СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА АНТИДЕТОНАЦИОННОЙ ЖИДКОСТИ
METHOD (EMBODIMENTS) AND SYSTEM FOR DETERMINING COMPOSITION OF ANTIKNOCK LIQUID

Область техники
Настоящее раскрытие относится в целом к способам и системам для определения состава стеклоочистительной жидкости, впрыскиваемой в двигатель с целью контроля детонации.
Уровень техники/Сущность изобретения
Были разработаны различные жидкости для контроля детонации с целью предупреждения негативных последствий аномальных событий сгорания, в частности, различные комбинации бензина, этанола, метанола, других спиртов, воды и других инертных жидкостей. Например, впрыск воды снижает детонацию, обеспечивает охлаждение воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя, а также снижает требования к октановому числу. Кроме того, поскольку впрыск воды может также быть использован для контроля разбавления, потребность в специальной антидетонационной жидкости уменьшается.
Другой пример антидетонационной жидкости дан Surnilla в патенте США 7,533,651. В этом отношении непосредственный впрыск стеклоочистительной жидкости, в состав которой входят вода и спирт (например, охлаждающая жидкость или метанол) позволяет использовать для снижения детонации охлаждающие свойства как жидкости, так и непосредственного впрыска. В дополнение к защите от замерзания воды, включение охлаждающей жидкости в составе впрыскиваемой антидетонационной жидкости предлагает дополнительное преимущество в виде наличия легких углеводородов (таких как метанол), которые помогают осуществлять процесс горения. Общий подход повышает эффективность работы двигателя при одновременном снижении требований по октановому числу топлива, тем самым увеличивая выходную мощность двигателя. При этом стеклоочистительную жидкость можно приспособить для контроля детонации, в дополнение к ее использованию для очистки ветрового стекла транспортного средства.
Однако авторы настоящего изобретения выявили недостаток, связанный с вышеуказанным подходом. Состав стеклоочистительной жидкости может быть разным. Например, содержание этанола или метанола в жидкости может изменяться в широких пределах. Кроме того, при пополнении резервуара для стеклоочистительной жидкости, в зависимости от количества и состава остатков этой жидкости в резервуаре, состав имеющейся стеклоочистительной жидкости после пополнения может быть изменен. На способность жидкости очищать ветровое стекло это не влияет, однако может повлиять на ее способность контролировать детонацию. Например, может измениться октановое число жидкости. Поэтому в зависимости от впрыскиваемой антидетонационной жидкости меняются различные параметры двигателя. Например, в зависимости от содержания спирта во впрыскиваемой жидкости можно корректировать подачу топлива в цилиндры. Кроме того, может быть нужна регулировка параметров двигателя в зависимости от вида спирта в жидкости (например, этанол или метанол). Как результат, ошибки в оценке состава стеклоочистительной жидкости могут привести к значительным ошибкам в соотношении воздуха к топливу, что ухудшит показатели двигателя. Кроме того, если точный состав стеклоочистительной жидкости неизвестен, использование такой жидкости в качестве антидетонационной может быть ограничено. С другой стороны, добавление датчика для оценки содержания спирта и состава антидетонационной жидкости может существенно увеличить стоимость и усложнить конструкцию.
В одном из примеров описанные выше проблемы могут быть решены с помощью способа, включающего: при выбранных условиях впрыск количества водно-спиртовой смеси во впуск двигателя; применение напряжения, подаваемого на датчик содержания кислорода во впускном воздухе; отслеживание изменений тока накачки датчика; определение первой части изменения тока накачки, обусловленного содержанием воды в смеси; определение второй части изменения тока накачки, обусловленного содержанием спирта в смеси. Таким образом, состав антидетонационной жидкости, впрыскиваемой в двигатель, может быть точно определен с помощью имеющихся в двигателе датчиков.
В качестве примера, после дозаправки резервуара для стеклоочистительной жидкости, может быть определен состав стеклоочистительной жидкости с помощью датчика содержания кислорода во впускном воздухе. Стеклоочистительная жидкость может затем использоваться в качестве антидетонационной жидкости. В таком случае стеклоочистительная жидкость может включать в себя смесь воды и спирта, но не бензина. Далее, вид спирта в жидкости может быть известен заранее. Например, может быть известно, что стеклоочистительная жидкость представляет собой смесь воды и этанола, или смесь воды и метанола. Однако соотношение воды и соответствующего спирта в жидкости может быть точно не известно. Контроллер может впрыснуть определенное количество антидетонационной жидкости во впуск двигателя, например, во впускной коллектор, ниже по потоку от впускного дросселя и выше датчика содержания кислорода во впускном воздухе. Жидкость может быть впрыснута, когда РОГ отключена, чтобы снизить воздействие результатов РОГ. Меньшее опорное напряжения (например, 450 мВ) может быть применено к датчику содержания кислорода во впускном воздухе и может быть отмечено выходное напряжение датчика. К примеру, можно отметить значение тока накачки (или изменение тока накачки). Таким образом, на ток накачки может влиять снижение концентрации кислорода на датчике кислорода вследствие содержания воды в антидетонационной жидкости, а также вследствие содержания спирта в антидетонационной жидкости. В частности, вода в антидетонационной жидкости может обуславливать эффект разбавления в отношении датчика содержания кислорода, а спирт в антидетонационной жидкости может сжигать кислород на датчике, снижая концентрацию кислорода на датчике. Контроллер двигателя может затем рассчитать содержание спирта в антидетонационной жидкости на основе изменения тока накачки, а также масса впрыска. Например, контроллер двигателя может обратиться к трехмерной, калибровочной карте, чтобы оценить содержание спирта в жидкости и обновить состав жидкости. Благодаря знанию состава жидкости можно повысить гибкость использования стеклоочистительной жидкости в качестве антидетонационной жидкости.
Таким образом, для оценки состава (в том числе типа углеводородов и содержания спирта) в антидетонационной жидкости может быть использован датчик содержания кислорода во впускном воздухе. Техническим результатом модулирования опорного напряжения на датчике кислорода во впускном воздухе является то, что изменение в токе накачки датчика кислорода во впускном воздухе, связанное с содержанием воды в антидетонационной жидкости, можно легко отличить от изменения, приписываемого содержанию спирта в антидетонационной жидкости. Это связано с тем, что вклад эффекта разбавления на датчике кислорода существенно отличается от эффекта сжигания, связанного со спиртом. За счет лучшей оценки состава впрыскиваемой антидетонационной жидкости, использование антидетонационной жидкости может быть распространено на двигатели с другими видами топлива, повысив надежность системы. Кроме того, может быть повышена точность определения октанового числа, что позволяет улучшить регулирование зажигания. Например, можно уменьшить запаздывание зажигания для предотвращения детонации обеспечив, таким образом, экономию топлива. Использование существующего датчика содержания кислорода, во впускном воздухе для определения состава антидетонационной жидкости снижает потребность в специальном датчике без ущерба для точности определения.
Следует понимать, что вышеуказанное краткое описание приведено лишь для упрощенного представления концепций, которые дополнительно раскрыты в разделе «Осуществление изобретения». Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивают вариантами осуществления, устраняющими какие-либо вышеуказанные недостатки или недостатки в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На ФИГ. 1 представлено схематическое изображение системы двигателя.
На ФИГ. 2 показана подробная схема камеры сгорания двигателя.
На ФИГ. 3 представлено схематическое изображение примера датчика кислорода.
На ФИГ. 4 показана блок-схема, иллюстрирующая алгоритм использования датчика содержания кислорода во впускном воздухе для определения спирта в антидетонационной жидкости.
На ФИГ. 5 показана блок-схема, иллюстрирующая алгоритм использования датчика содержания кислорода на выходе для определения спирта в антидетонационной жидкости.
На ФИГ. 6 показана схема, демонстрирующая пример зависимости между содержанием спирта в антидетонационной жидкости и каждым из компонентов изменения тока накачки датчика содержания кислорода, и количество антидетонационной жидкости, впрыскиваемой в двигатель.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам для определения состава антидетонационной жидкости, впрыскиваемой в двигатель, такой, как двигатель на ФИГ. 1-2, на основе выходных данных от датчика содержания кислорода во впускном воздухе, такого, как датчик на ФИГ. 3. Таким образом, датчик содержания кислорода во впускном воздухе может быть использован при различных рабочих условиях двигателя для оценки содержание спирта в жидкости, подаваемой в двигатель во время сжигания топлива в двигателе, или содержания спирта в антидетонационной жидкости подаваемой в двигатель в ответ на указание детонации (ФИГ. 3). Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнения управляющих процедур, таких как примерная процедура на ФИГ. 4-5, для оценки состава антидетонационной жидкости, включая содержание спирта и углеводородов в жидкости, на основании изменения тока накачки датчика содержания кислорода во впускном воздухе при модулировании опорного напряжения. Контроллер может обратиться к карте, такой, как, например, схема на ФИГ. 6, чтобы соотнести изменения тока накачки и количество впрыскиваемой жидкости с содержанием спирта во впрыскиваемой жидкости. На основании результатов определения состава антидетонационной жидкости могут быть отрегулированы один или более рабочих параметров двигателя, например, момент зажигания и/или количество впрыскиваемого топлива. Таким образом, -использование антидетонационной жидкости может быть расширено.
На ФИГ. 1 содержит схематическое изображение примера системы 100 двигателя с турбонагнетателем, содержащей многоцилиндровый двигатель 10 внутреннего сгорания и параллельно работающие турбонагнетатели 120 и 130. В примере, не имеющем ограничительного характера, система 100 двигателя может быть использована как часть силовой установки пассажирского транспортного средства. Система 100 двигателя выполнена с возможностью получения впускного воздуха через впускной канал 140. Впускной канал 140 может содержать воздушный фильтр 156 и дроссельный клапан 131 РОГ. Система 100 двигателя может быть разветвленной системой двигателя, в которой впускной канал 140 разветвлен ниже по потоку от дроссельного клапана 131 РОГ на первый и второй параллельные впускные каналы, каждый из которых содержит компрессор турбонагнетателя. В частности, по крайней мере одну часть впускного воздуха направляют в компрессор 122 турбонагнетателя 120 по первому параллельному впускному каналу 142, и по крайней мере другую часть впускного воздуха направляют в компрессор 132 турбонагнетателя 130 по второму параллельному впускному каналу 144 впускного канала 140.
Первая часть общего объема впускного воздуха, сжатого компрессором 122, может быть направлена на впускной коллектор 160 по первому параллельному ответвленному впускному каналу 146. Таким образом, впускные каналы 142 и 146 формируют первое параллельное ответвление впускной системы двигателя. Подобным образом, вторая часть общего объема впускного воздуха может быть сжата компрессором 132 и может быть направлена на впускной коллектор 160 по второму параллельному ответвленному впускному каналу 148. Таким образом, впускные каналы 144 и 148 образуют второе параллельное ответвление впускной системы двигателя. Как показано на ФИГ. 1, впускной воздух из впускных каналов 146 и 148 может быть воссоединен по общему впускному каналу 149 перед тем, как попасть во впускной коллектор 160, в котором впускной воздух могут подавать в двигатель.
Первый дроссельный клапан 131 РОГ может быть расположен на впуске двигателя выше по потоку от первого и второго параллельных впускных каналов 142 и 144, при этом второй впускной дроссельный клапан 158 может быть расположен на впуске двигателя ниже по потоку от первого и второго параллельных впускных каналов 142 и 144 и ниже по потоку от первого и второго параллельных ответвленных впускных каналов 146 и 148, например, в общем впускном канале 149.
Согласно некоторым примерам, впускной коллектор 160 может содержать датчик 182 давления во впускном коллекторе для определения давления воздуха в коллекторе (ДВК) и/или датчик 183 температуры во впускном коллекторе для определения температуры воздуха в коллекторе (ТВК), каждый из которых связан с контроллером 12. Впускной канал 149 может содержать охладитель 154 наддувочного воздуха (ОНВ) и/или дроссель (например, второй дроссельный клапан 158). Положение дроссельного клапана 158 можно регулировать с помощью системы управления посредством привода дросселя (не показан), соединенного с возможностью связи с контроллером 12. Может быть предусмотрен противопомпажный клапан 152 для выборочного обхода ступеней компрессора турбонагнетателей 120 и 130 по перепускному каналу 150. В одном из примеров противопомпажный клапан 152 выполнен с возможностью открытия для обеспечения пропускания потока через перепускной канал 150, когда давление впускного воздуха выше по потоку от компрессоров достигнет порогового значения.
Впускной коллектор 160 может дополнительно включать в себя датчик содержания кислорода во впускном газе 172. Согласно одному из примеров, датчиком кислорода служит датчик UEGO, такой как датчик UEGO на ФИГ. 3. Как раскрыто в настоящей заявке, датчик содержания кислорода во впускных газах выполнен с возможностью оценки содержания кислорода в свежем воздухе, поступившем во впускной коллектор. Кроме того, во время работы системы РОГ можно использовать изменение концентрации кислорода на датчике для оценки количества отработавших газов и точного управления их расходом. Далее, при выборе характеристик топлива, опорное напряжение датчика можно модулировать и соответствующее изменение тока можно использовать для определения содержания спирта во впрыскиваемом топливе. Кроме того, как здесь показано, во время действия условий, когда впрыскивают антидетонационная жидкость, опорное напряжение датчика можно модулировать и использовать соответствующее изменение тока для определения и различения содержания воды и спирта во впрыскиваемой жидкости. В соответствии с проиллюстрированным примером датчик 162 содержания кислорода расположен выше по потоку от дросселя 158 и ниже по потоку от охладителя 154 наддувочного воздуха. Однако, в других вариантах осуществления датчик содержания кислорода может быть расположен выше по потоку от ОНВ.
Рядом с датчиком содержания кислорода может быть расположен датчик 174 давления для определения давления на впуске, при котором может быть получен выходной сигнал отдатчика содержания кислорода. Поскольку выходной сигнал от датчика содержания кислорода зависит от давления на впуске, информацию об опорном выходном сигнале от датчика содержания кислорода можно получить по опорному давлению на впуске. В одном примере опорное давление на впуске представляет собой давление на входе дросселя (ДВД), при этом датчик 174 давления представлен датчиком ДВД. В альтернативных примерах опорное давление на впуске представляет собой давление в коллекторе (ДВК), измеряемое с помощью датчика 182 ДВК.
Двигатель 10 может содержать множество цилиндров 14. В изображенном примере двигатель 10 содержит шесть цилиндров с V-образным расположением. В частности, шесть цилиндров расположены в два ряда 13 и 15, по три цилиндра в каждом ряду. В альтернативных примерах двигатель 10 может содержать два или более цилиндров, например 3, 4, 5, 8, 10 или более. В таких вариантах цилиндры могут быть разделены поровну и расположены в альтернативных конфигурациях, например V-образно, в один ряд, в виде квадрата. Каждый цилиндр 14 может быть оснащен топливной форсункой 166. В изображенном примере топливная форсунка 166 представляет собой установленную в цилиндре форсунку непосредственного впрыска. Тем не менее, в других примерах топливная форсунка 166 может быть выполнена в виде топливной форсунки распределенного впрыска.
Впускной воздух, подаваемый в каждый цилиндр 14 (в настоящей заявке также называемый камерой 14 сгорания) по общему впускному каналу 149, может также быть использован для сгорания топлива, а продукты сгорания могут далее быть выведены через параллельные выпускные каналы, индивидуальные для каждого ряда. Согласно изображенному примеру, первый ряд 13 цилиндров двигателя 10 может выводить продукты сгорания через первый параллельный выпускной канал 17, и второй ряд 15 цилиндров может выводить продукты сгорания через второй параллельный выпускной канал 19. Любой из первого и второго параллельных выпускных каналов 17 и 19 может дополнительно содержать турбину турбонагнетателя. В частности, продукты сгорания, выводимые через выпускной канал 17 могут быть направлены на газовую турбину 124 турбонагнетателя 120, обеспечивающую в свою очередь механический привод для компрессора 122 посредством вала 126 для обеспечения сжатия впускного воздуха. Альтернативно, часть или весь объем отработавших, газов, проходящих через выпускной канал 17, можно направлять в обход турбины 124 по перепускному каналу 123 турбины с помощью регулятора 128 давления наддува. Аналогично, продукты сгорания, выводимые через выпускной канал 19, могут быть направлены через газовую турбину 134 турбонагнетателя 130, обеспечивающую в свою очередь механический привод для компрессора 132 посредством вала 136 для обеспечения сжатия впускного воздуха, проходящего через второе ответвление впускной системы двигателя. Альтернативно, часть или весь объем отработавших газов, проходящих через выпускной канал 19, можно направлять в обход турбины 134 по перепускному каналу 133 турбины с помощью регулятора 138 давления наддува.
В некоторых примерах газовые турбины 124 и 134 могут быть выполнены в виде турбин с изменяемой геометрией, в которых положение лопаток (или лопастей) рабочего колеса турбины может быть изменено контроллером 12 для регулирования уровня энергии, получаемой от потока отработавших газов и сообщаемой их соответствующему компрессору. Альтернативно, газовые турбины 124 и 134 могут быть выполнены в виде турбин с переменным соплом, в которых положение сопла турбины может быть изменено контроллером 12 для регулирования уровня энергии, получаемой от потока отработавших газов и сообщаемой их соответствующему компрессору. Например, система управления может быть выполнена с возможностью независимого регулирования положения лопаток или сопла газовых турбин 124 и 134 посредством соответствующих приводов.
Отработавшие газы в первом параллельном выпускном канале 17 могут быть направлены в атмосферу по ответвленному параллельному выпускному каналу 170, в то время как отработавшие газы во втором параллельном выпускном канале 19 могут быть направлены в атмосферу по ответвленному параллельному выпускному каналу 180. Выпускные каналы 170 и 180 могут содержать одно или более устройств доочистки, таких как катализатор, и один или более датчиков отработавших газов.
Двигатель 10 может дополнительно содержать один или более каналов или контуров рециркуляции отработавших газов (РОГ) для рециркуляции по меньшей мере части отработавших газов из выпускного коллектора во впускной коллектор. Для этого Могут быть предусмотрены контуры РОГ высокого давления для обеспечения РОГ высокого давления (РОГ-ВД) и контуры РОГ низкого давления для обеспечения РОГ низкого давления (РОГ-НД). В одном примере РОГ-ВД может быть обеспечена при отсутствии наддува от турбонагнетателей 120, 130, тогда как РОГ-НД может быть обеспечена при наличии наддува от турбонагнетателя и/или при температуре отработавших газов выше порогового значения. Согласно еще другим примерам, как РОГ-ВД, так и РОГ-НД могут быть обеспечены одновременно.
В изображенном примере двигатель 10 может содержать контур 202 РОГ низкого давления для рециркуляции по меньшей мере некоторого количества отработавших газов из первого ответвленного параллельного выпускного канала 170, расположенного ниже по потоку от турбины 124, в первый параллельный впускной канал 142, расположенный выше по потоку от компрессора 122. В некоторых вариантах осуществления может быть также предусмотрен второй контур РОГ низкого давления (не показан) для рециркуляции по меньшей мере некоторого количества отработавших газов из второго ответвленного параллельного выпускного канала 180, расположенного ниже по потоку от турбины 134, во второй ответвленный параллельный впускной канал 144, расположенный выше по потоку от компрессора 132. Контур 202 РОГ-НД может содержать клапан 204 РОГ-НД для контроля потока РОГ (например, величины рециркулированных отработавших газов) через контуры, а также охладитель 206 РОГ для снижения температуры отработавших газов, проходящих через контур РОГ перед рециркуляцией на впуск двигателя. При определенных условиях охладитель 206 РОГ может быть также использован для нагрева отработавших газов, проходящих через контур 202 РОГ-НД, до того, как отработавшие газы войдут в компрессор, во избежание столкновения капель воды с компрессорами.
Двигатель 10 может дополнительно содержать первый контур 208 РОГ высокого давления для рециркуляции по меньшей мере некоторого количества отработавших газов из первого параллельного выпускного канала 17, расположенного выше по потоку от турбины 124, во впускной коллектор 160 ниже по потоку от впускного дросселя 158. Аналогично, двигатель может содержать второй контур РОГ высокого давления (не показан) для рециркуляции по меньшей мере некоторого количества отработавших газов из второго параллельного выпускного канала 18, расположенного выше по потоку от турбины 134, во второй ответвленный параллельный впускной канал 148, расположенный ниже по потоку от компрессора 132. Поток РОГ через контуры 208 РОГ-ВД можно регулировать посредством клапана 210 РОГ-ВД.
Отверстие 102 ПВК может быть выполнено с возможностью доставки газов вентиляции картера (просачивающиеся газы) во впускной коллектор двигателя по второму параллельному впускному каналу 144. В некоторых вариантах осуществления поток ПВК через отверстие 102 ПВК можно контролировать соответствующим клапаном отверстия ПВК. Таким образом, когда клапан ПВК закрыт, вентиляции картера в сторону впуска двигателя отключена. Аналогично, продувочное отверстие 104 может быть выполнено с возможностью доставки продувочных газов от адсорбера топливной системы к впускному коллектору двигателя по каналу 144. В некоторых вариантах осуществления поток продувочного воздуха через продувочное отверстие 104 можно контролировать соответствующим клапаном продувочного отверстия. Таким образом, когда продувочный клапан закрыт, продувка паров топлива в сторону впуска двигателя отключена
Датчик 112 влажности и датчик 114 давления могут быть установлены только в одном из параллельных впускных каналов (в данном случае изображены в первом параллельном впускном воздушном канале 142, а не во втором параллельном впускном канале 144) ниже по потоку от дроссельного клапана 131 РОГ. В частности, датчик влажности и датчик давления могут быть установлены во впускном канале, в который не поступает продувочный воздух и воздух ПВК. Датчик 112 влажности может быть выполнен с возможностью определения относительной влажности впускного воздуха. В соответствии с одним вариантом осуществления датчик 112 влажности представляет собой датчик содержания кислорода, выполненный с возможностью определения относительной влажности впускного воздуха на основе выходного сигнала от датчика при одном или более напряжениях. Поскольку продувочный воздух и воздух ПВК могут искажать результаты, получаемые с помощью датчика влажности, продувочное отверстие и отверстие ПВК расположены в отдельном впускном канале и разобщены с датчиком влажности. Датчик 114 давления может быть выполнен с возможностью оценки давления впускного воздуха. В некоторых вариантах осуществления в том же параллельном впускном канале может быть установлен датчик температуры, ниже по потоку от дроссельного клапана 131 РОГ.
Датчик 172 содержания кислорода во впускном воздухе можно использовать при выбранных условиях для оценки концентрации кислорода во впускном воздухе и определения количественных параметров потока РОГ в двигателе на основе изменения концентрации кислорода во впускном воздухе при открытии клапана 204 РОГ. Например, при подаче на датчик опорного напряжения Vs датчик будет выдавать ток Ip накачки. Изменение концентрации кислорода может быть пропорционально изменению тока накачки (дельта Ip) датчика. Аналогично, во время других выбранных условий, датчик 172 содержания кислорода во впускном воздухе может быть использован для оценки содержания воды во всасываемой жидкости (то есть, влажности) или содержания воды во впрыскиваемом топливе (и определения содержания спирта во впрыскиваемом топливе). Далее, как показано, при других условиях датчик содержания кислорода во впускном воздухе может быть использован для определения содержания воды и спирта в антидетонационной жидкости и, соответственно, оценки состава антидетонационной жидкости. Согласно одному из примеров, антидетонационной жидкостью служит стеклоочистительная жидкость. К датчику может быть приложено, опорное напряжение (Vs) и может быть измерено изменение тока накачки (Ip) датчика. Можно узнать первую составляющую изменения тока накачки (дельта Ip) датчика, связанную с содержанием воды во впрыскиваемой антидетонационной жидкости, и отличить ее от второй составляющей изменения тока накачки, связанной с содержанием спирта в антидетонационной жидкости.
Согласно еще другим примерам, может быть использован датчик 248 кислорода в отработавших газах, такой как датчик на ФИГ. 2, во время выбранных условий, для оценки содержания воды во впрыскиваемом топливе (и определения содержания спирта во впрыскиваемом топливе), отношения содержания воды и спирта в антидетонационной жидкости, или того и другого. Оценка состава антидетонационной жидкости может включать в себя модулирование опорного напряжения, приложенного к датчику, между высоким и низким значениями напряжения, и получение значения измерения тока накачки (Ip) датчика. Можно узнать первую составляющую изменения тока накачки (дельта Ip) датчика, связанную с содержанием воды во впрыскиваемой антидетонационной жидкости, и отличить ее от второй составляющей изменения тока накачки, связанной с содержанием спирта в антидетонационной жидкости.
Положение впускного и выпускного клапанов каждого цилиндра 14 можно регулировать посредством гидравлических толкателей, соединенных со штангами толкателей клапанов, или посредством системы механических поршней прямого действия, где использованы выступы кулачков. Согласно данному примеру, как минимум впускные клапаны любого из цилиндров 14 могут регулироваться при помощи кулачкового привода. В частности, система 25 кулачкового привода впускного клапана может содержать один, или более кулачков и может использовать изменение фаз кулачкового распределения или подъема впускных и/или выпускных клапанов. В соответствии с альтернативными вариантами осуществления впускными клапанами можно управлять системой электропривода клапанов. Аналогично, выпускными клапанами можно управлять системами кулачкового привода или системой электропривода клапанов.
Системой 100 двигателя можно управлять, по меньшей мере, частично посредством системы 15 управления, содержащей контроллер 12, и действиями водителя автомобиля через вводное устройство (не показано). Система 15 управления принимает данные от нескольких датчиков 16 (различные примеры которых раскрываются в настоящем документе на ФИГ. 1 и ФИГ. 2) и посылает сигналы управления на несколько приводов 81. В одном из примеров датчики 16 могут содержать датчик 112 влажности, датчик 114 давления воздуха на впуске, датчик 182 ДВК, датчик 183 ТВК, датчик 174 ДВД и датчик 172 содержания кислорода во впускном воздухе. В некоторых примерах общий впускной канал 149 может дополнительно содержать датчик температуры на входе дросселя для определения температуры на входе дросселя (ТВД). Согласно другим примерам, один или более каналов РОК могут содержать датчики давления, температуры и воздушно-топливного отношения для определения характеристик потока РОГ. В качестве другого примера, приводы 81 могут содержать топливную форсунку 166, клапаны 210 и 220 РОГ-ВД, клапаны 204 и 214 РОГ-НД, дроссельные клапаны 158 и 131 и регуляторы 128 и 138 давления наддува. Другие приводы, такие как разнообразные дополнительные клапаны и дроссели, могут быть подсоединены к системе 100 двигателя в различных местах, как описанные со ссылкой на ФИГ. 2. Контроллер 12 принимает сигналы от разных датчиков на ФИГ. 1 (и ФИГ. 2) и использует разные приводы, ФИГ. 1 (и ФИГ. 2), для регулирования работы двигателя на основе принимаемых сигналов и команд, заложенных в память контроллера. Например, контроллер 12 может получать входные данные от различных датчиков, обрабатывать входные данные и задействовать приводы в ответ на обработанные входные данные на основе инструкции или кода, запрограммированного внутри, в соответствии с одним или более алгоритмами.. Примерные алгоритмы управления раскрываются в настоящей заявке в соответствии с ФИГ. 4-5.
На ФИГ. 2 изображен подробный вариант осуществления камеры сгорания, такой как камера сгорания 10 на ФИГ. 1. Компоненты, до этого упоминаемые на ФИГ. 1, пронумерованы аналогичным образом и повторно не указаны.
Двигатель 10 может получать управляющие параметры от системы управления, включающей в себя контроллер 12, а также входные данные от водителя 230 автомобиля через вводное устройство 232. В этом примере вводное устройство 232 включает в себя педаль акселератора и датчик 234 положения педали для создания пропорционального сигнала положения педали ПП. Цилиндр (далее по тексту также называемый «камера сгорания») 14 двигателя 10 может содержать стенки 236 камеры сгорания с поршнем 238, расположенными внутри них. Поршень 238 может соединяться с коленчатым валом 240 с возможностью возвратно-поступательного движения, передаваемого во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 240 может быть соединен, по меньшей мере, с одним приводным колесом пассажирского автомобиля через трансмиссионную систему. Дополнительно стартер может быть соединен с коленчатым валом 240 через маховик для возможности пуска двигателя 10.
Двигатель 10 включен в систему автомобиля 100, имеющего систему омывания ветрового стекла, обеспечивающую возможность очистки ветрового стекла автомобиля 68. Ветровое стекло 68 может быть передним или задним ветровым стеклом автомобиля. Система омывания ветрового стекла включает в себя один или более стеклоочиститель ветрового стекла 70, управляемый электродвигателем 72. В ответ на запрос оператора, а также на основе входных данных от контроллера 12, на электродвигатель стеклоочистителя 72 может быть подано питающее напряжение, в результате чего стеклоочиститель 70 совершает сделать несколько циклов качания над ветровым стеклом 68. В процессе качания щетка стеклоочистителя 71 удаляет влаги, мусор и посторонние частицы с поверхности ветрового стекла 68. Во время работы электродвигателя стеклоочистителя 72 и качания щетки стеклоочистителя 71, в результате активации водителем автомобиля, контроллер 12 может периодически разбрызгивать стеклоочистительная жидкость или пускать струю указанной жидкости на ветровое стекло с помощью форсунки 74. Стеклоочистительная жидкость можно хранить в резервуаре 76, откуда она может быть подана на ветровое стекло. В соответствии с настоящим описанием, резервуар 76 может быть дополнительно соединен с впускным каналом и с цилиндрами двигателя. Это позволяет осуществлять впрыск стеклоочистительной жидкости с целью управления детонацией в дополнение к использованию для целей омывания ветрового стекла. В частности, стеклоочистительная жидкость может быть впрыснута во впускной коллектор, в частности, во впускной канал 246, ниже от впускного дросселя, во время условий детонации, таким образом, стеклоочистительная жидкость может использоваться как антидетонационная жидкость. В дополнение, или в качестве альтернативы, с целью контроля детонации стеклоочистительная жидкость может быть впрыснута прямо в цилиндры двигателя с помощью непосредственного впрыска, например, через топливную форсунку непосредственного впрыска, или через специальный форсунка непосредственного впрыска топлива. Стеклоочистительная жидкость, хранящаяся в резервуаре 76, может состоять из смеси воды и спирта, такого как метанол или изопропанол. В то же время, стеклоочистительная жидкость не содержит бензина.
Соотношение воды и спирта в стеклоочистительной жидкости может значительно варьировать. Чтобы стеклоочистительная жидкость надежно работала в качестве антидетонационной жидкости, может быть необходима информация о составе стеклоочистительной жидкости. Как показано на ФИГ. 1, во время выбранных условий, например, сразу после пополнения резервуара стеклоочистительной жидкости, для оценки содержания воды и спирта в стеклоочистительной жидкости может быть использован датчик содержания кислорода во впускном воздухе, такой как датчик 172. В другом варианте, для оценки содержания воды и спирта в стеклоочистительной жидкости может быть использован датчик содержания кислорода в отработавших газах, такой как датчик 228. Примеры способов определения состава стеклоочистительной жидкости с помощью датчиков содержания кислорода во впускном воздухе и в отработавших газах показаны на ФИГ. 4-5.
Цилиндр 14 может получать входной воздух через ряд впускных воздушных каналов 242, 244 и 246. Впускной воздушный канал 246 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10 помимо цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления один или более впускных каналов могут включать в себя нагнетающее устройство, такое как турбонагнетатель или нагнетатель. Например, ФИГ. 2 иллюстрирует двигатель 10, выполненный с возможностью установки турбонагнетателя, с компрессором 274, установленным между впускными каналами 242 и 244, а также газовой турбиной 276, установленной на выпускном канале 248. Компрессор 274 может, по меньшей мере, частично быть приведен в действие газовой турбиной 276 через вал 280, если устройство наддува выполнено как турбонагнетатель. Однако в других примерах, в которых двигатель 10 оснащен нагнетателем, газовая турбина 276 не является обязательной и может не быть использована, если компрессор 274 может быть приведен в действие механически при помощи двигателя. Дроссель 262, содержащий дроссельную заслонку 264, может быть установлен на впускном канале двигателя для изменения расхода и/или давления впускного воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 262 может быть установлен ниже по потоку от компрессора 274, как показано на ФИГ. 2, или в другом варианте осуществления он может быть установлен выше по потоку от компрессора 274.
Выпускной канал 248 может получать отработавшие газы из других цилиндров двигателя 10, дополнительно к цилиндру 14. Датчик 228 отработавших газов показан в соединении с выпускным каналом 248 выше по потоку от устройства 278 контроля токсичности. Датчик 228 может быть выбран из разных подходящих датчиков, обеспечивающих обнаружение воздушно-топливного отношения в отработавших газах, как, например, линейный датчик кислорода или УДКОГ (универсальный или широкополосный датчик содержания кислорода в отработавших газах), датчик кислорода с двумя состояниями или ДКОГ (датчик содержания кислорода в отработавших газах) (как показан), НДКОГ (нагреваемый датчик содержания кислорода в отработавших газах), датчик NOx, НС или СО. Устройство 278 контроля токсичности может представлять собой трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (ТКН), накопителем оксидов азота, иными различными устройствами контроля токсичности или их комбинациями.
Измерение температуры отработавших газов может осуществляться с помощью одного или более температурных датчиков (не показаны), установленных в выпускном канале 248. В других случаях температура отработавших газов может определяться на основе эксплуатационных параметров двигателя, таких как частота вращения, нагрузка, воздушно-топливное отношение (ВТО), запаздывание зажигания и т.д. Кроме того, температура отработавших газов может быть рассчитана одним или более датчиками 228 температуры отработавших газов. Следует помнить о том, что температура отработавших газов может быть альтернативно определена комбинацией перечисленных в настоящем документе способов определения.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или несколько впускных клапанов и один или несколько выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 изображен как минимум с одним впускным тюльпанообразным клапаном 250 и как минимум с одним выпускным тюльпанообразным клапаном 256, установленными в верхней части цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10, содержащий цилиндр 14, может содержать в себе по меньшей мере два впускных тюльпанообразных клапана и по меньшей мере два выпускных тюльпанообразных клапана, находящихся в верхней части цилиндра.
Управление впускным клапаном 250 может быть осуществлено контроллером 12 путем приведения в действие кулачка посредством системы 251 кулачкового привода. Подобным же образом управление выпускным клапаном 256 может быть осуществлено контроллером 12 посредством системы 253 кулачкового привода. Системы 251 и 253 кулачкового привода могут включать в себя один или более кулачков и могут применять одну или более систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения клапанов (ИФГ) и/или изменения подъема клапанов (ИВПК), которыми может управлять контроллер 12 для регулировки работы клапанов. Функционирование впускного клапана 250 и выпускного клапана 256 может быть определено с помощью датчиков 255 и 257 (не показаны) положения клапана и/или распределительного вала соответственно. В других вариантах осуществления управление впускным и/или выпускным клапаном может быть осуществлено посредством системы электропривода клапанов. Например, цилиндр 14 в качестве альтернативы может содержать в себе впускной клапан, управляемый с помощью электропривода клапанов, и выпускной клапан, управляемый с помощью электропривода клапанов, таких как системы ППК и/или ИФКР. Еще в других вариантах впускным и выпускным клапанами можно управлять с помощью общего привода клапанов или приводной системы, или с помощью привода системы изменения фаз газораспределения или приводной системы.
Цилиндр 14 может иметь степень сжатия, представляющую собой соотношение объемов, соответствующих нахождению поршня 238 в нижней точке и нахождению поршня в верхней точке. Традиционно степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах, при использовании различных видов топлива, степень сжатия может быть выше. Это может происходить, например, при использовании видов топлива с более высоким октановым числом или с более высокой скрытой энтальпией парообразования. Степень сжатия также может быть увеличена при непосредственном впрыске из-за его влияния на детонацию двигателя.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу зажигания 292 для инициирования горения. Система 290 зажигания может обеспечивать искру зажигания для камеры 14 сгорания через свечу 292 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания 03 от контроллера 12 при выбранных рабочих режимах. Однако, в некоторых вариантах осуществления изобретения свеча 292 зажигания может отсутствовать, например, если в двигателе 10 сгорание инициируют за счет самовозгорания или впрыска топлива, как, например, в некоторых дизельных двигателях.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или более форсунками для впрыска жидкости для предотвращения детонационного сгорания. В некоторых вариантах осуществления жидкостью для предотвращения детонационного сгорания может быть топливо, причем форсунка также относится к топливной форсунке. В качестве неограничивающего примера цилиндр 14 изображен с одной топливной форсункой 266. Топливная форсунка 266 изображена в непосредственном соединении с цилиндром 14 для непосредственного впрыска топлива пропорционально длительности импульса впрыска топлива ДИВТ, полученного от контроллера 12 через электронный драйвер 268. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает то, что известно, как прямой впрыск (здесь и далее именуемый ПВ) топлива в цилиндр 14 сгорания. Хотя на ФИГ. 1 показана форсунка 266 в виде боковой форсунки, однако она также может быть установлена над поршнем, например, рядом со свечой 292 зажигания. Такое положение может улучшать смешивание и сгорание, когда двигатель работает на спиртовом топливе, поскольку некоторые виды спиртового топлива имеют более низкую испаряемость. В альтернативном варианте осуществления топливная форсунка может быть установлена над и рядом с впускным клапаном для улучшения смесеобразования. Топливо может подаваться в топливную форсунку 266 из топливной системы 8 высокого давления, включающей в себя один или более топливных баков 78, топливные насосы и топливную рампу. В других случаях топливо может быть подано с более низким давлением с помощью одноступенчатого топливного насоса при пониженном давлении, и в таком случае синхронизация непосредственного впрыска топлива может быть более ограниченна в такте сжатия, чем при использовании топливной системы высокого давления. Дополнительно, хотя и не показано на фигуре, топливные баки 78 могут иметь датчик давления, направляющий сигнал в контроллер 12. Следует понимать, что в другом варианте осуществления форсунка 266 может являться топливной форсункой распределительного впрыска, подающей топливо во впускной канал выше по потоку от цилиндра 14.
Топливо может подаваться в цилиндр форсункой во время одного цикла цилиндра. Дополнительно, распределение и/или относительное количество топлива, подаваемого форсункой, может изменяться в зависимости от рабочих условий, например, от температуры наддувочного воздуха, в соответствии с дальнейшим раскрытием в настоящем документе. Кроме того, для одного события сгорания топлива может быть выполнено несколько актов впрыска топлива в течение одного цикла. Несколько актов впрыска могут быть выполнены в такте сжатия, в такте впуска или в любой подходящей их комбинации.
В соответствии с вышеуказанным описанием, ФИГ. 1 изображает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Соответственно, каждый из цилиндров может таким же образом включать в себя собственный комплект впускных / выпускных клапанов, топливную форсунку (форсунки), свечу зажигания и т.д.
Топливные баки 78 в топливной системе 8 могут содержать топливо или жидкости, предназначенные для подавления детонации, обладающие различными свойствами, например, различным составом. Эти различия могут включать в себя различные содержания спирта, разное содержание воды, разные октановые числа, разную скрытую теплоту парообразования, разные топливные смеси, разное содержание воды, разные пределы воспламеняемости и/или их сочетания и т.д. В одном из примеров жидкости, предназначенные для подавления детонации, с различным содержанием спирта могут включать в себя одно топливо, являющееся бензином, и другое топливо, являющееся этанолом или метанолом. Другими спиртосодержащими топливами могут быть смеси спирта и воды, смеси спирта, воды и т.д. В другом примере оба вида топлива могут быть спиртовыми смесями, причем первым топливом может быть смесь с более низким содержанием спирта по сравнению со смесью бензина и спирта второго топлива с большим содержанием спирта, например, первое топливо Е10 (приблизительно 10% этанола) и второе топливо Е85 (приблизительно 85% этанола). В качестве дополнения первое и второе топлива также могут различаться по другим качествам топлива, таким как разная температура, вязкость, октановое число, скрытая энтальпия парообразования и т.д.
Кроме того, характеристики топлива и антидетонационной жидкости, хранимой в топливном баке, часто может варьировать. Ежедневные изменения при заправке бака могут, таким образом, приводить к частому изменению состава топлива, тем самым влияя на состав топлива, подаваемого форсункой 166.
В дополнение к топливным бакам, топливная система 8 может также включать в себя резервуар 76 для хранения антидетонационной жидкости, в данном случае - стеклоочистительной жидкости. Бак 76 изображен отдельно от одного или более топливных баков 78, но следует понимать, что в других примерах бак 76 может быть одним из одного или более топливных баков 78. Бак 76 может быть выполнен с возможностью соединения с форсункой 266 прямого впрыска, таким образом, чтобы обеспечить возможность прямого впрыска стеклоочистительной жидкости в цилиндр 14. При некоторых условиях, в ответ на указание на детонацию, контроллер двигателя может обеспечить прямой впрыск антидетонационной жидкости во входной коллектор ниже по потоку от входного дросселя для увеличения разбавления в двигателе, тем самым предотвращая неуместное и нежелательное событие детонации. В качестве альтернативы, или дополнительно, в ответ на признаки детонации контроллер двигателя может обеспечить впрыск стеклоочистительной жидкости, используемой в качестве антидетонационной жидкости, во впускной коллектор, ниже по потоку от впускного дросселя, для увеличения разбавления в двигателе, тем самым предотвращая несвоевременное и нежелательное событие детонации.
В некоторых вариантах осуществления топливная система может также включать резервуар для хранения воды, соединенный с форсункой непосредственного впрыска, чтобы вода могла впрыскивается в цилиндр непосредственно. Таким образом, путем впрыска воды обеспечивается «жидкий РОГ», что позволяет достичь существенных преимуществ по РОГ. Однако при условиях когда жидкость необходимо сохранить, или когда требуется резерв если жидкий РОГ отсутствует, может добавляться внешняя система РОГ.
Двигатель также может иметь один или более каналов рециркуляции отработавших газов для перенаправления, по крайней мере, части отработавших газов из системы выпуска отработавших газов в воздухозаборник двигателя. На ФИГ. 2 показывает систему РОГ низкого давления (РОГ-НД), однако, альтернативный вариант осуществления может содержать только систему РОГ высокого давления (РОГ-ВД) или комбинацию систем РОГ-НД и РОГ-ВД. РОГ-НД проходит через канал 249 РОГ-НД от точки выше по потоку от турбины 276 до точки ниже по потоку от компрессора 274. Объем РОГ-НД, подаваемый во впускной коллектор 244, можно регулировать контроллером 12 при помощи клапана 252 РОГ-НД. Система РОГ-НД может включать в себя охладитель 258 РОГ-НД для отведения тепла от отработавших газов РОГ, например, к охлаждающей жидкости двигателя. При наличии система РОГ-ВД может отводить РОГ-ВД через отдельный канал РОГ-ВД (не показан) от расположенной выше по потоку турбины 276 к расположенному ниже по потоку компрессору 274 (и расположенному выше по потоку впускному дросселю 262) через охладитель РОГ-ВД. Объем РОГ-ВД, подаваемый во впускной коллектор 244, можно регулировать контроллером 12 при помощи клапана РОГ-ВД (не показан).
При определенных условиях система РОГ может быть использована для регулировки температуры воздушно-топливной смеси в камере 14 сгорания. Таким образом, может потребоваться измерение или оценка, массового расхода РОГ. Например, один или более датчиков 259 могут быть установлены в канале 249 РОГ-НД для отображения одного или нескольких параметров, таких как давление, температура и соотношение воздуха и топлива в отработавших газах, рециркулирующих через каналы РОГ-НД. Отработавшие газы, отводящиеся через канал 249 РОГ-НД, могут быть разбавлены свежим впускным воздухом в точке смешения, расположенной в месте соединения канала 249 РОГ-НД и впускного канала 242. В некоторых примерах, где дроссель системы впуска воздуха (AIS) установлен во впускном канале 242, выше по потоку от компрессора 274, путем управления клапаном 252 РОГ-НД вместе с дросселем системы впуска воздуха можно регулировать степень обеднения потока РОГ.
Относительное обеднение потока РОГ-НД может быть оценено на основании выходных данных датчика в потоке газов на впуске в двигатель. Например, датчик 172, установленный ниже по потоку от клапана 252 РОГ-НД и выше по потоку от главного впускного дросселя 262, может быть использован таким, образом, что может быть точно определена степень обеднения РОГ-НД в точке или вблизи главного впускного дросселя. Датчиком 172 может быть, например, кислородный датчик. Кроме того, во время выбранных условий, датчик 172 может быть использован для определения содержания спирта в. топливе, направляемом в двигатель, а также содержания спирта и состава антидетонационной жидкости направляемой в цилиндр 14.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 2 в виде микрокомпьютера, включающего, в себя микропроцессорное устройство (МПУ) 206, порты 208 ввода / вывода, электронное запоминающее устройство для исполняемых программ и калибровочных значений, показанное в данном конкретном примере в виде чипа 210 постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 212, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) 214 и шину данных. Контроллер 12 выполнен с возможностью получения различных сигналов от датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к вышеуказанным сигналам, включая измерение массового расхода подаваемого воздуха (МРВ) от датчика 222 массового расхода воздуха; температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 216 температуры, соединенного с рубашкой 218 охлаждения; сигнала профиля зажигания (ПЗ) от датчика 220 Холла, соединенного с коленчатым валом 240; и положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе от датчика 224. На основании сигнала ПЗ контроллер 12 может генерировать сигнал частоты вращения двигателя, ЧВД. Сигнал давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика давления в коллекторе может использоваться для указания параметров разряжения или повышенного давления во впускном коллекторе. Среди еще других датчиков могут быть датчики уровня топлива и состава топлива, соединенные с топливным баком (баками) топливной системы. Контроллер 12 может также получать запросы от водителя автомобиля на очистку ветрового стекла через специальный датчик (не показан). В ответ на сигналы, получаемые от различных датчиков, контроллер может приводить в действие различные исполнительные механизмы двигателя. Примеры исполнительных механизмов включают в себя форсунку 266, электродвигатель стеклоочистителя 72, форсунка стеклоочистителя 74, дроссель 262, кулачки 251 и 253 и т.д. Постоянное запоминающее устройство 210 электронного носителя данных может быть запрограммировано с помощью машиночитаемых данных, представляющих собой инструкции, выполняемые микропроцессором 206, для осуществления способов, раскрываемых далее, а также других вариантов, предвиденных, но не указанных в конкретном виде. Примерные последовательности, которые могут выполняться, показаны со ссылкой на ФИГ. 4-5.
Далее, на ФИГ. 3 показано схематическое изображение варианта осуществления изобретения датчика кислорода 300, выполненного с возможностью измерения концентрации кислорода (02) во всасываемом наддувочном воздухе. Датчик 300 может работать в качестве, например, датчика содержания кислорода во впускном воздухе 172 на ФИГ. 1-2, или датчика содержания кислорода в отработавших газах 226 на ФИГ. 1-2. 1-2, например. Датчик 300 содержит множество слоев одного или более керамических материалов, размещенных в сложенной друг на друга конфигурации. В варианте осуществления на ФИГ. 3, пять керамических слоев изображены в виде слоев 301, 302, 303, 304 и 305. Эти слои включают в себя один или более слоев твердого электролита, способного проводить ионный кислород. Примеры подходящих твердых электролитов включают, но не ограничиваясь этим, материалы на основе диоксида циркония. Дополнительно, в некоторых вариантах осуществления, нагреватель 307 может размещаться в тепловом сообщении со слоями для повышения ионной проводимости слоев. Хотя изображенный датчик кислорода образован из пяти керамических слоев, следует понимать, что датчик кислорода может включать в себя другое подходящее количество керамических слоев.
Слой 302 включает в себя материал или материалы, образующие диффузионный путь 310. Диффузионный путь 310 выполнен с возможностью впуска газов в первую внутреннюю полость 322 посредством диффузии. Диффузионный путь 310 может быть выполнен таким образом, чтобы обеспечивать возможность диффузии одного или более компонентов впускного воздуха или отработавших газов, включая, но не ограничиваясь этим, требуемое анализируемое вещество (например, 02), во внутреннюю полость 322 при большей скорости ограничения, чем анализируемое вещество может накачиваться или откачиваться посредством пары 312 и 314 электродов накачки. Таким образом, стехиометрический уровень 02 может быть получен в первой внутренней полости 322.
Датчик 300 дополнительно включает в себя вторую внутреннюю полость 324 в слое 304, отделенную от первой внутренней полости 322 слоем 303. Вторая внутренняя полость 324 выполнена с возможностью поддержания постоянного парциального давления кислорода, эквивалентного стехиометрическому состоянию; например, уровень кислорода, имеющийся во второй внутренней полости 324, равен уровню кислорода, который отработавшие газы имели бы, если воздушно-топливное отношение было бы стехиометрическим. В настоящей заявке вторая внутренняя полость 324 может называться эталонной ячейкой. Как показано, опорное напряжение изменяется (например, между 0 и 1300 мВ).
Пара чувствительных электродов 316 и 318 размещена в сообщении с первой внутренней полостью 322 и эталонной ячейкой 324. Пара 316 и 318 чувствительных электродов детектирует градиент концентрации, который может образовываться между первой внутренней полостью 322 и эталонной ячейкой 324 вследствие концентрации кислорода во впускном воздухе, которая выше или ниже стехиометрического уровня. Высокая концентрация кислорода может быть вызвана бедной подаваемой смесью, при этом низкая концентрация кислорода может быть вызвана богатой смесью.
Пара электродов 312 и 314 накачки размещена в сообщении с внутренней полостью 322 и выполнена с возможностью электрохимической накачки выбранной газовой составляющей (например, 02) из внутренней полости 322 через слой 301 и из датчика 300. В качестве альтернативы, пара электродов 312 и 314 накачки может быть выполнена с возможностью электрохимической накачки выбранного газа через слой 301 и во внутреннюю полость 322. В настоящей заявке пара 312 и 314 электродов накачки может называться ячейкой накачки 02.
Электроды 312, 314, 316 и 318 могут быть выполнены из различных подходящих материалов. В некоторых вариантах осуществления, электроды 312, 314, 316 и 318 могут быть, по меньшей мере частично, выполнены из материала, который является катализатором распада молекулярного кислорода. Примеры таких материалов включают, но не ограничиваясь этим, электроды, содержащие платину и/или серебро.
p
p
2
p
p
p
Процесс электрохимической откачки или накачки кислорода из или во внутреннюю полость 322 включает прикладывание напряжения V к паре 312 и 314 электродов накачки. Напряжение V накачки, прикладываемое к ячейке накачки O, накачивает в или откачивает кислород из первой внутренней полости 322 для поддержания стехиометрического уровня кислорода в ячейке накачки полости. Результирующий ток I накачки является пропорциональным концентрации кислорода в отработавших газах. Система управления (не показана на ФИГ. 3) генерирует сигнал I тока накачки в качестве функции интенсивности прикладываемого напряжения V накачки, требуемого для поддержания стехиометрического уровня в первой внутренней полости 322. Таким образом, бедная смесь будет побуждать кислород откачиваться из внутренней полости 322, а богатая смесь будет побуждать кислород накачиваться во внутреннюю полость 322. Далее, усиление тока накачки можно варьировать с помощью операционного усилителя с регулируемым коэффициентом усиления (например, op-amp). При варьировании опорного напряжения и коэффициента усиления операционного усилителя датчик содержания кислорода может обеспечить сигнал с более высоким разрешением.
Следует понимать, что описанный здесь датчик кислорода представляет собой только Иллюстративный вариант осуществления датчика содержания кислорода, и что другие варианты осуществления датчиков кислорода могут иметь дополнительные и/или альтернативные признаки, и/или конструкции.
Что касается ФИГ. 4, на нем показан пример алгоритма 400 по использованию датчика содержания кислорода во впускном воздухе (такой как датчик 172 на ФИГ. 1-2) для определения содержания спирта и/или состава впрыскиваемой стеклоочистительной жидкости на основе изменения тока накачки датчика кислорода на впуске. Способ позволяет точно и без использования дополнительных датчиков определить состав стеклоочистительной жидкости.
На шаге 402 алгоритм предусматривает оценку и/или измерение параметров рабочих условий двигателя. Они включают, например, скорость вращения двигателя, нагрузку двигателя, наддув, условия окружающей среды (температуру, давление, влажность), РОГ, воздушно-топливное отношение, и т.д.
На шаге 404 может быть определено, доливалась ли недавно стеклоочистительная жидкость в резервуар для стеклоочистительной жидкости. В частности, определение состава очищающей жидкости может быть инициировано недавним пополнением стеклоочистительной жидкости. Это обеспечивает точную информацию о составе имеющейся стеклоочистительной жидкости. Следовательно, стеклоочистительная жидкость может более надежным образом использоваться для предотвращения детонации в дополнение к своим функциям очистки стекла. В других вариантах состав может быть определен в ответ на запрос водителя определить состав очищающей жидкости. Например, состав стеклоочистительной жидкости может определяться периодически, например, через определенные расстояния пробега автомобиля, через определенные интервалы времени эксплуатации двигателя или автомобиля, через определенное количество оборотов двигателя, и т.д.
В данном случае стеклоочистительная жидкость (также называемая жидкостью для стеклоочистителя ветрового стекла или просто стеклоочистительной жидкостью) представляет собой водно-спиртовую смесь, не содержащую бензина. Другими словами, спирт является единственным источником углеводородов в стеклоочистительной жидкости. Согласно одному из примеров, спирт в водно-спиртовой смеси является этанолом, метанолом, пропанолом, изопропанолом и т.д., или их смесью. Следует понимать, что в то время как настоящий алгоритм описывает определение состава стеклоочистительной жидкости с целью сделать возможным ее использование в качестве антидетонационной жидкости, не следует рассматривать это как ограничение, и в соответствии с другими примерами, может определяться состав жидкости для охлаждения двигателя с помощью использования датчика кислорода на впуске для того, чтобы жидкость могла также быть использована в качестве антидетонационной жидкости.
Если стеклоочистительная жидкость в резервуар не доливалась, или если не достигнуто Какое-либо другое условие для проведения определения состава стеклоочистительной жидкости, то на 424 способ включает в себя продолжение работы датчика содержания кислорода во впускном воздухе в качестве датчика содержания кислорода. Далее, настраиваются один или более рабочих параметров двигателя на основе показаний датчика содержания кислорода. В качестве примеров, без ограничения нижесказанным, выходной сигнал датчика кислорода на впуске может быть использован для оценки и управления РОГ, а также для управления воздушно-топливным отношением. Например, на основе оцененной концентрации кислорода во впускном воздухе, может регулироваться количество РОГ, подаваемого на впуск двигателя (например, для обеспечения требуемого разбавления или желаемого воздушно-топливного отношения). В другом варианте осуществления, на основе оцененной концентрации кислорода во впускном воздухе может регулироваться подача топлива в цилиндры.
Если стеклоочистительная жидкость была долита в резервуар, или если достигнуто другое условие определения состава стеклоочистительной жидкости, то на шаге 406 способ включает в себя впрыск определенного количества (которое в данном описании также называется массой впрыска) стеклоочистительной жидкости во впускной канал, ниже по потоку от впускного дросселя (и выше впускного клапана). Согласно одному из примеров, масса впрыска устанавливается такой, чтобы она обеспечила существенное изменение в выходном сигнале датчика кислорода на впуске.
1
2
1
1
На шаге 408 может быть определена функция преобразования для стеклоочистительной жидкости на основе уровня расхода воздуха во впускном коллекторе (как определено, например, на основе выходного сигнала датчика МРВ), а также масса впрыска стеклоочистительной жидкости, функция преобразования может представлять собой ожидаемое изменение тока накачки датчика кислорода на впуске при заданной массе впрыска, для данного при данном опорном напряжении. Это изменение затем сравнивается с исходным показанием концентрации кислорода, когда стеклоочистительная жидкость не. впрыскивается. Аналогичным образом; расход воздуха в коллекторе может быть получен из показаний датчика ДВК и справочной таблицы, которая определяет массовый расход воздуха в системе скорость-плотность. На шаге 410 к датчику содержания кислорода прикладывается первое напряжение накачки (называемое здесь также опорным напряжением) (V). Первое напряжение накачки может быть минимальным опорным напряжением, накачивающим кислород из кислородной ячейки накачки, но иметь достаточно низкое значение, чтобы не происходила диссоциация молекул воды (например, HO) в ячейке накачки (например, V=450 мВ). При приложении к ячейке накачки первого напряжения может быть получен первый, ток накачки (I). В данном примере, поскольку стеклоочистительная жидкость впрыскивается во впуск коллектора двигателя, первый ток накачки может характеризовать количество кислорода в том, что он либо реагирует с чувствительным элементом датчика кислорода, либо был вытеснен из-за эффекта разбавления воды.
На шаге 412, способ включает определение состава стеклоочистительной жидкости на основе показаний датчика содержания кислорода на впуске. В частности, после приложения более низкого напряжения накачки может проверяться изменение тока накачки датчика, и контроллер может определять состав' стеклоочистительной. жидкости на основе первой части изменения тока накачки, связанного с содержанием воды в жидкости, одновременно определяя вторую часть изменения тока накачки связанную с содержанием спирта в смеси. В частности, содержание спирта в стеклоочистительной жидкости (например, в процентах) определяется на основе изменения тока накачки датчика и дополнительно на основе массы впрыска жидкости (впрыск на шаге 406). Определение содержания спирта в водно-спиртовой смеси включает, на шаге 414, нахождение первой части изменения тока накачки, связанной с содержанием воды в смеси, и, на шаге 416, нахождение второй части изменения тока накачки, связанной с содержанием спирта в смеси.
Согласно одному из примеров, количество воды в образце может быть определено на основе первого тока накачки и функции преобразования. После этого может на основе полученного значения содержания воды быть установлено содержание спирта. Поскольку влажность атмосферного воздуха также может внести свой вклад в количество воды во всасываемом воздухе, оцененная величина этой влажности (по данным специализированного датчика влажности или датчика содержания кислорода во впускном воздухе или отработавших газах при выбранных условиях) может быть вычтена из полученного содержания воды. В некоторых вариантах осуществления машиночитаемый носитель информации управляющей системы, получающей информацию от датчика, может включать в себя инструкции по определению количества спирта со ссылкой на график, характеризующий примеры взаимосвязи между изменением выходного сигнала датчика содержания кислорода и массой впрыска с изменением в процентном содержании спирта в стеклоочистительной жидкости (как описано ниже, со ссылкой на ФИГ. 6), сохраненных на машиночитаемом носителе информации данных графика, например, в форме справочной таблицы. В данном случае, при увеличении количества спирта (например, этанола или метанола) во впрыскиваемой стеклоочистительной жидкости количество воды, определяемое датчиком содержания кислорода во впускном воздухе, может соответственно уменьшаться. Как показано на ФИГ. 6, для данной массы стеклоочистительной жидкости, впрыснутой в поток впускного воздуха, более сильное изменение (delta) в показаниях датчика содержания кислорода во впускном воздухе будет отражать более высокое соотношение содержания метанола и воды. Соответственно, изменение в процентном содержании кислорода (delta_O%) будет ближе к линии МеОН, и контроллер двигателя может определить/идентифицировать линию с постоянной концентрацией метанола, которая соответствует данной рабочей точке.
В частности, Заявители признают, что влияние водного компонента в водно-спиртовой смеси на ток накачки датчика содержания кислорода во впускном воздухе отличается от влияния спиртового компонента (включая содержание спирта и его вид) в водно-спиртовой смеси на ток накачки датчика содержания кислорода во впускном воздухе. Например, впрыск 1% воды (по объему) во всасываемый воздух приводит к снижению на 0,2% концентрации кислорода по показаниям датчика содержания кислорода во впускном воздухе, так как при этом имеется эффект разбавления концентрации кислорода. Однако впрыск 1% метанола (по объему) во всасываемый воздух приводит к снижению концентрации кислорода на 1,5% по показаниям датчика содержания кислорода во впускном воздухе в связи со сжиганием метанола с кислородом на чувствительном элементе датчика кислорода, как указано ниже.
3
2
2
2
СНОН + 1.5O= CO+ HO
Вследствие этого, впрыскивание 2% смеси стеклоочистительной жидкости (вода + метанол) приведет к общему снижению кислорода на 2,5% (в данном примере), 0,2/1,7 (11,7%) этого снижения обусловленного.водой, а оставшиеся 1,5/1,7 (88,3%) связаны с метанолом.
Таким образом, нахождение первой части может включать в себя определение первого значения соотношения концентраций метанола к воде в смеси (на основе изменения тока накачки). Далее, нахождение второй части может включать в себя определение второго значения соотношения концентраций метанола к воде в смеси, который находится на основе наблюдаемого изменения тока накачки, и дополнительно на основе количества впрыскиваемой водно-спиртовой смеси. В данном случае второе значение может отражать исходную концентрацию кислорода в наружном воздухе. Кроме того, контроллер может сравнивать первое значение со вторым.
Например, контроллер может обратиться к справочной таблице или карте, такой, как, например, на ФИГ. 6, для определения процентного содержания спирта в антидетонационной жидкости. Схема может быть трехмерной, требующей 2 координат на впуске - массы впрыскиваемой жидкости и изменения тока накачки датчика содержания кислорода во впускном. воздухе - для получения выходного значения, которым является процентное содержание спирта во впрыскиваемой антидетонационной жидкости.
Согласно ФИГ. 6, схема 600 показывает одну из таких примерных схем. В частности, схема 600 показывает изменение в датчике содержания кислорода во впускном воздухе по оси Y (Delta_O2%) и массы впрыска стеклоочистительной жидкости (M_washer_fluid_inj) по оси Y. В данном случае стеклоочистительной жидкостью является смесь воды и метанола, не содержащая бензина. Схема калибруется для 0% метанола (МеОН) и 100% метанола, а также для одной или более промежуточных концентраций метанола. Как можно видеть, при одной и той же массе впрыска с увеличением содержания метанола наблюдается более значительное изменение выходного сигнала датчика содержания кислорода. Другими словами, с помощью схемы определить процентное содержание метанола (Methanol_pct) можно следующим образом: Methanol_pct = fn (delta_O2, M_washer_fluid_inj). Таким образом, используя схему, такую как на ФИГ. 6, контроллер может определить содержание спирта (например, метанола) во впрыскиваемой стеклоочистительной жидкости.
Возвращаясь к ФИГ. 4 состав водно-спиртовой смеси стеклоочистительной жидкости на основе известных первой и второй частей, и далее, на основе впрыскиваемого количества. То есть на основе содержания спирта в водно-спиртовой смеси стеклоочистительной жидкости можно определить состав водно-спиртовой смеси и обновлять информацию о нем.
На шаге 418, после установления состава стеклоочистительной жидкости обновляется информация об октановом числе жидкости. Кроме того, может быть обновлена информация об оценке октанового числа топлива для системы двигателя.
Например, могут быть обновлены условия для модификатора октанового числа с использованием опережающего регулирования для предотвращения детонационного сгорания. Согласно одному из примеров, обновление включает в себя увеличение октанового числа, по мере того, как наличие спирта (этанола или метанола) в стеклоочистительной жидкости повышает его, а содержание воды в стеклоочистительной жидкости снижает.
На шаге 420, после подтверждения состава стеклоочистительной жидкости, она может использоваться в качестве антидетонационной жидкости, как требуется. Например, в ответ на индикацию детонации, или в предположении возможной детонации, исходя из требований двигателя к октановому числу топлива (для профилактики детонации) стеклоочистительная жидкость может быть введена в требуемом количестве в зависимости от обновленного значения октанового числа жидкости.
На шаге 422 настраиваются один или более рабочих параметров двигателя на основе обновленной информации о стеклоочистительной Жидкости и оценки октанового числа топлива. Например, может быть отрегулирован момент зажигания (например, с опережением относительно оптимального момента зажигания, ОМЗ). В другом варианте осуществления, может быть скорректировано значение пограничного зажигания (например, с опережением). В качестве еще одного примера, могут регулироваться один или более схем РОГ, схем могут регулироваться один или более схем РОГ, схем ИФКР, переменная степень сжатия, схема впрыска двухкомпонентного топлива, и т.д.
После завершения определения состава стеклоочистительной жидкости с помощью датчика содержания кислорода во впускном воздухе, алгоритм может вернуться к шагу 424, где датчик может возобновить работу для мониторинга кислорода для целей контроля РОГ, контроля воздушно-топливного отношения, и тому подобного.
Таким образом, определение состава стеклоочистительной жидкости может быть усовершенствовано, что позволит расширить использование жидкости для выполнения других функций. Например, определение состава может обеспечить более рациональное использование стеклоочистительной жидкости (кроме использования для очистки ветрового стекла), или охлаждающей жидкости (кроме использования для охлаждения двигателя). В частности, стеклоочистительная жидкость и/или жидкости для охлаждения двигателя может использоваться более надежно и стабильно в качестве антидетонационной жидкости для предотвращения детонации. За счет улучшения использования водно-спиртовой смеси для профилактики детонации, можно снизить требования к октановому числу топлива, при сохранении контроля над детонацией, что позволит в итоге достичь большей отдачи энергии от двигателя. Кроме того, за счет снижения необходимости в задержке зажигания, достигаются преимущества по экономии топлива.
Что касается ФИГ. 5, на нем показан пример алгоритма 500 по использованию датчика содержания кислорода в отработавших газах (такой как датчик 225 на ФИГ. 1-2) для определения содержания спирта и/или состава впрыскиваемой стеклоочистительной жидкости на основе изменения тока накачки датчика кислорода в отработавших газах. Способ позволяет точно и без использования дополнительных датчиков определить состав стеклоочистительной жидкости.
На шаге 502 алгоритм содержит оценку и/или измерение параметров рабочих условий двигателя. Они включают, например, скорость вращения двигателя, нагрузку двигателя, наддув, условия окружающей среды (температуру, давление, влажность), РОГ, воздушно-топливное отношение, и т.д.
На шаге 504 может быть определено, доливалась ли недавно стеклоочистительная жидкость в резервуар для стеклоочистительной жидкости. В частности, определение состава очищающей жидкости может быть инициировано недавним пополнением стеклоочистительной жидкости. Это обеспечивает точную информацию о составе имеющейся стеклоочистительной жидкости. Следовательно, стеклоочистительная жидкость может более надежным образом использоваться для предотвращения детонации в дополнение к своим функциям очистки стекла. В других вариантах состав может быть определен в ответ на запрос водителя определить состав очищающей жидкости. Например, состав стеклоочистительной жидкости может определяться периодически, например, через определенные расстояния пробега автомобиля, через определенные интервалы времени эксплуатации двигателя или автомобиля, через определенное количество оборотов двигателя, и т.д.
В данном случае стеклоочистительная жидкость (также называемая жидкостью для очистки ветрового стекла или просто стеклоочистительной жидкостью) представляет собой водно-спиртовую смесь, не содержащую бензина. Другими словами, спирт является единственным источником углеводородов в стеклоочистительной жидкости. Согласно одному из примеров, спирт в водно-спиртовой смеси является этанолом, метанолом, пропанолом, изопропанолом и т.д., или их смесью.. Следует понимать, что в то время как настоящий алгоритм описывает определение состава стеклоочистительной жидкости с целью сделать возможным ее использование в качестве антидетонационной жидкости, не следует рассматривать это как ограничение, и в соответствии с другими примерами, может определяться состав жидкости для охлаждения двигателя с помощью использования датчика кислорода на впуске для того, чтобы жидкость могла также быть использована в качестве антидетонационной жидкости.
Если стеклоочистительная жидкость в резервуар не доливалась, или если не достигнуто какое-либо другое. условие для проведения определения состава стеклоочистительной жидкости, то на шаге 540 может быть определено, имеются ли условия с подачей топлива. Условия с подачей топлива включают в себя условия акселерации и условия работы двигателя, при которых подача топлива является непрерывной и двигатель продолжает вращаться при работающих, как минимум, одном впускном клапане и одном выпускном клапане; при этом воздух протекает через один или несколько цилиндров. В условиях с подачей топлива в камере сгорания осуществляется сжигание топлива и наружный воздух может проходить через цилиндр от впуска к выхлопу.
Для сравнения, условия без подачи топлива включают в себя условия замедления двигателя, когда подача топлива прервана, но двигатель продолжает вращаться при работающих, как минимум, одном впускном клапане и одном выпускном клапане; при этом воздух протекает через один или несколько цилиндров, но при этом топливо в цилиндры не впрыскивается. В условиях без подачи топлива в камере сгорания не происходит сжигания топлива, но наружный воздух может проходить через цилиндр от впуска к выхлопу.
Если условия с подачей топлива подтверждены, на шаге 542 способ включает в себя определение того, является ли контроль с обратной связью воздушно-топливного отношения на основе показаний датчика или обнаружения спирта с помощью датчика желательным или необходимым. Выбор может основываться на рабочих условиях, таких как время с момента последнего определения спирта, или информации о том, активировано ли управление по замкнутому контуру воздушно-топливным отношением. Например, если контроль с обратной связью воздушно-топливного отношения отключен, алгоритм может продолжать определение содержания спирта, в то время как если подается команда на контроль воздушно-топливного отношения или такой контроль активен, то алгоритм может продолжать выполнять такой контроль с обратной связью воздушно-топливного отношения (без определения содержание спирта). Если определено, что контроль с обратной связью желателен, или если условия с подачей топлива не подтверждены на шаге 540, то алгоритм переходит к шагу 550 и датчик работает в качестве датчика кислорода в выхлопе (например, 02) для определения концентрации кислорода и/или воздушно-топливного отношения в отработавших газах. Далее, настраиваются один или более рабочих параметров двигателя на основе показаний датчика содержания кислорода. В качестве примеров, без ограничения нижесказанным, выходной сигнал датчика кислорода на выходе может быть использован для оценки и управления РОГ, а также для управления воздушно-топливным отношением. На этом алгоритм заканчивается.
1
2
2
1
1
Если желательно определить содержание спирта, алгоритм переходит к шагу 544, где сначала следует убедиться, что клапан рециркуляции отработавших газов (РОГ) закрыт (в противном случае клапан закрывается принудительно). Этим гарантируется, что количество поступающих в камеру сгорания РОГ является практически нулевым. Далее, способ включает модулирование опорного напряжения, прилагаемого к датчику отработавших газов. В частности, к датчику отработавших газов последовательно прикладываются первое напряжение накачки (V) и второе напряжение накачки (V). Первое напряжение накачки может накачивать кислород из кислородной ячейки накачки, но иметь достаточно низкое значение, чтобы не происходила диссоциация молекул воды (например, HO) в ячейке накачки (например, V=450 мВ). В некоторых примерах первое напряжение накачки, прилагаемое к датчику на шаге 544, может быть таким же, что и первое напряжение накачки, прилагаемое к датчику на шаге 410 на ФИГ. 4. 4. При приложении к ячейке накачки первого напряжения может быть получен первый ток накачки (I). В данном примере, поскольку топливо впрыскивается в двигатель и производится его сжигание, первый ток накачки может характеризовать количество кислорода в отработавших газах.
2
2
Второе напряжение накачки (V), прилагаемое к ячейке накачки датчика отработавших газов, может быть больше первого напряжения накачки, при этом второе напряжение может быть достаточно высоким, чтобы была возможна диссоциация соединений кислорода, например, молекул воды. Приложение второго напряжения накачки к кислородной ячейке накачки может обеспечить генерирование второго тока накачки (I). Второй ток накачки может характеризовать количество кислорода и воды в пробе газа (например, кислород, который уже присутствует в пробе газа плюс кислород из молекул воды, которые диссоциировали после приложения второго напряжения накачки).
После генерирования первого и второго токов накачки может быть определено содержание спирта в топливе на основе количества воды в пробе газа, полученного на шаге 546. Например, с целью определить значение, которое соответствует количеству воды, из значения второго тока накачки может быть вычтено значение первого тока накачки. Затем может быть установлено количество спирта в топливе. Например, количество воды в отработавших газах может быть пропорционально количеству спирта (например, процентному содержанию этанола) в топливе, впрыскиваемом в двигатель. Поскольку влажность наружного воздуха также может внести свой вклад в количество воды в отработавших газах, оценка влажности наружного воздуха может вычитаться из результата определения количества воды. В некоторых вариантах осуществления машиночитаемый носитель информации управляющей системы, получающей информацию от датчика, может включать в себя инструкции по определению количества спирта на основе справочной таблицы, при использовании изменения тока накачки в качестве входного параметра.
После установления содержания спирта во впрыскиваемом топливе, на шаге 548, обновляется оценка октанового числа топлива. Например, могут быть обновлены условия для модификатора октанового числа с использованием опережающего регулирования для предотвращения детонационного сгорания. Согласно одному из примеров, обновление включает в себя повышение оценки октанового числа топлива с увеличением содержания спирта во впрыскиваемом топливе. Далее, настраиваются один или более рабочих параметров двигателя на основе обновленной оценки октанового числа топлива. Например, может быть отрегулирован момент зажигания (например, с опережением относительно ОМЗ). В еще одном примере может быть скорректировано значение пограничного зажигания (например, с опережением)В качестве еще одного примера, может быть откорректирована схема РОГ двигателя.
Возвращаясь к шагу 504, при доливании стеклоочистительной жидкости, или если достигнуто другое условие определения состава стеклоочистительной жидкости, то на шаге 506 способ включает в себя впрыск определенного количества (которое в данном описании также называется массой впрыска) стеклоочистительной жидкости в двигатель. Согласно одному из примеров, стеклоочистительная жидкость может впрыскиваться во впускной канал, ниже по потоку от впускного дросселя (и выше выпускного клапана). В другом примере топливный форсунка двигателя может впрыскивать стеклоочистительную жидкость непосредственно в цилиндр. В данном случае, поскольку состав стеклоочистительной жидкости должна определяться по отработавшим газам, жидкость может впрыскиваться и сжигаться в цилиндре. Согласно одному из примеров, масса впрыска стеклоочистительной жидкости устанавливается такой, чтобы она обеспечила существенное изменение в выходном сигнале датчика кислорода на выхлопе.
На шаге 508 может быть определена функция преобразования стеклоочистительной жидкости на основе уровня расхода воздуха во впускном коллекторе (как определено, например, на основе выходного сигнала датчика МРВ), а также масса впрыска стеклоочистительной жидкости, функция преобразования может представлять собой ожидаемое изменение тока накачки датчика кислорода на выхлопе при заданной массе впрыска, для данного при данном опорном напряжении. Аналогичным образом, расход воздуха в коллекторе может быть получен из показаний датчика ДВК и справочной таблицы, которая определяет массовый расход воздуха в системе скорость-плотность.
Когда топливо подается в двигатель и сжигается в цилиндре, на шаге 510 алгоритма выясняется, находится ли принудительная вентиляция картера (ПВК) на требуемом уровне. В данном случае под требуемым уровнем могут пониматься, в том числе, уровни ПВК ниже порогового количества. Согласно одному из примеров, может быть желательно, чтобы поток ПВК практически отсутствовал. Например, если двигатель работает в диапазоне повышенных скоростей, поток ПВК из картера двигателя во впускной коллектор может быть увеличен. Примеры других условий, когда поток ПВК повышен, включают в себя повышенное разрежение в коллекторе, повышение давление в картере, высокая температура окружающей среды, комбинации указанных условий и т.д. Таким образом, определение содержания спирта в стеклоочистительной жидкости может быть разрешено только при условиях, когда поток ПВК ниже порогового уровня (например, когда ПВК отключена), для уменьшения помех, связанных с углеводородами ПВК.
Если поток ПВК выше требуемого уровня (например, поток ПВК высокий), алгоритм возвращается на шаг 550, где датчик работает в качестве датчика содержания кислорода в отработавших газах, для определения концентрации кислорода во впускном воздухе, например, для контроля воздушно-топливного отношения, и алгоритм завершается.
C другой стороны, если ПВК находится на требуемом уровне (например, поток ПВК низкий), алгоритм продолжается с шага 512, где он выясняет, закрыт ли клапан рециркуляции отработавших газов (РОГ). Если определено, что клапан РОГ открыт, то алгоритм переходит к шагу 514 и клапан РОГ закрывается. Таким образом, определение содержания спирта в стеклоочистительной жидкости может быть разрешено только при условиях, когда поток РОГ ниже порогового уровня (например, когда РОГ отключена), для уменьшения помех, связанных с углеводородами РОГ.
После того, как клапан РОГ закрыт, или если определено, что клапан РОГ закрыт на шаге 512, и, таким образом, количество РОГ, поступающих в камеру сгорания является практически нулевым, алгоритм переходит к шагу 516, где выясняется, закрыт ли клапан продувки паров топлива. Если определено, что клапан продувки паров топлива открыт, то алгоритм переходит к шагу 518 и клапан продувки паров топлива закрывается. Спирт может также содержаться в парах топлива, находящихся в канистре системы улавливания паров топлива, это может исказить результаты определения состава стеклоочистительной жидкости. В частности, поступление паров топлива в камеру сгорания может повлиять на количество спирта, детектируемого датчиком содержания кислорода в отработавших газах, что приведет к неточной оценке. Таким образом, определение состава стеклоочистительной жидкости может быть разрешено только при условиях, когда продувочный поток ниже порогового уровня (например, когда продувка адсорбера отключена). Регистрация отклика датчика содержания кислорода в отработавших газах на впрыск антидетонационной жидкости в отсутствие РОГ, ПВК или продувки, позволяет получить более точную оценку воздушно-топливного отношения впрыскиваемой водно-спиртовой смеси. Таким образом, обеспечивается улучшение в части экономии топлива и показателей двигателя.
1
2
1
1
После того, как клапан продувки паров топлива закрыт на шаге 518, или если определено, что клапан продувки паров топлива закрыт на шаге 516, алгоритм продолжается с шага 520, где способ включает модулирование опорного напряжения датчик содержания кислорода в отработавших газах. Модулирование включает в себя варьирование опорного напряжения датчика кислорода между первым и вторым значениями напряжения, при этом первое и второе значения напряжения чередуются. В частности, сначала на датчик содержания кислорода в отработавших газах может быть подано первое напряжение накачки (V). Первое. напряжение накачки может накачивать, кислород из кислородной ячейки накачки, но иметь достаточно низкое значение, чтобы не происходила диссоциация молекул воды (например, HO) в ячейке накачки (например, V=450 мВ), В некоторых примерах первое напряжение накачки, прилагаемое к датчику для определения содержания спирта стеклоочистительной жидкости, может быть таким же, что и первое напряжение накачки, прилагаемое к датчику для определения содержания спирта во впрыскиваемом топливе (как указано на шаге 544). При приложении к ячейке накачки первого напряжения может быть получен первый ток накачки (I). В данном примере первый ток накачки может характеризовать количество кислорода в наддувочном воздухе.
2
2
2
Далее модулирование включает подачу второго напряжения накачки (V) к ячейке накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах. Второе напряжение накачки может быть больше первого напряжения накачки, при этом второе напряжение может быть достаточно высоким, чтобы была возможна диссоциация соединений кислорода, например, молекул воды (например, V=950 или 1050 мВ). Приложение второго напряжения накачки к кислородной ячейке накачки может обеспечить генерирование второго тока накачки (I). Второй ток накачки может характеризовать количество кислорода и воды в пробе газа (например, кислород, который уже присутствует в пробе газа плюс кислород из молекул воды, которые разложились после приложения второго напряжения накачки).
После генерирования первого и второго токов накачки контролируется изменение тока накачки датчика. На шаге 522 определяется содержание спирта в стеклоочистительной жидкости (например, в процентах) на основе изменения тока накачки датчика и дополнительно на основе массы впрыска жидкости (впрыск на шаге 506). Определение содержания спирта в водно-спиртовой смеси включает, на шаге 524, нахождение первой части изменения тока накачки, связанной с содержанием воды в смеси, и, на шаге 526, нахождение второй части изменения тока накачки, связанной с содержанием спирта в смеси.
2
Согласно одному из примеров, количество воды в образце может быть определено на основе вычитания первого значения тока накачки из второго значения тока накачки. После этого может на основе полученного значения содержания воды быть установлено содержание спирта в стеклоочистительной жидкости. Например, количество воды в жидкости может быть пропорционально количеству спирта (например, процентному содержанию этанола или метанола) во впрыскиваемой водно-спиртовой смеси. Поскольку влажность атмосферного воздуха также может внести свой вклад в количество воды во всасываемом воздухе, оцененная величина этой влажности (по данным специализированного датчика влажности или датчика содержания кислорода в отработавших газах или датчика содержания кислорода во впускном воздухе при других выбранных условиях) может быть вычтена из полученного содержания воды. В некоторых вариантах осуществления машиночитаемый носитель информации управляющей системы, получающей информацию от датчика, может включать в себя инструкции по определению количества спирта со ссылкой на график, характеризующий примеры взаимосвязи между изменением выходного сигнала датчика содержания кислорода и массой впрыска воды с изменением в процентном содержании спирта в антидетонационной жидкости (как описано выше со ссылкой на ФИГ. 6), сохраненных на машиночитаемом носителе информации данных графика, например, в форме справочной таблицы. В данном случае, при увеличении количества спирта (например, этанола или метанола) во впрыскиваемой стеклоочистительной жидкости количество воды, определяемое датчиком содержания кислорода во впускном воздухе, может соответственно уменьшаться. Как показано на ФИГ. 6, для данной массы стеклоочистительной жидкости, впрыскиваемой в поток всасываемого воздуха или в цилиндр двигателя, большее значение изменения (delta) в показаниях датчика содержания кислорода будет отражать более высокое соотношение метанол-вода; в этом случае delta_O% будет ближе к линии 100% МеОН, и контроллер двигателя может определить / определить линию с постоянной концентрацией метанола, которая соответствует этой рабочей точке. В частности, Заявители признают, что влияние водного компонента в водно-спиртовой смеси на ток накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах отличается от влияния спиртового компонента (включая содержание спирта и его вид) в водно-спиртовой смеси на ток накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах. Например, впрыск 1% воды (по объему) во всасываемый воздух приводит к снижению на 0,2% концентрации кислорода по показаниям датчика содержания кислорода в отработавших газах, так как при этом имеется эффект разбавления концентрации кислорода. Однако впрыск 1% метанола (по объему) во всасываемый воздух приводит к снижению концентрации кислорода на 1,5% по показаниям датчика содержания кислорода в отработавших тазах в связи со сжиганием метанола с кислородом на чувствительном элементе датчика кислорода, как указано ниже.
3
2
2
2
СНОН + 1.5O = CO+ HO
Вследствие этого, впрыскивание 2% смеси стеклоочистительной жидкости (вода + метанол) приведет к общему снижению кислорода на 2,5% (в данном примере), 0,2/1,7 (11,7%) этого снижения обусловленного водой, а оставшиеся 1,5/1,7 (88,3%) связаны с метанолом.
Таким образом, нахождение первой части может включать в себя определение первого значения соотношения концентраций метанола к воде в смеси (на основе изменения тока накачки). Далее, нахождение второй части может включать в себя определение второго значения соотношения концентраций метанола к воде в смеси, который находится на основе наблюдаемого изменения тока накачки, и дополнительно на основе количества впрыскиваемой водно-спиртовой смеси. В данном случае второе значение может отражать исходную концентрацию кислорода в наружном воздухе. Кроме того, контроллер может сравнивать первое значение со вторым.
Например, контроллер может обратиться к справочной таблице или карте, такой, как, например, на ФИГ. 6, для определения процентного содержания спирта в антидетонационной жидкости. Как обсуждалось ранее, схема может быть трехмерной, требующей 2 координат на впуске - массы впрыскиваемой жидкости и изменения тока накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах - для получения выходного значения, которым является процентное содержание спирта во впрыскиваемой стеклоочистительной жидкости.
Следует принять во внимание, что в альтернативных примерах определение стеклоочистительной жидкости может выполняться с использованием датчика содержания кислорода в отработавших газах при условиях без подачи топлива, когда работает, по крайне мере, один впускной клапан и один выпускной клапан. Например, модулирование может выполняться при прекращении подачи топлива при торможении (DFSO).
На шаге 528, после установления состава стеклоочистительной жидкости обновляется информация об октановом числе жидкости. Кроме того, может быть обновлена информация об оценке октанового числа топлива для системы двигателя. Например, могут быть обновлены условия для модификатора октанового числа с использованием опережающего регулирования для предотвращения детонационного сгорания. Согласно одному из примеров, обновление включает в себя увеличение октанового числа, по мере того, как наличие спирта (этанола или метанола) в стеклоочистительной жидкости повышает его, а содержание воды в стеклоочистительной жидкости снижает.
На шаге 530, после подтверждения состава стеклоочистительной жидкости, она может использоваться в качестве антидетонационной жидкости, как требуется. Например, в ответ на индикацию детонации, или в предположении возможной детонации, исходя из требований двигателя к октановому числу топлива (для профилактики детонации) стеклоочистительная жидкость может быть введена в требуемом количестве в зависимости от обновленного значения октанового числа жидкости.
На шаге 532 настраиваются один или более рабочих параметров двигателя на основе обновленной информации о стеклоочистительной жидкости и оценки октанового числа топлива. Например, может быть отрегулирован момент зажигания (например, с опережением относительно ОМЗ). В другом варианте осуществления, может быть скорректировано значение пограничного зажигания (например, с опережением). В качестве еще одного примера, могут регулироваться один или более схем РОГ двигателя, схем могут регулироваться один или более схем РОГ, схем ИФКР, переменная степень сжатия, схема впрыска двухкомпонентного топлива, и т.д.
После завершения определения состава стеклоочистительной жидкости с помощью датчика содержания кислорода в отработавших газах, алгоритм может вернуться к шагу 550, где датчик может возобновить работу для мониторинга кислорода для целей контроля РОГ, контроля воздушно-топливного отношения, и тому подобного.
Таким образом, состав стеклоочистительной жидкости, а также впрыскиваемого топлива может быть определен с использованием датчика содержания кислорода в отработавших газах. Например, во время первого условия, в цилиндр двигателя может впрыскиваться водно-спиртовая смесь и может определяться содержание спирта в водно-спиртовой смеси на основе изменения тока накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах. Далее, во время второго условия, в цилиндр двигателя может впрыскиваться бензино-спиртовая смесь и может определяться содержание спирта в бензино-спиртовой смеси на основе изменения тока накачки датчика содержания кислорода в отработавших газах. При наличии точной и надежной информации о содержании спирта и составе стеклоочистительной жидкости, использование жидкости может быть расширено на профилактику детонаций, что позволит повысить надежность системы двигателя. Использование одного и того же датчика содержания кислорода для определения содержания спирта в антидетонационной жидкости и во впрыскиваемом топливе снижает потребность в специальном датчике для определения состава антидетонационной жидкости.
Один из способов для двигателя включает в себя: впрыск количества водно-спиртовой смеси; применение опорного напряжения, подаваемого на датчик содержания кислорода во впускном воздухе; отслеживание изменений тока накачки датчика; определение первой части изменения тока накачки, обусловленного содержанием воды в смеси; определение второй части изменения тока накачки, обусловленного содержанием спирта в смеси. Предыдущий пример может также дополнительно или необязательно включать в себя определение состава смеси на основе первой и второй частей, и дополнительно на основе величины впрыска. Любой или все из предыдущих примеров могут также дополнительно или необязательно включать в себя регулировку рабочего параметра двигателя на основе полученной информации о составе, при этом рабочий параметр двигателя включает в себя один или более из следующего: оценка октанового числа топлива и количество впрыскиваемого топлива, В любом или во всех из предыдущих примеров смесь дополнительно или необязательно может не содержать бензина, а спирт может являться этанолом или метанолом, или их смесью. В любом или во всех предыдущих примерах применение может в качестве дополнения или альтернативы включать в себя применение первого более низкого напряжения, которое не приводит к разложению молекул воды. В любом или во всех из предыдущих примеров нахождение первой части дополнительно или необязательно включает в себя определение первого значения соотношения концентраций метанола к воде в смеси, основанное на изменении тока накачки. В любом или во всех из предыдущих примеров нахождение второй части дополнительно или необязательно включает в себя Определение второго значения соотношения концентраций метанола к воде в смеси, которое находят на основе наблюдаемого изменения тока накачки, и дополнительно на основе количества впрыскиваемой водно-спиртовой смеси и сравнение первого значения со вторым. В данном случае второе значение может отражать исходную концентрацию кислорода в наружном воздухе. В любом или во всех из предыдущих примеров способ в качестве дополнения или альтернативы осуществляют при выполнении выбранных условий; выбранные условия в качестве дополнения или альтернативы включают в себя наполнение резервуара смесью воды и спирта. В любом или во всех из предыдущих примеров смесь воды и спирта в качестве дополнения или альтернативы включает в себя одно из следующего: стеклоочистительная жидкость и хладагент двигателя.
Другой пример способа для двигателя содержит: во время первого условия - впрыск водно-спиртовой смеси в цилиндр двигателя и нахождение содержания спирта в водно-спиртовой смеси на основе изменения тока накачки датчика кислорода во впускном воздухе; во время второго условия - впрыск бензино-спиртовой смеси в цилиндр двигателя и нахождение состава спирта бензино-спиртовой смеси на основе изменения тока накачки датчика содержания кислорода во впускном воздухе. В предыдущем примере первое условие в качестве дополнения или альтернативы включает в себя работу двигателя после наполнения бак для стеклоочистительной жидкости двигателя водно-спиртовой смесью, а второе условие в качестве дополнения или альтернативы включает в себя работу двигателя после наполнения топливного бака двигателя бензино-спиртовой смесью. В любом или во всех из предыдущих примеров при втором условии опорное напряжение датчика содержания кислорода во впускном воздухе модулируют между первым и вторым значениями напряжения, при этом ток накачки изменяется в ответ на модуляцию. В качестве дополнения или альтернативы в любом или во всех предыдущих примерах при втором условии только первое опорное напряжение применяется к датчику содержания кислорода во впускном воздухе, и изменение тока накачки происходит в ответ на указанное применение. В любом или во всех из предыдущих примеров во время первого условия содержание спирта в водно-спиртовой смеси дополнительно или необязательно основывается на. массе впрыска. В любом или во всех из предыдущих примеров во время первого условия, нахождение содержания спирта в водно-спиртовой смеси дополнительно или необязательно включает в себя различение первой части изменения тока накачки, связанной с содержанием воды в водно-спиртовой смеси от второй части изменения тока накачки, связанной с содержанием спирта в водно-спиртовой смеси. В любом или во всех из предыдущих примеров водно-спиртовая смесь дополнительно или необязательно включает в себя первый спирт в первом соотношении по отношению к воде, а бензино-спиртовая смесь включает в себя второй спирт во втором соотношении по отношению к бензину, причем первый спирт отличается от второго спирта, первое соотношение отличается от второго. Любой или каждый из предыдущих примеров может также дополнительно или необязательно включать в себя, во время первого условия, регулировку запаздывания зажигания для предотвращения детонации исходя из найденного содержания спирта в водно-спиртовой смеси, а во время второго условия - регулировку коэффициента усиления в контроле с обратной связью воздушно-топливного отношения, исходя из найденного содержания спирта в бензино-спиртовой смеси.
Другой пример системы двигателя включает в себя двигатель, содержащий впускной коллектор; первую форсунку для впрыска топлива в цилиндр двигателя; вторую форсунку для впрыска стеклоочистительной жидкости во впускной коллектор ниже по потоку от впускного дросселя; систему РОГ, включающую в себя канал для рециркуляции остаточных отработавших газов от места ниже по потоку от турбины до места выше по потоку от компрессора через клапан РОГ; датчик кислорода на впускном коллекторе ниже по потоку от впускного дросселя и ниже по потоку от клапана РОГ; и контроллер. Контроллер может быть выполнен с машиночитаемыми инструкциями, хранимыми в долговременной памяти, обеспечивающими: впрыск некоторого количества антидетонационной жидкости в цилиндр; применение более низкого опорного напряжения к датчику содержания кислорода; измерение изменения тока накачки датчика кислорода; и оценка состава антидетонационной жидкости на основе величины впрыска и измеренного изменения тока накачки. В предыдущем примере антидетонационная жидкость дополнительно или необязательно включает в себя воду и спирт, но не содержит бензина, контроллер оценивает состав путем вычисления первой части изменения тока накачки, связанной с содержанием воды в антидетонационной жидкости, и вычисления второй части изменения тока накачки, связанной с содержанием спирта в антидетонационной жидкости. В любом или во всех из предыдущих примеров контроллер может дополнительно или необязательно включать в себя дополнительные инструкции, обеспечивающие: обновление оценки октанового числа топлива на основе оценки состава антидетонационной жидкости. В любом или во всех из предыдущих примеров контроллер дополнительно или необязательно включает в себя дополнительные инструкции, обеспечивающие: регулировку момента зажигания и пограничного значения зажигания в ответ на детонацию на основе обновленной оценки октанового числа топлива, регулировка включает в себя запаздывание момента зажигания относительно базового момента зажигания, и смещение пограничного зажигания в направлении ОМЗ при увеличении оцененного октанового числа топлива.
Таким образом, на основе выходных сигналов датчика (например, токов накачки), генерируемых в ответ на напряжение, прилагаемое к кислородной ячейке накачки датчика содержания кислорода системы двигателя при выбранных условиях, можно точно и надежно определить состав водно-спиртовой смеси антидетонационной жидкости. В частности, изменение выходного сигнала датчика может коррелировать с содержанием спирта в стеклоочистительной жидкости или жидкости для охлаждения двигателя. Таким способом можно получить точную информацию о содержании спирта (например, процентном содержании этанола или метанола) в жидкости, что позволяет использовать жидкость дополнительно для контроля детонации. Далее, после определения состава может производиться регулировка рабочих параметров двигателя для поддержания эффективности двигателя и/или уменьшения выбросов, а также улучшения управления зажиганием для контроля детонации. Технический эффект улучшения оценки состава впрыскиваемой антидетонационной жидкости состоит в том, что использование антидетонационной жидкости может быть расширено.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или автомобиля. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут храниться как исполняемые инструкции в долговременной памяти И выполняться управляющей системой, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, приводами и другими компонентами двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой любое количество стратегий обработки, таких как событийные, с управлением по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.п.Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Точно так же, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных особенностей и преимуществ, раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или более из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в управляющей системе двигателя, причем раскрытые действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего раскрытия изобретения содержит все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящей заявке.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые считают новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы изобретения ссылка может быть сделана на «какой-либо» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения могут содержать один или несколько указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов формулы изобретения или путем представления новых пунктов формулы изобретения в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются помещенными в предмет настоящего изобретения.