ЛАЗЕРНОЕ ЗАЖИГАНИЕ И КОНТРОЛЬ ПРОПУСКОВ ЗАЖИГАНИЯ
LASER IGNITION AND MISFIRING MONITORING

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Системы управления двигателя могут включать в себя модули выявления пропусков зажигания для идентификации событий сгорания, которые происходят за пределами основного момента зажигания. В качестве одного из примеров пропуски зажигания могут выявляться с использованием основанных на RPM (числе оборотов в минуту) способов, в которых пульсации крутящего момента соотносятся с частотой вращения коленчатого вала. В качестве еще одного примера пропуски зажигания могут выявляться на основании давления на выпуске, при этом, импульсы давления на выпуске соотносятся с частотой вращения коленчатого вала.
Изобретатели в материалах настоящей заявки осознали, что такие подходы к пропускам зажигания могут иметь ограничения. Например, основанные на RPM способы могут быть неэффективными на высоких RPM, в особенности, у двигателей с большим количеством цилиндров. Это происходит потому, что в двигателях с большим количеством цилиндров, каждое отдельное событие зажигания покрывает меньшую дугу поворота двигателя до того, как происходить следующее событие. Следовательно, даже одиночное событие пропуска зажигания в двигателе с большим количеством цилиндров может приглушаться следующим событием зажигания, происходящим гораздо раньше во время вращения двигателя. Например, 1-цилиндровый двигатель может иметь более высокое замедление от одиночного события пропуска зажигания, теряя больший процент своей частоты вращения до следующего зажигания. В сравнении, 12-цилиндровый двигатель может почти не иметь ощутимого изменения RPM от одиночного события пропуска зажигания.
В качестве еще одного примера основанные на давлении на выпуске способы требуют наличия измерительных преобразователей давления в системе выпуска. Дополнительные аппаратные средства добавляют стоимость и сложность компонентов. В дополнение, расположение аппаратных средств в жестких условиях эксплуатации системы выпуска может приводить к гарантийным проблемам. Кроме того еще, подходы, которые осуществляет обсужденный выше контроль, являются следствием скорее пропусков зажигания, нежели самого контроля пропусков зажигания. Следовательно, такие подходы могут вызывать неточное выявление пропусков зажигания в неидеальных условиях эксплуатации транспортного средства. Например, основанные на RPM способы могут неточно идентифицировать пропуски зажигания, когда транспортное средство движется по неровным дорогам. В качестве еще одного примера, основанные на давлении на выпуске способы могут неточно идентифицировать пропуски зажигания, когда есть замерзший конденсат в магистрали датчика.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном из примеров некоторые из вышеприведенных проблем могут быть решены посредством способа для двигателя, содержащего: воспламенение топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя устройством лазерного зажигания и указание пропуска зажигания на основании инфракрасного датчика, присоединенного к цилиндру. Таким образом, аппаратные средства, имеющиеся в распоряжении в двигателе, сконфигурированном системой лазерного зажигания, могут преимущественно использоваться для точной идентификации событий пропусков зажигания в двигателе.
В качестве одного из примеров устройство лазерного зажигания может приводиться в действие для воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя. После того как истекла пороговая длительность после зажигания, профиль температуры в цилиндре может оцениваться инфракрасным датчиком, присоединенным к двигателю. В частности, тепло, вырабатываемое во время события сгорания в цилиндре, может считываться инфракрасным датчиком. Если профиль температуры соответствует профилю сгорания, может определяться, что пропуски зажигания не произошли. Однако, если профиль температуры не соответствует сгоранию, может определяться пропуск зажигания. Например, если пиковая температура в цилиндре профиля температуры находится ниже пороговой температуры (например, ниже пиковой температуры сгорания), может определяться пропуск зажигания. В качестве еще одного примера, если пиковая температура в цилиндре происходит вне пороговой длительности после лазерного зажигания (например, позже, чем ожидается), может определяться пропуск зажигания.
Таким образом, может быть возможным использовать преимущества системы лазерного зажигания для повышения точности выявления пропусков зажигания. Например, такой подход может давать более быструю и более точную информацию о том, когда происходит сгорание в цилиндре. Посредством соотнесения информации о цилиндре, собранной инфракрасным датчиком, с моментом события лазерного зажигания, может идентифицироваться неполное сгорание, обусловленное пропуском зажигания. Соответственно, могут предприниматься надлежащие подавляющие действия.
Более конкретно, в настоящей заявке раскрыт способ, состоящий в том, что: воспламеняют топливовоздушную смесь в цилиндре двигателя устройством лазерного зажигания; и указывают пропуск зажигания на основании инфракрасного датчика, присоединенного к цилиндру.
В дополнительном аспекте указание пропуска зажигания на основании инфракрасного датчика заключается в том, что указывают пропуск зажигания на основании профиля температуры в цилиндре вслед за лазерным зажиганием топливовоздушной смеси и в том же самом цикле, что и лазерное зажигание, причем профиль температуры в цилиндре оценивается инфракрасным датчиком.
В другом дополнительном аспекте указание заключается в том, что указывают пропуск зажигания, если пиковая температура профиля температуры в цилиндре возникает за пределами пороговой длительности после приведения в действие устройства лазерного зажигания.
В еще одном дополнительном аспекте указание заключается в том, что указывают пропуск зажигания в ответ на пиковую температуру в цилиндре профиля температуры в цилиндре, находящуюся ниже, чем пороговая температура.
В еще одном дополнительном аспекте указание пропуска зажигания заключается в том, что указывают, что пропуск зажигания сформирован лазерным зажиганием топливовоздушной смеси.
В еще одном дополнительном аспекте способ дополнительно состоит в том, что, в ответ на возникновение порогового количества событий пропусков зажигания в цилиндре, устанавливают диагностический код и выполняют подавляющее действие, включающее в себя одно или более из приведения в действие цилиндра на более богатой смеси, чем стехиометрия, ограничения потока воздуха двигателя, уменьшения величины EGR и повышения уровня мощности лазерного зажигания.
В еще одном дополнительном аспекте указание происходит во время первого события сгорания в цилиндре, при этом способ дополнительно состоит в том, что настраивают момент воспламенения топливовоздушной смеси устройством лазерного зажигания во время второго, последующего события сгорания в цилиндре на основании указания пропуска зажигания.
В еще одном дополнительном аспекте настройка заключается в том, что осуществляют опережение или запаздывание упомянутого момента по отношению к MBT.
В еще одном дополнительном аспекте указание происходит во время первого события сгорания в цилиндре, при этом способ дополнительно состоит в том, что настраивают впрыск топлива в цилиндр двигателя во время второго, последующего события сгорания в цилиндре на основании указания пропуска зажигания.
В еще одном дополнительном аспекте настройка заключается в том, что осуществляют опережение или запаздывание впрыска топлива по отношению к MBT.
Также раскрыт способ, состоящий в том, что: воспламеняют топливовоздушную смесь устройством лазерного зажигания в цилиндре двигателя; и настраивают рабочее состояние в ответ на указание преждевременного воспламенения, причем указание преждевременного воспламенения основано на инфракрасном датчике.
В дополнительном аспекте указание преждевременного воспламенения на основании инфракрасного датчика заключается в том, что указывают преждевременное воспламенение на основании профиля температуры в цилиндре, оцененного непосредственно перед лазерным зажиганием топливовоздушной смеси и в том же самом цикле, что и лазерное зажигание, причем профиль температуры в цилиндре оценивается инфракрасным датчиком.
В другом дополнительном аспекте указание заключается в том, что указывают преждевременное воспламенение, если пиковая температура профиля температуры в цилиндре выше, чем пороговая температура, и возникает за более чем пороговую длительность до лазерного зажигания.
В еще одном дополнительном аспекте настройка рабочего состояния заключается в том, что настраивают одно или более из момента лазерного зажигания и впрыска топлива в цилиндр на основании указания.
В еще одном дополнительном аспекте профиль температуры в цилиндре, оцененный непосредственно перед лазерным зажиганием топливовоздушной смеси, является первым профилем температуры, при этом способ дополнительно состоит в том, что указывают пропуск зажигания на основании второго профиля температуры в цилиндре, оцененного инфракрасным датчиком непосредственно вслед за лазерным зажиганием топливовоздушной смеси, и в том же самом цикле, что и лазерное зажигание.
В еще одном дополнительном аспекте способ дополнительно состоит в том, что указывают детонацию в цилиндре на основании выходного сигнала датчика детонации, присоединенного к блоку цилиндров двигателя.
Кроме того, раскрыт способ для двигателя, состоящий в том, что: повышают температуру сгорания в ответ на информацию инфракрасного излучения, считанную в цилиндре, причем информация инфракрасного излучения указывает на нагар.
В дополнительном аспекте двигатель сконфигурирован с лазерным зажиганием для воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре, и при этом, повышение температуры сгорания заключается в том, что повышают уровень мощности лазерного зажигания и направляют лазерное излучение в направлении нагара по меньшей мере во время тактов расширения и выпуска.
В другом дополнительном аспекте информация инфракрасного излучения, считанная в цилиндре, включает в себя профиль температуры в цилиндре, оцененный инфракрасным датчиком во время по меньшей мере такта впуска и сжатия события сгорания в цилиндре.
В еще одном дополнительном аспекте способ дополнительно состоит в том, что, в ответ на информацию инфракрасного излучения, указывающую нагар, временно повышают нагрузку двигателя для выжигания нагара.
Кроме того, раскрыт способ, состоящий в том, что: приводят в действие устройство лазерного зажигания для воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя; указывают детонацию в цилиндре на основании выходного сигнала датчика детонации, присоединенного к блоку цилиндров двигателя; указывают преждевременное воспламенение в цилиндре на основании первого профиля температуры в цилиндре, непосредственно предшествующего приведению в действие устройства лазерного зажигания; и указывают пропуск зажигания на основании второго профиля температуры в цилиндре, непосредственно следующего за приведением в действие устройства лазерного зажигания, при этом, каждый из первого и второго профилей температуры в цилиндре оцениваются инфракрасным датчиком, присоединенным к цилиндру.
Должно быть понятно, что сущность изобретения, приведенная выше, предоставлена для знакомства с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного объекта патентования, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный объект патентования не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает примерный двигатель внутреннего сгорания.
Фиг. 2 показывает высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа для идентификации события пропусков зажигания в цилиндре на основании профиля температуры в цилиндре, оцененного инфракрасным датчиком, вслед за событием лазерного зажигания.
Фиг. 3 показывает высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа для проведения различия между событием преждевременного воспламенения в цилиндре и событиями пропуска зажигания и детонации в цилиндре на основании профиля температуры в цилиндре, оцененного инфракрасным датчиком, перед событием лазерного зажигания.
Фиг. 4 показывает примерные профили температуры в цилиндре, которые могут использоваться для идентификации и распознавания событий пропусков зажигания и преждевременного воспламенения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Предложены способы и системы для повышения точности выявления пропусков зажигания в системе двигателя, сконфигурированной с лазерным зажиганием, как показано на фиг. 1. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью выполнять процедуру управления, такую как процедура по фиг. 2, чтобы идентифицировать событие пропуска зажигания на основании профиля температуры в цилиндре вслед за событием лазерного зажигания. Профиль температуры в цилиндре может оцениваться инфракрасным (ИК, IR) датчиком, присоединенным к цилиндру. Контроллер также может использовать профиль температуры в цилиндре непосредственно перед событием лазерного зажигания, чтобы идентифицировать событие преждевременного воспламенения в цилиндре и проводить различие аномального сгорания вследствие преждевременного воспламенения от такового, обусловленного детонацией или пропуском зажигания (фиг. 3). Примерные профили температуры, которые могут использоваться для диагностики, показаны на фиг. 4.
Фиг. 1 показывает принципиальную схему примерного цилиндра многоцилиндрового двигателя 20 внутреннего сгорания. Двигатель 20 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере, устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали.
Цилиндр 30 сгорания двигателя 20 может включать в себя стенки 32 цилиндра сгорания с поршнем 36, расположенным в них. Поршень 36 может быть присоединен к коленчатому валу 40, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Цилиндр 30 сгорания может принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 45 через впускной канал 43 и могут выпускать газообразные продукты сгорания отработавших газов через выпускной канал 48. Впускной коллектор 45 и выпускной канал 48 могут избирательно сообщаться с цилиндром 30 сгорания через соответственные впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления, цилиндр 30 сгорания может включать в себя два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.
В этом примере впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 могут управляться посредством приведения в действие кулачков через соответственные системы 51 и 53 кулачкового привода. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), изменения момента впрыска (VCT), изменения фаз газораспределения (VVT) и/или изменения подъема клапана (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Чтобы давать возможность выявления положения кулачков, системы 51 и 53 кулачкового привода должны иметь зубчатые колеса. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может определяться датчиками 55 и 57 положения, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления, впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут управляться посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением. Например, цилиндр 30, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением, и выпускной клапан, управляемый через кулачковый привод, включающий в себя системы CPS и/или VCT.
Топливная форсунка 66 показана присоединенной непосредственно к цилиндру 30 сгорания для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально длительности импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 68. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает то, что известно в качестве непосредственного впрыска топлива в цилиндр 30 сгорания. Топливная форсунка, например, может быть установлена сбоку цилиндра сгорания или сверху камеры сгорания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель топлива. В некоторых вариантах осуществления, цилиндр 30 сгорания, в качестве альтернативы или дополнительно, может включать в себя топливную форсунку, скомпонованную во впускном канале 43, в конфигурации, которая обеспечивает то, что известно как впрыск топлива во впускное окно, выше по потоку от цилиндра 30 сгорания.
Впускной канал 43 может включать в себя клапан 74 управления движением заряда (CMCV) и заслонку 72 CMCV, также может включать в себя дроссель 62, имеющий дроссельную заслонку 64. В этом конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 может регулироваться контроллером 12 посредством сигналов, выдаваемых на электродвигатель или исполнительный механизм, включенный дросселем 62, конфигурацией, которая может указываться ссылкой как электронный регулятор дросселя (ETC). Таким образом, дроссель 62 может приводиться в действие, чтобы регулировать всасываемый воздух, выдаваемый в цилиндр 30 сгорания, среди других цилиндров сгорания двигателя. Впускной канал 43 может включать в себя датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для выдачи соответственных сигналов MAF и MAP в контроллер 12.
x
Датчик 126 отработавших газов показан присоединенным к выпускному каналу 48 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70 отработавших газов. Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для выдачи показания топливо/воздушного соотношения в отработавших газах, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или EGO, HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NO, HC, или CO. Система выпуска может включать в себя пусковые каталитические нейтрализаторы и каталитические нейтрализаторы низа кузова, а также выпускной коллектор, расположенные выше по потоку и/или ниже по потоку датчики топливовоздушного соотношения. Каталитический нейтрализатор 70 отработавших газов может включать в себя многочисленные блоки нейтрализатора в одном из примеров. В еще одном примере, могут использоваться многочисленные устройства снижения токсичности выбросов, каждое с многочисленными брикетами. Каталитический нейтрализатор 70 отработавших газов, в одном из примеров, может быть каталитическим нейтрализатором трехкомпонентного типа.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, дежурную память 109 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы и информацию с датчиков, присоединенных к двигателю 20, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 120 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; в некоторых примерах, сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 40, может быть по выбору включен в состав; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 122. Датчик 118 на эффекте Холла по выбору может быть включен в двигатель 20, поскольку он действует в объеме, подобном лазерной системе двигателя, описанной в материалах настоящей заявки. Постоянное запоминающее устройство 106 запоминающего носителя может быть запрограммировано машинно-читаемыми данными, представляющими собой команды, исполняемые процессором 102 для выполнения способов, описанных ниже, а также их вариантов.
Лазерная система 92 включает в себя задающий генератор 88 лазерного излучения и блок 90 управления лазером (LCU). LCU 90 побуждает задающий генератор 88 лазерного излучения вырабатывать энергию лазерного излучения. LCU 90 может принимать операционные команды из контроллера 12. Задающий генератор 88 лазерного излучения включает в себя часть 86 лазерной накачки и часть 84 сведения излучения. Часть 84 ведения излучения сводит лазерное излучение, выработанное частью 86 накачки лазера, в фокусной точке 82 лазера цилиндра 30 сгорания.
Лазерная система 92 выполнена с возможностью работать в большем, чем один рабочий объем, с синхронизацией каждой операции на основании положения двигателя по четырехтактному циклу сгорания. Например, энергия лазерного излучения может использоваться для воспламенения топливо/воздушной смеси во время рабочего такта двигателя, в том числе, во время проворачивания коленчатого вала двигателя, операции прогрева двигателя и работы прогретого двигателя. Топливо, впрыскиваемое топливной форсункой 66, может формировать топливо/воздушную смесь во время по меньшей мере части такта впуска, где воспламенение топливо/воздушной смеси энергией лазерного излучения, вырабатываемой задающим генератором 88 лазерного излучения, начинает сгорание в ином случае негорючей топливо/воздушной смеси и вытесняет поршень 36 вниз.
LCU 90 может управлять задающим генератором 88 лазерного излучения, чтобы фокусировать энергию лазерного излучения в разных местоположениях в зависимости от условий эксплуатации. Например, энергия лазерного излучения может фокусироваться в первом местоположении в стороне от стенки 32 цилиндра в пределах внутренней области цилиндра 30, для того чтобы воспламенять топливо/воздушную смесь. В одном из вариантов осуществления, первое местоположение может находиться возле верхней мертвой точки (ВМТ, TDC) рабочего такта. Кроме того, LCU 90 может направлять задающий генератор 88 лазерного излучения, чтобы вырабатывать первое множество импульсов лазерного излучения, направленных в первое местоположение, и первое сгорание от остатка может принимать энергию лазерного излучения из задающего генератора 88 лазерного излучения, которая является большей, чем энергия лазерного излучения, выдаваемая в первое местоположение для более поздних сгораний.
Как конкретизировано в материалах настоящей заявки со ссылкой на фиг. 2, контроллер может идентифицировать событие пропуска зажигания в двигателе на основании профиля температуры в цилиндре двигателя вслед за сгоранием в цилиндре, воспламененным устройством лазерного зажигания. Кроме того, контроллер может идентифицировать и проводить различие события преждевременного воспламенения в цилиндре от события пропуска зажигания или детонации на основании профиля температуры цилиндра перед воспламенением топливовоздушной смеси в цилиндре устройством лазерного зажигания.
Цилиндр 30 дополнительно может включать в себя датчик для детектирования тепла и света, вырабатываемого в цилиндре во время события сгорания. В изображенном варианте осуществления, датчик детектирования является инфракрасным (ИК) датчиком 94. Однако, в альтернативных вариантах осуществления, датчик 94 детектирования может быть сконфигурирован в качестве датчика температуры или давления. Инфракрасный датчик может быть расположен по существу поблизости от LCU 90. В качестве альтернативы, в двигателях, не сконфигурированных с лазерным зажиганием, ИК-датчик может быть расположен поблизости от свечи зажигания цилиндра. Линза ИК-датчика 94 может очищаться перед считыванием посредством топлива, впрыскиваемого на поверхность датчика топливной форсункой 66. В одном из вариантов осуществления, ИК-датчик может быть одиночным чувствительным элементом или матрицей ПЗС (приборов с зарядовой связью, CCD), чтобы выдавать информацию о том, где возникает тепло. Информация о местоположении касательно источника тепла может использоваться для идентификации нарастания горячего нагара, а кроме того, для направления лазера в направлении местоположения для выжигания нагара. По существу, горячий нагар может формироваться вследствие работы чрезмерно непрогретого двигателя, как может происходить в транспортных средства с подключаемым гибридным приводом.
Контроллер 12 управляет LCU 90 и имеет несъемный машинно-читаемый запоминающий носитель, включающий в себя код для настройки местоположения подачи энергии лазерного излучения на основании температуры, например, ECT. Энергия лазерного излучения может направляться в разные местоположения внутри цилиндра 30. Контроллер 12 также может заключать в себе дополнительные или альтернативные датчики для определения режима работы двигателя 20, в том числе, дополнительные датчики температуры, датчики давления, датчики крутящего момента, а также датчики, которые выявляют частоту вращения двигателя, количество воздуха и величину впрыска топлива. Дополнительно или в качестве альтернативы, LCU 90 может поддерживать прямую связь с различными датчикам, такими как датчики температуры для выявления ECT, для определения режима работы двигателя 20.
Как описано выше, фиг. 1 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и каждый цилиндр может подобным образом включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, систему лазерного зажигания, и т.д.
Далее, с обращением к фиг. 2, процедура 200 изображает способ идентификации события пропуска зажигания в цилиндре на основании профиля температуры в цилиндре в качестве оцененного с помощью инфракрасного излучения (ИК-датчиком). Способ дает возможность воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя устройством лазерного зажигания, и возможность указания пропусков зажигания на основании информации, принятой инфракрасным датчиком, присоединенным к цилиндру.
На этапе 201 способ включает в себя оценку и/или логический вывод условий эксплуатации двигателя. Таковые, например, могут включать в себя число оборотов двигателя, температуру двигателя, температуру каталитического нейтрализатора, уровень наддува, MAP, MAF, условия окружающей среды (температуру, давление, влажность, и т.д.). На этапе 202 способ включает в себя приведение в действие устройства лазерного зажигания для воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя. Момент приведения в действие лазера может определяться на основании оцененных условий эксплуатации двигателя. В некоторых вариантах осуществления, интенсивность лазерного излучения также может настраиваться на основании условий эксплуатации двигателя. На этапе 204 после приведения в действие устройства зажигания, способ включает в себя увеличение значения регулятора зажигания. По существу, вслед за приведением в действие устройства лазерного зажигания, вследствие воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре, может происходить событие сгорания в цилиндре, и может ожидаться, что температура в цилиндре должна повышаться. Это тепло, в свою очередь, может считываться инфракрасным датчиком.
На этапе 206 профиль температуры в цилиндре может оцениваться ИК-датчиком. Профиль температуры в цилиндре может отражать тепло, вырабатываемое в цилиндре и/или выделяемое из цилиндра в ходе события сгорания в цилиндре. Например, температура в цилиндре может быть более низкой во время такта впуска, когда свежий всасываемый воздух принимается в цилиндре. Затем, во время такта сжатия, по мере того как топливовоздушная смесь сжимается, может наблюдаться небольшой рост температуры. Вслед за событием лазерного зажигания, во время такта сжатия, воспламенение сжатой топливовоздушной смеси может приводить к сгоранию и резкому повышению температуры в цилиндре. В заключение, во время такта выпуска, по мере того как продукты сгорания выпускаются из цилиндра, температура в цилиндре может падать. Таким образом, если сгорание происходит в цилиндре, как сжигается, может наблюдаться профиль температуры в цилиндре с пиком на или около такта сжатия в пороговый момент времени после события лазерного зажигания.
На этапе 208 может определяться, соответствует ли оцененный профиль температуры, считанный ИК-датчиком цилиндра, ожидаемому профилю сгорания. По существу, ожидаемый профиль сгорания может включать в себя пиковую температуру в цилиндре, которая находится выше, чем пороговая температура. Кроме того, ожидаемый профиль сгорания может включать в себя пиковую температуру, которая возникает в момент, который находится спустя пороговую длительность после приведения в действие устройства лазерного зажигания. Однако, в случае события пропуска зажигания, может происходить неполное сгорание. Как результат, количество тепла, вырабатываемого в цилиндре, может быть существенно более низким. Таким образом, пиковая температура в цилиндре может быть более низкой, чем пороговая температура. Кроме того, момент пиковой температуры на профиле температуры может лежать вне (например, позже, чем) пороговой длительности после приведения в действие устройства лазерного зажигания.
Таким образом, На этапе 210, если оцененный профиль температуры соответствует ожидаемому профилю сгорания, может определяться отсутствие пропусков зажигания, и регулятор зажигания может устанавливаться в исходное состояние. В частности, процедура включает в себя указание пропусков зажигания на основании профиля температуры в цилиндре вслед за лазерным зажиганием топливовоздушной смеси в том же цикле, что и лазерное зажигание, при этом, профиль температуры в цилиндре оценивается инфракрасным датчиком.
В сравнении, если оцененный профиль не соответствует ожидаемому профилю сгорания, то На этапе 212 может определяться пропуск зажигания в цилиндре. Как конкретизировано выше, процедура включает в себя указание пропуска зажигания, если пиковая температура профиля температуры в цилиндре возникает за пределами пороговой длительности после приведения в действие устройства лазерного зажигания. Пороговая длительность может включать в себя длительность, измеренную в секундах или градусах угла поворота коленчатого вала. В качестве еще одного примера, процедура может включать в себя указание пропуска зажигания в ответ на пиковую температуру в цилиндре профиля температуры в цилиндре, находящуюся ниже, чем пороговая температура. В обоих случаях, может указываться, что пропуски зажигания формировались лазерным зажиганием топливовоздушной смеси. Посредством идентификации пропуска зажигания на основании профиля температуры в цилиндре, событие пропуска зажигания может идентифицироваться скорее по мере того, как оно происходит, нежели на основании его влияний после того, как оно произошло. Это дает возможность раннего выявления пропусков зажигания и соответствующим образом предоставляет возможность быстро предпринимать подавляющие этапы.
К тому же, на этапе 212 в ответ на указание пропуска зажигания может увеличиваться значение счетчика пропусков зажигания. В одном из примеров счетчик пропусков зажигания может быть включен в память контроллера и может отражать количество событий пропусков зажигания в цилиндре, которое произошло.
На этапе 214 может определяться, является ли количество пропусков зажигания счетчика пропусков зажигания более высоким, чем пороговое количество. То есть, может определяться, произошло ли пороговое количество событий пропусков зажигания в цилиндре. В одном из примеров может определяться, произошло ли пороговое количество событий пропусков зажигания в цилиндре в течение длительности или расстояния пройденного пути транспортного средства, либо на протяжении данного цикла вождения. Если пороговое количество было превышено, то, на этапе 216 может устанавливаться диагностический код, и может выполняться подавляющее действие. Например, в ответ на возникновение порогового количества событий пропусков зажигания в цилиндре, двигатель может эксплуатироваться в режиме FMEM. В этом отношении, одно или более подавляющих действий могут выполняться, в том числе, приведение в действие (находящегося под воздействием) цилиндра на более богатой смеси, чем стехиометрия (например, приведение в действие цилиндра с обогащением в течение некоторой длительности), ограничение потока воздуха двигателя (например, ограничение потока воздуха двигателя в течение некоторой длительности), уменьшение величины EGR (рециркуляции отработавших газов) и повышение уровня мощности лазерного зажигания.
В некоторых вариантах осуществления в ответ на указание пропуска зажигания параметры сгорания могут настраиваться при последующем (например, непосредственно следующем) событии сгорания в цилиндре. Таковые, например, могут включать в себя параметры лазерного зажигания. В качестве примера указание пропуска зажигания может приниматься во время первого события сгорания в цилиндре, и на основании указания пропуска зажигания, контроллер может настраивать момент зажигания топливовоздушной смеси устройством лазерного зажигания во время второго, последующего (например, непосредственно следующего) события сгорания в цилиндре. Настройка может включать в себя настройку момента зажигания или момента приведения в действие устройства лазерного зажигания (например, осуществление опережения по отношению к MBT (максимальному тормозному моменту)). В других вариантах осуществления может настраиваться уровень мощности следующего события лазерного зажигания. Например, уровень мощности следующего события лазерного зажигания может повышаться, с тем чтобы лучше давать возможность полного воспламенения и сгорания воспламененной топливовоздушной смеси в цилиндре. В дополнительных вариантах осуществления момент лазерного зажигания может настраиваться на основании считанного профиля температуры (например, на основании местоположения пиковых давления или температуры), с тем чтобы управлять сгоранием во время следующего события сгорания.
В качестве еще одного другого примера в ответ на указание, могут настраиваться параметры впрыска топлива. Например, указание пропуска зажигания может приниматься во время первого события сгорания в цилиндре, и на основании указания пропуска зажигания, контроллер может настраивать впрыск топлива в цилиндр во время второго, последующего (например, непосредственно следующего) события сгорания в цилиндре. Настройка может включать в себя осуществление опережения впрыска топлива и, по выбору, выполнение большего нагревания для испарения лазером в непрогретом двигателе. В дополнительных вариантах осуществления другие параметры сгорания могут настраиваться в ответ на указание пропуска зажигания.
Таким образом, посредством контроля профиля температуры в цилиндре в течение цикла сгорания, непосредственно следующего за событием лазерного зажигания, может определяться, что событие пропуска зажигания в цилиндре было вызвано событием лазерного зажигания. Соответственно, подавляющие этапы могут предприниматься, и последующее событие лазерного зажигания может настраиваться, с тем чтобы снижать вероятность дальнейших событий пропусков зажигания.
Далее, с обращением к фиг. 3, процедура 300 изображает способ идентификации события преждевременного воспламенения в цилиндре на основании профиля температуры в цилиндре в качестве оцененного с помощью инфракрасного излучения (ИК-датчиком). Способ дает возможность воспламеняться топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя устройством лазерного зажигания, и указывать событие преждевременного воспламенения в цилиндре возможность на основании информации, принятой инфракрасным датчиком, присоединенным к цилиндру. Информация также дает возможностью отличать событие преждевременного воспламенения в цилиндре от события пропуска зажигания в цилиндре или детонации в цилиндре. Кроме того, рабочее состояние может настраиваться в ответ на указание преждевременного воспламенения.
На этапе 302 способ включает в себя оценку и/или логический вывод условий эксплуатации двигателя. Таковые, например, могут включать в себя число оборотов двигателя, температуру двигателя, температуру каталитического нейтрализатора, уровень наддува, MAP, MAF, условия окружающей среды (температуру, давление, влажность, и т.д.). На этапе 304 способ включает в себя определение момента приведения в действие лазерного излучения на основании оцененных условий эксплуатации двигателя. В некоторых вариантах осуществления, интенсивность лазерного зажигания также может настраиваться на основании условий эксплуатации двигателя.
На этапе 306 перед приведением в действие лазерного зажигания первый профиль температуры в цилиндре может оцениваться непосредственно перед лазерным зажиганием топливовоздушной смеси. Профиль температуры в цилиндре может оцениваться инфракрасным датчиком, присоединенным к цилиндру. Как конкретизировано ранее, во время события нормального сгорания, может наблюдаться профиль температуры нормального сгорания в цилиндре, который включает в себя пиковую температуру, которая выше порогового значения и с пороговым моментом после события лазерного зажигания. Однако, во время выбранных условий эксплуатации двигателя, событие низкоскоростного преждевременного воспламенения может происходить еще до того, как произошло зажигание. Такие события преждевременного воспламенения могут иметь типично повышенные температуры и давления в цилиндре, которые могут ухудшать рабочие характеристики и срок службы двигателя.
На этапе 308 может определяться, соответствует ли оцененный профиль температуры профилю преждевременного воспламенения. Например, может определяться, является ли пиковая температура первого профиля температуры в цилиндре более высокой, чем пороговая температура, и возникает ли за более чем пороговую длительность до (оцененного момента) лазерного зажигания. Пороговая длительность может включать в себя длительность, измеренную в секундах или градусах угла поворота коленчатого вала. Если да, то, на этапе 310 событие преждевременного воспламенения в цилиндре может подтверждаться. Кроме того, может увеличиваться значение счетчика преждевременных воспламенений в двигателе.
Если преждевременное воспламенение подтверждено, контроллер может настраивать рабочее состояние в ответ на указание преждевременного воспламенения. Настройка рабочего состояния может включать в себя настройку одного или более из момента лазерного зажигания и впрыска топлива в цилиндр на основании указания. Например, в ответ на указание преждевременного воспламенения, цилиндр, на который воздействует преждевременное воспламенение, может временно подвергаться обогащению (или обеднению). В качестве еще одного примера момент лазерного зажигания, находящийся под воздействием, может подвергаться запаздыванию дальше от MBT, может подвергаться запаздыванию момент срабатывания форсунки, и/или может снижаться нагрузка двигателя.
Если профиль температуры, считанный ИК-датчиком, не соответствует профилю преждевременного воспламенения, процедура переходит на этапе 312. В дополнение, после указания преждевременного воспламенения процедура переходит на этап 312. На этапе 312 процедура включает в себя воспламенение топливовоздушной смеси устройством лазерного зажигания в цилиндре двигателя. То есть, устройство лазерного зажигания может приводиться в действие согласно регулировкам (мощности, моменту, и т.д.), определенным ранее на этапе 304.
На этапе 314 вслед за приведением в действие устройства лазерного зажигания второй профиль температуры в цилиндре оценивается инфракрасным датчиком непосредственно вслед за лазерным зажиганием топливовоздушной смеси. По существу, будет принято во внимание, что первый профиль температуры в цилиндре оценивается непосредственно перед лазерным зажиганием топливовоздушной смеси и в том же цикле, что и лазерное зажигание, наряду с тем, что второй профиль температуры в цилиндре оценивается непосредственно вслед за лазерным зажиганием топливовоздушной смеси и в том же самом цикле, что и лазерное зажигание. Кроме того, каждый из первого и второго профилей температуры оценивается инфракрасным датчиком.
На этапе 316 второй профиль температуры в цилиндре может сравниваться с ожидаемым профилем сгорания, как пояснено ранее со ссылкой на фиг. 2. На основании второго профиля температуры в цилиндре, не соответствующего ожидаемому профилю, может указываться событие пропуска зажигания в цилиндре. В частности, на этапе 318 на основании пиковой температуры второго профиля температуры в цилиндре, находящейся выше, чем пороговая температура, и встречающейся более чем через пороговую длительность после события лазерного зажигания, может указываться событие пропуска зажигания. В ответ на указание пропуска зажигания, может увеличиваться значение счетчика пропусков зажигания.
От этапа 316 или 318 процедура переходит на этапе 320, чтобы определять детонацию в цилиндре на основании выходного сигнала датчика детонации, присоединенного к блоку цилиндров двигателя. Например, на основании выходного сигнала датчика детонации, находящегося выше, чем пороговое значение, и в пределах порогового диапазона угла поворота коленчатого вала, может указываться детонация в цилиндре. Таким образом, выходной сигнал датчика детонации может использоваться для идентификации детонации наряду с тем, что выходной сигнал ИК-датчика может использоваться для идентификации преждевременного воспламенения и пропусков зажигания. Кроме того, преждевременное воспламенение и детонация в цилиндре могут точно различаться.
В качестве одного из примеров контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью приводить в действие устройство лазерного зажигания для воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя. Контроллер, в таком случае может указывать детонацию в цилиндре на основании выходного сигнала датчика детонации, присоединенного к блоку цилиндров двигателя, наряду с указанием преждевременного воспламенения в цилиндре на основании первого профиля температуры в цилиндре, непосредственно предшествующего приведению в действие устройства лазерного зажигания, и наряду с указанием пропуска зажигания на основании второго профиля температуры в цилиндре, непосредственно следующего за приведением в действие устройства лазерного зажигания. В этом отношении каждый из первого и второго профилей температуры в цилиндре может оцениваться инфракрасным датчиком, присоединенным к цилиндру, и может оцениваться в том же самом цикле, что и событие лазерного зажигания.
Будет принято во внимание, что, несмотря на то, что процедуры по фиг. 2-3 показывают идентификацию событий аномального сгорания (пропусков зажигания или преждевременного воспламенения) на основании выходного сигнала ИК-датчика цилиндра, в кроме того других примерах, считанная информация инфракрасного излучения может использоваться для идентификации наличия нагара в цилиндре (такого как «места возникновения» сажи внутри цилиндра). Соответственно, на основании идентификации мест возникновения сажи, могут выполняться подавляющие действия. Например, информация инфракрасного излучения, считанная инфракрасным датчиком (в том числе, профиль температуры в цилиндре, оцененный инфракрасным датчиком) во время по меньшей мере такта впуска и такта сжатия события сгорания в цилиндре, может преимущественно использоваться для указания нагара в цилиндре. В одном из вариантов осуществления для выявления первичного присутствия мест возникновения, может использоваться одноэлементный ИК-датчик. В еще одном варианте осуществления для успешной идентификации местоположений мест возникновения, ИК-датчику было бы необходимо выдавать информацию о направлении, что могло бы достигаться посредством использования матрицы ПЗС. Способ только с присутствием может использоваться для подавления повышенной температуры в цилиндре наряду с тем, что информация о направлении была бы необходима для подавления непосредственно с использованием лазера. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью повышать температуру сгорания в цилиндре в ответ на информацию инфракрасного излучения, указывающую нагар, считанную в цилиндре. В качестве примера в вариантах осуществления, где двигатель сконфигурирован с лазерным зажиганием для воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре, повышение температуры сгорания может включать в себя повышение уровня мощности лазерного зажигания. В дополнительном еще одном примере в ответ на информацию инфракрасного излучения, указывающую нагар, контроллер может быть выполнен с возможностью временно увеличивать нагрузку двигателя для выжигания нагара в цилиндре. Например, продолжительная работа на более высоких RPM при стехиометрии или слегка беднее, и возле MBT может использоваться для повышения температуры в цилиндре, чтобы быстро выжигать нагар. К тому же, само лазерное излучение может использоваться для выжигания нагара, если известно его местоположение.
Далее, с обращением к фиг. 4, многомерная характеристика 400 изображает примерные профили температуры, оцененные ИК-датчиком, присоединенным к цилиндру двигателя. Примерные профили температуры могли собираться во время того же самого цикла, что и событие лазерного зажигания, в цилиндре. Разные профили температуры показаны со ссылкой на момент события лазерного зажигания (пунктирная линия). В частности, график 402 (сплошная линия) показывает профиль температуры в цилиндре для события нормального сгорания в цилиндре, график 404 (пунктирная линия) показывает профиль температуры в цилиндре для события пропуска зажигания в цилиндре наряду с тем, что график 406 (штрих-пунктирная линия) показывает профиль температуры цилиндра для события преждевременного воспламенения в цилиндре.
По существу, профиль температуры в цилиндре отражает тепло, вырабатываемое (во время сгорания) в цилиндре в течение события сгорания в цилиндре. Таким образом, во время события нормального сгорания, как показано на графике 402, температура в цилиндре может постепенно возрастать во время такта впуска и до такта сжатия до тех пор, пока не достигнута пиковая температура в цилиндре, во время рабочего такта вскоре после того, как топливовоздушная смесь воспламеняется в цилиндре событием лазерного зажигания. Затем, по мере того как цилиндр переходит в такт расширения, температура может падать вследствие выпускания продуктов сгорания из цилиндра.
В случае пропуска зажигания может происходить неполное сгорание. Следовательно, достигаемые пиковые температуры в цилиндре могут не быть настолько же высоки, как достигаемые во время нормального сгорания. Это отражено на графике 404, на котором пиковая температура в цилиндре, следующая за событием лазерного зажигания, находится существенно ниже, чем пиковая температура в цилиндре, достигнутая на графике 402. Кроме того, вследствие неполной природы сгорания пиковая температура может возникать позже в цикле сгорания. Как может быть видно посредством сравнения пикового значения графиков 402 и 404, в случае пропуска зажигания (график 404), пиковая температура возникает спустя более продолжительную длительность (или через большее количество градусов угла поворота коленчатого вала) после события лазерного зажигания. Таким образом, посредством сравнения ожидаемого профиля сгорания (графика 402) с оцененным профилем сгорания (графиком 404) во время цикла сгорания, событие пропуска зажигания в цилиндре, инициированное событием лазерного зажигания, может быстро идентифицироваться и подвергаться принятию ответных мер.
В случае преждевременного воспламенения, сгорание происходит раньше, чем ожидается, и самостоятельно. То есть, событие преждевременного воспламенения может происходить даже раньше, чем выполняется событие воспламенения. Кроме того, температуры сгорания, достигаемые во время преждевременного воспламенения, могут быть существенно более высокими, чем достигаемые во время нормального сгорания. Это отражено на графике 406, на котором пиковая температура в цилиндре достигается раньше в цикле сгорания (в частности, до события лазерного зажигания) и является существенно более высокой, чем пиковая температура в цилиндре, достигаемая на графике 402. Как может быть видно посредством сравнения пиковых значений графиков 402 и 406, в случае преждевременного воспламенения (график 406), пиковая температура возникает на некоторую длительность раньше, чем (или на некоторое количество градусов угла поворота коленчатого вала раньше, чем) событие лазерного зажигания. Таким образом, посредством сравнения ожидаемого профиля сгорания (графика 402) с оцененным профилем сгорания (графиком 406) во время цикла сгорания, событие преждевременного воспламенения в цилиндре, предшествующее событию лазерного зажигания, может быстро идентифицироваться и подвергаться принятию соответствующих ответных мер.
Таким образом, на основании взаимосвязи между профилем температуры в цилиндре, считанным инфракрасным датчиком и оцененным поблизости от события лазерного зажигания, могут идентифицироваться события аномального сгорания. Посредством соотнесения значительно более низкой (и поздней) выработки тепла в цилиндре вслед за событием лазерного зажигания с возникновением пропуска зажигания, событие пропуска зажигания в цилиндре может идентифицироваться, как только оно происходит, и может быстро подвергаться принятию ответных мер. Подобным образом, посредством соотнесения значительно более интенсивного (и раннего) формирования тепла в цилиндре, предшествующего событию лазерного зажигания, с возникновением преждевременного воспламенения, событие преждевременного воспламенения в цилиндре может идентифицироваться, как только оно происходит, и может быстро подвергаться принятию ответных мер. Посредством улучшения точности и достоверности выявления пропусков зажигания, а также проведения различия событий пропуска зажигания от других событий аномального сгорания, рабочие характеристики двигателя могут улучшаться.
Будет принято во внимание, что конфигурации и способы, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по сути, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Объект патентования настоящего раскрытия включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.
Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новых и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут ссылаться на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Должно быть понятно, 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 объект патентования настоящего раскрытия.