СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ
METHOD AND SYSTEM FOR MOTOR CONTROL

Область техники
Настоящее изобретение в целом относится к способам и системам для управления двигателем в ответ на деградацию указанного механизма изменения степени сжатия.
Уровень техники/Раскрытие изобретения
Степень сжатия двигателя внутреннего сгорания определяется как отношение рабочего объема цилиндра, когда поршень находится в нижней мертвой точке (НМТ), к рабочему объему цилиндра, когда поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ). В общем случае, чем выше степень сжатия, тем выше термический к.п.д. двигателя внутреннего сгорания. Это, в свою очередь, приводит к улучшению топливной экономичности и более высокому коэффициенту отношения выходной энергии к входной энергии двигателя. В традиционных двигателях степень сжатия постоянна и, вследствие этого, коэффициент полезного действия двигателя в режиме эксплуатации нельзя оптимизировать для улучшения топливной экономичности и эксплуатационных характеристик двигателя.
В случае двигателей с изменяемой степенью сжатия (ИСС) двигатель может быть оснащен различными механизмами для механического изменения объемного соотношения между ВМТ и НМТ поршня, обеспечивающего возможность изменения степени сжатия при изменении условий работы двигателя. В качестве неограничивающего примера, двигатель с ИСС может быть оснащен механизмом (например, эксцентриковым) изменения рабочего хода поршня, который перемещает поршни ближе или дальше от головки блока цилиндров, тем самым, изменяя размер камер сгорания. В других двигателях может подвергаться изменению объем головки блока цилиндров.
Один пример подхода для эффективного использования преимуществ механизма ИСС показан Колмановским (Kolmanovsky) et al в патенте США US 6,553,949. В нем более высокая степень сжатия может использоваться в областях низких частот вращения-нагрузок двигателя для повышения термического к.п.д. Более низкая степень сжатия может использоваться в областях высоких частот вращения-нагрузок двигателя. Кроме того, детонация в области низких частот вращения-нагрузок может быть уменьшена при помощи запаздывания зажигания, тогда как детонацию в области более высоких частот вращения-нагрузок уменьшают при помощи регулировок степени сжатия. Когда двигатель становится ограниченным по зажиганию при работе с повышенной степенью сжатия, запаздывание фазирования сгорания может свести на нет преимущество термического к.п.д. степени сжатия. В это время степень сжатия может быть понижена, тогда как момент зажигания подергается опережению, чтобы обеспечить более эффективный баланс между фазированием сгорания и термическим к.п.д. В дополнение к этому, периодические колебания между различными уровнями сжатия уменьшаются, и данная степень сжатия может использоваться более эффективно.
Однако авторы настоящего изобретения выявили потенциальные проблемы при такой системе. В качестве одного примера, механизм ИСС может деградировать, в результате чего двигатель будет работать со степенью сжатия, отличной от требуемой. Например, механизм ИСС может заклинить. Если механизм заклинивает в состоянии с более высокой, чем требуемая, степенью сжатия, таким образом, что заклинивание механизма происходит при более высокой уставке степени сжатия, или при переходе к более низкой уставке степени сжатия (но до достижения более низкой уставки степени сжатия), риск детонации и преждевременного зажигания в двигателе возрастает. В частности, более высокие давления в момент зажигания могут приводить к более высоким температурам и более высокой вероятности автоматического зажигания несгоревших остаточных газов. Частость детонации и преждевременного зажигания могут сократить срок службы компонентов двигателя.
В одном примере вышеописанная проблема может быть, по меньшей мере частично, решена при помощи способа для двигателя, включающего в себя: механическое изменение степени сжатия двигателя при помощи механизма изменения степени сжатия; и, в ответ на деградацию указанного механизма, ограничение нагрузки двигателя. В результате этого детонация или преждевременное зажигание, возбуждаемые вследствие деградации механизма ИСС, уменьшаются.
В качестве примера, двигатель может быть оснащен механизмом ИСС, который, при приведении в действие, механически изменяет положение поршня внутри камеры сгорания, тем самым, изменяя степень сжатия. В соответствии с условиями работы двигателя степень сжатия может изменяться, например, посредством применения относительно более высокой степени сжатия при более низких нагрузках двигателя для эффективного использования преимущества повышенного термического к.п.д. и, вместе с тем, посредством перехода к относительно более низкой степени сжатия при более высоких нагрузках двигателя для эффективного использования преимущества фазирования сгорания. Механизм ИСС может заклинить при переходе между более высокой и более низкой уставками степени сжатия. Вывод о деградации механизма ИСС может быть сделан на основе сигнала обратной связи о положении механизма ИСС, например, от датчика положения, соединенного с механизмом. Например, если зарегистрированное положение отличается от заданного (командой) положения, можно сделать вывод о том, что механизм заклинил при неправильной степени сжатия. В альтернативном варианте вывод о деградации механизма ИСС может быть сделан в ответ на частость детонации, большую ожидаемой, и/или адаптивную детонацию, подвергаемую запаздыванию до порога раньше, чем ожидалось. Степень сжатия при заклинивании может быть определена на основе сигнала обратной связи от датчика положения или на основе частости детонации. Нагрузка двигателя может при этом быть ограничена значением отсечения, соответствующим наибольшей нагрузке, возможной для данной степени сжатия при заклинивании. Количество впускного заряда воздуха может быть уменьшено для ограничения нагрузки, например, путем уменьшения открытия впускного дросселя или увеличения открытия перепускной заслонки отработавших газов. В дополнение к этому, пограничное зажигание можно регулировать в зависимости от степени сжатия при заклинивании. Момент зажигания может в этом случае устанавливаться с опережением.
В результате этого механизм изменения степени сжатия может быть лучше защищен от периодически повторяющихся детонации и преждевременного зажигания. Технический эффект ограничения впускного заряда воздуха для ограничения нагрузки двигателя в ответ на деградацию указанного механизма изменения степени сжатия состоит в том, что периодически повторяющаяся детонация может быть предотвращена. В частности, можно уменьшить термическое напряжение, которому может подвергаться цилиндр вследствие работы при более высокой, чем предусматривалось, степени сжатия (такой, какая может возникать вследствие заклинивания механизма в состоянии с более высокой уставкой степени сжатия, чем предусматривалось). В дополнение к этому, двигатель может работать при зажигании, установленном с опережением относительно предела запаздывания зажигания. В целом, может быть продлен срок службы компонентов двигателя.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое раскрытие изобретения служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это раскрытие не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На ФИГ. 1 показан пример системы двигателя, оснащенной механизмом изменения степени сжатия.
На ФИГ. 2 показана высокоуровневая блок-схема для ограничения нагрузки двигателя в ответ на индикацию деградации механизма ИСС.
На ФИГ. 3 показана высокоуровневая блок-схема для идентификации деградации механизма ИСС.
На ФИГ. 4 показан пример возможного использования регулировок ИСС и нагрузки двигателя во время работы двигателя.
На ФИГ. 5 представлен пример таблицы соответствия, которую можно использовать для преобразования степени сжатия в условия частот вращения-нагрузок двигателя.
Осуществление изобретения
Следующее описание относится к системам и способам для уменьшения риска детонации и преждевременного зажигания системы двигателя, оснащенной механизмом изменения степени сжатия (ИСС), как описано со ссылкой на систему двигателя, показанную на ФИГ. 1. Благодаря приведению в действие механизма ИСС, можно изменять положение поршня внутри камеры сгорания, обеспечивая возможность улучшения термического к.п.д. Контроллер может быть выполнен с возможностью выполнения управляющей программы, такой как пример программы на ФИГ. 2, для изменения степени сжатия двигателя в зависимости от условий работы двигателя, например, путем обращения к таблице, показанной на ФИГ. 5. В ответ на деградацию указанного механизма ИСС контроллер может отсекать нагрузку двигателя в зависимости от степени сжатия, при которой механизм заклинивает. Контроллер может обнаруживать деградацию механизма ИСС на основе сигнала обратной связи о положении механизма, или на основе частоты детонации и использования запаздывания адаптивного зажигания, как показано на ФИГ. 3. Пример работы двигателя с регулировками ИСС и нагрузки двигателя показан на ФИГ. 4. В результате этого деградация ИСС может быть своевременно выявлена и устранена.
На ФИГ. 1 показан пример варианта осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может принимать параметры управления от системы управления, содержащей контроллер 12, а также входные данные от водителя 130 транспортного средства, подаваемые при помощи устройства 132 ввода. В этом примере устройство 132 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерации пропорционального сигнала положения педали ПП. Цилиндр 14 сгорания (в настоящем документе называемый также «камерой сгорания») двигателя 10 может содержать стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенным в ней. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 таким образом, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть присоединен к по меньшей мере одному приводному колесу пассажирского автомобиля при помощи системы трансмиссии. Кроме того, стартер может быть соединен с коленчатым валом 140 при помощи маховика, позволяя осуществлять операцию запуска двигателя 10.
Двигатель 10 может быть выполнен как двигатель с изменяемой степенью сжатия (ИСС), причем степень сжатия (СС) (т.е. отношение рабочего объема цилиндра, когда поршень находится в нижней мертвой точке (НМТ), к рабочему объему цилиндра, когда поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ)), может быть изменена механически. СС двигателя можно изменять при помощи привода 192 ИСС, приводящего в действие механизм 194 ИСС. В некоторых примерах вариантов осуществления СС может изменяться в диапазоне между первой, более низкой СС (при этом отношение рабочего объема цилиндра, когда поршень находится в НМТ, к рабочему объему цилиндра, когда поршень находится в ВМТ, меньше) и второй, более высокой СС (при этом отношение больше). В других примерах вариантов осуществления может быть заданное количество степеней ступенчатого сжатия. Помимо этого, СС может непрерывно изменяться между первой, более низкой СС и второй, более высокой СС (до любой промежуточной СС).
В изображенном примере механизм 194 ИСС соединен с поршнем 138 таким образом, что механизм ИСС может изменять положение ВМТ поршня. Например, поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 при помощи механизма 194 ИСС, изменяющего положение поршня, который перемещает поршень ближе или дальше от головки блока цилиндров, таким образом, изменяя размер камеры 14 сгорания. Датчик 196 положения может быть соединен с механизмом 194 ИСС и может быть выполнен с возможностью обеспечения сигнала обратной связи для контроллера 12 о положении механизма 194 ИСС (и, тем самым, степени сжатия, применяемой к цилиндру).
В одном примере изменение положения поршня внутри камеры сгорания также изменяет относительный рабочий ход поршня внутри цилиндра. Механизм ИСС, изменяющий положение поршня, может быть соединен со стандартной или нестандартной кривошипной системой. Неограничивающие примеры нестандартной кривошипной системы, к которой может быть присоединен механизм ИСС, включают в себя коленчатые валы с изменяемым расстоянием до головки блока цилиндров и коленчатые валы с изменяемой кинематической длиной. В одном примере коленчатый вал 140 может быть выполнен в виде эксцентрикового вала. В другом примере эксцентрик может быть присоединен к поршневому пальцу или около него, при этом эксцентрик изменяет положение поршня внутри камеры сгорания. Перемещением эксцентрика можно управлять при помощи масляных каналов в поршневом штоке.
Следует понимать, что можно использовать и другие механизмы ИСС, которые механически изменяют степень сжатия. Например, СС двигателя можно изменять при помощи механизма ИСС, который изменяет объем головки блока цилиндров (т.е. объем мертвого пространства в головке блока цилиндров). В еще одном примере механизм ИСС может включать в себя гидравлический, пневматический или механически активируемый поршень. Помимо этого, механизм ИСС может включать в себя многозвенный механизм или механизм с изогнутым стержнем. Возможны и другие варианты автоматизации процесса ИСС. Следует понимать, что в контексте настоящего документа двигатель с ИСС может быть выполнен с возможностью регулирования СС двигателя при помощи механических регулировок, которые изменяют положение поршня или объем головки блока цилиндров. В связи с этим механизмы ИСС не включают в себя регулировки СС, осуществляемые при помощи регулировок фаз газораспределения или фаз кулачкового распределения.
Регулируя положение поршня в цилиндре, можно изменять эффективную (статическую) степень сжатия двигателя (т.е. разность между рабочими объемами цилиндра в ВМТ по сравнению с НМТ). В одном примере уменьшение степени сжатия включает в себя уменьшение рабочего хода поршня внутри камеры сгорания путем увеличения расстояния между днищем поршня и головкой блока цилиндров. Например, контроллер может управлять работой двигателя при первой, более низкой степени сжатия, посылая сигнал для приведения механизма ИСС в первое положение, где поршень имеет меньший эффективный рабочий ход внутри камеры сгорания. В качестве другого примера, контроллер может управлять работой двигателя при второй, более высокой степени сжатия, посылая сигнал для приведения механизма ИСС во второе положение, где поршень имеет больший эффективный рабочий ход внутри камеры сгорания. Изменения степени сжатия двигателя могут эффективно использоваться для улучшения топливной экономичности. Например, более высокая степень сжатия может использоваться для улучшения топливной экономичности при нагрузках двигателя в диапазоне от низких до умеренных до тех пор, пока запаздывание зажигания относительно раннего начала детонации не сведет на нет преимущество топливной экономичности. После этого двигатель может быть переключен на более низкую степень сжатия, тем самым, поступаясь термическим к.п.д. в обмен на эффективность фазирования сгорания. Системы непрерывного ИСС могут непрерывно оптимизировать фазирование сгорания и термический к.п.д. для обеспечения наилучшей степени сжатия между верхним и нижним пределами степени сжатия при данных условиях работы. В одном примере контроллер двигателя может обращаться к таблице соответствия, такой как таблица 500, показанная на ФИГ. 5, чтобы выбрать применяемую степень сжатия в зависимости от условий частот вращения-нагрузок двигателя. Как подробно изложено ниже, выбор может включать в себя выбор более низкой степени сжатия при более высоких нагрузках двигателя и выбор более высокой степени сжатия при более низких нагрузках двигателя.
Могут иметь место условия, при которых механизм ИСС подвергается деградации, например, если механизм заклинивает при непредусмотренной степени сжатия. Например, механизм может заклинивать при более высокой уставке степени сжатия, когда получена команда на переход к более низкой уставке степени сжатия. Продолжительная непредусмотренная работа при более высокой степени сжатия может привести к увеличению склонности к детонации и преждевременному зажиганию. Как подробно изложено со ссылкой на ФИГ. 2, в ответ на индикацию деградации механизма ИСС контроллер может ограничить нагрузку двигателя, чтобы уменьшить частость детонации и преждевременного зажигания. Кроме того, вывод о деградации механизма ИСС может быть сделан на основе сигнала обратной связи от датчика положения, соединенного с механизмом ИСС (такого как датчик 196 положения), и/или на основе частоты детонации и использования адаптивного зажигания в ответ на возникновение детонации.
Цилиндр 14 может принимать впускной воздух через последовательность каналов 142, 144 и 146 для впуска воздуха. Помимо цилиндра 14, канал 146 для впуска воздуха может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10. В некоторых вариантах осуществления один или более впускных каналов могут включать в себя устройство наддува, такое как турбонагнетатель или воздушный нагнетатель. Например, на ФИГ. 1 показан двигатель 10, оснащенный турбонагнетателем, включающим в себя компрессор 174, расположенный между впускными каналами 142 и 144, и газовой турбиной 176, расположенной вдоль выпускного канала 148. Компрессор 174 может по меньшей мере частично приводиться в действие газовой турбиной 176 при помощи вала 180, при этом устройство наддува выполнено в виде турбонагнетателя. Однако в других примерах, таких, где двигатель 10 снабжен воздушным нагнетателем, газовая турбина 176 может быть опционально исключена, при этом компрессор 174 может приводиться в действие при помощи механического входного воздействия от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания. Дроссель 20, включающий в себя дроссельную заслонку 164, может быть предусмотрен вдоль впускного канала двигателя для изменения величины расхода и/или давления впускного воздуха, подаваемого к цилиндрам двигателя. Например, дроссель 20 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на ФИГ. 1, или, альтернативно, может быть предусмотрен выше по потоку от компрессора 174.
Выпускной канал 148 может принимать отработавшие газы из других цилиндров двигателя 10 в дополнение к цилиндру 14. Датчик 128 отработавших газов показан соединенным с выпускным каналом 148 выше по потоку от устройства 178 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 128 может быть выбран из числа любых подходящих датчиков для обеспечения индикации воздушно-топливного отношения в отработавших газах, таких как линейный широкополосный кислородный датчик УДКОГ (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), узкополосный кислородный датчик с двумя состояниями или датчик кислорода в отработавших газах ДКОГ (как показано на чертеже), НДКОГ (нагреваемый ДКОГ), датчик окислов азота, концентрации водорода или угарного газа, например. Устройство 178 снижения токсичности может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор ТКН, ловушку для окислов азота, различные другие устройства снижения токсичности отработавших газов или их комбинации.
Температура отработавших газов может оцениваться одним или более датчиками температуры (не показаны), расположенными в выпускном канале 148. В других вариантах осуществления температура отработавших газов может определяться исходя из условий работы двигателя, таких как частота вращения, нагрузка, воздушно-топливное отношение (ВТО), запаздывание зажигания и т.д. Кроме того, температура отработавших газов может вычисляться одним или более датчиками 128 отработавших газов. Следует понимать, что температура отработавших газов может альтернативно оцениваться при помощи любой комбинации способов оценки температуры, перечисленных в настоящем документе.
Каждый цилиндр двигателя 10 сгорания может содержать один или более впускных клапанов и один или более выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 показан содержащим по меньшей мере один впускной тюльпанообразный клапан 150 и по меньшей мере один выпускной тюльпанообразный клапан 156, расположенные в верхней части цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10, включая цилиндр 14, может содержать по меньшей мере два впускных тюльпанообразных клапана и по меньшей мере два выпускных тюльпанообразных клапана, расположенных в верхней части цилиндра.
Управление впускным клапаном 150 может осуществляться контроллером 12 посредством кулачкового привода при помощи системы 151 кулачкового привода. Аналогичным образом, управление выпускным клапаном 156 может осуществляться контроллером 12 при помощи системы 153 кулачкового привода. Каждая из систем 151 и 153 кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или несколько из систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которые могут приводиться в действие контроллером 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться датчиками 155 и 157 положения клапанов соответственно. В альтернативных вариантах осуществления управление впускным и/или выпускным клапаном может осуществляться при помощи электропривода клапанов. Например, цилиндр 14 может в качестве альтернативы содержать впускной клапан, управляемый при помощи электропривода клапанов, и выпускной клапан, управляемый при помощи кулачкового привода, включающего в себя системы ППК и/или ИФКР. В других вариантах осуществления управление впускным и выпускным клапанами может осуществляться при помощи общего исполнительного механизма или системы активации клапанов, или исполнительного механизма или системы активации изменяемых фаз газораспределения.
Цилиндр 14 может обладать степенью сжатия, представляющей собой соотношение объемов, когда поршень 138 расположен между нижней мертвой точкой и верхней мертвой точкой. Обычно степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах, при использовании других видов топлива, степень сжатия может быть увеличена. Это может происходить, например, при использовании высокооктановых видов топлива или топлива с повышенной скрытой энтальпией испарения. Степень сжатия может также быть увеличена при использовании непосредственного впрыска вследствие его воздействия на детонацию двигателя. Степень сжатия можно также изменять в зависимости от управляющего воздействия со стороны водителя посредством регулировок привода 192 ИСС, который приводит в действие механизм 194 ИСС, изменяя фактическое местоположение поршня 138 в камере 14 сгорания. Степень сжатия можно определить на основе сигнала обратной связи от датчика 196 о положении механизма 194 ИСС.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя свечу 192 зажигания для инициирования сгорания. Система 190 зажигания может обеспечивать искру зажигания для камеры 14 сгорания при помощи свечи 192 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания ОЗ от контроллера 12 при выбранных рабочих режимах. Однако в некоторых вариантах осуществления свеча 192 зажигания может быть исключена, например, когда двигатель 10 может инициировать сгорание посредством автоматического зажигания или посредством впрыска топлива, как может обстоять дело в случае некоторых дизельных двигателей.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть оснащен одной или несколькими топливными форсунками для подачи в него топлива. В качестве неограничивающего примера цилиндр 14 показан содержащим одну топливную форсунку 166. Топливная форсунка 166 показана соединенной непосредственно с цилиндром 14 для впрыскивания в него топлива пропорционально длительности импульса впрыска топлива (ДИВТ), принятого от контроллера 12 через электронный формирователь 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает так называемый непосредственный впрыск (в дальнейшем называемый также «НВ») топлива в цилиндр 14 сгорания. Хотя на ФИГ. 1 форсунка 166 показана в виде боковой форсунки, она может также быть расположена сверху над поршнем, например, возле места расположения свечи 192 зажигания. Такое положение позволяет улучшать смешивание и сгорание при работе двигателя на спиртосодержащем топливе вследствие более низкой летучести спиртосодержащих видов топлива. В качестве альтернативного варианта, форсунка может располагаться сверху возле впускного клапана для улучшения смешивания. Топливо можно подавать к топливной форсунке 166 из топливной системы 8 высокого давления, включающей в себя топливные баки, топливные насосы и топливную рампу. В качестве альтернативного варианта, топливо можно подавать одноступенчатым топливным насосом при более низком давлении, причем в этом случае установка момента непосредственного впрыска топлива может быть более ограниченной во время такта сжатия, чем при использовании топливной системы высокого давления. Кроме того, хотя это не показано на чертеже, топливные баки могут иметь датчик давления, обеспечивающий сигнал для контроллера 12. Следует понимать, что в альтернативном варианте осуществления топливная форсунка 166 может представлять собой инжектор распределительного впрыска, подающий топливо во впускное окно выше по потоку от цилиндра 14.
Следует также понимать, что хотя в изображенном варианте осуществления показан двигатель, работающий при помощи впрыскивания топлива через единственный инжектор (форсунку) непосредственного впрыска, в других вариантах осуществления двигатель может работать путем использования двух или более форсунок (например, инжектор непосредственного впрыска и инжектор распределительного впрыска на цилиндр, или два инжектора непосредственного впрыска/два инжектора распределительного впрыска на цилиндр и т.д.) и изменения относительной величины впрыска в цилиндр из каждого инжектора.
Топливо может подаваться форсункой к цилиндру во время одного цикла работы цилиндра. Кроме того, распределение и/или относительное количество топлива, подаваемого из форсунки, может изменяться в зависимости от условий работы. При этом для единственного события сгорания могут выполняться несколько впрысков подаваемого топлива за цикл. Несколько впрысков могут выполняться во время такта сжатия, такта впуска или любой подходящей их комбинации. Кроме того, топливо можно впрыскивать во время цикла для регулирования отношения воздуха к впрыскиваемому топливу (ВТО) сгорания. Например, топливо можно впрыскивать для обеспечения стехиометрического ВТО. В состав двигателя может входить датчик ВТО для обеспечения оценки ВТО в цилиндре. В одном примере датчик ВТО может представлять собой датчик отработавших газов, такой как датчик 128 ДКОГ. Измеряя количество остаточного кислорода (для бедных смесей) или несгоревших углеводородов (для богатых смесей) в отработавших газах, датчик может определять ВТО. В связи с этим ВТО может быть представлено как значение лямбда (λ), то есть как отношение фактического ВТО к стехиометрическому для данной смеси. Таким образом, значение лямбда, равное 1,0, указывает на то, что стехиометрическая смесь, более богатая, чем смеси стехиометрического состава, может иметь значение лямбда, меньшее, чем 1,0, а более бедная, чем смеси стехиометрического состава, может иметь значение лямбда, большее, чем 1,0.
Согласно приведенному выше описанию, на ФИГ. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Фактически каждый цилиндр может аналогичным образом содержать собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку (форсунки), свечу зажигания и т.д.
Топливные баки в топливной системе 8 могут содержать топливо с различными свойствами, например, различными топливными составами. Эти различия могут включать в себя различное содержание спирта, различное октановое число, различную теплоту парообразования, различные топливные смеси и/или комбинации вышеперечисленного и т.д.
Двигатель 10 может дополнительно содержать датчик 90 детонации, присоединенный к цилиндру 14 для идентификации событий аномального сгорания в цилиндре. В альтернативных вариантах осуществления один или более датчиков 90 детонации могут быть присоединены к выбранным местам блока цилиндров. Датчик детонации может представлять собой акселерометр на блоке цилиндров двигателя или датчик ионизации, включенный в конфигурацию свечи зажигания каждого цилиндра. Выходной сигнал датчика детонации может быть объединен с выходным сигналом датчика ускорения коленчатого вала для индикации события аномального сгорания в цилиндре. В одном примере аномальное сгорание вследствие одного или более из детонации и преждевременного зажигания можно идентифицировать и дифференцировать на основе выходного сигнала датчика 90 детонации в одном или более установленных окнах (например, временных окнах угла поворота коленчатого вала). Например, детонацию можно идентифицировать в ответ на выходной сигнал датчика детонации, оцениваемый в окне детонации и превышающий порог детонации, тогда как преждевременное зажигание можно идентифицировать в ответ на выходной сигнал датчика детонации, оцениваемый в окне преждевременного зажигания и превышающий порог преждевременного зажигания, причем порог преждевременного зажигания выше, чем порог детонации, а окно преждевременного зажигания начинается раньше, чем окно детонации. Кроме того, аномальное сгорание может быть соответствующим образом устранено. Например, детонация может быть устранена путем уменьшения степени сжатия и/или изменения момента зажигания в сторону запаздывания, тогда как преждевременное зажигание может быть устранено путем обогащения смеси в двигателе и/или ограничения нагрузки двигателя. В дополнение к этому, понижение степени сжатия также уменьшает изменения дополнительного преждевременного зажигания. Как подробно изложено в настоящей заявке со ссылкой на ФИГ. 3, частоту детонации можно также использовать для индикации деградации механизма ИСС, такого, которое может произойти, если механизм заклинивает в состоянии с непредусмотренной степенью сжатия (которая может быть выше или ниже предусмотренной уставки степени сжатия).
На ФИГ. 1 контроллер 12 показан в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство 106 (МПУ), порты 108 ввода/вывода, электронный носитель информации для выполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере показанный в виде постоянного запоминающего устройства 110 (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 112 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 114 (ЭЗУ) и шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, среди которых можно назвать: показание массового расхода всасываемого воздуха (МРВ) от датчика 122 массового расхода воздуха; показание температуры охлаждающей жидкости двигателя (ТОЖД) от датчика 116 температуры, связанного с рубашкой 118 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 120 на эффекте Холла (или датчика другого типа), связанного с коленчатым валом 140; сигнал положения дросселя (ПД) от датчика положения дросселя; сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 124, сигнал ВТО в цилиндре от датчика 128 ДКОГ, сигнал аномального сгорания от датчика 90 детонации и датчика ускорения коленчатого вала, и сигнал положения механизма ИСС от датчика 196 положения. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала ПЗ. Сигнал ДВК от датчика давления во впускном коллекторе можно использовать для индикации разряжения или давления во впускном коллекторе. Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков, показанных на ФИГ. 1, и задействует различные исполнительные устройства, показанные на ФИГ. 1, для регулирования работы двигателя на основе принимаемых сигналов и инструкций, хранящихся в памяти контроллера. Например, в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя, контроллер может отрегулировать степень сжатия двигателя, посылая сигнал на привод ИСС, который приводит в действие механизм ИСС для механического перемещения поршня ближе или дальше от головки блока цилиндров, чтобы, тем самым, изменять объем камеры сгорания. В качестве другого примера, контроллер может сравнивать выходной сигнал от датчика положения, соединенного с механизмом ИСС, с заданным командой сигналом для механизма ИСС, чтобы определить, не заклинил ли механизм при непредусмотренной уставке степени сжатия. В ответ на заклинивание механизма ИСС, например, при более высокой, чем предусмотренная, уставке степени сжатия, контроллер может послать сигнал на впускной дроссель для ограничения заряда воздуха, подаваемого к двигателю, тем самым, ограничивая нагрузку двигателя, чтобы уменьшить склонность к детонации и преждевременному зажиганию, вызванным непрерывной работой при повышенной уставке степени сжатия.
Долговременное постоянное запоминающее устройство 110 носителя информации может быть запрограммировано с помощью машиночитаемых данных, представляющих инструкции, исполняемые процессором 106 для осуществления раскрытых ниже способов, а также других вариантов, предполагаемых, но не перечисленных конкретно.
При этом системы, показанные на ФИГ. 1, обеспечивают систему двигателя, содержащую: двигатель, имеющий цилиндр; механизм изменения степени сжатия для механического изменения положения поршня в цилиндре; датчик положения, присоединенный к механизму изменения степени сжатия; свечу зажигания для обеспечения зажигания в цилиндре; впускной дроссель; турбонагнетатель, содержащий впускной компрессор, приводимый в действие газовой турбиной (работающей на отработавших газах); перепускную заслонку, содержащую привод перепускной заслонки, присоединенный к газовой турбине; датчик детонации; и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти, для: приведения в действие механизма изменения степени сжатия для перевода двигателя с более высокой уставки степени сжатия на более низкую уставку степени сжатия; индикации заклинивания механизма при более высокой уставке степени сжатия в зависимости от выходного сигнала от одного или более из датчика положения и датчика детонации; и, в ответ на индикацию, уменьшения заряда воздуха, подаваемого к двигателю, при одновременном изменении момента зажигания в сторону запаздывания. Индикация может включать в себя индикацию заклинивания механизма при более высокой уставке степени сжатия в ответ на одно или более из следующего: превышение частотой детонации, индицируемой на основе выходного сигнала от датчика детонации, пороговой частоты, и отличие фактического положения механизма, индицируемого на основе выходного сигнала от датчика положения, от заданного командой положения, при этом каждое из заданного командой положения и пороговой частоты основано на более низкой уставке степени сжатия. Уменьшение заряда воздуха может включать в себя одно или более из уменьшения открытия впускного дросселя и увеличения открытия привода перепускной заслонки для ограничения максимальной нагрузки двигателя, допустимой при более высокой уставке степени сжатия. Контроллер может содержать дополнительные инструкции для дальнейшего ограничения максимальной нагрузки двигателя, допустимой при более высокой уставке степени сжатия, в ответ на индикацию преждевременного зажигания, отличную от детонации, причем преждевременное зажигание индицируют на основе выходного сигнала датчика детонации после уменьшения впускного заряда воздуха.
Обратимся теперь к ФИГ. 2, на котором показан пример программы 200 для ограничения нагрузки двигателя в ответ на индикацию деградации механизма ИСС. Способ уменьшает частость (количество случаев) детонации и преждевременного зажигания, вызванных непрерывной работой при более высокой, чем предусмотренная, степени сжатия. Инструкции для реализации способа 200, а также остальных способов, включенных в настоящую заявку, могут выполняться контроллером на основе инструкций, хранящихся в памяти контроллера, совместно с сигналами, принимаемыми от датчиков системы двигателя, таких как датчики, описанные выше со ссылкой на ФИГ. 1. Контроллер может использовать исполнительные устройства системы двигателя для регулирования работы двигателя в соответствии с раскрытыми ниже способами.
На шаге 202 способ включает в себя оценку и/или измерение условий работы двигателя. Условия работы двигателя могут включать в себя, например, задаваемое водителем потребление мощности (например, на основе выходного сигнала датчика положения педали, соединенного с педалью водителя); температуру, давление и влажность окружающей среды; температуру двигателя; давление воздуха в коллекторе (ДВК); массовый расход воздуха (МРВ) в коллекторе; температуру каталитического нейтрализатора; температуру на впуске; уровень наддува; октановое число топлива, имеющегося в топливном баке; и т.д.
На шаге 204 способ 200 включает в себя выбор степени сжатия для работы двигателя в зависимости от оцениваемых условий работы двигателя. Двигатель может быть оснащен механизмом ИСС (например, механизмом 194 ИСС, показанным на ФИГ. 1), который механически изменяет степень сжатия двигателя между первой, более низкой, и второй, более высокой, уставкой степени сжатия. Механизм ИСС может достигать этого посредством механического изменения положения поршня в цилиндре. В альтернативном варианте возможны несколько степеней сжатия между первой и второй степенью сжатия. Контроллер может сравнивать топливную экономичность при каждой степени сжатия двигателя при данном задаваемом водителем потреблении мощности и выбирать степень сжатия, которая обеспечивает наибольшую топливную экономичность. Контроллер может сравнивать топливную экономичность при каждой степени сжатия путем сравнения удельного расхода топлива при испытании двигателя на тормозном стенде (УРТТС) при каждой степени сжатия, например. Топливную экономичность двигателя при каждой степени сжатия можно определить при помощи таблицы, диаграммы, алгоритма и/или уравнения, каждое из которых сохраняется как функция условий работы (например, частоты вращения двигателя, крутящего момента, температуры, влажности, логически выводимого октанового числа и т.д.).
В одном примере контроллер может обращаться к таблице соответствия или диаграмме, такой как таблица 500, показанная на ФИГ. 5, чтобы выбрать степень сжатия для работы двигателя на основе условий частот вращения-нагрузок двигателя. Как показано на диаграмме 500, при возрастании нагрузки двигателя или среднего эффективного тормозного давления (СЭТД) выбранная степень сжатия может быть уменьшена. Таким образом, более низкую степень сжатия выбирают при более высоких нагрузках двигателя, а более высокую степень сжатия выбирают пр более низких нагрузках двигателя.
На шаге 206 способ 200 включает в себя приведение в действие механизма ИСС для обеспечения выбранной степени сжатия. Например, контроллер может посылать сигнал приводу ИСС (например, приводу 192 ИСС на ФИГ. 1), присоединенному к механизму ИСС, для приведения механизма в положение, обеспечивающее выбранную степень сжатия. В одном примере контроллер может посылать сигнал для переключения механизма на более высокую уставку степени сжатия при частотах вращения и нагрузках двигателя в диапазоне от низких до умеренных. В другом примере контроллер может посылать сигнал для переключения механизма на более низкую уставку степени сжатия при частотах вращения и нагрузках двигателя в диапазоне от умеренных до высоких.
На шаге 208 способ 200 включает в себя определение того, деградирован ли механизм ИСС. В частности, может быть определено, не заклинил ли механизм ИСС при уставке степени сжатия, отличной от предусмотренной уставки степени сжатия для данных условий частоты вращения-нагрузки двигателя. Как подробно изложено со ссылкой на ФИГ. 3, вывод о деградации механизма ИСС может быть сделан на основе выходного сигнала от датчика положения механизма ИСС, указывающего, что положение механизма ИСС отличается от положения, ожидаемого с учетом предусмотренной уставки степени сжатия. В качестве другого примера, вывод о деградации механизма ИСС может быть сделан на основе выходного сигнала от датчика детонации, указывающего, что частота детонации выше, чем пороговая частота, например. Помимо этого, деградация механизма ИСС может быть индицирована в ответ на адаптивное зажигание, подвергаемое большему запаздыванию, чем ожидалось.
Если определено, что механизм ИСС не деградирован, способ 200 переходит к шагу 210, на котором контроллер продолжает регулировать степень сжатия двигателя в зависимости от условий работы двигателя посредством регулировок механизма ИСС. Например, контроллер может продолжать сравнение топливной экономичности при каждой степени сжатия двигателя при данном задаваемом водителем потреблении мощности и выбирать степень сжатия, которая обеспечивает наибольшую топливную экономичность, как раскрыто на шаге 204, и продолжать приведение в действие привода ИСС для приведения в действие механизма ИСС, который обеспечивает выбранную степень сжатия, как раскрыто на шаге 206. Способ 200 может затем перейти к шагу 220, как будет раскрыто ниже.
Если на шаге 208 определено, что механизм ИСС деградирован, способ 200 переходит к шагу 211, чтобы определить степень сжатия при заклинивании. Например, механизм ИСС может быть деградирован во время перехода между уставками степени сжатия (например, когда двигатель работает при более высокой уставке степени сжатия и получает команду перехода к более низкой степени сжатия, или когда двигатель работает при более низкой уставке степени сжатия и получает команду перехода к более высокой степени сжатия). Контроллер может определить степень сжатия при заклинивании, основываясь на измеренном положении механизма ИСС. Например, основываясь на выходном сигнале от датчика положения, соединенного с механизмом ИСС (например, датчика 196 на ФИГ. 1), контроллер может определить фактическое положение механизма ИСС. Если измеренное фактическое положение не соответствует ожидаемому положению, заданному командой, контроллер может опознать фактическое положение в качестве положения заклинивания и определить соответствующую степень сжатия при заклинивании. Механизм ИСС может заклинивать при более низкой степени сжатия, получив команду перехода к более высокой степени, может заклинивать при более высокой степени сжатия, получив команду перехода к более низкой степени, или может заклинивать в положении между первоначальной и заданной командой степенями. В других примерах степень сжатия при заклинивании можно определить на основе, например, частости детонации, адаптивного зажигания и т.д.
Затем способ переходит к шагу 212, на котором способ включает в себя, в ответ на индикацию деградации механизма ИСС, ограничение нагрузки двигателя путем ограничения заряда воздуха, подаваемого к двигателю. В частности, контроллер может ограничивать максимальную нагрузку двигателя, которая является допустимой исходя из степени сжатия, соответствующей заклиниванию, и независимой от предусмотренной степени сжатия. В одном примере, при получении команды перехода к более низкой уставке степени сжатия, механизм ИСС может заклинить при более высокой уставке степени сжатия (или между более высокой и более низкой уставками степени сжатия). Например, контроллер может управлять двигателем при более высокой степени сжатия при более низких задаваемых водителем крутящих моментах (и более низких нагрузках двигателя) вследствие повышенного термического к.п.д. при более высокой уставке степени сжатия. Однако детонация может возникать при более высокой степени сжатия, что приводит к использованию запаздывания зажигания. После того, как адаптивное зажигание подверглось достаточному запаздыванию, двигатель становится ограниченным по зажиганию до точки, в которой запаздывание фазирования сгорания может свести на нет преимущество термического к.п.д., обусловленное работой при более высокой степени сжатия. В ответ на адаптивное зажигание, подвергаемое запаздыванию до предела во время работы при более высокой степени сжатия, контроллер может подать команду перехода к более низкой степени сжатия. Однако механизм ИСС может заклинивать при более высокой уставке степени сжатия (или между более высокой и более низкой уставками степени сжатия) во время перехода. При этом, в ответ на индикацию деградации механизма ИСС, контроллер может уменьшить максимальный заряд воздуха, который может быть принят в двигателе во время заклинивания при более высокой уставке степени сжатия, тем самым, уменьшая максимальную нагрузку двигателя и максимальное давление наддува, достижимое при степени сжатия, соответствующей заклиниванию. Вследствие этого, цилиндр может работать при более высокой степени сжатия с менее ограниченной нагрузкой двигателя (и менее ограниченным потоком заряда воздуха), когда механизм ИСС не деградирован, но работать при более высокой степени сжатия с более ограниченной нагрузкой двигателя (и более ограниченным потоком заряда воздуха), когда механизм ИСС деградирован.
Благодаря ограничению впускного заряда воздуха нагрузка двигателя может активно поддерживаться ниже предела для цилиндра при степени сжатия, соответствующей заклиниванию. Вследствие этого, колебания высокого давления в цилиндре, вызванные детонацией и/или преждевременным зажиганием, которые могут возникать вследствие продолжительной работы при степени сжатия, соответствующей заклиниванию, могут быть уменьшены. Благодаря уменьшению склонности к детонации и преждевременному зажиганию при работе с непредусмотренной степенью сжатия вследствие деградации механизма ИСС, можно продлить срок службы компонентов двигателя и своевременно исправить механизм ИСС.
Ограничение нагрузки двигателя путем ограничения подачи заряда воздуха к двигателю может включать в себя регулирование открытия впускного дросселя, как показано на шаге 214, и/или регулирование открытия перепускной заслонки, как показано на шаге 216. Например, дроссельная заслонка (например, дроссельная заслонка 20 на ФИГ. 1), расположенная внутри канала для впуска воздуха, может быть переведена в более закрытое положение, тем самым, уменьшая открытие впускного дросселя при степени сжатия, соответствующей заклиниванию. Это уменьшает количество воздуха, протекающего через дроссельную заслонку и в цилиндры двигателя. В другом примере, если двигатель представляет собой двигатель с турбонаддувом, перепускная заслонка или привод перепускной заслонки, подключенной параллельно газовой турбине, может быть переведен в более открытое положение. Благодаря увеличению открытия привода перепускной заслонки количество отработавших газов, протекающих через перепускную заслонку во время обхода газовой турбины, может возрасти, тем самым, уменьшая частоту вращения турбины и, в свою очередь, массовый расход через впускной компрессор, приводимый в движение газовой турбиной. Сниженный массовый расход через компрессор уменьшает давление наддува и поток заряда воздуха к двигателю.
Требуемая степень ограничения нагрузки и соответствующее положение дроссельной заслонки или привода перепускной заслонки, которые задаются командой, могут быть определены как функция степени сжатия, соответствующей заклиниванию, и других условий работы двигателя, таких как МРВ и ДВК. Например, более высокая степень ограничения нагрузки может применяться, когда механизм ИСС заклинивает в состоянии с более высокой, чем предусмотренная, степенью сжатия, поскольку продолжительная работа при более высокой, чем предусмотренная, степени сжатия, может увеличивать склонность к аномальным событиям сгорания, таким как детонация и преждевременное зажигание. В качестве другого примера, более низкая степень ограничения нагрузки может применяться, когда механизм ИСС заклинивает в состоянии с более низкой, чем предусмотренная, степенью сжатия. Контроллер может обращаться к диаграмме, алгоритму, таблице соответствия и т.д., которые включают в себя степень сжатия при заклинивании и предусмотренную степень сжатия в качестве входных данных, и требуемую степень ограничения нагрузки (включая соответствующее положение дросселя и/или положение перепускной заслонки) в качестве выходного результата. В некоторых примерах положение перепускной заслонки может дополнительно основываться на положении впускного дросселя.
На шаге 218 способ 200 включает в себя установку момента зажигания в зависимости от измеряемого положения механизма ИСС (определенного на основе выходного сигнала от датчика положения, например). Иными словами, момент зажигания задают на основе степени сжатия, соответствующей заклиниванию, и независимо от предусмотренной степени сжатия (и предусмотренного положения ИСС). Например, момент зажигания может быть выбран (например, с опережением или запаздыванием) для степени сжатии при заклинивании механизма ИСС в измеряемом положении, основываясь на фактическом или измеренном положении механизма ИСС, вместо установки момента зажигания для предусмотренной степени сжатия на основе заданного командой положения механизма ИСС. В отсутствие деградации механизма ИСС регулировки момента зажигания могут штатно выполняться, когда поршень находится в определенном положении внутри цилиндра (например, до ВМТ) для максимального увеличения воздействующей на поршень силы, создаваемой расширением газов, выделяющихся при горении. Поскольку положение поршня внутри цилиндра при данном угле поворота коленчатого вала изменяется в зависимости от положения механизма ИСС, оптимальный момент зажигания также изменяется в зависимости от положения механизма ИСС. Таким образом, когда характеристики механизм ИСС деградирован, и фактическая степень сжатия, при которой заклинивает двигатель, отличается от предусмотренной степени сжатия, момент зажигания регулируют, чтобы компенсировать это различие. Контроллер может выбирать момент зажигания для степени сжатия, соответствующей заклиниванию, обращаясь к диаграмме, алгоритму или таблице соответствия с измеренным положением механизма ИСС, частотой вращения двигателя, температурой впускного воздуха, МРВ, ДВК и воздушно-топливным отношением в качестве входных данных и моментом зажигания в качестве выходного результата, например.
Задание момента зажигания при измеренном положении ИСС может включать в себя задание момента зажигания на основе измеренного положения ИСС и, кроме того, на основе частоты вращения и нагрузки двигателя при измеренном положении ИСС. В одном примере, при частоте вращения двигателя 2500 об/мин и нагрузке двигателя 10 бар СЭТД, измеренное положение ИСС, соответствующее степени сжатия 13:1, может потребовать задания момента зажигания при 2 градусах до верхней мертвой точки (ДВМТ). В другом примере, для таких же частоты вращения и нагрузки двигателя, при измеренном положении ИСС, которое обеспечивает степень сжатия 8:1, момент зажигания может быть задан при ~ 22 градусах ДВМТ.
На шаге 220 способ 200 включает в себя определение того, обнаружена ли детонация. Как раскрыто со ссылкой на ФИГ. 1, детонация может быть обнаружена на основе выходного сигнала датчика детонации (например, датчика 90 на ФИГ. 1), объединенного с выходным сигналом датчика ускорения коленчатого вала, полученного во время заданного окна детонации. В частности, склонность к детонации возрастает при высоких давлениях в цилиндре, которые могут возникать, если двигатель работает при более высокой, чем предусмотренная, степени сжатия в течение продолжительного времени. Если детонация обнаружена, способ 200 переходит к шагу 222 для выполнения действий по уменьшению детонации, которые включают в себя изменение момента зажигания в сторону запаздывания. Например, момент зажигания может подвергаться запаздыванию относительно номинального момента, установленного в зависимости от фактической степени сжатия, если механизм ИСС не деградирован на шаге 210, или относительно момента времени, основанного на степени сжатия при заклинивании, когда механизм ИСС деградирован, на шаге 218. В одном примере номинальный момент зажигания, применяемый, когда механизм ИСС не деградирован, установлен с большим опережением, чем момент зажигания, применяемый в случае деградации механизма ИСС. В другом примере, при более высоких нагрузках, когда двигатель заклинивает при более высокой степени сжатия, может потребоваться подвергнуть зажигание большему запаздыванию, чтобы избежать детонации. После шага 222 выполнение способа 200 заканчивается.
Если детонация не обнаружена, способ 200 переходит к шагу 224 и включает в себя определение того, обнаружено ли преждевременное зажигание. Преждевременное зажигание может быть обнаружено на основе выходного сигнала датчика детонации и датчика ускорения коленчатого вала, полученного во время окна преждевременного зажигания. Например, окно преждевременного зажигания может возникать при более раннем моменте угла поворота коленчатого вала, чем временное окно детонации. В одном примере преждевременное зажигание может быть индицировано в цилиндре в случае аномального сгорания до события зажигания в этом цилиндре. Для сравнения, детонация может быть индицирована в цилиндре в случае аномального сгорания после события зажигания в этом цилиндре. В дополнение к этому, детонация может быть обнаружена на основе выходного сигнала датчика детонации в окне детонации по отношению к порогу детонации, тогда как преждевременное зажигание может быть обнаружено на основе выходного сигнала датчика детонации в окне преждевременного зажигания по отношению к порогу преждевременного зажигания, при этом порог преждевременного зажигания выше порога детонации. Благодаря этому преждевременное зажигание можно отличить от детонации, основываясь на выходном сигнале детонации в разных окнах и по отношению к разным порогам.
Если преждевременное зажигание не обнаружено, способ 200 переходит к шагу 226 и включает в себя сохранение уставок двигателя. Например, момент зажигания, подача топлива и нагрузка двигателя могут штатно регулироваться на основе условий работы двигателя, включая изменение задаваемого водителем крутящего момента. После шага 226 выполнение способа 200 заканчивается.
Если преждевременное зажигание не обнаружено, способ 200 переходит к выполнению одного или более действий по уменьшению преждевременного зажигания, включающие в себя обогащение смеси в цилиндре, в котором происходит преждевременное зажигание, на шаге 228. Увеличение количества топлива, подаваемого к цилиндру, в котором происходит преждевременное зажигание, по сравнению с количеством воздуха так, чтобы цилиндр работал с составом смеси богаче стехиометрического, вызывает эффект охлаждения заряда воздуха, подаваемого в цилиндры, что снижает температуру внутри цилиндра, в котором происходит преждевременное зажигание. Благодаря охлаждению цилиндра вероятность дальнейшего возникновения преждевременного зажигания в цилиндре уменьшается. Поскольку обогащение топлива может ухудшить топливную экономичность, ухудшить характеристики выбросов отработавших газов и привести к возможному уменьшению крутящего момента, выборочно обогащена может быть смесь только в цилиндре (цилиндрах), в котором происходит преждевременное зажигание.
На шаге 230 способ 200 включает в себя (дополнительное) ограничение нагрузки двигателя для уменьшения вероятности дальнейшего преждевременного зажигания. Например, в ответ на индикацию преждевременного зажигания, полученную в то время, как двигатель находится в состоянии со степенью сжатия, соответствующей заклиниванию (где нагрузка двигателя была уже ограничена на шаге 212), нагрузка двигателя может быть дополнительно ограничена. Это может включать в себя дополнительное уменьшение открытия впускной дроссельной заслонки и/или дополнительное увеличение открытия привода перепускной заслонки для дополнительного уменьшения впускного заряда воздуха и максимального давления наддува, допустимого при степени сжатия, соответствующей заклиниванию. Дополнительно ограниченная нагрузка двигателя может быть определена при помощи диаграммы, таблицы соответствия или алгоритма. После шага 230 выполнение способа 200 заканчивается.
Таким образом, на ФИГ. 2 представлен способ регулирования работы двигателя в ответ на индикацию деградации механизма ИСС, которое может уменьшить склонность к событиям аномального сгорания, таким как детонация и преждевременное зажигание. Уменьшение риска возникновения детонации и преждевременного зажигания может способствовать продлению срока службы компонентов двигателя.
Обратимся теперь к ФИГ. 3, на котором представлен пример способа 300 для определения того, деградирован ли механизм ИСС (например, механизма 194 ИСС, показанного на ФИГ. 1) двигателя. Как раскрыто со ссылкой на ФИГ. 1, механизм ИСС может быть деградирован, если он заклинивает при степени сжатия цилиндра, отличной от предусмотренной. Если механизм заклинивает при более низкой, чем предусмотренная, степени сжатия, термический к.п.д. двигателя может уменьшиться, что приводит к уменьшению топливной экономичности. Если механизм заклинивает при более высокой, чем предусмотренная, степени сжатия, склонность к детонации и преждевременному зажиганию может возрасти. Способ 300 может выполняться в качестве части способа 200, представленного на ФИГ. 2 (например, на шаге 208), например.
Способ 300 начинается на шаге 302 и включает в себя определение наличия сигнала обратной связи о положении механизма ИСС. Например, сигнал обратной связи о положении механизма ИСС может поступить, если датчик положения присоединен к механизму ИСС (например, датчик 196 положения на ФИГ. 1).
Если сигнал обратной связи о положении механизма ИСС поступил, способ 300 переходит к шагу 304 и включает в себя прием сигнала обратной связи о положении механизма ИСС. Например, положение механизма ИСС может быть определено на основе выходного сигнала от датчика положения, связанного с механизмом ИСС. В одном примере определение положения механизма ИСС может включать в себя определение фактической степени сжатия цилиндра.
На шаге 306, после определения фактического положения механизма ИСС (в настоящем документе также называемого фактическим положением ИСС), может быть определено, что фактическое (измеренное) положение механизма ИСС отличается от ожидаемого положения. Ожидаемое или предусмотренное положение может соответствовать положению механизма ИСС на основе команды, посылаемой на привод ИСС контроллером. Ожидаемое положение может представлять собой заданное командой положение, которое обеспечивает степень сжатия, выбранную контроллером исходя из условий частот вращения-нагрузок двигателя (например, выбранную на шаге 204 на ФИГ. 2). Если механизм ИСС деградирован, фактическое положение может соответствовать другой степени сжатия, отличной от заданной.
Если фактическое положение механизма ИСС не отличается от ожидаемого положения (например, фактическое положение такое же, как ожидаемое, или находится в пределах порога ожидаемого положения), на шаге 320 способ включает в себя индикацию того, что механизм ИСС не деградирован. При функционирующем механизме ИСС контроллер может продолжать регулирование степени сжатия в зависимости от условий работы двигателя посредством регулировок механизма ИСС (например, как ранее подробно раскрыто на шаге 210 на ФИГ. 2). После шага 320 выполнение способа 300 заканчивается.
Если фактическое положение механизма ИСС отличается от ожидаемого положения (например, фактическое положение находится за пределами порога ожидаемого положения), на шаге 308 способ включает в себя индикацию того, что механизм ИСС деградирован. Индикация деградации механизма ИСС может включать в себя задание диагностического кода неисправности (ДКН) и может дополнительно предусматривать включение индикаторной лампы неисправности (ИЛН), чтобы предупредить водителя транспортного средства о состоянии деградации. В одном примере индикация деградации механизма ИСС включает в себя индикацию того, что механизм ИСС заклинил в положении, отличном от предусмотренного, в результате чего двигатель работает со степенью сжатия, отличной от (т.е. более высокой или низкой) предусмотренной степени сжатия.
На шаге 310 способ включает в себя выяснение измеренного положения (заклинивания) и соответствующей степени сжатия при заклинивании. Например, степень сжатия при заклинивании, соответствующая фактическому положению механизма ИСС, может быть определена на основе сигнала обратной связи, принятого от датчика положения механизма ИСС. При этом фактическое положение ИСС представляет собой измеренное положение. Затем максимальная нагрузка двигателя и максимальное давление наддува, допустимые при степени сжатия, соответствующей заклиниванию, могут быть ограничены (т.е. уменьшены или понижены) для уменьшения склонности к аномальным событиям сгорания при степени сжатия, соответствующей заклиниванию, например, в соответствии со способом, показанным на Фиг. 2. После шага 310 выполнение способа 300 заканчивается.
Возвращаясь к шагу 302, если сигнал обратной связи о положении механизма ИСС не поступил, способ 300 переходит к шагу 312 и включает в себя определение того, обнаружена ли детонация. Например, детонация может быть обнаружена на основе выходного сигнала датчика детонации, присоединенного вдоль блока цилиндров (например, датчика 90 на ФИГ. 1), объединенного с выходным сигналом от датчика ускорения коленчатого вала. В одном примере детонация может быть обнаружена в цилиндре, когда выходной сигнал датчика детонации, соединенного с этим цилиндром, выше порога детонации, причем выходной сигнал измеряют в окне угла поворота коленчатого вала, которое возникает после события зажигания в данном цилиндре.
Авторы настоящего изобретения пришли к выводу о том, что работа при высокой степени сжатия, например, при повышенном требуемом крутящем моменте, может обеспечить повышенный термический к.п.д. Однако при повышении требуемого крутящего момента и работе двигателя при высоких частотах вращения и нагрузках и высокой степени сжатия существует склонность к детонации. Эта склонность к детонации возрастает в применениях с наддувным двигателем, когда механизм ИСС заклинивает в состоянии с относительно высокой степенью сжатия. Таким образом, контролируя частость детонации в двигателе, работающем при заданной командой степени сжатия, можно определить, заклинил ли механизм ИСС. В частности, если механизм ИСС заклинивает в состоянии с более высокой, чем предусматривалось, степенью сжатия, частость детонации может начать возрастать, и применение запаздывания зажигания может достичь отсечения. В другом примере, если механизм ИСС заклинивает в состоянии с более низкой, чем предусматривалось, степенью сжатия, контроллер может попытаться перейти к более высокой степени сжатия и увеличить опережение зажигания. Если зажигание можно установить с опережением ОМЗ при наивысшей заданной степени сжатия, не вызывая детонации при нагрузках двигателя в диапазоне от умеренных до высоких, то контроллер может определить, что механизм ИСС заклинил в положении с низкой степенью сжатия, и работать при зажигании, больше не подвергаемом опережению ОМЗ, или до пограничного предела зажигания, как определено контроллером.
Если детонация не обнаружена, на шаге 320 способ включает в себя индикацию того, что механизм ИСС не деградирован. Например, даже без сигнала обратной связи о положении механизма ИСС можно сделать вывод о том, что двигатель работает при заданной степени сжатия и отсутствии деградации механизма ИСС, если детонация не возникает (или если частость детонации ниже пороговой).
Если детонация обнаружена на шаге 312, способ включает в себя изменение момента зажигания в сторону запаздывания. Благодаря изменению момента зажигания в сторону запаздывания в ответ на индикацию детонации, давление в цилиндрах может быть понижено, тем самым, уменьшая склонность к дальнейшей детонации. Применяемая величина запаздывания зажигания может быть определена на основе первоначального момента зажигания и, дополнительно, в зависимости от индикации детонации. Например, при возрастании индикации детонации (например, когда выходной сигнал датчика детонации превышает порог детонации), применяемая величина запаздывания зажигания может быть увеличена. В качестве другого примера, когда базовый момент зажигания ближе к ОМЗ, применяемая величина запаздывания зажигания может быть увеличена. В одном примере момент зажигания может быть уменьшен на 1-2 градуса угла поворота коленчатого вала в ответ на индикацию детонации.
На шаге 316 способ 300 включает в себя определение того, находится ли использование запаздывания зажигания на пределе. Иными словами, можно определить, достигает ли использование запаздывания зажигания отсечения. Предел может быть определен как функция заданной командой степени сжатия. Например, большая величина использования запаздывания зажигания (и, тем самым, больший предел запаздывания зажигания) может быть допустимой при работе с более высокой степенью сжатия, тогда как меньшая величина использования запаздывания зажигания (и, тем самым, меньший предел запаздывания зажигания) может быть допустимой при работе с более низкой степенью сжатия. Предел может определять величину запаздывания зажигания, при превышении которой потери мощности двигателя, тенденции к перегреву и высокие выбросы могут возникать при заданной степени сжатия. Зажигание не может больше подвергаться запаздыванию относительно предела.
Если использование запаздывания зажигания находится на пределе, способ 300 переходит к шагу 308 и включает в себя индикацию деградации механизма ИСС, как описано выше. Например, если использование запаздывания зажигания находится на пределе, может быть определено, что механизм ИСС заклинил при более высокой, чем предусмотренная, степени сжатия.
Если использование запаздывания зажигания не находится на пределе, способ 300 переходит к шагу 318 и включает в себя определение того, выше ли частота детонации, чем пороговая. Если частота детонации выше порога, т.е. существует повторяющаяся детонация даже при использовании запаздывания зажигания, способ 300 переходит к шагу 308 и включает в себя индикацию деградации механизма ИСС. В противном случае, если частота детонации не выше порога, способ 300 переходит к шагу 320 и включает в себя индикацию того, что механизм ИСС не деградирован. В альтернативных примерах, вместо контроля частоты детонации, можно интегрировать интенсивность детонации по каждому эпизоду детонации и, если интегральная интенсивность детонации по нескольким эпизодам детонации превышает пороговую интенсивность, может быть определено, что механизм ИСС деградирован.
В третьих примерах каждая из интенсивности детонации и использования запаздывания зажигания могут быть объединены, чтобы определить, деградирован ли механизм ИСС. Например, в ответ на превышение порога интегральным значением, определенным на основе комбинации использования запаздывания зажигания и интенсивности детонации для нескольких эпизодов детонации, может быть определено, что механизм ИСС деградирован. В одном примере, в ответ на каждое достижение отсечения или предела запаздыванием зажигания, и достижение порога частотой детонации или интегральной интенсивностью детонации может быть определено, что механизм ИСС деградирован.
В результате этого контроллер двигателя может индицировать деградацию механизма изменения степени сжатия, который механически изменяет положение поршня внутри цилиндра на основе одного или более из выходного сигнала от датчика положения, присоединенного к этому механизму, выходного сигнала датчика детонации и адаптивного зажигания; и, в ответ на индикацию, контроллер может ограничивать нагрузку двигателя и подвергать опережению момент зажигания, тем самым, уменьшая вероятность дальнейшей детонации или преждевременного зажигания. Например, индикация деградации может включать в себя индикацию того, что двигатель работает при степени сжатия в состоянии заклинивания, отличной от предусмотренной степени сжатия. Индикация может включать в себя индикацию деградации, когда одно или более из фактического положения механизма на основе выходного сигнала датчика положения отличается от ожидаемого положения механизма на основе предусмотренной степени сжатия двигателя; частота детонации, на основе выходного сигнала датчика детонации выше, чем пороговая частота, ожидаемая для предусмотренной степени сжатия, и адаптивное зажигание подвержено запаздыванию до порогового значения, основанного на предусмотренной степени сжатия. Ограничение нагрузки двигателя может включать в себя понижение максимальной нагрузки двигателя и максимального давления наддува, допустимых при степени сжатия в состоянии заклинивания. В одном примере ограничение нагрузки двигателя может достигаться за счет одного или более из уменьшения открытия впускного дросселя при степени сжатия, соответствующей заклиниванию, и увеличения открытия привода перепускной заслонки при степени сжатия, соответствующей заклиниванию. Кроме того, в ответ на индикацию контроллер может подвергнуть опережению момент зажигания в зависимости от степени сжатия при заклинивании и независимо от предусмотренной степени сжатия.
Обратимся теперь к ФИГ. 4, на котором показан пример регулировки нагрузки двигателя в ответ на диагностику механизма. На диаграмме 400 представлено положение педали (ПП), указывающее на задаваемый водителем крутящий момент на графике 402. На диаграмме 400 представлены положение впускного дросселя на графике 404, момент зажигания на графике 406, степень сжатия (СС) цилиндра на графике 408 и выходной сигнал датчика детонации на графике 410. Выходной сигнал датчика детонации показан относительно каждого из порога детонации Порог_Дет и порога преждевременного зажигания Порог_ПрЗ. Момент зажигания показан относительно ОМЗ (пунктирная линия) и пограничного зажигания (ПЗ, пунктирно-точечная линия). Все графики представлены в зависимости от времени вдоль оси х.
До момента времени t1, в ответ на более низкий задаваемый водителем крутящий момент (график 402), двигатель работает при более высокой степени сжатия (график 408). Например, двигатель работает с механизмом ИСС, приведенным в первое положение, соответствующее более высокой степени сжатия (высокий уровень СС). Кроме того, открытие дросселя доведено до меньшей степени открытия в соответствии с более низким требуемым крутящим моментом. Момент зажигания при этом поддерживается на уровне ОМЗ или вблизи от него (например, с небольшим запаздыванием относительно ОМЗ). Вследствие работы двигателя при более низких частоте вращения и нагрузке и при более высокой степени сжатия, склонность двигателя к детонации остается низкой, и фактическая детонация не возникает, так как выходной сигнал датчика детонации остается ниже порога детонации Порог_Дет.
В момент времени t1 происходит резкое нажатие водителем на педаль акселератора. Например, происходит переход от условий низкой нагрузки двигателя к средней нагрузке. Открытие дросселя возрастает в ответ на увеличение требуемого крутящего момента. Кроме того, поскольку двигатель еще не ограничен детонацией, сохраняется более высокая степень сжатия. Например, механизм ИСС удерживается в первом положении, которое соответствует более высокой степени сжатия. Кроме того, пограничное зажигание (ПЗ, пунктирно-точечная линия) и момент зажигания подвергаются запаздыванию относительно ОМЗ вследствие большей склонности двигателя к детонации при более высокой нагрузке двигателя и более высокой степени сжатия (иными словами, двигатель является более ограниченным детонацией). Выход датчика детонации приближается к порогу детонации, в то же время оставаясь ниже его, и это указывает на то, что двигатель является более ограниченным детонацией, чем до момента времени t1. Однако фактическая детонация не возникает, так как выходной датчика детонации остается ниже порога детонации Порог_Дет
В момент времени t2 происходит дальнейшее увеличение сигнала положения педали. Если бы двигатель оставался в состоянии с более высокой степенью сжатия, склонность двигателя к детонации возросла бы, что привело бы к необходимости запаздывания зажигания. Повышенный расход топлива, связанный с использованием запаздывания зажигания, свел бы на нет топливную экономичность, обеспечиваемую более высокой степенью сжатия. Поэтому, в ответ на изменение требуемого крутящего момента, выполняют переход двигателя с более высокой степени сжатия на более низкую степень сжатия. Например, механизм ИСС получает команду перехода из первого положения, соответствующего высокой СС, во второе положение, соответствующее более низкой СС. Кроме того, открытие дросселя возрастает в соответствии с увеличенным требуемым крутящим моментом. Так как степень сжатия уменьшена, а открытие дросселя увеличено, двигатель становится менее ограниченным детонацией, и ПЗ может быть подвергнуто опережению относительно своего положения до момента времени t2. В дополнение к этому, момент зажигания может вернуться к номинальному значению момента вблизи от ОМЗ. Сигнал выхода датчика детонации остается близким к порогу детонации, но ниже его.
В момент времени t3 происходит другое резкое нажатие водителем на педаль акселератора. В ответ на увеличение требуемого водителем крутящего момента открытие дросселя увеличивается, тогда как двигатель поддерживается в состоянии с более низкой степенью сжатия. Например, механизм ИСС удерживается во втором положении. Так как двигатель становится более ограниченным детонацией при этих условиях, ПЗ и момент зажигания подвергаются запаздыванию относительно ОМЗ, тогда как выходной сигнал датчика детонации поддерживается на уровне ниже порога детонации.
В момент времени t4 момент зажигания был подвергнут запаздыванию до точки, в которой повышенный расход топлива, связанный с запаздыванием зажигания, сводит на нет топливную экономичность вследствие работы при выбранной степени сжатия. Поэтому в этот момент времени поступает команда дальнейшего уменьшения степени сжатия. Например, механизм ИСС получает команду перехода из второго положения в третье положение, соответствующее степени сжатия более низкой, чем степень сжатия во втором положении. В результате понижения степени сжатия ПЗ подвергается опережению, и момент зажигания также подвергается опережению до номинальному значения момента вблизи от ОМЗ.
После заданного командой перехода, конкретно, начиная с момента времени t5, склонность к детонации начинает возрастать. В частности, периодическая (прерывистая) детонация возникает, когда выходной сигнал датчика детонации периодически превышает порог детонации Порог_Дет. В ответ на каждую индикацию детонации момент зажигания постепенно подвергается запаздыванию относительно ОМЗ.
Незадолго до момента времени t6 момент зажигания подвергается запаздыванию до предела (или отсечения) в ответ на периодическую детонацию. В ответ на увеличение частоты детонации, даже при установленным с запаздыванием (до отсечения) моментом зажигания, может быть сделан вывод о том, что механизм ИСС деградирован во время перехода, заданного командой в момент времени t4. Конкретно, может быть сделан вывод о том, что фактическая степень сжатия двигателя (показанная сплошной линией 408) выше, чем предусмотренная степень сжатия двигателя (показанная пунктирной линией 409) вследствие заклинивания механизма ИСС между вторым и третьим положениями. В одном примере вывод о степени сжатия в состоянии заклинивания может быть сделан на основании измеренного положения механизма ИСС (между вторым и третьим положениями), как показано при помощи датчика положения.
В ответ на индикацию деградации механизма ИСС в момент времени t6 нагрузку двигателя ограничивают. Конкретно, максимальную нагрузку двигателя, которая является допустимой при работе в измеренном положении ИСС (заклинивание, степень сжатия выше, чем предусмотренная), понижают. В изображенном примере нагрузку двигателя понижают путем уменьшения открытия впускного дросселя от максимально допустимого открытия дросселя до более низкой степени открытия дросселя (график 404, сплошная линия). Вследствие этого заряд воздуха, притекающего к двигателю, уменьшается. В альтернативных примерах нагрузка двигателя может, дополнительно или опционально, быть понижена путем увеличения открытия привода перепускной заслонки отработавших газов, присоединенной параллельно газовой турбине, приводящей в действие впускной компрессор. Вследствие этого максимально допустимое давление наддува в состоянии с данной СС уменьшается. В дополнение к ограничению нагрузки двигателя, ПЗ и момент зажигания подвергаются запаздыванию относительно ОМЗ.
В связи с этим, если бы нагрузка двигателя не была ограничена, непрерывная работа при более высокой, чем предусмотренная, СС привела бы к повышенным давлениям и температурам в цилиндре. Это стало бы причиной повышенной частости детонации. В дополнение к этому, могло бы возникнуть преждевременное зажигание, причем выходной сигнал датчика детонации превысил бы порог преждевременного зажигания (Порог_ПрЗ), более высокий, чем порог детонации (Порог_Дет). Следует понимать, что если преждевременное зажигание возникает даже после понижения нагрузки двигателя, как показано пунктирным сегментом 412, то нагрузку двигателя можно понизить дополнительно. Например, в ответ на индикацию преждевременного зажигания после момента времени t6 открытие дросселя может быть дополнительно уменьшено (ниже уровня, показанного на графике 404), как показано пунктирным сегментом 405.
В момент времени t7, после ограничения нагрузки двигателя, когда склонность двигателя к детонации была достаточно понижена, ПЗ подвергают опережению, и момент зажигания возвращают к значению вблизи от ОМЗ, поддерживая нагрузку двигателя ограниченной и открытие дросселя уменьшенным.
В результате этого механизм изменения степени сжатия может быть своевременно продиагностирован и отрегулирован соответствующим образом. Опираясь на адаптивное зажигание, подвергаемое запаздыванию до состояния отсечения, когда командой задается более низкая степень сжатия, можно надежно установить, что механизм ИСС заклинил в положении с более высокой, чем предусмотренная, степенью сжатия. Применяя ограничение нагрузки двигателя в ответ на диагностику заклинивания механизма ИСС, можно уменьшить детонацию и преждевременное зажигание, возникающие в результате непрерывной работы двигателя при более высокой, чем предусмотренная, степени сжатия. Ограничивая впускной заряд воздуха для понижения допустимой нагрузки двигателя и подвергая опережению момент зажигания относительно предела запаздывания зажигания, когда механизм изменения степени сжатия заклинивает при более высокой, чем предусмотренная, степени сжатия, можно понизить давления и температуры внутри цилиндра, тем самым, уменьшая склонность к повторяющейся детонации или преждевременному зажиганию. Уменьшая термическое напряжение, приложенное к цилиндру при деградации механизма ИСС, можно продлить срок службы компонентов двигателя.
В одном примере способ включает в себя: механическое изменение степени сжатия двигателя при помощи механизма изменения степени сжатия; и, в ответ на деградацию указанного механизма, ограничение нагрузки двигателя. В предшествующем примере, дополнительно или опционально, деградация механизма включает в себя заклинивание двигателя в состоянии со степенью сжатия, отличной от предусмотренной степени сжатия для данного состояния частоты вращения-нагрузки двигателя. В любых или всех предшествующих примерах, дополнительно или опционально, ограничение нагрузки двигателя включает в себя ограничение максимальной нагрузки двигателя, допустимой исходя из степени сжатия, соответствующей заклиниванию, и независимой от предусмотренной степени сжатия. В любых или всех предшествующих примерах, дополнительно или опционально, ограничение нагрузки двигателя включает в себя ограничение открытия впускного дросселя для ограничения заряда воздуха, подаваемого к двигателю, при степени сжатия, соответствующей заклиниванию. В любых или всех предшествующих примерах, дополнительно или опционально, ограничение нагрузки двигателя включает в себя ограничение давления наддува путем увеличения открытия привода перепускной заслонки отработавших газов, присоединенной к газовой турбине. В любых или всех предшествующих примерах способ, дополнительно или опционально, также содержит индикацию того, что механизм деградирован, основываясь на выходном сигнале от датчика положения, присоединенного к механизму, в ответ на фактическое положение механизма, отличное от заданного командой положения механизма, при этом заданное положение основано на предусмотренной степени сжатии для данного состояния частоты вращения-нагрузки двигателя. В любых или всех предшествующих примерах способ, дополнительно или опционально, также содержит индикацию того, что механизм деградирован, в ответ на одно или более из того, что адаптивное зажигание подвержено запаздыванию сверх порога, основанного на предусмотренной степени сжатия, и частота детонации превышает пороговую частоту, в то время как адаптивное зажигание подвержено запаздыванию. В любых или всех предшествующих примерах, дополнительно или опционально, способ также содержит изменение момента зажигания в сторону опережения в ответ на ограничение нагрузки двигателя, при этом опережение момента зажигания основано на степени сжатия, соответствующей заклиниванию. В любых или всех предшествующих примерах, дополнительно или опционально, способ также включает в себя, в ответ на индикацию детонации, полученную в состоянии со степенью сжатия, соответствующей заклиниванию, изменение момента зажигания в сторону запаздывания. В любых или всех предшествующих примерах, дополнительно или опционально, способ также включает в себя, в ответ на индикацию преждевременного зажигания, полученную в состоянии со степенью сжатия, соответствующей заклиниванию, дальнейшее ограничение нагрузки двигателя на основе индикации преждевременного зажигания.
Другой пример способа включает в себя индикацию деградации механизма изменения степени сжатия, который механически изменяет положение поршня внутри цилиндра, на основе одного или более из выходного сигнала от датчика положения, присоединенного к этому механизму, выходного сигнала датчика детонации и использования запаздывания адаптивного зажигания; и, в ответ на индикацию, ограничение нагрузки двигателя при одновременном изменении момента зажигания в сторону опережения в направлении ОМЗ. В предшествующем примере, дополнительно или опционально, индикация деградации включает в себя индикацию того, что двигатель работает при степени сжатия в состоянии заклинивания, отличной от предусмотренной степени сжатия. В любых или всех предшествующих примерах, дополнительно или опционально, индикация включает в себя индикацию деградации, когда одно или более из фактического положения механизма на основе выходного сигнала датчика положения отличается от ожидаемого положения механизма на основе предусмотренной степени сжатия двигателя; частота детонации, на основе выходного сигнала датчика детонации, выше, чем пороговая частота, ожидаемая для предусмотренной степени сжатия, и адаптивное зажигание подвержено запаздыванию до порогового значения, основанного на предусмотренной степени сжатия. В любых или всех предшествующих примерах, дополнительно или опционально, ограничение нагрузки двигателя включает в себя понижение максимальной нагрузки двигателя и максимального давления наддува, допустимых при степени сжатия в состоянии заклинивания. В любых или всех предшествующих примерах, дополнительно или опционально, ограничение нагрузки двигателя включает в себя одно или более из уменьшения открытия впускного дросселя при степени сжатия в состоянии заклинивания и увеличение открытия привода перепускной заслонки при степени сжатия в состоянии заклинивания. В любых или всех предшествующих примерах, дополнительно или опционально, способ дополнительно включает в себя, в ответ на индикацию, изменение пограничного зажигания в сторону опережения на основе степени сжатия, соответствующей заклиниванию, и ограничения нагрузки двигателя, и независимо от предусмотренной степени сжатия.
В другом примере система двигателя содержит: двигатель, имеющий цилиндр; механизм изменения степени сжатия для механического изменения положения поршня в цилиндре; датчик положения, присоединенный к механизму изменения степени сжатия; свечу зажигания для обеспечения зажигания в цилиндре; впускной дроссель; турбонагнетатель, содержащий впускной компрессор, приводимый в действие газовой турбиной; перепускную заслонку, содержащую привод перепускной заслонки, присоединенный к газовой турбине; датчик детонации; и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти, для: приведения в действие механизма изменения степени сжатия для перевода двигателя с более высокой уставки степени сжатия на более низкую уставку степени сжатия; индикации заклинивания механизма при более высокой уставке степени сжатия в зависимости от выходного сигнала от одного или более из датчика положения и датчика детонации; и, в ответ на индикацию, уменьшения заряда воздуха, подаваемого к двигателю, при одновременном изменении момента зажигания в сторону опережения. В предшествующем примере, дополнительно или опционально, индикация включает в себя индикацию заклинивания механизма при более высокой уставке степени сжатия в ответ на одно или более из следующего: превышение частотой детонации, индицируемой на основе выходного сигнала датчика детонации, пороговой частоты в то время как момент зажигания установлен с запаздыванием, и отличие фактического положения механизма, индицируемого на основе выходного сигнала датчика положения, от заданного командой положения, при этом каждое из заданного командой положения и пороговой частоты основано на более низкой уставке степени сжатия. В любых или всех предшествующих примерах, дополнительно или опционально, уменьшение заряда воздуха может включать в себя одно или более из уменьшения открытия впускного дросселя и увеличения открытия привода перепускной заслонки для ограничения максимальной нагрузки двигателя, допустимой при более высокой уставке степени сжатия. В любых или всех предшествующих примерах, дополнительно или опционально, контроллер содержит дополнительные инструкции для: в ответ на индикацию преждевременного зажигания, отличного от детонации, индицируемого на основе выходного сигнала датчика детонации после уменьшения впускного заряда воздуха, дальнейшего ограничения максимальной нагрузки двигателя, допустимой при более высокой уставке степени сжатия.
В дополнительном варианте представления способ для наддувного двигателя включает в себя подачу команды перехода механизма изменения степени сжатия от более высокой уставки степени сжатия к более низкой уставке степени сжатия в ответ на адаптивное зажигание, подвергаемое запаздыванию до предела; и, в ответ на заклинивание механизма при более высокой уставке степени сжатия после подачи команды, понижение максимальной нагрузки двигателя, допустимой при более высокой уставке степени сжатия.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут исполняться системой управления, включающей в себя контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными устройствами и другими компонентами двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, причем раскрытые действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.