СПОСОБ И СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ПРЕЖДЕВРЕМЕННОГО ЗАЖИГАНИЯ
METHOD AND SYSTEM FOR EARLY TIMING CONTROL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее описание относится к способам и системам управления автомобильным двигателем при обнаружении преждевременного зажигания.
Уровень техники
В определенных рабочих условиях двигатели с высокой степенью сжатия или наддувом для повышения удельной мощности могут иметь тенденцию к воспламенению от преждевременного зажигания на низких оборотах. Раннее возгорание из-за преждевременного зажигания может приводить к очень высокому давлению в цилиндре и волнам давления сгорания, подобным детонации, но с большей интенсивностью. Разработаны стратегии прогнозирования и/или раннего обнаружения преждевременного зажигания на основании рабочих условий двигателя. Дополнительно, после обнаружения, могут быть предприняты различные шаги по предупреждению преждевременного зажигания.
Один из примеров подхода к решению проблемы преждевременного зажигания продемонстрирован Миядзаки с соавторами в патенте США №7275519. В этом подходе после выявления риска преждевременного зажигания немедленно осуществляется впрыск богатой смеси топлива в цилиндры в такте сжатия. После этого возобновляется впрыск топлива стехиометрического состава. В альтернативных подходах может осуществляться немедленный впрыск бедной смеси топлива в цилиндры с целью уменьшения риска преждевременного зажигания. Тем не менее, потенциальная проблема при реализации таких подходов заключается в том, что внезапное изменение соотношения между воздухом и топливом может привести к снижению эффективности катализатора, что приведет к ухудшению уровня выбросов выхлопных газов.
Раскрытие изобретения
Таким образом, в одном случае проблема может быть решена таким способом управления двигателем, при котором при появлении признака преждевременного зажигания в цилиндре в него подается топливо в смеси с воздухом богаче стехиометрической с первым коэффициентом избытка воздуха в течение первого периода времени, после чего переходят с первого коэффициента избытка воздуха на второй коэффициент избытка воздуха, отвечающий смеси беднее стехиометрического, в течение второго периода времени. При этом одно или более значений вторых коэффициентов избытка воздуха и вторых периодов времени могут определяться на основании одного или более значений первых коэффициентов избытка воздуха и первых периодов времени.
Например, контроллер двигателя может выполнить упреждающую оценку вероятности возникновения преждевременного зажигания, исходя из рабочих условий двигателя (таких как частота вращения двигателя, температура наддувочного воздуха, давление в коллекторе, октановое число топлива, количество случаев преждевременного зажигания в двигателе и т.д.), и может ограничить нагрузку на двигатель, исходя из вероятности возникновения преждевременного зажигания. Например, нагрузка на двигатель может быть ограничена по мере увеличения температуры наддувочного воздуха. Ограничивая нагрузку, а затем, медленно наращивая ограниченную нагрузку, можно сократить число случаев аномальных воспламенений, связанных с преждевременным зажиганием.
Однако преждевременное зажигание может возникнуть и после ограничения нагрузки. Преждевременное зажигание может быть выявлено на основе таких рабочих условий двигателя, как интенсивность детонации (определенная датчиком детонации), ускорение коленчатого вала (определенное датчиком коленчатого вала), ионизация свечи зажигания и/или на основе изменений давления в цилиндре, вызванных случаями аномальных воспламенений в цилиндре. В ответ на выявление признака преждевременного зажигания контроллер двигателя может выполнить операцию по подавлению преждевременного зажигания путем регулирования впрыска топлива. В таком случае затронутый цилиндр может снабжаться обогащенной смесью на протяжении некоторого периода времени, по прошествии которого цилиндр может снабжаться обедненной смесью в течение другого периода времени. Кроме того, исходя из истории преждевременных зажиганий цилиндра (например, определенной счетчиком преждевременных зажиганий), нагрузка на двигатель может ограничиваться еще более.
Во время операции по уменьшению преждевременного зажигания путем регулирования впрыска топлива контроллер двигателя может обогатить смесь в цилиндре, впрыскивая в цилиндр смесь топлива с первым коэффициентом избытка воздуха богаче стехиометрического в течение первого периода времени, которым может быть, например, первое число воспламенений. Такие условия обогащения (то есть в течение первого периода времени и при степени обогащения, отвечающей первому коэффициенту избытка воздуха) могут назначаться, исходя из рабочих условий двигателя (например, частоты вращения двигателя и нагрузки), обратной связи по преждевременному зажиганию (например, сигнал преждевременного зажигания), количества случаев и истории преждевременных зажиганий и характера преждевременного зажигания (например, является ли оно прерывистым или непрерывным). Например, в случае, если история показывает более частые случаи возникновения преждевременного зажигания (например, при большем числе случаев преждевременного зажигания), обогащение может выполняться в течение более длительного времени, и/или впрыскиваемая смесь может быть богаче. В другом случае, когда признак преждевременного зажигания основан на уровне давления сгорания в цилиндре или интенсивности детонации, обогащение может осуществляться в течение более длительного времени, а степень обогащения может быть повышена при более высоком давлении сгорания в цилиндре, более интенсивной вибрации или более интенсивной детонации в период преждевременного зажигания.
В данном случае путем обогащения цилиндра в ответ на возникновение преждевременного зажигания может быть достигнуто охлаждение воздуха, поступающего в цилиндр, что может снизить вероятность последующих аномальных воспламенений. Однако в результате впрыска смеси более богатой, чем при стехиометрическом соотношении воздуха к топливу (AFR), содержание кислорода в выхлопных газах также может снизиться, тем самым ухудшая эффективность катализатора в устройстве для снижения токсичности выхлопа.
Таким образом, в целях замедления потери свойств каталитического нейтрализатора из-за обогащения смеси в цилиндре, по окончании первого периода контроллер двигателя может перевести цилиндр от первого коэффициента избытка воздуха ко второму коэффициенту избытка воздуха, определяющему смесь беднее стехиометрической, для второго периода, который может определяться, например, вторым числом воспламенений. Один или более вторых периодов и вторых коэффициентов избытка воздуха при обеднении могут определяться на основании первого периода и первого коэффициента избытка воздуха во время предшествующего обогащения. Например, при увеличении степени обогащения первого впрыска богатой смеси может быть увеличен второй период впрыска бедной смеси (например, для большего числа воспламенений) и/или может быть увеличена степень обеднения впрыска топлива (то есть впрыскивается более бедная смесь). В одном случае контроллер может просуммировать количество избытка топлива, впрыснутого во время обогащения (или несгоревшего топлива, оставшегося после обогащения) и соответственно этому определить обеднение таким образом, чтобы количество избытка топлива, впрыснутого во время первого периода, компенсировалось количеством избытка кислорода в выхлопном газе, образованного во время второго периода. В альтернативном примере контроллер может просуммировать увеличение потребления кислорода по составу выхлопного газа и определить потенциальную потерю эффективности катализатора за (первый) период впрыска богатой смеси и соответственно откорректировать впрыск бедной смеси топлива таким образом, чтобы эффективность катализатора могла быть восстановлена. Например, впрыск бедной смеси топлива может продолжаться до тех пор, пока эффективность катализатора не вернется к пороговому значению. Корректируя таким образом впрыски богатого и бедного топлива, среднее соотношение воздуха к топливу на протяжении всего периода работы цилиндра может поддерживаться практически на уровне или близко к стехиометрическому. По окончании (второго) периода впрыска бедной смеси топлива контроллер может возобновить стехиометрический впрыск топлива в цилиндр в зависимости от рабочих условий двигателя.
Помимо операции по предотвращению преждевременного зажигания путем регулирования впрыска топлива, в ответ на появление признака преждевременного зажигания может быть ограничена нагрузка на двигатель. Например, нагрузка на двигатель может быть ограничена снижением расхода воздуха на двигатель одним или несколькими из следующих способов: уменьшением открытия заслонки, уменьшением наддува двигателя, регулировкой синхронизации распределительного вала, управлением срабатыванием клапанов или регулировкой перепускного клапана. Кроме того, сниженная нагрузка может затем увеличиваться с такой скоростью, чтобы скоординировать процесс ограничения нагрузки с процессом обогащения. Например, сниженная нагрузка может увеличиваться с такой скоростью, чтобы процесс обогащения и рост нагрузки завершились практически одновременно. Несмотря на то, что снижение нагрузки на двигатель еще более сокращает количество случаев преждевременного зажигания, эффект этого влияния на преждевременное зажигание может быть задержан до установления устойчивого расхода воздуха.
Более того, в дополнение к обогащению и ограничению нагрузки, можно изменять установку угла опережения зажигания на некоторую величину. В частности, можно сместить угол опережения зажигания относительно угла, имевшего место в момент обнаружения преждевременного зажигания, в направлении более раннего зажигания, в сторону МВТ. Величину угла опережения зажигания можно регулировать, исходя из текущей скорости вращения двигателя и/или степени обогащения. Таким образом, когда степень обогащения и/или длительность обогащения повышается, можно увеличить угол опережения зажигания. Так как в период обогащения цилиндр может быть менее чувствительным к углу опережения из-за смеси более богатой, чем отвечающая стехиометрическому соотношению воздуха к топливу, угол опережения можно успешно использовать вместе с регулированием обогащения для поддержания IMEP (среднего индикаторного эффективного давления) в условиях обогащенной смеси в цилиндре.
Таким образом, обогащение топлива в цилиндре может использоваться для быстрого (и по сути немедленного) контроля преждевременного зажигания цилиндра, в то время как корректировка расхода воздуха и нагрузки на двигатель может использоваться для дополнительного, но при этом медленного контроля преждевременного зажигания цилиндра. Обогащая цилиндр в ответ на признак преждевременного зажигания, для подавления преждевременных зажиганий можно использовать эффект охлаждения воздуха во впрыскиваемой смеси. Обедняя смесь в цилиндре по окончании периода обогащения, можно возвращать уровни кислорода в выхлопных газах в определенные пределы таким образом, чтобы эффективность катализаторов выбросов не ухудшалась. Таким образом, преждевременное зажигание может быть предотвращено без ухудшения эффективности катализатора и уровня выбросов в выхлопе.
Следует понимать, что изложенное выше краткое описание приведено в качестве концепции в упрощенной форме, которая более досконально описана в приведенном ниже подробном описании. Это описание не предназначено для выявления ключевых или существенных особенностей заявленного изобретения, объем которого определяется формулой изобретения, приведенной после подробного описания. Кроме того, заявленное изобретение не ограничивается вариантами исполнения, которые устраняют какие-либо недостатки, отмеченные выше или в какой-либо части данного документа.
Краткое описание чертежей
ФИГ.1 представляет пример камеры сгорания.
ФИГ.2 является блок-схемой на верхнем уровне алгоритма контроля преждевременного зажигания, основанного на упреждающей оценке вероятности преждевременного зажигания, а также на обратной связи по сигналу преждевременного зажигания.
ФИГ.3 является блок-схемой на верхнем уровне алгоритма ограничения нагрузки на двигатель на основе упреждающей оценки вероятности преждевременного зажигания в двигателе.
ФИГ.4 является блок-схемой на верхнем уровне алгоритма обновления счетчика преждевременного зажигания и последующего ограничения нагрузки на двигатель в ответ на появление признака преждевременного зажигания.
ФИГ.5 представляет собой схему процесса подавления преждевременных зажиганий.
ФИГ.6 является блок-схемой на верхнем уровне процесса осуществления впрыска топлива с контролем преждевременного зажигания в соответствии с данным изобретением.
ФИГ.7 является блок-схемой на верхнем уровне процесса регулирования характеристик обогащения и ограничения нагрузки в цилиндре, блоке или двигателе, на основании показаний счетчика преждевременных зажиганий и характера преждевременного зажигания.
ФИГ.8 и 9 демонстрируют пример осуществления впрыска топлива в соответствии с данным изобретением.
Осуществление изобретения
Настоящее описание относится к системам и способам снижения риска аномального воспламенения, связанного с преждевременным зажиганием, в системе двигателя, подобного изображенному на ФИГ.1. Как показано на ФИГ.2-5, контроллер двигателя может сначала определить вероятность преждевременного зажигания на основании рабочих условий двигателя и ограничить нагрузку на двигатель на основании вычисленной вероятности. Далее, в ответ на сигнал преждевременного зажигания, контроллер может обновить историю преждевременных зажиганий (включая подсчет их количества) и далее ограничивать нагрузку на двигатель. Затем контроллер может регулировать впрыск топлива в один или несколько цилиндров для контроля преждевременного зажигания без ухудшения уровня выбросов в выхлопе. Например, контроллер может быть сконфигурирован на выполнение управляющей программы, подобной изображенной на ФИГ.6, для обогащения цилиндров в течение первого периода, охлаждения воздуха, поступающего в цилиндр, и снижения риска дальнейших аномальных воспламенений в цилиндре. Обогащение и ограничение нагрузки можно регулировать с учетом рабочих условий двигателя, характера преждевременного зажигания, его счетчика и пр. Например, контроллер может выполнять программу (ФИГ.7) повышения степени и длительности обогащения и увеличения ограничения нагрузки, когда увеличиваются показания счетчика преждевременных зажиганий и/или когда преждевременные зажигания становятся более частыми. После обогащения цилиндры могут переходить на обедненную смесь на время второго периода. Обеднение можно регулировать на основании предыдущего обогащения таким образом, чтобы вернуть уровни кислорода в выхлопе в диапазон, при котором эффективность катализа выбросов не снижается. После выполнения процесса впрыска, подавляющего преждевременное зажигание, контроллер может вернуться к стехиометрическому впрыску. Пример выполнений процесса впрыска топлива приведен на ФИГ.8-9. Контроллер может сохранять подробную информацию о преждевременном зажигании в базе данных для совершенствования оценки вероятности преждевременных зажиганий в будущем.
На ФИГ.1 представлен пример конструкции камеры сгорания или цилиндра двигателя внутреннего сгорания 10. Двигатель 10 может воспринимать управляющие параметры от системы управления, включающей контроллер 12, и входные сигнала от водителя 130 через входное устройство 132. В данном примере входное устройство 132 включает педаль акселератора и датчик положения педали 134 для генерирования сигнала, пропорционального положению педали, PP. Цилиндр 14 (также называемый «камерой сгорания») двигателя 10 может включать стенки камеры сгорания 136 и поршень 138, расположенный внутри нее. Поршень 138 может соединяться с коленчатым валом 140 таким образом, что возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может соединяться по крайней мере с одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства через трансмиссию. Далее, стартер может соединяться с коленчатым валом 140 через маховик для запуска двигателя 10.
Цилиндр 14 может принимать всасываемый воздух через ряд каналов для всасывания воздуха 142, 144 и 146. Помимо цилиндра 14, канал всасывания воздуха 146 может быть связан и с другими цилиндрами двигателя 10. В некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько каналов всасывания могут включать устройство наддува, например, турбокомпрессор или нагнетатель. Например, на ФИГ.1 двигатель 10 оснащен турбокомпрессором, включающим компрессор 174 между каналами всасывания 142 и 144 и газовую турбину 176 в канале всасывания 148. Компрессор 174 может по крайней мере частично приводиться в движение от газовой турбины 176 через вал 180, когда устройство наддува представляет собой турбокомпрессор. Однако в других случаях, когда двигатель 10 оснащен нагнетателем, газовой турбиной 176 можно пренебречь, когда компрессор 174 может механически соединяться с электродвигателем или двигателем внутреннего сгорания. Дроссель 20, включающий дроссельную заслонку 164, предусмотрен в канале всасывания двигателя для изменения расхода и/или давления воздуха, всасываемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 20 расположен после компрессора 174 (ФИГ.1) или, как вариант, перед компрессором 174.
Выхлопные газы могут поступать в выхлопной канал 148 не только из цилиндра 14, но и дополнительно из других цилиндров двигателя 10. Датчик выхлопного газа 128 показан подключенным к выхлопному каналу 148 перед устройством снижения токсичности выхлопа 178. Датчик 128 может быть взят из ряда подходящих датчиков, обеспечивающих индикацию соотношения топлива и воздуха в выхлопном газе, как например, линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в выхлопном газе), датчик кислорода с двумя состояниями или EGO (как на чертеже), HEGO (EGO с обогревом), датчик NOx (окислов азота), НС (углеводородов) или СО (угарного газа). Устройством снижения токсичности выхлопа 178 может быть трехкомпонентный нейтрализатор (TWC), ловушка окислов азота, различные другие устройства или их сочетания.
Температура выхлопа может измеряться одним или несколькими термодатчиками (не показаны) в выхлопном канале 148. Альтернативно, эта температура может рассчитываться по таким рабочим параметрам двигателя, как скорость вращения, нагрузка, отношение воздух/топливо в смеси или коэффициент избытка воздуха (AFR), задержка искры и др. Кроме того, эта температура может вычисляться по одному или нескольким сигналам от датчиков выхлопного газа 128. Должно быть очевидно, что температура выхлопа альтернативно может быть оценена любым сочетанием указанных здесь методов определения температуры.
Каждый цилиндр двигателя 10 может включать один или несколько впускных клапанов и один или несколько выпускных клапанов. Например, показан цилиндр 14 с одним впускным тарельчатым клапаном 150 и одним выпускным тарельчатым клапаном 156, расположенными в верхней части цилиндра 14. В некоторых реализациях каждый цилиндр двигателя 10, включая цилиндр 14, оснащен не менее чем двумя впускными тарельчатыми клапанами и не менее чем двумя выпускными тарельчатыми клапанами в верхней части цилиндра.
Впускной клапан 150 может регулироваться контроллером 12 через систему привода распределительного вала 151. Аналогично, выпускной клапан 156 может регулироваться контроллером 12 через систему привода распределительного вала 153. Каждая система 151 и 153 может включать один или несколько распределительных валов и использовать системы переключения профилей кулачков (CPS), регулирования синхронизации распределительного вала (VCT), управления срабатыванием клапанов (VVT) и/или регулирования хода клапанов (VVL), которые могут управляться контроллером 12 с целью варьирования работы клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться соответственно датчиками 155 и 157 положения клапанов. В альтернативных реализациях изобретения впускной и/или выпускной клапан может регулироваться электроприводом. Например, цилиндр 14 может дополнительно содержать впускной клапан, регулируемый электроприводом, и выпускной клапан, регулируемый приводом распределительного вала, включая системы CPS и/или VCT. В других вариантах осуществления изобретения впускные и выпускные клапаны могут регулироваться общим исполнительным механизмом или системой привода клапанов, или исполнительным механизмом или системой привода регулируемых фаз газораспределения.
Степень сжатия цилиндра 14 представляет собой отношение объема с поршнем 138 в нижней точке к объему с поршнем 138 в верхней точке. Общепринято, что степень сжатия лежит в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых случаях, связанных с использованием различных топлив, степень сжатия может повышаться. Это может произойти, например, когда используются топлива с более высоким октановым числом или топлива с более высокой скрытой энтальпией парообразования. При прямом впрыске степень сжатия также может повышаться из-за того, что степень сжатия влияет на детонацию двигателя.
В некоторых реализациях изобретения каждый цилиндр двигателя 10 может включать свечу зажигания 192 для инициирования воспламенения. Система зажигания 190 может создавать искру зажигания в камере сгорания 14 с помощью свечи зажигания 192 в ответ на сигнал угла опережения зажигания SA от контроллера 12, в соответствии с выбранными рабочими режимами. Однако в некоторых реализациях свеча зажигания 192 может отсутствовать, например, когда двигатель 10 может инициировать возгорание топлива самовоспламенением или впрыском топлива, что возможно, например, в некоторых дизельных двигателях.
В некоторых реализациях каждый цилиндр двигателя 10 может быть оснащен одной или несколькими топливными форсунками для подачи в него топлива. Например (но без ограничения рамками данного примера), показан цилиндр 14, включающий топливную форсунку 166. Показанная топливная форсунка 166 непосредственно подключена к цилиндру 14 для прямого впрыска топлива в этот цилиндр пропорционально длительности импульса сигнала FPW, получаемого от контроллера 12 через электронное устройство управления 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает прямой впрыск (далее - DI) топлива в камеру сгорания 14. Несмотря на то, что на ФИГ.1 форсунка 166 показана как боковая, она может быть расположена над поршнем, например, рядом со свечой 192. Такое положение может улучшить смешение и воспламенение при работе двигателя с топливом на основе спирта из-за его низкой летучести. Как альтернатива, форсунка может быть расположена вверху рядом с впускным клапаном для улучшения смешения. Топливо может подаваться в форсунку 166 из топливной системы высокого давления 8, содержащей топливные баки, топливные насосы и топливного распределителя. Как альтернатива, топливо подается одноступенчатым насосом под низким давлением, при этом синхронизация прямого впрыска во время такта сжатия может ограничиваться больше, чем при использовании топливной системы высокого давления. Также (не показано) топливные баки могут оснащаться датчиком давления, сигнал которого поступает в контроллер 12. Понятно, что в альтернативной реализации изобретения форсунка 166 может впрыскивать топливо во впускной канал, расположенный выше цилиндра 14.
Также очевидно, что, несмотря на то, что в изображенном варианте изобретения топливо впрыскивается через одну прямую форсунку, в альтернативных вариантах могут использоваться две форсунки (например, прямая форсунка и форсунка впрыска во впускной канал), причем может варьироваться относительная величина впрыска от каждой форсунки.
Топливо может подаваться форсункой в цилиндр в течение отдельного цикла работы цилиндра. Более того, распределение и/или относительное количество топлива, поступающего через форсунку, может изменяться пропорционально рабочим условиям. Более того, для одного воспламенения за цикл может осуществляться несколько впрысков поступающего топлива. Множественные впрыски могут осуществляться в течение такта сжатия, такта впуска или какой-либо соответствующей их комбинации. Также (ФИГ.6) топливо может впрыскиваться в течение цикла для регулировки коэффициента избытка воздуха (AFR) при горении. Например, топливо впрыскивается, обеспечивая стехиометрический AFR. Датчик AFR может быть введен для оценки AFR в цилиндре. В одном случае датчик AFR является датчиком выхлопного газа (например, EGO 128). Датчик может определить AFR, измеряя количество остаточного кислорода (для обедненных смесей) или несгоревших углеводородов (для богатых смесей) в выхлопном газе. При этом AFR может быть выражен значением лямбда (λ), т.е. отношением фактического AFR к стехиометрическому для данной смеси. Таким образом, значение λ=1,0 означает стехиометрическую смесь, λ<1,0 означает смесь богаче стехиометрической, λ>1,0 - смесь беднее стехиометрической.
Как указано выше, на ФИГ.1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Каждый цилиндр аналогично может включать свой набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку(-и), свечу зажигания и др.
В топливных баках топливной системы 8 может находиться топливо различного качества, например, различного состава. Такие различия включают различное содержание спиртов, различные октановые числа, различные теплоты парообразования, различные смеси и/или их сочетания и др.
Как видно на ФИГ.2-7, на основании рабочих условий двигателя и истории преждевременных зажиганий в цилиндре контроллер двигателя может определять вероятность преждевременных зажиганий и упреждающе регулировать нагрузку на двигатель. В ответ на последующее преждевременное зажигание в цилиндре, контроллер может ограничить нагрузку на двигатель и отрегулировать впрыск топлива в цилиндр на определенное число последующих воспламенений с целью обогащения цилиндра и уменьшения таких преждевременных зажиганий. В одном случае выявление преждевременного зажигания может включать в себя обнаружение аномального воспламенения и отличие такого воспламенения из-за детонации от воспламенения из-за преждевременного зажигания. Например, для индикации аномального воспламенения в цилиндре комбинируются входные сигналы от датчика детонации внутри цилиндра и датчика ускорения коленчатого вала, Датчиком детонации может быть акселерометр на блоке цилиндров или датчик ионизации, встроенный в свечу зажигания каждого цилиндра. На основании сигнала датчика детонации, например, фазы, амплитуды, интенсивности, частоты и т.д. сигнала и/или на основании сигнала ускорения коленчатого вала, контроллер идентифицирует преждевременное зажигание. Например, показателем преждевременного зажигания может быть более ранний, больший и/или более частый сигнал от датчика детонации, в то время как детонация может индицироваться в ответ на более поздний, меньший и/или менее частый сигнал от датчика детонации. Кроме этого, индикация преждевременного зажигания может отличаться от индикации детонации, основанной на рабочих условиях двигателя в момент выявления аномального воспламенения. Например, такое выявление аномального воспламенения на повышенных оборотах и нагрузках двигателя может приписываться детонации, тогда как на пониженных оборотах и нагрузках может восприниматься как признак преждевременного зажигания. Таким образом, меры по уменьшению детонации могут отличаться от мер контроллера по отношению к преждевременному зажиганию. Например, детонацией можно управлять, задерживая искру и EGR. Меры в отношении преждевременного зажигания показаны на ФИГ.2-7.
Контроллером 12 (ФИГ.1) является микрокомпьютер, включающий микропроцессор 106, порты ввода-вывода 108, запоминающее устройство для исполняемых программ и значений калибровок (постоянное запоминающее устройство 110 в данном конкретном примере), оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимую память 114 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы датчиков, подключенных к двигателю 10, в дополнение к ранее описанным сигналам, включая: сигнал массового расхода засасываемого воздуха (MAF) от датчика массового расхода воздуха 122; сигнал температуры охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) от термодатчика 116, подключенного к охлаждающей гильзе 118; сигнал о положении коленчатого вала для синхронизации зажигания (PIP) от датчика Холла 120 (или другого типа), подключенного к коленчатому валу 140; сигнал положения заслонки (ТР) от датчика положения заслонки; сигнал абсолютного давления в коллекторе (MAP) от датчика 124; AFR цилиндра от датчика EGO 128; сигнал аномального воспламенения от датчика детонации и сигнал датчика ускорения коленчатого вала. Сигнал скорости вращения двигателя (частота оборотов) может генерироваться контроллером 12 по сигналу PIP. Сигнал давления в коллекторе MAP от датчика давления в коллекторе может использоваться для индикации вакуума или давления во впускном коллекторе.
Постоянное запоминающее устройство 110 может быть запрограммировано на исполнение команд, исполняемых процессором 106, для выполнения процедур, описанных ниже, а также других возможных вариантов, которые подразумеваются, но специально не описаны.
Контроллер двигателя 12 может конфигурироваться для прогнозирования преждевременного зажигания на основании показателей рабочих условий двигателя и для ограничения нагрузки на двигатель на основании упреждающей оценки вероятности такого зажигания. Как показано на ФИГ.3, стохастическая модель может использоваться для определения вероятности преждевременного зажигания на основании таких рабочих условий двигателя, как давление в коллекторе двигателя, температура, октановое число и лямбда, а также на основании истории случаев преждевременного зажигания двигателя. Эта история может использоваться для определения числа таких зажиганий за срок службы транспортного средства, за данный ездовой цикл двигателя, а также количества таких зажиганий, идущих подряд. При появлении преждевременного зажигания счетчик и история могут обновляться, и обновленная информация может использоваться для уточнения вероятности преждевременного зажигания, вычисляемой по стохастической модели с обратной связью. Сам случай преждевременного зажигания может индицироваться на основании сигналов от нескольких датчиков. Для определения достоверности сигнала, индицирующего преждевременное зажигание, могут применяться весовые коэффициенты. При выявлении события преждевременного зажигания обогащение смеси в цилиндре может быть выполнено немедленно для получения быстрого отклика, при этом нагрузка на двигатель может быть далее ограничена для обеспечения медленного отклика на преждевременное зажигание. Благодаря использованию быстрой процедуры, основанной на регулировании впрыска топлива, и медленной процедуры, основанной на регулировании нагрузки двигателя, уменьшается количество преждевременных воспламенений в дальнейшем.
Теперь обратимся к ФИГ.2, на которой дан пример программы 200 по управлению преждевременным зажиганием в цилиндре, использующей предварительные действия на основе упреждающей оценки вероятности, и ответные действия как реакцию на возникновение такого зажигания.
На шаге 202 могут быть определены рабочие условия двигателя. Они могут включать, например, скорость двигателя, крутящий момент, нагрузку на двигатель, температуру в двигателе, давление в коллекторе двигателя, температуру воздуха и др. На шаге 204 и как далее показано на ФИГ.3, вероятность преждевременного зажигания может предварительно определяться на основании оценки рабочих условий двигателя и далее на основе истории таких зажиганий двигателя. На шаге 206, нагрузка на двигатель может быть ограничена на основе упреждающей оценки вероятности преждевременного зажигания. Как показано на ФИГ.3 ниже, действия могут включать снижение объема воздуха, подаваемого в двигатель, а также замедление роста ограничения нагрузки на двигатель таким образом, чтобы снизить вероятность возникновения неожиданных аномальных воспламенений. Ограничение нагрузки на двигатель может включать снижение расхода воздуха за счет уменьшения открытия заслонки, регулировки синхронизации перепускной заслонки для выхлопных газов, клапанов и/или распределительного вала, или снижения наддува.
Однако преждевременное зажигание может возникнуть даже после ограничения нагрузки на двигатель. На шаге 208 проверяется возникновение (или признак) преждевременного зажигания цилиндра. Признак преждевременного зажигания может быть основан на одной или нескольких следующих характеристиках: давление в цилиндре, интенсивность детонации, ускорение коленчатого вала и ионизация свечи зажигания. Если преждевременное зажигание цилиндра не происходит или отсутствуют признаки такого зажигания, программа может прекратить ограничивать нагрузку на двигатель. Однако если признак преждевременного зажигания цилиндра подтвержден, то на шаге 210 нагрузка на двигатель может и далее ограничиваться. Ограничение может быть введено на основании обратной связи по преждевременному зажиганию, значений обновленного счетчика событий преждевременного зажигания и характера обнаруженного преждевременного зажигания. Как показано на ФИГ.4, признак преждевременного зажигания может основываться как минимум на ускорении коленчатого вала и интенсивности детонации, и соответственно история такого зажигания, включая его счетчик, может обновляться в базе данных. Как показано на ФИГ.7 ниже, величина и скорость ограничения нагрузки могут регулироваться на основании того, каков характер преждевременного зажигания (непрерывный или прерывистый), каково количество таких зажиганий, достигнут ли количественный порог таких зажиганий и др. Действия по дальнейшему ограничению нагрузки могут включать дальнейшее снижение расхода воздуха за счет уменьшения наддува устройством наддува (например, турбокомпрессором), уменьшение открытия заслонки и/или регулирование синхронизации распределительного вала с помощью механизма регулирования синхронизации распределительного вала, посредством чего регулируется синхронизация клапанов. Таким образом, ограничение нагрузки может быть более медленным ответом на возникновение преждевременного зажигания, так как для этого может требоваться стабилизация расхода воздуха двигателя.
На шаге 212, также в ответ на возникновение преждевременного зажигания, может быть выполнена операция по уменьшению такого зажигания на основании регулирования впрыска топлива. В частности, с целью уменьшения вероятности преждевременного зажигания, смесь в цилиндре можно обогатить для практически немедленного охлаждения воздуха, засасываемого в цилиндр. Параметры обогащения впрыска (например, степень обогащения, отношение воздуха к топливу в смеси и период обогащения) могут настраиваться на основании признака преждевременного зажигания, обратной связи по такому зажиганию, показаний обновленного счетчика и характера такого зажигания. Например, там, где признак преждевременного зажигания основан как минимум на интенсивности детонации, на ее основе может регулироваться обогащение. Например, степень и длительность обогащения могут повышаться тогда, когда повышается интенсивность детонации (в момент появления признака преждевременного зажигания). Как показано на ФИГ.6, регулируя обогащение в ответ на подробные данные о преждевременном зажигании, таким зажиганием можно управлять более или менее активно, если требуется. После обогащения, для компенсации возможного падения КПД каталитического конвертера из-за низких уровней кислорода в выхлопном газе, впрыск топлива может производиться с последующим обеднением. В частности, цилиндр может быть обеднен, параметры обеднения впрыска (например, степень обедненности, коэффициент избытка воздуха и длительность обеднения) могут регулироваться на основе предшествующего обогащения.
Дополнительно или опционально контроллер двигателя может быть сконфигурирован на регулировку угла опережения зажигания в затронутом цилиндре и/или других цилиндрах. Например, опережение зажигания может регулироваться на некоторую величину относительно характеристик в момент обнаружения преждевременного зажигания, в направлении максимального тормозного момента (МВТ). Величину угла опережения зажигания можно регулировать на основании одной или более характеристик скорости двигателя и обогащения. В одном случае, когда степень и/или длительность обогащения повышается, можно увеличить угол опережения зажигания. Так как цилиндр может быть менее чувствительным к углу опережения из-за смеси более богатой, чем при стехиометрическом отношении воздуха к топливу, регулировку угла опережения можно успешно использовать вместе с регулировкой обогащения для поддержания среднего индикаторного эффективного давления (IMEP) в условиях богатой смеси в цилиндре. В одном примере осуществления изобретения опережение зажигания можно модифицировать для всего двигателя. В другом случае это опережение модифицируется для затронутого цилиндра, при этом оставаясь неизменным для остальных цилиндров. В еще одном случае опережение зажигания можно зафиксировать для всего двигателя.
Несмотря на то, что в примере показано обогащение цилиндра и ограничение нагрузки на двигатель в ответ на подобный признак преждевременного зажигания, в альтернативном варианте осуществления изобретения обогащение и ограничение нагрузки могут выполняться в ответ на различные признаки преждевременного зажигания, при этом различные признаки имеют различные пороги. Например, цилиндр может быть обогащен в ответ на первый признак преждевременного зажигания в цилиндре, если этот первый признак выше первого порога. Для сравнения, в ответ на второй признак в цилиндре, если второй признак выше второго порога, цилиндр может быть обогащен и нагрузка на этот цилиндр может быть ограничена. Здесь второй порог может быть выше первого. В одном случае, когда признак преждевременного зажигания в цилиндре основан на интенсивности детонации в цилиндре, управлять таким зажиганием можно только обогащая цилиндр, когда интенсивность детонации превышает первый, более низкий порог. Для сравнения, преждевременным зажиганием цилиндра можно управлять, обогащая этот цилиндр и ограничивая нагрузку на этот цилиндр, когда интенсивность детонации превышает второй, более высокий порог.
На шаге 214 база данных может быть обновлена подробными данными о текущем уменьшении событий преждевременного зажигания. Это может включать обновление одного или нескольких счетчиков преждевременного зажигания, данных о величине ограничения нагрузки, используемых для управления преждевременным зажиганием, данные об обогащении, используемые для того же управления, а также об эффективности применяемых методов. По существу, если увеличивается количество случаев возникновения преждевременного зажигания в цилиндре, склонность этого цилиндра к преждевременному зажиганию также может расти. Поэтому, благодаря обновлению базы данных информацией о случаях преждевременного зажигания цилиндра, можно предупреждать и регулировать будущие преждевременные зажигания более эффективно. Например, когда число случаев преждевременного зажигания данного цилиндра растет, величина упреждающего ограничения нагрузки на данный цилиндр (или блок) может быть увеличена (например, относительно предыдущего цикла). Кроме того, в случае дальнейшего возникновения случаев преждевременного зажигания в данном цилиндре, несмотря на ограничение нагрузки, впрыск топлива в цилиндр можно сделать богаче или дольше. Таким образом, методы упреждения и обратной связи можно использовать для более эффективного прогнозирования и решения проблем преждевременного зажигания в цилиндре.
Следует иметь в виду, что вместе с мерами по подавлению преждевременного зажигания можно предпринять дополнительные меры по упреждающему управлению NVH (шум, вибрация, сотрясения) и колебаниями, возникающими во время преждевременного зажигания. Например, сцепление муфты гидротрансформатора и/или муфты переключения передач под нагрузкой можно регулировать в тех областях скорости-нагрузки двигателя, где высока вероятность преждевременного зажигания, для уменьшения передачи ощутимых вибраций карданной передачи. Например, величину проскальзывания гидротрансформатора можно повышать в областях, где нагрузка на двигатель близка к нагрузочным пределам, для смягчения шума, вибраций и сотрясений в случае преждевременного зажигания, если такой случай может возникнуть. В одном случае величину проскальзывания гидротрансформатора можно регулировать по разомкнутому контуру управления. Таким образом, путем регулирования проскальзывания муфты гидротрансформатора, гидравлическое демпфирование ощутимого воздействия первого преждевременного зажигания может быть увеличено, в результате повышается качество управления транспортным средством, ощущаемое водителем.
Теперь обратимся к ФИГ.3, на которой приведен пример программы 300 по оценке вероятности преждевременного зажигания на основании рабочих условий двигателя и истории таких зажиганий. Определяя упреждающую оценку вероятности преждевременного зажигания, нагрузку на двигатель можно ограничивать заранее на основе склонности цилиндра к такому зажиганию, таким образом уменьшая случаи аномального воспламенения, связанные с преждевременным зажиганием.
На шаге 302 программа включает оценку, вынесение заключения и/или измерение в отношении давления в коллекторе (MAP), температуры воздуха в коллекторе (МСТ), коэффициента избытка воздуха AFR (лямбда), октанового числа, скорости (и нагрузки) двигателя и счетчика преждевременного зажигания. Например, подсчет преждевременных зажиганий может включать как минимум подсчет преждевременных зажиганий двигателя за поездку и подсчет преждевременных зажиганий за его срок службы. Подсчет преждевременных зажиганий за поездку двигателя может включать оценку общего числа случаев преждевременного зажигания в двигателе за текущую поездку или за цикл двигателя. Подсчет преждевременных зажиганий за срок службы двигателя может включать оценку общего числа преждевременных зажиганий в двигателе за срок службы двигателя. Таким образом, число преждевременных зажиганий за срок службы двигателя и число преждевременных зажиганий за поездку двигателя могут быть получены на основе подсчетов преждевременных зажиганий за срок службы и поездку по отдельным цилиндрам. Подсчет преждевременных зажиганий может показывать историю таких зажиганий для каждого цилиндра и может коррелировать с тенденцией каждого двигателя к преждевременному зажиганию. Таким образом, на основании комбинации счетчиков каждого цилиндра, может быть оценена тенденция двигателя к преждевременному зажиганию. Как показано далее, история и подсчет преждевременных зажиганий каждого цилиндра и, таким образом, двигателя, могут обновляться в конце каждого цикла и может использоваться для определения того, как регулировать параметры обогащения и ограничение нагрузки при возникновении преждевременного зажигания цилиндра.
На шаге 304 программа может включать определение текущей коррекции состава топливовоздушной смеси (LAMBSE). В одном случае LAMBSE может быть определена путем сравнения соотношения воздуха к топливу по карте со стехиометрическим соотношением воздуха к топливу. На шаге 306 может быть определена «относительная эффективность» («КПД») преждевременного зажигания (то есть вероятность преждевременного зажигания) на основании вычисленной LAMBSE. В общем, при обогащении топливовоздушных смесей по стехиометрическим соотношениям воздуха к топливу, склонность к преждевременному зажиганию может снизиться. Подобным образом, при обеднении топливовоздушных смесей по стехиометрическим соотношениям воздуха к топливу, склонность к преждевременному зажиганию также может снизиться. Однако, при легком обеднении топливовоздушных смесей по стехиометрическим соотношениям воздуха к топливу, склонность к преждевременному зажиганию может возрасти.
На шаге 308 могут быть определены верхний и нижний пределы нагрузки на двигатель. В одном случае верхний предел нагрузки может быть оценен по таблице верхнего предела нагрузки, в которой используется температура воздуха в коллекторе (МСТ) и скорость двигателя (Ne) и вычисляются ограничения нагрузки в «идеальных» условиях и/или с высоким октановым числом. Аналогично, нижний предел нагрузки может быть оценен по таблице нижнего предела нагрузки, в которой также используется температура воздуха в коллекторе (МСТ) и скорость двигателя (Ne) и вычисляются ограничения нагрузки в «аномальных» условиях и/или с низким октановым числом. На шаге 310 по «относительной эффективности» можно определить приведенную допустимую нагрузку, суммируя данные, полученные из таблиц верхнего и нижнего предела нагрузки. Например, «относительной эффективностью», выводимой контроллером, может быть число от 0 до 1, и оно может использоваться как интерполяционный множитель вычисленных верхнего и нижнего пределов нагрузки. На шаге 312 определенную приведенную допустимую нагрузку (предел нагрузки) можно медленно повышать так, чтобы подавить возмущения крутящего момента. В частности, приведенную допустимую нагрузку можно отфильтровать (например, с помощью фильтра скользящего среднего) по времени (например, используя постоянную величину фильтра) для медленного роста определенной приведенной допустимой нагрузки. Контроллер может координировать рост нагрузки впрыском топлива в двигатель с целью подавления возмущений крутящего момента. Таким образом, возникновение аномальных воспламенений, связанных с преждевременным зажиганием, можно снизить, упреждающе определяя вероятность преждевременного зажигания и снижая нагрузку на двигатель и/или поток воздуха, основываясь на вероятности преждевременного зажигания.
Однако даже после ограничения нагрузки и медленного ее роста существует вероятность преждевременных зажиганий, определяемая условиями работы двигателя в реальном времени. Таким образом, в ответ на неожиданное возникновение преждевременного зажигания в цилиндре, для уменьшения преждевременного зажигания посредством впрыска топлива контроллер двигателя может быть настроен на дальнейшее ограничение нагрузки и обогащение смеси в цилиндре. Из-за задержек в системе двигателя снижение нагрузки и/или потока воздуха является относительно медленно действующим механизмом управления. Задержки могут быть связаны, например, с эффектами заполнения коллектора и величиной постоянной времени, характеризующей время достижения устойчивого потока воздуха. Таким образом, эффект снижения нагрузки на снижение вероятности преждевременного зажигания может быть задержан до стабилизации потока воздуха. Для сравнения, регулировки, основанные на обогащении, могут давать быстрый эффект, так как величина поступающего в цилиндр топлива может практически сразу же изменяться от нуля (отсечка цилиндра) до значения, превышающего заданное соотношение топливовоздушной смеси (богаче стехиометрического). Как показано на ФИГ.6, при обнаружении преждевременного зажигания, когда топливо в цилиндре мгновенно обогащается, мгновенно осуществляется охлаждение воздуха, засасываемого в цилиндр, и тем самым быстро снижается вероятность аномального воспламенения в цилиндре, связанного с преждевременным зажиганием.
Теперь обратимся к ФИГ.4, на которой показан пример программы 400 идентификации и обнаружения аномального воспламенения, связанного с преждевременным зажиганием, обновления счетчика преждевременного зажигания и дальнейшего ограничения нагрузки на двигатель, основанного на признаке преждевременного зажигания.
На шаге 402 данные по ускорению коленчатого вала могут быть определены, например, по сигналу датчика ускорения коленчатого вала. На шаге 404 данные ускорения коленчатого вала могут быть обработаны для определения «достоверности по коленчатому валу», то есть достоверности сигнала преждевременного зажигания, основанного на данных по ускорению коленчатого вала. Таким образом, «достоверность по коленчатому валу», может отражать потенциальную возможность преждевременного зажигания, основанную на данных по ускорению коленчатого вала. В одном случае контроллер может использовать функцию, использующую данные из таблицы скорости и нагрузки на двигатель вместе с данными по ускорению коленчатого вала, для определения «достоверности по коленчатому валу». Эта функция может быть выполнена так, что для данной комбинации скорости и нагрузки на двигатель, ячейки, где отношение сигнал-шум данных по ускорению коленчатого вала выше, приведут к повышенной «достоверности по коленчатому валу», тогда как ячейки, где данные по ускорению коленчатого вала более склонны к шуму (например, из-за крутильных вибраций коленчатого вала), приведут к пониженной «достоверности по коленчатому валу».
На шаге 406 интенсивность детонации может быть определена, например, по сигналу датчика детонации. На шаге 408 интенсивность детонации может быть обработана для определения «достоверности по детонации», представляющей собой вероятность преждевременного зажигания, основанную на данных по детонации. Таким образом, «достоверность по детонации» может быть определена аналогично «достоверности по коленчатому валу». В частности, контроллер может использовать функцию, использующую данные из таблицы скорости и нагрузки на двигатель вместе с данными по детонации, для определения «достоверности по детонации». Эта функция может быть выполнена так, что для данной комбинации скорости и нагрузки на двигатель, ячейки, где отношение сигнал-шум интенсивности детонации выше (например, выше порога), приведут к повышенной «достоверности по детонации», тогда как ячейки, где данные по детонации более склонны к шуму (например, из-за повышенного механического шума двигателя), приведут к пониженной «достоверности по детонации».
На шаге 410 «достоверность по детонации» и «достоверность по коленчатому валу» могут быть скомбинированы, а на шаге 412 такая комбинация может сравниваться с порогом. В одном случае «достоверность по детонации» и «достоверность по коленчатому валу» могут иметь равный вес. В другом случае весовой коэффициент «достоверность по детонации» может отличаться от веса коэффициента «достоверность по коленчатому валу». Веса варьируются на основании рабочих условий. Например, при более высоких оборотах двигателя, когда детонация преобладает, «достоверность по детонации» может иметь больший вес. Если комбинированный выход превышает порог, то на шаге 418 можно определить, что произошло преждевременное зажигание и может быть установлен флажок преждевременного зажигания (PI_flag). Затем выход флага преждевременного зажигания может интегрироваться как минимум в двух различных интеграторах. На шаге 420 выход может интегрироваться интегратором счетчика преждевременного зажигания за поездку (включая интегратор счетчика преждевременного зажигания цилиндра за поездку и интегратор преждевременного зажигания двигателя за поездку), который подсчитывает количество преждевременных зажиганий за текущий цикл поездки (для цилиндра и двигателя соответственно). В частности, счетчик преждевременного зажигания (ПЗ) на интеграторе счетчика ПЗ за поездку может увеличиваться, и обновленный счетчик может использоваться для регулировки выхода модификатора нагрузки за поездку (load_modifier_trip) интегратора. На шаге 422 выход может интегрироваться интегратором счетчика ПЗ за срок службы (включая интегратор счетчика ПЗ за срок службы цилиндра и интегратор ПЗ за срок службы двигателя), который подсчитывает количество ПЗ за срок службы двигателя. В частности, счетчик ПЗ на интеграторе счетчика ПЗ за срок службы может увеличиваться, и обновленный счет может использоваться для регулировки выхода модификатора нагрузки за срок службы интегратора (load_modifier_life).
Для сравнения, если комбинированный выход на шаге 412 не превышает порог, то на шаге 414 можно определить, что ПЗ не произошло, и флаг преждевременного зажигания (PI_flag) может быть сброшен. Затем выход флага преждевременного зажигания может интегрироваться в интеграторе счетчика ПЗ за поездку. В частности, счетчик ПЗ на интеграторе счетчика ПЗ за поездку может уменьшаться или оставаться неизменным, и обновленный счетчик может использоваться для регулировки выхода модификатора нагрузки за поездку интегратора.
На шаге 424 обновленные выходы модификатора нагрузки с интеграторов счетчиков ПЗ за поездку и за срок службы могут использоваться для обновления данных о КПД двигателя. На 426 приведенная допустимая нагрузка может регулироваться на основе обновленных данных по КПД. Например, когда счетчик ПЗ возрастает, нагрузка на двигатель может далее ограничиваться, и далее ограничиваемая приведенная допустимая нагрузка может медленно расти. Например, обновленная приведенная допустимая нагрузка может фильтроваться обновленным фильтром скользящего среднего и с обновленной постоянной времени фильтра для снижения искажений крутящего момента и ощущения жесткости. Таким образом, дальнейшее ограничение нагрузки на двигатель может быть осуществлено параллельно уменьшению преждевременного зажигания на основе впрыска топлива. Следовательно, в одном случае, контроллер двигателя может быть настроен на координацию впрыска топлива с ростом ограниченной нагрузки на двигатель. Например, скорость роста ограниченной нагрузки может регулироваться по периоду обогащения, а флаг может быть установлен, когда линейный рост ограниченной нагрузки на двигатель завершен. Контроллер двигателя может использовать флаг для останова обогащения топливной смеси с целью уменьшения вероятности преждевременного зажигания. Другими словами, количество топливной смеси, впрыскиваемой во время быстрореагирующей операции по уменьшению преждевременного зажигания впрыском топлива, может быть сфазировано с медленнее реагирующим снижением нагрузки.
Как показано на ФИГ.7, на шаге 424 приведенная допустимая нагрузка также может регулироваться на основании характера преждевременного зажигания. Например, на основании того, является ли преждевременное зажигание непрерывным или прерывистым по своему характеру. Заключение о характере преждевременного зажигания можно сделать по его счетчику. Например, по числу идущих подряд преждевременных зажиганий в течение нескольких идущих подряд воспламенений в цилиндре можно различить, непрерывное ли это преждевременное зажигание или прерывистое, и соответственно настроить операцию по ограничению нагрузки и обогащению. Например, когда число идущих подряд преждевременных зажиганий превышает порог, можно сделать вывод о непрерывности преждевременного зажигания и ограничить нагрузку больше, чем для случая прерывистого преждевременного зажигания.
Следует иметь в виду, что, хотя в приведенном примере регулируется счетчик преждевременного зажигания и, следовательно, операции по уменьшению этого зажигания на основании числа таких зажиганий за ездовой цикл, в альтернативных реализациях счетчик преждевременных зажиганий может быть определен на основе числа таких зажиганий за ключевой цикл, заданное время или пробег. В одном случае используемым пробегом может быть общий пробег транспортного средства за его срок службы или за текущую поездку. В другом случае счетчик преждевременного зажигания может регулироваться на основе пробега с момента предыдущего случая преждевременного зажигания. Например, счетчик преждевременного зажигания может быть уменьшен, если выявлено одиночное преждевременное зажигание после порогового пробега с момента предыдущего случая преждевременного зажигания. В другом случае, когда обнаружены несколько преждевременных зажиганий (например, во время постоянного или прерывистого преждевременного зажигания), счетчик и уменьшение преждевременного зажигания (обогащение, ограничение нагрузки и т.п.), связанные с обнаруженным преждевременным зажиганием, могут быть снижены, когда пробег между последовательными преждевременными зажиганиями превышает порог.
В таком случае, обновив счетчик преждевременного зажигания в ответ на такое зажигание и ограничивая нагрузку на двигатель на основе обратной связи преждевременного зажигания, зажиганием можно управлять эффективнее.
На ФИГ.5 показана схема упреждающего и ответного ограничения нагрузки на двигатель в ответ на преждевременное зажигание. Таким образом этот чертеж является альтернативным изображением программ, показанных на ФИГ.2-4. Метод 500 содержит (в подпрограмме 510) (и как ранее показано на ФИГ.4) определение упреждающей вероятности преждевременного зажигания и ограничение нагрузки на двигатель на основе упреждающей вероятности, таким образом уменьшая вероятность возникновения преждевременного зажигания цилиндра. Далее, метод 500 содержит (в подпрограмме 580) определение и индикацию появления преждевременного зажигания цилиндра и, далее, ограничение нагрузки на двигатель по обратной связи от этого появления. Таким образом, подпрограмма 510 может быть выполнена при условиях, когда преждевременное зажигание не обнаружено, то есть, для предупреждения преждевременного зажигания. Для сравнения, дополнительно может выполняться подпрограмма 580 в ответ на признак преждевременного зажигания.
Подпрограмма 510 включает сравнение планового коэффициента избытка воздуха 501 (Fntqe_High_vol) с его установкой, лямбдой 502 (то есть стехиометрическим соотношением воздуха к топливу) для определения LAMBSE 504. Затем LAMBSE проходит мультипликатор 506 для определения «КПД» («percent effectiveness») 508. Таким образом, «КПД» 508 может представлять собой тенденцию к преждевременному зажиганию и может быть от 0 (нулевая вероятность такого зажигания) до 1 (высокая вероятность такого зажигания). «КПД» 508 может использоваться в качестве интерполяционного множителя между верхним 514 и нижним 516 пределами нагрузки с целью определения приведенной допустимой нагрузки 518. Верхний предел нагрузки 514 (Fntqe_high_ld_eff) может быть вычислен по таблице нагрузок и скоростей двигателя в «идеальных» условиях (с высоким октановым числом). Нижний предел нагрузки 516 (Fntqe_low_ld_eff) может быть вычислен по аналогичной таблице в «рискованных» условиях (с низким октановым числом). Контроллер 512 может смешивать верхний предел скорости 514 с нижним пределом скорости 516, используя «КПД» 508. В одном случае контроллер 512 может смешивать пределы по формуле:
Tqe_ld_limit_tmp=(tqe_pct_eff_tmp*tq_ld_low_eff)+((1-tqe_pct_eff_tmp)*tq_ld_high_eff),
где Tqe_ld_limit_tmp - приведенная допустимая нагрузка в ожидании преждевременного зажигания, tqe_pct_eff_tmp - эффективность при отсутствии преждевременного зажигания, tq_ld_low_eff - нижний предел нагрузки и tq_ld_high_eff - верхний предел нагрузки.
Затем приведенная допустимая нагрузка 518 может пройти через фильтр 520 для получения отфильтрованной приведенной допустимой нагрузки 522. По отфильтрованной приведенной допустимой нагрузке 522 может устанавливаться скорость линейного роста нагрузки так, чтобы подавить возмущения крутящего момента. В одном случае приведенная допустимая нагрузка 518 может быть отфильтрована по скользящему среднему с постоянной величиной времени с целью получения отфильтрованной приведенной допустимой нагрузки 522.
В случае преждевременного зажигания может быть выполнена подпрограмма 580 по обновлению эффективности мультипликаторами нагрузки, таким образом ограничивая приведенную допустимую нагрузку подпрограммы 510. Подпрограмма 580 может включать идентификацию преждевременного зажигания на основе выхода датчика ускорения коленчатого вала 530 и датчика детонации 540. Однако в альтернативных реализациях изобретения преждевременное зажигание может быть идентифицировано на основе выхода одного или нескольких других датчиков. Выход датчика ускорения коленчатого вала 530 может сравниваться с порогом для определения вызова преждевременного зажигания коленчатого вала (PI_CKP_call) 532. Таким образом, PI_CKP_call 532 может иметь значение либо 0, когда выход ниже порога (то есть нет вызова преждевременного зажигания на основе данных по коленчатому валу), либо 1, когда выход превышает порог (то есть имеется вызов преждевременного зажигания на основе данных по коленчатому валу). Аналогично, выход датчика детонации 540 может сравниваться с порогом для определения вызова преждевременного зажигания по детонации (PI_KNK_call) 542. Таким образом, PI_KNK_call может иметь значение либо 0, когда выход ниже порога (то есть нет вызова преждевременного зажигания на основе данных по детонации), либо 1, когда выход превышает порог (то есть имеется вызов преждевременного зажигания на основе данных по детонации).
Вызов преждевременного зажигания коленчатого вала 532 может обрабатываться мультипликатором 536 на основе таблицы скоростей и нагрузок двигателя 534 с целью определения «достоверности по коленчатому валу» (CKP_confidence) 538. Мультипликатор 536 может заполняться так, что ячейки, где отношение сигнал-шум датчика ускорения коленчатого вала высокое, приближают «достоверность по коленчатому валу» к 1 (то есть повышенная достоверность преждевременного зажигания), тогда как ячейки с большей тенденцией к шуму (например, от крутильных колебаний коленчатого вала) приближают «достоверность по коленчатому валу» к 0 (то есть пониженная достоверность преждевременного зажигания). Аналогично, вызов преждевременного зажигания по детонации 542 может обрабатываться мультипликатором 546 на основании таблицы скоростей и нагрузок двигателя 544 с целью определения достоверности детонации (KNK_confidence) 548. Мультипликатор 546 может заполняться так, что ячейки, где отношение сигнал-шум датчика детонации высокое, приближают «достоверность по детонации» к 1 (то есть повышенная достоверность преждевременного зажигания), тогда как ячейки с большей тенденцией к шуму (например, от механического шума двигателя) приближают «достоверность по детонации» к 0 (то есть пониженная достоверность преждевременного зажигания). Достоверности, полученные методом оценки ускорения коленчатого вала и методами оценки детонации, могут суммироваться сумматором 550 и сравниваться с порогом контроллером 552 для определения того, произошло ли преждевременное зажигание. Если проанализированная контроллером 552 сумма превышает порог, преждевременное зажигание может быть подтверждено, и данные, связанные с этим зажиганием, могут быть использованы для его управления. В частности, с целью уменьшения тенденции к преждевременному зажиганию на основе впрыска топлива, можно сделать обогащение там, где происходит непосредственно следующее воспламенение, и определенное количество воспламенений впоследствии. Затем данные обратной связи по преждевременному зажиганию могут быть направлены в подпрограмму 510, где могут использоваться для регулировки отфильтрованной приведенной допустимой нагрузки подпрограммой 510. Если сумма на выходе не превышает порога, можно подтвердить отсутствие преждевременного зажигания, и контроллер двигателя может продолжать работать с (неотрегулированным) отфильтрованным допуском нагрузки на двигатель по подпрограмме 510.
Таким образом, информация от различных датчиков может быть объединена с целью более надежного обнаружения преждевременного зажигания и более надежного отличия аномальных воспламенений, связанных с преждевременным зажиганием, от аномальных воспламенений, не связанных с преждевременным зажиганием (например, пропуски зажигания и детонации). Более того, при использовании выходов нескольких датчиков пропадания сигналов от данного датчика в определенных условиях работы двигателя могут быть преодолены использованием других датчиков, и преждевременное зажигание может быть обнаружено даже при ухудшении работы одного или нескольких датчиков.
После подтверждения преждевременного зажигания, контроллер 552 может установить флаг преждевременного зажигания и может обрабатывать данные флага как минимум двумя различными интеграторами, включая интегратор преждевременного зажигания за поездку 558 и интегратор преждевременного зажигания за срок службы 560. При этом интегратор преждевременного зажигания за поездку может считать количество преждевременных зажиганий за текущий ездовой цикл (то есть от запуска двигателя при включении зажигания ключом до выключения зажигания ключом) и может быть сброшен при каждом выключении зажигания ключом. Таким образом, в ответ на преждевременное зажигание за ездовой цикл, счетчик преждевременного зажигания за поездку 554 (PI_count_trip) может увеличиваться интегратором преждевременного зажигания за поездку 558. В одном случае, счетчик преждевременного зажигания за поездку 554 может включать как минимум счетчик преждевременного зажигания за поездку для каждого цилиндра (или каждого блока цилиндров), а также счетчик преждевременного зажигания за поездку для всего двигателя, основанный на отдельных счетчиках преждевременного зажигания за поездку для цилиндра. Если как минимум за ездовой цикл преждевременное зажигание не возникло, счетчик преждевременных зажиганий за поездку может быть уменьшен. Как альтернатива, если преждевременное зажигание не произошло, счетчик преждевременных зажиганий может не изменяться. Для сравнения, интегратор преждевременных зажиганий за срок службы 560 может подсчитывать преждевременные зажигания за срок службы транспортного средства. Таким образом, в ответ на преждевременное зажигание за ездовой цикл, счетчик преждевременных зажиганий за срок службы 556 (PI_count_life) можно увеличить интегратором преждевременных зажиганий за срок службы 560. В одном случае счетчик преждевременных зажиганий за срок службы 556 может включать как минимум счетчик преждевременных зажиганий за срок службы цилиндра для каждого цилиндра (или каждого блока цилиндров), а также счетчик преждевременного зажигания за срок службы всего двигателя, основанный на отдельных счетчиках преждевременного зажигания за срок службы цилиндра.
Интегратор преждевременного зажигания за поездку 558 может генерировать модификатор нагрузки за поездку 562 (load_modifier_trip) на основании счетчика преждевременного зажигания за поездку 554, тогда как интегратор преждевременного зажигания за срок службы 560 может генерировать модификатор нагрузки за срок службы 564 (load_modifier_life) на основании счетчика преждевременного зажигания за срок службы 556. Таким образом, интегратор преждевременного зажигания за поездку 558 может быть настроен на генерирование модификатора нагрузки для снижения вероятности возникновения преждевременного зажигания за тот же ездовой цикл, в то время как интегратор преждевременного зажигания за срок службы 560 может быть настроен на генерирование модификатора нагрузки для противодействия изменениям транспортного средства со временем. Следовательно, модификатор нагрузки за поездку, сгенерированный интегратором преждевременного зажигания за поездку, может быть жестче, чем модификатор нагрузки за срок службы, сгенерированный интегратором преждевременного зажигания за срок службы. В одном случае модификаторы нагрузки 562 и 564 могут принимать значения от 0 (мягче) до 1 (жестче). Затем модификаторы нагрузки могут быть использованы для дальнейшей настройки эффективности 508, таким образом генерируя настроенную приведенную допустимую нагрузку 518 и настроенную отфильтрованную приведенную допустимую нагрузку 522. В этом случае нагрузка на двигатель может и далее снижаться на основе обратной связи по преждевременному зажиганию от обнаруженного случая преждевременного зажигания.
Теперь обратимся к ФИГ.6, где показана программа 600 настройки топлива, впрыскиваемого в цилиндр в ответ на признак преждевременного зажигания. Путем обогащения смеси в цилиндре в ответ на возникновение преждевременного зажигания в цилиндре, для снижения риска последующего аномального воспламенения и ухудшения работы двигателя может быть сразу достигнут эффект охлаждения цилиндра.
На шаге 602 контроллер двигателя может определить карту (параметры) первого обогащения на основе условий работы двигателя и признака преждевременного зажигания. Как видно на предыдущих ФИГ.2-4, признак преждевременного зажигания может включать предварительну оценку вероятности преждевременного зажигания, определенную по условиям работы двигателя, а также признак преждевременного зажигания, основанный на сигнале датчике (например, детонации и ускорения коленчатого вала). Далее, как видно на ФИГ.7 ниже, карта обогащения может быть основана на данных счетчика преждевременного зажигания цилиндра, а также характера преждевременного зажигания (например, непрерывное или прерывистое).
Карта первого обогащения может включать, например, первый коэффициент избытка воздуха (AFR), который богаче стехиометрического, степень обогащения AFR и первый период впрыска настроенной богатой смеси, основанный на условиях работы двигателя. Первым периодом может быть, например, первое число воспламенений. Кроме того или опционально, карта обогащения может включать скорость обогащения (изменения богатого AFR) за первый период.
В одном случае, карта первого обогащения может включать больший первый период и/или большую степень обогащенности первого коэффициента избытка воздуха, когда признак преждевременного зажигания растет. Например, там, где признак преждевременного зажигания основан как минимум на давлении в цилиндре или интенсивности детонации, настройка карты может включать рост первого периода и/или рост степени обогащения смеси, когда давление в цилиндре или интенсивность детонации в момент обнаружения преждевременного зажигания превышает порог. В другом случае степень обогащения и/или период обогащения могут быть увеличены, когда показания счетчика преждевременного зажигания цилиндра увеличиваются (например, превышает порог). В еще одном случае, степень и период могут больше повышаться в ответ на непрерывное преждевременное зажигание и могут меньше повышаться в ответ на прерывистое преждевременное зажигание.
В одном случае, обогащение также может согласовываться с ограничением нагрузки (ФИГ.4). Например, скорость линейного роста ограниченной нагрузки может регулироваться на основе первого периода и/или скорости обогащения за первый период так, что обогащение и линейный рост нагрузки завершаются практически одновременно. В одном случае, может быть установлен флаг, когда линейный рост ограничения нагрузки на двигатель завершен. Контроллер двигателя может использовать флаг для останова обогащения так, что величина смеси, впрыснутой во время обогащения для уменьшения преждевременного зажигания с более быстрым срабатыванием, может быть сфазирована со снижением нагрузки с более медленным срабатыванием.
На шаге 604 контроллер может управлять топливом и цилиндром в соответствии с картой первого обогащения. Например, цилиндр может работать с первым коэффициентом избытка воздуха, который богаче стехиометрического соотношения воздуха к топливу, в течение первого периода. В другом случае цилиндр может обогащаться с первой скоростью обогащения, и цилиндр может работать с первым коэффициентом избытка воздуха, который богаче стехиометрического соотношения воздуха к топливу, изменяя коэффициент избытка воздуха с первой скоростью в течение первого периода. При этом, впрыскивая избыток топлива в цилиндр, можно достичь эффекта охлаждения, и пиковые давления цилиндра могут быть снижены для снижения риска последующих аномальных воспламенений, связанных с преждевременным зажиганием.
Однако избыточное топливо, сразу же впрыскиваемое для снижения риска преждевременного зажигания, также может обеднить кислород выхлопа и, таким образом, снизить эффективность каталитических нейтрализаторов устройства снижения токсичности выхлопа. Избыточное топливо также может иметь неблагоприятное воздействие на состав выхлопа. Таким образом, для восстановления эффективности каталитических нейтрализаторов, на шаге 606 контроллер может определить вторую карту обеднения на основе первой карты обогащения предшествующего обогащения. Вторая карта обеднения может включать, например, второй коэффициент избытка воздуха (AFR), более бедный, чем стехиометрический, степень обедненности AFR, второй период и скорость обеднения, каждые из которых настроены по одному или нескольким первым коэффициентам избытка воздуха и первому периоду первой карты богатого впрыска. Вторым периодом может быть, например, второе число воспламенений. Регулировка может включать, например, увеличение второго периода и/или повышение степени обедненности топливовоздушной смеси, когда увеличивается один или несколько первых периодов и степень обогащенности первой топливовоздушной смеси.
На шаге 608 по окончании первого периода, контроллер может управлять топливом и цилиндром в соответствии со второй картой обеднения. Например, цилиндр может работать со второй топливовоздушной смесью, которая беднее стехиометрической, в течение второго периода. В другом случае, цилиндр может обедняться со второй скоростью обеднения, и цилиндр может работать с топливовоздушной смесью, которая беднее стехиометрической, изменяя топливовоздушную смесь со второй скоростью в течение второго периода. При этом в цилиндр впрыскивается меньше топлива и больше воздуха, поэтому эффект нехватки кислорода в ходе предыдущего обогащения может компенсироваться, и каталитический КПД каталитического нейтрализатора может быть восстановлен.
На шаге 610 содержание кислорода в выхлопе может быть оценено и/или получено (например, с помощью кислородного датчика), а также может быть определено, превышает ли содержание кислорода порог. Порогом может быть уровень кислорода, выше которого нейтрализатор устройства снижения токсичности выхлопа может работать со значительной эффективностью. Если содержание кислорода вернулось на пороговый уровень, то на шаге 614 после обеднения контроллер может возобновить управление цилиндром с третьей топливовоздушной смесью практически в соответствии со стехиометрией. Если содержание кислорода не достигло порога на шаге 610, то на шаге 612 контроллер может продолжить управление цилиндром(-ами) со второй топливовоздушной смесью до тех пор, пока желаемый уровень кислорода и желаемая эффективность нейтрализатора не будут восстановлены. Как только эффективность нейтрализатора восстановится, могут быть возобновлены впрыски топлива в цилиндры по стехиометрии.
В одном случае второй период и степень обеднения второй карты обеднения могут быть настроены так, что пороговый уровень кислорода восстанавливается к концу второго периода. Например, настройка может включать увеличение второго периода и/или повышение степени обеднения второй топливовоздушной смеси, когда общее количество кислорода, потребленного за первый период, возрастает. В другом случае, когда потребление кислорода за первый период определено из количества несгоревших углеводородов и окиси углерода, настройка может включать увеличение второго периода и/или повышение степени обеднения второй смеси, когда общее количество несгоревших углеводородов, образованных за первый период, увеличивается. В любом случае, после окончания второго периода, контроллер может возобновить управление цилиндром по третьей, по сути стехиометрической смеси.
В этом случае, при обогащении смеси в цилиндре в ответ на признак преждевременного зажигания, можно использовать эффект охлаждения воздуха во впрыскиваемой смеси для непосредственного и быстрого управления преждевременным зажиганием. Одновременно ограничивая нагрузку на двигатель на основании признака преждевременного зажигания, последующие преждевременные зажигания можно ощутимо уменьшить.
Теперь обратимся к ФИГ.7, на которой дан пример программы 700 настройки карт впрыска смеси для уменьшения преждевременного зажигания на основе впрыска смеси. Данная программа основана на определении характера преждевременного зажигания и/или счетчике преждевременного зажигания. В частности, на основе счетчика преждевременного зажигания и характера преждевременного зажигания, можно регулировать жесткость обогащения. Например, в определенных условиях преждевременного зажигания, обогащение может быть мягче только в данном цилиндре, а в других условиях преждевременного зажигания обогащение может быть жестче и распространяться на другие цилиндры блока или двигателя.
На шаге 702 выполняется проверка того, обнаружено ли преждевременное зажигание цилиндра. Если нет, то программа заканчивается. Если да, то на шаге 704 обновляются счетчик преждевременных зажиганий (например, цилиндра и/или двигателя) и база данных преждевременного зажигания (включая данные о предыдущих преждевременных зажиганиях и операции по уменьшению преждевременных зажиганий). Как ранее показано, это включает увеличение счетчика преждевременных зажиганий, например, за поездку и за срок службы. Счетчиками преждевременных зажиганий могут быть один или несколько из следующих счетчиков: счетчик за поездку для цилиндра, счетчик за срок службы цилиндра, счетчик за поездку для двигателя, счетчик за срок службы двигателя, счетчик идущих подряд зажиганий цилиндра и счетчик идущих подряд зажиганий двигателя. Счетчики за поездку представляют предыдущие преждевременные зажигания во время того же цикла/работы двигателя, тогда как счетчик за срок службы представляет все предыдущие преждевременные зажигания за все время работы транспортного средства.
Следует иметь в виду, что в то время как в приведенном примере счетчик увеличивается в ответ на возникновение преждевременного зажигания (за ездовой цикл, за ключевой цикл зажигания, за заданное время и т.д.), в других вариантах осуществления изобретения увеличение счетчика может включать увеличение счетчика на основе пробега. В одном случае используемым пробегом может быть общий пробег транспортного средства за его срок службы или за текущую поездку. В другом случае пробег может быть с момента предыдущего преждевременного зажигания в каком-либо цилиндре. Например, счетчик преждевременных зажиганий двигателя увеличивается в ответ на пробег двигателя с момента предыдущего преждевременного зажигания двигателя, который превышает порог. В другом случае, счетчик преждевременного зажигания уменьшается, если выявлено одиночное преждевременное зажигание после порогового пробега с момента предыдущего случая преждевременного зажигания. В другом случае, когда обнаружены несколько преждевременных зажиганий (например, во время постоянного или прерывистого преждевременного зажигания), счетчик и количество случаев такого зажигания (обогащение, ограничение нагрузки и т.п.), связанные с обнаруженным преждевременным зажиганием, уменьшаются, когда пробег между последовательными преждевременными зажиганиями превышает порог,
На шаге 706 определяется общее число преждевременных зажиганий цилиндра, например, на основании обновленных счетчиков преждевременных зажиганий. На шаге 708 определяется общее число преждевременных зажиганий цилиндра, идущих подряд, например, из счетчика идущих подряд преждевременных зажиганий цилиндра. Здесь определяется, сколько из всех возникших преждевременных зажиганий в цилиндре являются идущими подряд, то есть определяется частота возникновения преждевременных зажиганий в различных цилиндрах. На шаге 710 определяется, превышает ли порог общее число преждевременных зажиганий цилиндра. То есть, превышает ли счетчик преждевременных зажиганий порог. Если нет, то на шаге 712 данный цилиндр обогащается в соответствии с картой обогащения на основе условий работы двигателя и счетчика преждевременных зажиганий (ФИГ. 6). При сравнении видно, что если порог преждевременных зажиганий превышен, то на шаге 714 определяется, превышается ли также порог числа идущих подряд преждевременных зажиганий (то есть счетчик преждевременных зажиганий).
На основе частоты появления преждевременных зажиганий, определяется их характер. В одном случае, когда число идущих подряд преждевременных зажиганий на шаге 714 выше порога, на шаге 716 преждевременное зажигание определяется как непрерывное. То есть можно сделать вывод о непрерывности преждевременного зажигания на основании нескольких постоянных, непрерывных случаев преждевременного зажигания за несколько идущих подряд воспламенений в цилиндре. При сравнении видим, что когда число идущих подряд преждевременных зажиганий на шаге 714 ниже порога, а общее число таких зажиганий на шаге 710 выше порога, на шаге 722 преждевременное зажигание определяется как прерывное. То есть можно сделать вывод о прерывистости преждевременного зажигания на основании нескольких дискретных, прерывистых случаев преждевременного зажигания за несколько идущих подряд воспламенений в цилиндре.
В альтернативном примере, непрерывность преждевременного зажигания определяется на основании постоянного и устойчивого увеличения счетчика за поездку и срок службы цилиндра, а прерывистость определяется на основании меньшего увеличения счетчика за поездку при данном увеличении счетчика за срок службы. В еще одном примере видно, что непрерывность преждевременного зажигания определяется на основании воспламенения, связанного с таким зажиганием, в каждом цикле воспламенения, а прерывистость определяется на основании воспламенения во всех остальных (или большем числе) циклах воспламенения.
На шаге 724 в ответ на прерывистое преждевременное зажигание в цилиндре нагрузка на двигатель ограничивается первым, меньшим значением, а на шаге 718 в ответ на непрерывное преждевременное зажигание в цилиндре нагрузка на двигатель ограничивается вторым, большим значением. Например, в ответ на прерывистое преждевременное зажигание наддув уменьшается на меньшее (первое) значение, открытие заслонки уменьшается на меньшее (первое) значение или синхронизация распределительного вала настраивается на меньшее (первое) значение. В другом случае в ответ на непрерывное преждевременное зажигание наддув уменьшается на большее (второе) значение, открытие заслонки уменьшается на большее (второе) значение или синхронизация распределительного вала настраивается на большее (второе) значение.
Аналогично по-разному настраиваются и карты обогащения. Например, на шаге 726 обогащение на основании прерывистости преждевременного зажигания делается беднее и/или короче, а на шаге 720 обогащение на основании непрерывности преждевременного зажигания делается богаче и/или дольше. Степень и/или длительность обогащения, а также величина ограничения нагрузки также увеличивается, когда число идущих подряд преждевременных зажиганий в цилиндре увеличивается (например, превышает порог). То есть непрерывные преждевременные зажигания можно уменьшать жестче, чем прерывистые.
Далее, на основании характера и счетчика преждевременных зажиганий, обогащение и ограничение нагрузки распространяются на другие цилиндры двигателя. В одном случае преждевременно зажигающий цилиндр расположен в первой группе цилиндров (или блоке) двигателя. Здесь в ответ на непрерывное преждевременное зажигание в цилиндре нагрузка всех цилиндров первого блока ограничивается больше, чем второго. В одном случае это достигается большей настойкой синхронизации распределительного вала первого блока, чем второго. В отличие от этого, в ответ на прерывистые преждевременные зажигания в цилиндре, ограничивается нагрузка только первого блока, а не второго, например, сохранением синхронизации распределительного вала второго блока и изменением этой синхронизации для второго блока. В другом случае в ответ на непрерывные преждевременные зажигания все цилиндры двигателя ограничиваются на большее значение, тогда как только цилиндры первого блока ограничиваются на меньшее значение в ответ на прерывистые преждевременные зажигания.
Аналогично, в ответ на непрерывное преждевременное зажигание в цилиндре первого блока, обогащаются цилиндры первого, но не второго блока, или цилиндры первого блока обогащаются больше (например, выше степень и/или дольше), чем второго, или все цилиндры двигателя обогащаются в равной степени. В еще одном случае в ответ на непрерывное преждевременное зажигание в цилиндре обогащаются все цилиндры двигателя, преждевременно зажженный цилиндр обогащается больше (сильнее и/или дольше), и обогащение всех остальных цилиндров настраивается на основе их порядка зажигания (например, обогащение цилиндра, зажигаемого сразу после преждевременно зажженного цилиндра, настраивается на смесь более богатую, чем в цилиндре, зажигаемом после).
Как описано выше, кроме обогащения и ограничения нагрузки, можно изменять угол опережения зажигания относительно угла в момент преждевременного зажигания, в сторону максимального тормозного момента (МВТ). Кроме скорости двигателя и обогащения, можно регулировать угол опережения зажигания на основании характера преждевременного зажигания. Например, зажигание выставляется более ранним в ответ на непрерывное преждевременное зажигание, тогда как менее раннее зажигание выставляется при прерывистом преждевременном зажигании.
В этом случае непрерывные преждевременные зажигания можно уменьшать жестче, чем прерывистые. Хотя приведенный пример дает настройку обогащения и ограничения нагрузки по-разному на основании характера преждевременного зажигания, возможны другие промежуточные типы преждевременного зажигания, которые зависят от скорости изменения счетчика преждевременных зажиганий. Например, более жесткий подход используется в ответ на более быстрое увеличение счетчика и менее жесткий - на менее быстрое увеличение.
Возможны другие настройки карты обогащения и ограничения нагрузки на основе счетчика преждевременных зажиганий. Как показано на ФИГ.6, обогащение цилиндра увеличивается, когда счетчик увеличивается и превышает предел. В одном случае в первом состоянии с первым, более низким числом (предыдущих) случаев преждевременного зажигания, работу первого цилиндра можно регулировать (например, обогащать) в ответ на признак преждевременного зажигания в первом цилиндре. Для сравнения, во втором состоянии со вторым, более высоким числом (предыдущих) случаев преждевременного зажигания, работу первого и второго цилиндра можно регулировать (например, обогащать) в ответ на признак такого зажигания в первом цилиндре. В некоторых случаях обогащение первого цилиндра в первом состоянии меньшее по степени и/или времени, чем второго цилиндра во втором состоянии. Аналогично, в первом состоянии нагрузка первого цилиндра ограничивается на первое, меньшее значение, тогда как во втором состоянии нагрузка первого и второго цилиндра ограничивается на второе, большее значение.
Настойка также варьируется по-разному на основании различных счетчиков преждевременного зажигания. Например, ограничение нагрузки на двигатель и обогащение на основании счетчика преждевременных зажиганий цилиндра за поездку больше, чем ограничение нагрузки на основании счетчика таких зажиганий цилиндра за срок службы. То есть управление преждевременными зажиганиями за цикл двигателя жестче, чем управление такими зажиганиями за все время двигателя для сдерживания таких зажиганий за тот же цикл двигателя. В другом случае ограничение нагрузки на двигатель и обогащение на основании счетчика преждевременных зажиганий двигателя за поездку больше, чем ограничение нагрузки на основании счетчика таких зажиганий цилиндра за поездку.
В еще одном примере, когда затронутый цилиндр находится в первом блоке цилиндров двигателя, все цилиндры двигателя обогащаются, когда счетчик идущих подряд преждевременных зажиганий превышает первый, более высокий порог, тогда как цилиндры первого, но не второго блока, обогащаются, когда счетчик идущих подряд преждевременных зажиганий превышает второй, более низкий порог. Аналогично, нагрузка на все цилиндры ограничивается, когда счетчик идущих подряд преждевременных зажиганий превышает первый, более высокий порог, тогда как нагрузка на первый блок ограничивается больше, чем на второй, когда счетчик идущих подряд преждевременных зажиганий превышает второй, более низкий порог. Возможны и другие комбинации.
Таким образом, обогащение и ограничение нагрузки в двигателе на основании преждевременного зажигания цилиндра регулируется на основании не только условий работы двигателя, но и истории преждевременных зажиганий цилиндра, счетчика преждевременных зажиганий и их характера. Таким образом, более эффективно предупреждается тенденция к преждевременному зажиганию в затронутом цилиндре, а также других цилиндрах, и такие зажигания более эффективно управляются.
Пример карт обогащения и обеднения, как описано выше, здесь показан на ФИГ.8-9.
Сначала обратимся к ФИГ.8, где на карте 800 дан первый пример уменьшения преждевременного зажигания в соответствии с настоящим изобретением. Коэффициент избытка воздуха (AFR) во впрыскиваемой топливной смеси отложен по оси ординат, а время - по оси абсцисс. Как видно, до момента t1 топливная смесь, впрыскиваемая в цилиндр, в основном имеет стехиометрический состав. В момент t1 на основании признака преждевременного зажигания 801 коэффициент избытка воздуха AFR1 в преждевременно зажженном цилиндре богаче стехиометрического в течение первого периода 804. Степень обогащенности 806 впрыска и первый период 804 регулируются по условиям работы двигателя в момент появления признака преждевременного зажигания 801. По окончании первого периода (в момент t2) контроллер настраивается на определение величины избытка топлива, впрыснутого за время первого обогащения. Таким образом, величина избытка топлива вычисляется как площадь 808 под кривой первого обогащения. То есть площадь 808 представляет собой интеграл избытка топлива и несгоревших углеводородов на отрезке обогащения.
В момент t2 цилиндр переходит от первого коэффициента избытка воздуха AFR1 ко второму AFR2, более бедному, чем стехиометрический для второго периода 810. Одна или несколько степеней обеднения 812 бедного впрыска и второй период 810 регулируются по одному или нескольким первому периоду 804 и степени обогащения 806. Например, степень обеднения 812 и/или второй период 810 второй операции обеднения увеличивается, когда первый период 804 и степень обогащения 806 первой операции обогащения увеличиваются. Степень обеднения 812 и второй период 810 выбираются такими, чтобы величина избыточного кислорода в выхлопе в течение впрыска бедной смеси компенсировала избыток впрыскиваемого топлива в течение впрыска богатой смеси. Таким образом, величина избытка кислорода вычисляется как площадь 814 под кривой второго бедного впрыска топлива. То есть площадь 814 является интегралом избытка кислорода на отрезке обеднения. Таким образом, второй период 810 регулируется по содержанию выхлопа так, что цилиндр продолжает работать при втором коэффициенте избытка воздуха AFR2 до тех пор, пока содержание кислорода в выхлопе не станет снова выше порога.
В момент t3 после окончания второго периода 810 и достижения превышения кислородного содержания в выхлопе, цилиндр возвращается от второго коэффициента AFR2 к стехиометрическому коэффициенту.
Теперь обратимся к ФИГ.9, где на карте 900 представлен второй пример уменьшения преждевременного зажигания в соответствии с настоящим изобретением. Здесь до момента t1 топливная смесь, впрыскиваемая в цилиндр, в основном имеет стехиометрический состав. В момент t1 на основании признака преждевременного зажигания 901, преждевременно зажженный цилиндр обогащается за первый период 904 с первой скоростью обогащения 905. В частности, цилиндр работает с коэффициентом избытка воздуха богаче, чем стехиометрический состав, и степень обогащения 906 этого коэффициента варьируется в течение первого периода 904 так, что коэффициент AFR1, который богаче стехиометрического, достигается до окончания первого периода 904. В одном случае, как показано, скорость обогащения 905 регулируется так, что степень обогащения повышается, когда число воспламенений с момента преждевременного зажигания растет. В альтернативном примере скорость обогащения 905 регулируется так, что степень обогащения уменьшается, когда число воспламенений с момента преждевременного зажигания растет. По окончании первого периода, в момент t2, цилиндр настраивается на определение величины избыточного топлива, впрыскиваемого в течение первого обогащения. Таким образом, величина избытка топлива, генерируемая за период обогащения, вычисляется как площадь 908 под кривой обогащения. То есть площадь 908 представляет собой интеграл избытка топлива и несгоревших углеводородов на отрезке обогащения.
В момент t2 цилиндр переходит от коэффициента избытка воздуха, который богаче стехиометрического, к коэффициенту, который беднее стехиометрического, за второй период 910. Этот период обеднения 910 основан на первом периоде 904 предшествующего обогащения. В частности, преждевременно зажженный цилиндр обедняется со второй скоростью 915 в течение второго периода 910. Здесь цилиндр работает с коэффициентом избытка воздуха, который беднее, чем стехиометрический, и степень обогащенности 912 смеси варьируется за второй период 910 так, что коэффициент AFR2, который беднее стехиометрического, достигается до окончания второго периода 910. Одна или несколько степеней обедненности 912 скорость обеднения 915 и второй период 910 регулируются по одному или нескольким первой степени обогащения 906, скорости обогащения 905 и первому периоду 904 предыдущего обогащения. Например, степень обеднения 912 и/или второй период 910 операции обеднения увеличивается, когда первый период 904 и степень обогащенности 906 предыдущего обогащения увеличиваются. В одном случае, как показано, скорость обеднения 915 регулируется так, что степень обеднения уменьшается, когда число воспламенений с момента преждевременного зажигания растет. В альтернативном примере скорость обеднения 915 регулируется так, что степень обедненности уменьшается, когда число воспламенений с момента преждевременного зажигания растет. Степень обедненности 912 и второй период 910 выбираются такими, чтобы величина избыточного кислорода в выхлопе в течение обеднения компенсировала избыток впрыскиваемого топлива в течение предыдущего обогащения. Таким образом, величина избытка кислорода вычисляется как площадь 914 под кривой обеднения. То есть площадь 914 является интегралом избытка кислорода на отрезке обеднения. Таким образом, второй период 910 расширяется по содержанию выхлопа так, что цилиндр продолжает обедняться до тех пор, пока содержание кислорода в выхлопе не станет снова выше порога.
В момент t3 после окончания второго периода 910 и превышения порога кислорода выхлопа, цилиндр возвращается к стехиометрическому коэффициенту избытка воздуха.
Хотя данный пример показывает модификацию величины топлива, впрыскиваемого в преждевременно зажженный цилиндр, понятно, что в альтернативных примерах величина топлива, впрыскиваемого во все цилиндры двигателя, регулируется по признаку преждевременного зажигания в одном из цилиндров. Как показано выше, обогащение каждого цилиндра регулируется на основе отдельного цилиндра или блока цилиндров.
Таким образом, богатая смесь может применяться для быстрого управления преждевременным зажиганием, тогда как последующая бедная смесь - для управления возможным ухудшением эффективности нейтрализатора, возникающим из-за богатой смеси. В частности, балансируя избытком топлива от богатой смеси с избытком кислорода до бедной смеси, уровни кислорода в выхлопе можно возвращать в желаемые рамки, таким образом также восстанавливая КПД нейтрализатора выхлопа. Ограничивая нагрузку на двигатель и одновременно обогащая цилиндр, можно дополнительно охладить цилиндр, что уменьшит преждевременное зажигание. Далее, регулируя обогащение и ограничение нагрузки на двигатель по вероятности, обратной связи и истории преждевременного зажигания, такое зажигание можно лучше предупредить и лучше им управлять, тем самым улучшив работу двигателя.
Заметим, что программы управления и оценки, приведенные здесь в примерах, могут использоваться с различными конфигурациями системы. Специальные программы, описанные здесь, могут представлять собой одну или несколько стратегий обработки (например, управляемый событиями, с управлением по прерываниям, многозадачность, многопоточность и т.п.). Таким образом, показанные различные действия, операции или функции могут выполняться в приведенной последовательности, параллельно или, в некоторых случаях, пропускаться. Аналогично, порядок обработки не является обязательным для достижения свойств и преимуществ, приведенных в продемонстрированных примерах реализации настоящего изобретения, а представлен для упрощения демонстрации и описания. Одно или несколько представленных здесь действий, функций или операций могут повторно выполняться, в зависимости от определенной используемой стратегии. Более того, описанные операции, функции и/или действия могут графически представлять код, который записывается в запоминающее устройство для считывания в системе управления.
Понятно, что конфигурации и программы, предлагаемые здесь, по сути являются примерными, и что данные конкретные варианты осуществления изобретения не должны рассматриваться в ограниченном смысле, так как возможно множество вариантов. Например, вышеуказанная технология может применяться в двигателях V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитных 4-цилиндровых и других типах двигателя. Сущность настоящего изобретения включает все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций и другие особенности, функции и/или свойства, описанные здесь.
Пункты формулы изобретения, в частности, отмечают определенные комбинации и подкомбинации, рассматриваемые как новые и неочевидные. Данные пункты формулы могут ссылаться на «один из» элементов или «первый» элемент или их эквивалент. Такие пункты следует понимать для образования объединения одного или нескольких таких пунктов (элементов). Другие комбинации и подкомбинации представленных особенностей, функций, элементов и/или свойств, могут заявляться посредством исправления настоящих формул изобретения или посредством представления новых формул изобретения в этом или связанном с этим применением. Такие формулы, независимо от того, являются ли они шире, уже, равными или отличающимися по объему от оригинальных формул, также считаются включенными в сущность настоящего изобретения.