформации, например, может активно генерироваться во время возникновения нарушения уплотняющего действия с помощью нижеследующей технологии. В связи с этим, чтобы осуществить определение нарушения в отношении уплотняющего действия, предпочтительно принять конфигурацию в соответствии с нижеследующей технологией.
[00038] То есть, если уплотнительный участок 34 находится в положении, которое дополнительно отстоит от поверхности 14 сгорания, по отношению к тензометрическому элемент 305 в осевом направлении относительно корпуса 301, при возникновении нарушения уплотняющего действия, возрастает количество подводимого тепла к элементам (то есть, передающему элементу 304 и элементу 303 для восприятия усилия), которые расположены на пути передачи нагрузки сжатия от диафрагмы 302 к тензометрическому элементу 305. Таким образом, чтобы активно генерировать ошибку тепловой деформации, например, можно установить большую длину участка от диафрагмы 302 до тензометрического элемента 305. На начальной стадии подвода тепла, возникает промежуточная разница теплового расширения, вызванная разницей в свободной передаче тепла между корпусом 301, который находится на наружной стороне, и передающим элементом 304, который находится на внутренней стороне. Если элемент имеет большую длину, величина расширения элемента по отношению к заданному увеличению температуры будет возрастать. Таким образом, если длина вышеупомянутой области большая, величина расширения этого участка по отношению к заданному увеличению температуры будет возрастать. Вследствие этого, в соответствии с вышеупомянутым заданием длины участка, когда возникает разница теплового расширения, относительное расширение корпуса 301 по отношению к расширению передающего элемента 304 будет возрастать. Соответственно, ошибка тепловой деформации увеличится. Кроме того, чтобы активно генерировать ошибку тепловой деформации, можно, например, выбрать материал корпуса 301 и материал передающего элемента 304 так, чтобы коэффициент линейного расширения корпуса 301 был больше, чем коэффициент линейного расширения передающего элемента 304.
max
max
[00039] Теперь будет описан способ расчета тангенса угла наклона k. Ошибка тепловой деформации возникает во время процесса сгорания. Положение, в котором расчетное значение величины тепловыделения Q начинает уменьшаться из-за ошибки тепловой деформации является точкой окончания сгорания θ на характеристике величины тепловыделения Q (угол поворота коленчатого вала, при котором величина тепловыделения Q демонстрирует максимальное значение на характеристике величины тепловыделения Q). В связи с этим, можно сказать, что до тех пор, пока соответствующее положение имеется в период угла поворота коленчатого вала от точки окончания сгорания θ до момента открытия выпускного клапана 22, линейность формы сигнала величины тепловыделения Q обеспечена. Таким образом, тангенс угла наклона k можно рассчитать на основе данных величины тепловыделения Q в произвольных двух точках, которые синхронизированы с углом поворота коленчатого вала в течение соответствующего периода угла поворота коленчатого вала. Кроме того, число элементов данных величины тепловыделения Q, которые используются для расчета тангенс угла наклона k, не ограничивается двумя, и их может быть три или более. В частности, например, может быть принята конфигурация, которая после расчета множества значений тангенса угла наклона k путем произвольного сочетания данных двух или более элементов из трех элементов данных, использует среднее значение, рассчитанное для множества значений тангенса угла наклона k, в качестве конечного значения тангенса угла наклона k.
[Свойства тангенса угла наклона k]
[00040] На фиг. 5 представлен график, который, принимая угол поворота коленчатого вала в качестве горизонтальной оси, иллюстрирует сравнение между временными диаграммами давления в цилиндре и ошибкой тепловой деформации на различных частотах вращения вала двигателя. На фиг. 6 представлен график, который, принимая время в качестве горизонтальной оси, иллюстрирует сравнение между временными диаграммами давления в цилиндре и ошибкой тепловой деформации на различных частотах вращения вала двигателя. Более конкретно, фиг. 5 и фиг. 6 иллюстрируют примеры временных диаграмм, когда величина воздушного заряда в цилиндре одна и та же, а частоты вращения двигателя различны.
[00041] Из фиг. 5 понятно, что когда угол поворота коленчатого вала берется в качестве критерия, в случае, когда частота вращения двигателя является высокой, изменение во временной диаграмме ошибки тепловой деформации является пологим по сравнению с тем, когда частота вращения двигателя является низкой. С другой стороны, из фиг. 6 видно, что когда время берется в качестве критерия, даже если частота вращения двигателя меняется, нет никаких изменений во временной диаграмме ошибки тепловой деформации. Тепловая деформация, возникающая в ходе процесса сгорания, представляет собой явление, при котором участок наконечника датчика подвергается тепловой деформации из-за моментального подвода тепла, вызванного контактом с высокотемпературными газообразными продуктами сгорания или пламенем, и затем деформация исчезает. Соответственно, как будет понятно из этих рисунков, величина изменения ошибки тепловой деформации в течение одного цикла зависит от времени, и не зависит от угла поворота коленчатого вала. Другими словами, характеристика изменения ошибки тепловой деформации в течение одного цикла зависит от постоянной времени тепловой деформации, которая присуща датчику давления в цилиндре. Соответственно, тангенс угла наклона k, который является результатом ошибки тепловой деформации при вычислении величины тепловыделения Q с использованием давления в цилиндре, которое получают синхронно с углом поворота коленчатого вала, может быть нормализован с использованием частоты вращения двигателя.
[00042] Теперь будет дано дополнительное описание, касающееся влияния значения KL воздушного заряда в цилиндре на ошибку тепловой деформации. Уравнение состояния газа представлено нижеследующим уравнением (4), где Р обозначает давление в цилиндре, V обозначает объем цилиндра, n обозначает число молей газа в цилиндре (то есть, рабочего газа), R- газовую постоянную, Т обозначает температуру газа в цилиндре. Число молей газа в цилиндре пропорционально значению KL воздушного заряда в цилиндре. В этой связи уравнение (4) может быть преобразовано, как показано, в уравнение (5). Когда значение KL воздушного заряда в цилиндре возрастает, давление в цилиндре 10 начинает пропорционально возрастать. Соответственно, на основе уравнения (5), можно сказать, что температура Т газа в цилиндре не меняется, даже если значение KL воздушного заряда в цилиндре увеличивается. То есть, значение KL воздушного заряда в цилиндре может рассматриваться как почти не имеющее влияния на ошибку тепловой деформации. Кроме того, хотя, строго говоря, температура Т газа в цилиндре каким-то образом зависит от турбулентности воздушного потока, которое сопровождает увеличение в цилиндре значения KL воздушного заряда, уровнем этого влияния можно пренебречь. На основании изложенных фактов можно сказать, что доминирующим параметром для тангенса угла наклона k среди рабочих параметров, относящихся к режиму работы двигателя 10 внутреннего сгорания, является частота вращения двигателя.
[Обзор способа определения нарушения уплотняющего действия]
[00043] На фиг. 7 представлен график, который иллюстрирует зависимость между тангенсом угла наклона k величины тепловыделения Q на такте расширения и частотой вращения двигателя. Поскольку тангенс угла наклона k имеет вышеописанные свойства, между тангенсом угла наклона k и частотой вращения двигателя существует такая зависимость, что отношение X для величины тангенса угла наклона k по отношению к величине возрастания частоты вращения двигателя является постоянной величиной. Отношение X соответствует наклону линейной аппроксимированной кривой, соответствующей надлежащим графически нанесенным точкам, в случае, когда тангенс угла наклона k нанесен для каждой заданной частоты вращения двигателя на плоскости xy, для которой частота вращения двигателя взята в качестве значения координаты х, а величина тангенса угла наклона k взята в качестве значения координаты y.
[00044] Как показано на фиг. 7, величина тангенса угла наклона k снижается при увеличении частоты вращения двигателя. Это происходит потому, что при увеличении частоты вращения двигателя удлиняется период по углу поворота коленчатого вала, который длится в то время, когда величина тепловыделения Q снижается на то же значение в течение определенного периода времени. Кроме того, на основании фиг. 7, было обнаружено, что при возникновении нарушения уплотняющего действия, отношение X для величины снижения тангенса угла наклона k относительно величины возрастания частоты вращения двигателя увеличивается по сравнению с тем, когда уплотняющее действие находится в норме (другими словами, наклон вышеописанной линейной аппроксимированной кривой увеличивается).
[00045] В связи с этим, в настоящем примере осуществления изобретения принята конфигурация, которая получает значение тангенса угла наклона k для каждого сегмента заданной частоты вращения двигателя во время работы двигателя 10 внутреннего сгорания и вычисляет соответствующее отношение X. Если отношение X больше, чем заданное пороговое значение α, устанавливается, что существуют нарушения уплотняющего действия уплотнительного участка 34.
[00046] На фиг. 8 представлен график примера измерения нарушения уплотняющего действия. Горизонтальная ось представляет количество рейсов транспортного средства, в котором установлен двигатель 10 внутреннего сгорания. Во время работы двигателя 10 внутреннего сгорания, чтобы рассчитать значение X, выполняют расчет тангенса угла наклона k для каждого цикла двигателя 10 внутреннего сгорания, за исключением исключительных эксплуатационных условий, описанных ниже. Для каждого сегмента заданной частоты вращения двигателя в заданном диапазоне частот вращения двигателя, который является объектом вычисления, тангенс угла наклона k хранится в буфере ЭБУ 40 в сочетании со значением частоты вращения двигателя, которое представляет собой соответствующий отдельный сегмент частоты вращения двигателя. Получение значения тангенса угла наклона k в соответствующих сегментах частоты вращения двигателя выполняют только для заданного числа циклов. В частности, как показано на фиг. 7, точки нанесены на плоскости xy, которая образована частотой вращения двигателя и тангенсом угла наклона k. Впоследствии, когда данные для заданного числа циклов накапливаются в соответствующих сегментах частоты вращения двигателя, выполняют расчет отношения X.
[00047] В примере, показанном на фиг. 8, отношение X также получают во время операции проверки перед поставкой двигателя 10 внутреннего сгорания. Согласно этому примеру, в момент поставки отношение X меньше, чем пороговое значение α. Затем отношение X сравнивают с этим пороговым значением α во время каждого рейса. В соответствии с этим примером отношение X превышает пороговое значение α во время девятого рейса. Соответственно, определяют, что во время восьмого рейса возникли нарушения уплотняющего действия. Кроме того, путем выполнения определения нарушения уплотняющего действия в момент поставки, как и в данном примере, настоящее определение может быть использовано для процесса проверки, нормально ли был собран датчик 30 давления в цилиндре.
[Специализированная обработка в первом примере осуществления изобретения]
[00048] На фиг. 9 представлена блок-схема, иллюстрирующая процедуру, выполняемую блоком ЭБУ 40 для определения неисправности по отношению к уплотняющему действию уплотнительного участка 34 в первом примере осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что предполагается, что настоящая процедура предположительно неоднократно выполняется для каждого цикла в отношении каждого датчика 30 давления в цилиндре (то есть, для каждого цилиндра), установленного в двигателе 10 внутреннего сгорания.
[00049] В процедуре, показанной на фиг. 9, в начале блок ЭБУ 40 получает значение частоты вращения двигателя в текущем цикле с использованием датчика 42 угла поворота коленчатого вала (этап 100). Затем блок ЭБУ 40 использует датчик 30 давления в цилиндре и датчик 42 угла поворота коленчатого вала для получения данных о давлении в цилиндре, синхронизированных с углом поворота коленчатого вала (этап 102). Впоследствии, блок ЭБУ 40 использует полученные данные о давлении в цилиндре, чтобы рассчитать данные о величине тепловыделения Q, синхронизированные с углом поворота коленчатого вала (этап 104).
[00050] Далее блок ЭБУ 40 определяет, являются ли текущее рабочее состояние двигателя 10 внутреннего сгорания тем состоянием, которое представляет собой объект для расчета тангенса угла наклона k (этап 106). Как описано выше, частота вращения двигателя является доминирующим параметром рабочего состояния для тангенса угла наклона k. Однако в условиях эксплуатации, в которых скорость сгорания изменяется в чрезвычайно широких пределах, изменение скорости сгорания будет влиять на тангенс угла наклона k. Соответственно, желательно не вычислять тангенс угла наклона k в таких условиях эксплуатации. В частности, предпочтительно, чтобы в условиях эксплуатации при крайне медленном сгорании, например, когда подано большое количество рециркулирующих отработавших газов (EGR) при степени рециркуляции отработавших газов большей предустановленного значения или когда обеспечивается сгорание обедненной смеси в соответствии с отношением воздух-топливо, которое явно было сформировано обедненным, исключаются из условий, являющихся объектом для расчета тангенса угла наклона k. В этой связи в настоящем примере осуществления изобретения принята конфигурация, при которой расчет значения тангенса угла наклона k выполняется при рабочих условиях, при которых сгорание осуществляют при стехиометрическом отношении воздух-топливо. В результате, может быть выполнено определение нарушения по отношению к уплотняющему действию, и при этом надежно устраняются условия эксплуатации, в которых режим сгорания воздействует на точность определения нарушения уплотняющего действия из-за того, что сгорание становится чрезвычайно медленным. Кроме того, цикл, в котором возникают такие отклонения, как калильное зажигание, также исключают из объектов для расчета тангенса угла наклона k.
1
2
1
2
1
2
2
1
1
2
2
1
1
2
[00051] Если результат на этапе 106 положителен, блок ЭБУ 40 переходит к этапу 108 для вычисления тангенса угла наклона k. В частности, по данным для величины тепловыделения Q, рассчитанным на этапе 104, блок ЭБУ 40 получает данные для первой величины тепловыделения Q и для второй величины тепловыделения Q, которые являются элементами данных величины тепловыделения Q при первом угле θ поворота коленчатого вала и втором угле θ поворота коленчатого вала, соответственно (см. фиг. 4D для примера получения). Первый угол θ поворота коленчатого вала и второй угол θ поворота коленчатого вала заранее заданы в виде двух точек в период угла поворота коленчатого вала от точки окончания сгорания θmax до времени открытия выпускного клапана 22. Второй угол θ поворота коленчатого вала представляет собой угол θ поворота коленчатого вала, который отстоит дальше в сторону запаздывания относительно первого угла θ поворота коленчатого вала. Блок ЭБУ 40 рассчитывает тангенс угла наклона k как отношение (то есть, (Q-Q)/(θ-θ)) значения уменьшения величины Q тепловыделения (то есть, Q-Q), по отношению к величине возрастания (то есть, 02-01) угла 0 поворота коленчатого вала. Следует отметить что, как описано выше, количество элементов данных величины тепловыделения Q, которые используются для расчета тангенса угла наклона k, не ограничивается двумя, и может составлять три или более. Далее, блок ЭБУ 40 сохраняет данные по тангенсу угла наклона k на этапе 108 в буфере, который является зоной временного хранения блока ЭБУ 40 в состоянии, в котором тангенс угла наклона k связан с частотой вращения двигателя, полученной на этапе 100 (этап 110).
[00052] Далее, блок ЭБУ 40 определяет, был ли выполнен или нет расчет отношения для текущего рейса транспортного средства (этап 112). Если результат на этапе 112 положителен, блок ЭБУ 40 оперативно заканчивает обработку для текущего цикла. В ином случае, если расчет отношения X не был проведен, блок ЭБУ 40 определяет, выполнены или нет условия для расчета отношения X (этап 114). Таким способом, расчет отношения X выполняется один раз для каждого рейса. Как описано выше, расчет тангенса угла наклона k выполняется только для заданного числа циклов для каждого сегмента заданной частоты вращения двигателя для заданного диапазона частот вращения двигателя, что является объектом расчетов. Условия расчетов на текущем этапе 114 устанавливаются в момент, когда выполнен расчет тангенса угла наклона k, для заданного числа циклов в каждом сегменте частоты вращения двигателя, что является объектом расчетов.
[00053] Если результат, определенный на этапе 114, является положительным, блок ЭБУ 40 переходит к этапу 116. На этапе 116 блок ЭБУ 40 вычисляет отношение X, используя данные для тангенса угла наклона k, которые хранятся в буфере (то есть, тангенс угла наклона k, связанный с частотой вращения двигателя). Отношение X соответствует наклону аппроксимированной линейной зависимости, построенной по соответствующим точкам тангенса угла наклона k на плоскости xy, для которой частота вращения двигателя принята в качестве значения координаты x, а тангенс угла наклона k принят в качестве значения координаты y, как показано на фиг. 7. Поэтому на текущем этапе 116 блок ЭБУ 40 применяет способ наименьших квадратов к данным тангенса угла наклона k, хранящимся в буфере, и вычисляет вышеупомянутую аппроксимированную прямую линию. Таким образом, блок ЭБУ 40 вычисляет наклон расчетной аппроксимированной прямой линии как отношение X. В этом случае можно сказать, что возможно вычислить отношение X (наклон аппроксимированной прямой линии), пока имеются, по меньшей мере, две нанесенные точки. Соответственно, отношение X может быть рассчитано с использованием, например, двух нанесенных точек. Вместе с тем использование графически нанесенных точек, соответствующих заданному числу циклов во многих сегментах частоты вращения двигателя, а также технологии, описанной в настоящем примере осуществления изобретения, обеспечивает надежность расчетного отношения X.
[00054] Затем блок ЭБУ 40 определяет, является или нет отношениен X, вычисленное на этапе 116, большей величиной, чем пороговое значение α (этап 118). Пороговое значение α является значением, которое принято заранее в качестве величины, обеспечивающей определение наличия или отсутствия нарушения уплотняющего действия. Более конкретно, даже когда уплотняющее действие находится в норме, сама ошибка тепловой деформации существует, хотя ее уровень мал по сравнению с тем периодом, когда возникла неисправность. Таким образом, достаточно задать заранее, с помощью экспериментов и т.п. отношение X для того периода, когда уплотняющее действие находилось в норме по отношению к датчику давления в цилиндре, установленному в двигателе внутреннего сгорания, и задать пороговое значение α, приняв отношение X в исправный период в качестве опорного значения. Кроме того, конфигурация может также быть принята таким образом, чтобы использовать отношение X, полученное в ходе пробной эксплуатация в момент поставки в качестве опорного значения, и выполнять определение отклонений на основе величины изменения от базового значения. Таким способом можно выполнять определение, учитывающее вариации, обусловленные индивидуальными различиями между датчиками давления в цилиндре, установленными в двигателе внутреннего сгорания, и вариации, связанные со сборкой датчиков давления в цилиндре двигателя внутреннего сгорания.
[00055] В случае, когда отношение X равно или меньше, чем пороговое значение α, блок ЭБУ 40 определяет, что уплотняющее действие уплотнительного участка 34 находится в исправном состоянии (этап 120). В ином случае, в случае, когда отношение X больше, чем пороговое значение α, блок ЭБУ 40 определяет, что в уплотняющем действии уплотнительного участка 34 возникла неисправность, и включает флажок определения неисправности «ВКЛ» (этап 122). В этом случае, для того, чтобы уведомить водителя, что уплотняющее действие не находится в исправном состоянии, горит индикаторная лампа 46 неисправности и пр.
[00056] Как упоминалось ранее, частота вращения двигателя является доминирующим параметром рабочего состояния по отношению к тангенсу угла наклона k. Кроме того, как показано на фиг. 7, когда возникают нарушения в уплотняющем действии, возрастает отношение X для величины уменьшения тангенса угла наклона k по отношению к величине возрастания частоты вращения двигателя. Соответственно, в случае, когда отношение X больше, чем пороговое значение α, как и при выполнении процедуры, показанной на фиг. 9, описанной выше, то может быть определено, что в уплотняющем действии уплотнительного участка 34 возникли нарушения. Таким образом, в соответствии со способом по настоящему примеру осуществления, посредством мониторинга тепловых характеристик отклика датчика 30 давления в цилиндре с использованием отношения X. которое является значением индекса определения нарушения на основе тангенса угла наклона k и частоты вращения двигателя, может быть определено наличие или отсутствие нарушений в уплотняющем действии.
[00057] Кроме того, само значение тангенса угла наклона k меняется вслед за изменением величины подводимого тепла к участку наконечника датчика, сопровождающемся ухудшением характеристик уплотнения уплотнительного участка 34. Что касается взаимосвязи с параметрами рабочего состояния, можно сказать, что частота вращения двигателя имеет доминирующее влияние на тангенс угла наклона k, и что тангенс угла наклона k, по существу, не находится под влиянием других параметров рабочего состояния, таких, как объем KL воздушного заряда в цилиндре (однако, как описано выше, это исключает условия эксплуатации, при которых сгорание становится чрезвычайно медленным, или при которых скорость сгорания становится чрезвычайно высокой, при этом происходит ненормальное сгорание). Поэтому, за счет использования отношения X, можно получить значение индекса определения неисправности, которое не зависит от параметров рабочего состояния, отличных от частоты вращения двигателя. Таким способом, число этапов для адаптации определения нарушения уплотняющего действия может быть сведено к небольшому количеству.
[00058] В вышеописанном первом примере осуществления изобретения, принята конфигурация, которая вычисляет отношение X для каждого рейса транспортного средства, в котором установлен двигатель 10 внутреннего сгорания, и сравнивает это отношение X с пороговым значением α. Однако конфигурация может также быть принята для того, чтобы выполнить определение неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка в настоящем изобретении, используя следующий способ, за исключением случая, в котором определение нарушения уплотняющего действия выполняется при поставке двигателя 10 внутреннего сгорания. То есть, отношение X, рассчитанное во время работы двигателя 10 внутреннего сгорания, сохраняется как предыдущее значение в блоке ЭБУ 40 для использования при выполнении определения нарушения уплотняющего действия во время следующего рейса. Впоследствии, если разница между отношением X, рассчитанным во время текущего рейса, и предыдущим значением, больше, чем заданное значение определения, может быть установлено, что в уплотняющем действии уплотнительного участка 34 возникла неисправность. Следует отметить, что можно сказать, что рассматривая сумму вышеописанного значения определения и предыдущей значения в качестве порогового значения, этот способ также соответствует тому, который выполняет определение в соответствии с настоящим изобретением, что неисправность возникла в уплотняющем действии в случае, когда второе значение (отношение X) больше, чем первое пороговое значение.
[00059] Следует отметить, что в вышеописанном первом примере осуществления изобретения, «средство вычисления величины тепловыделения» настоящего изобретения реализуется с помощью блока ЭБУ 40, выполняющего вышеописанную обработку на этапе 104, «средство вычисления первого значения» настоящего изобретения реализуется с помощью блока ЭБУ 40, выполняющего вышеописанную обработку на этапе 108, и «средство определения неисправности уплотнения» реализуется с помощью блока ЭБУ 40, выполняющего вышеописанную обработку на этапах 116-122.
Второй пример осуществления изобретения
[00060] Далее второй пример осуществления настоящего изобретения будет описан в основном со ссылкой на фиг. 10 и фиг. 11. Система согласно настоящему примеру осуществления изобретения может быть реализована, используя конфигурацию аппаратных средств, показанных на фиг. 1, и заставляя блок ЭБУ 40 выполнить процедуру, показанную на фиг. 11, описанную позже, вместо процедуры, показанной на фиг. 9.
[Определение неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка во втором примере осуществления изобретения]
[00061] На фиг. 10 представлен график для описания технологии определения неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка 34, используемой во втором примере осуществления изобретения настоящего изобретения. В вышеописанном примере осуществления изобретения было описано средство определения неисправности в работе уплотнения, в котором отношение X относительно величины уменьшения тангенса угла наклона k по отношению к величине возрастания частоты вращения двигателя используется в качестве значения индекса.
[00062] В ином случае, в соответствии со способом определения неисправности в работе уплотнения согласно настоящему примеру осуществления изобретения, наличие или отсутствие неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка 34 определяют на основании того, является или нет расчетное значение тангенса угла наклона k большей величиной, чем заданная пороговая величина β, которая соответствует частоте вращения двигателя в цикле, в котором данные о давлении в цилиндре служат основой для расчета указанного тангенса угла наклона k. В частности, как показано на фиг. 10, случай, когда частота вращения двигателя в цикле, в котором провели расчет тангенса угла наклона k, - это частота NE1, принимается в качестве примера, и на этой частоте определяют, что уплотняющее действие находится в норме в случае, когда тангенс угла наклона k равен или меньше порогового значения β1 для частоты вращения NE1 двигателя, например, в точке Р1. С другой стороны, установлено, что неисправности в работе уплотнения возникает в случае, когда тангенс угла наклона k больше, чем пороговое значение β1, например, в точке Р2.
[00063] Основываясь на той же идее, что и для задания порогового значения а в первом примере осуществления изобретения, по отношению также и к пороговому значению β, достаточно задать заранее, с помощью экспериментов и пр., значение тангенса угла наклона k в то время, когда уплотняющее действие находится в норме, и установить значение вышеупомянутого тангенса угла наклона k в период исправного состояния в качестве эталонного значения. Кроме того, как описано выше со ссылкой на фиг. 7, тангенс угла наклона k снижается при снижении частоты вращения двигателя. В соответствии с этим фактом, согласно настоящему примеру осуществления изобретения, как показано на фиг. 10, пороговое значение β установлено таким образом, чтобы уменьшаться при увеличении частоты вращения двигателя. Таким образом, пороговое значение β может быть установлено более подходящим образом, который учитывает взаимосвязь между тангенсом угла наклона k и частотой вращения двигателя.
[Специализированная обработка во втором примере осуществления изобретения]
[00064] На фиг. 11 представлена блок-схема, иллюстрирующая процедуру, которую блок ЭБУ 40 выполняет для реализации определения в отношении неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка 34 во втором примере осуществления согласно настоящему изобретению. На фиг. 11 этапы, те же самые, что показаны на фиг. 9 в соответствии с первым примером осуществления изобретения, обозначены теми же самыми ссылочными позициями, и описание этих этапов опущено или упрощено.
[00065] В процедуре, показанной на фиг. 11, после расчета тангенса угла наклона k на этапе 108, блок ЭБУ 40 переходит к этапу 200. Пороговое значение β, задается таким образом, чтобы оно снижалось при увеличении частоты вращения двигателя, как показано на фиг. 10, хранится в блоке ЭБУ 40. На этапе 200 блок ЭБУ 40 рассчитывает это пороговое значение β в соответствии с текущей частотой вращения двигателя, полученной на этапе 100. Далее блок ЭБУ 40 определяет, является или нет тангенс угла наклона k большей величиной, чем пороговое значение β (этап 202). Если результат, определенный на настоящем этапе 202, является отрицательным, то блок ЭБУ 40 определяет, что уплотняющее действие находится в норме (этап 120), в то время как, если результат, определенный на настоящем этапе 202, является положительным, блок ЭБУ 40 определяет, что имеется неисправность в работе уплотнения (этап 122).
[00066] В соответствии с обработкой по процедуре, показанной на фиг. 11, которая также описана выше, путем контроля характеристик теплового отклика датчика 30 давления в цилиндре, используя взаимосвязь между тангенсом угла наклона k и частотой вращения двигателя, может быть определено наличие или отсутствие неисправности в работе уплотнения.
[00067] В вышеописанном втором примере осуществления изобретения пороговое значение β задают таким образом, чтобы оно непрерывно уменьшалось при увеличении частоты вращения двигателя. Однако, поскольку это второе пороговое значение, которое задано с учетом взаимосвязи между первым значением (тангенсом угла наклона k) и частотой вращения двигателя, в настоящем изобретении задают таким образом, чтобы оно становилось меньше, когда частота вращения двигателя является низкой по сравнению с тем, когда частота вращения двигателя является высокой, то пороговое значение β может быть задано иным образом, отличным от описанного выше. В частности, второе пороговое значение может быть задано так, чтобы ступенчато уменьшаться в два этапа или в три или более этапов, при увеличении частоты вращения двигателя.
[00068] Кроме того, во втором вышеописанном примере осуществления изобретения принята такая конфигурация, что после расчета порогового значения β, соответствующего частоте вращения двигателя в цикле, в котором был произведен расчет тангенса угла наклона k, производят сравнение тангенса угла наклона k и порогового значения β. Вместо такой обработки, может использоваться способ определения неисправности, который основан на следующей обработке. Иными словами, принята конфигурация, в которой в блоке ЭБУ 40 имеется карта, хранящая переменную определения неисправности в работе уплотнения, с использованием тангенса угла наклона k и частоты вращения двигателя в качестве осей. В частности, настоящая карта имеет зону карты такую, как отношение, показанное на фиг. 10, и является картой, на которой установлены область уплотнения в исправном состоянии (уплотняющее действие находится в норме) и область уплотнения с неисправностью в работе уплотнения, при этом в качестве границы принята прямая линия порогового значения β, показанная на фиг. 10. Переменная определения неисправности является переменной, указывающей на наличие или отсутствие неисправности в работе уплотнения с помощью значений 0 и 1, и принимает значение 0 в области уплотнения в исправном состоянии и значение 1 в области с неисправностью в работе уплотнения нарушением уплотняющего действия. Определение наличия или отсутствия неисправности в работе уплотнения может также быть сделано со ссылкой на вышеописанную карту, и определено наличие или отсутствие неисправности в работе уплотнения в соответствии с тем, равна ли на карте переменная определения нарушения 0 или 1, что соответствует тангенсу угла наклона k и пороговому значению β в конкретном цикле.
[00069] Кроме того, в случае использования тангенса угла наклона k, также и во втором примере осуществления изобретения, можно принять такую конфигурацию, чтобы производить определение с использованием той же концепции, что и в модификации первого примера осуществления изобретения, в котором применяют предыдущее значение и текущее значение отношениях. В частности, в отношении тангенса угла наклона k при той же частоте вращения двигателя, определение наличия или отсутствия нарушения уплотняющего действия могут быть сделаны на основании того, является или нет разница между полученным значением во время предыдущего рейса и полученным значением во время текущего рейса большей, чем заданное значение определения.
[00070] Следует отметить, что в вышеописанном втором примере осуществления изобретения, «средство вычисления величины тепловыделения» согласно настоящему изобретению реализуется блоком ЭБУ 40, выполняющем вышеописанную обработку на этапе 104, «средство вычисления первого отношения» согласно настоящему изобретению реализуется блоком ЭБУ 40, выполняющем вышеописанную обработку на этапе 108, и «средство определения неисправности уплотнения» реализуется блоком ЭБУ 40, выполняющем вышеописанную обработку на этапах 200, 202, 120 и 122.
Третий пример осуществления изобретения
[00071] Далее будет описан третий пример осуществления настоящего изобретения в основном со ссылкой на фиг. 12-18. Система согласно настоящему примеру осуществления изобретения может быть реализована, используя конфигурацию аппаратных средств, показанных на фиг. 1, и заставляя блок ЭБУ 40 выполнить процедуру, показанную на фиг. 11, описанную далее, вместо процедуры, показанной на фиг. 9.
[Ошибочное измерение периода задержки воспламенения, которое сопутствует возникновению неисправности в работе уплотнения]
max
[00072] На фиг. 12A и 12B представлены схемы для описания ошибки измерения периода задержки воспламенения, которая сопутствует возникновению неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка 34. Как показано на фиг. 12А, при возникновении неисправности в работе уплотнения, из-за влияния тепловой деформации, положение конечной точки окончания сгорания θ в данных о величине тепловыделения Q, по отношению к которым было использовано значение давления в цилиндре, измеренное датчиком 30, смещается по сравнению с тем, когда уплотняющее действие находится в норме. В результате, когда возникает нарушение уплотняющего действия, как показано на фиг. 12B, рост временной диаграммы MFB (сгоревшая массовая доля) является крутым по сравнению с тем, когда уплотнение находится в нормальном состоянии. Период задержки воспламенения можно рассчитать как период угла поворота коленчатого вала (угол поворота SA-CA10) от момента SA зажигания до точки 10%-го сгорания СА10, используя рассчитанные результаты для сгоревшей массовой доли (MFB), основанные на данных о величине тепловыделения Q. Однако, в связи с вышеописанным изменением во временной диаграмме MFB, измеренное значение угла СА10, при возникновении нарушения уплотняющего действия, получают как значения в области, смещенной вперед, по сравнению с тем, когда уплотнение находится в исправном (нормальном) состоянии. Вместе с тем, период задержки воспламенения (угол поворота SA-CA10), при возникновении нарушения уплотняющего действия, рассчитывается как меньшая величина по отношению к величине, когда уплотнение находится в исправном состоянии. То есть, период задержки воспламенения ошибочно измеряется как более короткий период, чем фактический период задержки воспламенения.
Раздел с характерной особенностью третьего примера осуществления изобретения
[Коррекция периода задержки воспламенения (угла поворота SA-CA10) на основе отношения X]
[00073] При любом виде управления двигателем, выполнение определения либо выполнение оценки выполняется с использованием периода задержки воспламенения, если возникает ошибка по отношению к фактической величине в определенном значении периода задержки воспламенения (угле поворота SA-CA10) (далее может также именоваться просто «ошибкой задержки воспламенения») из-за увеличения отношения X, то на управление двигателем и пр. будет влиять эта ошибка задержки воспламенения, что скажется на точности управления и пр.
[00074] На фиг. 13 представлена схема для описания способа задания порогового значения а, используемого для определения неисправности в работе уплотнения согласно третьему примеру осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 13, ошибка в определении задержки воспламенения возрастает при увеличении отношения X. Соответственно, при наличии взаимосвязи, показанной на фиг. 13, можно задать ошибку в определении задержки воспламенения на основании отношения X. Таким образом, пороговое значение α для определения неисправности в работе уплотнения определяют заранее, как значение, соответствующее верхнему пределу ошибки в определении задержки воспламенения в диапазоне, в котором эффективность вышеописанного управления двигателем или подобной системы двигателя 10 внутреннего сгорания может быть гарантирована.
[00075] Система согласно настоящему примеру осуществления изобретения аналогична системе согласно первому примеру осуществления изобретения в том отношении, что задано, что неисправности в работе уплотнения возникают в случае, когда отношение X больше, чем пороговое значение α. Кроме того, согласно настоящему примеру осуществления изобретения в случае, когда отношение X меньше или равна пороговому значению а, угол поворота SA-CA10, который является значением индекса периода задержки воспламенения, корректируют в соответствии с величиной отношения X.
[00076] На фиг. 14 представлена схема для описания способа задания величины коррекции угла поворота SA-CA10 на основе отношения X. Как показано на вышеописанной схеме на фиг. 13, ошибка в определении задержки воспламенения возрастает при увеличении отношения X. В соответствии с этим фактом, как показано на фиг. 14, величину коррекции угла поворота SA-CA10 задают таким образом, чтобы она возрастала при увеличении отношения X.
[Управление с обратной связью отношением воздух-топливо и тому подобным с использованием угла поворота SA-CA10]
[00077] Как один из видов вышеописанного управления двигателем и пр. с использованием периода задержки воспламенения, основанного на определенных значениях сигнала датчика 30 давления в цилиндре, система согласно настоящему примеру осуществления изобретения выполняет управление с обратной связью отношением воздух-топливо с использованием угла поворота SA-CA10. В частности, данное управление с обратной связью представляет собой управление, которое корректирует величину впрыска топлива, при этом разница между целевым значением угла поворота SA-CA10, которое соответствует целевому отношению воздух-топливо и измеренному значению угла поворота SA-CA10, становится равной нулю. В этом случае термин «измеренное значение SA-СА10» относится к значению угла поворота SA-CA10, которое вычислено на основании измеренных значений датчика 30 давления в цилиндре. Следует отметить, что вышеописанное управление с обратной связью отношения воздух-топливо может представлять собой управление, которое регулирует величину всасываемого воздуха вместо, или совместно, с величиной впрыска топлива. Кроме того, в некоторых случаях период задержки воспламенения может быть сокращен, когда увеличивается энергия зажигания. Соответственно, управление обратной связью по углу поворота SA-CA10 также включает в себя управление с обратной связью SA-СА10 (то есть, периодом задержки воспламенения), которое не сопровождается изменением отношения воздух-топливо, а более конкретно, управление обратной связью посредством SA-CA10, при котором используют регулировку энергии зажигания. В данном случае следует отметить, что предпочтительно выполнять корректировку величины всасываемого воздуха с помощью, например, известного аппарата управления регулируемым впускным клапаном, которым можно управлять объемом воздуха, подаваемым в цилиндры в каждом цикле с высоким уровнем оперативности. Кроме того, регулировка энергии зажигания может быть выполнена, например, путем установки множества катушек зажигания для свечей 28 зажигания и изменением числа катушек зажигания, которые используются для разряда в случае необходимости.
[00078] На фиг. 15 представлена схема, показывающая зависимость между углом поворота SA-CA10 и отношением воздух-топливо (A/F). На основании фиг. 10 получено, что угол поворота SA-CA10 имеет высокую корреляцию с отношением воздух-топливо. Кроме того, угол поворота SA-СА10 преимущественно выдерживает линейность к отношению воздух-топливо в непосредственной близости от предела обеднения. В данном случае термин «предел обеднения» относится к отношению воздух-топливо на пределе бедного сгорания, который определен с точки зрения изменения крутящего момента двигателя 10 внутреннего сгорания.
[00079] Можно сказать, что по причинам, описанным ниже, ранг, в котором угол поворота SA-CA10 является типичным представителем предела обеднения смеси, выше, чем отношение воздух-топливо как таковое. То есть, хотя отношение воздух-топливо, которое служит в качестве предела обеднения, изменяется в соответствии с условиями эксплуатации (например, повышается или снижается соответственно температуре охлаждающей жидкости в двигателе), угол поворота SA-CA10 менее подвержен изменениям в ответ на изменения в условиях эксплуатации по сравнению с отношением воздух-топливо. Другими словами, так как отношение воздух-топливо, которое служит в качестве предела обеднения, зависит в значительной степени от факторов воспламенения воздушно-топливной смеси, то можно сказать, что угол поворота SA-CA10, который представляет собой задержку воспламенения, меньше подвержен воздействию условий эксплуатации, чем отношение воздух-топливо как таковое. Однако, так как время, приходящееся на единицу угла поворота коленчатого вала меняется, если меняется частота вращения двигателя, то предпочтительно, что угол поворота SA-CA10, который является целевым углом поворота SA-CA10, задают в соответствии с частотой вращения двигателя. Более предпочтительно, поскольку угол поворота SA-СА10 также меняется в зависимости от объема воздушного заряда в цилиндре, предпочтительно установить целевой угол поворота SA-CA10 в соответствии с объемом наддувочного воздуха в цилиндре вместо или в дополнение к частоте вращения двигателя. Кроме того, статистическая обработка необходима в случае, когда конфигурация адаптирована так, чтобы регулировать отношение воздух-топливо в непосредственной близости от предела обеднения, принимая во внимание в качестве индекса значение колебаний крутящего момента, которое отличается от угла поворота SA-CA10. Однако можно сказать, что практичность технологии, использующей значение колебаний крутящего момента, основанной на статистической обработки, низка, так как обработка занимает много времени и способ трудно осуществим во время переходных процессов. В отличие от этого, при принятии угла поворота SA-CA10, управление пределом обеднения может быть выполнено согласно способу, который не зависит от статистической обработки.
[00080] Далее, будет описана причина, почему угол поворота СА10 является предпочтительным по сравнению с другими точками сгорания в качестве точки сгорания (заданного угла поворота коленчатого вала, при которой MFB становится заданной сгоревшей массовой долей), которая используется для указания периода угла поворота коленчатого вала в качестве индекса для периода задержки воспламенения, который является периодом между этой точкой сгорания и моментом зажигания. Кроме того, в случае использования точки сгорания, иной чем угол поворота СА10 в начальный период сгорания (СаО-СА110), до начала основного сгорания, можно использовать такие точки сгорания для управления с обратной связью согласно настоящему примеру осуществления, поскольку полученный период угла поворота коленчатого вала будет периодом, в котором будет предпочтительно представлено влияние факторов, воздействующих на воспламенение. С другой стороны, по отношению к точке начала сгорания (САО), может возникнуть ошибка из-за влияния шума, который накладывается на выходной сигнал от датчика 30 давления в цилиндре, который получает блок ЭБУ 40. Влияние этого шума снижается по мере перемещения точки сгорания от точки начала сгорания (САО). Поэтому при рассмотрении помехоустойчивости можно сказать, что угол поворота СА10 - это оптимальная точка сгорания по отношению к периоду угла поворота коленчатого вала, определяемому как период задержки между точкой сгорания и моментом зажигания (SA), как в настоящем примере осуществления изобретения.
[00081] В соответствии с вышеописанным, можно сказать, что угол поворота SA-CA10 превосходен в качестве значения индекса при выполнении управления с обратной связью отношением воздух-топливо для регулирования отношения воздух-топливо в непосредственной близости от предела обеднения, чтобы достичь низкого расхода топлива. Тем не менее, управление с обратной связью отношением воздух-топливо с использованием угла поворота SA-CA10 как такового не ограничивается бедным сгоранием, а также применимо к сгоранию при стехиометрическом отношении воздух-топливо.
[00082] На фиг. 16 представлена блок-схема для описания схемы управления с обратной связью величиной впрыскиваемого топлива с использованием угла поворота SA-CA10. В соответствии с указанным управлением с обратной связью, как показано на фиг. 16, целевое значение угла поворота SA-CA10 задают в соответствии с рабочим состоянием двигателя (в частности, частотой вращения двигателя и объемом воздуха, подаваемого в цилиндры). Детектируемое значение угла поворота SA-CA10 рассчитывается для каждого цикла в каждом цилиндре.
[00083] В соответствии с указанным управлением с обратной связью, в качестве одного примера, PI-управление {пропорционально-интегральное управление) используется для регулирования величины впрыска топлива таким образом, чтобы устранить разницу между целевым углом поворота SA-CA10 и измеренным углом поворота SA-CA10. Согласно PI-управлению, разница между целевым углом поворота SA-CA10 и измеренным углом поворота SA-CA10, а также заданный коэффициент усиления PI (пропорционального усиления и интегрального коэффициента усиления) используются для расчета величины коррекции впрыска топлива, которая находится в соответствии с этой разницей и размером ее интегрированной величины. Кроме того, величина коррекции впрыска топлива, рассчитанная для каждого цилиндра, отражается в величине впрыска топлива в цилиндр, которая является объектом PI-управления. Таким способом величину впрыска топлива для каждого цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания (ENG) регулируют (корректируют) посредством управления с вышеупомянутой обратной связью.
[Специализированная обработка в третьем примере осуществления изобретения]
[00084] Сначала будет описана процедура управления, которую выполняет блок ЭБУ 40, чтобы осуществлять управление с обратной связью отношением воздух-топливо с использованием вышеупомянутого значения угла поворота SA-CA10 со ссылкой на блок-схему на фиг. 17. Следует отметить, что предполагается, что данная процедура повторно выполняется для каждого цикла в течение заданного периода времени после окончания сгорания в каждом цилиндре при рабочих условиях, которые являются объектом настоящего управления с обратной связью. Кроме того, предполагается, что данная процедура выполняется одновременно с процедурой, показанной на фиг. 18, описанной далее.
[00085] В процедуре, показанной на фиг. 17, блок ЭБУ 40 сначала получает данные о частоте вращения двигателя и величине воздушного заряда в цилиндре, используя датчик 42 угла поворота коленчатого вала и расходомер 44 воздуха (этап 300). Далее блок ЭБУ 40 рассчитывает целевое значение угла поворота SA-CA10 (этап 302). Блок ЭБУ 40 хранит карту (не показана на чертежах), на которой целевые значения для угла поворота SA-CA10 заранее определяют, используя взаимосвязь между частотой вращения двигателя и величиной воздушного заряда в цилиндре, на основе результатов, полученных экспериментальным путем, и т.п. На этапе 302 блок ЭБУ 40 обращается к карте для получения целевого угла поворота SA-CA10 на основе частоты вращения двигателя и величины воздушного заряда в цилиндре из этапа 300.
[00086] Далее блок ЭБУ 40 получает данные о давлении в цилиндре, которые были измерены во время сгорания, используя датчик 30 давления в цилиндре и датчик 42 угла поворота коленчатого вала (этап 304). Впоследствии блок ЭБУ 40 получает данные о моменте зажигания (этап 306). Блок ЭБУ 40 хранит карту (не показано на чертежах), которая определяет целевой (требуемый) момент зажигания, (в основном, оптимальный момент зажигания) на основе зависимости между величиной воздушного заряда в цилиндре и частотой вращения двигателя, и на этапе 306 блок ЭБУ 40 обращается к карте для получения данных по моменту зажигания.
[00087] Затем блок ЭБУ 40 рассчитывает детектируемый угол поворота SA-CA10 (этап 308). Базовое значение угла поворота SA-CA10 рассчитывается как период угла поворота коленчатого вала от момента зажигания (SA), полученного на этапе 306, до угла поворота СА10, полученного в результате анализа данных о давлении в цилиндре на этапе 304. Кроме того, если величина коррекции для детектируемого угла поворота SA-СА10 рассчитывается путем обработки на этапе 400 в процедуре, показанной на фиг. 18, эта коррекция будет добавлена к вышеупомянутому базовому значению.
[00088] Затем блок ЭБУ 40 вычисляет разницу между целевым значением угла поворота SA-CA10 и детектируемым значением угла поворота SA-CA10, которые были вычислены на этапах 302 и 308 (этап 310). Впоследствии, ЭБУ 40 использует вычисленную разницу на этапе 310 и заданное PI-усиление (пропорциональное усиление и интегральное усиление) для вычисления доли для коррекции величины впрыскиваемого топлива в соответствии с этой разницей и размером его интегрированного значения (этап 312). После этого блок ЭБУ 40 корректирует величину впрыска топлива для следующего цикла на основе расчетной доли для коррекции величины впрыска топлива (этап 314). В частности, в соответствии с зависимостью, показанной на фиг. 15, например, случай, когда измеренный угол поворота SA-CA10 больше целевого угла поворота SA-CA10, соответствует случаю, когда отношение воздух-топливо отклоняется в сторону обеднения по отношению к целевому значению. Соответственно, в таком случае величина впрыскиваемого топлива возрастает по отношению к базовой величине впрыскиваемого топлива с тем, чтобы исправить отношение воздух-топливо, сместив его в сторону обогащения.
[00089] В соответствии с процедурой, показанной на фиг. 17, и описанной выше, управление с обратной связью величиной впрыскиваемого топлива выполняется так, чтобы устранить разницу между целевым значением угла поворота SA-CA10 и измеренным значением угла поворота SA-CA10. Как упоминалось выше, угол поворота SA-CA10 изменяется по линейному закону относительно отношения воздух-топливо даже в непосредственной близости от предела обеднения. Соответственно, регулируя величину впрыска топлива таким образом, чтобы устранить разницу между целевым SA-CA10 и измеренным SA-CA10 с помощью этого способа, согласно настоящему примеру осуществления изобретения, отношение воздух-топливо можно предпочтительно регулировать так, чтобы получить нужное целевое отношение воздух-топливо, в том числе в случае, когда отношение воздух-топливо управляется в непосредственной близости от предела обеднения. Если принята конфигурация, которая, в отличие от способа по настоящему примеру осуществления, использует только угол поворота СА10 для регулирования величины впрыскиваемого топлива, так что измеренное значение угла поворота СА10 приобретает заданное значение, возникает следующая проблема. Иными словами, если изменяется момент зажигания, угол поворота СА10 изменится вместе с ним. В отличие от этого, угол поворота SA-CA10, который представляет собой период угла поворота коленчатого вала от момента зажигания до угла поворота СА10, едва меняется, даже когда меняется момент зажигания. Соответственно, используя угол поворота SA-CA10 в качестве индекса для регулировки величины впрыска топлива, по сравнению со случаем использования только угол поворота СА10, можно предпочтительно установить корреляцию отношения воздух-топливо таким образом, что это исключает влияние момента зажигания.
[00090] Далее будет описана процедура, которую блок ЭБУ 40 выполняет для определения неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка 34 и вычисления величины коррекции измеренного значения угла поворота SA-CA10 со ссылкой на блок-схему на фиг. 18. Следует отметить, что на фиг. 18 этапы, аналогичные этапам, показанным на фиг. 9 в соответствии с первым примером осуществления, имеют аналогичные ссылочные позиции, и описание этих этапов опущено или упрощено. Кроме того, как описано выше, управление с обратной связью воздушно-топливного отношением с использованием угла поворота SA-CA10 предпочтительно в качестве управления отношением воздух-топливо в период функционирования бедного сгорания, в частности. В первом примере осуществления изобретения период функционирования сгорания при стехиометрического отношении воздух-топливо показан как рабочее состояние, которое является объектом для расчета тангенса угла наклона k на этапе 106. Однако, даже в случае, когда выполняется управление с обратной связью отношением воздух-топливо с использованием угла поворота SA-CA10 в период функционирования бедного сгорания, расчет тангенса угла наклона k может быть точно выполнен, с условием того, как описано выше, что расчет осуществляется в условиях, когда отношение воздух-топливо не является обедненным до той степени, когда сгорание становятся чрезвычайно медленным.
[00091] В процедуре, показанной на фиг. 18, после вычисления отношения X на этапе 116, блок ЭБУ 40 одновременно выполняет обработку для определения неисправности на основе отношения X (этапы 118-122) и обработку для вычисления величины коррекции измеренного значения угла поворота SA-CA10 на основе отношение X (этап 400). На этапе 400, как описано выше со ссылкой на фиг. 14, блок ЭБУ 40 рассчитывает величину коррекции измеренного угла поворота SA-CA10 как значение, которое возрастает при увеличении отношения X.
[00092] Измеренное значение угла поворота SA-CA10 корректируют в соответствии с отношением X как результат работы процедуры, показанной на фиг. 18, выполняемой вместе с процедурой, показанной на фиг. 17. Таким способом можно подавить возникновение снижения точности управления с обратной связью отношением воздух-топливо, которое использует значение угла поворота SA-CA10, где снижение вызвано неисправностью в работе уплотнения уплотнительного участка 34. Далее, в соответствии с вышеуказанной процедурой, выполняется коррекция измеренного значения угла поворота SA-CA10 параллельно с определением неисправности в работе уплотнения. Таким образом, во время безаварийного вождения после определения возникновения неисправности в работе уплотнения, загорается индикаторная лампа 46, в максимально возможной степени компенсируется уменьшение точности управления с обратной связью отношением воздух-топливо с использованием угла поворота SA-CA10 (то есть ухудшение эффективности использования топлива и управляемости двигателя 10 внутреннего сгорания).
[00093] В вышеописанном третьем примере осуществления изобретения был описан пример, в котором выполняется коррекция измеренного значения периода задержки воспламенения (угла поворота SA-СА10) в соответствии с отношением X. Однако, может также быть принята конфигурация, в которой коррекция измеренного значения периода задержки воспламенения, которая указывается с помощью угла поворота SA-CA10 или т.п., выполняется в сочетании с обработкой определения неисправности, описанной во втором примере осуществления. То есть, например, отношение между тангенсом угла наклона k, получаемым в сегменте определенной частоты вращения двигателя, и периодом задержки воспламенения может быть задано заранее, и величина коррекции периода задержки самовоспламенения может быть рассчитана в соответствии со значением тангенса угла наклона k, получаемого в сегменте частоты вращения двигателя, в котором это отношение было установлено.
[00094] Следует отметить, что в вышеописанном третьем примере осуществления, «средство вычисления сгоревшей массовой доли» согласно настоящему изобретению реализуется посредством блока ЭБУ 40, вычисляющего сгоревшую массовую долю с использованием данных о давлении в цилиндре в период сгорания, которые были получены с использованием датчика 30 давления в цилиндре и датчика 42 угла поворота коленчатого вала. Кроме того, в вышеописанном третьем примере осуществления изобретения, «средство вычисления периода задержки воспламенения» согласно настоящему изобретению осуществляется посредством блока ЭБУ 40, выполняющего вышеописанную обработку на этапе 308, и «средство регулировки» согласно настоящему изобретению осуществляется посредством блока ЭБУ 40, выполняющего вышеописанную обработку на этапах 310-314.
Четвертый пример осуществления изобретения
[00095] Далее будет описан четвертый пример осуществления настоящего изобретения в основном со ссылками на фиг. 19-22. Система согласно настоящему примеру осуществления изобретения может быть реализована с помощью аппаратной конфигурации, показанной на фиг. 1, и заставляющей блок ЭБУ 40 выполнять процедуры, показанные на фиг. 21 и фиг. 22, описанные позже, вместо процедуры, показанной на фиг. 9.
[Раздел с характерной особенностью четвертого примера осуществления изобретения]
[00096] Как показано на вышеописанной фиг. 12 В, при возникновении нарушения уплотняющего действия (неисправности в работе уплотнения), не только точка угла поворота СА10, соответствующая 10%-му сгоранию, но и точка угла поворота СА50, соответствующая 50%-му сгоранию, которая соответствует середине сгорания, смещается в сторону роста по сравнению со временем, когда уплотнение находится в нормальном состоянии. Как будет понятно из фиг. 12B, величина такого сдвига больше для угла поворота СА50, чем для угла поворота СА10.
[Коррекция середины сгорания (угол поворота СА50) на основе отношения X]
[00097] При любом виде управления двигателем, выполнение определения или выполнение оценки выполняется с использованием середины сгорания (угол поворота СА50), если ошибка по отношению к фактической величине возникает в измеренной величине угла поворота СА50 в связи с увеличением отношения X, на управление двигателем и пр. будут влиять эти ошибки, что неблагоприятно для точности управления и пр.
[00098] На фиг. 19 представлен график для описания способа задания величины коррекции угла поворота СА50, на основании отношения X. Ошибка между детектируемым значением и фактическим значением угла поворота СА50 увеличивается вместе с отношением X. В соответствии с этим фактом, как показано на фиг. 19, величина коррекции угла поворота СА50 задается таким образом, чтобы возрастать при увеличении отношения X.
[Управление с обратной связью моментом зажигания с использованием угла поворота СА50]
[00099] Система согласно настоящему примеру осуществления изобретения выполняет управление с обратной связью моментом зажигания, для чего использует угол поворота СА50, в качестве одного из вышеупомянутых видов управления двигателем и т.п., в котором использована середина сгорания (угол поворота СА50), на основе измеренных значений давления датчиком 30 давления в цилиндре. В частности, данное управление с обратной связью представляет собой управление, которое регулирует момент зажигания, так что разница между заданным целевым углом поворота СА50 и детектируемым углом поворота СА50 и становится равной нулю. Использованный здесь термин «детектируемый угол поворота СА50» относится к значению для угла поворота СА50, которое рассчитывается на основе измеренного значения давления датчиком 30 давления в цилиндре.
[000100] На фиг. 20 представлена блок-схема для описания схемы управления с обратной связью моментом зажигания с использованием угла поворота СА50 в соответствии с четвертым примером осуществления настоящего изобретения. Чтобы отрегулировать момент зажигания, таким образом, чтобы устранить разницу между целевым углом поворота СА50 и детектируемым углом поворота СА50 в качестве одного примера, также IP-управление используется для управления с обратной связью, которое использует вышеупомянутый угол поворота СА50. Согласно PI-управлению, разница между целевым углом поворота СА50 и детектируемым углом поворота СА50, а также заданный PI-коэффициент усиления (пропорциональный коэффициентом и интегральный коэффициент усиления) используется для расчета величины коррекции момента зажигания в соответствии с этой разницей и размером интегрированного значения этой разницы. Кроме того, величина коррекции момента зажигания, рассчитанная для каждого цилиндра, отражена в моменте зажигания для данного цилиндра, который является объектом PI-управления. Таким образом, момент зажигания для каждого цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания (ENG) регулируют (корректируют) с помощью вышеупомянутого управления с обратной связью.
[Специализированная обработка в четвертом примере осуществления изобретения]
[000101] Сначала будет описана процедура управления, которую блок ЭБУ 40 реализует для управления с обратной связью с использованием вышеописанного угла поворота СА50 со ссылкой на блок-схему на фиг. 21. На фиг. 21 этапы, идентичные этапам, показанным на фиг. 17 в соответствии с третьим примером осуществления, обозначены идентичными ссылочными позициями, и описание этих этапов опущено или упрощено. Кроме того, предполагается, что настоящая процедура выполняется одновременно с процедурой, показанной на фиг. 22, описанной ниже.
[000102] В соответствии с этой процедурой, показанной на фиг. 21, после получения данных о частоте вращения двигателя и величине воздушного заряда в цилиндре на этапе 300 блок ЭБУ 40 переходит к этапу 500. На этапе 500 блок ЭБУ 40 вычисляет целевое значение угла поворота СА50. Целевое значение угла поворота СА50 задают на основе данных о частоте вращения двигателя и величине воздушного заряда в цилиндре, полученных на этапе 300.
[000103] Впоследствии, после получения данных о давлении в цилиндре на этапе 306, блок ЭБУ 40 переходит к этапу 502. На этапе 502 блок ЭБУ 40 вычисляет детектируемый угол поворота СА50, используя результаты анализа полученных данных о давлении в цилиндре. Впоследствии, блок ЭБУ 40 вычисляет разницу между целевым углом поворота СА50 и детектируемым углом поворота СА50, которые были вычислены на этапах 500 и 502 (этап 504).
[000104] Далее блок ЭБУ 40 использует разницу, рассчитанную на этапе 504 и заданный коэффициент усиления PI (пропорциональное усиление и интегральное усиление) для расчета величины коррекции угла опережения зажигания с учетом с разницы и размера интегрированного значения этой разницы (этап 506). После этого блок ЭБУ 40 корректирует момент зажигания для следующего цикла на основе расчетной величины коррекции момента зажигания (этап 508). В частности, имеет место, по существу, взаимосвязь один к одному между углом поворота СА50 и моментом зажигания. Например, в случае, когда целевое значение угла поворота СА50 больше детектируемого угла поворота СА50 (то есть случай, в котором детектируемый угол поворота СА50 запаздывает по отношению к целевому углу поворота СА50), момент зажигания смещают так, чтобы начать сгорание раньше.
[000105] В соответствии с процедурой, показанной на фиг. 21, описанной выше, управление с обратной связью моментом зажигания выполняется с использованием угла поворота СА50. Таким образом, путем регулирования момента зажигания, можно управлять серединой сгорания (углом поворота СА50) так, чтобы быть в положении, в котором получается надлежащее сгорание.
[000106] Далее будет описана процедура, которую блок ЭБУ 40 выполняет для того, чтобы определить неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка 34 и вычислить величину коррекции детектируемого угла поворота СА50 со ссылкой на блок-схему на фиг. 22. Следует отметить, что на фиг. 22 этапы, которые идентичны этапам, показанным на фиг. 9 в соответствии с первым примером осуществления, и обозначены идентичными ссылочными позициями, и описание этих этапов опущено или упрощено.
[000107] В процедуре, показанной на фиг. 22, после вычисления отношения X на этапе 116, блок ЭБУ 40 одновременно выполняет обработку для определения неисправности на основе отношения X (этапы 118-122) и обработку коррекции для расчета величины коррекции детектируемого угла поворота СА50 на основе этого отношения X (этап 600). На этапе 600, как описано выше со ссылкой на фиг. 19, блок ЭБУ 40 вычисляет величину коррекции детектируемого угла поворота СА50, как значения, которое возрастает при увеличении отношения X.
[000108] Детектируемый угол поворота СА50 корректируют в соответствии с отношением X в результате выполнения процедуры, показанной на фиг. 22, выполняемой вместе с процедурой, показанной на фиг. 21. Это означает, что можно подавить возникновение снижения в точности управления с обратной связью моментом зажигания, которое использует угол поворота СА50, из-за снижения уплотняющих показателей уплотнительного участка 34. Далее, согласно вышеописанной процедуре, выполняется коррекция детектируемого угла поворота СА50 параллельно с определением неисправности в работе уплотнения. Таким образом, во время безаварийного вождения после определения возникновения неисправности в работе уплотнения, загорается индикаторная лампа 46, при этом в максимально возможной степени компенсируется уменьшение точности управления с обратной связью отношением воздух-топливо с использованием угла поворота SA-CA50 (то есть ухудшение эффективности использования топлива и управляемости двигателя 10 внутреннего сгорания).
[000109] В вышеописанном четвертом примере осуществления изобретения был описан пример, в котором выполняется коррекция детектируемого угла поворота СА50 в соответствии с отношением X. Кроме того, может также быть принята конфигурация, в которой выполняется коррекция детектируемого угла поворота СА50 в сочетании с выполнением определения неисправности, описанным во втором примере осуществления. То есть, например, отношение между тангенсом угла наклона k, полученным в отдельном сегменте частоты вращения двигателя, и детектируемым углом поворота СА50 может быть задано заранее, и величину коррекции детектируемого угла поворота СА50 можно рассчитать в соответствии с тангенсом угла наклона k, полученным в сегменте частоты вращения двигателя, в котором установлено это отношение. Кроме того, коррекция детектируемого угла поворота СА50 в соответствии с отношением X или тангенсом угла наклона k может быть выполнена в сочетании с коррекцией детектируемого значения для периода задержки воспламенения (угол поворота SA-CA10) в соответствии с отношением X или тангенсом угла наклона k в вышеописанном третьем примере осуществления.
[000110] Следует отметить, что в вышеописанном четвертом примере осуществления, «средство вычисления сгораемой массовой доли» согласно настоящему изобретению реализуется посредством блока ЭБУ 40, вычисляющем сгораемую массовую долю с использованием данных о давлении в цилиндре в период сгорания, которые были получены с использованием датчика 30 давления в цилиндре и датчика 42 угла поворота коленчатого вала. Кроме того, в вышеописанном четвертом примере осуществления, «средство вычисления середины сгорания» согласно настоящему изобретению осуществляется посредством блока ЭБУ 40, выполняющим вышеописанную обработку на этапе 502, и «средство регулирования момента зажигания» согласно настоящему изобретению осуществляется посредством блока ЭБУ 40, выполняющим вышеописанную обработку на этапах 504-508.
K
[000111] В вышеописанных примерах осуществления изобретения 1-4 принята конфигурация, которая использует величину тепловыделения Q, вычисленную при помощи уравнения (2) для того, чтобы вычислить тангенс угла наклона k. Однако в настоящем изобретении может также быть принята конфигурация, в которой параметр PV, имеющий корреляцию с величиной тепловыделения Q, используется вместо величины тепловыделения Q, при выполнении определения неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка.
[000112] Кроме того, в вышеописанных примерах осуществления изобретения 1-4, принимая двигатель 10 внутреннего сгорания с искровым зажиганием в качестве примера, описаны определение неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка, а также управление двигателем, при котором используют параметр (отношение X или тангенс угла наклона k), применяемый для определения неисправности. Тем не менее, определение неисправности в работе уплотнения уплотнительного участка не ограничивается двигателем внутреннего сгорания с искровым зажиганием, и может также применяться к двигателю внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.