СПОСОБ И УСТРОЙСТВО КОРРЕКЦИИ ПАРАМЕТРА ГОРЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ, НОСИТЕЛЬ ЗАПИСИ ДЛЯ ЭТОГО СПОСОБА И ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО, ОБОРУДОВАННОЕ ЭТИМ УСТРОЙСТВОМ
METHOD AND DEVICE FOR CORRECTING COMBUSTION PARAMETER OF ENGINE, RECORD MEDIUM FOR THIS METHOD AND VEHICLE EQUIPPED WITH THIS DEVICE

Приоритет настоящего изобретения испрашивается по французской заявке 0855717, поданной 26 августа 2008 года, содержание которой (текст, чертежи и формула изобретения) включены в настоящую заявку в качестве ссылки.
Изобретение относится к способу и устройству коррекции, по меньшей мере, одного параметра горения двигателя внутреннего сгорания во время холодного запуска. Изобретение относится также к носителю записи для применения этого способа и транспортному средству, оборудованному этим устройством.
В данном случае параметры горения двигателя следует рассматривать как регулируемые параметры, которые позволяют изменять количество топлива или окислителя топлива, впрыскиваемое в цилиндр двигателя, или изменять моменты времени впуска или выпуска газов в цилиндре, или изменять момент времени зажигания газовой смеси, присутствующей в цилиндре.
Под выражением «холодный запуск» следует понимать запуск двигателя после достаточно продолжительной остановки, во время которой температура двигателя становится равной температуре охлаждающей воды этого двигателя. В данном случае температуру двигателя приравнивают к температуре внутренней рубашки цилиндра этого двигателя.
В данном случае двигатели внутреннего сгорания являются двигателями, которые могут работать на топливе с низким содержанием спирта, то есть топливе, в котором содержание спирта по объему равно нулю или ниже 10% и которое обладает низкой или высокой летучестью, или на топливе с высоким содержанием спирта, то есть топливе, в котором содержание спирта по объему строго превышает 10%, предпочтительно 50%.
Как правило, не содержащее спирта топливо содержит только бензин, а топливо с высоким содержанием спирта является смесью бензина и растительного спирта, например коммерческое топливо Е85, которое содержит 85% этилового спирта и 15% углеводородного бензина.
В настоящее время необходимо корректировать параметры горения в зависимости от характеристик потребляемого топлива чтобы, например, снизить загрязняющие выбросы или снизить уровень шума. В частности, параметры горения должны быть адаптированы к летучести потребляемого топлива. Летучесть потребляемого топлива измеряют, например, по давлению пара по Рейду (PVR). Следует напомнить, что давление пара по Рейду является поверхностным давлением топлива, измеряемым в закрытой камере при 25°С. В настоящей заявке топливом с высокой летучестью называют топливо, давление пара по Рейду которого превышает 800 миллибар. С другой стороны, топливом с низкой летучестью является топливо, давление пара по Рейду которого меньше 500 миллибар.
Одной из встречающихся проблем является то, что регулирование в замкнутом контуре, предназначенное для коррекции этих параметров горения, работает нормально только, когда двигатель достигает определенной рабочей температуры. Таким образом, во время холодного запуска необходимо предусмотреть специальный способ коррекции параметров горения в зависимости от летучести топлива и от содержания в нем спирта. Для того чтобы быть эффективным способ должен быть высокоскоростным, то есть должен позволять регулировать параметры горения после одного или нескольких холодных запусков.
После холодного запуска двигатель, как правило, достигает рабочей температуры, которая позволяет осуществлять оценку летучести потребляемого в данный момент топлива при помощи других средств, а не только на основании разности между измеренным и предсказанным значениями режима двигателя, выраженного, например, количеством оборотов в минуту ведущего вала этого двигателя.
Пример способа коррекции параметра горения двигателя раскрыт в US 6079396.
Было установлено, что двигатели, в которых применяют такие способы, производят много загрязняющих газов во время фазы холодного запуска и выделяют черные выхлопные газы при очень низкой температуре, если потребляемое топливо обладает высокой летучестью.
Настоящее изобретение призвано устранить этот недостаток и предложить способ коррекции параметра горения двигателя автотранспортного средства во время холодного запуска, позволяющий ограничить загрязняющие выбросы.
i
i
iREF1
iREF2
iREF1
iREF2
Таким образом, объектом настоящего изобретения является способ коррекции параметра P горения, в котором значение параметра P устанавливают путем интерполяции между двумя заранее определенными значениями P и P в зависимости от значения ω режима двигателя и от температуры охлаждающей жидкости двигателя, при этом значения P и P являются оптимальными для снижения загрязняющих выбросов, когда в двигатель подают контрольное топливо, соответственно высокой летучести и низкой летучести.
i
Вышеуказанный способ быстрее приводит к получению оптимального значения параметра P, которое позволяет снизить загрязняющие выбросы в атмосферу. Таким образом, этот способ ограничивает количество потребляемого топлива до строго необходимого минимума, следовательно, загрязняющие выбросы снижаются во время холодного запуска.
i
i
iREF2
iREF1
REFj
i
iREF1
iREF2
i
Предпочтительно, чтобы значение параметра P устанавливалось при помощи следующего отношения: P=а×P+(1-а)×P, где а является коэффициентом от нуля до единицы, значение которого является функцией индекса i качества включения режима, при этом индекс i характеризует разность между измеряемым значением ω режима двигателя и предсказанным значением ω, которого можно было бы достичь, если бы потребляемым топливом был один из видов контрольного топлива с известной летучестью и если бы значение параметра P было равно оптимальному значению P или P этого контрольного топлива. Предпочтительно, чтобы значение коэффициента а являлось функцией интегрирования индекса i по заранее определенному периоду. Кроме того, отношение между значением коэффициента а и интегралом индекса i является нелинейным, что позволяет повысить качество коррекции параметра P во время холодного запуска.
i
iREF1
Предпочтительно также, чтобы перед установлением значения параметра P, путем интерполяции, значение этого параметра задавалось начальным значением P, если летучесть потребляемого топлива неизвестна, что предпочтительно позволяет ограничить количество загрязняющих выбросов.
Объектом настоящего изобретения является также носитель записи данных, содержащий команды для выполнения описанного выше способа коррекции, по меньшей мере, одного параметра горения двигателя, когда эти команды исполняет электронное вычислительное устройство.
i
i
iREF1
iREF2
iREF1
iREF2
Объектом настоящего изобретения является также устройство коррекции, по меньшей мере, одного параметра P горения двигателя внутреннего сгорания во время холодного запуска, при этом устройство содержит электронное вычислительное устройство, выполненное с возможностью управления, по меньшей мере, одним исполнительным механизмом для регулирования параметра горения, при этом электронное вычислительное устройство выполнено с возможностью установления значения параметра P путем интерполяции между двумя заранее определенными значениями P и P в зависимости от значения ω режима двигателя и от температуры охлаждающей жидкости двигателя, при этом значения P и P являются оптимальными для снижения загрязняющих выбросов, когда в двигатель подают контрольное топливо, соответственно высокой летучести и низкой летучести.
Объектом изобретения является также транспортное средство, содержащее описанное выше устройство коррекции, по меньшей мере, одного параметра горения двигателя.
Настоящее изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 изображает схематичный вид автотранспортного средства, оборудованного устройством коррекции параметров горения двигателя во время холодного запуска.
Фиг. 2-4 изображает схематичное представление картографий, записанные в память устройства, показанного на фиг. 1.
Фиг. 5 изображает блок-схему способа коррекции параметров горения двигателя транспортного средства, показанного на фиг. 1.
На фиг. 1 показано автотранспортное средство 2, такое как легковой автомобиль, оборудованное двигателем внутреннего сгорания, выполненным с возможностью приводить во вращение ведущие колеса 4 этого транспортного средства. На фиг. 1 показана только часть этого двигателя внутреннего сгорания. В частности, показанная часть содержит цилиндр 6, в котором установлен поршень 8 с возможностью поступательного движения. Поршень 8 приводит во вращение коленчатый вал 10 посредством шатуна 12. Коленчатый вал 10 приводит во вращение ведущие колеса 4. Двигатель внутреннего сгорания содержит также канал 14 впуска окислителя топлива, в данном случае воздуха, внутрь цилиндра 6. Этот канал 14 содержит дроссельную заслонку 16, угловое положение которой позволяет регулировать количество воздуха, впускаемого в цилиндр 6. Угловое положение дроссельной заслонки 16 регулируют при помощи управляемого исполнительного механизма 18.
Двигатель содержит также топливный инжектор 20. В качестве иллюстрации на фигуре показано, что инжектор 20 впрыскивает топливо непосредственно в канал 14 для образования газовой смеси с воздухом. Однако настоящее описание можно применить также и для случая, когда инжектор 20 впрыскивает топливо непосредственно в цилиндр таким образом, чтобы газовая смесь образовывалась только в этом цилиндре.
Конец канала 14, выходящий во внутреннее пространство цилиндра 6, перекрывается клапаном 24, перемещающимся поступательным движением между открытым положением, в котором газовая смесь, образованная топливом и воздухом, может проходить внутрь цилиндра 6, и закрытым положением, в котором впуск этой газовой смеси внутрь цилиндра 6 невозможен. Перемещением клапана 24 между этими двумя положениями управляет исполнительным механизмом 26 клапана. Исполнительный механизм 26 может быть механическим исполнительным механизмом, таким как кулачковый вал, или электромагнитным исполнительным механизмом.
Двигатель внутреннего сгорания содержит также для каждого цилиндра канал 28 выпуска продуктов сгорания. Конец этого канала 28, выходящий во внутреннее пространство цилиндра, перекрывается клапаном 30, перемещающимся между открытым положением и закрытым положением под действием исполнительного механизма 32 этого клапана. Как и исполнительный механизм 26, исполнительный механизм 32 может быть механическим или электромагнитным исполнительным механизмом. Выпускной канал 28 может, например, содержать датчик 36, при помощи которого определяют соотношение воздух/топливо в газовой смеси, присутствующей в цилиндре, когда двигатель достигает своей рабочей температуры.
Двигатель оборудован также свечой 38, выполненной с возможностью инициации зажигания или воспламенения газовой смеси, присутствующей в цилиндре 6. Моментом времени зажигания свечи 38 управляет блок 40 зажигания.
Исполнительные механизмы 18, 26, 32, инжектор 20 и бок 40 зажигания входят в состав устройства коррекции параметров горения двигателя.
Это устройство содержит также датчик 50 температуры Т охлаждающей воды двигателя, а также датчик 52 мгновенного значения ω режима двигателя.
Наконец, это устройство содержит электронное вычислительное устройство 56, соединенное с памятью 58. Память 58 содержит различные данные, команды и картографии, необходимые для выполнения способа, представленного на фиг. 4.
В частности, память 58 содержит:
- три картографии 60-62 режима двигателя в зависимости от количества верхних мертвых точек (ВМТ), отсчитанных с момента запуска двигателя,
- три картографии 64-66 оптимальных регулировочных значений параметров горения в зависимости от измеренного значения ω режима двигателя и от температуры Т охлаждающей воды и
- две картографии 67 и 68, позволяющие получить значение коэффициента а в зависимости от интеграла индекса i качества включения режима.
В данном случае вычислительное устройство 56 может регулировать следующие параметры горения:
1
- Р(ω,Т), который характеризует количество топлива, предназначенное для впрыска в цилиндр 6,
2
- Р(ω,Т), который характеризует момент времени зажигания газовой смеси, присутствующей в цилиндре 6,
3
- Р(ω,Т), который характеризует момент времени впрыска топлива в цилиндр 6,
4
- Р(ω,Т), который соответствует количеству воздуха, нагнетаемого в цилиндр 6, и
5
- Р(ω,Т), который соответствует длине хода клапанов 24 и 30.
1
5
Например, в данном случае параметры Р-Р регулируют соответственно при помощи следующих исполнительных механизмов:
- инжектора 20,
- блока 40 зажигания,
- исполнительного механизма 26,
- исполнительного механизма 18 и
- исполнительных механизмов 26 и 32.
На фиг. 2 показаны картографии 60-62 в виде графиков. Картографии 60-62 были построены соответственно для трех следующих видов контрольного топлива:
- первого контрольного топлива с низким содержанием спирта и с высокой летучестью,
- второго контрольного топлива с низким содержанием спирта и с низкой летучестью,
- третьего контрольного топлива с высоким содержанием спирта.
Например, третьим топливом является топливо Е85. В данном случае давление пара по Рейду первого контрольного топлива равно или превышает 900 миллибар (90000 Па), тогда как давление пара по Рейду второго контрольного топлива равно или меньше 450 миллибар (45000 Па).
В частности, картографии 60-62 дают предсказанное значение режима двигателя, достигаемое в каждой верхней мертвой точке (ВМТ), если потребляемым топливом является соответственно первое, второе и третье контрольное топливо и параметры горения являются оптимальными для потребляемого топлива. В данном случае считается, что параметры горения являются оптимальными, когда они адаптированы к потребляемому топливу для снижения загрязняющих выбросов транспортного средства. Поэтому в дальнейшем тексте описания будет считаться, что значения параметров горения являются оптимальными для топлива с низким содержанием спирта и высокой летучестью, если они позволяют получить режим двигателя, равный с точностью ±2% режиму, предсказанному на основании картографии 60. Аналогично, считают, что значения параметров горения являются оптимальными в случаях топлива с низким содержанием спирта и с низкой летучестью и топлива с высоким содержанием спирта, если они позволяют получить режим двигателя, равный с точностью ±2% режиму, предсказанному на основании картографий 61 и 62 соответственно.
REFi
REF1
REF2
REF3
В частности, на оси абсцисс показано число точек ВМТ, отсчитанных с момента запуска двигателя, а на оси ординат показано значение ω режима двигателя, предсказанного при помощи этих картографий. Кривые ω, ω и ω характеризуют значения режима двигателя, соответственно предсказанные при помощи картографий 60, 61 и 62.
i
i
1
5
На фиг. 3 в виде графика показаны картографии 64-66 в общем случае параметра P(ω,T), где параметр P соответствует одному из параметров P-P.
i
i
iREF1
i
iREF2
iREF3
i
В частности, на оси абсцисс на фиг. 3 показаны значение ω режима двигателя и температура Т, а на оси ординат показано оптимальное значение P(ω,T) для параметра P при угловой скорости ω и при температуре Т. Кривая P характеризует оптимальное значение параметра P, когда топливом, потребляемым двигателем, является первое контрольное топливо. Аналогично, кривые P и P соответствуют оптимальным значениям параметра горения P, когда потребляемым топливом являются соответственно второе и третье контрольное топливо. Форма кривых, показанных на фиг. 3, представлена исключительно в качестве иллюстративного примера.
1
5
В данном случае каждая картография 64-66 позволяет установить оптимальное значение каждого из параметров P-P. Эти кривые построены экспериментальным путем.
На фиг. 4 в виде графика показаны картографии 67 и 68. Эти картографии позволяют получить значение коэффициента а от 0 до 1 в зависимости от интеграла индекса i качества включения двигателя. Коэффициент а и индекс i более подробно описаны ниже. Отношение между коэффициентом а и интегралом индекса i является нелинейным.
Далее со ссылкой на способ, представленный на фиг. 5, следует описание работы устройства коррекции параметров горения двигателя, показанного на фиг. 1.
Представленный на фиг. 5 способ начинается с фазы 90 записи в память картографий 60-68.
Затем после предоставления транспортного средства 2 пользователю, по меньшей мере, после каждой заправки топливом устройство коррекции выполняет фазу 92 холодного запуска. В частности, фаза 92 начинается, когда детектируется включение двигателя и температура двигателя равна температуре охлаждающей воды.
В самом начале фазы 92 на этапе 94 задают начальные регулировочные значения различных параметров горения при помощи значений, установленных на основании картографии 64. Таким образом, по умолчанию двигатель регулируют для оптимальной работы на не содержащем спирт топливе с высокой летучестью.
Затем на этапе 96 при помощи датчика 52 измеряют мгновенное значение ω режима двигателя. Число ВМТ с момента запуска двигателя, а также температуру охлаждающей воды тоже измеряют на этом этапе 96. В данном случае температуру охлаждающей воды определяют на основании измерений, производимых датчиком 50.
REF1
Затем на этапе 98 при помощи картографии 60 и числа ВМТ, отсчитанных с момента запуска двигателя, устанавливают предсказанное значение ω.
REF1
Во время следующего этапа 100 вычислительное устройство 56 вычисляет индекс i качества включения режима. Например, в данном случае индекс i получают при помощи отношения i=ω-ω.
1
На этапе 102 значение индекса i сравнивают с заранее определенным порогом S.
1
REF1
Если индекс i меньше порога S, способ возвращается на этап 96. Действительно, это значит, что используемое в данный момент регулирование является оптимальным для потребляемого на данный момент топлива и, следовательно, нет необходимости в изменении этого регулирования. Например, это соответствует случаю, когда значение ω равно или превышает значение ω.
i
i
i
iREF2
iREF1
В противном случае, то есть если используемое регулирование не является оптимальным для потребляемого на данный момент топлива, то измеренное мгновенное значение ω меньше значения, предсказанного при помощи картографии 60. В этом случае вычислительное устройство 56 осуществляет этап 104, на котором вычисляют новые значения для различных параметров P горения. Например, на этапе 104 новые регулировочные значения параметров P горения получают при помощи следующего отношения: P=а×P+(1-а)×P, в котором:
iREF1
iREF2
i
- P и P являются соответственно оптимальными значениями параметра P, установленными на основании картографий 64 и 65, измеренного значения ω и измеренной температуры Т, и
- а является коэффициентом со значением от 0 до 1.
Коэффициент а получают из картографии 67. Для этого осуществляют интегрирование различных значений индекса i, выявляемых с момента запуска двигателя до настоящего момента времени. Результатом этого интегрирования является интеграл индекса i.
1
5
1
5
В конце этапа 104 регулируют параметры P-P. Например, новые значения параметров P-P применяют для двигателя управляя различными исполнительными механизмами 18, 26 и 32, инжектором 20 и блоком 40 зажигания.
После завершения этапа 104 во время этапа 106 счетчик N отмечает число верхних мертвых точек (ВМТ) с момента, когда значение коэффициента а стало равным 1. Если значение коэффициента а отличается от 1, то счетчику N опять задают начальное нулевое значение.
2
2
2
На этапе 108 значение этого счетчика N сравнивают с заранее определенным порогом S. Если значение счетчика N меньше порога S, способ возвращается на этап 96. Порог S превышает 2 и является функцией от измеренной температуры Т.
i
В противном случае осуществляют этап 110, на котором значения различных параметров P вычисляют иначе, чем на этапе 104. Действительно, если после нескольких ВМТ оптимальное значение различных регулировочных параметров не достигнуто при повторной итерации этапов 96-108, это значит, что используемое в данный момент топливо содержит большое количество спирта.
i
i
iREF3
i
iREF3
На этапе 110 регулировочное значение различных параметров P вычисляют, например, при помощи следующего отношения: P=P, где P является значением i-го регулировочного параметра, и P является значением i-го регулировочного параметра, полученным на основании картографии 66, измеренного значения ω и измеренной температуры Т.
i
В конце этапа 110 для двигателя транспортного средства 2 применяют новые регулировочные значения параметров P. Таким образом, в конце этапа 110 параметры горения, применяемые для двигателя, являются параметрами, оптимальными для контрольного топлива с высоким содержанием спирта.
Затем на этапе 112 опять измеряют мгновенное значение ω, число ВМТ, отсчитанных с момента запуска двигателя, и температуру Т охлаждающей воды.
REF3
Затем на этапе 114 на основании картографии 62 и числа отсчитанных ВМТ устанавливают значение ω, которое должен был бы иметь режим двигателя, если бы потребляемое топливо было топливом с высоким содержанием спирта.
REF3
REF3
На этапе 116 вычисляют новый индекс i качества включения режима. Например, на этапе 116 индекс i вычисляют при помощи следующего отношения: i=ω-ω, где ω является предсказанным значением режима двигателя, полученным на основании картографии 62 и числа отсчитанных ВМТ.
3
i
REF3
На этапе 118 значение этого индекса i сравнивают с заранее определенным порогом S. Если значение индекса i меньше или равно этому заранее определенному порогу, способ возвращается на этап 112. Действительно, это значит, что используемые в данное время регулировочные значения параметров P являются оптимальными, и, следовательно, в настоящее время изменять их нет необходимости. Например, это соответствует случаю, когда значение ω меньше или равно значению ω.
i
i
i
iREF3
iREF2
iREF2
iREF3
i
В противном случае на этапе 120 вычисляют новые регулировочные значения параметров P. Например, во время этого этапа 120 регулировочные значения параметров P вычисляют при помощи следующего отношения: P=а×P+(1-а)P, где P и P являются оптимальными значениями параметра P, установленными на основании картографий 65 и 66, мгновенного значения ω и температуры Т охлаждающей воды, при этом а является весовым коэффициентом от 0 до 1, установленным при помощи картографии 68.
Например, весовой коэффициент а вычисляют при помощи картографии 68 и интеграла индекса i, вычисленного по периоду, который начинается вместе с выполнением этапа 110.
i
После этого на этапе 122 эти новые регулировочные значения параметров P применяют для двигателя при помощи исполнительных механизмов 18, 26, 32, инжектора 20 и блока 40 зажигания.
После этапа 122 способ возвращается на этап 112.
Фаза 92 завершается, как только завершается запуск двигателя, то есть, когда после резкого повышения значение ω режима двигателя снижается и достигает значения, соответствующего холостому ходу двигателя. Продолжительность фазы запуска можно установить в заранее определенном постоянном значении.
i
Регулировочные значения параметров P можно сохранить в памяти и опять использовать во время следующего холодного запуска, если между этими двумя холодными запусками не обнаруживалось заполнение топливного бака транспортного средства.
i
i
i
После фазы 92 выполняют фазу 130 регулирования значения различных параметров P. Однако, в отличие от того, что происходило во время фазы 92, во время фазы 130 значения различных параметров P корректируют не только в зависимости от отклонения между мгновенным значением ω и предсказанным значением режима двигателя. Например, во время фазы 130 различные значения параметров P корректируют при помощи соотношения воздух/топливо, получаемого на основании данных датчика 36.
Возможные и различные другие варианты выполнения. Например, вместо измерения температуры или режима двигателя соответствующие значения можно оценивать на основании модели двигателя.
REF1
REF2
REF1
REF1
REF2
На этапе 104 значение коэффициента а можно вычислять при помощи следующего отношения: а=(ω-ω)/(ω-ω), где ω является измеренным мгновенным значением режима двигателя, и ω и ω соответственно являются значениями режима двигателя, установленными на основании картографий 60 и 61 и числа ВМТ, отсчитанных с момента запуска двигателя.
REF2
REF3
REF2
REF2
REF3
Аналогично, на этапе 120 значение коэффициента а можно вычислять при помощи отношения: а=(ω-ω)/(ω-ω), где ω является измеренным мгновенным значением режима двигателя, и ω и ω являются значениями режима двигателя, установленными на основании картографий 61 и 62 и числа ВМТ, отсчитанных с момента запуска двигателя.