СПОСОБ КОНТРОЛЯ ДЕТОНАЦИИ В ДВИГАТЕЛЕ С ОТКЛЮЧАЕМЫМИ ЦИЛИНДРАМИ
METHOD OF CONTROLLING ENGINE DETONATION WITH DISABLED CYLINDERS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе и способу контроля детонации в двигателе с отключаемыми цилиндрами (VDE).
Уровень техники
Двигатели с отключаемыми цилиндрами могут отключать цилиндры во время ездового цикла в зависимости от скорости вращения и нагрузки на двигатель, например, для того, чтобы снизить расход топлива и количество выбросов из него. Во время работы части цилиндров активные цилиндры испытывают более высокую нагрузку, чем при полном крутящем моменте, создаваемом двигателем. При условиях повышенной нагрузки возрастает вероятность детонации двигателя. В таком случае момент зажигания в цилиндрах двигателя может быть задержан, что позволит ослабить детонацию.
Тем не менее было обнаружено, что такой подход имеет недостатки. В частности, запаздывание зажигания в нескольких цилиндрах двигателя для ослабления детонации может привести к увеличению расхода топлива в результате работы в режиме с отключением цилиндров. Таким образом, за счет контроля детонации, в котором, например, зажигание в нескольких цилиндрах задерживается в ответ на детонацию, преимущества режима работы с отключением цилиндров могут нивелироваться.
Раскрытие изобретения
Один из подходов для по крайней мере частичного решения указанных выше проблем включает в себя регулировку момента зажигания выбранного цилиндра и только этого цилиндра во время частичного отключения цилиндров при обнаружении детонации выбранного цилиндра, а также регулировку момента зажигания в нескольких цилиндрах во время работы всех цилиндров при обнаружении детонации какого-либо цилиндра. Таким образом, во время отключения цилиндра задержка выполняется только на необходимую величину, полученную на основании рабочего состояния двигателя, что позволяет поддерживать экономию топлива на том же уровне, что и при отключении цилиндра. Кроме того, за счет отключения по крайней мере нескольких цилиндров можно выполнить индивидуальный контроль детонации цилиндра, поскольку расстояние (угол поворота коленчатого вала) между событиями сгорания увеличивается, что упрощает определение того, в каком именно цилиндре происходит детонация с помощью датчика детонации, установленного на блоке. В этом случае непосредственно в момент, когда контроль детонации конкретного цилиндра может обеспечить преимущества (снижение расхода топлива за счет задержки отключения цилиндра по сравнению с работой всех цилиндров), проще всего обнаружить детонацию конкретного цилиндра (за счет увеличенной разницы углов поворота коленчатого вала между событиями сгорания). Кроме того, во время работы всех цилиндров контроль детонации конкретного цилиндра может быть отключен, а несколько цилиндров (или все) могут иметь согласованные друг с другом значения задержки момента зажигания при обнаружении детонации.
В другом примере способ включает в себя регулировку момента зажигания в выбранном активном цилиндре пир первом обнаружении детонации во время работы с менее активными цилиндрами; а также регулировку моментов зажигания нескольких цилиндров при втором обнаружении детонации во время работы с более активными цилиндрами. Таким образом, на основании рабочего состояния транспортного средства, которое используется для повышения экономичности использования топлива, могут быть выполнены различные регулировки моментов. Технический эффект данного подхода заключается в сохранении экономичности использования топлива на уровне, достигаемом во время работы с менее активными цилиндрами, за счет достижения преимущества с точки зрения контроля детонации каждого цилиндра.
Вышеуказанные и другие преимущества, а также отличительные признаки данного изобретения явно указаны в следующем подробном описании, которое может быть рассмотрено как отдельно, так и со ссылкой на сопроводительные чертежи. Следует понимать, что краткое описание приводится выше с целью представления в упрощенной форме отдельных принципов, которые далее изложены в подробном описании. Она не предназначена для определения ключевых или основных особенностей заявленного объекта, область применения которого однозначно определена формулой изобретения, приведенной после подробного описания. Кроме того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют недостатки, указанные выше или упомянутые в любой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
Преимущества, описанные в настоящем документе, станут более понятыми после ознакомления с иллюстративным вариантом осуществления, описание которого может быть рассмотрено как отдельно, так и со ссылкой на сопроводительные чертежи.
На Фиг. 1 показан пример системы двигателя с отключаемыми цилиндрами.
На Фиг. 2 показан частичный вид двигателя в системе двигателя с Фиг. 1.
На Фиг. 3 представлен график, на котором изображен пример работы для переключения режимов работы двигателя.
На Фиг. 4А-В представлены примеры графиков для регулировки момента зажигания на основании режима работы двигателя;
На Фиг. 5 представлена блок-схема для способа регулировки момента зажигания на основании режима работы двигателя.
На Фиг. 6 представлена блок-схема для способа регулировки порогового значения детонации на основании количества отключенных цилиндров.
Осуществление изобретения
Следующее описание относится к системам и способам регулировки работы цилиндра в двигателе с наддувом (например, в системе двигателя с отключаемыми цилиндрами с Фиг. 1-2). Система двигателя может переключаться между режимом работы со всеми включенными цилиндрами и режимом работы с несколькими включенными цилиндрами за счет выборочного отключения одной или нескольких топливных форсунок цилиндра.
На Фиг. 1 показан пример двигателя (VDE) 10 с отключаемыми цилиндрами, имеющего первый блок 15а и второй блок 15b. В изображенном примере двигатель 10 представляет собой двигатель V8 с первым и вторым блоками, в каждый из которых входит по четыре цилиндра. Двигатель 10 имеет впускной коллектор 16 с дросселем 20 и выпускной коллектор 18, соединенный с системой 30 снижения токсичности выхлопных газов. Система 30 снижения токсичности выхлопных газов включает в себя один или несколько каталитических нейтрализаторов и датчиков контроля воздушно-топливного соотношения. В качестве одного неограничивающего примера двигатель 10 может являться частью движительной системы пассажирского транспортного средства.
При выбранных условиях, например, при отсутствии необходимости в максимальном крутящем моменте двигателя, может быть принято решение об отключении первой или второй группы цилиндров (в настоящем документе данная операция будет называться режимом работы с отключением цилиндров). В частности, один или несколько цилиндров из выбранной группы цилиндров может быть отключен за счет прекращения подачи топлива в соответствующие топливные форсунки при сохранении работы впускных и выпускных клапанов таким образом, чтобы через цилиндры можно было прокачивать воздух. При отсутствии подачи топлива в топливные форсунки отключенных цилиндров цилиндры, оставшиеся включенными, продолжают поддерживать сгорание за счет активных и работающих топливных форсунок. Для обеспечения требуемого крутящего момента двигатель создает такой же крутящий момент с помощью цилиндров, форсунки которых продолжают работать. В связи с этим происходит увеличение давления в коллекторе, что приводит к снижению насосных потерь и увеличению производительности двигателя. Также уменьшение эффективной поверхности (у включенных цилиндров), подвергающуюся воздействию процесса сгорания, снижает потерю тепла в двигателе, в результате чего падает температурный КПД двигателя. В альтернативных примерах система 10 двигателя может включать в себя цилиндры с выборочно отключаемыми впускными и/или выпускными клапанами.
Цилиндры могут быть сгруппированы таким образом, чтобы можно было отключать целые блоки. Например, на Фиг. 1 первая группа цилиндров может включать в себя четыре цилиндра первого блока 15а, а вторая группа цилиндров может включать в себя четыре цилиндра второго блока 15b. В альтернативном примере вместо одновременного отключения одного или нескольких цилиндров из каждого блока может быть отключено по два цилиндра из каждого блока двигателя V8.
Двигатель 10 может работать на различных веществах, подаваемых с помощью топливной системы 8. Двигатель 10 может управляться, по крайней мере частично, с помощью системы управления, включающей в себя контроллер 12. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков 4, подключенных к двигателю 10, и отправлять сигналы управления на различные исполнительные механизмы 22, подключенные к двигателю и/или транспортному средству.
Топливная система 8 может быть также подключена к системе улавливания паров топлива (не показана), включающей в себя один или несколько резервуаров для хранения паров топлива, образующихся при заправке транспортного средства, и паров, образующихся во время работы. При выбранных условиях один или несколько клапанов системы улавливания паров топлива может быть отрегулирован таким образом, чтобы подавать накопленные пары топлива во впускной коллектор двигателя для увеличения эффективности использования топлива и снижения выбросов. В одном примере подаваемые пары могут направляться в область рядом с впускным клапаном конкретных цилиндров. Например, в режиме работы с отключением цилиндров подаваемые пары могут быть направлены только во включенные цилиндры. Этого можно достичь в двигателях с отдельными впускными коллекторами для разных групп цилиндров. В качестве альтернативы один или несколько клапанов контроля паров топлива могут управляться таким образом, чтобы можно было определить, в какой цилиндр поступают подаваемые пары.
На контроллер 12 могут поступать сигналы обнаружения детонации цилиндров от одного или нескольких датчиков 82 детонации, расположенных вдоль блока двигателя. При наличии нескольких датчиков детонации они могут быть расположены симметрично или асимметрично относительно блока цилиндров. Таким образом, один или несколько датчиков 82 детонации могут представлять собой акселерометры, датчики ионизации или датчики давления в цилиндрах.
Подробная информация о двигателе 10 и примере цилиндра приведена со ссылкой на Фиг. 2.
На Фиг. 2 представлен пример варианта осуществления 300 цилиндра или камеры сгорания двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может принимать сигналы управления от контроллера 12 и входной сигнал, подаваемый водителем 190 транспортного средства через устройство 192 ввода, например, педаль газа и датчик 194 положения педали газа для генерирования пропорционального сигнала РР положения педали. Цилиндр (в настоящем документе также называемый камерой сгорания) 14 двигателя 10 может включать в себя стенки 236 камеры сгорания с поршнем 238, расположенным в них. Поршень 238 может быть соединен с коленчатым валом 240 таким образом, чтобы обеспечивать преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 240 может быть соединен с по крайней мере одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. Кроме того, для запуска двигателя 10 к коленчатому валу 240 может быть с помощью маховика подключен пусковой мотор.
Впускной воздух может поступать в цилиндр 14 через несколько впускных каналов 242, 244 и 246. Впускной канал 246 может соединяться с другими цилиндрами двигателя 10, помимо цилиндра 14. В некоторых вариантах один или несколько впускных каналов могут включать в себя устройство наддува, например, турбонагнетатель 280. Например, на Фиг. 2 показан двигатель 10, имеющий турбонагнетатель с компрессором 282, который установлен между впускными каналами 242 и 244, а также турбину 284, работающую на выхлопных газах, которая установлена вдоль выпускного канала 248. Компрессор 282 может, по крайней мере частично, приводиться в движение турбиной 284, работающей на выхлопных газах, с помощью вала 286, при этом устройство наддува может представлять собой турбонагнетатель. Дроссельный клапан 158, включающий в себя дроссельную заслонку 164, может быть расположен вдоль впускного канала двигателя и обеспечивать изменение расхода и/или давления впускного воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Например, дроссельный клапан 158 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 282, как показан на Фиг. 2, или выше по потоку от компрессора. В некоторых вариантах дроссельный клапан 158 может не использоваться в ситуациях, когда впускной канал содержит один или несколько дроссельных клапанов обратного потока для изменения расхода и/или давления впускного воздуха.
В выпускной канал 248 могут поступать выхлопные газы от других цилиндров двигателя 10, помимо цилиндра 14. Изображенный датчик 228 выхлопных газов соединен с выпускным каналом 248 выше по потоку от устройства 278 для снижения токсичности выхлопных газов. Датчик 228 может представлять собой любой подходящий датчик, обеспечивающий индикацию воздушно-топливного соотношения выхлопных газов, например, линейный датчик содержания кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода выхлопных газов), бистабильный датчик кислорода или EGO, датчик HEGO (подогреваемый EGO), датчик NOx, датчик углеводородов или датчик СО. Устройство 278 для снижения токсичности выхлопных газов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (TWC), ловушку NOx, любые другие устройства для снижения токсичности выхлопных газов или их комбинации.
Температура выхлопных газов может быть оценена с помощью одного или нескольких температурных датчиков (не показаны), расположенных в выпускном канале 248. В качестве альтернативы температура выхлопных газов может быть рассчитана на основании параметров работы двигателя, например, скорости, нагрузки, воздушно топливного соотношения (AFR), запаздывания зажигания и т.д. Кроме того, температура выхлопных газов может быть вычислена с помощью данных от одного или нескольких датчиков 228 выхлопных газов. Следует понимать, что температура выхлопных газов также может быть оценена с использованием комбинации указанных способов.
Каждый цилиндр двигателя 10 может включать в себя один или несколько впускных клапанов и один или несколько выпускных клапанов. Например, изображенный цилиндр 14 имеет по крайней мере один впускной тарельчатый клапан 250 и по крайней мере один выпускной тарельчатый клапан 256, расположенные в верхней части цилиндра 14. В некоторых вариантах каждый цилиндр двигателя 10, включая цилиндр 14, может иметь по крайней мере два впускных тарельчатых клапана и по крайней мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней части цилиндра. Работа впускного клапана 250 и выпускного клапана 256 может контролироваться с помощью кулачкового привода через соответствующие системы 251 и 253 кулачкового привода. Системы 251 и 253 кулачкового привода могут включать в себя один или несколько кулачков и использовать одну или несколько из систем переключения профиля кулачка (CPS), изменяемой синхронизации кулачка (VCT), изменяемой фазы газораспределения (VVT) и/или изменяемого подъема клапана (VVL), которые могут быть использованы контроллером 12 для изменения работы клапана. В альтернативных вариантах впускной и/или выпускной клапаны могут управляться с помощью электрического клапанного управления. В одном примере цилиндр 14 может включать в себя впускной клапан, управляемый через клапанный привод, включая системы VCT, и выпускной клапан, управляемый через электрический клапанный привод. В одном примере во время работы с отключением цилиндров, когда одна или несколько топливных форсунок не используются, синхронизация распределительного вала для включения цилиндров может быть выполнена на основании необходимого крутящего момента таким образом, чтобы синхронизация распределительного вала обеспечивала снижение насосных потерь неиспользуемых цилиндров. В качестве дополнения или альтернативы синхронизация распределительного вала может быть выполнена для отключенных цилиндров, что позволит дополнительно снизить расход воздуха, проходящего через неиспользуемую группу цилиндров и, тем самым, снизить расход воздуха, проходящего через каталитический нейтрализатор, расположенный ниже по потоку.
В некоторых вариантах для начала цикла сгорания каждый цилиндр двигателя 10 может содержать запальную свечу 292. При выбранных условиях работы система 290 зажигания может подавать искру зажигания в камеру 14 сгорания с помощью свечи 292 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания от контролера 12.
В некоторых вариантах каждый цилиндр двигателя 10 может иметь одну или несколько топливных форсунок для подачи в него топлива. В качестве неограничивающего примера цилиндр 14 показан с топливной форсункой 166. Изображенная топливная форсунка 166 соединена непосредственно с цилиндром 14 и может впрыскивать топливо непосредственно в него пропорционально длине импульса сигнала FPW-1, принятого от контроллера через электронный привод 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает впрыск топлива, известный как прямой впрыск топлива (именуемый в настоящем документе как «DI») в камеру 14 сгорания. В качестве альтернативы для улучшения смесеобразования форсунка может быть расположена над или рядом с впускным клапаном. Топливо может быть подано в топливную форсунку 166 из топливной системы 8 высокого давления, включающей в себя топливные баки, топливные насосы и топливную рампу. В качестве альтернативы топливо может подаваться с помощью одноступенчатого топливного насоса при низком давлении, при этом момент прямого впрыска топлива может быть дополнительно ограничен во время такта сжатия по сравнению с ситуацией, когда используется топливная система высокого давления. Кроме того, хотя это и не показано, топливные баки могут иметь датчик давления, генерирующий сигнал для контроллера 12. Следует понимать, что в альтернативном варианте форсунка 166 может представлять собой форсунку впрыска во впускной канал, которая обеспечивает подачу топлива во впускной канал выше по потоку от цилиндра 14.
Контроллер 12 показан на Фиг. 1 как микрокомпьютер, содержащий: микропроцессорный блок 106 (CPU), порты 108 ввода/вывода (IO), электронный носитель информации для извлекаемых программ и эталонных значений, показанных в данном частном случае как микросхема постоянного запоминающего устройства 110 (ROM), оперативную память 112 (RAM), оперативную энергонезависимую память 114 (КАМ) и шину данных. Запоминающее устройство 110 ROM носителя данных может быть запрограммировано с помощью машиночитаемых данных, представляющих собой инструкции, исполняемые микропроцессорным блоком 106 для выполнения способов, описанных ниже, а также их вариантов. Контроллер 12 может получать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10. В дополнение к ранее рассмотренным сигналам, сюда входят следующие: измерение массового расхода воздуха (MAF) с помощью датчика 231 расхода воздуха; сигнал относительной влажности (RH) от датчика 233 влажности; температуры хладагента двигателя (ЕСТ) от датчика температуры 116, подключенного к рукаву охлаждения 118; сигнал профиля зажигания (PIP) от датчика 260 на эффекте Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 240; положение дроссельной заслонки (TP) от датчика положения дроссельной заслонки; абсолютное давление во впускном коллекторе (MAP) от датчика 182. Сигнал частоты вращения двигателя (RPM, об/мин) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала профиля зажигания (PIP). Кроме того, на основе сигнала PIP могут быть определены положение коленчатого вала, ускорение и величина колебаний коленчатого вала. Сигнал давления в коллекторе (MAP) от датчика 182 давления может быть использован для обеспечения индикации вакуума, или давления, во впускном коллекторе. Кроме того, как указано в настоящем документе, давление в коллекторе может быть оценено на основе других рабочих параметров, например, на основе сигналов MAF и RPM.
Как было описано выше, на Фиг. 2 изображен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, но каждый цилиндр может аналогичным образом включать в себя собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, систему зажигания и т.д.
Контроллер двигателя может периодически выполнять различные бортовые диагностические испытания для проверки функциональности различных клапанов и датчиков с Фиг. 1-2. В одном примере, например, когда двигатель работает в режиме без отключения цилиндров, различные испытания могут выполняться только во время отсечки топлива в режиме замедления. В другом примере, диагностические процедуры могут быть выполнены в выключенной группе цилиндров, когда двигатель работает в режиме с отключением цилиндров. В одном примере на основе расчетного значения времени, в течение которого двигатель будет работать в режиме с отключением цилиндров, может быть выбрано одно или несколько диагностических испытаний (например, контроль состояния датчика содержания кислорода).
Несмотря на то, что описание приведено для двигателя V8, который может отключать четыре цилиндра (например, работать в режиме отключения 4 цилиндров и в режиме отключения 8 цилиндров), может быть использовано любое количество различных типов двигателей и различных конфигураций двигателей. Таким образом, примеры, описанные в настоящем документе, также применяется для двигателя с 4, 6, 10, 12 или любым другим количеством цилиндров двигателя. Кроме того, данные примеры могут быть расширены до систем, в которых возможны режимы отключения нескольких цилиндров (например, 2, 4, или 6 цилиндров в двигателе V8).
Один подход для переключения между режимами управления основан на отслеживании задержки зажигания и положения дросселя. При работе в режиме с отключенными цилиндрами (в режиме VDE) давление в коллекторе увеличивается таким образом, чтобы поддержать крутящий момент на практически постоянном уровне. Поскольку положение дросселя не может мгновенно изменить расход воздуха в двигателе с отключаемыми цилиндрами (из-за задержки реакции на изменение положения дросселя и степени заполнения коллектора), задержка зажигания может быть использована для обнаружения увеличенного давления в коллекторе и, следовательно, для снижения крутящего момента двигателя при переходе к новой установленной точке (см. Фиг. 3). Несмотря на то, что искра является единственным переменным фактором, который может быть использован для снижения выходной мощности двигателя при включенных или выключенных цилиндрах, для поддержания крутящего момента двигателя или мощности при переходе можно использовать любое сочетание моментов зажигания, впрыска топлива (например, обеднение или обогащение смеси) или отсечки форсунки. Как показано на Фиг. 3, такой подход может привести к потере энергии (следовательно, к снижению экономичности использования топлива) во время переходных процессов. Другими словами, задержка зажигания может позволить быстро снизить крутящий момент, но приведет к неэффективному использованию впрыснутого топлива. Следует отметить, что на Фиг. 3 также показана задержка/опережение момента зажигания относительно номинального значения, которое может представлять собой максимальный оптимальный крутящий момент (МВТ).
Что касается обнаружения детонации и способов ослабления детонации на основе режима работы двигателя, на Фиг. 4А-В показаны примеры графиков, на которых показаны примеры способов, с помощью которых момент зажигания может быть отрегулирован в ответ на детонацию во время работы с отключенными цилиндрами (например, с частью работающих цилиндров) и работы без отключения цилиндров (например, со всеми работающими цилиндрами) соответственно. Способ включает в себя регулировку момента зажигания нескольких цилиндров в ответ на обнаружение детонации цилиндра во время работы части цилиндров (например, при частичном контроле детонации) и регулировку момента зажигания всех цилиндров при обнаружении детонации цилиндра во время работы всех цилиндров (например, общий контроль детонации). В некоторых вариантах способ в качестве дополнения и/или альтернативы может включать в себя использование индивидуального контроля детонации выбранного цилиндра за счет регулировки момента зажигания выбранного цилиндра в ответ на обнаружение детонации выбранного цилиндра. Другими словами, на основе условий работы двигателя может быть выборочно выполнен индивидуальный или общий контроль детонации. На Фиг. 4А-В на верхнем графике схематически показан выходной сигнал датчика детонации в виде функции зависимости от времени, которое может представлять собой, например, цикл запуска двигателя. Каждый график представляет собой выходной сигнал цилиндра (например, одного из восьми цилиндров) относительно МВТ.
Для упрощения изображения время показано по одной оси X на нижнем графике. Время увеличивается в направлении слева направо.
На Фиг. 4А для иллюстрации показаны сигналы реакции на детонацию во время работы двигателя в режиме с отключением цилиндров. Как было сказано выше, в одном варианте осуществления работа транспортного средства в режиме с отключением цилиндров включает в себя деактивацию группы цилиндров двигателя. Таким образом, ни одного сигнала для цилиндров 2, 4, 6 и 8, которые представляют собой блок цилиндров в иллюстративном двигателе V8, не показано. В другом примере в качестве альтернативы можно отключить другой блок цилиндров (например, цилиндры 1, 3, 5 и 7). В дополнительных примерах можно выборочно выключить по два цилиндры из каждого блока, а в других неограничивающих примерах количество отключаемых цилиндров зависит от условий работы двигателя. Например, на основе выходного сигнала двигателя можно отключить 2 или 6 цилиндров.
2
Как показано в настоящем документе, во время цикла привода двигателя каждый цилиндр в двигателе V8 работает на уровне МВТ, как показано горизонтальной линией 402 для цилиндра 1. Затем в момент Т! датчик детонации, подключенный к блоку двигателя, обнаруживает детонацию, например, за счет измерения вибраций в двигателе, превышающих первое пороговое значение 404 детонации. Поскольку во время работы в режиме работы с отключением цилиндров один или несколько цилиндров не используются, первое пороговое значение 404 детонации также может зависеть от количества отключенных цилиндров. Например, когда половина цилиндров отключена, мощность, создаваемая во время работы двигателя с нагрузкой в ответ на запрос от водителя (например, от датчика 194 положения педали), поступает от оставшихся активными цилиндров. Таким образом, в некоторых конфигурациях датчик детонации может быть расположен рядом с отключенными цилиндрами во время режима работы с отключением цилиндров и может быть откалиброван таким образом, чтобы обнаруживать детонацию на основе количества и конфигурации отключенных цилиндров в режиме работы с отключением цилиндров. Если на основе выходного сигнала датчика детонации контроллер определяет, что детонация происходит в цилиндре 1, в некоторых примерах первый момент 406 зажигания будет отрегулирован для цилиндра 1, а три других активных цилиндра (например, цилиндры 3, 5 и 7) продолжат работать при МВТ. В качестве альтернативы вторая детонация в момент Т показывает, что для всех активных цилиндров, используемых для снижения детонации в двигателе системы двигателя, может быть отрегулирован второй момент 408 зажигания.
2
1
Поскольку в некоторых примерах момент зажигания может быть также отрегулирован для большего количества цилиндров, то величина задержки зажигания во время частичного контроля детонации (например, в момент Т) может отличаться от значения при индивидуальном контроле детонации (например, в момент Т). Однако для упрощения относительные минимумы и формы изменения значений, приведенные в настоящем документе, показаны примерно одинаковыми. В общем случае, в некоторых вариантах первый момент 406 зажигания может иметь меньший размер по оси Y по сравнению со вторым моментом 408 зажигания. Другими словами, задержка зажигания для первого события детонации может быть ниже по сравнению с задержкой для второго события и будет зависеть от количества отключенных цилиндров. В качестве альтернативы в других примерах первый момент 406 зажигания может быть больше второго момента 408 зажигания. В общем случае между моментом обнаружения детонации и регулировкой момента имеется небольшая временная задержка, создаваемая системой двигателя.
Кроме того, величина времени, на которое задерживается зажигание для одного или нескольких цилиндров по сравнению с МВТ, может также зависеть от условий работы двигателя. Таким образом, зажигание может задержано на некоторое время, однако по мере продолжения возвратно-поступательного движения в двигателе будет происходить медленный возврат к МВТ.
Что касается количества цилиндров, чей момент зажигания задерживается в ответ на обнаружение детонации на основе количества отключенных цилиндров, то следует отметить, что в некоторых вариантах способы, описанные в настоящем документе, также включают в себя регулировку количества цилиндров, чей момент зажигания задерживается на основе условий работы двигателя. Например, при работе в режиме, когда часть цилиндров отключена, количество цилиндров, чей момент зажигания задерживается, может изменяться от одного цилиндром, регулируемого в ответ на обнаружение детонации выбранного цилиндра, до нескольких цилиндров, которые регулируются как группа в ответ на обнаружение детонации, и до всех цилиндров, которые регулируются как группа в ответ на обнаружение детонации внутри цилиндра. Таким образом, способы, описанные в настоящем документе, включают в себя регулировку количества цилиндров, чей момент зажигания задерживается на основе выходной мощности двигателя, также обеспечивающей ослабление детонации на основе измеренных значений, что позволяет увеличить пороговое значение детонации в зависимости от количества отключенных цилиндров. Способы также включают в себя регулировку положения дросселя и/или впрыска топлива в один или несколько активных цилиндров при поддержке работы клапанов во всех цилиндрах для поддержания крутящего момента двигателя во время регулировки количества цилиндров, чей момент зажигания задерживается.
1
Возвращаясь к примеру с двигателем V8 с четырьмя отключаемыми цилиндрами, на Фиг. 4В показан режим работы без отключения цилиндров, который в качестве примера работает с системой общего контроля детонации. Для простоты индивидуальный контроль детонации в нем не повторяется, однако в некоторых вариантах выполнения индивидуальный контроль детонации может быть использован в качестве дополнения или альтернативы режиму работы без отключаемых цилиндров. Как было описано выше со ссылкой на Фиг. 4А, во время привода двигателя каждый цилиндр работает при МВТ. Затем в момент Т датчики детонации обнаруживают детонацию, например, в том случае, когда сигнал датчика превышает второе пороговое значение 412 детонации. В ответ на обнаружение детонации во всех цилиндрах двигателя (например, в цилиндре 1-8) появляется общая реакция на детонацию, обнаруженную в третий момент 414 зажигания, что препятствует задержке зажигания для снижения детонации двигателя при работе всех цилиндров в режиме без отключения цилиндров. Несмотря на то, что изображенный профиль задержки зажигания отличается от профилей с Фиг. 4А, в некоторых вариантах выполнения они могут иметь практически одинаковую продолжительность в зависимости от условий работы двигателя.
На Фиг. 5 приведен пример процедуры 500, которая может быть выполнена контроллером двигателя для определения режима работы системы двигателя с отключением цилиндров. Вообще, способ включает в себя регулировку момента зажигания в выбранном активном цилиндре относительно первого обнаружения детонации во время работы с менее активными цилиндрами; а также регулировку моментов зажигания нескольких цилиндров в ответ на второе обнаружение детонации во время работы с большим количеством активных цилиндров. В частности, в одном примере на основе условий работы двигателя (например, скорости вращения и нагрузки на двигатель) можно определить, нужно ли запускать двигатель со всеми включенными цилиндрами (т.е. в режиме без отключения цилиндров) или с одним или несколькими отключенными цилиндрами (т.е. в режиме с отключением цилиндров). Если двигатель должен работать в режиме с отключением цилиндров, можно выбрать отключаемую группу цилиндров и количество отключаемых цилиндров (например, как показано на Фиг. 4А). На основе сделанного выбора положение различных клапанов и/или дросселей системы двигателя может быть отрегулировано таким образом, чтобы поддерживать условия работы двигателя (например, крутящий момент) на прежнем уровне во время выключения, а также для компенсации переходных условий во время перехода в или и/или из режима с отключением цилиндров. Таким образом, двигатель может быть плавно переведен из режима с отключением цилиндров в режим без отключения цилиндров и обратно.
На этапе 502 процедура включает в себя измерение и/или оценку условий работы двигателя. Расчетные условия могут включать в себя барометрическое давление, запрашиваемый водителем крутящий момент (например, от датчика положения педали), давление в коллекторе (MAP), расход воздуха в коллекторе (MAF), температуру двигателя, температуру воздуха, предельные значения детонации и т.д.
На этапе 504 на основе расчетных условий работы процедура определяет режим работы двигателя (например, режим с отключением цилиндров или режим без отключения цилиндров). В одном примере, в котором двигатель представляет собой двигатель V8, в режиме с отключением цилиндров двигатель может работать только с одной группой включенных цилиндров (т.е. в режиме V4), а в режиме без отключения цилиндров двигатель может работать с обеими группами включенных цилиндров (т.е. в режиме V8). В альтернативном примере вместо одновременного отключения одного или нескольких цилиндров из каждого блока может быть отключено по два цилиндра из каждого блока двигателя V8.
На этапе 506 может быть подтверждено, нужно ли двигателю работать в режиме с отключением цилиндров (например, в режиме двигателя V4) или с менее активными цилиндрами, включая один или несколько выключенных цилиндров, а также без впрыска топлива и подачи искры. Если нет, двигатель должен работать в режиме без отключения цилиндров (например, в режиме двигателя V8) или с большим количеством активных цилиндров, включая работу без отключенных цилиндров. Если да, то на этапе 508 процедура включает в себя выбор группы выключаемых цилиндров. В одном примере, например, как показано на виде системы с Фиг. 1-2, двигатель может включать в себя первую и вторую группы цилиндров, а контроллер двигателя может выбирать, нужно ли отключить первую или вторую группу цилиндров, на основе скорости вращения и нагрузки на двигатель. В зависимости от сделанного выбора соответствующая группа цилиндров может быть отключена, поскольку обе группы цилиндров являются выборочно регулируемыми. При этом отключение может включать в себя прекращение подачи топлива в топливные форсунки при этом впускные и выпускные клапаны могут продолжать закрываться или открываться таким образом, чтобы можно было нагнетать воздух через выбранную группу цилиндров. Таким образом, регулировка момента зажигания отключенной группы цилиндров (например, вторая группа) может быть связана с впрыском топлива при поддержании работы клапанов цилиндров во всех цилиндрах.
На этапе 510 на основе выполненного отключения может быть отрегулировано положение одного или нескольких клапанов системы двигателя. Один или несколько регулируемых клапанов может представлять собой дроссельный клапан (например, клапан 158 с Фиг. 2), используемые в дополнение к регулировке момента зажигания от свечи зажигания (например, свечи 292 зажигания). Как было сказано выше, для поддержания крутящего момента на прежнем уровне во время перехода из режима без отключения цилиндров в режим с отключением цилиндров может быть выполнена регулировка входного давления на основе количества отключенных цилиндров.
На этапе 512 способ 500 включает в себя определение наличия ненормальных условий сгорания в цилиндре, свидетельствующих о детонации. Что касается Фиг. 6, на основе отключения, в частности, на основе количества отключенных цилиндров, первое пороговое значение детонации и диапазон для обнаружения детонации, который зависит от количества выключенных цилиндров, может быть использован для обнаружения детонации во время работы части цилиндров. Таким образом, уровень фонового шума может изменяться на основе количества работающих цилиндров. Таким образом, при регулировке диапазонов и пороговых значений на основе отключения ненормальные события сгорания с низкими уровнями шума, происходящими во время режимов работы двигателя без отключения цилиндров, а также события нормального сгорания с высокими уровнями шума, возникающими во время работы двигателя с отключением цилиндров, можно сделать более различимыми. В одном примере, когда двигатель работает в режиме индивидуального контроля детонации, момент зажигания отдельного цилиндра (например, цилиндра 1) может быть отрегулирован в ответ на первое обнаружение детонации, а задержка момента зажигания другого цилиндра (например, цилиндра 3) может быть отрегулирована в ответ на третье обнаружение детонации независимо от первого обнаружения детонации. Следовательно, в примере первое обнаружение детонации относится к детонации одного отдельного цилиндра, а третье обнаружение детонации относится к детонации другого отдельного цилиндра.
1
2
2
Затем на этапе 514 при обнаружении детонации могут быть предприняты соответствующие меры по ослаблению детонации. Например, в ответ на детонацию цилиндра в одном или нескольких цилиндрах может быть выполнена регулировка момента зажигания (например, задержка зажигания). Например, в момент T с Фиг. 4А момент зажигания для цилиндра 1 был задержан в ответ на детонацию, обнаруженную в нем, когда транспортное средство работало в режиме индивидуального контроля детонации. В качестве альтернативы транспортное средство также может работать в режиме частичного контроля детонации, и в этом случае моменты зажигания для всех активных цилиндров будут взаимосвязаны при обнаружении детонации. Например, в момент Т с Фиг. 4А момент зажигания для всех активных цилиндров был задержан при возникновении детонации в цилиндре 1, когда транспортное средство находится в режиме частичного контроля детонации. Аналогичным образом, детонация в цилиндре 3 вместо цилиндра 1 при работе в режиме частичного контроля детонации приведет к возникновению ответной реакции задержки момента зажигания, показанной в момент Т с Фиг. 4А. Другими словами, задержка момента зажигания для всех активных цилиндров может также выполняться для группы активных цилиндров. Однако если вместо этого транспортное средство управлялось в режиме индивидуального контроля детонации при обнаружении детонации в цилиндре 3, то отрегулирована будет только задержка момента зажигания для цилиндра 3. Таким образом, с помощью способов, описанных в настоящем документе, идентификация и разграничение ненормальных условий сгорания могут быть улучшены, а также дополнительно ослаблены на основе количества выключенных цилиндров в режиме с отключением цилиндров, который является предпочтительным с точки зрения экономии топлива. Несмотря на то, что примеры обнаружения детонации описаны выше со ссылкой на цилиндры 1 и 3, в других примерах в качестве дополнения и/или альтернативы детонация происходит в активных цилиндрах 5 и 7 или в любой комбинации или подкомбинации его активных цилиндров. Кроме того, как было отмечено выше, количество активных цилиндров может быть отрегулировано в соответствии с описанными в настоящем документе способами. В некоторых вариантах оплощения действия, ослабляющие детонацию, могут также включать в себя регулировку впрыска топлива, например, подачу топлива через две или несколько форсунок (например, в виде коротких импульсов), что позволит ослабить детонацию двигателя. Таким образом, в некоторых вариантах способы могут дополнительно регулировать впрыск топлива, а не момент зажигания, как было сказано выше. В других вариантах для ослабления детонации цилиндра момент зажигания и впрыск топлива могут регулироваться одновременно. За счет снижения вероятности возникновения детонации цилиндра одновременно с ослаблением ухудшения качества работы двигателя может быть увеличена экономичность использования топлива.
Если на этапе 506 было подтверждено, что двигатель должен работать в режиме без отключения цилиндров (например, в режиме V8), то цилиндры не будут выключены. При работе транспортного средства в данном режиме на этапе 520 процедура также будет включать в себя определение наличия ненормальных событий сгорания в цилиндре, касающихся детонации, с помощью второго порогового значения детонации для обнаружения детонации во время работы всех цилиндров. Однако, при обнаружении детонации на этапе 522 соответствующее смягчающее действие может включать в себя регулировку момента зажигания (например, задержку зажигания) во всех включенных цилиндрах, в которых задержки моментов зажигания для всех активных цилиндров регулируются все вместе в ответ на второе обнаружение детонации. В качестве альтернативы в некоторых вариантах в данном режиме работы момент зажигания может быть выборочно отрегулирован для одного или нескольких цилиндров в качестве меры повышения экономичности использования топлива.
На Фиг. 6 описывается пример процедуры 600 для обнаружения ненормальных событий сгорания в системе с отключаемыми цилиндрами. За счет регулировки диапазонов обнаружения детонации и пороговых значений на основе выключения вероятность ошибочного обнаружения события нормального сгорания в качестве ненормального события сгорания, в частности, в двигателе с отключаемыми цилиндрами и наддувом в режиме работы с отключением цилиндров может быть снижена.
На этапе 602 процедура включает в себя определение режима работы двигателя (т.е. с или без отключения цилиндров). На этапе 604 может быть определено количество отключенных цилиндров в выбранной группе цилиндров. На этапе 606 процедура включает в себя регулировку порогового значения обнаружения детонации на основе количества отключенных цилиндров. На этапе 608 процедура включает в себя регулировку диапазона обнаружения детонации на основе количества отключенных цилиндров. Диапазон обнаружения детонации может представлять собой диапазон углов поворота коленчатого вала.
Таким образом, контроллер двигателя может быть сконфигурирован таким образом, чтобы обнаруживать и различать ненормальные условия сгорания из-за детонации цилиндров на основе выходного сигнала (например, на основе синхронизации, амплитуды, интенсивности, частоты сигнала и т.д.) одного или нескольких датчиков 82 детонации (Фиг. 1), равномерно расположенных вдоль блока двигателя. Детонация внутри системы двигателя может быть точнее определена за счет использования различных пороговых значений и диапазонов для обнаружения детонации. Поскольку детонация также требует смягчающих действий, смягчение негативного влияния может быть снижено с помощью улучшения обнаружения детонации. В частности, детонация ослабляется с помощью регулировок моментов зажигания, следовательно, за счет улучшения обнаружения детонации цилиндра также может быть повышена экономичность использования топлива.
Регулировки, выполняемые на этапе 606 и 608, могут включать в себя, например, увеличение порогового значения обнаружения детонации по мере увеличения количества отключенных цилиндров. Аналогичным образом по мере увеличения количества отключенных цилиндров может увеличиваться или расширяться диапазон обнаружения детонации. Другими словами, при отключении большего количества цилиндров, диапазон обнаружения детонации может распространяться на больший диапазон углов поворота коленчатого вала, а при отключении меньшего количества цилиндров диапазон обнаружения детонации может распространяться на меньший диапазон углов поворота коленчатого вала.
Таким образом, при выключении большего количества цилиндров средний уровень фонового шума событий сгорания в цилиндре может быть снижен. Поскольку система управления двигателя использует средний уровень фонового шума в качестве опорного значения для определения порогового значения, при котором обнаруживаются ненормальные события сгорания, меньший средний уровень шума во время отключения цилиндра может искусственно увеличить количество событий сгорания в цилиндре, идентифицируемых как детонация. Последующие смягчающие действия могут привести к снижению экономичности использования топлива, выходной мощности и КПД двигателя. Таким образом, из-за увеличения порогового значения при меньшем количестве включенных двигателей для того чтобы событие сгорания было определено как ненормальное событие сгорания, понадобится большая разность между уровнем фонового шума и выходным сигналом датчиков детонации. Аналогичным образом, с помощью более широкого диапазона обнаружения момент несоответствующего сгорания может быть точнее сопоставлен с условиями работы двигателя, что позволит улучшить обнаружение детонации и контроль.
В одном примере контроллер двигателя может иметь разные диапазоны и пороговые значения обнаружения детонации для разных режимов работы, которые хранятся в справочной таблице в памяти контроллера. Сюда могут относиться первое пороговое значение и первый диапазон обнаружения детонации, при которых двигатель работает в режиме с отключением цилиндров, и второе пороговое значение и второй диапазон для обнаружения детонации, при которых двигатель работает в режиме без отключения цилиндров (со всеми включенными цилиндрами). Помимо хранения данных, относящихся к детонации, контроллер может также хранить данные (например, профили ускорения, содержимое сигнала и т.д.), относящиеся к пропускам сгорания. Данные значения могут быть получены для каждого цилиндра и использоваться для корректировки непостоянства профилей скорости вращения для повышения качества сигнала шума и улучшения способности обнаружения шума.
После регулировок диапазонов и пороговых значений детонации и обнаружения раннего зажигания на этапе 610 можно определить, превышает ли выходной сигнал одного или нескольких датчиков детонации в диапазоне обнаружения детонации пороговое значение обнаружения детонации. Если да, то на этапе 612 может быть обнаружено наличие детонации цилиндра. Соответственно на этапе 614 могут быть предприняты соответствующие смягчающие действия. Например, момент зажигания в данном цилиндре или группе цилиндров может быть задержан, как описано со ссылкой на Фиг. 4А-В и 5. Если на этапе 610 не было обнаружено наличие детонации, то на этапе 616 процедура будет завершена.
В одном примере двигатель с отключаемыми цилиндрами и наддувом может включать в себя первый датчик детонации, подключенный к первой группе цилиндров (или первому блоку), и второй датчик детонации, подключенный ко второй группе цилиндров (или второму блоку). Контроллер двигателя может сравнивать выходной сигнал датчиков детонации и пороговое значение обнаружения детонации в диапазоне обнаружения детонации. Таким образом, детонация в цилиндре может быть определена на основе выполненной оценки. Кроме того, диапазоны и пороговые значения могут быть отрегулированы на основе отключаемой группы цилиндров. Например, когда отключается вторая группа цилиндров, пороговые значения могут быть отрегулированы на основе выходного сигнала первого датчика детонации, а не второго датчика детонации. Аналогичным образом, когда отключается первая группа цилиндров, пороговые значения могут быть отрегулированы на основе выходного сигнала второго датчика детонации, а не первого датчика детонации. Другими словами, для регулировки пороговых значений детонации может быть использован только выходной сигнал датчика детонации, подключенного к включенной группе цилиндров, а выходной сигнал датчика детонации, подключенного к отключенной группе цилиндров будет проигнорирован. В другом примере пороговое значение обнаружения детонации может быть отрегулировано на основе среднего выходного сигнала первого и второго датчиков детонации, когда включены обе группы цилиндров (т.е. на основе выходного сигнала датчиков детонации, когда двигатель работает в режиме без отключения цилиндров). Таким образом, за счет регулировки порогового значения или опорного значения уровня шума, по которому обнаруживаются ненормальные условия сгорания на основе отключения, вероятность ошибочного определения условий сгорания как события детонации двигателя или преждевременного сгорания снижается. Это позволяет снизить ухудшение качества работы двигателя и повысить экономичность использования топлива.
Таким образом, экономичность использования топлива может быть повышена за счет регулировки работы двигателя с отключаемыми цилиндрами. В частности, за счет регулировки момента зажигания для одного или нескольких цилиндров двигателя в ответ на обнаружение детонации в режиме работы с отключением цилиндров и регулировки момента зажигания для всех цилиндров в ответ на обнаружение детонации в режиме без отключения цилиндров, экономичность использования топлива может быть повышена без значительного увеличения износа двигателя.
В одном примере способ реализуется для двигателя с группой отключаемых цилиндров, цилиндр может быть отключен с помощью отключения впускного и выпускного клапанов, при этом остальные цилиндры продолжат работать клапанами и при сгорании в прежнем режиме. Способ может включать в себя: регулировку момента зажигания одного выбранного активного цилиндра в ответ на первое обнаружение детонации, соответствующее детонации выбранного активного цилиндра, в первом режиме работы с менее активными цилиндрами (например, когда половина цилиндров отключена, а остальные цилиндры -поддерживают сгорание); регулировку моментов зажигания нескольких цилиндров (например, всех активных цилиндров) в ответ на второе обнаружение детонации, соответствующее детонации одного или нескольких цилиндров, во втором режиме работы с менее активными цилиндрами (например, когда половина цилиндров отключена, а остальные цилиндры - поддерживают сгорание); и регулировку моментов зажигания другого множества цилиндров (например, моментов зажигания всех цилиндров) в ответ на третье обнаружение детонации, соответствующее детонации одного или нескольких цилиндров из другого множества цилиндров во время работы с более активными цилиндрами (например, полностью активными цилиндрами). Значения задержек момента зажигания в первом, втором и третьем режимах могут быть одинаковыми или разными. В одном примере величина задержки момента зажигания в первом режиме работы может быть выше, чем во втором и третьем режимах работы.
Можно отметить, что примеры управляющих и оценочных программ, приведенные в данном описании, могут быть использованы для различных конфигураций двигателей и/или систем транспортного средства. Конкретные программы, могут включать в себя один или более алгоритмов обработки из любого количества аналитических стратегий, таких как управление событиями, управление прерываниями, многозадачность, многопоточность и подобные. Таким образом, различные шаги, операции или функции могут быть выполнены в приведенной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях могут быть исключены. Аналогичным образом, данный порядок обработки не обязательно должен соблюдаться для достижения целей, характеристик или преимуществ, описанных в данном документе, но предоставлен для простоты иллюстрирования и описания. Один или более из приведенных шагов или функций могут выполняться многократно, в зависимости от конкретного используемого алгоритма. Кроме того, описанные действия могут графически представлять программный код для записи на машиночитаемый носитель данных в системе управления двигателем
Следует понимать, что конфигурации и последовательности операций, раскрытые в данном описании, являются примерами, и что эти конкретные варианты выполнения не следует рассматривать как ограничительные, поскольку возможны их различные варианты и модификации. Например, возможно использование описанной технологии для двигателей V6, 1-4, 1-6, V12, оппозитных двигателей с четырьмя цилиндрами, а также других типов двигателей. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации или подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные особенности, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем документе.
Все термины, применяемые в формуле изобретения, следует понимать в их наиболее широких разумных толкованиях и их обычных значениях, как это понимают специалисты в данной области техники, если иное явно не указано в описании изобретения. В частности, использование слов «какой-либо», «данный», «вышеуказанный» и т.д. надо понимать как один или несколько указанных элементов, если в формуле не указано иное.