СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ
ENGINE OPERATION METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам контроля выбросов отработавших газов при эксплуатации двигателя.
Уровень техники
Известно, что двигатели в силу различных причин могут испытывать неустойчивость передачи крутящего момента цилиндров. Эти причины могут включать в себя, например, заблокированные отверстия сопел форсунки, чрезмерный наддув, несоответствующее качество топлива и скопление сажи в цилиндре. Системы управления двигателем могут быть выполнены таким образом, чтобы регулировать неустойчивость передачи крутящего момента цилиндров для улучшения показателей работы двигателя.
Один пример способа снижения неустойчивости работы цилиндров описан в документе US 7128048 Ямаока и др., где неустойчивость в работе цилиндров определяют на основании отклонений пиковых моментов давления в цилиндре от заранее определенного распределения. Основываясь на том, сдвинуто ли распределение пиковых моментов давления в данном цилиндре в сторону отставания или в сторону ускорения относительно предопределенного диапазона распределения, контроллер двигателя может регулировать объем внутренних рециркулированных отработавших газов, поставляемых к данному цилиндру. Это позволяет улучшить воспламеняемость смеси в цилиндре и должным образом отрегулировать количество оборотов двигателя. При достаточно больших отклонениях может быть подавлен режим работы двигателя с воспламенением от сжатия для уменьшения ухудшения показателей работы двигателя.
Однако авторы настоящего изобретения выявили возможные проблемы данного подхода. Например, регулирование объема внутренних рециркулирующих отработавших газов может не привести к сокращению неустойчивости работы цилиндров из-за скопления углеводородов в системе впуска двигателя. Например, в некоторых системах двигателя определенные цилиндры двигателя могут быть предрасположены к скоплению углеводородов в силу особой конфигурации системы впуска двигателя. В таком случае увеличение объема внутренних рециркулирующих отработавших газов может быть неэффективным для высвобождения углеводородов из данных цилиндров. В качестве другого примера углеводороды могут скапливаться в охладителе наддувочного воздуха и оттуда направляться в двигатель во время наддува. Увеличение объема внутренних рециркулирующих отработавших газов может снизить мощность, обеспечиваемую при наддуве, без улучшения вывода углеводородов из охладителя наддувочного воздуха. Если не выводить углеводороды из системы впуска двигателя, то накопленные углеводороды могут со временем распространиться от задействованного цилиндра к остальным цилиндрам, тем самым вызывая дальнейшее повышение неустойчивости работы цилиндров и ускоряя процесс ухудшения работы двигателя.
Раскрытие изобретения
Таким образом, некоторые из вышеназванных проблем могут быть решены, например, с помощью способа управления двигателем при неустойчивости работы цилиндров и повышенном тепловыделении отработавших газов, указывающем на окисление углеводородов. Для этого ограничивают количество оборотов и нагрузку двигателя для уменьшения скопления углеводородов на впуске двигателя. Таким образом, может быть улучшено управление скоплением углеводородов в одном или более местах в системе впуска двигателя.
В одном примере двигатель может иметь разветвленную систему впуска, подающую воздух на первую и вторую группу цилиндров. В силу особой конфигурации системы впуска воздух может перемещаться от дроссельной заслонки к Y-образному разветвителю и затем от первого выпускного патрубка Y-образного разветвителя к первой группе цилиндров, а от второго выпускного патрубка Y-образного разветвителя - ко второй группе цилиндров. Продольная ось первого выпускного патрубка Y-образного разветвителя может быть направлена на первый цилиндр, расположенный дальше от концевого цилиндра первой группы, в то время как продольная ось второго выпускного патрубка Y-образного разветвителя может быть направлена на второй цилиндр, расположенный дальше конечного цилиндра второй группы. Следовательно, первый цилиндр, принадлежащий первой группе, и второй цилиндр, принадлежащий второй группе, могут быть в большей степени подвержены скоплению углеводородов. Контроллер двигателя может определять неустойчивость работы цилиндров на основании перепадов ускорения коленчатого вала, определяемых при устойчивом состоянии двигателя (например, в условиях холостого хода) и/или при переходном состоянии двигателя (например, при наддуве). Данные о работе коленчатого вала могут быть оценены в различных промежутках времени при устойчивом состоянии и при переходном состоянии, причем этот промежуток времени меняется, по крайней мере, в зависимости от величины массового расхода воздуха при соответствующих условиях. За счет более высокого уровня фонового шума контроллер может проводить существенную обработку сигналов о работе коленчатого вала, полученных при переходных условиях, включая устранение помех сигнала, чтобы отличать неустойчивость в работе цилиндров, возникающую из-за скопления углеводородов на впуске двигателя, от неустойчивости в работе двигателя, возникающей из-за колебаний параметров подачи воздуха или топлива (например, при пропуске зажигания) при переходных условиях. Кроме того, при условиях, когда восстановление сажевого фильтра отработавших газов не происходит, контроллер может оценить перепады температур отработавших газов в каталитическом нейтрализаторе отработавших газов (таком как окислительный нейтрализатор отработавших газов).
При неустойчивости в работе двигателя, обнаруженной по повышенному показателю тепловыделения отработавших газов, контроллер может определить, что происходит окисление углеводородов, скапливающихся в системе впуска двигателя. В частности, неконтролируемое скопление углеводородов может происходить в различных местах в системе впуска двигателя, включая коленчатый вал, область рядом с впускным отверстием отдельных цилиндров и/или рядом с охладителем наддувочного воздуха. В зависимости от этих показаний контроллер может ограничить количество оборотов и нагрузку двигателя для уменьшения дальнейшего скопления углеводородов в системе впуска двигателя. Такое ограничение может включать в себя ограничение впрыска топлива во все цилиндры двигателя, включая неустойчивый в работе цилиндр. Степень ограничения может быть основана на том, была ли неустойчивость в работе цилиндров обнаружена при переходных условиях или при устойчивых условиях работы. Например, при неустойчивости в работе цилиндров и повышенном тепловыделении, обнаруженных при переходных условиях, ограничение может быть больше и происходить быстрее в результате высокого отсеивания ошибок первого рода и второго рода. При этом при неустойчивости в работе цилиндров и повышенном показателе тепловыделения, обнаруженных при устойчивых условиях работы, ограничение может быть меньше и происходить медленнее в силу меньшего отсеивания ошибок первого рода и второго рода, требующего более медленной скорости устранения. Контроллер может также повышать температуру двигателя для выведения накопленных углеводородов. При этом контролируемое окисление или испарение накопленных углеводородов повышает номинальный допуск к переполнению картера двигателя. Далее контролер может задать один или более диагностических кодов, включить индикаторный сигнал и направить кластерное сообщение, чтобы предупредить водителя автомобиля об обнаруженном скоплении углеводородов в системе впуска, чтобы водитель автомобиля смог отогнать автомобиль в сервисный центр до существенного ухудшения показателей работы двигателя.
Таким образом, с использованием перепадов в ускорении коленчатого вала для обнаружения неустойчивости в работе цилиндров при устойчивых и переходных условиях работы двигателя и путем сопоставления данных о неустойчивости в работе цилиндров с повышенным показателем тепловыделения в отработавших газах неустойчивость в работе цилиндров, вызванная скоплением углеводородов в системе впуска двигателя, может быть лучше обнаружена и может быть установлено ее отличие от неустойчивости в работе цилиндров, вызванной скоплением углеводородов в других местах в двигателе, и от неустойчивости в работе двигателя, связанной с другими условиями работы двигателя (например, условиями, связанными с изменениями в работе топливной форсунки). С помощью ограничения количества оборотов и нагрузки двигателя при обнаружении скопления углеводородов в системе впуска двигателя может быть уменьшено первичное ухудшение показателей работы двигателя, вызванное попаданием накопленных углеводородов в двигатель в условиях интенсивной подачи воздуха (например, при наддуве). Кроме того, с помощью ограничения дальнейшего скопления углеводородов в системе впуска двигателя вторичное ухудшение показателей работы двигателя, которое, вероятно, может возникнуть при сохранении неустойчивости в работе цилиндров, может быть уменьшено.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое изложение сущности изобретения представлено для описания в упрощенной форме ряда выбранных концепций, дальнейшее изложение которых приводится ниже в подробном описании. Краткое раскрытие сущности изобретения не направлено на определение основных или существенных характеристик заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определяется формулой изобретения. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивается вариантами реализации изобретения, устраняющими какой-либо из недостатков, указанных выше или в любой части данного раскрытия изобретения.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 представлено частичное изображение системы двигателя.
На Фиг.2 представлена примерная конфигурация системы двигателя.
На Фиг.3 представлено схематичное изображение процедуры обнаружения скопления углеводородов в системе впуска двигателя на основании неустойчивости в работе цилиндров и тепловыделении отработавших газов, определенных при переходных и устойчивых условиях работы.
На Фиг.4 представлена высокоуровневая блок-схема для определения скопления углеводородов в системе впуска двигателя на основании неустойчивости в работе цилиндров и тепловыделении отработавших газов, определенных при переходных и устойчивых условиях работы.
На Фиг.5 представлена высокоуровневая блок-схема для смягчающих действий, производимых при обнаружении скопления углеводородов в системе впуска двигателя.
Осуществление изобретения
Далее приводится описание способов и систем для обнаружения неустойчивого скопления углеводородов в выбранных местах в системе впуска двигателя (такой как система двигателя, показанная на Фиг.1-2) на основании сопоставления неустойчивости в работе цилиндров и повышенного тепловыделения отработавших газов. Перепады ускорения коленчатого вала в отдельных цилиндрах двигателя и перепады температур отработавших газов в нейтрализаторе отработавших газов оценивают при переходных и устойчивых условиях работы двигателя (Фиг.3). Контроллер может быть выполнен с возможностью сбора данных в отдельные промежутки времени, выполнения отдельной обработки сигналов и различной оценки данных в зависимости от того, были данные собраны при устойчивых или при переходных условиях работы (Фиг.4). На основании указания о скоплении углеводородов в системе впуска двигателя контроллер может предпринять один или несколько смягчающих шагов (Фиг.5), включая ограничение впрыска топлива во все цилиндры двигателя, с тем чтобы ускорить выпуск накопленных углеводородов, уменьшая при этом их дальнейшее скопление в системе впуска. Таким образом, может быть уменьшено ухудшение показателей работы двигателя, вызванное скоплением углеводородов в выбранных зонах системы впуска двигателя.
На Фиг.1 показана схема двигателя 10 внутреннего сгорания, содержащего несколько цилиндров, один из которых представлен на Фиг.1 и который управляется электронным контроллером 12 двигателя. Двигатель 10 содержит камеру 30 сгорания и стенки 32 цилиндра с поршнем 36, размещенным в них и соединенным с коленчатым валом 40. Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 через соответствующие впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. Каждый впускной и выпускной клапан может быть приведен в действие впускным кулачком 51 и выпускным кулачком 53. В качестве альтернативы один или несколько впускных или выпускных клапанов могут управляться катушкой клапана с электромеханическим управлением и якорем в сборе. Положение впускного кулачка 51 может быть определено датчиком 55 впускного кулачка. Положение выпускного кулачка 53 может быть определено датчиком 57 выпускного кулачка.
Топливная форсунка 66 показана расположенной таким образом, чтобы впрыскивать топливо непосредственно в камеру сгорания 30, что известно специалистам в данной области как «прямой впрыск». Альтернативно, топливо может впрыскиваться во впускные каналы, что известно специалистам как «впрыск во впускные каналы». Топливная форсунка 66 поставляет топливо пропорционально ширине импульса сигнала (FPW) от контроллера 12. Топливо подается к топливной форсунке 66 топливной системой (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу (не показаны). На топливную форсунку 66 подается рабочий ток от привода 68, который реагирует на сигналы контроллера 12. Кроме того, впускной коллектор 44 показан сообщающимся с необязательным электронным дросселем 62, который регулирует положение дроссельной заслонки 64 для контроля воздушного потока от впускной камеры 46 наддува. Компрессор 162 затягивает воздух из воздухозаборника 42 для подачи в камеру 46 наддува. Отработавшие газы вращают турбину 164, которая соединена с компрессором 162. Для создания большего топливного давления на форсунку 66 может быть использована двухстадийная топливная система высокого давления. Пример конфигурации впускного коллектора двигателя 10 показан в отношении системы двигателя на Фиг.2.
Универсальный кислородный датчик 126 (UEGO) показан соединенным с выхлопным коллектором 48 выше по потоку устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Кроме того, бистабильный датчик содержания кислорода в отработавших газах может быть заменен универсальным кислородным датчиком 126 (UEGO).
Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может содержать один или более нейтрализаторов отработавших газов и сажевых фильтров. В одном примере, как представлено на чертеже, устройство 70 управления выбросами может содержать сажевый фильтр 73, расположенный ниже по потоку окислительного нейтрализатора 71 отработавших газов. В других примерах устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может содержать один или более катализатор селективного восстановления (SCR), трехкомпонентный нейтрализатор, нейтрализатор плавления, окислительный нейтрализатор и сажевый фильтр. Для оценки тепловыделения в отработавших газах к устройству 70 снижения токсичности отработавших газов могут быть подключены один или более температурных датчиков. Например, первый температурный датчик 75 может быть установлен выше по потоку устройства 70 снижения токсичности отработавших газов, в частности выше по потоку окислительного нейтрализатора 71 отработавших газов, в то время как второй температурный датчик 77 установлен ниже по потоку устройства 70 снижения токсичности отработавших газов, в частности ниже по потоку сажевого фильтра 73. Кроме того, третий температурный датчик 76 может быть установлен ниже по потоку окислительного нейтрализатора 71В отработавших газов для обеспечения оценки тепловыделения отработавших газов в окислительном нейтрализаторе. Подобным образом один или более датчиков воздушно-топливного коэффициента отработавших газов (например, кислородные датчики UEGO, EGO или HEGO) могут быть установлены выше и ниже по потоку устройства снижения токсичности отработавших газов, в частности выше по потоку и ниже по потоку окислительного нейтрализатора 71, а также выше по потоку и ниже по потоку сажевого фильтра 73.
Как подробно рассматривается в данном описании, при условиях, когда углеводороды засасываются в двигатель, может произойти скопление углеводородов в системе впуска двигателя, а также в отработавших газах двигателя, в частности в сажевом фильтре 73 и области, расположенной непосредственно выше по потоку окислительного нейтрализатора 71. Окисление накопленных углеводородов в отработавших газах двигателя представляет собой экзотермическую реакцию, при которой высвобождается большое количество энергии в устройстве снижения токсичности отработавших газов. В частности, при условиях, когда восстановление сажевого фильтра не происходит, окисление накопленных углеводородов приводит к выделению большого количества тепла ниже по потоку окислительного нейтрализатора 71. Избыточное тепло может привести к ухудшению показателей работы устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. С помощью оценки температурных перепадов в окислительном нейтрализаторе в условиях отсутствия регенерации может быть обнаружено повышенное тепловыделение. С помощью сопоставления показателей повышенного тепловыделения с сопутствующей неустойчивостью в работе цилиндров может быть обнаружено засасывание углеводородов и могут быть предприняты шаги для смягчения ухудшения показателей работы двигателя.
Контроллер 12 показан на Фиг.1 как традиционный микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорный блок 102 (CPU), порты 104 ввода и вывода (I/O), постоянное запоминающее устройство 106 (ROM), оперативную память 108 (RAM), оперативную энергонезависимую память 110 (КАМ) и обычную шину данных. Контроллер 12 показан получающим различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10. Помимо описанных выше сигналов контроллер также получает следующие данные: о температуре охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) от датчика 112 температуры, соединенного с каналом 114 охлаждения; от датчика положения 134, соединенного с педалью газа 130, для измерения силы нажатия ногой 132; от датчика детонации для определения воспламенения хвостовых газов; измерения давления в коллекторе двигателя (MAP) от датчика давления 122, соединенного с впускным коллектором 44; о фазе двигателя с датчика 118 на эффекте Холла, считывающего положение коленчатого вала 40; показания датчика 120 воздушной массы, поступающей в двигатель (например, теплового измерителя воздушного потока); и показания положения дросселя от датчика 58; измерение температурных перепадов в устройстве снижения токсичности отработавших газов от температурных датчиков 75, 76, 77; и измерение перепадов воздушно-топливного коэффициента в устройстве снижения токсичности отработавших газов от кислородных датчиков (не показаны), установленных выше и ниже по потоку устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. Также для обработки контроллером 12 может быть измерено барометрическое давление (датчик не показан). Согласно предпочтительному варианту воплощения изобретения датчик 118 на эффекте Холла производит заранее установленное количество равномерных импульсов в каждый цикл коленчатого вала, на основании которых может быть определена скорость вращения двигателя (RPM).
Данные об ускорении коленчатого вала могут быть получены от датчика 118 фазы двигателя. В рамках настоящего описания в отношении Фиг.3-4 данные об ускорении коленчатого вала могут быть сопоставлены с повышенным тепловыделением отработавших газов (определяется из перепадов температур отработавших газов на основании оценки температурных датчиков 75, 76, 77) при переходных и при устойчивых условиях работы двигателя для определения скопления углеводородов в системе впуска двигателя. Это скопление может представлять собой скопление углеводородов в выбранных цилиндрах (на основании конфигурации впускного коллектора, описанного в отношении Фиг.2) и/или скопления рядом или в охладителе наддувочного воздуха, установленного ниже по потоку компрессора 162. На основании этих показаний контроллер 12 может ограничить количество оборотов и нагрузку двигателя для уменьшения дальнейшего накопления углеводородов, тем самым предотвращая ухудшение показателей работы двигателя. Например, такое ограничение может уменьшить ухудшение показателей работы поршня цилиндра и других компонентов двигателя.
Возвращаясь к Фиг.1, в некоторых вариантах выполнения двигатель может быть соединен с электромотором/батареей, как, например, в гибридных автомобилях. Автомобиль с гибридным приводом может иметь параллельную и последовательную конфигурации, а также их комбинации и вариации. Кроме того, в некоторых вариантах можно использовать другие конфигурации двигателя, например дизельный двигатель.
Во время работы каждый цилиндр в двигателе 10 обычно проходит 4 рабочих цикла: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Во время впуска обычно выпускной клапан 54 закрывается, а впускной клапан 52 открывается. Воздух поступает в камеру сгорания 30 через впускной коллектор 44, а поршень 36 двигается по направлению к дну цилиндра так, чтобы увеличить объем внутри камеры сгорания 30. Положение, в котором поршень 36 находится рядом с дном цилиндра и в конце своего хода (т.е. когда камера сгорания 30 имеет наибольший объем), обычно называется специалистами в данной области нижней мертвой точкой (НМТ). Во время хода сжатия впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 закрыты. Поршень 36 двигается по направлению к головке цилиндров, чтобы сжать воздух внутри камеры сгорания 30. Точка, в которой поршень 36 находится в конце своего хода и наиболее близко к головке цилиндров (т.е. когда камера сгорания имеет наименьший объем), обычно называется специалистами в данной области верхней мертвой точкой (ВМТ). В процессе, здесь и далее обозначаемом «впрыскивание», топливо поступает в камеру сгорания. В процессе, здесь и далее обозначаемом «зажигание», впрыснутое топливо воспламеняют с помощью известных способов зажигания, таких как свеча 92 зажигания, что приводит к сгоранию. Во время рабочего хода расширяющиеся газы толкают поршень 36 обратно к НМТ. Коленчатый вал 40 превращает движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время хода выпуска выпускной клапан 54 открывается, чтобы выпустить воспламененную смесь воздуха и топлива в выпускной коллектор 48, а поршень возвращается к ВМТ. Можно отметить, что вышеизложенное приведено только в качестве примера и распределение по времени открывания и/или закрывания впускного и выпускного клапанов может меняться так, чтобы обеспечить положительное или отрицательное перекрытие клапанов, позднее закрывание впускного клапана или различные другие варианты.
Таким образом, система Фиг.1 предусматривает систему двигателя, выполненную с возможностью отреагировать на одновременное появление неустойчивости в работе цилиндров и повышенное тепловыделение отработавших газов двигателя, что является показателем окисления углеводородов, с помощью ограничения количества оборотов и нагрузки двигателя для уменьшения скопления углеводородов в системе впуска двигателя. Контроллер системы двигателя может также повышать температуру двигателя для высвобождения или сжигания накопленных углеводородов. Контроллер может определить неустойчивость в работе цилиндров на основании перепадов ускорения коленчатого вала между отдельными цилиндрами двигателя (например, цилиндрами в разных блоках двигателя), при этом ускорение коленчатого вала оценивают при устойчивых условиях работы двигателя и при переходных условиях работы двигателя. Перепады ускорения коленчатого вала, определенные при переходных условиях работы двигателя, могут быть оценены в динамически регулируемый промежуток времени, который отличается от промежутка времени, используемого при устойчивых условиях, при этом динамически регулируемый промежуток времени регулируют на основании, по крайней мере, массового расхода воздуха при переходных условиях. Тепловыделение отработавших газов может быть определено на основании температурных перепадов в устройстве снижения токсичности отработавших газов (например, окислительный нейтрализатор отработавших газов на Фиг.1), определенных при условиях отсутствия регенерации (когда температура отработавших газов активно увеличивается для сжигания сажи и восстановления сажевого фильтра отработавших газов, см. Фиг.1). С помощью использования как данных о тепловыделении отработавших газов, так и данных о неустойчивости в работе цилиндров скопление углеводородов в системе впуска двигателя может быть лучше обнаружено, может быть установлено его отличие от других случаев неустойчивости в работе цилиндров и могут быть предприняты соответствующие меры.
Обращаясь теперь к Фиг.2, при представлении примерного варианта 200 выполнения системы двигателя (такой, как система двигателя на Фиг.1), включая двигатель 201, уделяется особое внимание конфигурации впускного коллектора 202 двигателя, из-за которого определенные цилиндры двигателя в большей степени подвержены скоплению углеводородов. Свежий всасываемый воздух, отфильтрованный через воздухоочиститель 212, поставляется в двигатель 201 через впускной канал 242. Один или несколько датчиков могут быть соединены с впускным каналом 242 ниже по потоку воздухоочистителя, например датчик абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP) и/или датчик температуры всасываемого воздуха, для обеспечения возможности регулирования работы двигателя на основании условий всасывания воздуха. Дополнительный датчик MAP и температурные датчики всасываемого воздуха могут быть соединены с впускным коллектором. Двигатель 201 может представлять собой двигатель с наддувом, конфигурация которого предусматривает один или несколько турбонагнетателей. Например, конфигурация двигателя 201 может предусматривать первый турбонагнетатель 260 низкого давления и второй турбонагнетатель 270 высокого давления. Турбонагнетатель 260 низкого давления включает первый компрессор 262, выполненный с возможностью обеспечения наддува всасываемого воздуха. Первый компрессор 262 может приводиться в действие вращением первой турбины 264, соединенной с выпускным каналом 248. Турбонагнетатель 270 высокого давления содержит второй компрессор 272, установленный ниже по потоку первого компрессора 262 и выполненный с возможностью обеспечения дальнейшего наддува всасываемого воздуха. Второй компрессор 272 может приводиться в действие вращением второй турбины 274, соединенной с выпускным каналом 248, выше по потоку первой турбины 264.
Привод 276 турбонагнетателя, соединенный с рычагами 278 привода, установлен между первым компрессором 262 и вторым компрессором 272. Привод 276 турбонагнетателя выполнен с возможностью обеспечивать возможность работы компрессора с использованием электрогидравлического привода или электрического мотора. Воздух, сжимаемый первым компрессором 262 (компрессором низкого давления), направляется ко второму компрессору 272 (компрессору высокого давления) для дальнейшего сжатия. Сжатый всасываемый воздух охлаждается через охладитель 250 надувочного воздуха перед передачей во впускной коллектор 202 двигателя.
В представленном варианте выполнения конфигурация двигателя 201 предусматривает разветвленный впускной коллектор 202, который ведет к двум блокам или группам цилиндров 204, 206. Первая группа 204 цилиндров, расположенная на левой стороне впускного коллектора 202, включает в себя несколько цилиндров 205a-d (здесь - четыре), в то время как вторая группа 206 цилиндров, расположенная на правой стороне впускного коллектора 202, включает в себя несколько цилиндров 207a-d (здесь - четыре). Всасываемый воздух может проходить вдоль впускного канала 242 от дроссельной заслонки 252 (ниже по потоку охладителя 250 наддувочного воздуха) в Y-образный разветвитель 203 (или Y-образную трубку) впускного коллектора 202. Первый выпускной патрубок Y-образного разветвителя 203 может направлять воздух к первой группе 204 цилиндров (здесь, левая сторона впускного коллектора), в то время как второй выпускной патрубок Y-образного разветвителя 203 может направлять воздух ко второй группе 206 цилиндров (здесь, правая сторона впускного коллектора). Специальное расположение ответвлений или выпускных патрубков Y-образного разветвителя может быть таким, что продольная ось каждого выпускного патрубка направлена к определенным цилиндрам соответствующей группы цилиндров. В представленном примере продольная ось первого выпускного патрубка Y-образного разветвителя 203 направлена на первый цилиндр, цилиндр 205а, расположенный вдали от концевого цилиндра (здесь, цилиндра 205d), в то время как продольная ось второго выпускного патрубка Y-образного разветвителя 203 направлена на второй цилиндр, цилиндр 207а, расположенный вдали от концевого цилиндра (здесь, цилиндра 207d). В частности, такое расположение разветвленного впускного коллектора приводит к тому, что цилиндры 205а и 207а расположены на самом близком расстоянии к соответствующему выпускному патрубку Y-образного разветвителя.
Впускной коллектор 202 может содержать один или несколько датчиков, таких как температурный датчик, датчик давления и датчик воздушно-топливного соотношения. Например, датчик 244 MAP и датчик 246 температуры всасываемого воздуха (IAT) показаны подключенными во впускном коллекторе 202 в Y-образном разветвителе 203.
В то время как впускные коллекторы двигателя обычно выполнены с возможностью равномерного распределения воздуха (и рециркуляции отработавших газов) к отдельным цилиндрам, наличие неконтролируемых углеводородов в потоке всасываемого воздуха может привести к неравномерному распределению. Неконтролируемые углеводороды могут попадать в различные места из системы впуска, так, например, выше по потоку датчика 214 к активному сажевому фильтру в системе выпуска отработавших газов. Неконтролируемые углеводороды могут представлять собой, например, углеводороды из топлива, моторного масла и охладителя. В качестве одного из примеров смесь избыточного топлива и масла может попасть с потоком воздуха из картера двигателя во впускной канал 242 через вентиляционную трубу 218 картера. Избыточное топливо и масло могут попасть в картер при протекании топлива из топливной системы высокого давления, доставляющей топливо к форсункам, масло может попасть при нерегулярной замене масла, топливо также может попасть при частой регенерации сажевого фильтра отработавших газов. В качестве другого примера масло может попадать во впуск при утечках масла в уплотнении турбонагнетателя 270 высокого давления. В качестве еще одного примера через охладитель 230 отработавших газов во впуск может попадать хладагент. Другие источники протечек углеводородов могут включать в себя внутрицилиндровое протекание топлива, забитые открытые форсунки, треснувшие форсунки, протекающие форсунки, протечки в радиаторе, протечки в охладителе системы рециркуляции отработавших газов и тому подобные.
При переходных условиях работы двигателя внезапный выброс наддува в цилиндры двигателя может смещать жидкостные карманы неконтролируемых углеводородов, неравномерно перенося струю неконтролируемых углеводородов в газожидкостной фазе к цилиндрам, за счет динамики текучей среды, связанной с капельной инерцией. Такое неравномерное распределение неконтролируемых углеводородов приводит к неустойчивости в работе цилиндров. Инерциальные силы жидкости могут приводить к тому, что определенные цилиндры, такие как цилиндры 205а, 205d, 207а и 207d представленной конфигурации двигателя, легко засасывают больше углеводородов, чем другие цилиндры. По существу, какие цилиндры подвержены этому в большей степени, зависит от строения и конфигурации Y-образного разветвителя и впускного коллектора системы двигателя.
В частности, в представленной конфигурации двигателя впускной канал впускного коллектора 202 изгибается, проходя справа налево (см. изгиб впускного канала около дроссельной заслонки 252). В результате левая сторона впускного коллектора (то есть первая группа 204 цилиндров) получает большее количество углеводородов (как показано стрелкой 290). Так как затем впускной коллектор изгибается и направлен прямо вдоль головки цилиндра, то впоследствии скопление большей части углеводородов произойдет в конце коллектора и цилиндр 205d в итоге получит большую часть углеводородов. Кроме того, цилиндр 205а также получит часть углеводородных флюидов. В частности, поворот/изгиб впускного коллектора заставит поток изменить направление, но из-за турбулентности, создаваемой в данном месте, часть потока углеводородов также будет затянута в цилиндр 205а.
Поскольку неконтролируемые углеводороды находятся в газожидкостной фазе, а частицы топлива тяжелее воздуха, они склонны к неравномерному распределению при засасывании в цилиндры двигателя. В отношении примерного варианта выполнения двигателя на Фиг.2, любые остатки, такие как неконтролируемые углеводороды из топлива и масла, затянутые в двигатель, будут склонны оседать и накапливаться в цилиндрах 205а и 207а. Кроме того, может также образоваться скопление в цилиндре 205d. Такое скопление может привести к значительной неустойчивости в работе цилиндров и повышенному тепловыделению от окисления неконтролируемых углеводородов в нейтрализаторе отработавших газов.
В частности, в двигателях с воспламенением от сжатия (таких как дизельные двигатели) неоднородно распределенное горение в обедненной топливом зоне приводит к горению углеводородов, приводя к образованию сажи и тепла от экзотермической реакции. Подобным образом неравномерное распределение углеводородов приводит к чрезмерному ускорению коленчатого вала от некоторых цилиндров. Например, углеводороды могут воспламеняться в камере сгорания и приводить к чрезмерному увеличению количества оборотов двигателя и созданию условий выхода автомобиля из-под контроля. В одном примере балансировка работы цилиндров может относиться к корректировке времени подачи энергии на топливную форсунку в отношении определенного цилиндра, чтобы этот цилиндр работал, как другие цилиндры двигателя в отношении способности обеспечивать максимальное ускорение коленчатого вала. Таким образом, цилиндр, обеспечивающий больше или меньше ожидаемого ускорения коленчатого вала, детектируется как цилиндр, демонстрирующий неустойчивость в работе. Как подробно рассматривается в данном описании, неустойчивость в работе цилиндров может быть определена на основании перепадов значения ускорения коленчатого вала. Например, с помощью сравнения максимального ускорения (то есть ускорения коленчатого вала, при котором достигается максимальное давление в цилиндре) каждого цилиндра со смоделированным пороговым значением может быть обнаружена неустойчивость в работе цилиндров. Такая неустойчивость в работе цилиндров, определенная одновременно с повышенным тепловыделением отработавших газов, свидетельствует об окислении углеводородов, вызванном неконтролируемым скоплением углеводородов в системе впуска двигателя. По существу, если оставить данную ситуацию без контроля, то скопление может увеличиваться и в итоге проникнуть в другие цилиндры, приводя, тем самым, к значительному ухудшению показателей работы двигателя.
В одном примере, если большее количество инородных веществ накапливается в цилиндре 205а (с левой стороны впускного коллектора), проблемы неустойчивости в работе цилиндров могут в большей степени возникнуть во второй группе цилиндров с правой стороны впускного коллектора. В другом примере, если большее количество инородных веществ накапливается в цилиндре 207а (с правой стороны системы впуска двигателя), проблемы неустойчивости в работе цилиндров могут в большей степени возникнуть в первой группе цилиндров с левой стороны впускного коллектора.
Неконтролируемые углеводороды могут также накапливаться в охладителе 252 наддувочного воздуха. В частности, по мере того как масло и топливо от различных протечек попадает в картер, объем жидкости в картере увеличивается. По мере того как данный объем увеличивается выше уровня коленчатого вала, вращающийся коленчатый вал смешивает данное избыточное топливо и масло с всасываемым воздухом в пенящуюся масляную смесь. Вентиляционная труба 218 картера может перемещать данную пенящуюся масляную смесь во впускной канал 242, выше по потоку компрессоров 262 и 272 турбонагнетателя. В случае протекания хладагента из охладителя рециркулирующих отработавших газов и масла из уплотнения турбонагнетателя неконтролируемые углеводороды могут напрямую попадать из соответствующего компонента к впускному каналу. Сжатие масляной или топливной смеси турбонагнетателями и прохождение через наддувочный охладитель приводит к конденсированию смеси паров неконтролируемых углеводородов в различных карманах в системе впуска, в частности внутри охладителя 252 наддувочного воздуха. При работе двигателя при переходных условиях, таких как наддув, внезапный выброс наддува в цилиндры может сместить жидкостной карман неконтролируемых углеводородов, неравномерно перенося струю неконтролируемых углеводородов в газожидкостной фазе к цилиндрам, в значительной степени за счет динамики жидкостей и газов, связанной с капельной инерцией. Как было рассмотрено выше, такое неравномерное распределение может привести к неустойчивости в работе цилиндров. Частично сгоревшие углеводороды при попадании в систему выпуска могут привести к неконтролируемому уровню окисления, приводя к повышенному тепловыделению отработавших газов (например, к повышению температуры до 65 градусов по Цельсию в секунду внутри окислительного нейтрализатора отработавших газов).
Обращаясь к Фиг.2, продукты горения от первой группы 204 цилиндров могут быть выброшены в первый выпускной коллектор 212, в то время как продукты горения из второй группы 206 цилиндров могут быть выброшены во второй выпускной коллектор 214. По крайней мере часть этих отработавших газов может быть использована для вращения турбин турбонагнетателя перед выбросом в атмосферу. Например, отработавшие газы могут быть направлены из выпускных коллекторов 212, 214 через вторую турбину 274 через каналы 282, 284.
Кроме того, при условиях, когда требуется рециркуляция отработавших газов (например, когда требуется обеднение смеси в двигателе), по крайней мере часть отработавших газов может быть отведена обратно к системе впуска двигателя ниже по потоку дроссельной заслонки 252 через канал 231 рециркуляции отработавших газов. В представленном варианте выполнения канал 231 рециркуляции отработавших газов показан отводящим отработавшие газы от второго выпускного коллектора 214. При этом следует понимать, что в альтернативных вариантах выполнения отработавшие газы могут отводиться из первого выпускного коллектора 212 и/или из обоих выпускных коллекторов 212 и 214. Канал рециркуляции отработавших газов может содержать устройство снижения токсичности отработавших газов, такое как окислительный нейтрализатор 232, для обработки отработавших газов, направляемых при рециркуляции к цилиндрам двигателя. Один или более охладителей рециркулирующих отработавших газов, таких как первый (горизонтальный) охладитель 236 рециркулирующих отработавших газов и второй (вертикальный) охладитель 238 рециркулирующих отработавших газов, могут содержаться в канале 231 рециркуляции отработавших газов для охлаждения отработавших газов перед их передачей в цилиндры, тем самым обеспечивая двигателю преимущества охлаждения рециркулирующих отработавших газов. С помощью регулирования открывания клапана 247 рециркуляции отработавших газов может быть отрегулировано количество отработавшего газа, поступающего при рециркуляции к системе впуска двигателя. Для контроля количества, временного распределения, состава, а также температуры отработавших газов, отводящихся к системе впуска двигателя, в системе рециркуляции отработавших газов могут быть установлены один или несколько датчиков, таких как температурный датчик, датчик давления или датчик воздушно-топливного соотношения. Например, первый впускной датчик 230 рециркуляции отработавших газов (температурный датчик или датчик воздушно-топливного соотношения) может быть установлен выше по потоку входного канала 231 рециркуляции отработавших газов, в то время как второй выходной датчик 240 рециркуляции отработавших газов (температурный датчик или датчик воздушно-топливного соотношения) может быть установлен выше по потоку выпускного канала 231 рециркуляции отработавших газов, например выше клапана 240 рециркуляции отработавших газов. В качестве другого примера в патрубке 231 рециркуляции отработавших газов может содержаться датчик 245 давления в отработавших газах.
Как подробно рассматривается в отношении модели на Фиг.3 и процедур на Фиг.4-5, контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью определения окисления углеводородов на основании повышенного тепловыделения отработавших газов, а на основании детектирования неустойчивости в работе цилиндров при повышенном тепловыделении отработавших газов контроллер может сделать вывод о скоплении углеводородов в системе впуска двигателя. Соответственно, контроллер может выполнить одно или более действий, включая ограничение количества оборотов и нагрузки двигателя, чтобы уменьшить дальнейшее накопление и выброс углеводородов во впуск двигателя. При этом можно воздействовать на начинающуюся неустойчивость в работе цилиндров и уменьшить ее развитие и потенциальное ухудшение показателей работы двигателя из-за накопления углеводородов. Кроме того, может быть снижено ухудшение показателей работы компонентов системы выпуска отработавших газов, таких как окислительный нейтрализатор и сажевые фильтры, связанное с данным повышенным тепловыделением.
Обратимся теперь к Фиг.3, где приведено схематичное представление (или блок-схема) процедуры 300 обнаружения всасывания углеводородов в систему впуска двигателя и быстрого реагирования на такое всасывание для смягчения критического ухудшения показателей работы двигателя. По существу, процедура на Фиг.3 представляет собой изображение в виде блок-схемы алгоритма, используемого в процедурах на Фиг.4-5.
Способ 300 предполагает в блоке 302 отслеживание устойчивых условий работы для непрерывного обнаружения и оценивания устойчивых условий работы двигателя. Также предполагается в блоке 304 отслеживание переходных условий для непрерывного обнаружения и оценивания переходных условий работы двигателя. Отслеживание в блоке 304 переходного состояния включает в себя динамическую компенсацию отставания и динамически регулируемый промежуток времени для проведения измерений, во время которого происходит оценка переходных условий. Данный промежуток времени (например, начальные и конечные точки, в которых происходит отслеживание) основан, по крайней мере, на величине наддува (например, на основании движения педали газа при наддуве). Динамическая компенсация отставания делает возможным одновременное взвешенное отслеживание неустойчивости в работе цилиндров и тепловыделения в отработавших газах, с тем чтобы ускорить обнаружение всасывания углеводородов. Динамически регулируемой промежуток времени представляет собой промежуток времени, во время которого происходит измерение данных переходной неустойчивости в работе цилиндров и который может быть динамически отрегулирован на основании переходных условий работы двигателя. Например, когда переходные условия представляют собой наддув, промежуток времени может быть основан на массовом расходе воздуха, скорости изменения массового расхода воздуха и/или величине наддува (которая определяется по движению педали газа при наддуве).
Для анализа данных ускорения коленчатого вала используются различные методики фильтрации шума, чтобы устранить факторы шума, такие как пропуски зажигания, влажность, качество топлива. Такие методики фильтрации могут включать в себя, например, стратегии подавления шума, способы фильтрации шума, такие как алгоритмы устранения помех, счетчики накопления отклонений и так далее. Функция алгоритма устранения помех заключается в ускорении времени задания ошибки в зависимости от величины погрешности. Когда неустойчивость в работе цилиндров и/или показатель тепловыделения высоки, тогда флаг ошибки устанавливается быстрее. Кроме того, алгоритм устранения помех фиксирует максимальное значение счетчика и перезагружает счетчик для начала отсчета с нуля при невыполнении входных условий алгоритма. Это позволяет подтвердить наличие ошибки до установки флага ошибки. Таким образом, обеспечивается улучшенный алгоритм обработки неустойчивости в работе цилиндров, который работает при переходных условиях работы двигателя, в дополнение к условиям работы в состоянии холостого хода.
Данные относительно переходных условий работы, которые определяются в блоке 304 при отслеживании переходных условий, и относительно устойчивых условий работы, которые определяются в блоке 302 при отслеживании устойчивых условий, могут параллельно передаваться в основанный на модели непреднамеренного измерения тепловыделений блок 306 и блок 308, основанный на модели измерения неустойчивости в работе цилиндров. Модель, используемая в блоке 308, основанном на модели измерения неустойчивости в работе цилиндров, может быть основана на рабочих параметрах двигателя, таких как количество оборотов двигателя, впрыскиваемое топливо, массовый расход воздуха и температура поступающего воздуха (IAT). Основываясь, по крайней мере, на данных параметрах, с помощью данной модели можно определять величину ускорения поршня.
Выходные данные каждого из блоков 306 и 308 параллельно передаются в блок 312 взвешенного отслеживания неконтролируемых углеводородов при устойчивых условиях и в блок 310 взвешенного отслеживания неконтролируемых углеводородов при переходных условиях. На основании сравнения данных из блоков 310, 312 может быть определено состояние ошибки (блок 314). В частности, при тепловыделении, обнаруженном в блоке 306, и неустойчивости в работе цилиндров, обнаруженной в блоке 308 при устойчивых условиях, в блоке 312 взвешенного обнаружения неконтролируемых углеводородов при устойчивых условиях можно определить наличие всасывания углеводородов в системе впуска двигателя при устойчивых условиях работы. Подобным образом при обнаружении тепловыделения в блоке 306 и обнаружении в блоке 308 неустойчивости в работе цилиндров при переходных условиях в блоке 310 взвешенного отслеживания неконтролируемых углеводородов при переходных условиях можно определить наличие всасывания углеводородов в системе впуска двигателя и окисление углеводородов в отработавших газах при переходных условиях. Далее, посредством сравнения выходных данных устройств 310 и 312 может быть определено состояние ошибки (блок 314) и может быть установлен соответствующий флаг. С помощью использования и сравнения данных, полученных как при переходных, так и при устойчивых условиях работы, могут быть лучше обнаружены даже незначительная неустойчивость в работе цилиндров и тепловыделение в отработавших газах. Кроме того, данные о неустойчивости в работе цилиндров могут быть с большей степенью достоверности сопоставлены с данными о тепловыделении отработавших газов, тем самым улучшая обнаружение всасывания углеводородов. С помощью улучшения точности и ошибкоустойчивости стратегии обнаружения всасывание углеводородов может быть обнаружено и обработано до того, как скопление углеводородов в системе впуска двигателя достигнет такого уровня, который может привести к существенному ухудшению показателей работы компонентов двигателя.
При детектировании состояния ошибки (блок 314) может быть реализована стратегия исправления (блок 316), которая основана на многособытийном или многоприводном цикле отслеживания. Многоприводное циклическое отслеживание включает в себя способность отслеживать состояние ошибки 314 на протяжении множества ездовых циклов до запуска смягчающих действий по управлению моделями и последствиями отказов (FMEM), таких как уменьшение номинального значения крутящего момента. Исправление ошибок также может быть настроено для постепенного исправления на протяжении множества ездовых циклов, чтобы ошибка могла быть быстро установлена, если состояние ошибки возникает слишком часто. Стратегия исправления включает в себя различные шаги по смягчению ухудшения показателей работы двигателя, а также действия в блоке 318 по управлению моделями и последствиями отказов. Действия, производимые в составе стратегии исправления, включают в себя ограничение количества оборотов и нагрузки двигателя. В одном примере количество оборотов и нагрузку двигателя ограничивают с помощью уменьшения впрыска топлива во все цилиндры двигателя, включая цилиндры двигателя, где была обнаружена неустойчивость (например, превышение допустимого количества оборотов двигателя), а также другие цилиндры, которые еще не были подвержены неустойчивости в работе цилиндров. Уменьшение количества оборотов двигателя уменьшает пенообразование в картере и увеличивает устойчивость двигателя к переполнению картера. Кроме того, ограничение количества оборотов и нагрузки двигателя позволяет уменьшить максимальное давление в цилиндрах. В других примерах, количество оборотов и нагрузка двигателя могут быть далее ограничены за счет открывания дроссельной заслонки, снижения величины наддува двигателя, увеличения рециркуляции отработавших газов и тому подобных мер.
Дополнительные меры по исправлению ошибок включают в себя повышение температуры двигателя для высвобождения некоторых накопленных углеводородов. В частности, контролируемое горение накопленных углеводородов позволяет сократить и/или ограничить повреждения цилиндра. Другие меры по исправлению ошибок включают в себя передачу предупреждения водителю автомобиля, с тем чтобы водитель мог отогнать автомобиль в сервисный центр для проведения дальнейшей оценки. Водитель автомобиля может быть предупрежден с помощью кластерного сообщения, отображаемого на экране приборной панели или путем светового индикаторного сигнала о неисправности (или индикатора в виде гаечного ключа). Кроме того, могут быть установлены различные диагностические коды, которые могут быть извлечены обслуживающим персоналом в сервисном центре и использованы для лучшего отслеживания проблемы всасывания углеводородов.
Обращаясь теперь к Фиг.4, способ 400 предусматривает процедуру непрерывного оценивания и отслеживания данных об ускорении коленчатого вала и данных о температуре отработавших газов при устойчивых и переходных условиях работы, чтобы достоверно выявить и индицировать всасывание углеводородов в системе впуска двигателя. Смягчающие меры, которые могут быть предприняты в ответ на данные показания, чтобы уменьшить ухудшение показателей работы двигателя, рассматриваются со ссылкой на процедуру Фиг.5. По существу, процедуры Фиг.4-5 используют те алгоритмы, которые были ранее показаны на Фиг.3.
На этапе 402 способ предполагает оценивание и/или измерение условий работы двигателя. Такие условия включают в себя, например, количество оборотов и нагрузку двигателя, запрос крутящего момента водителем, температуру отработавших газов, температуру в нейтрализаторе отработавших газов, уровень наддува, условия среды (температура, давление, влажность среды и т.д.), давление в коллекторе, воздушный поток в коллекторе и так далее.
На этапе 404 может быть определено наличие переходных условий работы двигателя. В одном примере переходные условия работы двигателя могут быть детектированы, если скорость изменения массового расхода воздуха превышает пороговое значение, например, при наддуве или выпуске воздуха. Если наличие переходных условий не подтверждается, то на этапе 424 процедура предусматривает определение наличия устойчивых условий работы двигателя. В одном примере устойчивые условия работы двигателя могут быть детектированы, если скорость изменения массового расхода воздуха меньше порогового значения. В другом примере устойчивые условия работы двигателя могут быть детектированы, если количество оборотов двигателя соответствует количеству оборотов двигателя на холостом ходу.
При подтверждении переходных условий на этапе 406 могут быть определены перепады ускорения коленчатого вала между отдельными цилиндрами двигателя. Подобным образом при подтверждении устойчивых условий работы на этапе 426 могут быть определены перепады ускорения коленчатого вала между отдельными цилиндрами двигателя. В частности, перепады ускорения коленчатого вала оценивают в первый промежуток времени (окно), когда двигатель находится в устойчивых условиях работы, и во второй, другой, промежуток времени (окно), когда двигатель находится в переходных условиях работы. По существу, второй промежуток времени может быть динамически отрегулирован при переходных условиях работы двигателя на основании, по крайней мере, массового расхода воздуха или скорости изменения массового расхода воздуха при переходных условиях работы двигателя. Для сравнения, первый промежуток времени может быть основан на стабильных количестве оборотов и нагрузке двигателя. В дополнение, для ввода условий, которые задают особые окна для устойчивых и переходных условий работы, может быть использован базовый набор входных условий, который основан на скорости движения автомобиля, температуре среды, температуре охладителя, состоянии механизма отбора мощности, входном состоянии ошибки и так далее. Это может быть сделано для определения как первого окна при устойчивых условиях работы, так и второго окна при переходных условиях работы. Например, окна могут быть шире или уже в зависимости от степени неустойчивости в работе цилиндров и величины тепловыделения. Например, для одного и того же уровня состояния ошибки первое окно может быть меньше, чем второе окно.
Для фильтрации данных ускорения коленчатого вала в каждом из окон могут быть использованы различные техники и алгоритмы фильтрации шума. Например, при устойчивых условиях работы могут быть устранены перепады межцилиндрового ускорения коленчатого вала в первом окне. Подобным образом во втором окне могут быть устранены перепады в межцилиндровом ускорении коленчатого вала при переходных условиях работы.
На этапе 408 на основании данных об ускорении коленчатого вала, оцененных при переходных условиях (на шаге 406), может быть определена неустойчивость в работе цилиндров. Подобным образом на этапе 428 на основании данных об ускорении коленчатого вала при устойчивых условиях работы (на этапе 426) может быть определена неустойчивость в работе цилиндров. В одном примере двигатель имеет отдельные блоки со сгруппированными внутри цилиндрами, такие как первый блок с первой группой цилиндров и второй блок со второй группой цилиндров. Неустойчивость в работе цилиндров в этих блоках определяют на основании перепадов ускорения коленчатого вала между отдельными цилиндрами двигателя первой группы цилиндров и второй группы цилиндров. При этом ускорение коленчатого вала оценивают как при устойчивых условиях работы двигателя, так и при переходных условиях работы двигателя.
В одном примере баланс работы цилиндров может быть оценен по корректировке времени подачи энергии, требуемой для цилиндра, чтобы данный цилиндр работал, как другие цилиндры двигателя в отношении способности обеспечивать максимальное ускорение коленчатого вала. Таким образом, если цилиндр перепроизводит или недопроизводит ускорение коленчатого вала относительно других цилиндров (как например, других цилиндров той же группы), может быть детектирована неустойчивость в работе цилиндров. Если неустойчивость в работе цилиндров не была установлена на этапе 408 или 428, процедура может завершиться.
Если на этапе 408 на основании перепадов ускорения коленчатого вала во втором окне угла поворота коленчатого вала установлена неустойчивость в работе цилиндров, то на этапе 416 контроллер может установить флаг или диагностический код для указания на скопление углеводородов в системе впуска двигателя при переходных условиях. В частности, этот флаг может указывать на то, что скопление углеводородов в системе впуска двигателя при переходных условиях превысило допустимое ограничение, которое было определено моделью. Подобным образом, если на этапе 428 на основании перепадов ускорения коленчатого вала в первом окне угла поворота коленчатого вала установлена неустойчивость в работе цилиндров, то на этапе 436 контроллер может установить флаг или диагностический код для указания на скопление углеводородов в системе впуска двигателя при устойчивых условиях работы. В частности, такой флаг может указывать, что скопление углеводородов в системе впуска двигателя при устойчивых условиях превысило допустимое ограничение, которое было определено моделью. По существу, этот флаг или диагностический код, используемый для указания на скопление углеводородов при переходных условиях, может отличаться от флага или диагностического кода, используемого для указания на скопление углеводородов при устойчивых условиях работы. Такие смоделированные значения, по которым оценивается скопление углеводородов на этапе 436, при устойчивых условиях работы могут быть определены как функция количества оборотов двигателя и температуры среды.
Параллельно этапам 406 и 408 на» этапе 410 может быть определено, происходит ли восстановление сажевого фильтра. Подобным образом параллельно этапам 426 и 428, на этапе 430, может быть определено, происходит ли восстановление сажевого фильтра. По существу, выхлопная система двигателя может содержать одно или несколько устройств снижения токсичности отработавших газов, таких как сажевый фильтр и окислительный нейтрализатор отработавших газов, расположенный выше по потоку сажевого фильтра. При условиях, когда происходит регенерация сажевого фильтра, температура отработавших газов в устройстве управления выбросами может активно увеличиться для сжигания сажи и твердых частиц, скапливающихся в сажевом фильтре. Следовательно, чтобы отличить повышенное тепловыделение, связанное с активной регенерацией фильтра, от тепловыделения, вызванного всасыванием углеводородов, процедура продолжает свою работу только после подтверждения наличия условий отсутствия регенерации.
На этапе 412 и 432 оценивают тепловыделение в отработавших газах при переходных и при устойчивых условиях работы соответственно. Тепловыделение отработавших газов может быть оценено во время первого окна при устойчивых условиях работы и во время второго окна при переходных условиях работы. Тепловыделение может быть основано на перепадах температур отработавших газов в окислительном нейтрализаторе отработавших газов. Следовательно, на этапе 412 перепады температур отработавших газов в окислительном нейтрализаторе отработавших газов оценивают при переходных условиях работы двигателя, во втором окне, когда регенерация сажевого фильтра не происходит. Подобным образом на этапе 432 перепады температур отработавших газов в окислительном нейтрализаторе отработавших газов оценивают при устойчивых условиях работы двигателя, в первом окне, когда регенерация сажевого фильтра не происходит. Далее, на этапах 414 и 434 может быть определено наличие повышенного тепловыделения. Например, может быть определено, превышают ли перепады температур отработавших газов в окислительном нейтрализаторе отработавших газов пороговое значение.
По существу, если повышенное тепловыделение не подтверждается, то процедура может завершить работу. Для сравнения, если в первом окне при устойчивых условиях работы или во втором окне при переходных условиях работы было обнаружено повышенное тепловыделение, то на этапе 416 и 436 контроллер может установить соответствующий флаг или диагностический код, который будет указывать на то, что скопление углеводородов превысило допустимое ограничение.
В то время как на вышеуказанных шагах прорабатывается определение всасывания углеводородов в системе впуска двигателя при переходных или при устойчивых условиях работы на основании либо неустойчивости в работе цилиндров, либо повышенного тепловыделения в определенном окне угла поворота коленчатого вала, определение всасывания углеводородов можно также проводить на основании одновременного появления как неустойчивости в работе цилиндров, так и повышенного тепловыделения в определенных окнах. В частности, изменения скорости цилиндра могут быть вызваны различными факторами, такими как изменения в работе топливной форсунки, изменения наддува цилиндра, пропуски зажигания и всасывание углеводородов (например, в топливо и/или масло). Подобным образом повышенное тепловыделение также может быть вызвано различными факторами. Здесь авторы изобретения обнаружили, что с помощью сопоставления неустойчивости в работе цилиндров с повышенным тепловыделением отработавших газов можно лучше отличить неустойчивость в работе цилиндров, вызванную изменениями в работе топливной форсунки или пропусками зажигания, от неустойчивости в работе цилиндров, вызванной всасыванием углеводородов, тем самым создавая возможность для принятия соответствующих смягчающих мер. При этом всасывание углеводородов может быть обнаружено быстрее и/или с большей точностью.
Например, после определения неустойчивости в работе цилиндров при переходных условиях на этапе 408 процедура может по выбору перейти на этап 414, чтобы определить, имеется ли одновременно повышенное тепловыделение отработавших газов, в том же окне. Если да, то на этапе 416 при одновременном появлении как неустойчивости в работе цилиндров, так и повышенного тепловыделения может быть установлено наличие всасывания углеводородов и контроллер может установить флаг, чтобы указать на то, что скопление углеводородов в системе впуска двигателя при переходных условиях превысило допустимое ограничение, которое было определено моделью. В другом примере после определения повышенного тепловыделения при переходных условиях на этапе 414 процедура может по выбору перейти на этап 408, чтобы определить, имеется ли одновременно неустойчивость в работе цилиндров, в том же окне. Если да, то на этапе 416 контроллер может установить флаг, чтобы указать на скопление углеводородов в системе впуска двигателя при переходных условиях. Следует понимать, что установка флага для указания на всасывание углеводородов может произойти раньше, при одновременном появлении неустойчивости в работе цилиндров и повышенного тепловыделения, по сравнению с установкой флага либо при неустойчивости в работе цилиндров, либо при повышенном тепловыделении.
Таким же образом, после определения неустойчивости в работе цилиндров при устойчивых условиях на этапе 428 процедура может по выбору перейти на этап 434, чтобы определить, имеется ли одновременно повышенное тепловыделение отработавших газов, в том же окне. Если да, то на этапе 436, при одновременном появлении как неустойчивости в работе цилиндров, так и повышенного тепловыделения, может быть установлено наличие всасывания углеводородов и контроллер может установить флаг, указывающий на скопление углеводородов в системе впуска двигателя при устойчивых условиях, которое превысило допустимое ограничение, которое было определено моделью. В другом примере после детектирования на этапе 434 повышенного тепловыделения при устойчивых условиях процедура может по выбору перейти на этап 428, чтобы определить, имеется ли одновременно неустойчивость в работе цилиндров, в том же окне. Если да, то на этапе 436 контроллер может установить флаг, указывающий на скопление углеводородов в системе впуска двигателя при устойчивых условиях. Следует понимать, что установка флага для указания на всасывание углеводородов может произойти раньше при одновременном появлении неустойчивости в работе цилиндров и повышенного тепловыделения по сравнению с установкой флага либо при неустойчивости в работе цилиндров, либо при повышенном тепловыделении.
Следует понимать, что взвешивание данных о неустойчивости в работе цилиндров и данных о повышенном тепловыделении при определении всасывания углеводородов при условиях, когда происходит их совместная оценка, может быть различным в зависимости от того, была неустойчивость в работе цилиндров определена при переходных условиях или при устойчивых условиях работы. Например, индицирование, основанное как на перепадах ускорения коленчатого вала, так и на перепадах температур отработавших газов, может включать в себя взвешивание перепадов ускорения коленчатого вала с первым весовым коэффициентом и взвешивание перепадов температур отработавших газов со вторым, другим, весовым коэффициентом. При этом указанные первый и второй весовые коэффициенты основаны, по крайней мере, на том, проводилась оценка ускорения коленчатого вала при переходных условиях или при устойчивых условиях работы.
После указания на скопление углеводородов в системе впуска двигателя в ответ на неустойчивость в работе цилиндров и/или повышенное тепловыделение в отработавших газах двигателя, которое указывает на окисление углеводородов, на этапах 416 и 436 могут быть предприняты один или более смягчающих мер. Как подробно рассматривается со ссылкой на Фиг.5, эти меры могут включать в себя, например, ограничение количества оборотов и нагрузки двигателя для уменьшения скопления углеводородов в системе впуска двигателя.
Обращаясь теперь к Фиг.5, способ 500 представляет процедуру для проведения различных смягчающих мер при обнаружении всасывания углеводородов при переходных или при устойчивых условиях работы двигателя. Всасывание углеводородов может быть детектировано на основании перепадов межцилиндрового ускорения коленчатого вала (или неустойчивости в работе цилиндров) при одновременном повышенном тепловыделении отработавших газов при переходных или при устойчивых условиях работы двигателя.
На этапе 502 процедура включает в себя повышение температуры двигателя для высвобождения углеводородов, накопленных в системе впуска двигателя. При этом контролируемое горение затянутых углеводородов позволяет уменьшить углеводородную нагрузку в системе впуска двигателя, а также уменьшить дальнейшую неустойчивость в работе цилиндров.
На этапе 504 процедура предусматривает ограничение количества оборотов и нагрузки двигателя. В частности, такое ограничение включает в себя ограничение подачи топлива во все цилиндры двигателя. В одном примере, когда двигатель содержит первый и второй цилиндры, скопление углеводородов может быть детектировано в первом цилиндре на основании перепадов ускорения коленчатого вала между первым и вторым и цилиндром, притом что перепады температур отработавших газов в нейтрализаторе отработавших газов превышают допустимое пороговое значение. В результате может быть ограничена подача топлива как в первый, так и во второй цилиндр для уменьшения количества оборотов и нагрузки двигателя. Здесь с помощью уменьшения количества оборотов двигателя сокращается пенообразование в картере двигателя, которое может привести к засасыванию углеводородов.
Степень ограничения основана на том, были перепады ускорения коленчатого вала обнаружены при переходных условиях работы двигателя или при устойчивых условиях работы двигателя. Например, такое ограничение может включать в себя ограничение подачи топлива во все цилиндры двигателя (например, как в первый, так и во второй цилиндр вышеприведенного примера) на первую, большую, величину, когда двигатель находится в устойчивых условиях работы, и ограничение подачи топлива во все цилиндры двигателя (например, как в первый, так и во второй цилиндр вышеприведенного примера) на вторую, меньшую, величину, когда двигатель находится в переходных условиях работы. Кроме того, размер ограничения может быть основан на степени неустойчивости в работе цилиндров и степени повышения тепловыделения отработавших газов.
На этапе 506 процедура далее предусматривает установку диагностического кода и подачу светового индикаторного сигнала о неисправности для указания на наличие скопления углеводородов в системе впуска двигателя. В одном примере могут задаваться различные диагностические коды в зависимости от того, было указание о всасывании углеводородов получено при переходных условиях или при устойчивых условиях работы. Сигнал о неисправности может представлять собой, например, индикатор в виде гаечного ключа. Кроме того, такой индикатор может сопровождаться кластерным сообщением, отображаемым на экране приборном экране (или панели), чтобы уведомить водителя автомобиля. Такой сигнал и сообщения могут быть использованы, чтобы предупредить водителя о необходимости сервисного обслуживания. С помощью уведомления водителя о необходимости сервисного обслуживания может быть уменьшено первичное ухудшение показателей работы двигателя в силу всасывания углеводородов. Кроме того, может быть также уменьшено вторичное ухудшение показателей работы двигателя по причине неустойчивости в работе цилиндров и повышенного тепловыделения.
В одном примере при первом устойчивом условии работы двигателя контроллер может обнаружить скопление углеводородов в системе впуска двигателя на основании перепадов межцилиндрового ускорения коленчатого вала и тепловыделения отработавших газов, оцененных в первом окне при устойчивых условиях работы. При втором переходном условии работы двигателя контроллер может указывать на скопление углеводородов в системе впуска двигателя на основании перепадов межцилиндрового ускорения коленчатого вала и тепловыделения отработавших газов, оцененных во втором окне при переходных условиях работы. Как при первом, так и при втором условиях работы контроллер может ограничить подачу топлива во все цилиндры в ответ на такую индикацию.
Здесь первое окно при устойчивых условиях работы основано на количестве оборотов и крутящем моменте двигателя (например, устойчивом количестве оборотов и крутящем моменте двигателя) и второе окно при переменных условиях работы основано на наддуве. Например, первое окно может быть шире, чем второе окно. Контроллер может также проводить всестороннюю фильтрацию шума в каждом окне. Например, контроллер может устранить перепады межцилиндрового ускорения коленчатого вала в первом окне при первых устойчивых условиях работы и устранить перепады межцилиндрового ускорения коленчатого вала во втором окне при вторых переходных условиях работы.
Ограничение впрыска топлива во все цилиндры двигателя при наличии описанного индицирования может включать в себя ограничение подачи топлива с первым весовым коэффициентом, если указание было получено при устойчивых условиях работы двигателя, и ограничение подачи топлива со вторым весовым коэффициентом, если указание было получено при переходных условиях работы двигателя, причем первый весовой коэффициент может быть больше, чем второй весовой коэффициент. Например, контроллер может ограничить подачу топлива во все цилиндры двигателя при первых устойчивых условиях работы на первую, большую, величину и ограничить подачу топлива во все цилиндры двигателя при вторых переходных условиях работы на вторую, меньшую, величину. Кроме того, величина такого ограничения может быть основана на степени неустойчивости в работе цилиндров и на степени увеличения тепловыделения отработавших газов.
В качестве другого примера при первом наддуве контроллер может дать указание о скоплении углеводородов в системе впуска двигателя на основании перепадов межцилиндрового ускорения коленчатого вала и тепловыделения отработавших газов, оцененных в первом окне, в то время как при втором наддуве указание о скоплении углеводородов в системе впуска двигателя на основании перепадов межцилиндрового ускорения коленчатого вала и тепловыделения в отработавших газах оценивается во втором, другом, окне. Затем во время как первого, так и второго наддува, счетчик устранения помех может быть увеличен. Когда счетчик устранения помех превышает смоделированное пороговое значение, подача топлива во все цилиндры двигателя в результате наличии индикации может быть ограничена.
Здесь начало первого окна может быть основано на скорости изменения массового расхода воздуха, идущего через двигатель при первом наддуве, в то время как начало второго окна основано на скорости изменения массового расхода воздуха, идущего через двигатель при втором наддуве. Длительность обоих окон может зависеть от массового расхода воздуха. Для сравнения, подача топлива может не зависеть от скорости изменения массового расхода воздуха, но использоваться только для определения подходящего окна, во время которого в окислительном нейтрализаторе должны произойти как неустойчивость в работе цилиндров, так и отслеживание тепловыделения в отработавших газах.
Таким образом, данные об ускорении коленчатого вала могут быть обработаны в разных окнах на основании того, были эти данные получены при устойчивых или при переходных условиях работы. С помощью данных, обработанных при переходных и при устойчивых условиях (условиях холостого хода), неустойчивость в работе цилиндров, вызванная всасыванием углеводородов, может быть обнаружена с большей надежностью. Подобным образом ограничение при индицировании всасывания углеводородов может быть отрегулировано по-разному в зависимости от того, было это указание получено при устойчивых или при переходных условиях работы, чтобы провести более эффективное смягчение последствий скопления углеводородов.
В одном примере в результате утечки из различных источников углеводороды могут попасть в картер двигателя. Шатуны двигателя могут взбивать масло из картера, которое при смешивании с углеводородами приводит к образованию пены в картере. Углеводородная пена может попасть в систему впуска двигателя через вентиляционную трубу картера, соединяющую картер с впуском. Кроме того, утечка углеводородов из различных источников может напрямую попасть в систему впуска двигателя. По мере того как углеводороды накапливаются в системе впуска двигателя, формируются небольшие скопления углеводородов. Внезапный прилив воздуха, который происходит при наддуве, может сместить скопление углеводородов и переместить эти углеводороды в цилиндры двигателя, при этом в некоторые цилиндры поступление углеводородов будет больше, чем в другие цилиндры, в силу конфигурации впускного коллектора. В результате всасывания углеводородов в цилиндры двигателя может произойти неконтролируемое горение в камерах сгорания, приводящее к неустойчивости в работе цилиндров. В то же время углеводороды, которые не могли участвовать во внутрицилиндровом горении, попадают в систему обработки отработавших газов, где несгоревшие углеводороды окисляются (в частности в дизельном окислительном нейтрализаторе отработавших газов). Это приводит к неконтролируемому тепловыделению в дизельном окислительном нейтрализаторе отработавших газов. Таким образом, с помощью одновременного отслеживания повышенного тепловыделения в дизельном окислительном нейтрализаторе отработавших газов и отслеживания данных об ускорении цилиндров на предмет обнаружения неустойчивости в работе цилиндров всасывание углеводородов может быть точно обнаружено и обработано.
В одном примере контроллер может подтвердить набор общих «базовых входных условий», то есть входных условий, выполнение которых необходимо для запуска отслеживания тепловыделения отработавших газов в дизельном окислительном нейтрализаторе и неустойчивости в работе цилиндров. Эти входные условия включают в себя, например, температуру среды в рамках окна, температуру хладагента, превышающую пороговое значение, количество оборотов двигателя, превышающее пороговое значение, или указание статуса состоянии механизма отбора мощности. Кроме того, ошибочные состояния для вышеприведенных входных данных могут уже быть индицированы.
Далее контроллер может подтвердить входные условия для детектирования тепловыделения, то есть условия, которые должны быть выполнены, чтобы разрешить отслеживание тепловыделения. Данные условия включают в себя, например, превышение порогового значения температуры на впуске в дизельном окислительном нейтрализаторе отработавших газов (где это пороговое значение зависит от температуры среды), статус восстановления дизельного сажевого фильтра должен соответствовать отсутствию регенерации, отработавшие газы в дизельном окислительном нейтрализаторе должны быть достаточно теплыми, температура на выходе в дизельном окислительном нейтрализаторе должна быть выше порогового значения, должно быть дано указание о термически устойчивой системе обработки отработавших газов (после восстановления дизельного сажевого фильтра или после быстрой остановки-запуска). Параллельно контроллер может подтвердить входные условия для обнаружения неустойчивости в работе цилиндров. Это подтверждение включает в себя подтверждение, что дизельный сажевый фильтр не находится в процессе регенерации. Предварительные условия для детектирования устойчивых условий работы могут включать в себя подтверждение того, что количество оборотов двигателя находится в пределах окна, крутящий момент двигателя находится в пределах окна и что количество оборотов и крутящий момент двигателя являются стабильными. Предварительные условия для обнаружения переходных условий могут включать в себя, например, определение начала окна обнаружения на основании изменения массового расхода воздуха и определение окончания окна обнаружения на основании скорости массового расхода воздуха.
Как только все входные условия были выполнены, в ответ на неустойчивость в работе цилиндров и повышенное тепловыделение, происходящие в соответствующих окнах, которые были определены для устойчивых и при переходных условий работы, контроллер может определить, что в системе впуска двигателя и/или картере двигателя происходит скопление углеводородов и что необходимо предпринять смягчающие меры для уменьшения дальнейшего накопления.
Таким образом, корреляции между неустойчивостью в работе цилиндров и повышенным тепловыделением отработавших газов могут быть использованы для детектирования скопления углеводородов в системе впуска двигателя. С помощью существенной обработки сигналов и всесторонних алгоритмов для оценки данных о неустойчивости в работе цилиндров, полученных как при устойчивых, так и при переходных условиях работы двигателя, факторы шума, возникающие при пропуске зажигания или из-за скопления углеводородов в различных местах в двигателе, могут быть уменьшены и скопление углеводородов в системе впуска двигателя может быть определено с большей точностью. С помощью реагирования на такое скопление контролируемым ограничением количества оборотов и нагрузки двигателя, значительное ухудшение показателей работы двигателя может быть приостановлено.
Как должно быть понятно специалистами в данной области техники, описанные процедуры могут представлять собой один или несколько принципов обработки, такие как принцип событийного управления, управления прерываниями, многозадачный режим, многопоточный режим и прочие. По существу, различные действия, операции или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропущены. Аналогично порядок действий не является обязательным, чтобы достичь характеристик и эффекта описанных примерных вариантов выполнения, он представлен для объяснения иллюстраций и описания. Одно или более проиллюстрированных действий или функций может быть повторено в зависимости от конкретной используемой стратегии.
Специалистам в данной области понятно, что допускаются различные изменения и модификации изобретения без выхода за рамки его сущности. Например, описанная выше технология может применяться к двигателям I3, I4, I5, V6, V8, V10 и V12, а также двигателям, работающим на природном газе, газолине, дизельном топливе или альтернативном топливе.