СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ)
ENGINE SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING ENGINE OPERATION (VERSIONS)

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу управления двигателем с использованием свечи накаливания и мотора, создающего отрицательный крутящий момент в трансмиссии автомобиля, а также к двигательной системе, содержащей указанные элементы.
Уровень техники
В дизельных двигателях для инициирования воспламенения в цилиндрах производится сжатие воздушно-топливной смеси. При запуске дизеля из холодного состояния могут использоваться свечи накаливания, чтобы помочь запуску двигателя, когда сжатия воздушно-топливной смеси недостаточно, чтобы произошло автоматическое ее воспламенение. Свечи накаливания могут быть установлены в камере сгорания для увеличения температуры части воздушно-топливной смеси в цилиндре, так чтобы горючая смесь могла воспламениться при ее сжатии. После запуска двигателя свечи накаливания можно выключать или подавать в них ток низкого уровня в течение определенного времени в целях энергосбережения и продления срока службы свечей. Однако выключение свечей накаливания после запуска двигателя просто по той причине, что запуск состоялся, может быть нежелательным. Кроме того, может быть желательно при определенных условиях (режимах) работы двигателя управлять свечами накаливания, реагируя на условия иные, нежели просто признак состоявшегося запуска двигателя.
Раскрытие изобретения
Вышеупомянутые недостатки учтены и разработан способ управления двигателем, в котором осуществляют горение в цилиндре двигателя; и обеспечивают задержку фазы горения в цилиндре и увеличение тока, подаваемого в свечу накаливания цилиндра, в зависимости от температуры катализатора и температуры двигателя.
За счет выборочного управления свечами накаливания после запуска двигателя при различных режимах работы двигателя может быть снижен объем выброса углеводородов из двигателя при одновременном увеличении стабильности горения в двигателе. Кроме того, может быть увеличен тепловой поток с выхода двигателя, когда производится включение свечей накаливания с целью увеличения эффективности катализатора или регенерации устройств снижения токсичности выбросов. Например, если двигатель входит в режим малой нагрузки, при котором может снизиться температура катализатора, связанного с системой выпуска отработавших газов двигателя, то может быть произведено включение свечей накаливания и выполнена задержка фазы горения, так чтобы сохранить или улучшить эффективность катализатора. Кроме того, в системах, в которых с двигателем автомобиля связан электрический мотор, может быть выполнено регулирование работы указанного мотора для компенсации или учета постоянной времени свечей накаливания, так чтобы можно было ограничить объем токсичных выбросов в тот промежуток времени, который требуется свече накаливания для достижения желаемой рабочей температуры. Таким образом, свечи накаливания можно выборочно приводить в действие, чтобы улучшить работу двигателя и снизить объем токсичных выбросов.
Изобретение может обеспечить несколько преимуществ. В частности, способ может улучшить работу двигателя в условиях, когда соединенные с двигателем устройства снижения токсичности выбросов работают с эффективностью меньшей, чем желаемая. Кроме того, способ обеспечивает компенсацию тепловой постоянной времени свечи накаливания. Помимо этого, способ может сократить объем токсичных выбросов после того, как двигатель достигнет прогретого состояния, за счет предоставления двигателю возможности задержки фазы воспламенения, при сохранении стабильности горения в цилиндрах двигателя.
Вышеупомянутые и иные преимущества и отличительные признаки настоящего изобретения будут более понятны из последующего подробного описания как отдельно взятого, так и вместе с прилагаемыми чертежами.
Следует понимать, что содержащиеся в данном разделе сведения приведены с целью ознакомления в упрощенной форме с некоторыми идеями, которые далее рассмотрены в подробном описании. Данный раздел не предназначен для формулирования ключевых или существенных признаков объекта изобретения, объем которого единственным образом определен пунктами формулы изобретения, приведенной после подробного описания. Более того, объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые решают проблему недостатков, упомянутых выше или в любой другой части данного описания
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет схематическое изображение двигателя.
Фиг.2 изображает пример гибридной силовой трансмиссии, включающей двигатель фиг.1.
Фиг.3-4 изображают примеры характерных сигналов для двух серий различных процессов, происходящих при работе двигателя.
Фиг.5-11 изображают пример блок-схемы алгоритма способа управления свечами накаливания.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение относится к способу оптимизации работы двигателя путем выборочного включения свечей накаливания. На фиг.1 изображен один пример дизельного двигателя с наддувом, в котором способ, изображенный на фиг.5-11, может обеспечить регулирование работы свечей накаливания и фазы горения с целью оптимизации запуска двигателя, сокращения объема токсичных выбросов из двигателя и улучшения работы устройства снижения токсичности выбросов. Фиг.2 изображает пример гибридной силовой трансмиссии, включающей двигатель, показанный на фиг.1. На фиг.3 и 4 изображены примеры характерных сигналов для двух серий различных процессов, происходящих при работе двигателя. Фиг.5-11 изображают пример блок-схемы алгоритма способа выборочного управления свечами накаливания.
Согласно фиг.1, двигатель 10 внутреннего сгорания, содержащий несколько цилиндров, один из которых показан на фиг.1, управляется электронным контроллером 12. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с расположенным внутри поршнем 36, который соединен с коленчатым валом 40. Показано, что камера 30 сгорания сообщается с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной и выпускной клапан может быть приведен в действие кулачком 51 клапана впуска и кулачком 53 клапана выпуска. Положение кулачка 51 клапана впуска можно определять датчиком 55 данного кулачка. Положение кулачка 53 клапана выпуска можно определять датчиком 57 указанного кулачка.
Показано, что топливная форсунка 66 расположена так, чтобы производить впрыск топлива непосредственно в камеру 30 сгорания - такая схема известна специалистам в данной области под названием «прямой впрыск». Топливная форсунка 66 доставляет топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW (Fuel Pulse Width), поступающего из контроллера 12. Доставка топлива к топливной форсунке 66 осуществляется топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливную рейку (не показаны). Давление топлива, доставляемого топливной системой, можно регулировать путем изменения положения клапана, регулирующего подачу топлива к топливному насосу (не показан). Кроме того, в топливной рейке или вблизи топливной рейки может быть расположен дозирующий клапан для регулирования подачи топлива с замкнутым контуром обратной связи. Дозирующий клапан насоса также может регулировать подачу топлива к топливному насосу, уменьшая тем самым количество топлива, нагнетаемого к топливному насосу высокого давления.
Показано, что впускной коллектор 44 сообщается с электроуправляемым дросселем 62, в котором осуществляется регулирование положения дроссельной заслонки 64 для управления потоком воздуха, поступающим из камеры 46 наддувочного воздуха. Компрессор 162 всасывает воздух из тракта 42 впуска воздуха, чтобы питать камеру 46 наддувочного воздуха. Отработавшие газы вращают турбину 164, которая соединена с компрессором 162 посредством вала 161. В некоторых вариантах осуществления может быть предусмотрен доохладитель наддувочного воздуха. Скорость вращения компрессора можно регулировать путем изменения положения регулятора 72 поворотных лопаток или положения перепускного клапана 158 компрессора. В других вариантах осуществления вместо регулятора 72 поворотных лопаток или дополнительно к указанному регулятору может быть использована сбрасывающая заслонка 74. Регулятор 72 поворотных лопаток выполнен с возможностью изменения положения лопаток турбины с изменяемой геометрией. Когда лопатки находятся в открытом положении, отработавшие газы могут проходить сквозь турбину 164, передавая малое количество энергии для ее вращения. Когда лопатки находятся в закрытом положении, отработавшие газы могут проходить через турбину 164 и воздействовать на последнюю с увеличенной силой. С другой стороны, сбрасывающая заслонка 74 позволяет отработавшим газам проходить в обход турбины 164, чтобы уменьшить количество энергии, передаваемой турбине. Перепускной клапан 158 компрессора дает возможность сжатому воздуху с его выхода возвращаться на вход компрессора 162. Таким образом, эффективность компрессора 162 может быть уменьшена, так чтобы, влияя на подаваемый компрессором поток, снижать давление во впускном коллекторе.
Горение в камере 30 сгорания начинается при автоматическом воспламенении топлива, когда поршень 36 на такте сжатия достигает верхней мертвой очки. В некоторых вариантах, к выпускному коллектору 48 в точке перед устройством 70 снижения токсичности выбросов может быть присоединен универсальный датчик 126 для определения содержания кислорода в отработавших газах (UEGO, Universal Exhaust Gas Oxygen). В других вариантах осуществления датчик UEGO может быть расположен после одного или более устройств доочистки. Кроме того, согласно некоторым примерам, датчик UEGO может быть заменен датчиком NОх, в котором имеются оба чувствительных элемента - элемент обнаружения NОх и кислорода.
При пониженных температурах двигателя свеча 68 накаливания может преобразовывать электрическую энергию в тепловую энергию для увеличения температуры в камере 30 сгорания. Увеличение температуры в камере 30 сгорания может облегчить воспламенение воздушно-топливной смеси при ее сжатии.
Согласно одному примеру, устройство 70 снижения токсичности выбросов может иметь в своем составе фильтр частиц (сажевый фильтр) и блок-носители катализатора. Согласно другому примеру, может быть использовано несколько устройств снижения токсичности выбросов, каждое с несколькими блок-носителями катализатора. Согласно еще одному примеру, устройство 70 снижения токсичности может содержать окислительный катализатор. Согласно другим примерам, устройство 70 снижения токсичности может включать в себя уловитель выбросов NОх, или селективный каталитический нейтрализатор (SCR, Selective Catalyst Reduction) и/или дизельный сажевый фильтр (DPF, Diesel Particulate Filter).
В двигателе может быть предусмотрена рециркуляция отработавших газов (EGR, Exhaust Gas Recirculation) через клапан 80. Клапан 80 системы EGR представляет собой клапан на три направления, который выполнен с возможностью закрывания или открывания, при котором отработавший газ получает возможность проходить с выхода устройства 70 снижения токсичности выбросов в определенное место в воздушной впускной системе двигателя, в область перед компрессором 162. В иных вариантах осуществления, отработавший газ в системе EGR может проходить из области перед турбиной 164 во впускной коллектор 44. Рециркулирующий отработавший газ может обходить охладитель 85 системы EGR, или же может охлаждаться, проходя через охладитель 85. Согласно другим примерам, может быть предусмотрена система EGR высокого давления и система EGR низкого давления.
На фиг.1 показан контроллер 12 в виде традиционного микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102 (CPU, Central Processor Unit), порты 104 ввода/вывода (I/O, Input/Output), постоянное запоминающее устройство 106 (ROM, Read-only Memory), оперативное запоминающее устройство 108 (RAM, Random Access Memory), энергонезависимое запоминающее устройство 110 (КАМ, Keep Alive Memory) и стандартную шину данных. Контроллер 12, как показано, принимает различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10 дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, включая: сигнал температуры хладагента двигателя (ЕСТ, Engine Coolant Temperature) от датчика 112, связанного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал датчика 134 положения, связанного с педалью 130 акселератора, для измерения положения педали акселератора, изменяемого посредством ноги 132; сигнал давления в коллекторе двигателя (MAP, Manifold Pressure) отдатчика 121 давления, связанного с впускным коллектором 44; сигнал давления наддува от датчика 122 давления; сигнал концентрации кислорода в отработавшем газе от кислородного датчика 126; сигнал положения органов двигателя от датчика 118 Холла, определяющего положение коленчатого вала 40; сигнал массы воздуха, поступающей в двигатель, от датчика 120 (например, электрического теплового датчика расхода воздуха с проволочным элементом); и сигнал положения дроссельной заслонки от датчика 58. Может также производиться измерение барометрического давления (датчик не показан) для обработки контроллером 12. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, датчик 118 положения органов двигателя за каждый оборот коленчатого вала вырабатывает установленное число импульсов, следующих друг за другом с равными интервалами, из которых можно определить частоту вращения вала двигателя (RPM, Revolutions per Minute) в оборотах в минуту.
В некоторых вариантах осуществления, таких как гибридное транспортное средство, представленное на фиг.2, двигатель может быть связан с системой электродвигателя/батареи. Гибридное транспортное средство может быть построено по параллельной схеме, последовательной схеме или по варианту или комбинации указанных схем.
В процессе работы каждый цилиндр двигателя 10 обычно отрабатывает четырехтактный цикл, который включает: такт (ход) впуска, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска. Обычно, во время такта впуска выпускной клапан 54 закрыт, а впускной клапан 52 открыт. Воздух поступает в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 44, а поршень 36 перемещается на дно цилиндра, так чтобы произошло увеличение объема камеры 30 сгорания. Положение, при котором поршень 36 в конце своего хода (т.е., когда камера 30 сгорания имеет максимальный объем) находится вблизи дна цилиндра, специалисты обычно называют нижней мертвой точкой (BDC, Bottom Dead Center). Во время такта сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 движется в сторону головки цилиндра, так чтобы произошло сжатие воздуха в камере 30 сгорания. Точку, в которой поршень 36 в конце своего хода (т.е., когда камера 30 сгорания имеет минимальный объем) находится вблизи головки цилиндра, специалисты обычно называют верхней мертвой точкой (TDC, Top Dead Center). Затем в ходе процесса, который называется впрыском, топливо вводят в камеру сгорания. Согласно некоторым примерам, на протяжении одного рабочего цикла двигателя топливо в цилиндр можно вводить многократно (дробный впрыск). Далее, в ходе процесса, который называется зажиганием, производится воспламенение введенного топлива путем сжатия воздушно-топливной смеси, что приводит к сгоранию топлива. Во время такта расширения расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно в сторону BDC. Коленчатый вал 40 преобразует движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время такта выпуска, выпускной клапан 54 открывается, чтобы вывести сгоревшую воздушно-топливную смесь в выпускной коллектор 48, при этом поршень 36 возвращается в TDC. Следует отметить, что вышеуказанные процессы описаны примерно, и что временные диаграммы открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов могут меняться, например, чтобы обеспечить положительное или отрицательное перекрытие состояний клапанов во времени, позднее закрывание впускного клапана или другие различные варианты работы. Кроме того, согласно некоторым примерам, может быть использован двухтактный цикл, а не четырехтактный.
На фиг.2 изображен пример гибридной силовой трансмиссии, содержащей двигатель, показанный на фиг.1. Гибридная трансмиссия 200 содержит двигатель 10 и контроллер 12 двигателя, представленные на фиг.1. Гибридная трансмиссия 200 также включает в себя электрический мотор 202 и контроллер 210 мотора. Контроллер 12 двигателя может поддерживать связь с контроллером 210 мотора через канал 250 связи. Согласно одному примеру, канал 250 связи может представлять собой канал локальной сети контроллеров CAN (Controller Area Network). Как показано, электрический мотор 202 механически связан с двигателем 10 через трансмиссию 204. Приводной вал 230 механически связывает электрический мотор 202 с колесами автомобиля. Электрический мотор 202 и двигатель 10 могут обеспечивать крутящий момент на колесах 222 автомобиля либо по одиночке, либо вместе. Колеса 222 могут быть передними или задними колесами автомобиля. В других случаях двигатель и электрический мотор могут быть механически связаны иным способом.
Таким образом, в системах, изображенных на фиг.1 и 2, предусмотрен двигатель, содержащий камеру сгорания, свечу накаливания, выступающую в камеру сгорания, и контроллер, содержащий инструкции для распознавания или прогнозирования нерабочего состояния катализатора, для задержки фазы горения в камере сгорания, и для увеличения тока, подаваемого в свечу накаливания в камеру сгорания, в ответ на нерабочее состояние катализатора после того, как двигатель достиг температуры, свидетельствующей о его прогретом состоянии. Двигательная система также предусматривает непрерывную подачу тока в свечу накаливания в течение всего времени работы двигателя. Согласно другим примерам, двигательная система выполнена с возможностью непрерывной подачи тока в свечу накаливания, за исключением ситуации, когда параметр двигателя превышает пороговое значение. Например, ток низкого уровня непрерывно подается в свечу накаливания, кроме случая, когда нагрузка двигателя превышает пороговое значение (например, 0,75 номинальной нагрузки). Двигательная система также содержит дополнительные инструкции контроллера для увеличения отрицательного крутящего момента, передаваемого на двигатель со стороны мотора в ответ на команду на увеличение температуры свечи накаливания. Двигательная система также содержит дополнительные инструкции контроллера для задержки фазы горения в цилиндре и увеличения тока, подаваемого в свечу накаливания в ответ на запрос регенерации устройства снижения токсичности выбросов, расположенного в системе выпуска отработавших газов, связанной с двигателем. Согласно другому примеру, двигательная система также содержит дополнительные инструкции контроллера для монотонного увеличения тока свечи накаливания в ответ на запрос регенерации устройства снижения токсичности выбросов. Двигательная система также содержит дополнительные инструкции контроллера для смещения фазы горения в цилиндре в направлении опережения в зависимости от уровня регенерации устройства снижения токсичности выбросов, при этом в качестве устройства снижения токсичности выбросов предполагается DPF или LNT.
0
8
На фиг.3 приведены графики моделированных характерных сигналов процессов во время первого запуска. Показанные сигналы могут быть получены путем исполнения инструкций способа, представленного на фиг.5-11, в контроллере 12, изображенном на фиг.1. Фиг.3 представляет пример процессов запуска двигателя из холодного состояния, и последующей работы двигателя. Вертикальные линии Т-Т представляют моменты времени, в которые происходят определенные характерные события.
Первый сверху график на фиг.3 представляет частоту вращения вала двигателя (обороты двигателя). Обороты двигателя могут быть измерены датчиком коленчатого вала или иным известным способом. Ось Х представляет время, причем время увеличивается слева направо. Ось Y представляет обороты двигателя, причем обороты двигателя увеличиваются в направлении стрелки оси Y.
Второй сверху график на фиг.3 представляет фактический крутящий момент двигателя, и требуемый крутящий момент, задаваемый водителем. Ось Х представляет время, причем время увеличивается слева направо. Крутящий момент 320 двигателя, и требуемый крутящий момент 322, задаваемый водителем, увеличиваются в направлении стрелки оси Y. Крутящий момент 320 двигателя по существу совпадает с требуемым крутящим моментом 322, заданным водителем, за исключением участка, где видна пунктирная линия требуемого момента 322.
Третий сверху график на фиг.3 представляет зависимость температуры ЕСТ хладагента двигателя от времени. Ось Х представляет время, причем время увеличивается слева направо. Ось Y представляет ЕСТ, причем ЕСТ увеличивается в направлении стрелки оси Y. Горизонтальная линия 302 представляет температурный порог, причем, когда ЕСТ превышает уровень горизонтальной линии 302, это свидетельствует о том, что двигатель прогрет.
Четвертый сверху график на фиг.3 представляет температуру катализатора. Ось Х представляет время, причем время увеличивается слева направо. Ось Y представляет температуру катализатора, причем температура катализатора увеличивается в направлении стрелки оси Y. Горизонтальная линия 304 представляет пороговую (желаемую) температуру катализатора, по которой предпринимаются определенные действия по управлению двигателем, связанные с нагреванием катализатора. Например, если для нагревания катализатора производится регулирование фазы горения, то выполняют по меньшей мере частичную задержку фазы, пока не будет достигнута температура, представленная линией 304. Горизонтальная линия 306 представляет рабочую температуру (light-off temperature) катализатора (т.е. температуру катализатора, выше которой эффективность катализатора превышает пороговую эффективность.
Пятый сверху график на фиг.3 представляет фазу горения (например, угловое положение коленчатого вала, соответствующее пику давления в цилиндре, или, иначе - положение коленчатого вала, соответствующее пику высвобождаемого тепла для цилиндра). Фазу горения можно изменять путем регулирования фазы впрыска топлива, количества отработавшего газа, передаваемого в контуре EGR двигателя, величины наддува, и температуры воздушно-топливной смеси. Ось Х представляет время, причем время увеличивается слева направо. Ось Y представляет фазу горения смеси в двигателе, причем фазовое опережение увеличивается в направлении стрелки оси Y.
Шестой сверху график на фиг.3 представляет силу тока свечи накаливания. Температура свечи накаливания увеличивается при увеличении тока свечи. Ось Х представляет время, причем время увеличивается слева направо. Ось Y представляет силу тока свечи, причем сила тока увеличивается в направлении стрелки оси Y.
Седьмой сверху график на фиг.3 представляет крутящий момент электрического мотора. Крутящий момент мотора в области выше горизонтальной линии 308 представляет положительный момент (т.е. мотор передает момент в трансмиссию автомобиля), а крутящий момент мотора в области ниже горизонтальной линии 308 представляет отрицательный момент (т.е. мотор потребляет момент из трансмиссии автомобиля для заряда аккумуляторной батареи). Ось Х представляет время, причем время увеличивается слева направо. Ось Y представляет крутящий момент мотора.
0
В момент Т времени обороты двигателя равны нулю, что указывает на то, что двигатель остановлен. Кроме того, температура хладагента двигателя и температура катализатора находятся на низком уровне, что указывает на то, что двигатель не работал продолжительный период времени. Хотя горения топлива в двигателе не происходит, но в ожидании команды на запуск двигателя планируется опережающая фаза горения для цилиндров двигателя. В свечи накаливания подан ток повышенного уровня, чтобы быстро прогреть свечи. Согласно некоторым примерам, ток, подаваемый в свечи накаливания после поворота ключа, но перед прокруткой двигателя, называют током ударного разогрева, при котором происходит быстрый разогрев свечей (этап ударного разогрева свечей). Крутящий момент мотора имеет низкий уровень, поскольку автомобиль еще не получил команду двигаться. Согласно некоторым примерам, крутящий момент мотора может быть увеличен, чтобы привести в движение автомобиль, с которым связаны мотор и основной двигатель, еще до включения двигателя.
0
1
1
1
Между моментами Т и T времени производится прокрутка двигателя, которая позволяет двигателю разогнаться до оборотов холостого хода, которые начинаются в момент Т времени. Изначально крутящий момент двигателя имеет высокий уровень, поскольку для раскрутки двигателя из остановленного состояния может потребоваться увеличенный момент. По мере того как обороты двигателя приближаются к холостым оборотам в момент Т, вводится запаздывание фазы горения. По окончании этапа ударного разогрева производится изменение силы тока свечей накаливания - ее уменьшение до более низкого, но все же сравнительно высокого уровня, чтобы улучшить устойчивость горения, пока двигатель остается холодным. Кроме того, выброс углеводородов с отработавшим газом также может быть снижен при запуске двигателя из холодного состояния, при поддержании тока свечей накаливания на повышенном уровне, но при этом поддержании температуры свечи накаливания ниже порогового значения.
1
2
Между моментами T и Т времени обороты двигателя увеличиваются, по мере того как в ответ на команду водителя возрастает крутящий момент. Температуры ЕСТ и катализатора остаются на пониженном уровне, но начинают возрастать, по мере того как горение в цилиндрах двигателя разогревает двигатель и катализатор. Крутящий момент мотора также возрастает, и он может подкрепить крутящий момент, развиваемый основным двигателем, чтобы получить тот крутящий момент, который задан водителем. Производится задержка фазы горения до ее наименьшего значения, а затем задается некоторое опережение, чтобы увеличить крутящий момент двигателя в ответ на команду, задаваемую водителем.
2
В момент T времени обороты двигателя продолжают увеличиваться вместе с крутящим моментом. Помимо этого, температура катализатора достигает рабочей температуры, которая отмечена горизонтальной линией 306. Фаза горения смещается в сторону опережения в ответ на достижение катализатором рабочей температуры, но остается запаздывающей, так чтобы продолжился разогрев двигателя. Температура ЕСТ продолжает нарастать.
3
В момент Т времени температура ЕСТ достигает уровня горизонтальной линии 302, что указывает на то, что двигатель прогрелся. Обороты двигателя и крутящий момент продолжают увеличиваться, а автомобиль продолжает разгоняться. Температура катализатора остается выше рабочей температуры, поскольку более высокой стала нагрузка двигателя. Крутящий момент может служить одним из индикаторов нагрузки двигателя. Количество воздуха, всасываемое двигателем, может также служить индикатором нагрузки двигателя. Фаза горения сдвигается в сторону опережения, по мере того как температура ЕСТ увеличивается в сторону желаемого значения ЕСТ, так что фаза горения смещается в сторону такого состояния, при котором состояние горения наступает с опережением или запаздыванием в зависимости от оборотов двигателя и нагрузки, а не от ЕСТ и температуры катализатора, поскольку ЕСТ поддерживается на уровне желаемой ЕСТ (например, на уровне рабочей температуры прогретого двигателя). Ток свечи накаливания уменьшается, когда температура ЕСТ достигает порога линии 302. В данном примере ток свечи накаливания уменьшается до некоторого уровня, но не прекращается. В других примерах ток в свече накаливания может быть прекращен, когда температура ЕСТ и температура катализатора превышают пороговые уровни. За счет поддержания в свече накаливания небольшого тока можно уменьшить бросок тока в свече в дальнейшем, когда свеча накаливания будет снова активирована.
4
В момент Т времени крутящий момент 320 двигателя и требуемый крутящий момент 322, заданный водителем, уменьшаются, и обороты двигателя начинают снижаться в ответ на уменьшение требуемого крутящего момента. Однако требуемый крутящий момент 322, заданный водителем, уменьшается до более низкого уровня, чем крутящий момент 320 двигателя. Крутящий момент двигателя поддерживается на повышенном уровне, так что обороты двигателя могут оставаться повышенными, и двигатель не выходит на уровень низкого крутящего момента, пока свеча накаливания не примет желаемую температуру, и таким образом может быть обеспечена повышенная стабильность горения. Согласно одному примеру, включение свечи накаливания предполагается, когда требуемый крутящий момент, задаваемый водителем, уменьшается от более высокого уровня до уровня, при котором запланировано включение свечи накаливания. При наличии запроса низкого крутящего момента со стороны водителя, крутящий момент двигателя или нагрузка продолжают оставаться на повышенном уровне, и крутящий момент двигателя поглощается мотором, так что результирующий крутящий момент, передаваемый в трансмиссию автомобиля, равен требуемому крутящему моменту, заданному водителем. Таким образом, для поглощения излишнего крутящего момента двигателя, крутящий момент мотора меняет знак с положительного на отрицательный. Фаза горения также смещается в сторону запаздывания, а ток, подаваемый в свечу накаливания, увеличивается, чтобы увеличить устойчивость горения в двигателе и снизить выброс углеводородов вместе с отработавшими газами.
5
В момент T времени свеча накаливания достигает желаемой температуры, и ток свечи накаливания снижают, чтобы ограничить температуру свечи. Согласно другим примерам, ток свечи накаливания можно поддерживать на постоянном уровне, когда подаваемый ток имеет величину, необходимую для достижения нагревательным элементом требуемой температуры. Фазу горения далее продолжают сохранять запаздывающей, поскольку свеча накаливания имеет желаемую температуру, и поскольку можно допустить дополнительный фазовый сдвиг горения без ухудшения устойчивости горения. Крутящий момент двигателя также уменьшается, а крутящий момент мотора увеличивается, поскольку увеличенная температура свечи накаливания может способствовать устойчивости горения и снижению выбросов углеводородов. Обороты двигателя продолжают снижаться по мере уменьшения крутящего момента двигателя.
6
В момент Т времени температура катализатора снижается до уровня ниже его рабочей температуры, что указывает на прекращение его функционирования. В ответ на прекращение функционирования катализатора производится дополнительное смещение фазы горения в сторону запаздывания, и увеличение тока свечи накаливания. За счет задержки фазы горения и увеличения тока свечи накаливания может быть увеличен тепловой поток, поступающий от двигателя к катализатору, чтобы поднять температуру катализатора выше рабочей, и тем самым, сократить выброс токсичных продуктов из выхлопной трубы. Кроме того, путем увеличения тока свечи накаливания можно поднять ее температуру, чтобы способствовать стабильности горения при смещении фазы горения в сторону запаздывания, и обеспечить при этом снижение выброса углеводородов вместе с отработавшими газами или поддержать выброс на постоянном уровне.
7
В момент Т времени требуемый крутящий момент, задаваемый водителем, увеличивается, а температура катализатора превышает рабочую температуру. Далее, в ответ на увеличение температуры катализатора и нагрузки двигателя производится снижение тока свечи накаливания. Производится также сдвиг фазы горения в сторону опережения для увеличения к.п.д. двигателя, поскольку температура катализатора больше его рабочей температуры. Однако, температура катализатора меньше пороговой температуры 304, поэтому некоторая доля запаздывания горения сохраняется. Далее, ток свечи поддерживается на уровне, который выше уровня, соответствующего условиям, когда температура катализатора больше пороговой температуры 304.
Таким образом, после того как температура катализатора оказывается меньше рабочей температуры, производится регулирование тока свечи накаливания и фазы горения, до тех пор пока катализатор не достигнет желаемой температуры, более высокой, чем рабочая температура. Соответственно, обеспечивается запаздывание (гистерезис) температуры катализатора, так что за короткий интервал времени не происходит включения/выключения тока свечи накаливания и изменения фазы горения.
8
В момент Т времени температура катализатора превосходит пороговую температуру 304. Фаза горения дополнительно сдвинута в сторону опережения, а ток свечи накаливания уменьшен в ответ на то, что температура катализатора превысила пороговую температуру 304. Показано, что обороты и крутящий момент двигателя имеют повышенные уровни, при этом двигатель выдает на выход тепло, поддерживающее функциональную эффективность катализатора. Следовательно, фазу горения в двигателе можно сместить в сторону опережения, и регулировать ее в зависимости от оборотов двигателя и нагрузки, а не в зависимости от температуры двигателя и катализатора.
0
5
На фиг.4 приведены графики моделированных характерных сигналов процессов во время второго запуска двигателя. Показанные сигналы могут быть получены путем исполнения инструкций способа, представленного на фиг.5-11, в контроллере 12, изображенном на фиг.1. Фиг.4 представляет один пример процессов запуска прогретого двигателя и последующих процессов его работы. Среди графиков фиг.4 имеются графики, аналогичные тем, что представлены на фиг.3. Для краткости, описания таких графиков, имеющих на фиг.3 и 4 одинаковые наименования, опущены. Вертикальные линии Т-Т представляют моменты времени, в которые происходят определенные характерные события.
Первый сверху график на фиг.4 представляет частоту вращения вала двигателя (обороты двигателя). Обороты двигателя могут быть измерены датчиком коленчатого вала или иным известным способом. Ось Х представляет время, причем время увеличивается слева направо. Ось Y представляет обороты двигателя, причем обороты двигателя увеличиваются в направлении стрелки оси Y.
Второй сверху график на фиг.4 представляет крутящий момент двигателя, и требуемый крутящий момент, заданный водителем. Ось Х представляет время, причем время увеличивается слева направо. Крутящий момент двигателя, и требуемый крутящий момент, заданный водителем, представлены одной линией, поскольку в данном примере оба указанных параметра по существу одинаковы. Крутящий момент двигателя увеличивается в направлении стрелки оси Y.
На третьем сверху графике на фиг.4 горизонтальная линия 402 представляет пороговую температуру двигателя, при этом область выше линии 402 соответствует условиям работы прогретого двигателя. Если температура ниже линии 402, то можно считать, что двигатель находится в холодном состоянии. В противном случае, если температура выше линии 402, можно считать, что двигатель прогрет.
На четвертом сверху графике на фиг.4 горизонтальная линия 406 представляет рабочую температуру катализатора. Если температура катализатора ниже линии 406, то можно считать, что катализатор находится в состоянии, при котором он функционально неэффективен. Если температура катализатора выше линии 406, то можно считать, что катализатор находится в состоянии, при котором он функционирует эффективно. Горизонтальная линия 404 представляет пороговую (желаемую) температуру катализатора, по которой предпринимаются действия по управлению двигателем, направленные на увеличение температуры катализатора. Например, если установлено, что желательно включить свечу накаливания для увеличения устойчивости горения, пока идет разогрев катализатора, то может быть задана желаемая температура катализатора, при этом за счет управления ее можно поддерживать на уровне, указанном горизонтальной линией 404. Горизонтальная линия 405 представляет температуру катализатора.
Пятый сверху график на фиг.4 представляет фазу горения (например, угловое положение коленчатого вала, соответствующее пику давления в цилиндре, или, иначе - положение коленчатого вала, соответствующее пику высвобождаемого тепла для цилиндра). Фазу горения можно изменять путем регулирования фазы впрыска топлива, количества отработавшего газа, передаваемого в контуре EGR двигателя, величины наддува, и температуры воздушно-топливной смеси. Ось Х представляет время, причем время увеличивается слева направо. Ось Y представляет фазу горения смеси в двигателе, причем фазовое опережение увеличивается в направлении стрелки оси Y.
Шестой сверху график на фиг.4 представляет силу тока свечи накаливания. Температура свечи накаливания увеличивается при увеличении тока свечи. Ось Х представляет время, причем время увеличивается слева направо. Ось Y представляет силу тока свечи, причем сила тока увеличивается в направлении стрелки оси Y.
Седьмой сверху график на фиг.4 представляет зависимость перепада давления (ΔР) на фильтре частиц - сажевом фильтре (DPF, Diesel Particulate Filter) дизеля от времени. Перепад давления возрастает в направлении оси Y. Время увеличивается слева направо. Горизонтальная линия 408 представляет перепад давления, при котором желательно произвести регенерацию DPF. Горизонтальная линия 410 представляет перепад давления, при котором желательно прекратить регенерацию DPF. Согласно некоторым примерам, можно производить нормализацию уровней перепада давления для режима работы двигателя, так что уровни 408 и 410 регенерации, определяемые перепадом давления, корректируются в соответствии с параметрами работы двигателя, например, величиной воздушного потока на всасывании в двигатель.
Восьмой сверху график на фиг.4 представляет сигнал запроса регенерации DPF. Согласно одному примеру, состояние запроса регенерации зависит от перепада давления на DPF. Если перепад давления равен или больше порога, указываемого линией 408, то делается запрос регенерации. Запрос регенерации остается активным, пока не будет установлено, что регенерация DPF завершена.
Таким образом, можно производить регулирование тока, подаваемого в свечи накаливания, и фазы горения с целью сокращения объема токсичных выбросов из двигателя при его запуске из прогретого состояния, и осуществлять регенерацию устройств снижения токсичности выбросов в системе выпуска обработавших газов двигателя.
0
В момент Т времени обороты двигателя равны нулю, указывая на то, что двигатель остановлен. Далее, температура хладагента двигателя и температура катализатора находятся на уровнях, указывающих на то, что в момент запуска двигатель прогрет.Однако, температура катализатора ниже рабочей температуры, т.е. ниже уровня 406. В свечи накаливания подается ток повышенного уровня (этап ударного разогрева), чтобы быстро разогреть свечи накаливания, поскольку, когда двигатель остановлен, свечи накаливания могут остывать быстрее, чем двигатель.
0
1
1
1
Между моментами Т и T времени производится прокрутка двигателя, которая позволяет двигателю разогнаться до оборотов холостого хода, которые начинаются в момент T времени. Изначально крутящий момент двигателя имеет высокий уровень, поскольку для раскрутки двигателя из остановленного состояния может потребоваться увеличенный момент. По мере того как обороты двигателя приближаются к холостым оборотам в момент T, вводится запаздывание фазы горения, так чтобы можно было снова быстро разогреть катализатор. По окончании этапа ударного разогрева ток свечи накаливания снижается, но все же остается на сравнительно высоком уровне, так чтобы увеличить стабильность горения, пока температура катализатора увеличивается за счет смещения фазы горения в направлении запаздывания. В частности, после запуска двигателя устанавливается запаздывание фазы горения в зависимости от температуры катализатора. Таким образом, за счет смещения фазы горения в направлении запаздывания усиливается разогрев катализатора.
2
В момент Т времени температура катализатора достигает желаемого уровня 404. Показано, что с ростом температуры катализатора фаза горения постепенно смещается в сторону опережения. Аналогично производится снижение тока свечей накаливания, чтобы температура свечей снижалась по мере смещения фазы горения в направлении опережения, так чтобы уменьшить температуру свечей и потребление энергии. Температура двигателя остается выше температурного порога 402, а перепад давления на DPF ниже порогового давления 408, так что контроллер не формирует запрос на регенерацию DPF.
2
3
3
Между моментами Т и Т времени обороты двигателя и крутящий момент изменяются в соответствии с условиями работы автомобиля, а также запросом крутящего момента, поступающим от водителя. Температура двигателя остается выше пороговой температуры 402, а температура катализатора остается выше рабочей температуры 406. Незадолго до момента Т крутящий момент и обороты двигателя снижаются, однако, температура катализатора остается выше его рабочей температуры. Перепад давления на DPF постепенно увеличивается по мере продолжения работы двигателя, при этом показано, что через свечу накаливания проходит небольшой ток, так чтобы можно было уменьшить скачок тока в свече, когда поступит запрос на более высокую температуру свечи накаливания.
3
В момент Т времени перепад давления на DPF превышает уровень 408, когда желательно произвести регенерацию фильтра DPF. В результате этого формируется запрос регенерации DPF, о чем свидетельствует переход сигнала запроса регенерации DPF к высокому уровню. Ток свечи накаливания и ее температура возрастают в ответ на факт превышения перепадом давления уровня, когда желательно произвести регенерацию DPF. Производится смещение фазы горения в двигателе в направлении запаздывания в ответ на факт превышения перепадом давления уровня, когда желательно произвести регенерацию DPF, и факт изменения температуры свечи накаливания. В частности, смещение фазы горения в двигателе в направлении запаздывания производится, когда температура свечи накаливания достигает установленного порогового уровня.
4
В момент Т времени крутящий момент двигателя и его обороты вырастают до уровня, при котором в систему выпуска отработавших газов передается дополнительное тепло. Далее, температура катализатора начинает превышать желаемую температуру катализатора, и предпринимаются действия по управлению работой двигателя, связанные с разогревом катализатора. Поэтому, производится смещение фазы горения в двигателе в направлении опережения, и снижение тока свечи накаливания и ее температуры. Далее, при таких условиях, согласно некоторым примерам, подача тока в свечу накаливания может быть прекращена, а для дальнейшего нагревания катализатора и DPF может быть произведен послевпрыск топлива на такте выпуска.
4
5
5
Между моментами Т и Т времени, по мере уменьшения перепада давления на фильтре DPF, производится смещение фазы горения в двигателе сначала в направлении опережения, а затем - запаздывания, и изменение тока свечи накаливания сначала в сторону уменьшения, а затем - увеличения. Согласно некоторым примерам, запаздывание фазы горения и ток свечи накаливания можно поддерживать постоянными за исключением изменений, учитывающих обороты двигателя и нагрузку, так чтобы для регенерации DPF подавался одинаковый дополнительный тепловой поток из суммарного объема отработавшего газа, вырабатываемого двигателем. Вблизи момента T времени ток свечи накаливания увеличивается, а фаза горения дополнительно сдвигается в направлении запаздывания, чтобы обеспечить DPF теплом от двигателя для завершения регенерации DPF. Согласно одному примеру, ток свечи накаливания может быть увеличен, когда перепад давления на DPF уменьшается до порогового уровня, чтобы завершить регенерацию сажи вблизи задней части DPF.
5
В момент T времени перепад давления на фильтре DPF снижен до уровня меньшего, чем перепад давления, при котором желательно прекращать регенерацию DPF. В результате этого сигнал запроса регенерации переходит на низкий уровень, и производится смещение фазы горения в направлении опережения, в ту область, где фаза горения зависит от оборотов двигателя и нагрузки, и не зависит от температуры катализатора, состояния DPF или температуры двигателя. Далее, ток свечи накаливания уменьшается до низкого уровня, при котором температура свечи меньше пороговой температуры. Кроме того, снижается и потребление энергии свечой накаливания до уровня ниже порогового.
Таким образом, можно осуществлять регулирование фазы горения и тока свечи накаливания в целях сокращения выброса углеводородов с отработавшими газами двигателя, содействия устойчивости горения и регенерации DPF. Аналогичные управляющие действия могут быть предприняты при запросе регенерации уловителя окислов азота (LNT, Lean NOx Trap), или удаления отложений мочевины в устройстве селективного каталитического восстановления (SCR, Selective Catalytic Reduction). Например, при запросе регенерации LNT производят увеличение тока свечи накаливания и смещают фазу горения в направлении запаздывания в зависимости от температуры свечи накаливания.
На фиг.5-11 изображена блок-схема алгоритма способа управления свечой накаливания. Алгоритм 500 способа может быть исполнен посредством инструкций контроллера, изображенного в системе на фиг.1 и 2. Алгоритм 500 может порождать сигналы, представленные на фиг.2 и 3.
На шаге 502 алгоритм 500 способа определяет режим (параметры) работы двигателя. В числе параметров двигателя, помимо других возможных, могут быть температура двигателя, температура катализатора, частота вращения вала двигателя, крутящий момент двигателя, команда по крутящему моменту, поступающая от водителя, ток свечи накаливания, а также наружная температура и давление. После определения параметров работы двигателя алгоритм 500 переходит к шагу 503.
На шаге 503 алгоритм 500 производит проверку, осуществляется ли запуск двигателя из холодного состояния. Согласно одному примеру, факт запуска двигателя из холодного состояния подтверждается, когда водитель дает команду на запуск двигателя, а при этом температура двигателя меньше пороговой температуры. Кроме того, в некоторых случаях дополнительным условием для констатации факта холодного запуска является пороговое время, которое должно пройти между остановкой двигателя и его запуском. Если производится запуск двигателя из холодного состояния, то алгоритм 500 переходит к шагу 520. В противном случае алгоритм переходит к шагу 504.
На шаге 504 алгоритм 500 производит проверку, осуществляется ли запуск двигателя из прогретого состояния. Согласно одному примеру, факт запуска двигателя из прогретого состояния подтверждается, когда водитель или контроллер дает команду на запуск двигателя, а при этом температура двигателя больше пороговой температуры. В некоторых случаях дополнительным условием для констатации факта запуска из прогретого состояния может быть условие, чтобы между остановкой двигателя и его запуском прошло время меньшее, чем пороговое время. Если установлено, что производится запуск двигателя из прогретого состояния, то алгоритм 500 переходит к шагу 540. В противном случае алгоритм переходит к шагу 505.
На шаге 505 алгоритм 500 проверяет наличие запроса на регенерацию DPF, LNT, SCR, улавливателя НС или иных устройств снижения токсичности выбросов. Запрос на регенерацию DPF может поступить, когда перепад давления на фильтре DPF превысит пороговый уровень. Запрос на регенерацию LNT может поступить, когда эффективность LNT упадет ниже порогового уровня. Запрос на регенерацию других устройств снижения токсичности выбросов может поступить при аналогичных условиях. Если будет установлено, что имеется запрос на регенерацию устройства снижения токсичности выбросов, то алгоритм 500 перейдет к шагу 550. В противном случае алгоритм 500 переходит к шагу 506.
На шаге 506 алгоритм 500 проверяет, находится ли катализатор в нерабочем состоянии (catalyst light-out), или ожидается его переход в нерабочее состояние. Нерабочее состояние можно констатировать, когда при работающем двигателе температура катализатора оказывается меньше пороговой температуры, после того как катализатор по меньшей мере один раз достигал своей рабочей температуры. Температура катализатора может быть измерена или определена косвенно. Кроме того, наступление нерабочего состояния катализатора можно ожидать или прогнозировать исходя из текущей температуры катализатора и текущей нагрузки двигателя. Например, если температура катализатора меньше пороговой, и обороты двигателя и нагрузка ниже порогового уровня, то можно ожидать, что через определенное время произойдет переход катализатора в нерабочее состояние, если не предпринять никаких действий, направленных на снижение вероятности такого перехода. Если будет установлено, что катализатор находится в нерабочем состоянии, то алгоритм 500 переходит к шагу 560. В противном случае, алгоритм переходит к шагу 507.
На шаге 507 алгоритм 500 принимает решение, производить или не производить регулирование работы мотора, связанного с двигателем. Согласно одному примеру, работа мотора может быть отрегулирована с целью увеличения отрицательного крутящего момента, прикладываемого со стороны мотора к двигателю, когда величина команды водителя, задающей крутящий момент, меньше порогового уровня, и одновременно температура свечи накаливания ниже порогового уровня. Например, отрицательный крутящий момент можно создавать в течение времени, которое требуется, чтобы свеча накаливания перешла от одной температуры ко второй, более высокой температуре. Кроме того, согласно некоторым примерам, выходной крутящий момент двигателя можно увеличивать и поддерживать на более высоком уровне, чем момент, задаваемый водителем, в течение того времени, пока происходит нагревание свечи накаливания от первой температуры до второй, более высокой температуры, так чтобы компенсировать увеличение отрицательного крутящего момента, создаваемого мотором. Если условия работы двигателя отвечают требованиям для регулирования работы мотора, то алгоритм переходит к шагу 570. В противном случае, если условия работы двигателя не отвечают требованиям для регулирования работы мотора или, если мотор вообще отсутствует, то алгоритм 500 переходит к шагу 508.
На шаге 508 алгоритм 500 определяет, работает ли двигатель с низким уровнем нагрузки. При низком уровне нагрузки может быть желательным включение или увеличение тока свечи накаливания с целью снижения объема токсичных выбросов и увеличения стабильности горения. Согласно одному примеру, когда двигатель работает с нагрузкой, величина которой ниже порогового уровня, алгоритм 500 может сделать вывод, что двигатель работает с нагрузкой, при которой желательно увеличение тока свечи накаливания. Нагрузка двигателя может быть определена на основе данных количества воздуха в цилиндре, крутящего момента двигателя или количества впрыскиваемого топлива. Если установлено, что двигатель работает с низкой нагрузкой, то алгоритм 500 переходит к шагу 580. В противном случае, алгоритм переходит к шагу 509.
На шаге 509 алгоритм 500 выключает свечи накаливания или уменьшает ток свечей до более низкого уровня. Согласно одному примеру, производится уменьшение тока свечи накаливания до уровня, при котором потребление энергии свечой накаливания меньше порогового уровня. Например, свечи накаливания могут работать при токе, меньшем, чем ток, подаваемый в свечи при прокрутке двигателя. Таким образом, свечи накаливания могут продолжать работать все время, пока работает двигатель, так чтобы можно было уменьшить бросок тока в свече накаливания, когда поступает команда на увеличение температуры свечи. Другими словами, можно подавать ток в свечи накаливания в течение всего времени работы двигателя между периодами его остановки. Таким образом, можно сократить потребление энергии свечой накаливания, когда не выполняются условия проверки на шагах 503-508. После снижения энергопотребления свечой накаливания алгоритм 500 переходит к шагу 510.
На шаге 510 алгоритм 500 производит регулирование фазы горения в двигателе в зависимости от оборотов двигателя и его нагрузки. Другими словами, после того как двигатель достигает требуемой рабочей температуры, осуществляется регулирование двигателя в соответствии с исходной фазой горения, зависящей от оборотов двигателя, нагрузки и температуры двигателя. Согласно некоторым примерам, производится обращение к таблице, содержащей эмпирически установленные, желаемые значения фазы горения, причем аргументами для обращения к таблице служат обороты двигателя и нагрузка. Таким образом, по мере изменения оборотов двигателя и нагрузки, производится смещение фазы горения в направлении опережения или запаздывания, так чтобы требуемый крутящий момент двигателя можно было получать при пониженном уровне токсичных выбросов. Регулирование фазы горения на шаге 510 осуществляется без поправок на регенерацию устройств снижения токсичности выбросов, запуск двигателя, моторы гибридной трансмиссии или условия низкой нагрузки. После регулирования фазы горения алгоритм 500 завершает свою работу.
Согласно фиг.6, на шаге 520 алгоритм 500 осуществляет регулирование работы двигателя для случая запуска из холодного состояния путем регулирования тока свечей накаливания на этапе ударного разогрева. На этапе ударного разогрева производится увеличение тока, подаваемого на свечу накаливания, до уровня, при котором свеча накаливания достигает желаемой температуры за короткое время, так чтобы водителю не приходится долго ждать, прежде чем запускать двигатель. Таким образом, на этапе ударного разогрева в свечу накаливания подают ток такого уровня, который больше уровня тока, который подают в свечу накаливания в иных случаях. Согласно некоторым примерам, на этапе ударного разогрева допускается осуществлять прокрутку двигателя. Согласно другим примерам, прокрутка двигателя на этапе ударного разогрева может быть запрещена, так чтобы свеча накаливания достигла желаемой температуры, прежде чем произойдет сжатие и выпуск воздушно-топливной смеси из цилиндра двигателя. В каких-то еще случаях, может быть разрешена прокрутка двигателя, но впрыск топлива запрещен, пока свеча накаливания не достигнет желаемой температуры. Ток, подаваемый в свечу накаливания на этапе ударного разогрева, может следовать установленному профилю в зависимости от температуры двигателя. Например, ток, подаваемый в свечу накаливания, можно корректировать в зависимости от времени, прошедшего с момента подачи тока, а также от температуры двигателя или свечи. Ток, подаваемый в свечу накаливания во время ударного разогрева, можно также регулировать в зависимости от цетанового числа топлива, сжигаемого в двигателе. Например, когда сжигаемое топливо характеризуется более низким цетановым числом, в свечу накаливания можно подать дополнительный ток, чтобы увеличить температуру свечи. С другой стороны, если сжигаемое топливо имеет более высокое цетановое число, в свечу накаливания можно подавать ток меньшей величины. После регулирования тока свечей на этапе ударного разогрева алгоритм 500 переходит к шагу 521.
На шаге 521 алгоритм 500 производит регулирование фазы впрыска топлива. Согласно одному примеру, может производиться регулирование фазы начала впрыска топлива, а также числа и продолжительности актов впрыска при дробном впрыске топлива в цилиндр за время одного цикла работы цилиндра, чтобы получить требуемый крутящий момент двигателя и фазу горения во время прокрутки двигателя и во время разгона (например, в промежутке между прокруткой и моментом, когда двигатель выходит на холостые обороты). Согласно одному примеру, во время прокрутки и разгона двигателя фазу горения смещают в направлении опережения. Во время прокрутки и разгона двигателя регулирование фазы впрыска топлива и количества топлива можно производить в определенные моменты времени или при определенных положениях механизма двигателя. После регулирования фазы впрыска топлива алгоритм 500 переходит к шагу 522.
На шаге 522 алгоритм 500 проверяет, завершен или нет этап ударного разогрева. Согласно одному примеру, этап ударного разогрева можно считать завершенным по истечении определенного времени. Согласно другим примерам, этап ударного разогрева можно считать завершенным, когда свеча накаливания достигает заданной температуры. Температуру свечи накаливания можно измерить или определить косвенным методом. Если этап ударного разогрева завершен, то алгоритм 500 переходит к шагу 523. В противном случае, алгоритм 500 переходит к шагу 520.
На шаге 523 алгоритм 500 производит сдвиг фазы горения в направлении запаздывания, т.е. от исходной фазы горения к более позднему моменту времени. Согласно одному примеру, алгоритм 500 задерживает начало впрыска топлива, чтобы процесс горения протекал в более позднее время. Момент времени начала впрыска может быть задержан для сдвига процесса горения на более позднее время. Согласно одному примеру, запаздывание горения по фазе имеет место, когда пик высвобождения тепла при сгорании смеси в цилиндре приходится на момент, наступающий на 15-20° (угла коленчатого вала) позднее верхней мертвой точки на такте сжатия в цилиндре, причем следует иметь в виду, что исходная фаза сгорания изменяется в зависимости от условий (режима) работы двигателя. Фазу горения изначально сдвигают в направлении запаздывания в функции температуры двигателя и времени, начиная с момента последней остановки двигателя. Фаза горения может быть также сдвинута в направлении запаздывания в зависимости от цетанового числа топлива, сжигаемого в двигателе. Например, после того как двигатель достигает холостых оборотов, фаза начала впрыска топлива может быть дополнительно задержана, когда используется топливо, имеющее более высокое цетановое число. Аналогично, фаза начала впрыска топлива может быть задержана в меньшей степени, когда используется топливо, имеющее меньшее цетановое число. Фаза горения может также быть задержана путем увеличения потока отработавшего газа в контуре EGR. После изменения фазы впрыска топлива в направлении запаздывания алгоритм 500 переходит к шагу 524.
На шаге 524 алгоритм 500 осуществляет регулирование тока свечи накаливания, чтобы содействовать стабильному горению в цилиндре при задержке фазы горения. Согласно одному примеру, после завершения этапа ударного разогрева, в свечу накаливания подается ток, зависящий от величины запаздывания горения относительно исходной фазы горения (например, фазы, зависящей от оборотов двигателя, нагрузки и температуры двигателя). Вдобавок к этому, ток, подаваемый в свечу накаливания, увеличивают, когда производится задержка фазы горения, пока не будет достигнута пороговая температура свечи накаливания. Например, на каждый градус положения коленчатого вала, на который задерживается фаза горения относительно исходной фазы горения, производится увеличение тока, подаваемого в свечу накаливания, на установленную величину с целью увеличения температуры свечи, пока не будет достигнута пороговая температура свечи накаливания. Согласно некоторым примерам, может производиться сдвиг фазы горения в сторону опережения в зависимости от температуры свечи накаливания, так чтобы свеча накаливания имела температуру, при которой стабильность горения находится на желаемом уровне, когда осуществлена задержка фазы горения в двигателе. Таким образом, можно увеличить вероятность работы двигателя с желаемым уровнем стабильности горения.
Таким образом, на шагах 523 и 524 производится регулирование исходного тока свечи накаливания и исходной фазы горения в зависимости от параметров работы двигателя сразу после запуска. Естественно, что для разных условий запуска двигателя ток свечи накаливания и фаза горения при регулировании могут быть изменены в разной степени. Например, фаза горения может быть установлена на первый уровень запаздывания при первой температуре двигателя. Фаза горения может быть установлена на второй уровень запаздывания при второй температуре двигателя, причем, чем выше будет вторая температура по сравнению с первой, тем запаздывание второго уровня будет больше по сравнению с запаздыванием первого уровня. Таким образом, при более высоких температурах двигателя в распоряжении появляется дополнительный тепловой поток.
На шаге 525 алгоритм 500 проверяет, имеет ли катализатор в системе выпуска отработавших газов двигателя желаемую температуру. Согласно одному примеру, желаемой температурой катализатора является его рабочая температура (т.е. температура, при которой катализатор обладает заданной эффективностью). Согласно другим примерам, желаемой температурой катализатора может быть температура выше рабочей температуры катализатора. Если установлено, что температура катализатора не равна желаемой температуре, то алгоритм 500 переходит к шагу 526. В противном случае, алгоритм 500 переходит к шагу 529.
На шаге 526 алгоритм 500 проверяет, растет или нет температура двигателя, и/или увеличилась ли температура двигателя с того времени, когда алгоритм 500 исполнялся в предыдущий раз. Если температура двигателя возрастает, то алгоритм 500 переходит к шагу 527. В противном случае, алгоритм 500 переходит к шагу 528.
На шаге 527 алгоритм 500 задерживает фазу горения, чтобы увеличить тепловой поток от двигателя к катализатору. Двигатель может быть способен выдержать дополнительную задержку фазы горения, поскольку температура двигателя возрастает. Согласно одному примеру, алгоритм 500 задерживает фазу начала впрыска топлива, чтобы сдвинуть фазу горения на более позднее время. Если требуется, задержку фазы горения можно также осуществить путем увеличения потока отработавшего газа в контуре EGR. После изменения фазы впрыска топлива с целью задержки фазы горения алгоритм 500 возвращается к шагу 525.
На шаге 528 алгоритм 500 удерживает фазу горения в ее текущем состоянии, чтобы нагревание катализатора могло продолжиться при текущей температуре двигателя. Однако фаза горения может быть сдвинута в направлении опережения на шагах 528, 527 и 531 в ответ на команду водителя, например, требование водителя увеличить крутящий момент двигателя. Таким образом, крутящий момент двигателя может быть увеличен для создания дополнительного момента на колесах автомобиля. Затем алгоритм 500 возвращается к шагу 525.
Таким образом, алгоритм 500 может дополнительно увеличить запаздывание фазы горения, когда температура двигателя увеличивается, чтобы ускорить выход катализатора на рабочую температуру, когда температура двигателя растет. Таким образом, алгоритм 500 может сделать акцент на ускорении выхода катализатора на рабочую температуру, чтобы уменьшить объем токсичных выбросов из выхлопной трубы автомобиля.
На шаге 529 алгоритм 500 проверяет, равна ли температура двигателя желаемой температуре. Согласно одному примеру, желаемой температурой двигателя является стабилизированная рабочая температура прогретого двигателя (например, 90°С). В качестве температуры двигателя можно рассматривать температуру хладагента, температуру головки цилиндров или другую температуру двигателя. Если установлено, что температура двигателя соответствует желаемой температуре, то алгоритм 500 переходит к шагу 532. В противном случае, алгоритм 500 переходит к шагу 530.
На шаге 530 алгоритм 500 производит регулирование тока свечи накаливания в зависимости от текущей температуры двигателя. В частности, когда температура двигателя увеличивается от его температуры в момент запуска, из исходного тока свечи накаливания, установленного на шаге 524, вычитается определенная величина. Так, при более низких температурах двигателя, из исходного тока, подаваемого в свечу накаливания на шаге 524, вычитается меньшая величина. По мере роста температуры двигателя от его температуры при запуске, величина, вычитаемая из исходного тока, подаваемого в свечу накаливания, увеличивается. Согласно одному примеру, когда двигатель достигает желаемой температуры, небольшой ток все равно может подаваться в свечу накаливания, так что свеча накаливания остается активной в течение всего времени работы двигателя, хотя и имеет более низкую температуру.
Регулирование тока свечи накаливания на шаге 530 может также осуществляться в зависимости от цетанового числа топлива. Например, после того, как двигатель после разгона достигает холостых оборотов, в свечу накаливания может подаваться увеличенный ток, чтобы увеличить температуру свечи, когда сжигаемое топливо имеет низкое цетановое число. Аналогично, после того, как двигатель достигает холостых оборотов, в свечу может подаваться меньший ток, когда сжигаемое топливо имеет более высокое цетановое число. Согласно некоторым примерам, цетановое число топлива можно определить косвенным путем на основе данных параметров работы двигателя. После регулирования тока свечи накаливания алгоритм 500 переходит к шагу 531.
На шаге 531 алгоритм 500 производит регулирование фазы горения в зависимости от текущей температуры двигателя. Точнее, когда температура двигателя увеличивается после достижения катализатором желаемой температуры, производится сдвиг фазы горения в направлении опережения. Сдвинуть фазу горения в сторону опережения можно путем регулирования потока отработавшего газа двигателя в контуре EGR, путем сдвига в сторону опережения фазы начала впрыска топлива и/или путем регулирования температуры воздуха, всасываемого в двигатель. Например, чтобы сдвинуть фазу горения в направлении опережения, когда температура двигателя возрастает, можно уменьшить поток отработавшего газа двигателя в контуре EGR. После регулирования фазы горения алгоритм 500 возвращается к шагу 525.
На шаге 532 алгоритм 500 производит сдвиг фазы горения в направлении опережения до исходной фазы горения. За счет сдвига фазы горения в направлении опережения двигатель может работать более эффективно по сравнению с ситуацией, когда фазу горения задерживают, чтобы прогреть двигатель или катализатор. Как говорилось выше, сдвиг фазы горения в направлении опережения может быть выполнен путем регулирования фазы начала впрыска топлива, путем уменьшения потока отработавших газов в контуре EGR, и/или путем увеличения температуры воздушного заряда. После сдвига фазы горения в направлении опережения алгоритм 500 переходит к шагу 533.
На шаге 533 алгоритм 500 уменьшает ток свечи накаливания. В частности, ток свечи накаливания может быть задан нулевой или небольшой величины, при которой энергопотребление свечи накаливания меньше пороговой величины. Согласно другим примерам, может быть установлен такой уровень тока свечи накаливания, при котором температура свечи меньше порогового значения, когда обороты двигателя и нагрузка превышают пороговые уровни для оборотов и нагрузки двигателя. После уменьшения тока свечи накаливания алгоритм 500 завершает работу.
Согласно фиг.7, на шаге 540 алгоритм 500 осуществляет регулирование работы двигателя для случая запуска из прогретого состояния путем регулирования тока свечей накаливания на этапе ударного разогрева. Во время запуска двигателя из прогретого состояния, ток, подаваемый в свечу накаливания на этапе ударного разогрева, может быть равен току, подаваемому в свечу при запуске двигателя из холодного состояния, или может быть больше или меньше указанного тока. Согласно некоторым примерам, ток, подаваемый в свечу на этапе ударного разогрева, может быть больше тока, подаваемого в свечу при запуске двигателя из холодного состояния, с целью снижения теплового напряжения, создаваемого питающим током в свече накаливания, потому что свеча накаливания может иметь более высокую исходную температуру. Согласно некоторым примерам, ток ударного разогрева можно вообще исключить, а подавать в свечу пониженный ток (например, ток, который меньше тока, создающего в свече температуру меньшую номинальной). Ток, подаваемый в свечу накаливания при запуске двигателя из прогретого состояния, может быть функцией времени, прошедшего с момента остановки двигателя, а также функцией температуры свечи и/или температуры двигателя. После регулирования тока ударного разогрева алгоритм 500 переходит к шагу 541.
На шаге 541 алгоритм 500 производит регулирование фазы впрыска топлива. Согласно одному примеру, может быть произведено регулирование начала впрыска топлива, а также числа и продолжительности актов впрыска топлива при дробном впрыске в цилиндр за один цикл работы цилиндра с целью обеспечения требуемого крутящего момента двигателя и фазы горения во время прокрутки и разгона двигателя (например, в период времени между прокруткой и моментом, когда двигатель достигает холостых оборотов). После регулирования фазы впрыска топлива алгоритм 500 переходит к шагу 542.
На шаге 542 алгоритм 500 проверяет, завершен или нет этап ударного разогрева. Согласно одному примеру, этап ударного разогрева можно считать завершенным по истечении определенного времени. Согласно другим примерам, этап ударного разогрева можно считать завершенным, когда свеча накаливания достигает заданной температуры. Прокрутка двигателя может быть разрешена во время этапа ударного разогрева или после завершения указанного этапа. Если этап ударного разогрева завершен, то алгоритм 500 переходит к шагу 543. В противном случае, алгоритм 500 возвращается к шагу 540.
На шаге 543 алгоритм 500 задерживает фазу горения относительно исходной фазы горения, смещая ее на более позднее время. Задержка фазы горения производится после того как двигатель разгонится до холостых оборотов. Согласно одному примеру, для смещения фазы горения на позднее время производится задержка фазы начала впрыска топлива. Согласно другим примерам, фазу горения можно задержать путем задержки фазы начала впрыска топлива, путем увеличения потока отработавших газов в контуре EGR, и/или путем снижения температуры воздуха на впуске в двигатель. Фазу горения изначально смещают в направлении запаздывания в функции температуры катализатора и времени, прошедшего с момента последней остановки двигателя. Регулирование фазы горения может также осуществляться в зависимости от цетанового числа топлива, сжигаемого во время запуска двигателя из прогретого состояния. Например, после того, как двигатель достигнет холостых оборотов, фаза начала впрыска топлива может быть задержана дополнительно, когда используется топливо, имеющее более высокое цетановое число. Аналогично, фаза начала впрыска топлива может быть задержана в меньшей степени, если используется топливо с более низким цетановым числом. После регулирования фазы впрыска топлива с целью задержки фазы горения алгоритм 500 переходит к шагу 544.
На шаге 544 алгоритм 500 производит регулирование тока свечи накаливания, чтобы содействовать стабильности горения в период, когда фаза горения задержана. Согласно одному примеру, после завершения этапа ударного разогрева, ток, подаваемый в свечу накаливания, устанавливают в зависимости от величины задержки горения относительно желаемой исходной фазы горения (например, фазы горения, зависящей от оборотов двигателя, нагрузки и температуры двигателя), при этом задержка фазы горения может дополнительно зависеть от температуры катализатора в момент запуска двигателя. Далее, когда производится задержка фазы горения относительно исходной фазы горения, осуществляется увеличение тока, подаваемого в свечу накаливания, по меньшей мере, до тех пор пока свеча накаливания не достигнет пороговой температуры. Например, если установлено, что в ответ на температуру катализатора желательно задержать фазу горения на 5° (угла поворота коленчатого вала) от исходной фазы горения, то производится увеличение тока свечи накаливания, так чтобы свеча достигла температуры, при которой стабильность горения достигает порогового уровня. Ток можно поддерживать на уровне, при котором достигнута желаемая температура свечи накаливания, и таким образом поддерживать стабильность горения. По мере того как температура катализатора увеличивается, фазу горения можно сдвигать в направлении опережения, а ток свечи накаливания можно снижать, поскольку катализатор уже способен нейтрализовать некоторые углеводороды.
На шаге 545 алгоритм 500 проверяет, имеет ли катализатор в системе выпуска отработавших газов двигателя желаемую температуру. Согласно одному примеру, желаемой температурой катализатора является его рабочая температура (т.е. температура, при которой катализатор обладает заданной эффективностью). Согласно другим примерам, желаемой температурой катализатора может быть температура выше рабочей температуры катализатора (например, температура, представленная горизонтальной линией 304). Если установлено, что температура катализатора равна желаемой температуре, то алгоритм 500 переходит к шагу 546. В противном случае, алгоритм 500 переходит к шагу 548.
На шаге 548 алгоритм 500 производит регулирование тока свечи накаливания в зависимости от текущей температуры катализатора. В частности, когда температура катализатора увеличивается, начиная от его температуры в момент запуска двигателя, из исходного тока свечи накаливания, установленного на шаге 544, вычитается определенная величина, пока не будет достигнута желаемая температура катализатора. Таким образом, когда двигатель перезапускают из прогретого состояния, а катализатор имеет пониженную температуру, из исходного тока, подаваемого в свечу накаливания на шаге 544, вычитается меньшая величина. По мере того как, начиная от запуска двигателя, температура катализатора возрастает, из исходного тока, подаваемого в свечу накаливания, вычитается все большая величина. Согласно одному примеру, когда температура катализатора достигает желаемого значения, в свечу накаливания все равно может подаваться небольшой ток. В ином варианте, ток свечи накаливания можно поддерживать постоянным, так чтобы можно было вносить дополнительную задержку фазы горения по мере того, как температура двигателя увеличивается, пока катализатор не достигнет своей рабочей температуры. После регулирования тока свечи накаливания алгоритм 500 переходит к шагу 549.
На шаге 549 алгоритм 500 задерживает фазу горения в ответ на увеличение температуры двигателя. В частности, задержка фазы горения производится, когда температура двигателя увеличивается, начиная от температуры в момент его запуска и до тех пор, пока двигатель не достигнет рабочей температуры. Задержку фазы горения можно осуществлять путем регулирования фазы начала впрыска топлива или путем увеличения потока отработавших газов в контуре EGR. После регулирования фазы горения алгоритм возвращается к шагу 545.
Таким образом, алгоритм 500 производит регулирование тока свечи накаливания и ее температуры, а также фазы горения при запуске двигателя из прогретого состояния в зависимости от температуры катализатора, не производя регулирования по температуре двигателя, поскольку температура двигателя выше желаемой температуры.
На шаге 546 алгоритм 500 производит сдвиг фазы горения в направлении опережения до исходной фазы горения. За счет сдвига фазы горения в направлении опережения двигатель может работать более эффективно по сравнению с ситуацией, когда фазу горения задерживают, чтобы прогреть двигатель или катализатор. Как говорилось выше, сдвиг фазы горения в направлении опережения может быть выполнен путем регулирования фазы начала впрыска топлива, путем уменьшения потока отработавших газов в контуре EGR, и/или путем увеличения температуры воздушного заряда. После сдвига фазы горения в направлении опережения алгоритм 500 переходит к шагу 547.
На шаге 547 алгоритм 500 уменьшает ток свечи накаливания. В частности, ток свечи накаливания может быть задан нулевой или небольшой величины, при которой энергопотребление свечи накаливания меньше пороговой величины. Согласно другим примерам, с целью ограничения температуры свечи накаливания может быть установлен такой уровень тока свечи накаливания, при котором температура свечи меньше порогового значения, когда обороты двигателя и нагрузка превышают пороговые уровни для оборотов и нагрузки двигателя. После уменьшения тока свечи накаливания алгоритм 500 завершает работу.
Согласно фиг.8 на шаге 550 алгоритм 500 начинает регулирование работы двигателя для регенерации устройств дополнительной обработки отработавших газов (например, DPF или LNT). В частности алгоритм 500 начинает монотонно или ступенчато увеличивать ток свечи накаливания, не регулируя при этом фазу горения. Например, ток свечи можно увеличивать в виде серии приращений (шагов) или непрерывно, пока не будет достигнут желаемый ток свечи накаливания. Увеличение тока свечи производится перед регулированием фазы горения в двигателе, так чтобы при регенерации устройства снижения токсичности выбросов учесть постоянную времени нагрева свечи накаливания (т.е. время, которое требуется свече накаливания, чтобы нагреться до температуры, составляющей определенный процент от желаемой температуры свечи). После регулирования тока свечи накаливания алгоритм 500 переходит к шагу 551.
На шаге 551 алгоритм 500 проверяет, равна ли температура свечи накаливания желаемой температуре. Температуру свечи можно измерить датчиком температуры или оценить посредством модели или получить исходя из времени, прошедшего с момента подачи тока в свечу. Если установлено, что температура свечи накаливания не соответствует желаемой температуре, алгоритм 500 возвращается к шагу 550. В противном случае, алгоритм 500 переходит к шагу 552.
2
На шаге 552 алгоритм 500 производит регулирование фазы горения в двигателе и начинает «послевпрыск» (т.е. впрыск топлива на такте выпуска газов из цилиндра). В частности, производится задержка фазы горения относительно исходной фазы горения. Согласно одному примеру, алгоритм 500 задерживает фазу горения путем задержки фазы начала впрыска топлива или путем увеличения потока отработавшего газа в контуре EGR. Кроме того, согласно одному примеру, задержка фазы горения осуществляется в зависимости от перепада давления на устройстве снижения токсичности выбросов. Например, фаза горения может быть установлена на некоторый исходный уровень, зависящий от перепада давления на устройстве снижения токсичности выбросов, а затем фазу можно дополнительно смещать в сторону запаздывания по мере уменьшения указанного перепада давления, пока не закончится регенерация устройства снижения токсичности выбросов, когда фазу горения можно будет вернуть к значению исходной фазы горения. Кроме того, увеличенная задержка фазы горения после того, как в части устройства снижения токсичности выбросов регенерация закончилась, может вызвать увеличение температуры устройства снижения токсичности выбросов, так что количество частиц или вещества (например, SO), содержащееся в дальнем по потоку конце устройства снижения токсичности, будет уменьшаться, а само устройство снижения токсичности выбросов не достигнет нежелательной температуры. После регулирования фазы горения алгоритм переходит к шагу 553.
На шаге 553 алгоритм 500 проверяет равенство температуры катализатора, расположенного перед (по направлению течения отработавших газов через выпускную систему) подлежащим регенерации устройством снижения токсичности выбросов, желаемой температуре или превышение температурой катализатора желаемой температуры. Согласно одному примеру, желаемой температурой катализатора служит его рабочая температура. Если установлено, что температура катализатора равна желаемой температуре или превышает ее, то алгоритм 500 переходит к шагу 554. В противном случае алгоритм возвращается к шагу 552.
На шаге 554 алгоритм 500 снижает ток свечи накаливания, поскольку после достижения рабочей температуры катализатор способен осуществлять нейтрализацию углеводородов, выделяющихся при работе двигателя. В частности, снижение тока свечи производится в зависимости от температуры катализатора. Например, может производиться уменьшение тока свечи накаливания на определенную величину на каждые 20°С увеличения температуры катализатора. Согласно некоторым примерам, ток свечи накаливания может быть впоследствии увеличен после окончания регенерации в определенной части устройства снижения токсичности выбросов, так чтобы тепло, поступающее от двигателя, могло способствовать регенерации в оставшейся части указанного устройства.
После снижения тока свечи накаливания после выхода катализатора на рабочую температуру алгоритм 500 переходит к шагу 555.
На шаге 555 алгоритм 500 проверяет, закончена ли регенерация DPF, LNT, SCR, улавливателя НС или иного устройства снижения токсичности выбросов. Согласно одному примеру, регенерация DPF считается завершенной, если перепад давления на DPF меньше порогового давления. Согласно другому примеру, регенерация LNT считается завершенной, если эффективность LNT превышает пороговый уровень. Аналогичным образом может быть сделан вывод о завершении регенерации других устройств снижения токсичности выбросов. Если установлено, что регенерация устройства снижения токсичности выбросов завершена, то алгоритм 500 переходит к шагу 556. В противном случае, алгоритм 500 возвращается к шагу 555.
На шаге 556 алгоритм 500 сдвигает фазу горения в направлении опережения относительно исходной фазы горения. Согласно одному примеру, сдвиг фазы горения в направлении опережения может быть выполнен за определенное число циклов работы цилиндра, так чтобы обеспечить плавное изменение крутящего момента. Согласно другим примерам, сдвиг фазы горения в направлении опережения может быть выполнен за определенное время с момента, когда было подтверждено завершение регенерации устройства дополнительной обработки отработавших газов (устройства снижения токсичности выбросов). После сдвига фазы горения алгоритм 500 переходит к шагу 557.
На шаге 557 алгоритм 500 производит уменьшение тока свечи накаливания в ответ на завершение регенерации устройства дополнительной обработки отработавших газов. Согласно одному примеру, уменьшение тока свечи может производиться в зависимости от числа рабочих событий, произошедших в цилиндре (например, актов горения или актов впуска) с момента завершения регенерации устройства дополнительной обработки отработавших газов. Таким образом, ток свечи накаливания можно регулировать в ответ на события, происходящие в цилиндре, так чтобы лучше согласовать температуру свечи накаливания с условиями работы цилиндра двигателя. Согласно другим примерам, уменьшение тока свечи накаливания можно производить в зависимости от времени, прошедшего с момента завершения регенерации устройства дополнительной обработки отработавших газов. Ток свечи накаливания может быть прекращен или уменьшен до значения, при котором энергопотребление свечи накаливания будет меньше порогового уровня. После регулирования тока свечи накаливания алгоритм 500 завершает свою работу.
Согласно фиг.9 на шаге 560 алгоритм 500 начинает регулирование работы двигателя для случая, когда имеет место нерабочее состояние катализатора или ожидается переход катализатора в нерабочее состояние (например, когда при работе двигателя температура катализатора снижается до значения меньшего, чем его рабочая температура). В частности, производится включение свечи накаливания путем подачи тока в свечу в ответ на падение температуры катализатора ниже рабочей температуры, после того как в период времени, когда двигатель непрерывно сжигал воздушно топливную смесь, катализатор уже достигал своей рабочей температуры и/или имел более высокую температуру. После включения свечей накаливания алгоритм 500 переходит к шагу 561.
На шаге 561 алгоритм 500 производит увеличение тока свечи накаливания, так чтобы можно было задержать фазу горения в двигателе. Согласно одному примеру, производится увеличение тока свечи накаливания исходя из времени, за которое желательно вернуть катализатор к рабочей или более высокой температуре. Например, если желательно за одну минуту вернуть катализатор к температуре, превышающей рабочую температуру, то фазу горения в двигателе можно задержать на величину, установленную эмпирически, которая обеспечивает возврат катализатора к температуре выше рабочей за одну минуту (например, на 10° поворота коленчатого вала) при задержанной фазе горения, при этом производится увеличение тока свечи накаливания до уровня, обеспечивающего желаемую устойчивость горения при задержанной фазе горения в двигателе. После увеличения тока свечи накаливания алгоритм 500 переходит к шагу 562.
На шаге 562 алгоритм 500 производит сдвиг фазы горения на более поздний момент времени по сравнению с исходной фазой горения. Согласно одному примеру, регулирование фазы горения производится исходя из желаемого времени, за которое катализатор должен достичь рабочей или более высокой температуры. Согласно одному примеру, значение фазового запаздывания, необходимое для возврата катализатора к рабочей температуре и определенное эмпирическим путем, выбирают из таблицы по желаемому времени возврата катализатора к указанной рабочей или более высокой температуре. Согласно другим примерам, величину фазового запаздывания горения определяют исходя из разности фактической и рабочей температур катализатора. Кроме того, задержку фазы горения можно определить исходя из температуры свечи накаливания. Другими словами, производится задержка фазы горения на величину, которая связана с температурой свечи накаливания или получается на основе данных указанной температуры. После задержки фазы горения алгоритм 500 переходит к шагу 563.
На шаге 563 алгоритм 500 проверяет равенство или превышение температурой катализатора желаемой температуры. Согласно одному примеру, желаемой температурой катализатора служит его рабочая температура. Согласно другим примерам, желаемая температура катализатора превышает его рабочую температуру. Если установлено, что температура катализатора соответствует желаемой температуре или превышает желаемую температуру, то алгоритм 500 переходит к шагу 564. В противном случае, алгоритм 500 возвращается к шагу 560.
На шаге 564 алгоритм 500 выключает свечу накаливания путем прекращения подачи тока в свечу или снижения тока до уровня, при котором энергопотребление свечи накаливания становится ниже порогового уровня. Таким образом, после увеличения температуры катализатора энергопотребление свечи накаливания может быть уменьшено. После регулирования тока свечи накаливания алгоритм 500 переходит к шагу 565.
На шаге 565 алгоритм 500 сдвигает фазу горения в сторону опережения. Сдвиг фазы горения в сторону опережения алгоритм 500 осуществляет путем сдвига фазы начала впрыска топлива в сторону опережения, путем уменьшения потока отработавших газов в контуре EGR и/или увеличения температуры воздуха на впуске в двигатель. После сдвига фазы горения в сторону опережения алгоритм 500 завершает свою работу.
Согласно фиг.10 алгоритм 500 на шаге 570 проверяет, ожидается ли в ходе пользования автомобилем работа двигателя с низкой нагрузкой. Согласно одному примеру, низкую нагрузку двигателя можно прогнозировать, исходя из запроса крутящего момента со стороны водителя. Например, автомобиль может работать при нагрузке в диапазоне от средней до высокой, когда водитель уменьшает команду задания крутящего момента двигателя. Двигателю может потребоваться конечное время, чтобы отреагировать на запрос крутящего момента со стороны водителя. Как таковая разность между фактическим или измеренным крутящим моментом и командой на крутящий момент от водителя может служить основой для констатации, что нагрузка двигателя может вскоре достичь низкого уровня, при котором может ухудшиться стабильность горения. Например, если крутящий момент двигателя превышает момент, соответствующий команде водителя, более чем на пороговую величину момента, то алгоритм 500 может предположить, что двигатель может в конечном счете войти в режим работы с малой нагрузкой. Если делается вывод, что ожидается низкая нагрузка на двигатель, то алгоритм 500 переходит к шагу 571. В противном случае алгоритм 500 возвращается к шагу 508.
На шаге 571 алгоритм 500 увеличивает ток свечи накаливания с целью увеличения температуры свечи в ожидании работы двигателя с низкой нагрузкой. Производится увеличение тока свечи накаливания для компенсации условий работы двигателя при малой нагрузке, когда может ухудшиться стабильность горения и увеличится выброс углеводородов. Однако, свеча накаливания характеризуется тепловой постоянной времени, так что свеча может и не достигнуть желаемой температуры, чтобы содействовать стабильности горения в течение определенного времени после подачи тока в свечу. Таким образом, может быть желательно, чтобы двигатель поработал с более высокой нагрузкой, пока свеча накаливания не достигнет температуры, которая способствует желаемому уровню стабильности горения при низкой нагрузке на двигатель. После подачи тока в свечу накаливания ее температура увеличивается. После увеличения тока в свече накаливания алгоритм 500 переходит к шагу 572.
На шаге 572 производится увеличение отрицательного крутящего момента мотора, связанного с двигателем автомобиля. Далее, также осуществляется управление оборотами двигателя, чтобы двигатель не остановился и не снизил обороты при возникновении нежелательной вибрации. Производится увеличение крутящего момента двигателя до уровня, при котором результирующий крутящий момент от двигателя и от мотора обеспечивает в трансмиссии автомобиля момент, соответствующий команде водителя, несмотря на то, что момент, развиваемый двигателем, превышает команду водителя. Таким образом, производится увеличение крутящего момента двигателя или нагрузки до уровня, при котором двигатель работает с желаемым уровнем стабильности горения, в то время как свеча накаливания разогрета до желаемой температуры. За счет увеличения отрицательного крутящего момента мотора можно быстрее подзаряжать аккумуляторную батарею. После увеличения отрицательного крутящего момента мотора и удержания крутящего момента двигателя на уровне, при котором обеспечивается желаемый уровень стабильности горения, алгоритм 500 переходит к шагу 573.
На шаге 573 алгоритм 500 проверяет, равна ли температура свечи накаливания желаемой температуре. Согласно одному примеру, желаемая температура представляет эмпирически найденную температуру, при которой стабильность горения при низкой нагрузке превышает пороговый уровень. Если это так, то алгоритм 500 переходит к шагу 574. В противном случае алгоритм 500 возвращается к шагу 573.
На шаге 574 алгоритм 500 проверяет, равна ли температура катализатора в системе выпуска отработавших газов желаемой температуре. Согласно одному примеру, желаемой температурой катализатора служит его рабочая температура. Согласно другим примерам, желаемая температура катализатора может быть больше его рабочей температуры. Если температура катализатора равна желаемой, то алгоритм 500 переходит к шагу 576. В противном случае, алгоритм 500 переходит к шагу 575.
На шаге 575 алгоритм 500 задерживает фазу горения относительно исходной фазы горения, чтобы увеличить температуру катализатора до желаемой температуры. Фаза горения может быть задержана путем задержки фазы начала впрыска топлива, путем увеличения потока отработавших газов в контуре EGR, и путем снижения температуры воздуха на впуске. Согласно одному примеру, величину задержки фазы горения можно получить исходя из разности желаемой и фактической температур катализатора. Например, если температура катализатора на 200°С меньше желаемой температуры катализатора, то может быть произведена задержка фазы горения на определенное число градусов поворота коленчатого вала. Однако, если температура катализатора на 20°С меньше желаемой температуры, то может быть произведена задержка фазы горения на число градусов меньшее приведенного выше «определенного числа градусов», если отсчитывать от исходной фазы горения. После регулирования фазы горения алгоритм 500 возвращается к шагу 574.
На шаге 576 алгоритм 500 снижает отрицательный крутящий момент, и смещает фазу горения в направлении опережения к исходному значению фазы горения. Контроллер оборотов двигателя соответственно уменьшает его крутящий момент, поскольку для работы двигателя с заданными оборотами требуется меньший крутящий момент, когда отрицательный крутящий момент мотора уменьшен. Таким образом, производится снижение нагрузки двигателя, так что последний может перейти на момент, запрашиваемый водителем. Таким образом двигатель может работать с большим моментом нагрузки, чем момент задаваемый водителем автомобиля, пока свеча накаливания не примет температуру, при которой стабильность горения будет находиться на желаемом уровне. В частности, такой режим работы может быть желателен, когда есть вероятность работы двигателя при температуре ниже желаемой температуры двигателя. После уменьшения отрицательного крутящего момента алгоритм 500 возвращается к шагу 508.
Согласно фиг.11 на шаге 580 алгоритм 500 включает свечу накаливания, если она до этого не была включена, или увеличивает количество тепла, отдаваемое свечой, путем увеличения тока свечи накаливания по сравнению с током, когда двигатель прогрет и не работает с низкой нагрузкой или на холостых оборотах. После увеличения тока свечи накаливания алгоритм 500 переходит к шагу 581.
На шаге 581 алгоритм 500 сдвигает фазу горения в направлении опережения (на более ранний момент), при котором двигатель может создавать крутящий момент более эффективно. Поскольку нагрузка двигателя на шаге 581 низкая, то ожидается, что объем выброса NОх из двигателя будет низким. После сдвига фазы горения в направлении опережения алгоритм 500 завершает свою работу.
Следует отметить, что, когда двигатель выходит из режима малой нагрузки или холостого хода, температуру свечи накаливания можно уменьшить путем уменьшения тока свечи, или путем прекращения подачи тока.
Таким образом, способ, представленный на фиг.5-11, обеспечивает осуществление горения в цилиндре двигателя; а также задержку фазы горения в цилиндре и увеличение тока, подаваемого в свечу накаливания цилиндра, в зависимости от температуры катализатора и температуры двигателя. Таким образом, могут быть улучшены показатели по токсичным выбросам из двигателя и стабильности горения. Способ управления двигателем дополнительно содержит задержку фазы горения в цилиндре и увеличение тока свечи накаливания в ответ на запрос регенерации устройства снижения токсичности выбросов, расположенного в системе выпуска отработавших газов, связанной с двигателем. Способ управления двигателем также отличается тем, что температура двигателя является индикатором прогретого состояния двигателя (например, номинальная рабочая температура 90°С). Согласно некоторым примерам, способ управления двигателем также отличается тем, что учитывает случай, когда температура катализатора меньше его рабочей температуры. Способ управления двигателем дополнительно содержит смещение фазы горения в цилиндре в направлении опережения и уменьшение тока, подаваемого в свечу накаливания, когда температура катализатора достигает пороговой температуры. Способ управления двигателем также содержит задержку фазы горения в цилиндре и увеличение тока, подаваемого в свечу накаливания, когда уровень нагрузки для цилиндра меньше порогового уровня нагрузки. Согласно другим примерам, способ управления двигателем также содержит прогнозирование перехода катализатора в нерабочее состояние на основе параметров работы двигателя (например, текущей температуры катализатора, времени пребывания в текущем режиме, и температуры отработавших газов двигателя), а также задержку фазы горения в цилиндре и увеличение тока, подаваемого в свечу накаливания цилиндра, в ответ на переход катализатора в нерабочее состояние.
Способ, представленный на фиг.5-11, также обеспечивает осуществление горения в цилиндре двигателя; задержку фазы горения в цилиндре и увеличение тока, подаваемого в свечу накаливания цилиндра, в зависимости от температуры катализатора и температуры двигателя; а также увеличение тока свечи накаливания и задержку фазы горения в цилиндре в зависимости от рабочего состояния - степени ухудшения показателей устройства снижения токсичности выбросов. Способ управления двигателем отличается тем, что ухудшение показателей устройства снижения токсичности выбросов проявляется в том, что перепад давления оказывается больше порогового уровня. Способ управления двигателем также отличается тем, что ухудшение показателей устройства снижения токсичности выбросов проявляется в том, что эффективность указанного устройства оказывается ниже порогового уровня, включая и случай нерабочего состояния устройства. Согласно одному примеру, способ управления двигателем также содержит смещение фазы горения в цилиндре в направлении опережения и уменьшение тока свечи накаливания в зависимости от рабочего состояния устройства снижения токсичности выбросов. Способ управления двигателем также содержит увеличение задержки фазы горения после завершения регенерации в части устройства снижения токсичности выбросов. Таким образом, можно способствовать регенерации оставшейся части устройства снижения токсичности выбросов. Способ управления двигателем также содержит смещение фазы горения в цилиндре в направлении опережения до значения исходной фазы горения после завершения регенерации устройства снижения токсичности выбросов. Способ управления двигателем также содержит продолжение подачи тока в свечу накаливания после завершения регенерации устройства снижения токсичности выбросов с целью снижения броска тока при последующем его увеличении.
Специалистам в данной области должно быть понятно, что способ, описанный согласно фиг.5-11, может представлять одну или более из любого числа стратегий обработки, которые инициируются событием, прерыванием, являются многозадачными, многопотоковыми и т.п. Как таковые, различные показанные шаги или функции можно выполнять в той последовательности, какая указана на схеме, но можно выполнять и параллельно или в некоторых случаях опускать. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для решения вышеупомянутых задач изобретения, реализации отличительных признаков и преимуществ, но приведен в целях упрощения описания. Хотя в явном виде это и не показано, но один или более представленных шагов или функций можно выполнять повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии.
На этом описание завершается. Специалистам в данной области должно быть понятно, что в форму и детали осуществления изобретения могут быть внесены изменения, не выходящие за границы идеи и объема изобретения. Например, настоящее описание может также быть с успехом использовано в случае двигателей с расположением цилиндров по схемам 12, 13, 14, 15, V6, V8, V10, V12 и V16, работающих на природном газе, бензине, дизельном топливе или альтернативных видах топлива.