СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ НА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ ВЛАЖНОСТИ ОКРУЖАЮЩЕГО ВОЗДУХА С ПОМОЩЬЮ ДАТЧИКА СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА
METHOD (VERSIONS) AND SYSTEM FOR ENGINE CONTROL BASED ON ASSESSMENT OF AMBIENT AIR HUMIDITY WITH THE HELP OF OXYGEN CONTENT SENSOR

Область техники
Настоящее изобретение относится в целом к оценке влажности окружающего воздуха с помощью датчика содержания кислорода двигателя внутреннего сгорания.
Известный уровень техники и краткое изложение сущности изобретения
В режиме без подачи топлива в двигатель, когда функционируют по меньшей мере один впускной клапан и один выпускной клапан, как, в частности, в случае отключения подачи топлива при торможении (ОПТТ), окружающий воздух может поступать через цилиндры двигателя в выпускную систему. В соответствии с некоторыми вариантами, можно использовать датчик содержания кислорода в отработавших газах для измерения влажности окружающего воздуха в режиме без подачи топлива в двигатель. Однако при работе в этом режиме может пройти довольно длительное время, пока поток отработавших газов не освободится от углеводородов, и поэтому есть опасность замедления точной индикации влажности окружающего воздуха. В соответствии с одним из вариантов, как описано в документе US 2014/0202135, индикация влажности окружающего воздуха может выполняться на основе изменения выходного тока подкачки датчика содержания кислорода при модулировании опорного напряжения датчика от более низкого первого, (например, исходного) напряжения до более высокого второго напряжения. В результате датчик содержания кислорода может превращаться в датчик содержания кислорода с изменяемым напряжением, пригодный к работе в режиме изменяемого напряжения.
Однако, как было установлено изобретателями, работа датчика содержания кислорода в режиме изменяемого напряжения чревата уменьшением срока службы этого датчика. Если говорить конкретнее, при работе датчика содержания кислорода с более высоким вторым напряжением возможно ухудшение его характеристик, из-за чего уменьшается срок службы этого датчика. При более частой же работе датчика содержания кислорода в режиме изменяемого напряжения степень ухудшения его характеристик может возрастать.
В соответствии с одним из вариантов, указанные выше проблемы могут быть устранены с помощью способа, в соответствии с которым: подают на датчик содержания кислорода более низкое первое опорное напряжение с целью генерирования первого выходного сигнала и более высокое второе опорное напряжение с целью генерирования второго выходного сигнала в первом режиме; подают первое опорное напряжение на датчик содержания кислорода с целью генерирования третьего выходного сигнала во втором режиме; и регулируют работу двигателя, исходя из влажности окружающего воздуха, оценка которой выполнена на основе первого, второго и третьего выходных сигналов. В результате управлять работой датчика содержания кислорода в режиме изменяемого напряжения можно будет только в первом режиме, при этом срок службы датчика содержания кислорода будет увеличиваться.
В соответствии с одним из вариантов, при работе в особых режимах управляют работой датчика содержания кислорода таким образом, чтобы получить показания датчика содержания кислорода с поправкой на условия сухого воздуха. Так, например, в режимах, когда газы продувки и газы вентиляции картера не всасываются во впускной коллектор двигателя, опорное напряжение датчика содержания кислорода во всасываемом воздухе может модулироваться. В соответствии с другими вариантами осуществления, когда в качестве датчика содержания кислорода выступает датчик содержания кислорода в отработавших газах, к особым режимам может быть отнесен режим без подачи топлива в двигатель, например, отключение подачи топлива при торможении (ОПТТ). Говоря точнее, опорное напряжение датчика содержания кислорода может быть повышено с первого, меньшего значения, когда выходной сигнал (например, тока подкачки) характеризует показания содержания кислорода во влажной среде, до второго, большего значения, когда выходной сигнал (например, тока подкачки) характеризует увеличение содержания кислорода, вызванное полной диссоциацией влаги. При этом ток накачки для сухого воздуха может быть определен на основе соотношения между первым выходным сигналом и вторым выходным сигналом, причем этот ток накачки для сухого воздуха характеризует показание содержания кислорода в сухом воздухе. Показание содержания кислорода в сухом воздухе (соотношение между первым и вторым выходными сигналами) может определяться и корректироваться лишь периодически, например, после каждого пуска двигателя или по прошествии некоторого периода времени его работы. Затем в ходе работы двигателя, при соблюдении особых режимов, на датчик содержания кислорода может подаваться первое, более низкое напряжение (а не второе, более высокое напряжение). После этого может быть измерена влажность окружающего воздуха на основе ранее полученных показаний содержания кислорода в сухом воздухе и выходного сигнала датчика содержания кислорода при работе только с первым, более низким напряжением. При этом возможно проведение ряда оценок влажности окружающего воздуха, когда датчик содержания кислорода не работает в режиме изменяемого напряжения. Далее контроллер может приступать к регулированию работы двигателя на основе ряда оценок влажности окружающего воздуха. Благодаря измерению влажности на основе выходного сигнала первого датчика содержания кислорода при более низком первом напряжении и ее сравнению с показанием содержания кислорода в сухом воздухе, которое получают реже, чем выходной сигнал первого датчика содержания кислорода, становится возможным уменьшить время, в течение которого датчик содержания кислорода работает в режиме изменяемого напряжения. В результате этого удается уменьшить степень ухудшения характеристик датчика содержания кислорода и одновременно увеличить срок его службы.
Следует понимать, что приведенное выше краткое изложение представляет собой лишь упрощенный сводный перечень принципов, которые будут разъяснены в нижеследующем описании более детально. Оно не подразумевает выявление ключевых или существенных признаков заявляемого объекта, объем охраны которого определяется формулой изобретения, следующей за детальным описанием. Кроме того, заявляемый объект не ограничивается теми вариантами осуществления, с помощью которых устраняются те или иные недостатки, указанные выше или в любой из частей данного описания.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой блок-схему двигателя, снабженного датчиком содержания кислорода в отработавших газах и датчиком содержания кислорода во всасываемом воздухе;
фиг. 2 представляет собой схему типового датчика содержания кислорода;
фиг. 3 представляет собой схему последовательности операций, иллюстрирующую стандартную программу для оценки тока накачки для сухого воздуха с использованием датчика содержания кислорода;
фиг. 4 представляет собой графики, иллюстрирующие выходной сигнал датчика содержания кислорода в разных условиях влажности в зависимости от поданного напряжения;
фиг. 5 представляет собой схему последовательности операций, иллюстрирующую стандартную программу для оценки влажности окружающего воздуха на основе ток накачки для сухого воздуха и выходного сигнала датчика содержания кислорода во всасываемом воздухе или в отработавших газах.
Детальное описание
Нижеследующее описание относится к способу измерения влажности окружающего воздуха на основе выходных сигналов от датчика содержания кислорода во всасываемом воздухе или в отработавших газах типа датчика содержания кислорода, представленного на фиг. 1-2. Так, например, как видно на фиг. 3, датчик может работать с первым, более низким напряжением с получением при этом первого выходного сигнала, характеризующего показание содержания кислорода во влажном воздухе. Затем датчик может быть переведен на работу со вторым, более высоким напряжением с получением при этом второго выходного сигнала, характеризующего показание содержания кислорода во влажном воздухе, когда вся имеющаяся в воздухе влага диссоциировала в датчике содержания кислорода. При некотором среднем напряжении между первым, более низким, и вторым, более высоким, может быть получен выходной сигнал, характеризующий показание содержания кислорода в сухом воздухе, когда происходит частичная диссоциация влаги (см. фиг. 4). Далее может быть произведена оценка показания содержания кислорода в сухом воздухе через соотношение между первым выходным сигналом и вторым выходным сигналом. В результате возможно получение показание содержания кислорода в сухом воздухе путем перевода датчика содержания кислорода в режим изменяемого напряжения (ИН). После этого может быть выполнено генерирование третьего выходного сигнала датчика содержания кислорода при работе этого датчика с первым более низким напряжением и не в режиме ИН. Как показано на фиг. 5, способ предусматривает, что оценка влажности окружающего воздуха может быть выполнена на основе разности между показанием содержания кислорода сухом воздухе и третьим выходным сигналом. Далее может быть произведено регулирование работы двигателя на основе сделанной оценки влажности окружающего воздуха. Возможно периодическое получение (и корректировка) показания содержания кислорода в сухом воздухе (например, при каждом пуске двигателя или по прошествии некоторого периода времени его работы). В остальное же время датчик содержания кислорода не может работать в режиме ИН, а влажность может измеряться путем генерирования третьего выходного сигнала с управлением при этом работой датчика содержания кислорода с первым, более низким напряжением и сравнением третьего выходного сигнала с ранее полученным показанием содержания кислорода в сухом воздухе. В результате этого удается выполнить более точную оценку влажности окружающего воздуха для управления работой двигателя с одновременным снижением ухудшения характеристик датчика содержания кислорода вследствие работы в режиме ИН.
На фиг. 1 иллюстрируется блок-схема одного из цилиндров многоцилиндрового двигателя 10, который может входить в состав автомобильной силовой установки. Работой двигателя 10 могут по меньшей мере частично управлять система управления, включающая в себя контроллер 12, и ввод, производимый водителем 132 транспортного средства через посредство устройства 130 ввода. В рассматриваемом примере устройства 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерирования пропорционального сигнала ПП положения педали. Имеется также камера сгорания (то есть цилиндр) 30 двигателя 10, которая может содержать стенки 32 с помещенным в них поршнем 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 таким образом, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен по меньшей мере с одним ведущим колесом транспортного средства с помощью промежуточной трансмиссии. Кроме того, к коленчатому валу 40 может быть присоединен через посредство маховика стартерный мотор для обеспечения возможности пуска двигателя 10.
В камеру сгорания 30 может поступать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 по впускному каналу 42, а отработавшие газы могут выходить из нее по выпускному каналу 48. Возможно избирательное сообщение впускного коллектора 44 и выпускного канала 48 с камерой сгорания 30, соответственно, через впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, камера сгорания 30 может включать в себя два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
В рассматриваемом примере работой впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 могут управлять кулачковые приводные системы, соответственно, 51 и 53. Каждая из кулачковых приводных систем 51 и 53 может содержать один или более кулачков и работать с использованием одной или более из следующих систем: системы переключения профиля кулачков (ППК), системы изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), системы изменения фаз клапанного газораспределения (ИФГ) и/или системы изменения высоты подъема клапана (ИВПК), которыми может управлять контроллер 12 с целью изменения работы клапана. Определить положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 можно с помощью соответствующих датчиков положения 55 и 57. В соответствии с другими вариантами осуществления, впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут регулироваться с помощью электроклапанного привода. Так, например, цилиндр 30 может содержать, при использовании этих альтернативных вариантов, впускной клапан, регулируемый с помощью электроклапанного привода, и выпускной клапан, регулируемый с помощью кулачкового привода, включая системы ППК и/или ИФКР.
В соответствии с некоторыми вариантами, каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или большим количеством топливных инжекторов для подачи в них топлива. В качестве примера, не имеющего исчерпывающего характера, здесь показан цилиндр 30 с одним топливным инжектором 66. Как можно видеть, топливный инжектор 66 соединен непосредственно с цилиндром 30, что позволяет впрыскивать в него топливо непосредственно, пропорционально ширине импульса впрыска топлива (ШИВТ), принимаемого от контроллера 12 через посредство электронного драйвера 68. В результате топливный инжектор 66 обеспечивает так называемый «непосредственный впрыск» (здесь мы называем его также «НВ») топлива в цилиндр 30 сгорания.
Следует иметь в виду, что в соответствии с другим вариантом осуществления, в качестве топливного инжектора 66 можно использовать инжектор распределенного впрыска, который обеспечит подачу топлива во впускной канал перед цилиндром 30. Заметим также, что топливо в цилиндр 30 может подаваться из нескольких инжекторов, в частности, из нескольких инжекторов распределенного впрыска, нескольких инжекторов непосредственного впрыска либо их комбинации.
В топливный бак топливной системы 172 могут заливаться топлива с разными свойствами, и в частности, с разным составом. Различия могут состоять в содержании спирта, октановом числе, теплоте парообразования, составе смеси и/или в комбинациях этих свойств, и т.д. В двигателе можно использовать такие спиртосодержащие топливные смеси, как Е85 (приблизительно 85% этанола и 15% бензина) или М85 (приблизительно 85% этанола и 15% бензина). В соответствии с другим решением, в двигателе могут быть предусмотрены иные пропорции находящихся в баке бензина и этанола, в том числе 100% бензина и 100% этанола, либо их различные соотношения, в зависимости от содержания спирта в топливе, заливаемом в бак. Кроме того, возможны частые изменения характеристик содержащегося в баке топлива. В соответствии с одним из вариантов, водитель может в один день залить в топливный бак Е85, во второй день долить Е10 и в третий - Е50. При этом, в зависимости от уровня и состава топлива, остающегося в баке на момент доливки, состав топлива в баке может претерпевать динамические изменения.
Таким образом, ежедневные изменения в доливке топлива в бак могут иметь следствием частые изменения состава топлива в топливной системе 172, что негативно сказывается на составе и/или качестве топлива, подаваемого инжектором 66. Различные составы топлива, подаваемого инжектором 66, можно обозначить здесь как тип топлива. В соответствии с одним из вариантов, качественные характеристики разных составов топлива могут быть описаны через показатель исследовательского октанового числа (ИОЧ), процентное содержание спирта, процентное содержание этанола и пр.
Следует иметь в виду, что хотя при использовании одного из вариантов осуществления двигатель может работать с впрыском различных топливных смесей с помощью инжектора непосредственного впрыска, другие варианты предусматривают возможность его работы с использованием двух инжекторов и изменением относительных объемов впрыска от каждого из них. Надо также сказать, что при работе двигателя с форсировкой с помощью бустерного устройства типа турбонагнетателя или турбонаддувного агрегата (не показан) возможно увеличение ограничения форсировки по мере увеличения содержания спирта в топливах с разным составом.
На той же фиг. 1 можно видеть, что во впускном канале 42 может быть предусмотрен дроссель 62 с дроссельной заслонкой 64. В этом частном примере положение дроссельной заслонки 64 может регулироваться контроллером 12 через посредство электродвигателя или электрического исполнительного органа, поставляемого вместе с дросселем 62, - такую конфигурацию называют обычно «электронным управлением дросселем» (ЭУД). В результате можно осуществлять управление дросселем 62 таким образом, чтобы регулировать распределение всасываемого воздуха, поступающего в камеру сгорания 30, по другим цилиндрам двигателя. Информация о положении дроссельной заслонки 64 может передаваться в контроллер 12 с помощью сигнала ПД положения дросселя. Во впускном канале 42 могут быть предусмотрены датчик 120 массового расхода воздуха (МРВ) и датчик 122 давления воздуха в коллекторе (ДВК) для подачи в контроллер 12 соответствующих сигналов МРВ и ДВК.
Имеется система зажигания 88, которая может подавать искру зажигания в камеру сгорания 30 через свечу зажигания 92 в соответствии с сигналом О3 опережения зажигания от контроллера 12 в выбранных рабочих режимах. Хотя здесь показаны компоненты искрового зажигания, при использовании некоторых вариантов осуществления камера сгорания 30 либо одна или более других камер сгорания двигателя 10 могут работать в режиме воспламенения как со свечой зажигания, так и без нее.
x
x
Предусмотрен датчик 126 содержания кислорода в отработавших газах, соединенный с выпускным каналом 48 перед устройством 178 для снижения токсичности отработавших газов. В качестве датчика 126 содержания кислорода в отработавших газах можно использовать любой пригодный для этой цели датчик, обеспечивающий индикацию отношения воздуха к топливу в отработавших газах, типа линейного датчика содержания кислорода или УДСКОГ (универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах); двухрежимного датчика содержания кислорода или ДСКОГ; датчика типа НДСКОГ (нагреваемый ДСКОГ); датчика содержания оксидов азота (NO), НС или СО. Устройство 70 для снижения токсичности отработавших газов располагается, как показано на схеме, вдоль выпускного канала 48, за датчиком 126 содержания кислорода в отработавших газах. В качестве устройства 70 можно использовать трехкомпонентный нейтрализатор (ТКН), уловитель NO, разнообразные иные устройства для снижения токсичности отработавших газов или их комбинации. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, в процессе работе двигателя 10 устройство 70 для снижения токсичности отработавших газов может периодически возвращаться в исходное состояние благодаря управлению работой по меньшей мере одного цилиндра двигателя с поддержанием конкретных пределов воздушно-топливного отношения.
x
Как иллюстрируется на фиг. 1, система содержит также датчик 127 всасываемого воздуха (например, содержания кислорода во всасываемом воздухе), соединенный с впускным каналом 44. В качестве этого датчика 127 всасываемого воздуха можно использовать любой пригодный для этой цели датчик, обеспечивающий индикацию отношения воздуха к топливу в отработавших газах, типа линейного датчика содержания кислорода или УДСКОГ (универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в отработавших газах), двухрежимного датчика содержания кислорода или ДСКОГ; датчика типа НДСКОГ (нагреваемый ДСКОГ); датчика содержания NO, НС или СО.
Кроме того, в рамках рассматриваемых вариантов осуществления может быть предусмотрена система рециркуляции отработавших газов (РОГ), направляющая нужную порцию отработавших газов из выпускного канала 48 во впускной канал 44 по каналу РОГ 140. Объем рециркулирующих отработавших газов (РОГ), поступающих во впускной канал 44, может изменяться контроллером 12 с помощью клапана РОГ 142. Кроме того, в канале РОГ 140 может быть помещен датчик РОГ 144, который может предоставлять индикацию, как минимум, одного из следующих параметров: давления, температуры, концентрации отработавших газов. В некоторых условиях систему РОГ можно использовать для регулирования температуры воздуха и топливной смеси в камере сгорания, благодаря чему получают особую методику установки опережения зажигания при работе в некоторых режимах сгорания. Кроме этого, в некоторых обстоятельствах часть газообразных продуктов сгорания может удерживаться или улавливаться в камере сгорания посредством регулирования установки моментов открытия и закрытия выпускного клапана, и в частности, регулирования механизма изменяемой установки моментов открытия и закрытия клапана.
Показанный на фиг. 1 контроллер 12 представляет собой микрокомпьютер, включающий в себя микропроцессорное устройство (МПУ) 102, порты 104 ввода/вывода, электронный носитель информации для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в рассматриваемом примере как микросхема 106 постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 108, энергонезависимую память (ЭНП) 110 и шину данных. На контроллер 12 могут поступать разнообразные сигналы с датчиков, соединенных с двигателем 10, помимо ранее перечислявшихся сигналов, в том числе результаты измерения массового расхода всасываемого воздуха (МРВ) с датчика 120 массового расхода воздуха; температура охлаждающей жидкости двигателя (ТОЖД) с температурного датчика 112, соединенного с патрубком 114 охлаждения; выходной сигнал профиля зажигания (ПЗ) с датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 40; положение TP дросселя с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) с датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может формироваться контроллером 12 из сигнала ПЗ.
Постоянное запоминающее устройство 106 носителя информации может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими собой команды, выполняемые процессором 102, для реализации описываемых ниже способов, а также других предполагаемых вариантов, которые отдельно не указываются.
Как уже говорилось выше, на фиг. 1 представлен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, причем каждый цилиндр может подобным же образом включать в себя собственную группу впускных/выпускных клапанов, топливный инжектор, свечу зажигания и т.д.
2
Далее, на фиг. 2 приведено схематическое изображение типового варианта выполнения датчика 200 содержания кислорода, выполненного с возможностью обеспечивать измерение концентрации кислорода (O) в потоке всасываемого воздуха во впускном канале или в потоке отработавших газов в выпускном канале. Датчик 200 может действовать, например, в качестве датчика 126 содержания кислорода в отработавших газах или датчика 127 содержания кислорода во всасываемом воздухе. В датчики 200 использованы ряд слоев из одного или более керамических материалов, располагающихся в виде стопки. При использовании варианта осуществления по фиг. 2 предусмотрены пять керамических слоев 201, 202, 203, 204 и 205. В число этих слоев входят один или более слоев твердого электролита, способных проводить ионы кислорода. В качестве примера подходящих твердых электролитов можно назвать материалы на основе оксида циркония, хотя ими перечень возможных материалов не ограничивается. Кроме того, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления, может быть предусмотрен нагреватель 207, помещаемый с возможностью теплового контакта со слоями, что позволяет повысить их ионную электропроводность. Хотя описанный здесь датчик содержания кислорода состоит из пяти керамических слоев, следует понимать, что возможны и любые другие требуемые количества керамических слоев датчика содержания кислорода.
2
2
Слой 202 выполнен из материала(ов), создающего(их) диффузионный тракт 210. Этот диффузионный тракт 210 рассчитан таким образом, чтобы обеспечивалось диффузионное введение отработавших газов в первую внутреннюю полость 222. Диффузионный тракт 210 может быть рассчитан таким образом, чтобы одна или более составляющих всасываемого воздуха или отработавших газов, включая анализируемое вещество (например, O), но не ограничиваясь им, мог диффундировать во внутреннюю полость 222 со скоростью, налагающей более жесткие ограничения, чем та, с которой может закачиваться в нее или выкачиваться из нее анализируемое вещество электродами накачки 212 и 214. В результате этого удается получить в первой внутренней полости 222 стехиометрический уровень O.
cp
Кроме того, датчик 200 имеет вторую внутреннюю полость 224, выполненную в слое 204 и отделенную от первой внутренней полости 222 слоем 203. Вторая внутренняя полость 224 выполнена с возможностью поддержания постоянного парциального давления кислорода, эквивалентного стехиометрическому состоянию, - например, уровень кислорода, находящегося во второй внутренней полости 224, равен тому, который всасываемый воздух или отработавшие газы имели бы, если бы воздушно-топливное отношение было стехиометрическим. Концентрация кислорода во второй внутренней полости 224 поддерживается постоянной с помощью напряжения накачки V. В данном контексте вторая внутренняя полость 224 может быть названа «опорной ячейкой».
Имеются два индикаторных электрода 216 и 218, располагающихся с возможностью сообщения с первой внутренней полостью 222 и опорной ячейкой 224. Эти два индикаторных электрода 216 и 218 определяют градиент концентрации, который может развиваться между первой внутренней полостью 222 и опорной ячейкой 224 вследствие концентрации кислорода во всасываемом воздухе или в отработавших газах, которая выше или ниже стехиометрического уровня. Высокая концентрация кислорода может быть обусловлена бедной смесью всасываемого воздуха или отработавших газов, а низкая концентрация кислорода - богатой смесью.
2
2
Два электрода накачки 212 и 214 располагаются с возможностью сообщения с внутренней полостью 222 и выполнена с возможностью электрохимической накачки выбранной газовой составляющей (например, O) из внутренней полости 222 через слой 201 и из датчика 200. В соответствии с другим вариантом, два электрода накачки 212 и 214 могут быть выполнены с возможностью электрохимической накачки выбранного газа через слой 201 и во внутреннюю полость 222. В данном случае два электрода накачки 212 и 214 могут быть названы «ячейкой накачки O».
Электроды 212, 214, 216 и 218 могут быть выполнены из разных материалов, пригодных для этой цели. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, электроды 212, 214, 216 и 218 могут быть выполнены, по меньшей мере частично, из материала, который катализирует диссоциацию молекулярного кислорода. В качестве таких материалов могут выступать (хотя ими возможный перечень не ограничивается) электроды, содержащие платину и/или серебро.
p
p
2
p
p
p
Процесс электрохимической накачки во внутреннюю полость 222 или выкачивания из нее включает в себя подачу напряжения U через два электрода накачки 212 и 214. Напряжение накачки U подаваемое в ячейку накачки O, обеспечивает закачку кислорода в первую внутреннюю полость 222 или выкачивание кислорода из нее с целью поддержания стехиометрического уровня кислорода в ячейке накачки полости. Результирующий ток накачки Iпропорционален концентрации кислорода в отработавших газах (или во всасываемом воздухе). Предусмотрена система управления (на фиг. 2 не показана), которая генерирует сигнал I тока накачки в функции от величины подаваемого напряжения накачки U, необходимого для поддержания стехиометрического уровня в первой внутренней полости 222. Таким образом, бедная смесь будет способствовать выкачиванию кислорода из внутренней полости 222, а богатая смесь - закачке кислорода в эту внутреннюю полость 222.
Следует иметь в виду, что описываемый здесь датчик содержания кислорода представляет собой лишь один из примеров выполнения и что возможно применение других типов датчиков содержания кислорода с дополнительными и/или альтернативными характеристиками или конструктивными особенностями.
Так, в частности, в качестве датчика содержания кислорода, показанного на фиг. 2, можно использовать датчик с изменяемым напряжением, рассчитанный таким образом, чтобы он мог работать с первым, более низким напряжением, при котором молекулы воды не диссоциируют, и со вторым, более высоким напряжением, при котором имеет место полная диссоциация молекул воды. При этом второе напряжение больше первого. Однако, как говорилось выше, при непрерывной работе датчика содержания кислорода в режиме изменяемого напряжения (ИН), и в частности, с более высоким вторым напряжением, существует риск ухудшения характеристик датчика содержания кислорода, что ведет к уменьшению срока его службы. Таким образом, может оказаться целесообразным уменьшить время, которое затрачивается на работу датчика содержания кислорода с более высоким вторым напряжением. Благодаря этому будет ослаблен процесс ухудшения характеристик датчика и, соответственно, увеличится срок его службы и будут вырабатываться более точные выходные сигналы, требуемые для управления двигателем.
Как уже разъяснялось выше, датчик содержания кислорода по фиг. 2 можно с успехом применить для оценки влажности окружающего воздуха, что впоследствии можно использовать для регулирования работы двигателя - например, расхода РОГ, воздушно-топливного отношения, момента зажигания и пр. В частности, возможно получение показаний оцениваемого содержания кислорода в сухом воздухе на основе соотношения между выходным сигналом датчика содержания кислорода при первом, более низком напряжении и выходным сигналом датчика содержания кислорода при втором, более высоком напряжении. В процессе работы двигателя в особых режимах можно получать выходной сигнал третьего датчика при первом, более низком напряжении и затем сравнивать его с показанием содержания кислорода в сухом воздухе с целью измерения влажности окружающего воздуха. Возможно также получение целого ряда показаний датчика содержания кислорода при первом, более низком напряжении для выполнения последовательных актуализируемых оценок влажности окружающего воздуха на основе одного и того же (например, полученного ранее) показания содержания кислорода в сухом воздухе. В результате может оказаться так, что датчик будет работать в течение более длительного времени не в режиме ИН, а при первом, более низком напряжении, благодаря чему ухудшение характеристик датчика станет менее выраженным.
Перейдем к рассмотрению фиг. 3, где приведена схема последовательности операций, иллюстрирующая стандартную программу 300 для получения показания содержания кислорода в сухом воздухе с помощью датчика содержания кислорода типа датчика содержания кислорода 200, описанного ранее применительно к фиг. 2. Говоря конкретнее, программа 300 позволяет получить показание содержания кислорода в сухом воздухе на основе разных напряжений (например, опорных напряжений), подаваемых в ячейку накачки датчика содержания кислорода в процессе работы двигателя в особых режимах. Результирующее показание содержания кислорода в сухом воздухе может быть затем использовано, наряду с последующими выходными сигналами датчика содержания кислорода, в ходе дополнительной работы в особых режимах с целью оценки влажности окружающего воздуха, как будет детальнее разъяснено ниже при рассмотрении фиг. 5.
На этапе 310 выполнения программы 300 определяют рабочий режим двигателя. Рабочий режим может включать в себя (но не ограничиваются ими), в частности, воздушно-топливное отношение, объем рециркулирующих отработавших газов, поступающих в камеры сгорания и режим подачи топлива.
После того как определен рабочий режим двигателя, в рамках программы 300 переходят к этапу 312, на котором выясняют, соблюдены ли особые режимы. Так, например, когда в качестве датчика содержания кислорода используется датчик содержания кислорода во всасываемом воздухе, помещенный во впускном канале (или впускном коллекторе), особые режимы могут включать в себя возможность инициирования РОГ или отсутствие поступления газов продувки или газов вентиляции картера во впускной коллектор. В соответствии с другим вариантом, особые режимы могут включать в себя отсутствие поступления газов продувки или газов вентиляции картера в пространство перед датчиком содержания кислорода во всасываемом воздухе. В качестве другого примера укажем, что в случае, когда в качестве датчика содержания кислорода используется датчик содержания кислорода в отработавших газах, помещенный в выпускном канале, особые режимы могут включать в себя режим без подачи топлива в двигатель. Режим без подачи топлива в двигатель включает в себя торможение транспортного средства и условия работы двигателя, при которых подача топлива прервана, но двигатель продолжает быстро вращаться и действуют по меньшей мере один впускной клапан и один выпускной клапан, вследствие чего воздух циркулирует через один или более цилиндров, но впрыска топлива в эти цилиндры не происходит. При работе в режиме без подачи топлива сгорания нет, а окружающий воздух может циркулировать через цилиндр от впуска к выпуску. В результате этого в данный датчик (например, датчик содержания кислорода во всасываемом воздухе или в отработавших газах) может поступать окружающий воздух, в отношении которого и производят измерения, касающиеся, в частности, обнаружения влаги в окружающем воздухе.
Как уже отмечалось, режим работы без подачи топлива может включать в себя, например, отключение подачи топлива при торможении (ОПТТ). Режим ОПТТ зависит от положения педали управления (например, включается в ответ на резкое отпускание педали и в случае, когда автомобиль ускоряется сверх порогового значения). Режим ОПТТ может включаться с повторами в течение испытательного цикла, и, соответственно, возможно получение множества индикаций влажности окружающего воздуха в течение всего этого цикла, и в частности, при каждом наступлении события ОПТТ. Поэтому удается точно идентифицировать тип топлива на основе количества воды в отработавших газах, несмотря на колебания влажности между испытательными циклами и даже в пределах одного и того же испытательного цикла.
Кроме того, особые режимы на этапе 312 могут включать в себя ситуацию после пуска двигателя или некоторого периода времени работы двигателя (например, пробега в милях, пройденного времени или количества циклов работы двигателя). Так, например, если в качестве датчика содержания кислорода используется датчик содержания кислорода во всасываемом воздухе, то особые режимы на этапе 312 могут включать в себя ситуацию после пуска двигателя (или некоторого периода времени работы двигателя), когда отключено поступление потока газов продувки и газов принудительной вентиляции картера (ПВК) во впускной коллектор. В соответствии с другим вариантом, если в качестве датчика содержания кислорода используется датчик содержания кислорода в отработавших газах, то особые режимы на этапе 312 могут включать в себя ситуацию после пуска двигателя (или некоторого периода времени работы двигателя) в режиме без подачи топлива в двигатель (например, когда, как описано выше, отключена подача топлива). В результате изучение показаний содержания кислорода в сухом воздухе, как это детально описано ниже, может иметь место только периодически, после каждого пуска двигателя или по прошествии некоторого периода времени работы двигателя, когда уменьшается поток углеводородов за датчиком содержания кислорода. Благодаря этому могут быть получены более точные показания датчика содержания кислорода с одновременным уменьшением времени его работы в режиме ИН.
Как видно далее на схеме фиг. 3, если установлено, что особые режимы работы не соблюдены, то программа 300 переходит к выполнению этапа 313 с продолжением текущей работы датчика (с текущим напряжением накачки, как, например, с базовым, или более низким первым опорным напряжением) и с определением влажности окружающего воздуха на основе ранее заданного тока накачки для сухого воздуха (например, показания содержания кислорода в сухом воздухе). При этом способ по фиг. 5 может включать в себя определение влажности окружающего воздуха с использованием ранее сохраненного показания содержания кислорода в сухом воздухе по результатам выполнения предыдущей программы изучения показания содержания кислорода в сухом воздухе. Так, например, после каждого выполнения программы 300, когда получают показание содержания кислорода в сухом воздухе, результирующее значение показания содержания кислорода в сухом воздухе (например, тока накачки) может быть сохранено в памяти контроллера. В дальнейшем, в ходе выполнения программы по фиг. 5, сохраненный последним ток накачки для сухого воздуха можно будет отыскать в памяти контроллера и использовать его для определения влажности окружающего воздуха. На этапе 313 способ может включать в себя не работу датчика содержания кислорода в режиме ИН, а вместо этого - продолжение работы этого датчика с более низким первым опорным напряжением, которое мы называем здесь также «базовым опорным напряжением». Следствием работы датчика содержания кислорода с базовым опорным напряжением может явиться менее выраженное ухудшение характеристик датчика при работе этого датчика с более высоким вторым опорным напряжением.
1
p1
2
1
p1
Если же на этапе 312 выясняется, что, наоборот, особые режимы работы соблюдены, то программа 300 переходит к выполнению этапа 314, при этом в ячейку накачки кислорода датчика содержания кислорода подается первое напряжение накачки (V) (например, первое опорное напряжение) и происходит прием первого тока накачки (I). Первое напряжение накачки может иметь величину, при которой происходит выкачивание кислорода из ячейки, но которое достаточно невелико для того, чтобы такие кислородные соединения, как HO (например, вода) не диссоциировали (например, V=450 мВ). Так, в частности, при работе с первым напряжением накачки датчик содержания кислорода не может осуществлять диссоциацию каких-либо молекул воды. Подача первого напряжения приводит к генерирования выходного сигнала датчика в форме первого тока накачки (I), характеризующего количество кислорода в пробе газа. При использовании этого варианта, учитывая, что двигатель работает в особых режимах (типа отсутствия подачи топлива), количество кислорода может равняться количеству кислорода в свежем воздухе вокруг транспортного средства, или показанию содержания кислорода во влажном воздухе.
2
p2
2
2
p2
2
4
5
После того как определено количество кислорода, программа 300 переходит к выполнению этапа 316, на котором в ячейку накачки кислорода датчика содержания кислорода подается второе напряжение накачки (V) (например, опорное напряжение) и происходит прием второго тока накачки (I). Второе напряжение может первое напряжение, подаваемое на датчик. В частности, второе напряжение может иметь величину, достаточно большую для того, чтобы происходило диссоциация нужного кислородного соединения. Так, например, второе напряжение может быть достаточно большим для диссоциации всех молекул HO на водород и кислород (например, V=1,1 В). Подача второго напряжения приводит к генерирования второго тока накачки (I), характеризующего количество кислорода в пробе газа. Следует понимать, что термин «вода» в выражении «количество кислорода и воды» относится в данном контексте к количеству кислорода из диссоциировавших молекул HO в пробе газа.
В соответствии с одним из частых примеров, второе напряжение (например, второе опорное напряжение) может составлять 1080 мВ, при этом содержащаяся в воздухе вода полностью диссоциирует (конкретнее, при напряжении 1080 мВ диссоциируют 100% содержащейся в воздухе воды). Это второе напряжение может превышать некоторое третье, среднее напряжение, при котором содержащаяся в воздухе вода диссоциирует частично (например, диссоциируют примерно 40% содержащейся в воздухе воды). В соответствии с одним из вариантов, третье среднее напряжение может составлять порядка 920 мВ. В соответствии с другим вариантом, третье среднее напряжение может составлять порядка 950 мВ. В качестве примера на фиг. 4 приведен график, иллюстрирующий выходной сигнал датчика содержания кислорода в некотором диапазоне значений влажности (конкретнее, от 1,5% до 4%). Как видно на этом графике, выходной сигнал датчика, равный 920 мВ, соответствует данным для сухого воздуха в диапазоне значений влажности. Выходной сигнал при напряжении 1,1 В соответствует данным для влажного воздуха, когда вся содержащаяся в воздухе вода диссоциировала в датчике, а выходной сигнал при напряжении 4,5 В соответствует данным для влажного воздуха, когда содержащаяся в воздухе вода не диссоциировала. Таким образом, показание содержания кислорода в сухом воздухе может быть получено через отношение выходных сигналов датчика содержания кислорода, когда этот датчик работает с напряжениями 4,5 В и 1,1 В. В соответствии с другим вариантом осуществления, показание содержания кислорода в сухом воздухе может быть получено через -отношение выходных сигналов датчика содержания кислорода, когда этот датчик работает с напряжением менее 0,92 В, когда вода не диссоциирует (например, не диссоциирует даже частично) и с напряжением более 0,92 В, когда вода диссоциирует полностью (конкретнее, диссоциируют 100% воды).
На этапе 318 получают показание содержания кислорода в сухом воздухе и соответствующий поправочный коэффициент на основе первого тока накачки и второго тока накачки. Так, например, как сказано выше, при работе датчика с напряжением 450 мВ (или другим подобным напряжением, при котором в датчике не происходит диссоциации воды) могут быть получены меньшие ток накачки и показание содержания кислорода, а при работе датчика с напряжением 1080 мВ (или другим подобным напряжением, при котором в датчике диссоциирует вся вода) могут быть получены большие ток накачки и показание содержания кислорода. Затем можно произвести оценку тока накачки для сухого воздуха, характеризующего показание содержания кислорода в сухом воздухе, исходя из соотношения между более низким первым значением тока накачки и более высоким вторым значением тока накачки. Так, например, сумма, составленная из 40% более высокого второго значения тока накачки и 60% более низкого первого значения тока накачки, может быть практически равна току накачки для сухого воздуха и показанию содержания кислорода. В соответствии с другим вариантом, чтобы определить ток накачки для сухого воздуха, можно сложить разные процентные величины большего и меньшего токов накачки. Например, если большее или меньшее напряжение окажется отличным от значения, соответственно, 450 мВ и 1080 мВ, то соответствующие процентные величины, используемые для определения соотношения между большим и меньшим токами накачки, тоже будут различаться в некоторой пропорции.
Результат оценки показания содержания кислорода в сухом воздухе, выполненной на основе соотношения между большим и меньшим токами накачки (например, большим и меньшим выходными сигналами датчика, которые соответствуют большему и меньшему напряжениям), можно затем использовать для выполнения оценки влажности окружающего воздуха на этапе 320, как будет детальнее показано ниже при рассмотрении фиг. 5. Так, например, в рамках способа этап 320 может включать в себя сохранение полученного показания содержания кислорода в сухом воздухе (например, в виде текущего значения тока накачки для сухого воздуха) в памяти контроллера. Затем, в ходе выполнения программы по фиг. 5, контроллер может произвести поиск последнего по времени показания содержания кислорода в сухом воздухе и сравнить его с другим выходным сигналом датчика в особых режимах работы двигателя с целью выполнения оценки влажности окружающего воздуха. Кроме того, на этапе 320 можно выполнить обновление ранее сохраненного показания содержания кислорода в сухом воздухе, введя вместо него в память контроллера новое показание содержания кислорода в сухом воздухе. Подобную корректировку сохраненного показания содержания кислорода в сухом воздухе можно производить, например, после каждого пуска двигателя.
Перейдем к рассмотрению фиг. 5, где приведена схема последовательности операций, иллюстрирующая стандартную программу 500 для регулирования работы двигателя на основе влажности окружающего воздуха, оценка которой была выполнена, исходя из показания содержания кислорода в сухом воздухе и дополнительного выходного сигнала датчика содержания кислорода во время работы двигателя в особых режимах. Инструкции по выполнению программы 500 (и описанной выше программы 300) могут быть храниться в памяти контроллера (типа контроллера 12, показанного на фиг. 1). Кроме того, контроллер может выполнять программу 500 в соответствии с нижеследующим более детальным описанием.
Выполнение программы 500 начинают с этапа 502, на котором производят оценку и/или измерение рабочего режима двигателя. Рабочий режим может включать в себя частоту вращения и нагрузку двигателя, поток РОГ, воздушно-топливное отношение, массовый расход воздуха, ДВК и пр. На этапе 504 в соответствии с программой выясняют, наступил ли нужный момент для оценки влажности окружающего воздуха. Выяснение того, наступил ли нужный момент для оценки влажности окружающего воздуха, может включать в себя выяснение того, соблюдены ли особые режимы работы двигателя. В соответствии с одним из вариантов, если в качестве датчика содержания кислорода используется датчик содержания кислорода во всасываемом воздухе, помещенный во впускной канал и/или во впускной коллектор перед двигателем, то особые режимы работы двигателя могут включать в себя ситуацию, когда газы продувки топливного адсорбера и вентиляции картера не поступают во впускной коллектор. В соответствии с другим вариантом, если в качестве датчика содержания кислорода используется датчик содержания кислорода в отработавших газах, помещенный в выпускной канал за двигателем (точнее, за выпускным клапаном цилиндра двигателя), то особые режимы работы двигателя могут включать в себя его работу в режиме без подачи топлива, как было описано выше при рассмотрении фиг. 3. Так, например, режим без подачи топлива в двигатель может включать в себя ситуацию, когда впрыск топлива в цилиндр двигателя не производится, но, в то же время, еще действуют по меньшей мере один впускной клапан и один выпускной клапан. В соответствии с другим вариантом, режим без подачи топлива в двигатель может включать в себя ситуацию с ОПТТ. Таким образом, особые режимы работы двигателя могут включать в себя условия, при которых объем углеводородов, циркулирующих мимо датчика содержания кислорода, будет уменьшен.
На этапе 508 программа включает в себя открытие впускного дросселя (точнее, дросселя 62 на фиг. 1) для еще большего уменьшения объема углеводородов, циркулирующих мимо датчика содержания кислорода. Если в качестве датчика содержания кислорода используется датчик содержания кислорода в отработавших газах, то открытие дросселя может способствовать снижению объема углеводородов от принудительной вентиляции картера (ПВК), которые поступают через отработавший воздух. Так, например, если в режиме без подачи топлива в двигатель впускной дроссель закрыт, во впускном коллекторе создается значительный вакуум, в который могут засасываться указанные углеводороды от ПВК. При этом, даже если патрубок ПВК процессе ОПТТ закрыт, вакуум может оставаться достаточно мощным для того, чтобы засасывать углеводороды от ПВК через поршневые кольца. В двигателе, отслужившем длительное время, засасываемый поток газов ПВК может усиливаться из-за утечек газов ПВК за поршневые кольца и клапаны. Поглощенные углеводороды могут оказывать негативное воздействие на выходные сигналы датчика содержания кислорода в отработавших газах и способствовать искажению результатов измерения влажности. В частности, углеводородное воздействие может привести к тому, что выходной сигнал будет указывать на завышенное значение влажности окружающего воздуха. Таким образом, в случаях, когда в качестве датчика содержания кислорода используется датчик содержания кислорода в отработавших газах, программа 500 включает в себя открытие впускного дросселя на этапе 508 до снятия выходного сигнала датчика содержания кислорода.
1
PB
На этапе 510 программа включает в себя подачу первого, более низкого опорного напряжения (например, базового напряжения V) а датчик содержания кислорода и прием тока накачки (I). При этом способ на этапе 510 предусматривает не работу датчика содержания кислорода в режиме ИН, а вместо этого - поддержание опорного напряжения датчика на более низком, базовом уровне, при котором ухудшение характеристик датчика содержания кислорода оказывается менее значительным. Говоря иначе, способ на этапе 10 не предусматривает модулирования опорного напряжения датчика содержания кислорода между более низким первым напряжением и более высоким вторым напряжением. Результирующий ток накачки может характеризовать количество кислорода в пробе газа.
PB
PB
После этого, на этапе 512, программа продолжает измерение влажности окружающего воздуха на основе I (токе накачки, определенного на этапе 510 в режиме работы датчика, отличном от ИН) и тока накачки для сухого воздуха, определенного в процессе выполнения программы 300. Как было разъяснено выше, контроллер может произвести поиск сохраненного последним значения тока накачки для сухого воздуха для его использования на этапе 512. Затем может быть определено количество восстанавливаемого кислорода, обусловленного разбавляющим действием влаги окружающего воздуха на основе разности между током накачки для сухого воздуха и током накачки I, определенным на этапе 510. Далее, умножив эту разность на переводной коэффициент, можно преобразовать ток накачки в процентное значение влажности. В результате, сравнивая выходной сигнал датчика содержания кислорода, работающего в режиме, отличном от ИН с базовым опорным напряжением, с сохраненным значением тока накачки для сухого воздуха, можно определить влажность окружающего воздуха при непрерывной работе датчика содержания кислорода в режиме ИН.
После определения влажности окружающего воздуха программа переходит к этапу 514, на котором осуществляют регулирование одного или более рабочих параметров на основе измеренной влажности сухого воздуха. В качестве таких рабочих параметров могу выступать в числе прочих, объем РОГ, регулирование момента зажигания и воздушно-топливное отношение. Как говорилось выше, в двигателях внутреннего сгорания желательно задавать такие рабочие параметры, как регулирование момента зажигания, с таким расчетом, чтобы оптимизировать эксплуатационные показатели двигателя. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, возможно регулирование одного-единственного параметра с учетом влажности. В соответствии с другими вариантами, возможно регулирование любой комбинации или субкомбинации этих рабочих параметров с учетом измеренных колебаний влажности окружающего воздуха.
В соответствии с одним из типовых вариантов осуществления, возможно регулирование количества РОГ на основе измеренной влажности окружающего воздуха. Так, например, в одном из режимов концентрация воды в воздухе вокруг транспортного средства может возрасти вследствие таких погодных явлений, как туман. Соответственно, в режиме без подачи топлива в двигатель датчик содержания кислорода в отработавших газах будет выявлять большую влажность. Базируясь на большем значении измеренной влажности, можно будет в процессе последующей работы двигателя с подачей топлива уменьшить поток РОГ по меньшей мере в одну камеру сгорания. Как следствие этого, удается поддерживать на должном уровне кпд двигателя.
В ответ на колебания абсолютной влажности окружающего воздуха можно увеличить или уменьшить поток РОГ по меньшей мере в одну камеру сгорания. При этом поток РОГ можно увеличивать или уменьшать либо в одной, либо в нескольких, либо во всех камерах сгорания. Кроме того, величина изменения потока РОГ может быть одинаковой для всех цилиндров, либо эту величину изменения потока РОГ можно изменять от одного цилиндра к другому, исходя из конкретных рабочих режимов каждого цилиндра.
В соответствии с другим вариантом осуществления, можно выполнять регулирование момента зажигания с учетом влажности окружающего воздуха. Например, при работе по меньшей мере в одном из режимов, можно предусмотреть опережение момента зажигания в одном или более цилиндров в ходе последующей работы двигателя с подачей топлива с учетом более высокого значения влажности. Момент зажигания можно задавать таким образом, чтобы уменьшить детонацию, например, в условиях низкой влажности (в частности, с запаздыванием относительно пикового крутящего момента). Когда датчик содержания кислорода в отработавших газах обнаруживает возрастание влажности, можно осуществить опережение момента зажигания с целью поддержания должных характеристик двигателя и работы в режиме с моментом зажигания, близким или равным моменту зажигания, обеспечивающем пиковый крутящий момент.
Кроме этого, можно предусмотреть запаздывание момента зажигания в ответ на уменьшение влажности окружающего воздуха. Так, например, уменьшение влажности окружающего воздуха по отношению к более высокому значению может привести к детонации. Если такое уменьшение влажности выявляется датчиком содержания кислорода в отработавших газах в режиме без подачи топлива в двигатель типа ОПТТ, то можно осуществить запаздывание момента зажигания в ходе последующей работы двигателя с подачей топлива что ослабит детонационные явления.
Следует заметить, что возможно опережение или запаздывание момента зажигания в одном или более цилиндров в процессе последующей работы двигателя с подачей топлива. Кроме того, величина изменения момента зажигания может быть одинаковой для всех цилиндров, либо в одном или более цилиндров могут иметь место разные величины опережения или запаздывания момента зажигания.
В соответствии с еще одним типовым вариантом осуществления, можно регулировать воздушно-топливное отношение в отработавших газах с учетом измеренной влажности окружающего воздуха в ходе последующей работы двигателя с подачей топлива. Так, например, двигатель может работать с бедной топливной смесью, оптимизированной с расчетом на низкую влажность. В случае повышения влажности смесь может стать разбавленной, что приведет к перебоям в зажигании. Если увеличение влажности обнаружено датчиком содержания кислорода в отработавших газах в режиме без подачи топлива, можно отрегулировать воздушно-топливное отношение таким образом, чтобы двигатель работал с менее бедной топливной смесью в ходе последующей работы с подачей топлива. Подобным же образом, воздушно-топливное отношение может быть отрегулировано на более бедную топливную смесь в ходе последующей работы с подачей топлива с учетом измеренного уменьшения влажности окружающего воздуха. В результате удается ослабить перебои в зажигании, вызванные колебаниями влажности.
В соответствии с некоторыми вариантами, двигатель может работать со стехиометрическим отношением количества воздуха к количеству топлива или с богатой топливной смесью. При этом воздушно-топливное отношение может не зависеть от влажности окружающего воздуха, и измеренные колебания влажности могут не требовать регулирования воздушно-топливного отношения.
В рассмотренных условиях рабочие параметры двигателя могут регулироваться с учетом влажности окружающего воздуха, которая была измерена датчиком содержания кислорода, соединенным с двигателем (либо в системе впуска, либо в выпускной системе). Поскольку режим ОПТТ или отключения потоков газов Продувки и газов ПВК могут возникать в течение испытательного цикла неоднократно, измерение влажности окружающего воздуха тоже может выполняться несколько раз в течение испытательного цикла, и, соответственно, могу регулироваться один или более рабочих параметров двигателя, что будет способствовать оптимизации общей эффективности работы двигателя, несмотря на колебания влажности. Кроме того, индикация влажности окружающего воздуха может определяться без необходимости непрерывной работы датчика содержания кислорода в режиме ИН (например, модулирования между более низким первым опорным напряжением и более высоким вторым опорным напряжением). Вместо этого можно получать одно показание содержания кислорода в сухом воздухе при каждом пуске двигателя или по прошествии некоторого периода времени его работы. Затем это единственное показание содержания кислорода в сухом воздухе можно сравнить с выходным сигналом каждого датчика содержания кислорода при работе в особых режимах с целью определения влажности окружающего воздуха без необходимости включения датчика содержания кислорода на работу с более высоким опорным напряжением. При этом технический эффект изобретения достигается посредством уменьшения длительности работы датчика содержания кислорода в режиме ИН, благодаря чему ухудшение характеристик датчика содержания кислорода становится менее значительным, а срок его службы увеличивается. Одновременно с этим удается добиться более точных измерений влажности окружающего воздуха, что позволяет улучшить управление двигателем.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, способ содержит следующие этапы: подачу на датчик содержания кислорода более низкого первого опорного напряжения для генерирования первого выходного сигнала и более высокого второго опорного напряжения для генерирования второго выходного сигнала в процессе работы в первом режиме; подачу первого опорного напряжения на датчик содержания кислорода для генерирования третьего выходного сигнала в процессе работы во втором режиме; и регулирование работы двигателя на основе оценки влажности окружающего воздуха, выполненной на основе на первого, второго и третьего выходных сигналов. Способ может дополнительно содержать выполняемые в процессе работы во втором режиме открытие впускного дросселя и затем генерирования третьего выходного сигнала от датчика содержания кислорода. Кроме этого, второй режим может иметь место чаще, чем первый режим. Далее, этап подачи первого опорного напряжения на датчик содержания кислорода для генерирования третьего выходного сигнала может включать в себя подачу только первого опорного напряжения на датчик содержания кислорода, без подачи второго опорного напряжения на датчик содержания кислорода. При этом в процессе генерирования третьего выходного сигнала опорное напряжение датчика содержания кислорода может поддерживаться на уровне более низкого первого опорного напряжения, без его увеличения до второго напряжения.
В соответствии с одним из вариантов, в качестве датчика содержания кислорода используется универсальный датчик содержания кислорода в отработавших газах, соединенный с выпускным коллектором двигателя, перед каталитическим нейтрализатором отработавших газов, а второй режим включает в себя режим без подачи топлива в двигатель, в котором работают по меньшей мере по меньшей мере, один впускной клапан и один выпускной клапан. Режим без подачи топлива в двигатель может включать в себя, в частности, случай отключения подачи топлива при торможении. В соответствии с другим вариантом, в качестве датчика содержания кислорода использован датчик содержания кислорода во всасываемом воздухе, соединенный с впускным коллектором двигателя, перед впускным компрессором, а второй режим включает в себя ситуацию, когда газы продувки топливного адсорбера и вентиляции картера не поступают во впускной коллектор. Таким образом, второй режим может включать в себя ситуацию, когда форсировка отключена, а клапан продувки топливного адсорбера закрыт.
Первый режим может включать в себя режим без подачи топлива в двигатель, когда датчиком содержания кислорода служит датчик содержания кислорода в отработавших газах, или ситуацию отсутствия поступления газов продувки или газов вентиляции картера во впускной коллектор, когда датчиком содержания кислорода служит датчик содержания кислорода во всасываемом воздухе, после, как минимум, одного из следующих событий: пуска двигателя или его работы в течение некоторого периода времени. Говоря другими словами, первый режим может иметь место только после, как минимум, одного из следующих событий: пуска двигателя или его работы в течение некоторого периода времени, когда соблюдены условия второго режима. Кроме того, первый выходной сигнал включает в себя первый ток накачки, генерируемый в ответ на подачу первого опорного напряжения, второй выходной сигнал включает в себя второй ток накачки, генерируемый в ответ на подачу второго опорного напряжения, причем первый выходной сигнал характеризует показание содержания кислорода во влажном воздухе, а второй выходной сигнал характеризует увеличение содержания кислорода вследствие диссоциации влажного воздуха. Далее, ток накачки для сухого воздуха основывается на соотношении между первым выходным сигналом и вторым выходным сигналом, при этом ток накачки для сухого воздуха характеризует показание содержания кислорода в сухом воздухе. В соответствии с одним из вариантов, первое опорное напряжение представляет собой опорное напряжение, при котором молекулы воды не диссоциируют, а второе опорное напряжение представляет собой опорное напряжение, при котором молекулы воды полностью диссоциируют. В качестве одного из примеров можно указать, что регулирование работы двигателя включает в себя регулирование объема рециркулирующих отработавших газов, и по меньшей мере при работе в одном из режимов, регулирование объема рециркулирующих отработавших газов включает в себя уменьшение объема рециркулирующих отработавших газов в ответ на индикацию более высокой влажности. В соответствии с другим вариантом, регулирование работы двигателя включает в себя регулирование воздушно-топливного отношения при сгорании, а само это регулирование воздушно-топливного отношения при сгорании включает в себя поддержание требуемого воздушно-топливного отношения в отработавших газах на основе показаний датчика содержания кислорода.
В соответствии с другим вариантом осуществления, способ, используемый в двигателе, включает в себя следующие этапы: по прошествии некоторого периода времени работы двигателя и в процессе работы в первом режиме эксплуатируют датчик содержания кислорода с более низким опорным напряжением, при котором молекулы воды не диссоциируют, с целью генерирования первого выходного сигнала, и с более высоким опорным напряжением, при котором молекулы воды полностью диссоциируют, с целью генерирования второго выходного сигнала; в процессе последующей работы в первом режиме открывают впускной дроссель и эксплуатируют датчик содержания кислорода с более низким опорным напряжением с целью генерирования третьего выходного сигнала; и выполняют оценку влажности окружающего воздуха на основе первого, второго и третьего выходных сигналов. В соответствии с одним из вариантов, датчик содержания кислорода представляет собой датчик содержания кислорода в отработавших газах, помещенный в выпускной канал двигателя, а первый режим включает в себя режим без подачи топлива в двигатель, при котором работают по меньшей мере один впускной клапан и один выпускной клапан. Так, например, датчик содержания кислорода в отработавших газах может располагаться перед каталитическим нейтрализатором отработавших газов и перед входом канала рециркуляции отработавших газов, выполненного с возможностью обеспечения рециркуляции остатков отработавших газов из выпускного коллектора во впускной коллектор двигателя. В соответствии с другим вариантом, датчик содержания кислорода представляет собой датчик содержания кислорода во всасываемом воздухе, помещенный во впускной коллектор двигателя, а первый режим включает в себя ситуацию, когда газы продувки или газы вентиляции картера не поступают во впускной коллектор перед датчиком содержания кислорода во всасываемом воздухе.
Кроме того, первый выходной сигнал включает в себя первый ток накачки, генерируемый в ответ на работу с более низким опорным напряжением, а второй выходной сигнал включает в себя второй ток накачки, генерируемый в ответ на работу с более высоким опорным напряжением, причем первый и второй выходные сигналы характеризуют количество кислорода во влажном воздухе, при этом более низкое опорное напряжение ниже среднего опорного напряжения, а более высокое опорное напряжение выше среднего опорного напряжения, каковое среднее опорное напряжение служит для генерирования третьего тока накачки, характеризующего количество кислорода в сухом воздухе.
Способ может дополнительно включать в себя этап, на котором регулируют один или более рабочих параметров двигателя на основе оценки влажности окружающего воздуха, причем один или более рабочих параметров двигателя включают в себя объем рециркулирующих отработавших газов, регулировку момента зажигания и воздушно-топливное отношение в двигателе. Кроме того, ситуация по прошествии некоторого периода времени работы двигателя может включать в себя, как минимум, одну из следующих ситуаций: после каждого пуска двигателя, после некоторого количества циклов двигателя, после некоторого периода эксплуатации двигателя и после того, как транспортное средство, на котором установлен двигатель, пройдет некоторое пороговое расстояние.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления, система содержит двигатель с выпускной системой, датчик содержания кислорода в отработавших газах, помещенный в выпускную систему и контроллер, выполненный с возможностью связи с датчиком содержания кислорода в отработавших газах, причем контроллер содержит машиночитаемые команды на: периодическое определение тока накачки для сухого воздуха на основе первого выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах при подаче более низкого первого опорного напряжения, при котором молекулы воды не диссоциируют, и второго выходного сигнала датчика содержания кислорода в отработавших газах при подаче более высокого второго опорного напряжения, при котором молекулы воды полностью диссоциируют; в режиме без подачи топлива в двигатель, когда работают по меньшей мере один впускной клапан и один выпускной клапан, - эксплуатацию датчика содержания кислорода только с более низким первым опорным напряжением с целью генерирования третьего выходного сигнала; и оценку влажности окружающего воздуха на основе первого выходного сигнала, второго выходного сигнала и третьего выходного сигнала. Система может дополнительно содержать впускной дроссель, при этом машиночитаемые команды дополнительно включают в себя команды на открытие впускного дросселя до включения датчика содержания кислорода в отработавших газах для генерирования третьего выходного сигнала.
Следует отметить, что рассмотренные здесь типовые программы управления и оценки можно использовать для разных конфигураций двигателя и/или транспортной системы. Изложенные выше способы и программы управления могут храниться в виде исполняемых команд в долговременной памяти и осуществляться управляющей системой, в состав которой входит контроллер в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и прочим оборудованием двигателя. Описанные здесь конкретные программы могут характеризовать одну или более из любого количества стратегий обработки типа управляемых событиями, управляемых прерываниями, многозадачных, многопоточных и т.п. При этом различные проиллюстрированные здесь действия, операции и/или функции могут быть осуществлены в рассмотренной последовательности или параллельно, либо, в ряде случаев, опущены. Подобным же образом, порядок обработки не обязательно должен обеспечивать достижение признаков и преимуществ описанных здесь типовых вариантов осуществления и был изложен лишь для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из описанных здесь действий, операций и/или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой методики. Кроме того, описанные здесь действия, операции и/или функции могут графически отображать код, запрограммированный в долговременной памяти машиночитаемого носителя в системе управления двигателем, причем описанные действия осуществляются посредством выполнения команд в системе, включающей в себя различные компоненты оборудования двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует иметь в виду, что описанные здесь конфигурации и стандартные программы являются по своей природе лишь иллюстративными примерами, так что эти конкретные варианты осуществления не следует рассматривать как единственно возможные, поскольку допускаются самые разнообразные модификации. Так, например, описанную выше технологию можно применить для таких типов двигателей, как V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитный четырехцилиндровый и др. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и субкомбинации различных систем и конфигураций, а также иные описанные выше признаки, функции и/или свойства.
В прилагаемой формуле изобретения демонстрируются некоторые комбинации и субкомбинации, считающиеся новыми и неочевидными. В пунктах формулы могут иметься ссылки на «какой-либо» или «первый» элемент или на его эквивалент. Эти пункты следует понимать как подразумевающие присоединение одного или более таких элементов, без требования при этом наличия или исключения двух или более таких элементов. Могут быть заявлены и другие комбинации и субкомбинации раскрытых здесь признаков, функций, элементов и/или свойств путем изменения данной формулы изобретения или путем представления новой формулы в этой или родственной заявке. Такая формула, будь она шире, уже, такой же или отличной по объему притязаний от первоначальной формулы изобретения, тоже будет считаться включенной в предмет настоящего изобретения.