СПОСОБ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ
METHOD FOR ENGINE (VERSIONS) AND ENGINE SYSTEM

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Колебания сгорания от цилиндра к цилиндру, связанные с дисбалансами топливовоздушного соотношения, могут происходить в двигателях вследствие различных факторов. Например, дисбалансы топливовоздушного соотношения от цилиндра к цилиндру могут возникать вследствие колебания от цилиндра к цилиндру отложений на впускных клапанах, засоренных отверстий EGR, электрических повреждений, утечек воздуха и/или смещенных топливных форсунок, и т.д.
В некоторых подходах, дисбалансы топливовоздушного соотношения могут контролироваться с использованием пропорционального датчика кислорода (например, UEGO) для расчета величины дисбаланса посредством определения высокочастотной составляющей сигнала датчика, связанной с отклонением от цилиндра к цилиндру. В таком подходе, дисбаланс топливовоздушного соотношения в цилиндре, например, может оцениваться посредством накопления величины отклонений от цилиндра к цилиндру из расчета на калибруемое окно числа оборотов в минуту (RPM).
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Однако авторы в материалах настоящей заявки осознали, что такие подходы могут не предусматривать индивидуальный рабочий объем цилиндра и могут не отличать дефекты тракта подачи воздушной массы от дефектов прохождения подачи топлива, тем самым, приводя к погрешностям выявления дисбаланса в отдельном цилиндре. Кроме того, в таких подходах, загрязнение и старение датчика могут ослаблять возможности средств контроля со временем уменьшением амплитудно-частотной характеристики датчика.
В других подходах, дисбалансы топливовоздушного соотношения могут контролироваться с использованием обработки сигнала ускорения коленчатого вала для выявления колебаний от цилиндра к цилиндру в сгорании, связанных с дисбалансами топливовоздушного соотношения. Однако такие подходы могут ошибочно идентифицировать дисбалансы топливовоздушного соотношения, поскольку колебания ускорения коленчатого вала могут быть обусловлены чрезвычайно многочисленными другими факторами, например, образованием нагара свечи зажигания, неисправной работой катушки зажигания, и т.д.
В одном из аспектов, для того чтобы по меньшей мере частично принимать меры в ответ на эти проблемы, предложен способ для контроля дисбалансов топливовоздушных соотношений в цилиндрах.
В одном из вариантов предложен способ контроля дисбалансов топливовоздушного соотношения в цилиндре двигателя, включающий в себя этапы, на которых:
обеспечивают ускорения коленчатого вала посредством модулирования топливовоздушного соотношения в выбранном цилиндре на диапазоне топливовоздушных соотношений при сохранении двигателя в стехиометрии;
идентифицируют потенциальный дисбаланс топливовоздушного соотношения в выбранном цилиндре на основании крутизны или формы характеристики ускорений коленчатого вала в зависимости от модулированных топливовоздушных соотношений в сравнении с идеальной кривой крутящего момента, причем топливовоздушное соотношение модулируют посредством того, что принудительно вызывают последовательность состояний обогащения, обеднения и стехиометрии в выбранном цилиндре, и компенсируют принудительно вызванную последовательность состояний обогащения, обеднения и стехиометрии в выбранном цилиндре последовательностью состояний обеднения, обогащения и стехиометрии, соответственно, в другом цилиндре, и
идентифицируют концентрацию спиртов в топливе по отображению кривой крутящего момента в зависимости от модулированных топливовоздушных соотношений в сравнении с идеальной кривой крутящего момента.
В одном из вариантов предложен способ контроля дисбалансов топливовоздушного соотношения в цилиндре двигателя, дополнительно включающий в себя этап, на котором идентифицируют величину и направление дисбаланса топливовоздушного соотношения в выбранном цилиндре на основании крутизны или формы.
В одном из вариантов предложен способ контроля дисбалансов топливовоздушного соотношения в цилиндре двигателя, дополнительно включающий в себя этап, на котором применяют коррекцию топливовоздушного соотношения к выбранному цилиндру на основании идентифицированной величины и направления дисбаланса топливовоздушного соотношения в выбранном цилиндре.
В одном из вариантов предложен способ контроля дисбалансов топливовоздушного соотношения в цилиндре двигателя, дополнительно включающий в себя этап, на котором указывают не связанное с топливом ухудшение характеристик выбранного цилиндра, если дисбаланс идентифицирован в цилиндре после применения коррекции топливовоздушного соотношения.
В одном из вариантов предложен способ контроля дисбалансов топливовоздушного соотношения в цилиндре двигателя, дополнительно включающий в себя этап, на котором указывают ухудшение характеристик выбранного цилиндра, если величина находится выше порогового значения.
В одном из дополнительных аспектов предложена система контроля дисбалансов топливовоздушного соотношения в цилиндре двигателя, содержащая контроллер, выполненный с возможностью:
обеспечения ускорений коленчатого вала посредством модулирования топливовоздушного соотношения в выбранном цилиндре на диапазоне топливовоздушных соотношений при сохранении двигателя в стехиометрии;
идентификации потенциального дисбаланса топливовоздушного соотношения в выбранном цилиндре на основании крутизны или формы характеристики ускорений коленчатого вала в зависимости от модулированных топливовоздушных соотношений в сравнении с идеальной кривой крутящего момента, причем топливовоздушное соотношение соответствует последовательности состояний обогащения, обеднения и стехиометрии в выбранном, и компенсирования последовательности состояний обогащения, обеднения и стехиометрии в цилиндре последовательностью состояний обеднения, обогащения и стехиометрии, соответственно, в другом цилиндре; и
идентификации концентрации спиртов в топливе по отображению кривой крутящего момента в зависимости от модулированных топливовоздушных соотношений в сравнении с идеальной кривой крутящего момента.
Таким образом, влияние на выбросы и общие ездовые качества вместе с заметными возмущениями числа оборотов в минуту во время контроля дисбаланса могут быть снижены, поскольку отработавшие газы во время контроля удерживаются в стехиометрии. Кроме того, обусловленность топливовоздушным соотношением неправильного распределения может идентифицироваться на по-цилиндровой основе, чтобы идентифицировать знак или направление (например, обогащение/обеднение) дисбаланса наряду с величиной коррекции для смягчения воздействий на выбросы дисбаланса в отдельном цилиндре. Такой подход возможен по меньшей мере частично вследствие предварительного выбора применяемого соотношения. Априорное знание, таким образом, позволяет системе компенсировать погрешности воздушного и/или топливного тракта.
Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, предоставлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании изобретения. Она не идентифицирует ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые решают любые или все недостатки, отмеченные в любой части данного описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет собой принципиальную схему примерного двигателя в соответствии с изобретением.
Фиг. 2 представляет собой примерный способ контроля дисбаланса топливовоздушного соотношения в цилиндре в соответствии с изобретением.
Фиг. 3 представляет собой примерную последовательность состояний обогащения, обеднения и стехиометрии, используемую, чтобы принудительно вызывать нарастания крутящего момента в цилиндрах двигателя.
Фиг. 4 представляет собой примерные характеристики ускорений коленчатого вала в зависимости от топливовоздушных соотношений, соответствующих последовательности состояний обогащения, обеднения и стехиометрии.
Фиг. 5 представляет собой примерный способ выявления топливных режимов на основании ускорения коленчатого вала и настройки впрыска топлива в двигатель соответствующим образом.
Фиг. 6 представляет собой примерную кривую крутящего момента в зависимости от топливовоздушного соотношения для бензина и примерную кривую крутящего момента в зависимости от топливовоздушного соотношения для этанол/бензиновой смеси.
Фиг. 7-8 представляет собой примерные интерфейсы в соответствии с изобретением.
Фиг. 9 представляет собой примерный переход от таблицы, основанной на счетчике событий сгорания переднего плана, к таблице, основанной на топливовоздушном соотношении ряда цилиндров.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение направлено на контроль дисбалансов топливовоздушного соотношения в цилиндрах, которые могут возникать в двигателях, таких как примерный двигатель, показанный на фиг. 1, вследствие различных факторов, таких как колебания от цилиндра к цилиндру отложений на впускных клапанах, засоренных отверстий EGR, электрических повреждений, утечек воздуха и/или смещенных топливных форсунок, и т. д.
На фиг. 1 показана принципиальная схема примерного двигателя 10 внутреннего сгорания, в котором могут быть реализованы раскрытые системы и способы. Двигатель 10 может быть дизельным двигателем в одном примере и бензиновым двигателем в другом примере.
Двигатель 10 может содержать один или более рядов цилиндров двигателя (не показаны), каждый из которых может включать в себя множество цилиндров двигателя, только один цилиндр из которых показан на фиг. 1. Двигатель 10 может включать в себя камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, расположенным в них и присоединенным к коленчатому валу 40. Камера 30 сгорания может сообщаться с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Двигатель 10 может управляться электронным контроллером 12 двигателя.
Двигатель 10 показан в качестве двигателем непосредственного впрыска с форсункой 66, расположенный, чтобы впрыскивать топливо непосредственно в цилиндр 30. Топливо подается в топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и систему общей направляющей-распределителя топлива высокого давления. Топливная форсунка 66 подает топливо пропорционально длительности импульса сигнала FPW из контроллера 12. Могут быть настраиваемыми как количество, управляемое сигналом FPW, так и установка момента впрыска топлива. Двигатель, например, 10 может использовать сгорание с воспламенением от сжатия в некоторых условиях. Двигатель 10 может использовать искровое зажигание с использованием свечи 92 зажигания системы зажигания, или комбинацию воспламенения от сжатия и искрового зажигания.
Камера 30 сгорания может принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и выпускать газообразные продукты сгорания отработавших газов через выпускной коллектор и выпускной канал 49. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 48 могут избирательно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответственные впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания может включать в себя два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.
2
Один или более датчиков отработавших газов могут быть предусмотрены в выпускном коллекторе 48 и/или выпускном канале 49 для считывания содержаний отработавших газов двигателя. Датчики отработавших газов могут быть любым пригодным датчиком для выдачи показания топливовоздушного соотношения отработавших газов, таким как датчиком содержания О, NOx, НС или СО. Как показано на фиг. 1, универсальный датчик 126 кислорода (UEGO) предусмотрен для выпускного коллектора 48.
Может быть предусмотрена система рециркуляции отработавших газов (EGR) для рециркуляции отработанного воздуха обратно на впуск. Система EGR может включать в себя канал 50 EGR, образованный из выпускного канала 49 во впускной канал 42, и клапан 51 EGR, расположенный в канале 50 EGR для регулирования потока EGR.
Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов показано расположенным вдоль выпускного канала 49 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), уловителем NOx, различными другими устройствами снижения токсичности отработавших газов или их комбинациями.
Турбонагнетатель может быть присоединен к двигателю 10 через впускной и выпускной коллекторы. Турбонагнетатель может включать в себя компрессор 85 на впуске и турбину 86 на выпуске, соединенные посредством вала. Дроссель 62, включающий в себя дроссельную заслонку 164, может быть установлен вдоль впускного патрубка двигателя для изменения расхода и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, постоянное запоминающее устройство 106, оперативное запоминающее устройство 108 и традиционную шину данных. Контроллер 12 показан принимающим различные сигналы с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые описаны выше, в том числе: температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; измерение давления во впускном коллекторе (MAP) с датчика 116 давления, присоединенного к впускному коллектору 44; измерение (AT) температуры коллектора с датчика 117 температуры; сигнал числа оборотов двигателя (RPM) с датчика 118 числа оборотов двигателя, присоединенного к коленчатому валу 40. Контроллер 12 также может включать в себя специализированную интегральную схему 109 (ASIC) для реализации некоторых из действий в способах, описанных в материалах настоящей заявки.
Специалистам в данной области техники следует понимать, что конкретные процедуры, описанные ниже в блок-схемах последовательности операций способа, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная и тому подобная. По существу, различные проиллюстрированные действия или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Хотя и не проиллюстрировано в прямой форме, одно или более из проиллюстрированных действий или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, эти чертежи могут графически представлять управляющую программу, которая должна быть запрограммирована на машиночитаемый запоминающий носитель в контроллере 12.
На фиг. 2 показан примерный способ 200 для контроля дисбаланса топливовоздушного соотношения в цилиндре. Как подробнее описано ниже, последовательность состояний обогащения, обеднения и стехиометрии в цилиндрах двигателя может использоваться, чтобы вызывать ускорения коленчатого вала наряду с сохранением двигателя по существу в стехиометрии.
Последовательность состояний обогащения, обеднения и стехиометрии, формируемых в цилиндре, в свою очередь, может вызывать ускорения коленчатого вала (например, изменения крутящего момента), соответствующие каждому состоянию обогащения, обеднения или стехиометрии в каждом цилиндре. Потенциальный дисбаланс топливовоздушного соотношения в цилиндре, в таком случае, может идентифицироваться на основании крутизны или формы характеристики ускорений коленчатого вала в зависимости от топливовоздушных соотношений, соответствующих последовательности состояний обогащения, обеднения и стехиометрии в таком цилиндре.
В некоторых примерах, при определенных условиях, одно или более действий способа 200 могут выполняться согласованно с одним или более действий из способа 500, описанного ниже со ссылкой на фиг. 5. В частности, способ 200 включает в себя использование ускорений коленчатого вала для содействия контроля дисбалансов топливовоздушного соотношения в цилиндрах, а способ 500 включает в себя использование ускорений коленчатого вала для оценки процентного содержания спиртов в топливе.
На 202, способ 200 включает в себя определение, удовлетворены ли начальные условия. Различные начальные условия для запуска средств контроля топливовоздушного соотношения могут проверяться на 202. Например, начальные условия могут включать в себя начальные условия частоты выборки отсчетов заднего плана (например, контролируемой по времени выборки отсчетов) и/или начальные условия частоты выборки отсчетов переднего плана (например, основанной на области углов поворота коленчатого вала выборки отсчетов). Например, начальные условия могут зависеть от глобальных условий, таких как температура двигателя (двигатель должен быть прогрет, чтобы проходить проверку), температура окружающей среды, отсутствие переходных возмущений или требований числа оборотов и нагрузки. В некоторых примерах, начальные условия, например, могут зависеть от локальных условий, таких как величина продувки, количество топлива в переходном процессе, которое может допускаться процедурой контроля, компенсаций замкнутого контура, таких как отклонения числа оборотов холостого хода в минуту, требований замкнутого контура по топливу и компенсаций замкнутого контура по зажиганию или воздуху.
В качестве еще одного примера, начальные условия могут быть зависящими от скорости вращения двигателя и/или могут быть основаны на различных параметрах для снижения переходных эффектов топливовоздушного соотношения или различных других условиях. Например, контроль дисбаланса топливовоздушного соотношения может реализовываться во время условий эксплуатации двигателя на низкой нагрузке или может планироваться, чтобы выполняться в специфичные моменты времени или интервалы, например, после того, как было пройдено определенное количество миль, и т. д. В некоторых примерах, если начальные условия не удовлетворены на 202, процедура контроля дисбаланса топливовоздушного соотношения может выводиться из работы и планироваться на более позднее время, например, после того, как пройдено определенное количество миль, после того, как прошел определенный период времени, после следующего запуска двигателя, и т. д.
Если начальные условия удовлетворены на 202, способ 200 переходит на 204. На 204, способ 200 включает в себя формирование или порождение последовательности состояний обогащения, обеднения и/или стехиометрии в цилиндрах двигателя. В некоторых примерах, последовательность состояний обогащения, обеднения и стехиометрии может принудительно вызываться в цилиндрах двигателя на основании заданных соотношений, как описано ниже со ссылкой на фиг. 3. Однако в некоторых примерах, вместо принудительного вызова в цилиндрах, последовательность состояний обогащения, обеднения и стехиометрии в цилиндре может быть случайными колебаниями топливовоздушного соотношения в цилиндрах. Например, случайные колебания топливовоздушного соотношения, которые возникают в цилиндрах во время нормальной работы двигателя, могут вызывать малый ускорения коленчатого вала, которые могут использоваться для контроля отдельных цилиндров на дисбалансы топливовоздушного соотношения, как описано ниже.
Состояния обогащения, обеднения и стехиометрии, принудительно вызванные в цилиндрах, могут зависеть от порядка работы цилиндров в двигателе, так чтобы состояния обеднения, обогащения или стехиометрии в цилиндрах компенсировали друг друга, чтобы сохранять двигатель и/или ряды цилиндров двигателя по существу в стехиометрии.
Вынужденные состояния обогащения, обеднения и стехиометрии могут выбираться, с тем чтобы поддерживать ряд цилиндра двигателя в стехиометрии наряду с изменением топливовоздушных соотношений в отдельных цилиндрах, чтобы вызывать ускорения коленчатого вала. Кроме того, вынужденные состояния обеднения, обогащения и стехиометрии могут быть рандомизированы, так чтобы состояние обогащения в цилиндре в первом ряду двигателя не сопровождалось состоянием обогащения в цилиндре из второго ряда двигателя для по меньшей мере двух последовательных зажиганий в двигателе.
Последовательности состояний обогащения, обеднения и стехиометрии в цилиндрах модулируют топливовоздушные соотношения в цилиндрах на диапазоне топливовоздушных соотношений, которые, в свою очередь, вызывают ускорения коленчатого вала. Топливовоздушное соотношение в выбранном цилиндре может модулироваться около стехиометрии, чтобы принудительно вызывать небольшие колебания крутящего момента в выбранном цилиндре. Как подробнее описано ниже, колебания крутящего момента могут контролироваться и использоваться для идентификации знака (например, обогащения или обеднения) дисбалансов топливовоздушного соотношения и могут содействовать выявлению обусловленности топливовоздушным соотношением неправильного распределения наряду с величиной коррекции для смягчения влияний на выбросы дисбалансов отдельного цилиндра.
Ускорения коленчатого вала, являющиеся результатом возмущений топливовоздушного соотношения, например, могут контролироваться и обрабатываться контроллером 12. В некоторых примерах, как описано ниже со ссылкой на фиг. 5, ускорения коленчатого вала также могут использоваться для оценки процентного содержания спиртов в топливе в дополнение к контролю дисбалансов топливовоздушного соотношения.
Продолжая по фиг. 2, на 206, способ 200 включает в себя определение ускорений коленчатого вала, связанных с последовательностью состояний обогащения, обеднения и стехиометрии, вызванной в цилиндре на 204. Ускорения коленчатого вала могут оцениваться во время рабочего хода осуществляющего зажигание цилиндра.
В некоторых примерах, определение ускорений коленчатого вала может включать в себя расчет нормализованных ускорений крутящего момента для каждого ускорения коленчатого вала, вызванного состоянием обогащения, обеднения или стехиометрии, принудительно вызванным в цилиндре. Ускорение коленчатого вала может быть нормализовано многообразием способов. Например, оцененное ускорение коленчатого вала может нормализоваться значением указанного крутящего момента минус нагрузка вспомогательных механизмов. В качестве еще одного примера, ускорение коленчатого вала может нормализоваться значением отклонения между установкой момента зажигания и опережением зажигания.
Нормализованные значения ускорения и взаимосвязанные значения топливовоздушного соотношения для каждого цилиндра и для каждого состояния обеднения, обогащения и стехиометрии, принудительного вызванного в цилиндрах, могут сохраняться в компоненте памяти контроллера 12 для дальнейшей обработки, как описано ниже. Например, нормализованные ускорения крутящего момента могут использоваться для заполнения характеристики ускорений коленчатого вала в зависимости от топливовоздушных соотношений, соответствующих последовательности состояний обогащения, обеднения и стехиометрии, принудительно вызванных в выбранном цилиндре, как показано на фиг. 4, описанной ниже.
На 210, способ 200 включает в себя, для каждого цилиндра, расчет кривой, подобающей ускорению в зависимости от соответствующего состояния обогащения, обеднения и стехиометрии, принудительно вызванного в цилиндре. В некоторых примерах, может использоваться квадратичная интерполяция кривой или любой другой пригодный подход интерполяции кривых по точкам. Примерные интерполяции кривой для данных ускорения в зависимости от топливовоздушного соотношения показаны на фиг. 4, описанной ниже.
На 212, на основании интерполяции кривой для ускорения в зависимости от соответствующего состояния обеднения, обогащения и стехиометрии, принудительно вызванного в цилиндре, способ 200 включает в себя отыскание точки топливовоздушного соотношения на предварительно калиброванной кривой крутящего момента (например, идеальной кривой крутящего момента), которая соответствует интерполяции кривой. Предварительно калиброванная кривая крутящего момента, например, может быть предварительно калиброванной кривой ускорений коленчатого вала в зависимости от топливовоздушных соотношений в цилиндре и может храниться в компоненте памяти в контроллере 12 в справочной таблице.
Точка топливовоздушного соотношения на идеальной кривой крутящего момента, соответствующая интерполяции кривой для цилиндра, может отыскиваться многообразием способов. Например, алгоритмы согласования могут применяться для отыскания участка идеальной кривой крутящего момента, с которым совпадает интерполяция кривой.
Примерные алгоритмы согласования могут включать в себя подход соотношения площадей, который может использоваться для минимизации разности площадей между идеальной кривой крутящего момента и интерполяцией кривой, образованной последовательностью состояний обеднения, обогащения и стехиометрии в цилиндре. В качестве еще одного примера, подход отклонений кривых в средней точке может применяться для отыскивания точки топливовоздушного соотношения на идеальной кривой, соответствующей аппроксимации кривой. В качестве еще одного другого примера, крутизна аппроксимации кривой может использоваться для отыскания точки на идеальной кривой крутящего момента с по существу совпадающей крутизной.
На 222, способ 200 включает в себя расчет отклонения топливовоздушного соотношения на основании топливовоздушного соотношения, идентифицированного на идеальной кривой, соответствующей аппроксимации кривой. Например, когда сопоставляется с идеальной кривой крутящего момента, идеальная кривая крутящего момента может сдвигаться в направлении обогащения или обеднения, указывая дисбаланс обогащения или обеднения, так что величина сдвига топливовоздушного соотношения соответствует величине отклонения топливо/воздушного соотношения.
Отклонение топливовоздушного соотношения может использоваться для определения коэффициента коррекции, соответствующего величине и направлению сдвига топливовоздушного соотношения из стехиометрической точки для аппроксимации кривой в точку топливовоздушного соотношения в точке сопоставления на идеальной кривой крутящего момента. Как описано выше, коэффициент коррекции может использоваться для определения величины и знака топливной коррекции для применения к цилиндру, чтобы скорректировать дисбаланс.
На 224, способ 200 включает в себя определение, превышает ли отклонение предварительно калиброванный уровень. Например, пороговая величина отклонения топливовоздушного соотношения может сохраняться в компоненте памяти контроллера 12. Предварительно калиброванный уровень может соответствовать приемлемой величине отклонения топливовоздушного соотношения, которое происходит в цилиндре. Если отклонение превышает предварительно калиброванный уровень на 224, способ 200 переходит на 226.
На 226, способ 200 включает в себя указание, что выявлен дисбаланс в цилиндре. Например, отдельные цилиндры с колебаниями крутящего момента вне диапазона порогового значения могут идентифицироваться в качестве потенциальных цилиндров с дисбалансами топливовоздушного соотношения. В частности, ускорения коленчатого вала в цилиндре могут вызывать колебания крутящего момента, по которому может идентифицироваться потенциальный дисбаланс топливовоздушного соотношения в цилиндре. Например, если колебания крутящего момента в цилиндре выпадают за пределы заданного диапазона порогового значения, то такой цилиндр может идентифицироваться в качестве потенциального цилиндра с дисбалансом топливовоздушного соотношения. Как только дисбаланс топливовоздушного соотношения был подтвержден, может выполняться подходящее указание ухудшения характеристик подтвержденного цилиндра, и/или коррекции снабжения топливом могут применяться к подтвержденному цилиндру в попытке скорректировать дисбаланс топливовоздушного соотношения, как описано ниже.
На 228, способ 200 включает в себя применение коррекции топливовоздушного соотношения к одному или более цилиндров, которые были указаны в качестве подвергнутых дисбалансу. Например, коррекция топливовоздушного соотношения может применяться к идентифицированному цилиндру на основании идентифицированной величины и направления дисбаланса топливовоздушного соотношения в идентифицированном цилиндре. Например, контроллер 12 может настраивать количество топлива, подаваемого в цилиндры, которые были идентифицированы в качестве потенциально подвергнутых дисбалансу. Контроллер 12 затем может продолжать контролировать дисбалансы топливовоздушного соотношения в попытке скорректировать дисбаланс топливовоздушного соотношения в идентифицированных цилиндрах. В некоторых примерах, эта топливная коррекция для идентифицированных цилиндров может выполняться до подтверждения дисбаланса в идентифицированном цилиндре.
Вершины 204-218 блок-схемы могут повторяться в некоторых примерах. Например, если коррекция топливовоздушного соотношения была применена эффективно, то сдвиг топливовоздушного соотношения может компенсироваться. Однако, если дисбаланс сохраняется в цилиндре, дефект может не быть связанным с топливом, и может устанавливаться флажковый признак, чтобы указывать несвязанное с топливом ухудшение характеристик идентифицированного цилиндра, если дисбаланс идентифицирован в цилиндре после применения коррекции топливовоздушного соотношения. Кроме того, в бортовую систему диагностики может отправляться индикация, указывающая дисбаланс в цилиндре, например, так чтобы могло выполняться техническое обслуживание.
На фиг. 3 показана примерная последовательность состояний обогащения, обеднения и стехиометрии, используемую, чтобы принудительно вызывать нарастания крутящего момента в цилиндрах двигателя примерного двигателя 306 V-6. Двигатель 302 включает в себя первый ряд 304 (Ряд 1) цилиндров, включающий в себя цилиндр 306 (цилиндр 1), цилиндр 308 (цилиндр 2) и цилиндр 310 (цилиндр 3). Двигатель 302 также включает в себя второй ряд 312 (Ряд 2) цилиндров, включающий в себя цилиндр 314 (цилиндр 4), цилиндр 316 (цилиндр 5) и цилиндр 318 (цилиндр 6). Впускной коллектор 320 и выпускной коллектор 322 присоединены к цилиндрам в ряду 304. Впускной коллектор 324 и выпускной коллектор 326 присоединены к цилиндрам в ряду 312.
Примерные соотношения, используемые для формирования последовательности состояний обогащения, обеднения и стехиометрии в цилиндрах двигателя, показаны в таблице 328 на фиг3, где три примерных набора соотношений показаны в трех столбцах, где столбец 330 показывает первый набор соотношений, столбец 332 показывает второй набор соотношений, а столбец 334 показывает третий набор соотношений. Каждый элемент в столбце является множителем массы топлива, который может применяться к стехиометрии (лямбда = 1). Например, в столбце 330, множитель 0,88 применяется к цилиндру 1, когда цилиндр 1 осуществляет зажигание, множитель 1,07 применяется к цилиндру 2, когда цилиндр 2 осуществляет зажигание, 1,07 применяется к цилиндру 3, когда цилиндр 3 осуществляет зажигание, и т. д.
Эти множители выбраны так, чтобы каждый ряд двигателя в среднем оставался в стехиометрии, когда применяются к цилиндрам в предписанном порядке работы цилиндров. Столбцы 332 и 334 показывают другие примерные соотношения, которые включают в себя такие же множители, как в столбце 330, но с другими значениями для других цилиндров, которые по-прежнему поддерживают двигатель в стехиометрии, когда применяются.
Таблица 336 на фиг. 3 показывает пример того, каким образом набор соотношений в столбце 330 может применяться к цилиндрам двигателя 302 V-6, так чтобы двигатель удерживался по существу в стехиометрии во время колебаний топливовоздушного соотношения. В этом пример, порядком работы цилиндров является 1-4-2-5-3-6, и соотношения в столбце 330 в таблице 328 применяются к цилиндру на основании порядка работы цилиндров в течение цикла двигателя. Например, множитель 0,88 массы топлива (состояние обогащения) принудительно вызывается в цилиндре 1 во время зажигания, множитель 1,16 массы топлива (состояние обеднения) затем принудительно вызывается в цилиндре 4 во время зажигания, множитель 1,07 массы топлива (состояние обеднения) затем принудительно вызывается в цилиндре 2 во время зажигания, множитель 0,94 массы топлива (состояние обогащения) затем принудительно вызывается в цилиндре 5 во время зажигания, множитель 1,07 массы топлива (состояние обеднения) затем принудительно вызывается в цилиндре 3 во время зажигания и, в заключение, множитель 0,94 массы топлива (состояние обогащения) затем принудительно вызывается в цилиндре 6 во время зажигания.
Для каждого состояния обогащения, обеднения и стехиометрии, вызванного в цилиндре, например, как описано на фиг. 3, ускорения коленчатого вала, соответствующие каждому вынужденному состоянию, могут контролироваться и сохраняться в отображении, таком как показанное на фиг. 4 на характеристике 402.
Характеристика 402 на фиг. 4 показывает три примерных варианта, являющихся результатом применения последовательности состояний обогащения, обеднения и стехиометрии в цилиндре. Последовательность состояний обогащения, обеднения и стехиометрии, принудительно вызванных в цилиндре, модулируют топливовоздушное соотношение в цилиндре на диапазоне топливовоздушных соотношений возле стехиометрии. Например, как показано на фиг. 3, топливовоздушные соотношения в цилиндре 1 могут циклически проводиться через 0,88, 1,07 и 1,07, соответствующие первой строке таблицы 328. Кроме того, многие другие последовательности состояний обогащения, обеднения и стехиометрии могут принудительно вызываться в данном цилиндре на протяжении многих циклов двигателя, для того чтобы получать данные ускорения коленчатого вала в зависимости от топливовоздушного соотношения для данного цилиндра. Ускорения коленчатого вала в зависимости от соответствующих топливовоздушных соотношений, например, затем могут отображаться в характеристике 402 по фиг. 4.
Например, кривая 404, показанная на характеристике 402, может быть аппроксимацией кривой для данных ускорения в зависимости от топливовоздушного соотношения (показанных в качестве прямоугольничков на 402) для первого примерного сценария, где последовательность состояний обогащения, обеднения и стехиометрии формируется в выбранном цилиндре. Кривая 404 затем может сравниваться с идеальной кривой 410 крутящего момента, показанной на характеристике 412 на фиг. 4. Посредством использования крутизны или формы кривой 404, точка соответствия на идеальной кривой 410 может быть получена, как описано выше со ссылкой на действие 214 на фиг. 2. В этом примере, крутизна кривой 404 соответствует стехиометрической точке на идеальной кривой 410, указывая, что выбранный цилиндр не имеет значительного дисбаланса топливовоздушного соотношения.
Второй примерный сценарий проиллюстрирован кривой 408 на характеристике 402. Кривая 406 является примерной аппроксимацией кривой для ускорения в зависимости от данных топливовоздушного соотношения (показанной в качестве кружков на характеристике 402) для второго примерного сценария, где последовательность состояний обогащения, обеднения и стехиометрии формируется в выбранном цилиндре. В этом примере, кривая 406 имеет отрицательную крутизну и, по сравнению с идеальной кривой 410 крутящего момента на характеристике 412, кривая 406 соответствует точке обеднения на идеальной кривой указывающей дисбаланс обеднения в выбранном цилиндре.
Кроме того, посредством сравнения кривой 406 с идеальной кривой 410 может определяться отклонение 414. В этом примере, отклонение 414 соответствует величине или модулю сдвига обеднения в цилиндре. Эта величина сдвига обеднения затем может использоваться для применения коррекции к выбранному цилиндру для смягчения дисбаланса. Например, поскольку выбранный цилиндр подвергнут дисбалансу в направлении обеднения, количество топлива, впрыскиваемого в выбранный цилиндр, может увеличиваться, чтобы компенсировать дисбаланс.
Третий примерный сценарий проиллюстрирован кривой 408 на характеристике 402. Кривая 408 является примерной аппроксимацией кривой для ускорения в зависимости от данных топливовоздушного соотношения (показанной в качестве треугольничков на характеристике 402) для третьего примерного сценария, где последовательность состояний обогащения, обеднения и стехиометрии формируется в выбранном цилиндре. В этом примере, кривая 408 имеет положительную крутизну и, по сравнению с идеальной кривой 410 крутящего момента на характеристике 412, кривая 408 соответствует точке обогащения на идеальной кривой указывающей дисбаланс обогащения в выбранном цилиндре.
Как описано выше, посредством сравнения кривой 408 с идеальной кривой 410 может определяться отклонение 416. В этом примере, отклонение 416 соответствует величине сдвига обогащения в цилиндре. Эта величина сдвига обогащения затем может использоваться для применения коррекции к выбранному цилиндру для смягчения дисбаланса. Например, поскольку выбранный цилиндр подвергнут дисбалансу в направлении обогащения, количество топлива, впрыскиваемого в выбранный цилиндр, может уменьшаться, чтобы компенсировать дисбаланс.
Как отмечено выше, возмущения ускорения коленчатого вала, такие как описанные выше со ссылкой на фиг. 2 и 3, также могут использоваться для идентификации процентного содержания спиртов в топливе, используемом в двигателе. Фиг. 5 показывает примерный способ 500 для выявления топливных режимов на основании ускорения коленчатого вала и настройки впрыска топлива в двигатель соответствующим образом.
В некоторых примерах, при определенных условиях, одно или более действий способа 500 могут выполняться сообща или последовательно с одним или более действий способа 200. Например, во время первого режима работы двигателя, способ 200 может использоваться для выявления дисбалансов топливовоздушного соотношения, тогда как, во время второго режима работы двигателя, может быть реализован способ 800.
На 502, способ 500 включает в себя определение, удовлетворены ли условия детектирования топлива. Например, условия детектирования топлива могут быть зависящими от скорости вращения двигателя и/или могут учитывать различные параметры для снижения переходных эффектов топливовоздушного соотношения, или различные другие условия. В качестве еще одного примера, условия детектирования топлива могут зависеть от последнего события дозаправки топливом, в котором, топливо с неизвестной концентрацией спиртов было добавлено для использования в двигателе.
Если условия детектирования топлива удовлетворены на 502, способ 500 переходит на 504. На 504, способ 500 включает в себя определение, удовлетворены ли условия контроля отсутствия дисбаланса. А именно, в некоторых примерах, оценка процентного содержания спиртов в топливе по ускорению коленчатого вала может не выполняться во время ускорений коленчатого вала, используемых при контроле дисбалансов топливовоздушного соотношения.
Если условия контроля отсутствия дисбаланса удовлетворены на 504, способ 500 переходит на 506. На 506, способ 500 включает в себя выбор цилиндров для модуляции ускорениями коленчатого вала. Цилиндры могут выбираться на основании многообразия факторов. Например может выбираться цилиндр, который было подтверждено, что имеет дисбаланс топливовоздушного соотношения. В другом примере, может выбираться цилиндр, который не был идентифицирован в качестве имеющего потенциальный дисбаланс топливовоздушного соотношения. Кроме того, множество цилиндров могут выбираться, может выбираться только один цилиндр, например, в зависимости от местоположений датчиков и условий эксплуатации двигателя.
На 508, способ 500 включает в себя модуляцию топливовоздушного соотношения в цилиндре у выбранных цилиндров с выбранной величиной и частотой на диапазоне топливовоздушных соотношений. Например, последовательность состояний обогащения, обеднения и стехиометрии может принудительно вызываться в цилиндре наряду с сохранением двигателя в стехиометрии, как описано выше. Модуляция топливовоздушных соотношений в цилиндре таким образом может вызывать ускорения коленчатого вала, которые могут контролироваться, например, контроллером 12, для использования при отображении крутящего момента, описанном выше.
На 510 способ 500 включает в себя отображение дисбалансов крутящего момента, обусловленных ускорениями коленчатого вала в модуляцию топливовоздушного соотношения для заполнения кривой крутящего момента. Посредством выполнения этих заданных командой отклонений лямбда в цилиндре на заданном цилиндре с достаточной величиной вокруг целевого значения управления с обратной связью и наблюдения разности ускорения коленчатого вала в рабочем такте для такого цилиндра, может отображаться профиль крутящего момента в зависимости от отклонения лямбда.
На 512, способ 500 включает в себя оценку концентрации спиртов в топливе по отображению кривой крутящего момента. Например, процентное содержание спиртов в топливе может определяться на основании крутизны отображения наряду с показанием топливовоздушного соотношения с датчика (например, датчика 126) для использования в качестве точки отсчета. В таком примере, повышенное процентное содержание спиртов в топливе может идентифицироваться в ответ на увеличенную крутизну отображения.
Например, на фиг. 6 показана примерная кривая крутящего момента в зависимости от топливовоздушного соотношения для бензина на 602 и примерная кривая крутящего момента в зависимости от топливовоздушного соотношения для этанол/бензиновой смеси на 604. Фиг. 6 иллюстрирует, каким образом кривая крутящего момента в зависимости от топливовоздушного соотношения может сдвигаться с увеличением процентного содержания спиртов. В этом примере, крутизна 606 показана в стехиометрии на кривой 604 крутящего момента в зависимости от топливовоздушного соотношения для смеси этанола и бензина, а крутизна 608 в стехиометрии на кривой 602 крутящего момента в зависимости от топливовоздушного соотношения для бензина. В частности, фиг. 6 иллюстрирует, каким образом стехиометрия неизвестной смеси топлива может идентифицироваться на основании крутизны кривой крутящего момента в зависимости от топливовоздушного соотношения. Например, колебания топливовоздушного соотношения в цилиндре около 14,6 давали бы первую крутизну для бензина и вторую крутизну для этанол/бензиновой смеси, где величина второй крутизны является большей, чем величина первой крутизны.
В качестве еще одного примера, процентное содержание спиртов в топливе может определяться на основании соотношения, соответствующего отображению крутящего момента в зависимости от лямбда без обратной связи. Например, посредством прибавления разности ускорения коленчатого вала в рабочем такте для цилиндра к известному среднему отклонению заданного командой лямбда для всех цилиндров, используемому для достижения целевого значения управления с обратной связью, процентное содержание спиртов в топливе может приближенно выражаться посредством сравнения профиля крутящего момента в зависимости от отклонения лямбда с профилем крутящего момента в зависимости от лямбда без обратной связи. В некоторых вариантах осуществления, эти два отображения могут объединяться в одиночный показатель корреляции, который может использоваться для определения процентного содержания спиртов в топливе. Дополнительно, в некоторых примерах, например, посредством ASIC 109, может применяться логика для включения в состав, сначала, внимательного изучения предполагаемого топливовоздушного соотношения без обратной связи против с обратной связью, а затем, побуждения основанных на втором соотношении принудительных средств контроля подтверждать и точнее измерять процентное содержание спиртов в топливе.
На 514, способ 500 включает в себя настройку требуемой установки топливовоздушного соотношения в регуляторе топливовоздушного соотношения с обратной связью на основании идентифицированного процентного содержания спиртов в топливе. Например, впрыск топлива в двигатель может настраиваться на основании идентифицированного процентного содержания спиртов в топливе. Впрыск топлива, например, может настраиваться контроллером 12 посредством увеличения или уменьшения количества топлива, подаваемого в двигатель. Посредством настройки топливовоздушных соотношений двигателя на основании процентного содержания спиртов в топливе, могут достигаться расширенное управление топливовоздушным соотношением, уменьшенные дисбалансы топливовоздушного соотношения и пониженные выбросы.
На фиг. 7 показан примерный интерфейс 700 между средствами 702 контроля дисбаланса топливовоздушного соотношения и топливными интерфейсами переднего плана в соответствии с изобретением. Топливные интерфейсы, показанные на фиг. 7, включают в себя интерфейс 704 области лямбда, интерфейс 706 области массы топлива и интерфейс 708 области длительности импульса.
Заряд 710 воздуха цилиндра вводится в вычислитель 712 массы топлива на интерфейсе 706 области массы. Вычислитель массы топлива выполнен с возможностью определять массу топлива, которая должна впрыскиваться в цилиндр, на основании многообразия параметров 713. Например, при определении количества топлива, расчет массы топлива может зависеть от смачивания стенки, топлива из образующей парообразные выделения системы, топлива в масле, топлива в резервуаре, и т. д. В одном из примеров, процедура определяет каждый из этих параметров 713 на основании условий эксплуатации, например, процедура может определять количество топлива, поступающего в цилиндр по модели увлажнения стенки, количество топлива из системы продувки паров топлива, количество топлива, привносимое моторным маслом, топлива из системы принудительной вентиляции картера (PCV), топлива, повторно засасываемого из впускного коллектора, которое было выброшено обратно из других цилиндров (указываемого ссылкой как забросное топливо), и т. д.
Кроме того, вычислитель массы топлива взаимодействует с интерфейсом 704 области лямбда, чтобы принимать топливовоздушное соотношение, которое определяется в области 704 лямбда. Область 714 лямбда определяет топливовоздушное соотношение с помощью вычислителя 714 топливовоздушного соотношения на основании многообразия параметров 715, таких как потерянное топливо, уставки и зависимость питания без обратной связи от питания с обратной связью. В некоторых примерах, процедура определяет параметры 715 на основании условий эксплуатации, например, процедура может определять количество потерянного топлива на основании модели потерянного топлива и/или по показаниям датчика топливовоздушного соотношения, значение уставки лямбда, например, может быть основано на заданном или требуемом насыщении мощности двигателя и/или защитных параметров компонентов двигателя.
Вычислитель 712 массы топлива также взаимодействует со средствами 702 контроля дисбаланса, чтобы принимать множители массы и базовые топливные множители для реализации соотношений дисбалансов топливовоздушного соотношения, чтобы принудительно вызывать ускорения коленчатого вала в цилиндрах двигателя на основании заданных соотношений, как описано выше. Например, набор соотношений дисбаланса может один за другим применяться к расчету массы топлива для реализации незначительных дисбалансов топливовоздушного соотношения в цилиндрах для процедур контроля, описанных выше.
Масса топлива затем выдается в область 708 длительности импульса, которая включает в себя вычислитель 716 длительности импульса для расчета длительности импульса для впрыска в цилиндр на основании многообразия параметров 717. Например, параметры 717 могут быть основаны на условиях эксплуатации двигателя, таких как требуемая крутизна и смещение впрыска, режим впрыска, пределы дымности отработавших газов, и т. д. Длительность 718 импульса топлива затем может выдаваться на двигатель.
На фиг. 8 показаны интерфейсы между логикой 802 дисбаланса топливовоздушного соотношения и топливной логикой 804 переднего плана. Для выполнения проверки дисбаланса топливовоздушного соотношения, как описано выше, на 803, система требует разрешения топливной логики 804 переднего плана. Если разрешение предоставлено на 805, система применяет набор множителей 806 к базовому топливному члену на основании набора соотношений 808. Если начальные условия недопустимы во время набора последовательных соотношений 808, система прекращает работу и возвращается к началу соотношений, которые не были выполнены. Конечный результат логики является рассчитанными членами 810 ускорения для данного цилиндра и индекс соотношения, соответствующий соотношениям 808.
На фиг. 9 показан примерный переход от таблицы 902, основанной на счетчике событий сгорания переднего плана (например, прямоугольной волны, вырабатываемой с датчика 118 числа оборотов коленчатого вала), к таблице 904, основанной на топливовоздушном соотношении ряда цилиндров. Фиг. 9 иллюстрирует интерфейсы между применениями соотношениями 906 и так называемым «процессом разбиения на интервалы». Схема соотношений является «ортогональной», чтобы поддерживать весь ряд в стехиометрии благодаря повторению соотношений, как описано выше. Таким образом, система сопоставляет порядок работы цилиндров, индекс соотношения и элементы разбиения на интервалы топливовоздушного соотношения для сохранения расчета повторяющихся соотношений. Например, фиг. 9 иллюстрирует стратегию, где индекс 0 цилиндра соотнесен цилиндру 6, а индексы с 1 по 5 цилиндрам с 1 по 5.
Следует понимать, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе и что эти конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты.
Предмет настоящего изобретения включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки. Например, как только основанное на давлении измерение становится имеющимся в распоряжении, может быть возможным адаптивно обновлять модель на основании сравнения увеличивающейся сажевой нагрузки, полученной ранее, в то время как основанное на давлении измерение было недоступным.
Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего изобретения.