УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ МОМЕНТОМ ЗАЖИГАНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ICE FIRING POINT CONTROL DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Изобретение относится к устройству управления моментом зажигания для двигателя внутреннего сгорания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Чтобы достичь оптимальных значений для сигнала зажигания и сигнала впрыска топлива двигателя, известно устройство управления двигателем, в котором данные оптимального управления зажиганием заранее сохраняются относительно различной управляющей информации касательно рабочего режима двигателя и в ответ на данные измерений из секции измерения ввода и входные данные из секции ввода и секции приема выходной информации посредством обращения этих входных данных к данным оптимального управления зажиганием вычисляются скорректированные управляющие данные для оптимального сигнала зажигания, которые корректируют данные измерений (патентный документ 1).
Документы предшествующего уровня техники
[0003] ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
Публикация заявки на патент Японии номер H8-189449
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ЗАДАЧИ, КОТОРЫЕ ДОЛЖНЫ БЫТЬ РЕШЕНЫ
[0004] Тем не менее, в устройстве управления двигателем предшествующего уровня техники, описанном выше, необходимо, при допущении двух факторов в виде нагрузки на двигатель и частоты вращения двигателя в качестве управляющей информации касательно двигателя, подготавливать множество карт управления, соответствующих каждому моменту впрыска. Таким образом, существует проблема, связанная с усилиями на подготовку (подбор) карты управления с ассоциированной большой вычислительной нагрузкой.
[0005] Цель настоящего изобретения заключается в предоставлении устройства или системы управления моментом зажигания, которое позволяет уменьшать усилия (по подбору), чтобы подготавливать карту управления при получении оптимального момента зажигания относительно момента впрыска топлива, а также снижать ассоциированную вычислительную нагрузку.
МЕХАНИЗМ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ
[0006] Настоящее изобретение разрешает проблему, описанную выше, посредством получения, на текущей или фактической частоте вращения двигателя, отклонения между оптимальным моментом зажигания относительно конкретного момента впрыска и оптимальным моментом зажигания относительно текущего или фактического момента впрыска топлива и посредством получения поправочного коэффициента относительно текущей или фактической нагрузки на двигатель, чтобы за счет этого получать величину варьирования или изменения оптимального момента зажигания на основе отклонения оптимального момента зажигания и поправочного коэффициента.
ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Согласно настоящему изобретению на основе данных о том, что на варьирование оптимального момента зажигания относительно момента впрыска топлива частота вращения двигателя и нагрузка на двигатель оказывают влияние по-разному и оптимальный момент зажигания относительно нагрузки на двигатель используется в качестве поправочного коэффициента, вычислительная нагрузка при вычислении оптимального момента зажигания относительно момента впрыска топлива может уменьшаться.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0008] Фиг. 1 является блок-схемой, иллюстрирующей двигатель внутреннего сгорания, к которому применяется вариант осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующей процедуру управления моментом зажигания, выполняемую посредством модуля управления двигателем на фиг. 1;
Фиг. 3 является блок-схемой, схематично показывающей управляющую процедуру по фиг. 2;
Фиг. 4 является картой управления, показывающей пример базовых управляющих данных, сохраненных в модуле управления двигателем на фиг. 1;
Фиг. 5 является графиком, показывающим взаимосвязь между оптимальным моментом зажигания и моментом впрыска топлива вследствие изменения частоты вращения двигателя;
Фиг. 6 является графиком, показывающим взаимосвязь между моментом впрыска топлива и оптимальным моментом зажигания вследствие изменения нагрузки на двигатель;
Фиг. 7 является картой управления, показывающей пример величины изменения управляющих данных, сохраненных в модуле управления двигателем на фиг. 1; и
Фиг. 8 является картой управления, показывающей пример управляющих данных поправочных коэффициентов, сохраненных в модуле управления двигателем на фиг. 1.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0009] Фиг. 1 является блок-схемой, иллюстрирующей двигатель внутреннего сгорания, к которому применяется вариант осуществления настоящего изобретения. Более конкретно, устройство управления моментом зажигания согласно настоящему изобретению теперь описывается в применении к так называемому рядному цилиндровому двигателю EG с искровым зажиганием и прямым впрыском топлива.
[0010] На фиг. 1 впускной канал 111 двигателя EG содержит воздушный фильтр 112, расходомер 113 воздуха для определения расхода всасываемого воздуха, дроссельный клапан 114 для управления расходом всасываемого воздуха и коллектор 115 для дроссельного клапана.
[0011] Дроссельный клапан 114 содержит актуатор 116, к примеру электромотор постоянного тока, который регулирует степень открытия дроссельного клапана 114. Актуатор 116 дроссельного клапана электронно управляет открытием дроссельного клапана 114 в ответ на сигнал приведения в действие из модуля 11 управления двигателем с тем, чтобы достичь требуемого крутящего момента, вычисленного на основе рабочей величины нажатия педали акселератора водителя. Дополнительно, предоставляется датчик 117 дроссельной заслонки для определения открытия дроссельного клапана 114, и его сигнал определения выводится в модуль 1 управления двигателем. Помимо этого, датчик 117 дроссельной заслонки также может служить в качестве переключателя холостого хода.
[0012] Клапан 118 впрыска топлива предоставляется таким образом, что он обращен к камере 123 сгорания. Клапан 118 впрыска топлива выполнен с возможностью подвергаться действию импульсного сигнала приведения в действие, заданного посредством модуля 11 управления двигателем, так что он приводится в действие, открывается и впрыскивает непосредственно в цилиндр топливо, которое, в свою очередь, подается из топливного насоса (не показан) при предварительно определенном давлении посредством регулятора давления.
[0013] Камера 123 сгорания задается посредством пространства, окруженного посредством цилиндра 119, поверхности головки поршня 120, совершающего возвратно-поступательное движение в цилиндре, головки блока цилиндров, содержащей впускной клапан 121 и выпускной клапан 122. Свеча 124 зажигания монтируется так, чтобы быть открытой для камеры 123 сгорания, и зажигает всасываемую смесь «воздух-топливо» на основе сигнала зажигания из модуля 11 управления двигателем. Настоящее изобретение нацелено на управление сигналом зажигания для свечи 124 зажигания, с тем чтобы максимизировать выходной крутящий момент относительно момента впрыска топлива клапана 118 впрыска топлива.
[0014] Между тем, выпускной канал 125 содержит датчик состава смеси «воздух-топливо» для определения состава смеси «воздух-топливо» выхлопов для всасываемой воздушной смеси посредством определения концентрации кислорода, и его сигнал определения выводится в модуль 11 управления двигателем. Датчик 126 состава смеси «воздух-топливо» может быть датчиком содержания кислорода для выходного соотношения богатой/бедной смеси или может быть датчиком состава смеси «воздух-топливо» общего назначения для линейного определения по составу смеси «воздух-топливо» в широком диапазоне.
x
[0015] Дополнительно, выпускной канал 125 содержит катализатор 127 очистки выхлопных газов для очистки выхлопного газа. В качестве катализатора 127 очистки выхлопных газов, трехкомпонентный катализатор может быть использован для того, чтобы очищать выхлопной газ посредством выполнения окисления углеводородов HC и монооксида CO углерода и снижения содержания оксидов NO азота в выхлопах около стехиометрического соотношения (стехиометрический состав смеси «воздух-топливо», λ=1, вес воздуха/вес топлива = 14,7). Альтернативно, катализатор кислорода может использоваться для окисления углеводородов HC и монооксида CO углерода в выхлопном газе.
[0016] На стороне выпуска катализатора 127 очистки выхлопных газов выпускного канала 125 предоставляется датчик 128 содержания кислорода для того, чтобы определять конкретный компонент в выхлопном газе, например определять концентрацию кислорода с тем, чтобы предоставлять выходное соотношение богатой/бедной смеси. Сигнал определения выводится в модуль 11 управления двигателем. Следует отметить, что в соответствии со значением определения датчика 128 содержания кислорода, посредством выполнения коррекции для регулирования с обратной связью состава смеси «воздух-топливо» на основе значения определения датчика 126 состава смеси «воздух-топливо», датчик 128 содержания кислорода на стороне выпуска предоставляется таким образом, что достигается подавление ошибки управления, вызываемой посредством ухудшения характеристик катализатора 127 очистки выхлопных газов и т.п. (с тем чтобы приспосабливать так называемую дублированную систему датчиков состава смеси «воздух-топливо»). Тем не менее, когда достаточно выполнять регулирование с обратной связью состава смеси «воздух-топливо», только на основе значения определения датчика 126 состава смеси «воздух-топливо», датчик 128 содержания кислорода может быть исключен.
Помимо этого, 129 представляет собой глушитель на фиг. 1.
[0017] Коленчатый вал 130 двигателя EG содержит датчик 131 угла поворота коленчатого вала. Модуль 11 управления двигателем может определять частоту Ne вращения двигателя или посредством подсчета единичного сигнала угла поворота коленчатого вала за предварительно определенное время, сформированного из датчика 131 угла поворота коленчатого вала синхронно с вращением двигателя, или посредством измерения периода сигнала опорного угла поворота коленчатого вала.
[0018] Охлаждающая рубашка 132 двигателя EG содержит датчик 133 температуры воды, который доступен для охлаждающей рубашки для определения и вывода температуры Tw охлаждающей жидкости охлаждающей рубашки 131 в модуль 11 управления двигателем.
[0019] Следует отметить, что в рядном цилиндровом двигателе EG с искровым зажиганием и прямым впрыском топлива, когда момент зажигания свечи 124 зажигания управляется как оптимальное значение в соответствии с моментом впрыска топлива клапана 118 впрыска топлива, выходной крутящий момент становится максимальным, и повышается эффективность использования топлива. На оптимальный момент зажигания относительно момента впрыска топлива значительное влияние оказывает рабочий режим двигателя, представленный посредством нагрузки на двигатель и частоты вращения двигателя.
[0020] Фиг. 5 является графиком, который экспериментально подтверждает взаимосвязь между моментом впрыска топлива (показано посредством начального угла впрыска топлива по горизонтальной оси (degATDC - указывается посредством угла поворота коленчатого вала после верхней мертвой точки в ходе впуска) и оптимальным моментом зажигания (указывается посредством величины варьирования или изменения MBT (максимального тормозного крутящего момента) по вертикальной оси), когда частота вращения двигателя составляет 1200 об/мин и 2800 об/мин, соответственно. Можно видеть, что характеристики оптимального момента зажигания для момента впрыска топлива варьируются комплексно вследствие изменения частоты вращения двигателя.
[0021] Между тем, фиг. 6, соответственно, показывает график, который экспериментально подтверждает взаимосвязь между моментом впрыска топлива (показано посредством начального угла впрыска топлива по горизонтальной оси (degATDC)) и оптимальным моментом зажигания (показано посредством величины варьирования или изменения MBT по вертикальной оси), когда частота вращения двигателя задается равной 1200 об/мин (слева), 2800 об/мин (чертеж по центру), 3600 об/мин (справа) при задании нагрузки на двигатель, равной 25%, 50% и 75% (показано посредством эффективности заряда двигателя (%)), при каждом начальном угле впрыска топлива для частоты вращения двигателя (указывается посредством degATDC). Согласно результатам чертежа, вместе с изменением нагрузки на двигатель, величина варьирования или изменения оптимального момента зажигания увеличивается по мере того, как нагрузка на двигатель становится ниже. Тем не менее, при каждой нагрузке на двигатель, момент впрыска топлива, при котором варьирования оптимального момента зажигания становятся пиковыми, является примерно тем же. Дополнительно, несмотря на изменение частоты вращения двигателя, варьирование оптимального момента зажигания относительно нагрузки на двигатель является практически тем же. Другими словами, хотя абсолютное значение оптимального момента зажигания может изменяться в ответ на изменение нагрузки на двигатель, относительная характеристика (профиль) практически не изменяется. Следует отметить, что диапазон изменения угла поворота коленчатого вала (градусы) и нагрузка (эффективность заряда, %) на фиг. 5, 6 не обязательно являются одинаковыми.
[0022] Таким образом, хотя на оптимальный момент зажигания относительно момента впрыска топлива может оказывать влияние нагрузка на двигатель и частота вращения двигателя, тем не менее, степень влияния отличается между нагрузкой на двигатель и частотой вращения двигателя. Иными словами, авторы настоящего изобретения обнаружили, что хотя влияние оптимального момента зажигания относительно момента впрыска топлива вследствие изменения частоты вращения двигателя является комплексным, влияние на оптимальный момент зажигания относительно момента впрыска топлива вследствие изменения нагрузки на двигатель является относительно простым по сравнению с изменением частоты вращения двигателя. Кроме того, на основе этих данных, когда конфигурируются управляющие данные, вычислительная нагрузка для оптимального момента зажигания может уменьшаться.
[0023] Следовательно, в запоминающем устройстве модуля 11 управления двигателем согласно настоящему варианту осуществления, соответственно, сохраняются базовые управляющие данные, показанные на фиг. 4, управляющие данные варьирования, показанные на фиг. 7, и управляющие данные поправочных коэффициентов, показанные на фиг. 8.
[0024] Базовые управляющие данные, показанные на фиг. 4, представляют собой данные, полученные посредством эксперимента или компьютерного моделирования, и показывают оптимальный момент зажигания (указывается посредством эквивалентной линии MBT в графике) относительно частоты вращения двигателя (горизонтальная ось, об/мин) для двигателя EG и нагрузки на двигатель (эффективность заряда (%) по вертикальной оси) и могут быть сконфигурированы как карта управления. Конкретный момент впрыска топлива не ограничен конкретным образом и может задаваться произвольно. (В этом варианте осуществления постоянный момент впрыска топлива задается во всей области частоты вращения и нагрузки.) Эквивалентные линии на чертеже указывают, что оптимальный момент зажигания задерживается или запаздывает (см. верхний левый участок графика), когда частота вращения двигателя является низкой, а нагрузка на двигатель является высокой. Наоборот, по мере того, как возрастает частота вращения двигателя и снижается нагрузка на двигатель, оптимальный момент зажигания задается с опережением (см. правый нижний участок графика). Следует отметить, что конкретная характеристика (профиль эквивалентных линий) на чертеже является только примером и не накладывает ограничения в настоящем изобретении.
[0025] Управляющие данные варьирования, показанные на фиг. 7, показывают данные, полученные посредством эксперимента или посредством компьютерного моделирования касательно (относительных) варьирований или величины изменения оптимального момента зажигания относительно частоты вращения двигателя (об/мин по горизонтальной оси) и момента впрыска топлива (degATDC по вертикальной оси), и могут быть сконфигурированы, например, как карта управления. Величина варьирований или изменения в настоящем варианте осуществления соответствует времени начала впрыска топлива и оптимальному моменту зажигания в угле поворота коленчатого вала в градусах, «градусы». Эквивалентные линии на чертеже показывают то, что варьирования оптимального момента зажигания становятся меньше по мере того, как частота вращения двигателя становится ниже, и момент впрыска топлива задерживается или запаздывает (на чертеже указывается посредством «малый» и в силу этого является относительно более запоздавшим или задержанным по сравнению с «большим»). С другой стороны, варьирования оптимального момента зажигания становятся больше по мере того, как частота вращения двигателя становится выше, и момент впрыска топлива проводится на стороне запаздывания или задержки (на чертеже указывается посредством «большой» и в силу этого имеет относительное опережение по сравнению с «малым»). Следует отметить, что конкретная характеристика на чертеже (профиль эквивалентных линий) является только примером и ограничения не накладываются в настоящем изобретении.
[0026] Управляющие данные поправочных коэффициентов, показанные на фиг. 8, представляют собой данные, полученные посредством экспериментов или компьютерного моделирования, и представляют скорость варьирований оптимального момента зажигания относительно нагрузки на двигатель при допущении, что поправочный коэффициент (прирост) равен «1» (т.е. величина коррекции равна «0»), при предварительно определенной нагрузке, когда получены управляющие данные варьирования, показанные на фиг. 7. Вместо показанной карты управления может быть использовано функциональное выражение относительно нагрузки на двигатель и поправочного коэффициента или скорости коррекции. Характеристика на чертеже показывает то, что поправочный коэффициент становится меньше по мере того, как нагрузка на двигатель становится выше. Следует отметить, что линия конкретной характеристики (профиля) на чертеже является только примером и не накладывает ограничения в настоящем изобретении.
[0027] Как описано выше, момент впрыска топлива, при котором варьирование оптимального момента зажигания относительно изменения нагрузки на двигатель становится пиковым, является примерно тем же, и смещение варьирований оптимального момента зажигания относительно нагрузки на двигатель является примерно тем же. Другими словами, хотя абсолютное значение оптимального момента зажигания относительно нагрузки на двигатель может изменяться даже при изменении частоты вращения двигателя, в частности хотя абсолютное значение оптимального момента зажигания может варьироваться в ответ на изменение нагрузки на двигатель, относительная характеристика (профиль) практически не изменяется. Следовательно, относительно текущей или фактической определенной нагрузки на двигатель, посредством рассмотрения только поправочного коэффициента относительно изменения нагрузки на двигатель, процесс вычисления может быть упрощен, и число карт управления может сокращаться, соответственно.
[0028] Далее приводится описание управляющей процедуры.
Фиг. 2 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующей процедуру управления моментом зажигания, выполняемую посредством контроллера 11 двигателя.
[0029] На следующих этапах частота вращения двигателя определяется посредством датчика 131 угла поворота коленчатого вала, нагрузка на двигатель определяется посредством датчика открытия акселератора (не показан), и момент впрыска топлива определяется предварительно определенными временными интервалами из управляющего сигнала модуля 11 управления двигателем.
[0030] Во-первых, на этапе ST1 посредством подстановки или применения определенной частоты вращения двигателя и определенной нагрузки на двигатель к базовым управляющим данным, показанным на фиг. 4, вычисляется базовый оптимальный момент зажигания при конкретном моменте впрыска, что указано посредством ссылочной позиции ST1 на фиг. 3. Следует отметить, что этот этап ST1 может быть выполнен в один из моментов перед этапом ST7, так что он может быть выполнен, например, непосредственно перед этапом ST7.
[0031] На этапе ST2 посредством применения определенного момента впрыска топлива, а также определенной частоты вращения двигателя к управляющим данным варьирования, показанным на фиг. 7, вычисляется варьирование оптимального момента зажигания, что указано посредством ссылочной позиции ST2 на фиг. 3.
[0032] На этапе ST3 посредством применения конкретного момента впрыска топлива, когда получены базовые управляющие данные на фиг. 4, и определенной частоты вращения двигателя к управляющим данным варьирования на фиг. 7, вычисляется варьирование оптимального момента зажигания, что показано посредством ссылочной позиции ST3 на фиг. 3.
[0033] На этапе ST4 посредством применения определенной нагрузки на двигатель к управляющим данным поправочных коэффициентов, показанным на фиг. 8, вычисляется поправочный коэффициент (прирост) для варьирования оптимального момента зажигания, что указано посредством ссылочной позиции ST4 на фиг. 3.
[0034] На этапе ST5 вычисляется отклонение между варьированием оптимального момента зажигания, вычисленным на этапе ST2, и варьированием оптимального момента зажигания, вычисленным на этапе ST3, что указано посредством ссылочной позиции ST6 на фиг. 3. Следует отметить, что достаточно выполнять этот этап ST5 в промежутке между этапом ST3 и этапом ST6. Таким образом, этот этап может быть выполнен сразу после этапа ST3.
[0035] На этапе ST6 посредством умножения отклонения варьирований базового оптимального момента зажигания, вычисленного на этапе ST1, на поправочный коэффициент (прирост), вычисленный на этапе 4, оптимальный момент зажигания после коррекции вычисляется на этапе ST6, при этом отклонение варьирования оптимального момента зажигания вычисляется так, как указано посредством ссылочной позиции ST6 на фиг. 3.
[0036] На этапе ST7 посредством суммирования базового оптимального момента зажигания, вычисленного на этапе ST1, с варьированием оптимального момента зажигания после коррекции, конечный оптимальный момент зажигания вычисляется так, как указано посредством ссылочной позиции ST7 на фиг. 3.
[0037] Как описано выше, согласно устройству управления моментом зажигания для двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему варианту осуществления, относительно частоты вращения двигателя, управляющие данные оптимального момента зажигания (фиг. 7) относительно момента впрыска топлива требуются для каждой частоты вращения двигателя. Тем не менее, относительно определенной нагрузки на двигатель, варьирование оптимального момента зажигания может быть скорректировано посредством линейного уравнения, которое вычисляет поправочный коэффициент оптимального момента зажигания относительно изменения нагрузки на двигатель. Таким образом, необходимость в обращении к множеству карт управления исключается, так что сокращаются подготовительные усилия (для процесса подбора) по картам управления и ассоциированная вычислительная нагрузка.
[0038] В проиллюстрированном варианте осуществления управляющие данные варьирования на фиг. 7 задаются посредством относительного варьирования оптимального момента зажигания относительно частоты вращения двигателя и момента впрыска топлива. Помимо этого, на этапе ST5 на блок-схеме последовательности операций способа вычисляется отклонение между варьированиями, т.е. вычисляется отклонение между варьированием оптимального момента зажигания относительно определенного момента впрыска и варьированием оптимального момента зажигания относительно конкретного момента впрыска. Альтернативно, управляющие данные варьирования оптимального момента зажигания могут заранее сохраняться в качестве варьирования от оптимального момента зажигания при ранее определенном моменте впрыска топлива, и посредством получения варьирования оптимального момента зажигания на основе определенного момента впрыска и определенной частоты вращения двигателя отклонение между варьированиями оптимального момента зажигания может быть выполнено с возможностью вычисления.
Модуль 11 управления соответствует модулю или механизму определения момента впрыска, модулю или механизму хранения и модулю управления, тогда как датчик угла поворота коленчатого вала соответствует модулю определения частоты вращения согласно настоящему изобретению, а датчик открытия педали акселератора (не показан) соответствует модулю определения нагрузки согласно настоящему изобретению.
ОПИСАНИЕ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
[0039] EG - двигатель (двигатель внутреннего сгорания)
11 - модуль управления двигателем
111 - впускной канал
112 - воздушный фильтр
113 - расходомер воздуха
114 - дроссельный клапан
115 - коллектор
116 - актуатор дроссельного клапана
117 - датчик дроссельной заслонки
118 - клапан впрыска топлива
119 - цилиндр
120 - поршень
121 - впускной клапан
122 - выпускной клапан
123 - камера сгорания
124 - свеча зажигания
125 - выпускной канал
126 - датчик состава смеси «воздух-топливо»
127 - катализатор очистки выхлопных газов
128 - датчик содержания кислорода
129 - глушитель
130 - коленчатый вал
131 - датчик угла поворота коленчатого вала
132 - охлаждающая рубашка
133 - датчик температуры воды