СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА ДВИГАТЕЛЯ НА ОСНОВАНИИ СИГНАЛОВ КИСЛОРОДНОГО ДАТЧИКА
METHOD (VERSIONS) AND SYSTEM FOR ADJUSTING ENGINE AIRFLOW BASED ON OXYGEN SENSOR SIGNALS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу и системе регулирования воздушного потока двигателя на основании сигналов кислородного датчика.
Уровень техники
В двигательных системах в целях сокращения токсичных выбросов и сокращения потребления топлива может использоваться передача отработавшего газа по замкнутому контуру из выпускной системы двигателя во впускную систему (впускной канал) - процесс известный, как рециркуляция отработавшего газа (РОГ). Система РОГ может содержать различные датчики для измерения и/или управления передачей отработавшего газа. Согласно одному примеру, система РОГ может содержать датчик состава газа во впускной системе, например, кислородный датчик, который может быть использован для определения содержания кислорода во всасываемом воздухе, когда в системе не используется рециркуляция отработавшего газа. При работе системы с рециркуляцией отработавшего газа датчик может быть использован для того, чтобы судить о количестве отработавшего газа, передаваемого контуром РОГ, по изменению концентрации кислорода, вызванному добавлением отработавшего газа из контура РОГ в качестве разбавителя. Один пример использования такого кислородного датчика во впускной системе представлен в патенте США 6742379. Система РОГ может дополнительно или в качестве варианта содержать датчик содержания кислорода в выхлопных газах, связанный с выпускным коллектором для измерения воздушно-топливного отношения по продуктам сгорания.
Как таковой, в силу своего расположения после охладителя наддувочного воздуха (ОНВ), кислородный датчик может проявлять чувствительность к присутствию паров воды и других разбавляющих веществ в потоке наддувочного воздуха. К примеру, при определенных условиях работы, как в случае увеличенного потока наддувочного воздуха, образовавшийся в ОНВ конденсат может высвобождаться в указанный поток воздуха в виде водяных капель. Присутствие водяных капель на кислородном датчике может быть неверно интерпретировано, как воздействие отработавших газов из контура системы РОГ, что приводит к завышенной оценке потока отработавшего газа из контура РОГ. В результате, может быть завышена оценка воздушного заряда, необходимого для развития требуемого крутящего момента, что приведет к неверному управлению дросселем.
Раскрытие изобретения
Согласно одному примеру, вышеописанные проблемы могут быть решены посредством способа для двигателя, содержащего регулирование положения дросселя в зависимости от порога разбавления, когда уровень общего разбавления воздушного заряда больше указанного порога разбавления, при этом уровень общего разбавления воздушного заряда определяют по выходному сигналу кислородного датчика впускной системы. Согласно одному примеру, величину потока отработавшего газа в контуре рециркуляции можно приближенно определить на основании уровня общего разбавления воздушного заряда, предполагая, что отработавший газ из контура рециркуляции является основным веществом, разбавляющим воздушный заряд.
Согласно одному примеру, порог разбавления может определяться давлением насыщенного пара при определенной температуре на входе дросселя. Порог разбавления может также определяться целевой величиной потока отработавшего газа в контуре рециркуляции, когда поток в контуре рециркуляции имеет место (например, когда клапан РОГ открыт). Когда уровень общего разбавления воздушного заряда (т.е. снижения концентрации кислорода во всасываемом воздухе, вызванного действием разбавляющих веществ в воздушном заряде) меньше порога разбавления, регулирование положения дросселя может осуществляться на основании данных уровня общего разбавления воздушного заряда. Однако, когда уровень общего разбавления воздушного заряда больше порога разбавления, в воздушном заряде могут присутствовать водяные капли и увеличивать уровень разбавления. В результате, управление дросселем можно осуществлять на основании порога разбавления, а не уровня общего разбавления воздушного заряда. Регулирование фазы подачи искры зажигания можно осуществлять на основании данных уровня общего разбавления воздушного заряда, даже когда уровень общего разбавления воздушного заряда больше порога разбавления. Таким образом, можно избежать завышения величины воздушного заряда, необходимого для развития требуемого крутящего момента, и тем самым обеспечить, чтобы двигатель давал требуемый крутящий момент.
Следует понимать, что содержащиеся в данном разделе сведения приведены с целью ознакомления в упрощенной форме с некоторыми идеями, которые далее рассмотрены в описании подробно. Данный раздел не предназначен для формулирования ключевых или существенных признаков объекта изобретения, которые определены и единственным образом изложены далее в пунктах формулы изобретения. Более того, объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые решают проблемы недостатков, упомянутых выше или в любой части данного описания.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 схематически изображает пример двигательной системы, содержащей кислородный датчик впускной системы и охладитель наддувочного воздуха.
Фиг. 2 изображает блок схему алгоритма осуществления способа регулирования дросселя на основании выходного сигнала кислородного датчика.
Фиг. 3 изображает графики, иллюстрирующие пример регулирования дросселя и фазы подачи искры зажигания на основании выходного сигнала кислородного датчика впускной системы.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам для регулирования дросселя впускной системы на основании выходного сигнала кислородного датчика впускной системы. Согласно одному примеру, кислородный датчик впускной системы может быть расположен во впускном воздушном тракте или впускном канале, после охладителя наддувочного воздуха (ОНВ), и перед дросселем, как показано на фиг. 1. Выходной сигнал кислородного датчика впускной системы может содержать информацию для оценивания концентрации кислорода во всасываемом воздухе. Вещества, разбавляющие воздушный заряд, такие как отработавший газ из контура рециркуляции, могут снижать концентрацию кислорода, измеренную кислородным датчиком впускной системы. В результате, по выходному сигналу кислородного датчика впускной системы можно оценивать величину потока отработавшего газа в контуре рециркуляции в зависимости от разбавления. Однако, дополнительные вещества, разбавляющие воздушный заряд, такие как пары воды или водяные капли, могут также снижать концентрацию кислорода и увеличивать уровень общего разбавления воздушного заряда. Если предполагается, что уровень общего разбавления воздушного заряда создается потоком отработавшего газа из контура рециркуляции, то оценка потока отработавшего газа в контуре рециркуляции может быть завышенной, когда во всасываемом воздухе присутствуют водяные капли. Согласно одному примеру, в условиях конденсации вода может высвобождаться в воздушный заряд из охладителя ОНВ. Порог разбавления может определяться давлением насыщенного пара на входе дросселя. Если уровень общего разбавления воздушного заряда, измеренный кислородным датчиком впускной системы, увеличивается выше порога разбавления, то во всасываемом воздухе могут присутствовать водяные капли. В условиях конденсации, когда уровень общего разбавления воздушного заряда превышает порог разбавления, контроллер двигателя может регулировать положение дросселя в зависимости от порога разбавления, а не уровня общего разбавления воздушного заряда (т.е. эквивалентно измерению потока отработавшего газа в контуре РОГ). На фиг. 2 приведена блок-схема алгоритма осуществления способа регулирования дросселя в зависимости от общего разбавления воздушного заряда, порога разбавления и величины потока отработавшего газа в контуре РОГ. На фиг. 3 приведены графики, иллюстрирующие пример регулирования дросселя и фазы подачи искры зажигания в ответ на изменение уровня общего разбавления воздушного заряда.
На фиг. 1 схематически изображен пример двигателя 10, который может быть включен в состав движительной системы автомобиля. На фиг. 1 двигатель 10 изображен с четырьмя цилиндрами или камерами 30 сгорания. Однако, согласно настоящему изобретению, можно использовать любое число цилиндров. Управление двигателем 10 может осуществляться по меньшей мере частично посредством управляющей системы, содержащей контроллер 12, и посредством команды оператора 132 автомобиля через устройство 130 ввода. В данном примере, устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования сигнала пропорционального положению педали (ПП). Каждая камера 30 сгорания (т.е. цилиндр) двигателя 10 может содержать стенки и расположенный внутри поршень (не показан). Поршни могут быть связаны с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть связан по меньшей мере с одним ведущим колесом автомобиля через промежуточную систему 150 коробки передач. Кроме того, с коленчатым валом 40 через маховик может быть связан мотор стартера для осуществления запуска двигателя 10. Коленчатый вал 40 может также использоваться для привода генератора переменного тока (на фиг. 1 не показан).
Крутящий момент с выхода двигателя может передаваться на преобразователь крутящего момента (не показан) с целью привода системы 150 автоматической коробки передач. Также для приведения автомобиля в движение могут быть задействованы одна или более муфт, включая муфту 154 прямого хода. Согласно одному примеру, преобразователем крутящего момента можно называть некоторый компонент системы 150 коробки передач. Кроме того, система 150 коробки передач может содержать ряд зубчатых муфт 152, которые можно приводить в зацепление, как требуется, чтобы активировать ряд фиксированных передаточных отношений коробки передач. Точнее, путем регулирования зацепления ряда зубчатых муфт 152 коробку передач можно переключать в интервале между повышенной передачей (т.е. передачей с более низким передаточным отношением) и пониженной передачей (т.е. передачей с более высоким передаточным отношением). Как таковая, разница передаточных отношений позволяет получить в коробке передач умножение крутящего момента на более низкий коэффициент, когда коробка передач включена на повышенную передачу, и позволяет получить умножение крутящего момента на более высокий коэффициент, когда коробка передач включена на пониженную передачу. В автомобиле может быть предусмотрено четыре передачи, причем четвертая передача (передача 4) является наивысшей возможной передачей, а первая передача (передача 1) является наинизшей возможной передачей. Согласно другим вариантам осуществления, автомобиль может располагать другим числом передач - большим или меньшим четырех. Контроллер может переключать коробку передач (например, переключать коробку на более высокую или более низкую передачу), чтобы регулировать величину крутящего момента, передаваемого через коробку передач и преобразователь момента к колесам 156 автомобиля (т.е. крутящего момента от вала двигателя).
Когда происходит переключение коробки передач на более низкую передачу, скорость (Не или Об/мин) вращения вала двигателя возрастает, увеличивая воздушный поток через двигатель. Разрежение во впускном коллекторе, создаваемое работающим двигателем, может увеличиваться при более высоких оборотах. Согласно некоторым примерам, переключение коробки на более низкую передачу можно использовать для увеличения воздушного потока в двигателе и удаления конденсата, накопившегося в охладителе 80 наддувочного воздуха (ОНВ).
Камеры 30 сгорания могут принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44, и могут выпускать отработавшие газы через выпускной коллектор 46 в сторону выпускного канала 48. Впускной коллектор 44 и выпускной коллектор 46 могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускные клапаны и выпускные клапаны (не показаны). Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
Показано, что топливные форсунки 50 связаны непосредственно с камерой 30 сгорания для прямого впрыска топлива в камеру пропорционально длительности импульса ДТИ (Длительность топливного импульса), принимаемого от контроллера 12. Таким образом, топливная форсунка 50 обеспечивает так называемый прямой впрыск топлива в камеру 30 сгорания, однако, следует понимать, что также возможен и впрыск топлива во впускной канал. Топливо может доставляться к топливной форсунке 50 посредством топливной системы (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рейку.
В ходе процесса, называемого зажиганием, осуществляется воспламенение введенного топлива при помощи известных средств зажигания, таких как искровая свеча 52, что приводит к горению топлива. Временем (фазой) осуществления искрового зажигания можно управлять так, чтобы искра возникала до момента времени, который указан производителем, (с опережением), или после момента времени, указанного производителем, (с запаздыванием). Например, искру можно подавать с запаздыванием относительно фазы предельного вращающего момента (ПВМ) для ограничения детонационного стука двигателя, или с опережением при условиях повышенной влажности. В частности, искру можно подавать с опережением, чтобы компенсировать низкую скорость горения топлива. Согласно одному примеру, искру можно подавать с запаздыванием при увеличении нагрузки на двигатель при неизменных оборотах. Согласно другому варианту осуществления изобретения, для зажигания введенного топлива можно использовать воспламенение от сжатия.
Впускной коллектор 44 может принимать воздух из впускного канала 42. Впускной канал 42 содержит дроссель 21, у которого имеется заслонка 22 для регулирования воздушного потока, следующего к впускному коллектору 44. В данном конкретном примере, положение (ПД) дроссельной заслонки 22 может быть изменено посредством контроллера 12, чтобы осуществить электронное управление дросселем (ЭУД). Таким образом, дроссель 21 можно приводить в действие, чтобы менять поток всасываемого воздуха, подаваемого в камеры 30 сгорания. Например, контроллер 12 может отрегулировать дроссельную заслонку 22, чтобы увеличить отверстие дросселя 21. Увеличение отверстия дросселя 21 может привести к увеличению количества воздуха, подаваемого во впускной коллектор 44. В другом случае отверстие дросселя 21 может быть уменьшено или полностью закрыто, чтобы перекрыть поступление воздуха во впускной коллектор 44. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, во впускном канале 42 могут присутствовать дополнительные дроссели, например, дроссель перед компрессором (не показан).
Далее, согласно раскрываемым вариантам осуществления изобретения, система РОГ (рециркуляции отработавшего газа) может направлять требуемую часть отработавшего газа из выпускного канала 48 во впускной канал 42 через канал РОГ, например, канал 140 системы РОГ высокого давления. Количество отработавшего газа, передаваемого по контуру РОГ во впускной канал 42, может изменяться при помощи контроллера 12 посредством клапана РОГ, например, посредством клапана 142 системы РОГ высокого давления. При некоторых условиях систему РОГ можно использовать для регулирования температуры воздушно-топливной смеси в камере сгорания. На фиг. 1 показана система РОГ высокого давления, в которой отработавший газ передается по каналу 140 контура РОГ из точки перед турбиной турбонагнетателя в точку после компрессора турбонагнетателя. На фиг. 1 также показана система РОГ низкого давления, в которой отработавший газ передается по каналу 157 контура РОГ из точки после турбины турбонагнетателя в точку перед компрессором турбонагнетателя. Клапан 155 системы РОГ низкого давления может управлять количеством отработавшего газа, подаваемого во впускной канал 42. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, двигатель может содержать как систему РОГ высокого давления, так и систему РОГ низкого давления, как показано на фиг. 1. Согласно другим вариантам осуществления изобретения, двигатель может содержать либо систему РОГ низкого давления, либо систему РОГ высокого давления. Когда система РОГ задействована, она может вызывать выпадение конденсата из сжатого воздуха, особенно, когда сжатый воздух охлаждается охладителем наддувочного воздуха, что более подробно будет рассмотрено ниже. К примеру, канал 157 системы РОГ низкого давления может содержать охладитель 159 контура РОГ низкого давления, а канал 140 системы РОГ высокого давления может содержать охладитель 143 контура РОГ высокого давления.
Двигатель 10 может дополнительно содержать устройство сжатия воздуха, такое как нагнетатель или турбонагнетатель, которое содержит по меньшей мере компрессор 60, установленный во впускном канале 42. В случае турбонагнетателя компрессор 60 может по меньшей мере частично приводиться в движение турбиной 62, например, через вал или иное связующее устройство. Турбина 62 может быть установлена в выпускном канале 48. Для привода компрессора могут быть предусмотрены различные устройства. В случае нагнетателя компрессор 60 может по меньшей мере частично приводиться в движение двигателем и/или электрической машиной, и может быть не оснащен турбиной. Таким образом, величина сжатия, создаваемого в одном или более цилиндрах двигателя посредством нагнетателя или турбонагнетателя, может изменяться посредством контроллера 12.
В варианте осуществления изобретения, изображенном на фиг. 1, компрессор 60 может приводиться в движение главным образом посредством турбины 62. Турбина 62 может приводиться в движение отработавшими газами, проходящими через выпускной канал 48. Таким образом, задающее движение турбины 62 может приводить в движение компрессор 60. Как таковая, скорость вращения компрессора 60 может определяться скоростью вращения турбины 62. Когда скорость вращения компрессора 60 увеличивается, происходит увеличение давления наддува во впускном канале 42, которое передается во впускной коллектор 44.
Дополнительно, выпускной канал 48 может содержать перепускную заслонку 26 для отведения отработавшего газа от турбины 62. Кроме того, впускной канал 42 может содержать перепускной клапан или клапан рециркуляции 27 компрессора (КРК), выполненный с возможностью передачи всасываемого воздуха в обход компрессора 60. Перепускной заслонкой 26 и/или КРК 27 может управлять контроллер 12, чтобы открывать указанные устройства, когда, например, требуется более низкое давление наддува. Например, в ответ на помпаж компрессора или в ответ на угрозу возникновения помпажа контроллер 12 может открывать КРК 27, чтобы снижать давление на выходе компрессора 60. Это может уменьшать интенсивность помпажа или прекращать помпаж компрессора.
Впускной канал 42 может также содержать охладитель 80 наддувочного воздуха (ОНВ) (например, промежуточный охладитель - интеркулер) для снижения температуры всасываемых газов, подвергаемых сжатию нагнетателем или турбонагнетателем. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, охладитель ОНВ 80 может представлять собой воздухо-воздушный теплообменник. Согласно другим вариантам осуществления, охладитель ОНВ 80 может представлять собой воздухо-жидкостной теплообменник. Охладитель ОНВ 80 может также являться охладителем переменного объема. Горячий наддувочный воздух (сжатый воздух) от компрессора 60 поступает на вход охладителя ОНВ 80, охлаждается по мере прохождения через ОНВ, и затем выходит, чтобы далее пройти через дроссель 21 и поступить во впускной коллектор 44. Поток воздуха снаружи автомобиля может поступать в двигатель 10 через переднюю сторону автомобиля, пересекая охладитель ОНВ, чтобы помогать охлаждению наддувочного воздуха. В охладителе ОНВ может образовываться и накапливаться конденсат, когда температура наружного воздуха снижается или в условиях влажной и дождливой погоды, когда наддувочный воздух охлаждается ниже температуры точки росы. Также, когда всасываемый воздух, поступающий в охладитель ОНВ, подвергается сжатию (например, давление наддува и/или давление ОНВ превышает атмосферное давление), конденсат может образовываться, если температура охладителя ОНВ падает ниже точки росы. Когда наддувочный воздух содержит отработавшие газы из контура рециркуляции, конденсат может быть кислым, и может вызывать коррозию корпуса ОНВ. Коррозия может приводить к утечкам всасываемого воздуха в атмосферу, и возможно к утечкам хладагента в случае охладителей воздушно-водяного типа. Кроме того, если конденсат накапливается в охладителе ОНВ, он может засасываться двигателем в моменты, когда воздушный поток увеличивается. В результате может иметь место нестабильное горение в двигателе и/или могут возникать пропуски зажигания.
Двигатель 10 может также содержать один или более кислородных датчиков, расположенных во впускном канале 42 и/или во впускном коллекторе 44. Как таковые, указанные один или более кислородных датчиков можно именовать кислородными датчиками впускной системы. В изображенном варианте осуществления изобретения кислородный датчик 162 впускной системы расположен после охладителя ОНВ 80 перед дросселем 21. Согласно другому примеру, датчик 162 может быть расположен после охладителя ОНВ 80 и после дросселя 21. Согласно еще одному примеру, кислородный датчик 162 или второй кислородный датчик может быть расположен на входе ОНВ. Кислородный датчик также может быть расположен во впускном канале 42 между выходом канала 157 системы РОГ низкого давления и входом компрессора 60.
Кислородным датчиком 162 впускной системы может являться любой датчик, подходящий для формирования сигнала концентрации кислорода в наддувочном воздухе (т.е. воздухе, проходящем через впускной канал 42), например, широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах (ШДКОГ), кислородный датчик с двумя состояниями и т.п. Согласно одному примеру, кислородный датчик 162 впускной системы может представлять собой кислородный датчик, содержащий нагревательный элемент в качестве измерительного элемента.
Если говорить подробнее, то кислородный датчик 162 впускной системы может быть выполнен с возможностью измерения содержания кислорода в свежем воздухе (т.е. воздушном заряде), который принимает впускной коллектор. В дополнение к кислородному датчику 162 может быть установлен датчик 124 давления для измерения давления во впускной системе, при котором происходит прием сигнала с выхода кислородного датчика 162. Поскольку давление во впускной системе влияет на выходной сигнал кислородного датчика 162, опорный выходной сигнал кислородного датчика может быть определен при некотором опорном давлении во впускной системе. Согласно одному примеру, в качестве опорного давления во впускной системе может выступать давление на входе дросселя (ДВД), при этом датчик 124 является датчиком ДВД. Согласно другим примерам, в качестве опорного давления во впускной системе может выступать давление воздуха в коллекторе (ДВК), которое измеряет датчик ДВК 122. Кроме того, впускной канал 42 может содержать датчик влажности 164, выполненный с возможностью измерения относительной влажности всасываемого воздуха. Согласно одному варианту осуществления изобретения, датчик 164 влажности представляет собой датчик ШДКОГ, выполненный с возможностью измерения относительной влажности всасываемого воздуха по выходному сигналу датчика при одном или более напряжениях. Согласно некоторым примерам, в выходной сигнал кислородного датчика 162 может быть введена поправка, полученная на основании выходного сигнала датчика 164 влажности.
Дополнительно, кислородный датчик 162 впускной системы может быть использован для измерения концентрации кислорода во всасываемом воздухе, общего разбавления воздушного заряда, и для определения величины потока отработавшего газа в системе РОГ двигателя на основании данных изменения концентрации кислорода во всасываемом воздухе, когда в контуре РОГ присутствует поток отработавшего газа (например, при открывании клапана 142 или 155 системы РОГ). Точнее, производится сравнение изменения выходного сигнала кислородного датчика 162 при открывании клапана 142 или 155 РОГ с опорным значением, которое получается, когда датчик работает при отсутствии потока отработавшего газа в контуре РОГ (нулевая точка). На основании данных изменения (например, уменьшения) количества кислорода по сравнению с ситуацией, когда двигатель работал при отсутствии потока отработавшего газа в контуре РОГ, может быть рассчитан текущий поток отработавшего газа, обеспечиваемый в контуре РОГ двигателя. Например, если к датчику приложить опорное напряжение (Vs), то выходным сигналом датчика будет ток (lp) накачки. Изменение концентрации кислорода может быть пропорционально изменению тока накачки (дельта lp) - выходного сигнала датчика в присутствии потока отработавшего газа в контуре РОГ по сравнению с выходным сигналом датчика в отсутствии потока отработавшего газа в контуре РОГ (по сравнению с нулевой точкой). На основании отклонения измеренного потока отработавшего газа в контуре РОГ от ожидаемого (целевого) потока в указанном контуре можно осуществлять дальнейшее управление системой РОГ.
Например, когда в контуре РОГ присутствует поток отработавшего газа, изменение концентрации кислорода в месте установки кислородного датчика 162 может быть использовано для определения количества отработавшего газа, передаваемого в контуре РОГ, или величины расхода отработавшего газа в указанном контуре, которая затем может быть использована для регулирования потока в контуре РОГ (посредством клапана 142 и/или 155 системы РОГ), регулирования фазы подачи искры зажигания, и/или регулирования положения заслонки дросселя. К примеру, контроллер 12 может оценивать процент разбавления всасываемого воздуха потоком отработавшего газа из контура РОГ на основании сигнала обратной связи от кислородного датчика 162. Согласно некоторым примерам, контроллер 12 может затем производить регулирование одного или более из следующих устройств: клапана 142 РОГ, клапана 155 РОГ, дросселя 21, клапана КРК 27 и/или перепускной заслонки 26, чтобы получить требуемый процент разбавления всасываемого воздуха отработавшим газом из контура системы РОГ. Согласно другому примеру, контроллер может определить общее разбавление воздушного заряда (независимо от того, присутствует в контуре РОГ поток отработавшего газа или нет), представляющее общий процент разбавления воздушного заряда разбавляющими веществами, присутствующими в воздушном потоке (включая поток из контура РОГ, пары воды и водяные капли). Согласно некоторым примерам, контроллер 12 может действовать в предположении, что общее разбавление воздушного заряда обуславливается действием потока отработавшего газа из контура РОГ. Контроллер затем может осуществлять регулирование одного или более из следующих устройств: клапана 142 РОГ, клапана 155 РОГ, дросселя 21, клапана КРК 27 и/или перепускной заслонки 26, чтобы получить требуемый общий процент разбавления воздушного заряда (всасываемого воздуха).
В условиях, когда во всасываемый воздух из охладителя ОНВ высвобождается вода, эта вода в виде капель может осаждаться на кислородном датчике 162. Когда вода попадает на указанный датчик, нагревательный элемент датчика 162 может испарять воду и измерять ее, как локально присутствующий пар, или разбавляющее вещество в потоке всасываемого воздуха. Как будет рассмотрено ниже, это может вызывать занижение данных концентрации кислорода во всасываемом воздухе в месте, где расположен кислородный датчик 162. В результате, когда присутствует поток отработавшего газа в контуре РОГ, данные величины потока РОГ, основанные на результате измерения содержания кислорода во всасываемом воздухе датчиком 162, могут оказаться завышенными. Когда поток отработавшего газа в контуре РОГ отсутствует, может оказаться завышенным уровень общего разбавления воздушного заряда. Завышенные данные величины потока в контуре РОГ и/или величины общего разбавления воздушного заряда могут приводить к ошибочному регулированию дросселя, что может увеличивать воздушный поток, подаваемый в двигатель, до большего уровня, чем это необходимо для получения требуемого крутящего момента.
На фиг. 1 показан контроллер 12 в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102 (МП), порты 104 ввода/вывода, электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере изображенную в виде постоянного запоминающего устройства 106 (ПЗУ), оперативного запоминающего устройства 108 (ОЗУ), энергонезависимого запоминающего устройства 110 (ЭЗУ) и шины данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, связанных с двигателем 10, для реализации различных функций в целях приведения двигателя 10 в действие. Дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, указанные сигналы могут включать: сигнал измеренного массового расхода воздуха (МРВ), наддуваемого в двигатель, отдатчика 120 массового расхода; сигнал температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112, показанного схематически в одном месте в двигателе 10; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 40, сигнал ПД положения заслонки от датчика положения дроссельной заслонки, и сигнал абсолютного давления в коллекторе (АДК) отдатчика 122. Сигнал (Об/мин) частоты вращения вала двигателя может быть выработан контроллером 12 из сигнала ПЗ.
Сигнал АДК от датчика давления в коллекторе может быть использован для индикации разрежения или давления во впускном коллекторе. Следует отметить, что могут быть использованы различные сочетания вышеуказанных датчиков, например, датчик МРВ без датчика АДК, и наоборот. При работе со стехиометрическим отношением датчик АДК может давать индикацию крутящего момента двигателя. Кроме того, указанный датчик, вместе с измеренной частотой вращения вала двигателя может обеспечивать оценку заряда горючей смеси (включая воздух), вводимой в цилиндр. Согласно одному примеру, датчик 118 на эффекте Холла, который также используется в качестве датчика частоты вращения двигателя, может на каждый оборот коленчатого вала 40 формировать заданное число равноотстоящих импульсов.
В контроллер 12 могут посылать сигналы и другие датчики, включая датчик 124 давления, установленный на выходе охладителя 80 наддувочного воздуха, кислородный датчик 162, датчик 164 влажности и датчик 126 давления наддувочного воздуха. Согласно одному примеру, датчик 124 давления может также являться датчиком температуры. Могут присутствовать и другие, не изображенные на чертеже датчики, например, датчик для определения скорости всасываемого воздуха, установленный на входе охладителя наддувочного воздуха, и иные датчики. Согласно некоторым примерам, в постоянное запоминающее устройство 106 могут быть записаны считываемые компьютером данные, представляющие инструкции, исполняемые микропроцессорным устройством 102 для осуществления способов, которые будут описаны ниже, а также других вариантов, возможность которых предполагается, но которые конкретно не перечислены. Пример алгоритма представлен на фиг. 2.
Система, изображенная на фиг. 1, иллюстрирует двигательную систему, содержащую впускной коллектор, охладитель наддувочного воздуха, расположенный во впускном канале перед впускным коллектором, дроссель впускной системы, соединенный с впускным коллектором после охладителя наддувочного воздуха, систему РОГ, содержащую канал для передачи части отработавшего газа из выпускного канала во впускной канал через клапан РОГ, и кислородный датчик, подключенный к впускному каналу после охладителя наддувочного воздуха, но перед дросселем впускной системы. Двигательная система также содержит контроллер с инструкциями, считываемыми компьютером, для регулирования положения (заслонки) дросселя впускной системы в зависимости от общего разбавления воздушного заряда по сравнению с порогом разбавления, при этом общее разбавление воздушного заряда определяется на основании выходного сигнала кислородного датчика. Согласно одному примеру, регулирование положения дросселя впускной системы состоит в регулировании положения (заслонки) указанного дросселя в зависимости от общего разбавления воздушного заряда, когда общее разбавление воздушного заряда меньше порога разбавления. Согласно другому примеру, регулирование положения дросселя впускной системы состоит в регулировании положения указанного дросселя в зависимости от порога разбавления, когда общее разбавление воздушного заряда больше порога разбавления
Порог разбавления определяется давлением насыщенного пара при условиях, которые существуют на входе дросселя впускной системы, и величиной потока отработавшего газа в контуре РОГ, когда клапан РОГ открыт, а когда клапан РОГ закрыт - определяется только давлением насыщенного пара при условиях, которые существуют на входе дросселя впускной системы. Согласно одному примеру, условия на входе дросселя впускной системы включают в себя температуру после охладителя наддувочного воздуха и перед дросселем впускной системы.
Как говорилось выше, датчик 162 содержания кислорода во всасываемом воздухе может быть использован для измерения количества отработавшего газа из контура РОГ, попадающего в воздушный заряд (или измерения общего разбавления воздушного заряда), как функции величины изменения содержания кислорода, вызванного добавлением отработавшего газа из контура РОГ в качестве разбавляющего вещества. Во время работы характеристикой количества кислорода в газовом потоке является ток накачки кислородного датчика 162 впускной системы. Таким образом, когда подается больше отработавшего газа из контура РОГ, сигнал на выходе указанного датчика или ток накачки может соответствовать более низкой концентрации кислорода. При измерении к датчику прикладывают номинальное опорное напряжение (например, 450 мВ) или напряжение Нернста, и отмечают выходной сигнал (например, ток накачки датчика) при приложении более низкого опорного напряжения. В зависимости от выходного сигнала датчика по сравнению с сигналом нулевой точки (т.е. сигналом при отсутствии поступления потока отработавшего газа из контура РОГ) определяют изменение концентрации кислорода и разбавление всасываемого воздуха отработавшим газом из контура РОГ.
Однако, если оценивание потока отработавшего газа из контура РОГ производится, когда из охладителя ОНВ происходит высвобождение конденсата в виде водяных капель, выходной сигнал датчика будет соответствовать присутствию во всасываемом воздухе разбавляющих веществ, как виде отработавшего газа из контура РОГ, так и воды. При контакте с кислородным датчиком водяные капли испаряются во всасываемый воздух, и кислородный датчик впускной системы «измеряет» водяные капли как поток из контура РОГ. Это может привести к уменьшению величины (локальной) концентрации кислорода, которую считывает датчик. Поскольку выходной сигнал датчика и изменение концентрации кислорода используются для расчета разбавления воздушного заряда потоком отработавшего газа из контура РОГ, заниженная концентрация кислорода, определяемая кислородным датчиком впускной системы в присутствии водяных капель, может быть ошибочно интерпретирована, как наличие дополнительного количества разбавляющего вещества. Это может повлиять на оценку потока отработавшего газа из контура РОГ и на последующее управление потоком контура РОГ.
Результат измерения потока отработавшего газа из контура РОГ может также влиять на управление дросселем. К примеру, регулирование дросселя может осуществляться в зависимости от условий работы двигателя, например, требуемого крутящего момента, и величины потока отработавшего газа из контура РОГ, измеренной кислородным датчиком впускной системы. Например, если измеренная величина потока отработавшего газа из контура РОГ больше целевой величины потока из контура РОГ, контроллер может увеличить отверстие дросселя, чтобы увеличить общий воздушный поток и обеспечить необходимый воздушный заряд для получения требуемого крутящего момента. Однако, если величина потока отработавшего газа из контура РОГ завышена из-за присутствия воды в потоке всасываемого воздуха, величина воздушного заряда, необходимая для обеспечения требуемого крутящего момента, и целевая величина потока из контура РОГ также могут оказаться завышенными. В результате завышенной оценки величины потока из контура РОГ контроллер может увеличить отверстие дросселя, пытаясь увеличить воздушный заряд в цилиндрах двигателя.
Регулирование дополнительных параметров работы двигателя, например, фазы подачи искры зажигания, также может осуществляться в зависимости от выходного сигнала кислородного датчика впускной системы. Регулирование фазы зажигания также может осуществляться на основании данных измерения потока в контуре РОГ или данных общего разбавления, определяемых в том месте, где расположен кислородный датчик впускной системы. К примеру, когда уровень общего разбавления (например, процент разбавления) или измеренный поток в контуре РОГ увеличивается, фаза зажигания может быть отрегулирована относительно фазы предельного вращающего момента (ПВМ). При увеличении нагрузки на двигатель при неизменных оборотах контроллер может подавать искру зажигания с опережением, когда уровень общего разбавления увеличивается. В ином случае, когда положение педали является сравнительно постоянным, контроллер может подавать искру зажигания с опережением, когда уровень общего разбавления увеличивается. Поскольку водяные капли могут влиять на процесс горения, регулирование фазы зажигания в зависимости от общего разбавления (например, измеренного потока в контуре РОГ), даже когда имеет место разбавление за счет паров воды и водяных капель, может привести к точному заданию фазы зажигания. Таким образом, завышенные данные измерения потока в контуре РОГ, в основе которых лежит полное разбавление, определяемое по выходному сигналу кислородного датчика впускной системы, в результате все равно могут обеспечить точное регулирование фазы зажигания. Согласно другому варианту осуществления изобретения, регулирование фазы зажигания можно осуществлять в зависимости от порога разбавления. Например, если общее разбавление превышает порог разбавления, то контроллер может отрегулировать фазу искры в зависимости от порога разбавления или другого уровня разбавления, более низкого, чем уровень общего разбавления, измеренный кислородным датчиком впускной системы.
В условиях образования конденсата и/или, когда из охладителя ОНВ высвобождается вода, регулирование дросселя по выходному сигналу кислородного датчика впускной системы может осуществляться на основании порога разбавления при условиях, существующих на входе дросселя. К примеру, порог разбавления может определяться давлением насыщенного пара воды при определенной температуре на входе дросселя (например, температуре на выходе охладителя ОНВ) и целевой величиной потока отработавшего газа в контуре РОГ (например, установленной величиной потока РОГ). Таким образом, порог разбавления может служить более точной оценкой общего разбавления воздушного заряда по сравнению с результатом измерения содержания кислорода кислородным датчиком. Если общее разбавление, измеренное кислородным датчиком впускной системы (например, измеренная величина потока в контуре РОГ), больше порога разбавления, то в воздушном заряде могут присутствовать водяные капли. В результате регулирование положения дросселя и воздушного заряда можно осуществлять на основании порога разбавления, а не на основании завышенной измеренной величины потока отработавшего газа в контуре РОГ (т.е. данных общего разбавления воздушного заряда, полученных в зависимости от выходного сигнала кислородного датчика впускной системы).
В условиях, когда в контуре РОГ присутствует поток отработавшего газа (например, клапан РОГ открыт), порог разбавления может быть определен на основании целевой (например, ожидаемой) величины потока в контуре РОГ и давления насыщенного пара воды при определенной температуре на входе дросселя. В условиях, когда в контуре РОГ поток отработавшего газа отсутствует, порог разбавления можно определять только на основании порога давления насыщенного пара воды, поскольку контур РОГ не может вносить свой вклад в уменьшение измеренного содержания кислорода во всасываемом воздухе. Таким образом, когда измеренная величина потока отработавшего газа в контуре РОГ или уровень общего разбавления воздушного заряда, измеренный кислородным датчиком впускной системы, больше порога разбавления, контроллер может осуществлять регулирование дросселя на основании порога разбавления, не уровня общего разбавления. Однако, контроллер по-прежнему может осуществлять регулирование фазы зажигания на основании уровня общего разбавления (например, измеренной эквивалентной величины потока в контуре РОГ) по выходному сигналу кислородного датчика. Согласно другим вариантам осуществления изобретения, контроллер может также осуществлять регулирование фазы зажигания на основании порога разбавления, а не уровня общего разбавления. В еще других вариантах осуществления изобретения, контроллер может осуществлять регулирование фазы зажигания на основании калиброванного сочетания данных порога разбавления и общего разбавления воздушного заряда. В результате, регулирование фазы зажигания и положения дросселя можно осуществлять так, чтобы обеспечить фазу зажигания и воздушный заряд, необходимые для получения требуемого крутящего момента, и тем самым увеличить к.п.д. двигателя.
2
На фиг. 2 изображена блок-схема алгоритма 200 для осуществления рассматриваемого способа, для регулирования дросселя впускной системы на основании выходного сигнала кислородного датчика. Точнее, указанным кислородным датчиком может являться кислородный датчик (ВВO2, Входной Воздух O), расположенный во впускном канале после охладителя ОНВ и перед дросселем. В данном положении кислородный датчик может реагировать на водяные капли, высвобождаемые из охладителя ОНВ в воздушный заряд. Водяные капли в воздушном заряде, а также поток отработавшего газа из контура РОГ и пары воды - все вместе могут давать вклад в уровень общего разбавления, измеряемый кислородным датчиком впускной системы. Как говорилось выше, кислородный датчик впускной системы может измерять уровень содержания кислорода во всасываемом воздухе. Присутствие разбавляющих веществ, таких как пары воды, поток отработавшего газа из контура РОГ и/или водяные капли, может занижать процент содержания кислорода, измеряемый кислородным датчиком (например, из-за увеличения уровня общего разбавления). Согласно некоторым примерам, уровень общего разбавления и/или уровень содержания кислорода во всасываемом воздухе, измеренный кислородным датчиком (например, уровень, соответствующий выходному сигналу кислородного датчика впускной системы), может быть использован для определения величины потока отработавших газов, поступающих из контура РОГ. Параметры работы двигателя, такие как положение дросселя и фаза подачи искры зажигания могут быть по меньшей мере частично отрегулированы в зависимости от уровня общего разбавления или в зависимости от величины потока в контуре РОГ. Согласно одному примеру, алгоритм 200 может быть исполнен контроллером 12, показанным на фиг. 1.
Алгоритм 200 начинается на шаге 202, на котором производится оценивание и/или измерение условий (параметров) работы двигателя. В число параметров работы двигателя могут входить: обороты двигателя и нагрузка, величина потока отработавшего газа в контуре РОГ, массовый расход воздуха, воздушный заряд, условия в охладителе ОНВ (например, температура и давление на входе и/или на выходе), температура и давление на входе дросселя, влажность наружного воздуха, температура наружного воздуха, требуемый крутящий момент и т.п. На шаге 204 производится проверка, присутствует ли поток отработавшего газа в контуре РОГ. Согласно одному примеру, если клапан РОГ открыт, то поток отработавшего газа в контуре РОГ может иметь место. И наоборот, если клапан РОГ закрыт, то потока отработавшего газа в контуре РОГ может и не быть. Если поток отработавшего газа в контуре РОГ отсутствует (например, величина потока в контуре РОГ по существу равна нулю), то алгоритм переходит к шагу 206, чтобы определить порог разбавления в зависимости от давления насыщенного пара при определенных условиях на входе дросселя. Как говорилось выше, давление насыщенного пара может быть определено при определенных условиях на входе дросселя (например, по таблице соответствия в контроллере). Согласно одному примеру, условия на входе дросселя могут быть представлены температурой после охладителя ОНВ в точке перед дросселем. Согласно одному примеру, указанную температуру можно определять по датчику температуры, расположенному вблизи кислородного датчика (ВВO2) впускной системы. Затем давление насыщенного пара может быть использовано для оценивания порога разбавления. Как таковой, порог разбавления может представлять собой максимальную величину разбавления (например, величину уменьшения содержания кислорода во всасываемом воздухе от ожидаемого или базового уровня), вызванную присутствием разбавляющих веществ в воздушном заряде (например, паров воды, когда поток отработавшего газа в контуре РОГ отсутствует) - разбавляющих веществ, не содержащих водяных капель. Таким образом, величина разбавления сверх порога разбавления может быть признаком присутствия в воздушном заряде водяных капель (дополнительно к парам воды).
С другой стороны, если на шаге 204 выясняется, что в контуре РОГ присутствует поток отработавшего газа, то алгоритм переходит к шагу 208 для определения порога разбавления в зависимости от давления насыщенного пара при определенных условиях на входе дросселя и целевой (например, ожидаемой) величины потока в контуре РОГ. Согласно одному примеру, целевая величина потока в контуре РОГ может представлять собой требуемую величину потока в контуре рециркуляции, основанную на условиях работы двигателя. Клапан РОГ может быть отрегулирован, чтобы доставлять отработавший газ с целевой величиной расхода. Как таковой, порог разбавления при наличии потока отработавшего газа в контуре РОГ может представлять собой максимальную величину разбавления, вызванного присутствием разбавляющих веществ в воздушном заряде - разбавляющих веществ, включающих поток газа из контура РОГ и пары воды. Таким образом, величина разбавления сверх указанного порога разбавления может быть признаком присутствия в воздушном заряде водяных капель (дополнительно к потоку газа из контура РОГ и парам воды).
После определения на шаге 206 или 208 порога разбавления алгоритм переходит к шагу 210, чтобы определить общее разбавление воздушного заряда на основании выходного сигнала кислородного датчика (ВВO2) впускной системы. Как говорилось выше, выходной сигнал кислородного датчика может характеризовать концентрацию кислорода во всасываемом воздухе. Величина, на которую концентрация кислорода уменьшается по сравнению с базовой или ожидаемой концентрацией, может представлять собой величину разбавления воздушного заряда. Таким образом, уровень общего разбавления может служить показателем количества разбавляющих веществ (например, отработавшего газа из контура РОГ, паров воды и водяных капель) в воздушном заряде. Согласно некоторым примерам, в зависимости от выходного сигнала кислородного датчика впускной системы может быть определена величина потока отработавших газов в контуре РОГ. Однако, если поток отработавшего газа в контуре РОГ отсутствует, то это может быть величина эквивалентная потоку в контуре РОГ, которая в действительности соответствует парам воды, водяным каплям или другим разбавляющим веществам, присутствующим в воздушном заряде, иным нежели отработавший газ из контура РОГ. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, может быть выполнено сравнение величины эквивалентной потоку отработавшего газа из контура РОГ с эквивалентным порогом потока РОГ (основанным на давлении насыщенного пара и аналогичным порогу разбавления) вместо, того, чтобы сравнивать общее разбавление воздушного заряда с порогом разбавления.
Описанные ниже алгоритмы могут затем использовать указанные эквивалентные величины потоков РОГ для регулирования параметров работы двигателя.
На шаге 212 алгоритм производит проверку, превышает ли величина общего разбавления воздушного заряда порог разбавления. Если величина общего разбавления воздушного заряда не больше порога разбавления, то алгоритм продолжает регулирование дросселя в зависимости от требуемого крутящего момента и общего разбавления воздушного заряда. Другими словами, если величина общего разбавления (или величина эквивалентная потоку РОГ) меньше порога разбавления (или эквивалентного порога потока РОГ), регулирование дросселя осуществляется так, чтобы обеспечивать воздушный заряд, необходимый для получения требуемого крутящего момента, в зависимости от величины разбавления воздушного заряда (или величины эквивалентной потоку РОГ). Когда величина общего разбавления воздушного заряда увеличивается, дроссель может быть открыт на бóльшую величину, чтобы увеличить воздушный заряд и обеспечить требуемый крутящий момент. На шаге 214 алгоритм может также производить регулирование фазы подачи искры зажигания в зависимости от общего разбавления воздушного заряда. Согласно одному примеру, регулирование фазы зажигания заключается в подаче искры с опережением, когда уровень общего разбавления воздушного заряда превышает порог, а угол положения педали увеличивается (например, во время увеличения нагрузки на двигатель при неизменных оборотах). Согласно другому примеру, регулирование фазы зажигания заключается в подаче искры с опережением, когда уровень общего разбавления воздушного заряда превышает порог, а положение педали, потребный крутящий момент или воздушный заряд ниже порогового положения.
С другой стороны, если на шаге 212 выясняется, что величина общего разбавления воздушного заряда больше порога разбавления, алгоритм переходит к шагу 216, чтобы регулировать дроссель в зависимости от порога разбавления и потребного крутящего момента, а не общего разбавления воздушного заряда. Согласно некоторым примерам, когда величина общего разбавления воздушного заряда больше порога разбавления, выходной сигнал кислородного датчика может быть обрезан или ограничен на уровне порога разбавления. Как таковое, регулирование положения дросселя может осуществляться в зависимости от порога разбавления, причем порог разбавления меньше величины общего разбавления воздушного заряда. Поскольку водяные капли не могут давать вклад в парциальное давление воздушного заряда, регулирование дросселя можно производить в зависимости от порога разбавления, а не уровня общего разбавления (который включает водяные капли). В результате, дроссель может регулировать воздушный поток, подаваемый в двигатель, чтобы обеспечить требуемый крутящий момент, и при этом не будет возникать завышения требуемого воздушного потока.
Согласно некоторым примерам, алгоритм на шагах 216 и 214 может дополнительно содержать регулирование клапана РОГ в зависимости от величины общего разбавления воздушного заряда или величины эквивалентной потоку РОГ, которые определяются по выходному сигналу кислородного датчика впускной системы. Например, если измеренная величина потока РОГ по сигналу кислородного датчика больше целевой (например, требуемой) величины потока РОГ, то контроллер замкнутой системы управления может уменьшить отверстие в клапане РОГ. Если общее разбавление воздушного заряда больше порога разбавления, то клапан РОГ может быть отрегулирован в зависимости от эквивалентного порога потока РОГ (что эквивалентно порогу разбавления).
Таким образом, способ для двигателя содержит регулирование положения дросселя в зависимости от порога разбавления, когда уровень общего разбавления воздушного заряда больше порога разбавления, причем уровень общего разбавления воздушного заряда определяется выходным сигналом кислородного датчика впускной системы. Согласно одному примеру, кислородный датчик расположен во впускном коллекторе после охладителя наддувочного воздуха, перед дросселем.
Порог разбавления определяется давлением насыщенного пара при определенной температуре на входе дросселя, когда отсутствует поток отработавшего газа в контуре системы рециркуляции. Кроме того, порог разбавления также определяется целевой величиной потока отработавшего газа в контуре системы рециркуляции, когда присутствует поток отработавшего газа в контуре рециркуляции. Способ может дополнительно содержать регулирование фазы подачи искры зажигания в зависимости от уровня общего разбавления воздушного заряда. Например, даже если уровень общего разбавления воздушного заряда больше порога разбавления, регулирование фазы зажигания осуществляется в зависимости от уровня общего разбавления, а не в зависимости от порога разбавления. Согласно одному примеру, регулирование фазы зажигания заключается в установке опережающей фазы, когда уровень общего разбавления воздушного заряда превышает порог, а угол положения педали увеличивается, и в установке запаздывающей фазы, когда уровень общего разбавления воздушного заряда превышает порог, а положение педали ниже порогового положения.
Способ также содержит регулирование положения (заслонки) дросселя в зависимости от уровня общего разбавления воздушного заряда, когда уровень общего разбавления воздушного заряда меньше порога разбавления. Согласно одному примеру, регулирование положения дросселя заключается в увеличении отверстия дросселя, когда уровень общего разбавления воздушного заряда увеличивается. Способ также содержит регулирование положения дросселя в зависимости от требуемого крутящего момента.
На фиг. 3 изображены графики примера регулирования положения дросселя и фазы подачи искры зажигания в зависимости от выходного сигнала кислородного датчика впускной системы. Точнее, среди графиков 300 график 302 иллюстрирует изменения выходного сигнала кислородного датчика (т.е. концентрации кислорода во всасываемом воздухе), график 304 иллюстрирует изменения общего разбавления воздушного заряда (в зависимости от выходного сигнала кислородного датчика), график 306 показывает изменения порога разбавления, график 308 иллюстрирует изменения измеренной величины потока отработавшего газа в контуре РОГ (по выходному сигналу кислородного датчика), график 310 иллюстрирует изменения положения клапана РОГ, график 312 показывает изменения фактического положения дросселя, график 314 показывает изменения положения дросселя, основанные на одном только общем разбавлении воздушного заряда, график 316 иллюстрирует изменения фазы подачи искры зажигания, график 318 иллюстрирует изменения температуры на входе дросселя, график 320 изображает изменения целевой величины потока отработавшего газа в контуре РОГ и график 322 изображает изменения потребного крутящего момента. Как говорилось выше, порог разбавления определяется давлением насыщенного пара при определенной температуре на входе дросселя. Порог разбавления также основывается на целевой величине потока отработавшего газа в контуре РОГ, когда клапан РОГ открыт, и в контуре РОГ присутствует поток отработавшего газа. Кроме того, обе величины: величина общего разбавления воздушного заряда и измеренная величина потока отработавшего газа в контуре РОГ могут представлять собой одно и то же, и могут определяться выходным сигналом кислородного датчика впускной системы (например, могут определяться уменьшением содержания кислорода во всасываемом воздухе от базовой или ожидаемой концентрации кислорода). Однако, когда поток отработавшего газа в контуре РОГ отсутствует, измеренная величина потока РОГ может представлять собой эквивалентный поток РОГ, определяемый общим разбавлением из-за присутствия паров воды и водяных капель. График 310 дополнительно показывает положение клапана РОГ, который может быть либо открытым, либо закрытым. Однако, согласно другим вариантам осуществления изобретения, клапан РОГ в процессе регулирования может быть установлен во множество положений между полностью открытым и полностью закрытым положениями.
До момента t1 выходной сигнал кислородного датчика имеет первый уровень, указывающий содержание кислорода (концентрацию) в воздушном заряде. Общее разбавление воздушного заряда низкое и его уровень ниже порога разбавления (графики 304 и 306). Кроме того, порог разбавления определяется давлением насыщенного пара при определенной температуре на входе дросселя (график 318), а не потоком отработавшего газа в контуре РОГ, поскольку клапан РОГ закрыт (график 310). В момент t1 температура на входе дросселя увеличивается (график 318). В результате давление насыщенного пара может увеличиться, и тем самым увеличится порог разбавления (график 306). Кроме того, между моментом t1 и моментом t2 увеличивается общее разбавление воздушного заряда (график 304) и измеренная величина потока в контуре РОГ (график 308). Поскольку фактический поток в контуре РОГ остается выключенным (т.е. отработавший газ не проходит), увеличение разбавления и уменьшение содержания кислорода во всасываемом воздухе (график 302) может быть вызвано высвобождением воды в воздушный заряд из охладителя ОНВ.
В момент t2 общее разбавление воздушного заряда увеличивается выше порога разбавления (графики 304 и 306). Это указывает на присутствие капель жидкости дополнительно к парам воды. В ответ, между моментами t2 и t3 контроллер корректирует положение дросселя (график 312) в зависимости от порога разбавления (график 306) вместо общего разбавления воздушного заряда (или вместо измеренной величины потока в контуре РОГ). График 314 изображает коррекцию положения дросселя, как если бы контроллер исходил из общего разбавления воздушного заряда. Коррекция положения дросселя, основанная на общем разбавлении воздушного заряда (график 314), приводит к более сильному открыванию отверстия дросселя (и к завышенному воздушному потоку, направляемому к двигателю), чем коррекция положения дросселя, основанная на пороге разбавления (график 312) между моментами t2 и t3. Присутствие водяных капель в воздушном заряде может приводить к более сильному общему разбавлению воздушного заряда и к более высокому значению измеренного потока в контуре РОГ, чем фактическое разбавление воздушного заряда, которое влияет на обеспечение крутящего момента. Таким образом, если между моментами t2 и t3 коррекция положения дросселя производилась в зависимости от общего разбавления воздушного заряда, то воздушный заряд, доставляемый в цилиндры может быть больше, чем это необходимо для получения требуемого крутящего момента.
Поскольку водяные капли в воздушном заряде могут влиять на горение воздушно-топливной смеси, контроллер корректирует фазу подачи искры зажигания в зависимости от общего разбавления воздушного заряда между моментами t2 и t3. Точнее, в ответ на увеличение общего разбавления воздушного заряда контроллер устанавливает запаздывание зажигания между моментами t2 и t3 (график 316). В момент t3 величина общего разбавления воздушного заряда спадает ниже порога разбавления, тем самым снова приводя к коррекции положения дросселя в зависимости от общего разбавления воздушного заряда, а не порога разбавления.
Незадолго до момента t4 увеличивается целевая величина потока отработавшего газа в контуре РОГ (график 320). В результате, в момент t4 открывается клапан РОГ, чтобы увеличить поток в контуре РОГ до целевой величины потока отработавшего газа в контуре рециркуляции (график 310). Поскольку после момента t5 в контуре РОГ проходит поток отработавшего газа, порог разбавления определяется давлением насыщенного пара при определенной температуре на входе дросселя и целевой величиной потока в контуре РОГ. По мере того как величина потока в контуре РОГ увеличивается, порог разбавления (график 306) и величина общего разбавления воздушного заряда (график 304) увеличиваются. Между моментами t4 и t5 в охладителе ОНВ может формироваться конденсат. Непосредственно перед моментом t5 из охладителя ОНВ может высвободиться вода. В результате, в момент t5 общее разбавление воздушного заряда увеличивается выше порога разбавления. В ответ контроллер переходит от регулирования положения дросселя на основании данных общего разбавления воздушного заряда и требуемого крутящего момента перед моментом t5 к регулированию дросселя на основании данных порога разбавления и требуемого крутящего момента после момента t5. В ином случае, если бы после момента t5 контроллер продолжал осуществлять регулирование дросселя в зависимости от общего разбавления воздушного заряда, дроссель мог бы оказаться открытым на большую величину, что привело бы к увеличению воздушного заряда, подаваемого в цилиндр. Такой увеличенный воздушный заряд мог бы быть завышенным для обеспечения требуемого крутящего момента, поскольку водяные капли из охладителя ОНВ по меньшей мере частично определяли бы уровень общего разбавления воздушного заряда. Согласно некоторым примерам, это может приводить к более высокому крутящему моменту на выходе, чем требуется.
Как показано на фиг. 3, до момента t2, а также между моментами t3 и t5, когда действуют первые условия, т.е. уровень общего разбавления воздушного заряда меньше порога разбавления, контроллер может осуществлять регулирование дросселя, основываясь на уровне общего разбавления воздушного заряда. Между моментами t2 и t3, а также после момента t5, когда действуют вторые условия, т.е. уровень общего разбавления воздушного заряда больше порога разбавления, контроллер может осуществлять регулирование дросселя, основываясь на пороге разбавления, при этом уровень общего разбавления воздушного заряда определяется по выходному сигналу кислородного датчика впускной системы. Согласно одному примеру, кислородный датчик впускной системы расположен в канале всасывания двигателя после охладителя наддувочного воздуха.
Порог разбавления определяется порогом давления пара в том месте, где расположен кислородный датчик впускной системы, причем порог давления пара определяется температурой вблизи кислородного датчика. Согласно одному примеру, такой температурой является температура на входе дросселя. Кроме того, как показано, до момента t4 оценка порога разбавления может быть сделана на основании порога давления пара, когда поток отработавшего газа в контуре рециркуляции отсутствует. С другой стороны, как показано, после момента t4 оценка порога разбавления может быть сделана на основании порога давления пара и целевой величины потока отработавшего газа в контуре рециркуляции, когда указанный поток в контуре рециркуляции имеет место.
Согласно одному примеру, регулирование дросселя, когда действуют первые условия, заключается в увеличении отверстия дросселя, когда уровень общего разбавления воздушного заряда увеличивается. Регулирование дросселя дополнительно основывается на требуемом крутящем моменте. Кроме того, можно осуществлять регулирование фазы зажигания, основываясь на уровне общего разбавления воздушного заряда, и когда действуют первые условия, и когда действуют вторые условия.
Таким образом, регулирование дросселя впускной системы можно осуществлять, основываясь на выходном сигнале кислородного датчика впускной системы и на пороге разбавления. Согласно одному примеру, выходной сигнал кислородного датчика впускной системы может быть использован для определения уровня общего разбавления воздушного заряда (например, уменьшения содержания кислорода во всасываемом воздухе, вызванного присутствием в воздушном заряде разбавляющих веществ). Согласно некоторым примерам, выходной сигнал кислородного датчика впускной системы может быть использован для определения величины потока отработавшего газа в контуре РОГ, когда поток отработавшего газа в указанном контуре присутствует, или эквивалентной величины потока в контуре РОГ (аналогичной величине общего разбавления воздушного заряда), когда поток отработавшего газа в указанном контуре отсутствует. Порог разбавления может быть определен на основании давления насыщенного пара при определенных условиях на входе дросселя и на основании целевой величины потока отработавшего газа в контуре РОГ (если поток отработавшего газа в указанном контуре присутствует). Как таковой, порог разбавления может представлять собой максимальный уровень разбавления воздушного заряда, не включая разбавление, вызванное присутствием в воздушном заряде водяных капель. Таким образом, когда общее разбавление воздушного заряда увеличивается выше порога разбавления, водяные капли могут двигаться в воздушном потоке, и поступать в двигатель. Как таковой, контроллер может регулировать отверстие дросселя, основываясь на пороге разбавления, а не на общем разбавлении воздушного заряда, когда установлено, что в потоке наддувочного воздуха присутствую водяные капли. Благодаря регулированию дросселя таким образом, можно получить технический эффект, заключающийся в обеспечении необходимой величины воздушного заряда для получения требуемого крутящего момента. В результате, требуемый крутящий момент можно получать без снижения к.п.д. двигателя.
Следует отметить, что включенные в описание алгоритмы управления и измерения могут быть использованы с различными схемами двигателей и/или систем автомобиля. Раскрытые способы управления и программы могут быть сохранены в виде исполняемых инструкций в постоянном запоминающем устройстве. Рассмотренные выше конкретные алгоритмы могут представлять один или более способов обработки, которые инициируются событием, прерыванием, являются многозадачными, многопотоковыми, и т.п. Как таковые, различные действия, операции или функции можно выполнять в той последовательности, какая указана на схеме, но можно выполнять и параллельно или в некоторых случаях опускать. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для реализации отличительных признаков и преимуществ рассмотренных вариантов осуществления, но приведен в целях упрощения описания. Одно или более из изображенных действий или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять код, записываемый в постоянное запоминающее устройство считываемой среды хранения данных компьютера в системе управления двигателем.
Следует понимать, что рассмотренные в описании конструкции и/или алгоритмы по сути являются примерами, и приведенные конкретные варианты осуществления нельзя рассматривать, как примеры, ограничивающие идею изобретения, ввиду возможности многочисленных модификаций. Например, вышеописанная технология может быть применена в двигателях со схемами V-6, I-3, I-4, I-6, V-12, двигателях с 4 оппозитными цилиндрами и в двигателях иных типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя весь объем новых и неочевидных комбинаций и сочетаний различных систем и конструкций, а также другие отличия, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем описании.
Пункты нижеприведенной формулы изобретения конкретно указывают на определенные комбинации и подчиненные комбинации отличительных признаков, которые считаются новыми и неочевидными. Эти пункты могут относиться к «одному» элементу или «первому» элементу, или эквивалентному элементу. Следует понимать, что такие пункты содержат включение одного или более указанных элементов, не требуя при этом и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подчиненные комбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу изобретения путем изменения пунктов настоящей формулы или путем представления новых пунктов формулы изобретения в рамках данной или родственной заявки. Такие пункты формулы изобретения также считаются включенными в предмет настоящего изобретения независимо от того, являются они более широкими, более узкими, равными или отличающимися в отношении границ идеи изобретения, установленных исходной формулой изобретения.