СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ПРЕЖДЕВРЕМЕННОГО ЗАЖИГАНИЯ
METHOD (OPTIONS) AND SYSTEM FOR CONTROL OF EARLY IGNITION

Область техники
Настоящее раскрытие в целом относится к способам и системам управления двигателем автомобиля с целью снижения количества событий преждевременного зажигания.
Уровень техники/Сущность изобретения
При определенных эксплуатационных условиях в цилиндрах двигателя может происходить пропуск зажигания или запоздалое зажигание. Пропуски зажигания или запоздалое зажигание могут повысить содержание горячих остаточных отработавших газов, попадающих в соседний цилиндр во время периодов перекрытия кулачков или клапанов. В таких ситуациях присутствие горячих остаточных газов может привести к пропуску зажигания и преждевременному зажиганию в соседнем цилиндре. Преждевременное зажигание может создать очень высокое давление в цилиндре, что может привести к скачкам давления при сгорании, подобным детонации, но с большей интенсивностью.
Кроме того, в двигателях с наддувом события позднего сгорания, при которых сгорание происходит позже, чем требуется, также могут привести к преждевременному зажиганию. В частности, позднее сгорание может послужить причиной высокого давления и высоких температур в выпускном коллекторе, а также к повышенному содержанию остаточных отработавших газов. Повышенное давление в выпускном коллекторе может превысить давление пружины выпускного клапана и потенциально привести к открытию выпускных клапанов соседних цилиндров, заполняя цилиндр горячими остаточными газами и повышая вероятность преждевременного зажигания в соседних цилиндрах. Проблема может усугубляться в выпускных коллекторах малого объема, например, используемых в системах двигателей с турбонагнетателем для минимизации времени до достижения крутящего момента. В связи с этим, события преждевременного зажигания могут привести к снижению эксплуатационных характеристик двигателя и ухудшению технического состояния двигателя.
Различные подходы были разработаны для уменьшения числа подобных событий преждевременного зажигания по причине позднего сгорания. Один из примерных подходов показан Глугла (Glugla) и соавт. в патентном документе US 20150167573. В соответствии с данным примером, в ответ на событие преждевременного зажигания или позднего сгорания в первом цилиндре, определяется второй соседний цилиндр, в который с большей степенью вероятности попадут горячие остаточные газы из первого цилиндра. В данной ситуации до того, как произойдет преждевременное зажигание, во втором цилиндре предпринимается одно или несколько действий, направленных на подавление преждевременного зажигания.
Однако авторы изобретения идентифицировали возможные проблемы, связанные с таким подходом. В качестве примера, цилиндр, в который поступают горячие остаточные газы, идентифицируют в зависимости от фактического места, величины значения и момента пикового давления отработавших газов. Например, в подходе Глугла для определения цилиндра, в который поступают остаточные газы, может использоваться среднее значение давления отработавших газов. Однако из-за пульсации давления отработавших газов мгновенное значение давления отработавших газов может существенно отличаться от среднего значения давления, что приводит к ошибкам при идентификации цилиндра, в который поступают остаточные газы. Другие переменные, такие как частота вращения двигателя, момент зажигания и фазы газораспределения, также могут влиять на передаточное запаздывание, происходящее между образованием и выпуском горячих остаточных газов из первого цилиндра и их непреднамеренным поступлением во второй цилиндр. В соответствии с другим примером, подход Глугла может предусматривать действия, направленные на подавление преждевременного зажигания (такие как повышение степени обогащения для подавления преждевременного зажигания или увеличение продолжительности обогащения) во втором цилиндре, более агрессивные, что обусловлено фактическим объемом остаточных газов, поступивших в цилиндр. В результате может повыситься расход топлива.
Авторы настоящего изобретения выявили, что путем определения профиля давления отработавших газов для каждого из цилиндров при помощи измерения давления отработавших газов в цилиндре во время срабатывания выпускного клапана можно с более высокой степенью точности определить момент и место выпуска остаточных газов, объем и температуру горячих остаточных газов, а также в какие из цилиндров будут попадать остаточные газы. В соответствии с одним примером, описанные выше проблемы по меньшей мере частично могут быть решены способом подавления преждевременного зажигания, содержащим: индикацию неизбежного преждевременного зажигания в цилиндре в зависимости от объема поступивших или образовавшихся в цилиндре остаточных газов, причем объем остаточных газов основан на давлении отработавших газов и давлении во впускном коллекторе; и регулировку подачи топлива в цилиндр на основе индикации, а также в зависимости от объема остаточных газов. Таким образом, может быть снижено число событий пропуска зажигания и преждевременного зажигания по причине позднего сгорания.
В качестве примера, профиль давления отработавших газов может быть определен для каждого из цилиндров при помощи измерения давления отработавших газов (на выпускном окне) для каждого из цилиндров во время соответствующих событий срабатывания выпускного клапана. Профиль может включать в себя мгновенные измеренные значения давления отработавших газов для каждой точки во время срабатывания выпускного клапана так же, как и пиковое и среднее значение давления отработавших газов. На основании профиля давления для каждого из цилиндров контроллер двигателя может определить, имело ли место событие пропуска зажигания или позднего сгорания. В дополнение, контроллер может определять объем, место и температуру остаточных газов, выпущенных из цилиндра, в котором произошел пропуск зажигания или позднее сгорание, путем сопоставления давления отработавших газов с давлением во впускном коллекторе. В зависимости от конфигурации двигателя, порядка зажигания в цилиндрах и фаз газораспределения для каждого из цилиндров может быть идентифицирован цилиндр, в который вероятнее всего попадут остаточные газы. Далее, на основании объема и температуры выпущенных остаточных газов контроллер может также установить, поступят ли остаточные газы в идентифицированный цилиндр (например, путем сопоставления силы давления, созданной остаточными газами, и силы пружины, удерживающей на месте седло клапана). При поступлении остаточных газов в зависимости от температуры и объема поступивших остаточных газов может быть отрегулировано действие, направленное на подавление преждевременного зажигания в идентифицированном цилиндре. Дополнительно, может быть обновлена оценка внутренней РОГ в цилиндрах, выпускающих и получающих остаточные газы, что позволяет соответственно регулировать такие эксплуатационные параметры цилиндра, как момент зажигания и внешняя РОГ.
Таким образом, путем оценки пульсаций давления отработавших газов в каждом из цилиндров двигателя можно с более высокой степенью точности определить объем остаточных газов, выпускаемых из цилиндра и поступающих в другой цилиндр. Техническим эффектом использования мгновенных и пиковых измеренных значений давления отработавших газов во время срабатывания выпускного клапана цилиндра вместо среднего значения давления отработавших газов является возможность получения более высокого отношения сигнал/шум, что облегчает идентификацию цилиндров, в которых происходит пропуск зажигания или позднее сгорание, а также других цилиндров, подверженных воздействию остаточных газов, поступающих из цилиндров с пропущенным зажиганием или поздним сгоранием. Проблема преждевременного зажигания по причине позднего сгорания / пропуска зажигания может быть решена более эффективно путем выполнения регулировки, направленной на подавление преждевременного зажигания в цилиндре, идентифицированном, как получающем остаточные газы. Техническим эффектом регулировки подачи топлива и/или зажигания в подверженном воздействию цилиндре в зависимости от объема и температуры остаточных газов, полученных из него, является возможность устранения преждевременного зажигания без ущерба для расхода топлива. В частности, регулировка подачи топлива и зажигания может быть с высокой точностью согласована со степенью преждевременного зажигания, ожидаемой на основании остаточных газов. Также дополнительно, при использовании профиля давления отработавших газов для выявления пропусков зажигания снижается число ложных индикаций наличия пропусков зажигания. Таким образом можно снизить ухудшение технического состояния двигателя, вызванное преждевременным зажиганием по причине пропуска зажигания и позднего сгорания.
Следует понимать, что вышеуказанное краткое описание приведено лишь для упрощенного представления концепций, которые далее раскрывают более подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Раскрытие изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивают вариантами осуществления, устраняющими какие-либо вышеуказанные недостатки или недостатки в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание чертежей
На ФИГ. 1 показана схема двигателя внутреннего сгорания.
На ФИГ. 2-3 представлены различные примеры фаз газораспределения для цилиндра.
На ФИГ. 4 представлено примерное расчетное давление отработавших газов в цилиндре.
На ФИГ. 5 представлена высокоуровневая блок-схема примерного способа идентификации, основанного на профиле давления отработавших газов, выпуске остаточных газов из цилиндра с пропуском зажигания и поступлении остаточных газов в соседний цилиндр.
На ФИГ. 6 представлена примерная идентификация открытия выпускного клапана в соседнем цилиндре по причине поступления остаточных газов из цилиндра с поздним сгоранием или пропуском зажигания, а также примерные регулировки момента зажигания и впрыска топлива в соответствии с настоящим раскрытием.
Раскрытие изобретения
Следующее раскрытие относится к системам и способам выявления подачи горячих остаточных газов в цилиндр по причине позднего сгорания или пропуска зажигания в соседнем цилиндре, а также к регулировке зажигания и/или впрыска топлива в подверженный воздействию цилиндр с целью снижения числа событий преждевременного зажигания по причине позднего сгорания или пропуска зажигания. В двигателях, выполненных с небольшими выпускными коллекторами, такими как двигательные системы, представленные на ФИГ. 1, остаточные газы, образовавшиеся в результате позднего сгорания в первом цилиндре, могут послужить причиной повышения давления в выпускном коллекторе до такого уровня, что остаточные газы принудительно поступают во второй соседний цилиндр. Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью контроля давления отработавших газов для каждого из цилиндров во время срабатывания выпускного клапана, как определено на основании фаз газораспределения (ФИГ. 2-3), для определения профилей давления отработавших газов, как представлено на ФИГ. 4. На основании профиля давления отработавших газов контроллер двигателя может выполнять управляющие алгоритмы, такие как примерный алгоритм на ФИГ. 5, для определения объема и температуры остаточных газов, образованных и выпущенных из первого цилиндра, в котором имел место пропуск зажигания / позднее сгорание, а также объема и температуры остаточных газов, поступивших во второй соседний цилиндр. Контроллер может также отрегулировать зажигание и/или впрыск топлива во второй цилиндр соответственно объему и температуре остаточных газов, поступивших во второй цилиндр, что также определяется на основании профиля давления отработавших газов. Примерные профили давления остаточных газов и регулировки впрыска топлива описаны со ссылкой на ФИГ. 6. Таким образом можно снизить ухудшение состояния двигателя по причине событий преждевременного зажигания.
На ФИГ. 1 представлена схема двигателя 10 внутреннего сгорания с одним или несколькими цилиндрами, который может быть использован как часть движительной системы автомобиля. Двигателем 10 можно управлять по меньшей мере частично с помощью управляющей системы, содержащей контроллер 12, а также посредством команд водителя 130 автомобиля, подаваемых через устройство 132 ввода. В этом примере устройство 132 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала положения педали (ПП). Камера 30 сгорания (т.е. цилиндр) двигателя 10 может включать в себя стенки 136 камеры сгорания с поршнем 138, расположенным внутри них. Поршень 138 может быть соединен с коленчатым валом 140 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 140 может быть соединен по меньшей мере с одним приводным колесом транспортного средства через промежуточную трансмиссионную систему. Дополнительно, электродвигатель стартера может быть соединен с коленчатым валом 140 через маховик, чтобы обеспечить возможность запуска двигателя 10.
Цилиндр 30 может получать входной воздух через ряд впускных воздушных каналов 142, 144 и 146. Впускной воздушный канал 146 может быть выполнен с возможностью сообщения с другими цилиндрами двигателя 10 помимо цилиндра 30. В некоторых вариантах осуществления один или несколько впускных каналов могут включать в себя нагнетающее устройство, такое как турбонагнетатель или нагнетатель. Например, ФИГ. 1 иллюстрирует двигатель 10, выполненный с возможностью установки турбонагнетателя с компрессором 174, установленным между впускными каналами 142 и 144, а также газовой турбиной 176, установленной на выпускном канале 148. Компрессор 174 может по меньшей мере частично быть приведен в действие газовой турбиной 176 через вал 180, если устройство наддува выполнено как турбонагнетатель. Однако в других примерах, в которых двигатель 10 оснащен нагнетателем, газовая турбина 176 не является обязательной и может не использоваться, если компрессор 174 может быть приведен в действие механически при помощи двигателя. Дроссель 20, содержащий дроссельную заслонку 164, может быть установлен на впускном канале двигателя для изменения расхода и/или давления впускного воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 20 может быть установлен ниже по потоку от компрессора 174, как показано на ФИГ. 1, или в другом варианте осуществления он может быть установлен выше по потоку от компрессора 174.
Отработавшие газы могут поступать в выпускной канал 148 из других цилиндров двигателя 10 дополнительно к цилиндру 30. В одном из примеров выпускной канал 148 может получать отработавшие газы от всех цилиндров двигателя 10. Однако в некоторых вариантах осуществления отработавшие газы от одного или нескольких цилиндров могут быть направлены в первый выпускной канал, тогда как отработавшие газы от одного или нескольких других цилиндров (оставшиеся цилиндры) могут быть направлены во второй отличающийся выпускной канал, причем указанные выпускные каналы сходятся далее по потоку в точке или после устройства контроля токсичности. Датчик 128 отработавших газов показан в соединении с выпускным каналом 148 выше по потоку от устройства 178 контроля токсичности. Датчик 128 может быть выбран из разных подходящих датчиков, обеспечивающих обнаружение воздушно-топливного отношения в отработавших газах, как, например, линейный датчик кислорода или УДКОГ (универсальный или широкополосный датчик содержания кислорода в отработавших газах), датчик кислорода с двумя состояниями или ДКОГ (датчик содержания кислорода в отработавших газах) (как показано), НДКОГ (нагреваемый датчик содержания кислорода в отработавших газах), датчик оксидов азота, НС или СО. Устройство 178 контроля токсичности может представлять собой трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (ТКН), накопителем оксидов азота, иными различными устройствами контроля токсичности или их комбинациями.
Температура отработавших газов может быть измерена одним или несколькими датчиками температуры (не показаны), расположенными в выпускном канале 148. В других случаях температура отработавших газов может определяться на основании эксплуатационных параметров двигателя, таких как частота вращения, нагрузка, воздушно-топливное отношение (ВТО), запаздывание зажигания и т.д. Кроме того, температура отработавших газов может быть рассчитана одним или несколькими датчиками 128 температуры отработавших газов. Следует помнить о том, что температура отработавших газов может быть альтернативно оценена комбинацией перечисленных в настоящем документе способов определения.
Каждый цилиндр двигателя 10 может содержать один или несколько впускных клапанов и один или несколько выпускных клапанов. Например, цилиндр 30 изображен как минимум с одним впускным тюльпанообразным клапаном 150 и как минимум с одним выпускным тюльпанообразным клапаном 156, установленными в верхней части цилиндра 30. В некоторых вариантах осуществления каждый из цилиндров двигателя 10, в том числе цилиндр 30, может содержать минимум два впускных тюльпанообразных клапана, установленных в верхней части цилиндра.
Управление впускным клапаном 150 может быть осуществлено контроллером 12 путем приведения в действие кулачка посредством системы 151 кулачкового привода. Подобным же образом управление выпускным клапаном 156 может быть осуществлено контроллером 12 посредством системы 153 кулачкового привода. Системы 151 и 153 кулачкового привода могут включать в себя один или несколько кулачков и могут применять одну или несколько систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения клапанов (ИФГ) и/или изменения подъема клапанов (ИВПК), которыми может управлять контроллер 12 для регулировки работы клапанов. Положение впускного клапана 150 и выпускного клапана 156 может определяться с помощью датчиков 155 и 157 положения клапана соответственно. В других вариантах осуществления управление впускным и/или выпускным клапаном может быть осуществлено посредством системы электропривода клапанов. Например, цилиндр 30, в качестве альтернативы, может содержать впускной клапан, управляемый с помощью электропривода клапанов, и выпускной клапан, управляемый с помощью кулачкового привода, предусматривающий систему ППК и/или систему ИФКР. В других вариантах впускным и выпускным клапанами можно управлять с помощью общего привода клапанов или приводной системы, или с помощью привода системы изменения фаз газораспределения или приводной системы.
Цилиндр 30 может иметь степень сжатия, представляющую собой соотношение объемов, соответствующих нахождению поршня 138 в нижней точке и нахождению поршня в верхней точке. Традиционно степень сжатия находится в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах, при использовании различных видов топлива, степень сжатия может быть выше. Это может происходить, например, при использовании видов топлива с более высоким октановым числом или с более высокой скрытой энтальпией парообразования. Степень сжатия может также быть увеличена, если используют непосредственный впрыск топлива, что обусловлено его влиянием на детонацию при работе двигателя.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу зажигания 192 для инициирования процесса сгорания. Система 190 зажигания может обеспечивать искру зажигания для камеры 30 сгорания через свечу 192 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания ОЗ от контроллера 12, при выбранных рабочих режимах. Как отмечается в настоящем раскрытии, в связи с образованием остаточных газов по причине позднего сгорания или пропуска зажигания в первом цилиндре зажигание во втором цилиндре, в который поступают остаточные газы из первого цилиндра, может быть отключено с целью предотвращения неизбежного преждевременного зажигания.
Датчик 123 давления отработавших газов расположен в выпускном канале или окне, через которое отработавшие газы покидают цилиндр 30. Датчик 123 давления отработавших газов может быть расположен внутри головки 149 цилиндра или в выпускном коллекторе 148. В соответствии с одним примерным вариантом осуществления изобретения, в котором двигатель выполнен с возможностью рециркуляции РОГ высокого давления с выпуска на впуск двигателя, датчик 123 давления отработавших газов можно использовать для измерения циркулирующего объема РОГ высокого давления. В соответствии с другим примером, датчик 123 давления отработавших газов можно использовать для определения нагрузки на устройство контроля токсичности, расположенного ниже по потоку, например, бензинового сажевого фильтра. Как описано в настоящем раскрытии, датчик 123 давления отработавших газов также можно использовать для измерения давления газов в цилиндре во время срабатывания клапана и определения объема остаточных газов, создаваемых в цилиндре и выпускаемых из цилиндра, а также поступающих в цилиндр из цилиндра, испытывающего пропуск зажигания или позднее сгорание.
В соответствии с одним примером, в котором общий выпускной коллектор используется всеми цилиндрами, один датчик 123 давления отработавших газов моет быть расположен в выпускном коллекторе в месте, обеспечивающем приемлемое отношение сигнал/шум от всех цилиндров. В соответствии с другими примерами, в которых двигатель включает в себя раздвоенный или разделенный выпускной коллектор (например, коллекторы двигательных систем, оснащенных турбонагнетателем с двойной улиткой), датчик 123 давления отработавших газов может быть подсоединен к каждому из отдельных выпускных каналов и может быть выполнен с возможностью оценки остаточных газов, поступающих только из/в цилиндры, связанные с данными конкретными выпускными каналами или ответвлениями. В соответствии с другими примерами, датчик 123 давления отработавших газов может быть подсоединен к каждому цилиндру, тем самым обеспечивая высокое отношение сигнал/шум и меньшее время передаточного запаздывания.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с возможностью содержания одной или нескольких топливных форсунок для впрыска топлива в цилиндры. В качестве неограничивающего примера цилиндр 30 изображен с одной топливной форсункой 166. Топливная форсунка 166 изображена в непосредственном соединении с цилиндром 30 для непосредственного впрыска топлива пропорционально длительности топливного импульса сигнала ДТИ, полученного от контроллера 12 через электронный драйвер 168. Таким образом, топливная форсунка 166 обеспечивает то, что известно, как непосредственный впрыск (НВ) топлива в цилиндр 30 сгорания. Хотя на ФИГ. 1 показана форсунка 166 в виде боковой форсунки, однако она также может быть установлена над поршнем, например, рядом со свечой 192 зажигания. Такое положение может улучшать смешивание и сгорание, когда двигатель работает на спиртовом топливе, поскольку некоторые виды спиртового топлива имеют более низкую испаряемость. В альтернативном варианте осуществления топливная форсунка может быть установлена над и рядом с впускным клапаном для улучшения смесеобразования. Следует помнить о том, что в другом варианте осуществления форсунка 166 может представлять собой топливную форсунку распределительного впрыска, подающую топливо во впускное окно выше по потоку от цилиндра 30.
Следует понимать, что в других вариантах осуществления изобретения указанный двигатель может работать с применением впрыска топливной смеси регулируемого состава или жидкости, предназначенной для подавления детонации / преждевременного зажигания через две форсунки (форсунку 166 непосредственного впрыска и форсунку распределенного впрыска), и изменения относительного количества впрыска для каждой форсунки.
Топливо может быть подано в топливную форсунку 166 топливной системой 80 высокого давления, включающей в себя топливные баки, топливные насосы и топливную рампу. В других случаях топливо может быть подано при пониженном давлении с помощью одноступенчатого топливного насоса, и в таком случае момент непосредственного впрыска топлива может быть более ограничен на такте сжатия, чем при использовании топливной системы высокого давления. В дополнение, топливные баки (не показано) могут содержать датчик давления, подающий сигнал в контроллер 12.
Топливо может быть подано в цилиндр(ы) форсункой во время одного цикла цилиндра. Кроме того, распределение и/или относительное количество топлива, подаваемого форсункой(форсунками), может изменяться в зависимости от условий работы. Например, распределение может быть изменено вместе с темпом изменения заряда воздуха в цилиндрах, при наличии аномального события сгорания в цилиндре (такого как пропуск зажигания, детонация или преждевременное зажигание). Кроме того, для одного события сгорания топлива может быть выполнено несколько актов впрыска топлива в течение одного цикла. Несколько событий впрыска могут быть произведены во время такта сжатия, такта впуска или в любой подходящей их комбинации.
Как раскрыто выше, ФИГ. 1 изображает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Соответственно, каждый из цилиндров может таким же образом включать в себя собственный комплект впускных / выпускных клапанов, топливную форсунку (форсунки), свечу зажигания и т.д.
Топливные баки в топливной системе 80 могут содержать топливо или жидкости, предназначенные для подавления детонации / преждевременного зажигания с различными свойствами, например, различным составом. Данные различия могут подразумевать разное содержание спирта, воды, разные октановые числа, разную теплоту парообразования, разные топливные смеси и/или их комбинации и тому подобное. В одном из примеров топлива или жидкости, предназначенные для подавления детонации / преждевременного зажигания, с различным содержанием спирта могут включать в себя одно топливо, являющееся бензином, и другое топливо, являющееся этанолом или метанолом. В другом примере в двигателе можно использовать бензин в качестве первого вещества и спиртосодержащую топливную смесь, такую как Е85 (состоящую приблизительно из 85% этанола и 15% бензина) или М85 (состоящую приблизительно из 85% метанола и 15% бензина), в качестве второго вещества. Другими спиртосодержащими видами топлива могут быть смеси спирта и воды, смеси спирта, воды, бензина и т.д. В другом примере оба вида топлива могут быть спиртовыми смесями, причем первым топливом может быть смесь с более низким содержанием спирта по сравнению со смесью бензина и спирта второго топлива с большим содержанием спирта, например, первое топливо Е10 (приблизительно 10% этанола) и второе топливо Е85 (приблизительно 85% этанола). Еще в одном примере одна из жидкостей может содержать воду, тогда как вторая жидкость может представлять собой бензин или смесь спирта. В качестве дополнения первое и второе топлива также могут различаться по другим качествам топлива, таким как разная температура, вязкость, октановое число, скрытая энтальпия парообразования и т.д. Другие жидкости для подавления преждевременного зажигания могут содержать воду, метанол, жидкость стеклоочистителя (представляющую собой смесь, состоящую приблизительно из 60% воды и 40% метанола) и т.п.
Более того, характеристики топлива или жидкости для подавления преждевременного зажигания, хранящейся в топливных баках, могут часто варьироваться. В одном из примеров водитель может заполнить топливный бак в один день топливом Е85, в следующий день - топливом Е10, а в следующий - Е50. Ежедневные изменения при заправке бака могут, таким образом, приводить к частому изменению состава топлива, тем самым влияя на состав топлива, подаваемого форсункой 166.
Двигатель 10 может также включать в себя один (как изображено) или несколько датчиков 90 детонации, распределенных по корпусу двигателя (напр., вдоль блока цилиндров). При наличии множества датчиков детонации они могут быть распределены симметрично или асимметрично по блоку цилиндров двигателя. Датчик 90 детонации может являться акселерометром, ионизационным датчиком или датчиком вибраций. В соответствии с одним примером, контроллер 12 может быть выполнен с возможностью выявления и отличия вибраций блока цилиндров, возникающих по причине ненормальных событий сгорания, таких как детонация и преждевременное зажигание, от принудительного открытия (и последующего резкого закрытия) выпускного клапана цилиндра на основании показаний (напр., момента, амплитуды, интенсивности, частоты сигнала и т.д.) одного или нескольких датчиков 90 детонации. Контроллер может производить оценку показаний датчиков в разных временных окнах, характерных для каждого цилиндра и основанных на характере выявленных вибраций. Например, вибрации, возникшие в результате принудительного открытия выпускного клапана цилиндра остаточными газами, выпущенными цилиндром с поздним сгоранием, могут быть идентифицированы при помощи показаний датчика детонации, измеренных во временном окне относительно позже во время открытого состояния выпускного клапана цилиндра с поздним сгоранием. Для сравнения, ненормальные события сгорания, происходящие в работающем цилиндре, могут быть идентифицированы по показаниям датчика детонации, измеренным во временном окне относительно раньше во время открытого состояния выпускного клапана цилиндра с поздним сгоранием. В одном из примеров окнами, во время которых измеряют сигналы детонации, могут являться окна угла поворота коленчатого вала.
В соответствии с другими примерами, контроллер 12 может быть выполнен с возможностью выявления и отличия вибраций на основании показаний (напр., момента, амплитуды, интенсивности, частоты сигнала и т.д.) одного или нескольких датчиков детонации, а также на основании скорости изменения параметра, отражающего наполнение цилиндра воздухом, такого как скорость изменения давления воздуха коллектора (ДВК) и т.д.
Следует понимать, что в то время как ФИГ. 1 предполагает использование датчиков детонации для выявления вибраций блока цилиндров и принудительного впуска остаточных газов в цилиндр, в соответствии с альтернативными примерами, для выявления вибраций можно использовать другие акселерометры, датчики вибраций или давления внутри цилиндра. Более того, акселерометры, датчики вибрации, датчики давления в цилиндрах и датчики ионизации могут также быть использованы для индикации пропуска зажигания в цилиндре и отличия пропуска зажигания в цилиндре от детонации или преждевременного зажигания.
Событие пропуска зажигания или позднего сгорания также может быть выявлено на основании колебаний частоты вращения двигателя и/или пульсаций давления на выпускном окне цилиндра, измеренных датчиком давления, таким как датчик 123 давления. В частности, пульсации давления отработавших газов можно измерять для каждого из цилиндров во время срабатывания выпускного клапана (а не во время других времен) при помощи датчиков давления в выпускном окне, предусмотренных для каждого цилиндра. На основании получаемого профиля давления отработавших газов для каждого из цилиндров (включая в себя мгновенное давление, пиковое давление и среднее давление во время срабатывания выпускного клапана), а также на основании фаз газораспределения цилиндра, контроллер может произвести оценку объема и температуры остаточных газов, образованных в каждом из цилиндров. Путем сопоставления силы давления образованных остаточных газов и силы пружины, удерживающей выпускной клапан в седле контроллер может также определить вероятность открытия выпускного клапана цилиндра образованными остаточными газами, и, в случае такой вероятности, определить объем остаточных газов и цилиндр, в который с большей степенью вероятности попадут эти остаточные газы. Например, во второй цилиндр с открытым впускным клапаном могут попасть остаточные газы из первого цилиндра, выпускной клапан которого принудительно открыт остаточными газами. В дополнение, на основании профиля давления отработавших газов контроллер может определить температуру остаточных газов во втором цилиндре и отрегулировать зажигание и/или подачу топлива во второй цилиндр для предотвращения неизбежного преждевременного зажигания по причине поступления остаточных газов.
Во время работы двигателя каждый цилиндр двигателя 10 обычно проходит четырехтактный цикл, содержащий такт впуска, такт сжатия, рабочий такт и такт выхлопа. Обычно во время такта впуска выпускной клапан 156 закрывают, а впускной клапан 150 открывают. Воздух поступает в камеру 30 сгорания через впускной коллектор 144 и поршень 138 движется к низу цилиндра, чтобы увеличить объем внутри камеры 30 сгорания. Положение, в котором поршень 138 находится рядом с дном цилиндра и в конце своего хода (например, когда камера 30 сгорания имеет наибольший объем), специалисты в данной области техники обычно называют нижней мертвой точкой (НМТ). Во время такта сжатия впускной клапан 150 и выпускной клапан 156 закрыты. Поршень 138 переходит к головке цилиндра, чтобы сжать воздух внутри камеры 30 сгорания. Точку, в которой поршень 138 находится в конце своего хода и наиболее близко к головке цилиндра (например, когда камера 30 сгорания имеет наименьший объем), специалисты в данной области техники обычно называют верхней мертвой точкой (ВМТ). В процессе, в дальнейшем именуемом впрыском, в камеру сгорания подают топливо. В процессе, в дальнейшем именуемом зажиганием, впрыскиваемое топливо воспламеняют при помощи известных средств зажигания, таких как свеча 192 зажигания, что приводит к его сгоранию. Во время рабочего такта расширяющиеся газы толкают поршень 138 обратно к НМТ. Коленчатый вал 140 преобразует движение поршня в крутящий момент вращающегося вала. Наконец, во время такта выхлопа выпускной клапан 156 открывают, чтобы выпустить сгоревшую воздушно-топливную смесь в выпускной коллектор 148, и поршень возвращается в ВМТ. Следует принять во внимание, что приведенное выше описание представляет собой просто пример, и что время открытия и/или закрытия впускного и выпускного клапанов может быть изменено с целью обеспечения положительного или отрицательного перекрытия клапанов, позднего закрытия впускного клапана или других примеров.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 1 в виде микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорное устройство 106, порты 108 ввода / вывода, электронное запоминающее устройство для исполняемых программ и калибровочных значений, показанное в данном конкретном примере в виде чипа 110 постоянного запоминающего устройства, оперативное запоминающее устройство 112, энергонезависимое запоминающее устройство 114 и шину данных. Контроллер 12 способен принимать различные сигналы отдатчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к вышеуказанным сигналам, в том числе: данные массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 122 массового расхода воздуха; данные датчика 123 давления в выпускном окне, данные температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 116 температуры, соединенного с рубашкой 118 охлаждения; сигнал профиля зажигания (СПЗ) от датчика 120, использующего эффект Холла, соединенного с коленчатым валом 140; данные положения дроссельной заслонки (ПДЗ) от датчика положения дроссельной заслонки; сигнал давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 124; данные воздушно-топливного отношения (ВТО) от датчика 128 кислорода (ДКОГ); данные об аномальных условиях сгорания отдатчика 90 детонации и датчика ускорения вращения коленчатого вала. На основе сигнала ПЗ контроллер 12 может генерировать сигнал частоты вращения двигателя, ЧВД. Сигнал давления в коллекторе ДВК, поступающий от датчика давления в коллекторе, может быть использован для обнаружения разрежения или о давлении во впускном коллекторе. Другие датчики, например, датчики детонации, датчики давления в цилиндрах и/или датчики преждевременного зажигания могут быть соединены с двигателем 10 (например, с корпусом двигателя), чтобы помочь идентифицировать аномальные события сгорания. Контроллер 12 принимает сигналы от разных датчиков на ФИГ. 1, и использует разные приводы на ФИГ. 1, для регулирования работы двигателя на основании принимаемых сигналов и команд, заложенных в память контроллера. Например, контроллер может отрегулировать момент зажигания и/или продолжительность импульса топливной форсунки на основании профиля давления отработавших газов цилиндра, оцененного на основании показаний датчика 123 давления в выпускном окне.
Постоянное запоминающее устройство 110 электронного носителя данных может быть запрограммировано с помощью машиночитаемых данных, представляющих собой инструкции, выполняемые микропроцессором 106, для осуществления способов, раскрываемых далее, а также других вариантов, предвиденных, но не указанных в конкретном виде.
Что касается ФИГ. 2, на ней представлена первая круговая диаграмма фаз газораспределения, иллюстрирующая интервалы измерения давления отработавших газов. Фазы газораспределения, представленные на ФИГ. 2, можно использовать для системы, представленной на ФИГ. 1, а проиллюстрированные интервалы измерений соответствуют способу, представленному на ФИГ. 5.
Внутреннее кольцо 202 представляет расчетное время открытия впускного клапана для четырехтактного двигателя, представленного на Фиг. 1. Наружное кольцо 204 представляет расчетное время открытия выпускного клапана для четырехтактного двигателя, представленного на Фиг. 1. Положения верхней мертвой точки (ВМТ) такта сжатия и выхлопа показаны в верхней части вертикальной линии 201. Подобным образом положения нижней мертвой точки (НМТ) такта впуска и рабочего такта показаны в нижней части вертикальной линии 201. Открытие впускного клапана обозначено как ОВпК, закрытие впускного клапана обозначено как ЗВпК, открытие выпускного клапана обозначено как ОВК, а закрытие выпускного клапана обозначено как ЗВК. Таким образом, ОВпК происходит во время такта выхлопа и впускной клапан остается открытым во время такта впуска до первой порции такта сжатия. ОВК происходит во время рабочего такта и выпускной клапан остается до первой порции такта впуска. В данном примере ОВК составляет 50° до НМТ такта выхлопа, а ЗВК составляет 19° за ВМТ такта выхлопа. ОВпК составляет 15° до ВМТ такта впуска, а ЗВпК составляет 35° за НМТ такта впуска, причем градусы соответствуют градусам угла поворота коленчатого вала.
В соответствии со способом на ФИГ. 5, датчик давления отработавших газов, расположенный в выпускном окне цилиндра, может производить измерения во время открытия выпускного клапана. На ФИГ. 2 выпускной клапан находится в открытом положении в течение периода 210 времени и периода 212 времени. Тем не менее, в соответствии с некоторыми примерами, измерение давления отработавших газов может не производиться во время периода 212 перекрытия при открытии впускного и выпускного клапана. Во время перекрытия впускного и выпускного клапана давление отработавших газов может возрастать, если давление впускного коллектора выше давления отработавших газов. Таким образом, положительное давление во впускном коллекторе может влиять на давление отработавших газов. Измерение давления отработавших газов может производиться в зависимости от положения коленчатого вала или времени, прошедшего с момента открытия выпускного клапана. Если измерение производят в зависимости от положения коленчатого вала, то замеры давления можно производить при определенном значении угла поворота коленчатого вала. В другом случае замеры давления могут производиться в течение периода 212 и затем могут быть сброшены или не использованы для определения интегрального или пикового давления отработавших газов. Следовательно, в соответствии с настоящим примером, замер датчика давления отработавших газов может производиться между 50° до НМТ такта выхлопа и 19° за ВМТ такта выхлопа. В альтернативном случае, в соответствии с настоящим примером, замер датчика давления отработавших газов может производиться между 50° до НМТ такта выхлопа и 15° до ВМТ такта впуска.
Что касается ФИГ. 3, на ней представлена вторая круговая диаграмма фаз газораспределения, иллюстрирующая интервалы измерения давления отработавших газов. Фазы газораспределения, представленные на ФИГ. 3, могут быть использованы для системы, представленной на ФИГ. 1, а проиллюстрированные интервалы измерений соответствуют способу, представленному на ФИГ. 5. Внутреннее кольцо 202 и наружное кольцо 204 представляют тот же впускной и выпускной клапан, как представлено на ФИГ. 2. Однако во втором примере на ФИГ. 3 фазы газораспределения выпускного клапана смещены в позднюю сторону на 20° для того, чтобы ОВК происходило в положении между 30° до НМТ такта выхлопа и 39° за ВМТ такта выхлопа. В дополнение, продолжительность перекрытия при открытии впускного и выпускного клапана увеличивается по причине запаздывания фазы газораспределения выпускного клапана. В частности, продолжительность перекрытия увеличивается с 34° до 54°. В соответствии со способом на ФИГ. 5, измерение давления отработавших газов может производиться во время периода 310 на ФИГ. 3. Также измерение давления отработавших газов может производиться или быть прекращено во время периода 312 в соответствии с ФИГ. 5. Таким образом, в примерах, в которых измерение прекращается во время перекрытия, интервал измерения давления отработавших газов уменьшается с окна измерения 215° до 195° между окном измерения давления отработавших газов (напр., 210 и 212), представленным на ФИГ. 2, и окном измерения давления отработавших газов (напр., 310 и 312), представленным на ФИГ. 3. Путем регулировки окна измерения давления отработавших газов может быть сформирован профиль давления отработавших газов, наиболее точно характеризующий остаточные газы, образованные и/или выпущенные в результате позднего сгорания. В результате, можно с большей степенью точности прогнозировать и принимать своевременные меры по подавлению пропусков зажигания, происходящих по причине позднего сгорания, а также преждевременного зажигания, вызванного событием позднего сгорания или пропуска зажигания.
Что касается ФИГ. 4, на ней представлен график расчетных значений давления отработавших азов. График включает в себя вертикальную ось Y и горизонтальную ось X. Ось Y представляет давление отработавших газов для цилиндра, измеренное датчиком давления, подсоединенного к выпускному окну цилиндра (например, датчик давления 123 на ФИГ. 1). Давление отработавших газов возрастает положительно в направлении стрелки над осью X. Давление отработавших газов возрастает отрицательно в направлении стрелки над осью X. Ось X представляет время, которое увеличивается на графике слева направо.
Сплошная кривая 402 представляет профиль давления отработавших газов для цилиндра без пропуска зажигания. Профиль давления начинается во время рабочего такта цилиндра и заканчивается во время такта выхлопа. Профиль давления включает в себя пиковое давление 404. Как можно увидеть, давление отработавших газов начинает возрастать в момент открытия выпускного клапана (ОВК) из-за эффекта нагнетания. Давление достигает максимума вскоре после ОВК (около 510ГУПКВ) и затем начитает снижаться до момента завершения события срабатывания клапана. В дополнение, интеграл кривой 402 может быть использован для определения объема остаточных газов, образованных в цилиндре.
Таким образом, можно отличить цилиндр с пропуском зажигания от цилиндра без пропуска зажигания путем сопоставления значений пикового давления (в цилиндре с пропуском зажигания можно наблюдать более низкое пиковое давление, тогда как в цилиндре с поздним сгоранием можно наблюдать более высокое пиковое давление) и/или интеграла давления отработавших газов, измеренного во время открытия выпускного клапана (в цилиндре с пропуском зажигания можно наблюдать меньшую величину интеграла, тогда как в цилиндре с поздним сгоранием можно наблюдать большую величину интеграла).
Пунктирная кривая 406 представляет профиль давления отработавших газов для того же цилиндра, в котором происходит позднее сгорание. Профиль давления начинается в момент НМТ во время перехода от рабочего такта цилиндра к такту выхлопа. Профиль давления включает в себя пиковое давление 408, значение которого выше, чем значение пикового давления 404, измеренного в цилиндре с нормальным сгоранием. Как можно увидеть, давление отработавших газов начинает возрастать в момент открытия выпускного клапана с задержкой в НМТ (540ГУПКВ). Давление достигает максимума вскоре после этого (около 570ГУПКВ) и затем начитает снижаться до момента завершения события срабатывания клапана. В дополнение, интеграл кривой 406 может быть использован для определения повышенного объема горячих остаточных газов, образованных в цилиндре с поздним сгоранием.
Что касается ФИГ. 5, на ней изображен способ 500 для определения профиля давления отработавших газов для каждого из цилиндров двигателя во время соответствующих событий срабатывания выпускных клапанов. Способ также предусматривает индикацию неизбежного преждевременного зажигания в цилиндре в зависимости от объема поступивших или образовавшихся в цилиндре остаточных газов, причем объем остаточных газов определяется на основании оценки давления отработавших газов, и регулировку подачи топлива в цилиндр на основе индикации, а также в зависимости от объема остаточных газов. Инструкции по осуществлению способа 500 может выполнять контроллер на основании инструкций, хранящихся в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, получаемыми от датчиков системы двигателя, таких как датчики, раскрытые выше в соответствии с ФИГ. 1. Контроллер может задействовать приводы системы двигателя для регулировки работы двигателя в соответствии со способами, раскрытыми ниже.
На шаге 502 алгоритм 500 содержит оценку и/или измерение рабочих условий двигателя. Среди оцениваемых параметров могут быть, например, частота вращения и нагрузка двигателя, давление в коллекторе, требуемый водителем крутящий момент, РОГ, давление наддува и т.д. На шаге 503 способ 500 определяет положение двигателя. В соответствии с одним примером, положение двигателя определяется при помощи датчика положения коленчатого вала и датчика положения распределительного вала. Комбинирование датчиков положения коленчатого и распределительного вала позволяет контроллеру определять точку ВМТ такта сжатия первого цилиндра, как и для тактов остальных цилиндров двигателя. Например, датчик положения коленчатого вала может распознавать 59 зубьев диска положения вала во время вращения двигателя. Датчик положения распределительного вала может посылать один импульс для поворота коленчатого вала на триста шестьдесят градусов на каждые два поворота двигателя. Зубья коленчатого вала и импульс датчика положения распределительного вала позволяют осуществлять индивидуальную идентификацию положения всех цилиндров двигателя. В соответствии с другими примерами, число зубьев коленчатого вала и импульсы распределительного вала могут быть изменены для ускоренной идентификации положения двигателя. Данные о положении двигателя обновляются в процессе вращения двигателя. После определения положения двигателя способ 500 переходит к шагу 504.
На шаге 504 способ предусматривает определение фаз газораспределения для каждого из цилиндров. Например, каждый из моментов открытия впускного клапана (ОВпК), открытия выпускного клапана (ОВК) и закрытия выпускного клапана (ЗВК) могут быть определены для каждого из цилиндров. В соответствии с одним примером, способ 500 предусматривает индексацию справочных таблиц или функций, которые выдают сигнал о ОВпК, ОВК и ЗВК в зависимости от положения распределительного вала относительно коленчатого вала. В данном примере положение распределительного и коленчатого вала индексирует таблиц и/или функций и выдаются сигналы ОВпК, ОВК и ЗВК. Способ 500 переходит к шагу 508 после определения ОВпК, ОВК и ЗВК.
На шаге 506 способ предусматривает измерение давления отработавших газов в каждом цилиндре. В соответствии с одним примером, давление отработавших газов в каждом из цилиндров измеряется во время соответствующего срабатывания клапана цилиндра. В данном примере давление отработавших газов можно измерять в каждом цилиндре при помощи датчика давления (такого как датчик 123 на ФИГ. 1), подсоединенного к выпускному окну цилиндра, во время срабатывания выпускного клапана цилиндра. В соответствии с другим примером, давление отработавших газов в каждом цилиндре постоянно и регулярно измеряется датчиком 123 давления, время измерения составляет, например, 12 мсек. Интервал измерений также может быть отрегулирован в зависимости от выявления позднего сгорания или пропуска зажигания, как описано выше. В дополнение, измерения датчика положения коленчатого вала можно также производить с подобной скоростью, а данные о коленчатом вале можно синхронизировать с данными о давлении отработавших газов для синхронизации импульсов отработавших газов с моментами зажигания с учетом передаточного запаздывания. В результате, получаемый для каждого цилиндра профиль давления отработавших газов может включать в себя мгновенные значения давления отработавших газов (например, мгновенные значения давления отработавших газов в каждой точке срабатывания клапана), а также пиковые и средние значения давления. В дополнение, интеграл профиля давления можно использовать для оценки объема остаточных газов, образованных в и/или выпущенных из цилиндра. В соответствии с некоторыми примерами, изменения давления во впускном коллекторе также можно контролировать постоянно или во время срабатывания клапана в дополнение к измерению давления отработавших газов.
На шаге 508 способ предусматривает обновление оценки внутренней РОГ для каждого цилиндра на основании измерений давления отработавших газов. Например, на основании измеренных значений давления отработавших газов можно определить объем остаточных газов, образованных в цилиндре. В соответствии с одним примером, объем остаточных газов, образованных в цилиндре, может быть определен на основании соотношения измеренного давления отработавших газов и измеренного давления во впускном коллекторе. В данном примере оценка объема остаточных газов может увеличиться, так как давление отработавших газов превышает давление во впускном коллекторе. Также, исходя из фаз газораспределения цилиндра, может быть определен объем остаточных газов, остающихся в цилиндре и выпускаемых из цилиндра. В альтернативном случае путем сопоставления мгновенного измеренного давления отработавших газов с мгновенным измеренным значением давления в коллекторе может быть определен объем остаточных газов, образованных в цилиндре. В дополнение к объему или степени остаточных газов, образованных в цилиндре, температура остаточных газов также может быть определена на основании измеренного давления отработавших газов и на основании фаз газораспределения. Исходя из чистого объема остаточных газов, остающихся в цилиндре, может быть обновлена оценка внутренней РОГ в цилиндре. Например, чистый объем остаточных газов может быть оценен на основании разницы между давлением во впускном коллекторе (ДВК) и давлением в выпускном коллекторе, например, путем интегрирования разницы [давление в выпускном коллекторе - ДВК]. Температура остаточных газов может быть оценена, как средняя температура, измеряемая в выпускном окне.
На шаге 510 может быть определено, имело ли место событие пропуска зажигания или позднего сгорания в цилиндре. В соответствии с одним примером, наличие пропуска зажигания может быть подтверждено на основании измерений давления отработавших газов в каждом цилиндре во время срабатывания клапана. В частности, как показано со ссылкой на ФИГ. 4, цилиндр с пропуском зажигания может быть идентифицирован, если показатель пикового давления ниже порогового пикового давления и/или ниже интеграла порогового давления. В соответствии с другим примером, событие позднего сгорания может быть идентифицировано на основании того, что позиция пикового давления на профиле давления отработавших газов смещена в сторону запаздывания от расчетной точки.
В соответствии с другим примером, пропуск зажигания в цилиндре (или неполное сгорание) может быть идентифицирован на основании ускорения коленчатого вала. Также пропуск зажигания в цилиндре может быть идентифицирован на основании воздушно-топливного отношения отработавших газов, например, на основании показаний датчика содержания кислорода в отработавших газах (напр., УДКОГ). В соответствии с другим примером, пропуск зажигания в цилиндре может быть идентифицирован на основании ионизации свечей зажигания (напр., ионизационный ток), измеряемой ионизационным датчиком, подсоединенным к свече зажигания. Например, во время событий пропуска зажигания датчик содержания кислорода в отработавших газах может указывать на обедненные условия в случае пропуска зажигания или неполного сгорания из-за содержания в отработавших газах излишнего кислорода, не израсходованного в процессе сгорания. Таким образом, пропуск зажигания может быть выявлен на основании показаний датчика содержания кислорода в отработавших газах, указывающего на условия обеднения ниже порогового значения. В соответствии с другими примерами, пропуск зажигания может быть выявлен на основании изменений давления внутри цилиндра, измеряемых датчиком давления в цилиндре.
Аналогично, наличие события позднего сгорания может быть подтверждено на основании измерений давления отработавших газов в каждом цилиндре во время срабатывания клапана. В частности, цилиндр с поздним сгоранием может быть идентифицирован на основании одной или нескольких позиций или точек порогового пикового давления, пикового давления (напр., значение абсолютного давления) и интеграла давления на профиле измеренного давления во временном окне, относящемся к срабатыванию клапана, с учетом передаточного запаздывания. В соответствии с другими примерами, событие позднего сгорания в первом цилиндре может быть выявлено на основании одной или нескольких фаз газораспределения (впускного и/или выпускного) клапана, моментов зажигания, ионизационного тока свечи зажигания, ускорения коленчатого вала, температуры отработавших газов и давления в цилиндре. Например, позднее сгорание может быть определено в связи со смещением момента сгорания в цилиндре в позднюю сторону относительно порогового момента. Пороговый момент может основываться на точке пикового давления во время события сгорания в первом цилиндре. В соответствии с другим примером, пороговый момент может основываться на точке, в которой пороговая весовая доля сгоревшего топлива остается в первом цилиндре. В качестве примера, пороговый момент может включать в себя момент, в результате которого 50% весовой доли сгорает в точках, расположенных на 35 градусов за ВМТ. Здесь может быть предусмотрено смещение фаз газораспределения впускного и/или выпускного клапана при сгорании в первом цилиндре в сторону запаздывания относительно пороговой фазы газораспределения, и/или смещение момента зажигания при сгорании в первом цилиндре относительно порогового момента зажигания (напр., от ОМЗ).
Если ни событие пропуска зажигания, ни событие позднего сгорания в цилиндре не подтверждаются, то на шаге 512 способ предусматривает регулировку одного или нескольких эксплуатационных параметров двигателя на основании обновленной оценки РОГ. В частности, после обновления (на шаге 508) оценки внутренней РОГ в цилиндре на шаге 512 может быть произведена регулировка одного или нескольких параметров, на которые может повлиять изменение в оценке внутренней РОГ. Например, на основании обновленной оценки внутренней РОГ контроллер может обновить один или несколько из таких параметров, как оценка внешней РОГ, момент зажигания, скорость изменения момента зажигания и подача топлива в двигатель. В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, в связи с увеличением внутренней РОГ в цилиндре может быть уменьшен объем внешней РОГ (напр., путем уменьшения открытия клапана РОГ), может быть изменен момент зажигания таким образом, чтобы опережение зажигания было смещено в позднюю сторону относительно опережения зажигания, используемого при наличии повышенного объема остаточных газов, может быть понижена энергия искры, если степень замещения части воздуха отработавшими газами ниже порогового значения, путем уменьшения задержки катушки зажигания, а также может быть отрегулирована подача топлива в цилиндр (напр., увеличена, если при уменьшении РОГ в цилиндр попадает больше воздуха), если требуется для поддержания стехиометрического воздушно-топливного отношения (напр., цилиндр может работать при отношении более бедном, чем стехиометрическое).
При подтверждении события пропуска зажигания или позднего сгорания на шаге 514 способ предусматривает определение объема и температуры остаточных газов, образованных и выпущенных из цилиндра с пропуском зажигания или поздним сгоранием, на основании измерений давления отработавших газов, а также фаз газораспределения. Например, контроллер двигателя может определить объем остаточных газов, выпущенных из цилиндра с пропуском зажигания или поздним сгоранием в выпускной коллектор, на основании мгновенного значения давления отработавших газов в цилиндре в момент ОВК. В другом случае, объем остаточных газов может быть определен на основании соотношения (например, интегральной разницы во время срабатывания клапана) оценки давления в выпускном коллекторе и давлением во впускном коллекторе (ДВК).
На шаге 516 способ предусматривает идентификацию цилиндра, в который с большей степенью вероятности попадут горячие остаточные газы из цилиндра с пропуском зажигания или поздним сгоранием. Например, контроллер может использовать передаточное запаздывание для определения времени и точки сброса пикового давления остаточных газов из цилиндра с пропуском зажигания или поздним сгоранием. Заявители признают, что позднее сгорание может послужить причиной высокого давления и высоких температур в выпускном коллекторе, как и к повышенному содержанию остаточных газов (как в отношении объема, так и температуры). Повышенное давление в выпускном коллекторе, вызванное выпуском горячих остаточных газов, может превысить давление пружины выпускного клапана и потенциально привести к открытию выпускных клапанов соседних цилиндров, заполняя цилиндр горячими остаточными газами и повышая вероятность преждевременного зажигания в соседних цилиндрах (то есть, в цилиндрах, в которые поступают остаточные газы по причине принудительного открытия клапана). Проблема может усугубляться в выпускных коллекторах малого объема, например, используемых в системах двигателей с турбонагнетателем для минимизации времени до достижения крутящего момента. Следовательно, на шаге 518 идентификация цилиндра, в который с большей степенью вероятности непреднамеренно попадут горячие остаточные газы из цилиндра с пропуском зажигания или поздним сгоранием, может предусматривать сравнение силы, создаваемой остаточными газами, выпускаемыми из цилиндра с пропуском зажигания или поздним сгоранием, и силой, удерживающей выпускной клапан других цилиндров в седле. В дополнение, силу, создаваемую остаточными газами в каждом цилиндре, также можно учитывать. Если сила, создаваемая остаточными газами, выпускаемыми из цилиндра с пропуском зажигания или поздним зажиганием, больше силы, удерживающей выпускной клапан второго цилиндра в седле, контроллер может решить, что выпускной клапан второго цилиндра может быть принудительно открыт, в результате чего остаточные газы из первого цилиндра могут попасть во второй цилиндр. Использование профилей измеренного давления в отдельных цилиндрах для выявления выпускных клапанов, принудительно открываемых во время пропуска зажигания или позднего сгорания, позволяет с более высокой степенью точности прогнозировать и принимать своевременные меры по подавлению неизбежного преждевременного зажигания, происходящего по причине позднего сгорания или пропуска зажигания.
В соответствии с другим примером, контроллер может контроллер может спрогнозировать, что выпускной клапан может быть принудительно поднят со своего седла, путем определения, находится ли кулачок на начальной окружности. Затем, исходя из угла поворота коленчатого вала и оценки заряда воздуха, а также положения поршня в цилиндре, может быть оценено давление в цилиндре. Если давление отработавших газов выше давления в цилиндре, контроллер может решить, что выпускной клапан цилиндра может быть принудительно поднят со своего седла.
В соответствии с альтернативными примерами, определение, в какой из цилиндров поступают остаточные, образовавшиеся в результате позднего сгорания или пропуска зажигания в первом цилиндре, может предусматривать выявление (или идентификацию) второго цилиндра (цилиндра 2) на основании по меньшей мере идентификационной информации первого цилиндра и порядка работы цилиндров. Например, в четырехцилиндровом двигателе с рядным расположением цилиндров, в котором расположенные друг за другом цилиндры пронумерованы от 1 до 4, причем порядок зажигания в цилиндрах предусматривает первое зажигание в цилиндре 1, за ним следует цилиндр 3, затем цилиндр 4 и в конце цилиндр 2, можно определить, в каком из цилиндров 1-4 происходит позднее сгорание, для того, чтобы определить, в какой цилиндр с большей степенью вероятности попадут горячие остаточные газы. В данном случае, если цилиндр 1 является первым цилиндром, в котором происходит позднее сгорание, с высокой степенью вероятности остаточные газы поступят в цилиндр 2, так как в цилиндре 2 будет происходить такт впуска (обеспечивая минимальное сопротивление при входе остаточных газов), в то время как в цилиндре 1 будет происходить такт выхлопа, а в остальных цилиндрах будет происходить рабочий такт (обеспечивающий большее сопротивление при входе остаточных газов). Однако, если цилиндр 4 является первым цилиндром, в котором происходит позднее сгорание, с высокой степенью вероятности остаточные газы поступят в цилиндр 3, так как в цилиндре 3 будет происходить такт впуска (обеспечивая минимальное сопротивление при входе остаточных газов), в то время как в цилиндре 4 будет происходить такт выхлопа. Соответственно, идентификационная информация цилиндра, в который поступают оставшиеся отработавшие газы, будет отличаться для 6-цилиндрового двигателя с рядным расположением цилиндров или четырехцилиндрового двигателя с V-образным расположением цилиндров с разными цилиндрами в разных рядах. В соответствии с одним примером, в котором двигатель содержит разные группы цилиндров на разных сторонах, первый цилиндр с поздним сгоранием и второй цилиндр, в который поступают остаточные газы, могут находиться в одном ряду.
В некоторых вариантах осуществления второй цилиндр может также быть идентифицирован исходя из исполнения выпускного коллектора. Например, идентификационная информация второго цилиндра может зависеть от того, используется ли цельный или трубчатый выпускной коллектор. В качестве примера, в случае использования трубчатого выпускного коллектора, может быть определено, какие из цилиндров сгруппированы на общую трубу выпускного коллектора и таким образом выпускают отработавшие газы через общий канал. В данном случае, первый цилиндр, в котором происходит позднее сгорание, и второй цилиндр, в который поступают остаточные газы, могут быть подсоединены к общему выпускному коллектору, даже если они расположены в разных местах двигателя.
В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения, контроллер может определять, в каком из цилиндров существует вероятность попадания остаточных газов, при помощи одного или нескольких датчиков детонации, подсоединенных вдоль блока цилиндра для выявления событий принудительного открытия выпускного клапана. В частности, после события принудительного открытия выпускного клапана соседнего цилиндра в условиях высокого давления, клапан с ударом возвращается в седло. Этот удар происходит по причине того, что выпускной клапан находится на начальной окружности распределительного вала и не следует профилю выпускного кулачка для данного конкретного цилиндра в ряду. В результате удара возникают вибрации, которые заставляют срабатывать датчики детонации. Располагая информацией о том, в каком из цилиндров в ряду только что произошло сгорание (позднее), а также какой из выпускных клапанов находится на начальной окружности, контроллер может определить период, во время которого были вызваны вибрации. Такая информация вместе с показаниями датчика, соответствующим образом отфильтрованными в нужном диапазоне частот, позволяет контроллеру определять, в какой из цилиндров произошло непреднамеренное попадание горячих остаточных газов. В дополнение, данные о массовом расходе воздуха могут быть использованы для определения момента, в который нагрузка на двигатель достаточно велика, чтобы создать давление, достаточно высокое для поднятия выпускных клапанов после соответствующих событий позднего сгорания. В соответствии с одним примером, в результате выявления вибрации блока цилиндров в период открытия выпускного клапана первого цилиндра с поздним сгоранием и после закрытия выпускного клапана второго цилиндра контроллер может решить, что во второй цилиндр произошло непреднамеренное поступление горячих остаточных газов из первого цилиндра.
На шаге 520 после идентификации второго цилиндра, в котором произошло непреднамеренное поступление горячих остаточных газов из первого цилиндра с поздним сгоранием, способ предусматривает определение объема и температуры поступивших в цилиндр остаточных газов на основании измерений давления отработавших газов и фаз газораспределения. В случае пропуска зажигания в первом цилиндре, во время следующего события зажигания в таком цилиндре может произойти преждевременное зажигание по причине отличного объема остаточных газов в цилиндре в результате пропуска зажигания или по причине отличного (напр., более низкого) объема остаточных газов в соседнем цилиндре. Даже в случае отсутствия преждевременного зажигания в соседних цилиндрах может произойти детонация по причине более низкого объема остаточных газов (и, следовательно, момент зажигания в таких цилиндрах может быть смещен в раннюю сторону относительно точки, требуемой для более высокого уровня остаточных газов). Например, на основании мгновенного давления отработавших газов второго цилиндра во время принудительного открытия выпускного клапана, а также мгновенного давления отработавших газов первого цилиндра, из которого поступают остаточные газы, контроллер может точно определить объем и температуру остаточных газов, поступивших во второй цилиндр. В альтернативном случае объем и температура поступивших остающихся газов могут быть определены на основании соотношения давления в выпускном коллекторе и ДВК. В дополнение, оценка внутренней РОГ для второго цилиндра может быть обновлена на основании соотношения объема и температуры остаточных газов, полученных из первого цилиндра, и объема и температуры остаточных газов, полученных из второго цилиндра.
В некоторых вариантах осуществления могут быть определены один или несколько цилиндров, которые постепенно будут подвержены попаданию в них остаточных газов, образованных в первом цилиндре. Например, в дополнение к идентификации второго цилиндра, в который поступают остаточные газы (или велика вероятность поступления) из первого цилиндра, на основании измерений давления отработавших газов также может быть идентифицирован третий цилиндр, в котором существует вероятность поступления остаточных газов из второго цилиндра. Это обусловлено тем, что горячие остаточные газы, поступающие во второй цилиндр, могут не только послужить потенциальной причиной преждевременного зажигания во втором цилиндре, но также привести к повышению температуры отработавших газов после сгорания во втором цилиндре, что может вызвать попадание горячих остаточных газов в третий цилиндр и повысить тенденцию третьего цилиндра к преждевременному зажиганию. Соответственно, на основании мгновенного и пикового значений давления в первом и втором цилиндре, а также на основании фаз газораспределения, могут быть определен объем и температура остаточных газов, полученных в подверженных цилиндрах.
На шаге 522 способ предусматривает регулировку подачи топлива в подверженный цилиндр (цилиндры) на основании объема и температуры поступающих остаточных газов. В частности, после идентификации второго цилиндра алгоритм предусматривает действия по подавлению преждевременного зажигания во втором цилиндре, в который поступают остаточные отработавшие газы из первого цилиндра (напр., путем регулировки впрыска топлива во второй цилиндр). Например, на основании объема и температуры остаточных газов контроллер может определить, существует ли необходимость в повышении степени обогащения в подверженном цилиндре (цилиндрах) или в выборочном отключении искрового зажигания и/или впрыска топлива в подверженном цилиндре (цилиндрах). В качестве примера, контроллер может выборочно отключить впрыск топлива и не отключать зажигание, при этом искра будет производиться без впрыска топлива во второй цилиндр. В качестве другого примера, контроллер двигателя может выборочно отключить впрыск топлива и зажигание во втором цилиндре. В качестве еще одного примера, контроллер двигателя может выборочно повысить степень обогащения смеси второго цилиндра, не отключая зажигание.
Кроме того, регулировка подачи топлива может предусматривать изменение соотношения объема топлива, подаваемого в цилиндр при впрыске на такте впуска и впрыске на такте сжатия, во время сгорания. Например, объем топлива, поданного при впрыске на такте сжатия, может быть уменьшен. Это предусматривает отключение впрыска на такте сжатия. В качестве другого примера, объем топлива, поданного при впрыске на такте впуска, может быть уменьшен. Кроме того, в зависимости от степени задержки позднего сгорания, впрыск на такте сжатия может быть отключен, при этом впрыск на такте впуска остается включенным. Как более подробно описано со ссылкой на ФИГ. 6, подача топлива во второй цилиндр может быть отрегулирована в зависимости от периода времени между обнаружением позднего сгорания в первом цилиндре и сигналом на импульс впрыска во второй цилиндр, в который поступают остаточные газы. Таким образом, при наличии достаточного времени может быть отключен по меньшей мере впрыск на такте впуска, а, если возможно, как впрыск на такте впуска, так и впрыск на такте сжатия. В противном случае может быть отключен только впрыск на такте сжатия (или последний из множества впрысков для данного события сгорания).
Выбор может основываться на объеме и температуре остаточных газов, выпускаемых из первого цилиндра с поздним сгоранием, а также в качестве варианта основываться на тенденции второго (или третьего и так далее) цилиндра, в который поступают остаточные газы, к преждевременному зажиганию. В качестве примера, в связи с тем что температура остаточных газов ниже, чем пороговая температура, контролер может повысить степень обогащения смеси в цилиндре, в который поступают остаточные газы, причем степень обогащения повышается по мере увеличения объема остаточных газов. В соответствии с другим примером, в связи с тем что температура остаточных газов выше, чем пороговая температура, контроллер может выборочно отключить зажигание и подачу топлива в цилиндр, в который поступают остаточные газы.
В соответствии с другим примером, в связи с тем что объем остаточных газов (и/или температура остаточных газов), выпускаемых из первого цилиндра, выше порогового объема, контроллер может выборочно отключить как зажигание, так и подачу топлива во второй цилиндр, в который поступают остаточные отработавшие газы, образовавшиеся в результате сгорания в первом цилиндре. Для сравнения, в связи с тем что объем остаточных газов (и/или температура остаточных газов), выпускаемых из первого цилиндра, ниже порогового объема, контроллер может выборочно отключить только подачу топлива или только зажигание во втором цилиндре.
В соответствии с некоторыми примерами, если импульс впрыска в соседнем цилиндре уже начался, подача топлива может быть полностью прекращена. В некоторых случаях впрыск топлива на такте впуска может быть произведен, в то время как впрыск на такте сжатия будет отключен. Следовательно, например, в связи с тем что момент сгорания позднего сгорания имеет запаздывание, превышающее пороговое значение, впрыск топлива на такте сжатия может быть отключен, тогда как впрыск на такте впуска производится.
Зажигание и/или впрыск топлива могут быть восстановлены во время последующих событий сгорания. Другими словами, зажигание и/или впрыск топлива могут быть выборочно отключены во втором цилиндре только на один цикл сгорания. Аналогично, повышение степени обогащения может быть произведено на заранее определенный период времени (напр., одно событие сгорания), после чего может быть восстановлено стехиометрическое отношение.
Одновременно, на шаге 524 способ предусматривает обновление оценки внутренней РОГ для первого цилиндра с пропуском зажигания / поздним сгоранием на основании соотношения объема и температуры остаточных газов, образованных в цилиндре, и объема и температуры остаточных газов, выпущенных из первого цилиндра. На шаге 526, как и на шаге 512, может быть отрегулирован один или несколько эксплуатационных параметров. В частности, может быть произведена регулировка одного или нескольких параметров, на которые может повлиять изменение в оценке внутренней РОГ. При этом на основании обновленной оценки внутренней РОГ контроллер может обновить один или несколько из таких параметров, как оценка внешней РОГ, момент зажигания, скорость изменения момента зажигания и подача топлива в двигатель. В качестве неограничивающего примера, в связи с уменьшением внутренней РОГ (по причине выпуска остаточных газов из первого цилиндра) в цилиндре может быть увеличен объем внешней РОГ (напр., путем уменьшения открытия клапана РОГ), может быть изменен момент зажигания таким образом, чтобы опережение зажигания было смещено в позднюю сторону относительно опережения зажигания, используемого при наличии повышенного объема остаточных газов, может быть понижена энергия искры, если степень замещения части воздуха отработавшими газами ниже порогового значения, путем уменьшения задержки катушки зажигания, а также может быть отрегулирована подача топлива в цилиндр (напр., увеличена, если при уменьшении РОГ в цилиндр попадает больше воздуха), если требуется для поддержания стехиометрического воздушно-топливного отношения (напр., цилиндр может работать при отношении более бедном, чем стехиометрическое).
Выполнение действий, направленных на подавление преждевременного зажигания во втором цилиндре, имеет разные преимущества. Во-первых, выборочное отключение зажигания и/или подачи топлива производится с целью снижения преждевременного зажигания во втором цилиндре. В дополнение, преждевременное зажигание может быть устранено в третьем цилиндре, в который могли попасть остаточные газы из второго цилиндра.
В некоторых вариантах осуществления изобретения в дополнение к мерам по подавлению преждевременного зажигания во втором цилиндре, такие меры могут быть предприняты в отношении третьего цилиндра. В качестве одного примера, в связи с тем что объем и/или температура остаточных газов, выпускаемых из первого цилиндра (на основании оценки давления отработавших газов) больше порогового объема, контроллер двигателя может выборочно отключить зажигание и/или впрыск топлива во втором цилиндре, в который поступают остаточные отработавшие газы из первого цилиндра, а также выборочно отключить зажигание и/или впрыск топлива в третьем цилиндре, в который ожидается попадание остаточных отработавших газов из второго цилиндра. В качестве другого примера, контроллер двигателя может выборочно отключить зажигание и впрыск топлива во втором цилиндре, в который поступают остаточные отработавшие газы из первого цилиндра, а также выборочно отключить впрыск топлива (с или без отключения зажигания) в третьем цилиндре, в который ожидается попадание остаточных отработавших газов из второго цилиндра. Следовательно, меры по подавлению преждевременного зажигания, принятые до получения индикации на преждевременное зажигание в первом, втором и третьем цилиндре. Зажигание и/или впрыск топлива могут быть восстановлены во время последующего события сгорания. Например, зажигание и/или подача топлива могут быть восстановлены во время события сгорания в четвертом цилиндре, сгорание в котором происходит после третьего цилиндра. В качестве другого примера, если зажигание и/или подача топлива отключена в n цилиндрах, то зажигание и подача топлива могут быть восстановлены во время события сгорания n+1.
В изображенном варианте осуществления контроллер может осуществлять постоянный мониторинг событий пропуска зажигания и позднего сгорания во всех цилиндрах двигателя при любых условиях и принимать меры по подавлению при позднем сгорании или пропуске зажигания в любом из цилиндров. В альтернативных вариантах осуществления контроллер может принимать меры по подавлению преждевременного зажигания (напр., отключение зажигания и впрыска топлива) при нагрузке двигателя выше пороговой, которая указывает на риск преждевременного зажигания. В других вариантах осуществления контроллер может учитывать события позднего сгорания или пропуска зажигания в зонах с повышенным массовым расходом воздуха, в которых объем выпускного коллектора играет большую роль.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления после установления, в какой из цилиндров поступают остаточные отработавшие газы от события позднего сгорания в первом цилиндре (цилиндре, из которого поступают остаточные газы), контроллер может сначала определить, если вероятность преждевременного зажигания в цилиндре, в который поступают остаточные газы, выше порогового значения. Вероятность преждевременного зажигания может зависеть от статистики возникновения преждевременного зажигания в цилиндре, в который поступают остаточные газы, и параметров сгорания в цилиндре, из которого поступают эти газы, (например, воздушно-топливное отношение, момент сгорания, температура и давление сгорания в цилиндре, ожидаемая температура и воздушно-топливное отношение остаточных газов, масса несгоревшего топлива, остающегося в цилиндре, из которого поступают остаточные газы, масса несгоревшего топлива, которое с высокой степенью вероятности поступит в цилиндр, и т.д.). Если вероятность преждевременного зажигания выше порогового значения, контроллер двигателя может отключить подачу топлива и зажигание в цилиндре, в который поступают остаточные газы. В противном случае, контроллер может отключить только зажигание или только подачу топлива в цилиндре, в который поступают остаточные газы.
Следовательно, степень обогащения поступающих остаточных отработавших газов может быть выше или ниже стехиометрической. Например, во время событий пропуска зажигания датчик содержания кислорода в отработавших газах может указывать на обедненные условия в случае пропуска зажигания или неполного сгорания из-за содержания в отработавших газах излишнего кислорода, не израсходованного в процессе сгорания. Однако несгоревшее топливо в цилиндре, из которого поступают остаточные газы, образовывает горючую смесь с повышенными температурами, которая, попадая в цилиндр, получающий остаточные газы, может обладать эффектом заряда впускного горячего воздуха.
Таким образом, путем регулировки момента зажигания и впрыска топлива в один или несколько цилиндров, в которые напрямую или косвенно попадает большой объем горячих остаточных отработавших газов от последнего события сгорания в соседнем цилиндре, можно с более высокой степенью точности прогнозировать события преждевременного зажигания и принимать меры по его подавлению. Путем использования профиля давления отработавших газов, измеренного во время срабатывания выпускного клапана цилиндра для оценки объема остаточных газов, образованных и/или полученных в каждом цилиндре, можно более точно идентифицировать принудительное открытие выпускного клапана в результате выпуска остаточных газов из цилиндра с пропуском зажигания и/или поздним сгоранием. В дополнение, может быть произведено надежное определение степени горячих остаточных газов, непреднамеренно попавших в цилиндр двигателя, что позволит принять более точные меры, направленные на подавление преждевременного зажигания.
На ФИГ. 6 представлен пример регулировки момента зажигания и впрыска топлива, производимой в связи с пропуском зажигания или поздним сгоранием. В частности, на ФИГ. 6 представлен пример отключения впрыска топлива во втором цилиндре, в который поступили остаточные отработавшие газы из первого цилиндра, в котором произошел пропуск зажигания или позднее сгорание.
Что касается ФИГ. 6, на ней карта 600 представляет четырехцилиндровый двигатель с цилиндрами 1-4, расположенными последовательно в ряд вдоль блока (не показан), причем порядок зажигания в цилиндрах 1-4 выполнен по схеме 1-3-4-2. На карте 600 изображены изменения фаз газораспределения впускного клапана (сплошные линии) и выпускного клапана (длинные пунктирные линии) относительно положения поршня двигателя на такте впуска (В), такте выхлопа (ВВ), рабочем такте (Р) или такте сжатия (С). Также на карте 600 звездочками 601, 603, 605 и 607 изображены события зажигания в цилиндре и прямоугольниками 611a-b, 612а-b, 613а-b и 614а-b изображены события впрыска топлива. Кроме того, на карте 600 кривыми 621, 622, 623, 624 и 625 изображены профили давления в цилиндрах. Профили давления отработавших газов в цилиндрах изображены в виде кривых 631, 632, 633, 634 и 635.
Первый график сверху фигуры представляет положение цилиндра номер один (цилиндр 1). И, в частности, такт цилиндра номер один по ходу вращения коленчатого вала двигателя. Такты цилиндра 1 обозначены в соответствии с положением двигателя. Например, цилиндр 1 представлен сначала при такте впуска (B), двигатель вращается и цилиндр переходит к такту сжатия (С), затем к рабочему такту (Р) и такту выхлопа (ВВ). Далее цикл цилиндра 1 повторяется. В четырехтактном двигателе цикл цилиндра может составлять 720°, такой же интервал поворота коленчатого вала для полного цикла двигателя.
Второй график сверху фигуры аналогично представляет положение цилиндра номер три (цилиндр 3), в частности, такт цилиндра номер три по ходу вращения коленчатого вала. Такты цилиндра 3 обозначены в соответствии с положением двигателя. Например, цилиндр 3 представлен сначала при такте выхлопа (ВВ), двигатель вращается и цилиндр переходит к такту впуска (В), затем к такту сжатия (C) и рабочему такту (Р). Далее цикл цилиндра 3 повторяется. Третий график сверху фигуры аналогично представляет положение цилиндра номер четыре (цилиндр 4), в частности, такт цилиндра номер четыре по ходу вращения коленчатого вала. Такты цилиндра 4 обозначены в соответствии с положением двигателя. Например, цилиндр 4 представлен сначала при рабочем такте (Р), двигатель вращается и цилиндр переходит к такту выхлопа (ВВ), затем к такту впуска (В) и такту сжатия (С). Далее цикл цилиндра 4 повторяется. Четвертый график сверху фигуры аналогично представляет положение цилиндра номер два (цилиндр 2), в частности, такт цилиндра номер два по ходу вращения коленчатого вала. Такты цилиндра 2 обозначены в соответствии с положением двигателя. Например, цилиндр 2 представлен сначала при такте сжатия (С), двигатель вращается и цилиндр переходит к рабочему такту (Р), затем к такту выхлопа (ВВ) и такту впуска (В). Далее цикл цилиндра 2 повторяется.
Звездочка с обозначением 601 означает событие зажигания при первом событии сгорания в цилиндре 1. Зажигание может быть инициировано свечой зажигания. При данной последовательности клапаны цилиндра номер один остаются открытыми в течение по меньшей мере части такта впуска для впуска воздуха в цилиндр. Топливо можно подавать в цилиндры двигателя при помощи форсунок непосредственного или распределенного впрыска в виде первого впрыска 611а на такте впуска и второго впрыска 611b на такте сжатия. Смесь топлива и воздуха сжимается и воспламеняется на такте сжатия. Пиковое давление в цилиндре может быть достигнуто в верхней мертвой точке такта сжатия или на рабочем такте. Следующие события сгорания в цилиндрах 3, 4 и 2 обозначены звездочками 603, 605 и 607 в данной последовательности.
В изображенном примере событие сгорания в цилиндре 1 запаздывает на величину, большую, чем ожидается, что приводит к позднему сгоранию. В частности, сгорание должно происходить в соответствии с профилем 621 давления в цилиндре. Однако, событие позднего сгорания приводит к тому, что сгорание происходит в соответствии с профилем 622 давления в цилиндре. Вследствие события позднего сгорания фактический профиль давления отработавших газов включает в себя более высокий и поздний импульс 632 выхлопа вместо меньшего и более раннего импульса 631 выпуска.
В результате события позднего сгорания большой объем горячих остаточных отработавших газов выпускается из цилиндра 1 на такте выхлопа при открытии выпускного клапана (график 602). Благодаря исполнению двигателя в цилиндре номер два (цилиндр 2) происходит такт впуска (график 608), в то же время в цилиндре 1 происходит такт выхлопа (график 602), что обеспечивает сравнительно низкое сопротивление проникновению остаточных газов. Для сравнения, в цилиндре номер три (цилиндр 3) и цилиндре номер четыре (цилиндр 4) происходит рабочий такт и такт сжатия соответственно, в то время как в цилиндре 1 происходит такт выхлопа, что обеспечивает сравнительно низкое сопротивление проникновению остаточных газов. Вследствие этого горячие остаточные отработавшие газы, образованные в результате последнего события позднего сгорания в цилиндре 1, с высокой степенью вероятности поступят в цилиндр 2, тем самым повышая вероятность преждевременного зажигания в цилиндре 2. Таким образом, так как попадание остаточных газов от последнего события сгорания в цилиндре 1 в цилиндр номер три и в цилиндр номер четыре (цилиндр 3, цилиндр 4) маловероятно, то и воздействие на эти цилиндры также маловероятно.
Контроллер двигателя может определить цилиндр (цилиндр 2), в который с большей степенью вероятности попадут горячие остаточные газы, на основании профиля 632 давления отработавших газов в цилиндре 1 с поздним сгоранием. В соответствии с другими примерами, принудительное открытие выпускного клапана цилиндра 2 может быть подтверждено на основании выявления характерного металлического шума в результате удара выпускного клапана при возвращении в седло, как описано выше. В соответствии с другими примерами, данные о массовом расходе воздуха могут быть дополнительно использованы для определения момента, в который нагрузка на двигатель достаточно велика, чтобы создать давление, достаточно высокое для поднятия выпускных клапанов соседних цилиндров после соответствующих событий позднего сгорания.
В результате позднего сгорания и/или пропуска зажигания в цилиндре 1 и для снижения вероятности преждевременного зажигания в цилиндре 2 впрыск топлива на такте сжатия в цилиндре 2 отключается. В частности, топливо, которое должно было быть впрыснуто в виде впрыска 614b, не подается. В данном случае впрыск 614а на такте впуска в цилиндре 2 остается включенным, в то время как впрыск 614b на такте сжатия в цилиндре 2 отключается вследствие недостаточности времени между выявлением позднего сгорания в цилиндре 1 и сигналом на импульс впрыска на такте впуска в цилиндре 2, при этом времени достаточно между выявлением позднего сгорания в цилиндре 1 и сигналом на импульс впрыска на такте сжатия в цилиндре 2. В соответствии с альтернативными примерами, если возможно, могут быть отключены оба впрыска - на такте впуска и на такте сжатия в цилиндре 2 для прекращения подачи топлива в цилиндр 2. Однако зажигание может не отключаться (как показано звездочкой 607), так как степень обогащения остаточных отработавших газов может не превышать пороговое значение. Например, впрыск топлива на 611а-b может послужить причиной воздушно-топливного отношения равного или близкого к стехиометрическому. Таким образом, остаточное топливо не поступит в цилиндр 2 и не вызовет преждевременное зажигание. Впрыск топлива на такте сжатия затем восстанавливается при следующем такте впуска (график 618а) в цилиндре 2.
Тем не менее, в соответствии с другими примерами, контролер двигателя может также отключить зажигание 607 для снижения вероятности преждевременного зажигания в цилиндре 2. Например, зажигание может не происходить на рабочем такте, следующем за тактом впуска в цилиндре 2.
Один примерный способ для двигателя содержит: индикацию неизбежного преждевременного зажигания в цилиндре в зависимости от объема поступивших или образовавшихся в цилиндре остаточных газов, причем объем остаточных газов определяется на основании давления отработавших газов и давления во впускном коллекторе; и регулировку подачи топлива в цилиндр на основе индикации, а также в зависимости от объема остаточных газов. В предыдущем примере дополнительно или в качестве варианта объем остаточных газов зависит от отношения давления отработавших газов и давления во впускном коллекторе, объем остаточных газов увеличивается по мере того, как давление отработавших газов становится выше давления во впускном коллекторе. В любом или во всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта давление отработавших газов оценивается датчиком давления, подсоединенным к выпускному окну цилиндра, во время срабатывания выпускного клапана или датчиком, подсоединенным к общему выпускному коллектору. В любом или во всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта индикация предусматривает сравнение силы, создаваемой объемом остаточных газов в цилиндре, и силы, удерживающей седло выпускного клапана в закрытом положении; и индикацию неизбежного преждевременного зажигания, если сила, создаваемая объемом остаточных газов, выше, чем сила, удерживающее седло выпускного клапана в закрытом положении. В любом или во всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта индикация неизбежного преждевременного зажигания предусматривает индикацию того, что преждевременное зажигание может произойти в цилиндре, перед тем, как преждевременное зажигание фактически произойдет в цилиндре. В любом или во всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта способ дополнительно содержит определение факта выпуска объема остаточных газов из цилиндра на основании фаз газораспределения. В любом или во всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта цилиндром является первый цилиндр и способ дополнительно содержит идентификацию второго цилиндра, в который поступает определенный объем остаточных газов из цилиндра, на основании фаз газораспределения. В любом или во всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта способ дополнительно содержит регулировку подачи топлива в цилиндр в зависимости от температуры объема остаточных газов. В любом или во всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта регулировка предусматривает повышение степени обогащения в цилиндре, если температура объема остаточных газов ниже порогового значения; и отключение подачи топлива в цилиндр или отключение впрыска топлива на такте сжатия, если температура объема остаточных газов выше порогового значения, при этом поддерживая впрыск в цилиндр на такте впуска. В любом или во всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта способ дополнительно содержит обновление оценки внутренней РОГ в цилиндре на основании оценки объема остаточных газов. В любом или во всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта способ дополнительно содержит регулировку одного или нескольких из таких параметров, как фазы газораспределения, моменты зажигания и объем внешней РОГ, в зависимости от обновленной оценки объема внутренней РОГ в цилиндре.
Другой примерный способ для двигателя содержит: оценку объема и температуры остаточных отработавших газов, образованных в первом цилиндре, на основании соотношения изменений показаний давления отработавших газов и показаний давления во впускном коллекторе, полученных во время срабатывания клапана первого цилиндра; и регулировку подачи топлива во втором цилиндре в зависимости от оценки объема и температуры остаточных газов, образованных в первом цилиндре. В предыдущем примере дополнительно или в качестве варианта во второй цилиндр поступает по меньшей мере часть остаточных отработавших газов от сгорания в первом цилиндре. В любом или во всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта регулировка предусматривает повышение степени обогащения во втором цилиндре, если объем остаточных газов в первом цилиндре меньше порогового объема, а температура остаточных газов ниже пороговой температуры; выборочное отключение зажигания или подачи топлива во втором цилиндре, если объем остаточных газов в первом цилиндре меньше порогового объема, а температура остаточных газов выше пороговой температуры; и выборочное отключение зажигания и подачу топлива во втором цилиндре, если объем остаточных газов в первом цилиндре больше порогового объема, причем выборочное отключение подачи топлива подразумевает выборочное отключение подачи топлива по меньшей мере на такте сжатия во втором цилиндре. В любом или во всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта способ дополнительно содержит оценку части остаточных газов, поступивших во второй цилиндр из первого цилиндра, на основании фаз газораспределения, а также на основании изменений показаний давления отработавших газов во время срабатывания клапана второго цилиндра, а также повышение степени обогащения по мере увеличения этой части. В любом или во всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта способ дополнительно содержит идентификацию второго цилиндра на основании объема и температуры остаточных газов, образованных в первом цилиндре, а также на основании фаз газораспределения. В любом или во всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта способ дополнительно содержит регулировку одного или нескольких из таких параметров, как подача топлива, момент зажигания и энергия искры в первом цилиндре, на основании оценки объема и температуры остаточных газов.
Другая примерная система двигателя содержит: двигатель с первым и вторым цилиндрами; свечу зажигания, подсоединенную к каждому из цилиндров; датчик давления, подсоединенный к выпускному окну каждого цилиндра для оценки давления отработавших газов; и контроллера. Контроллер выполнен с возможностью хранения машиночитаемых инструкций в долговременной памяти для: измерения давления отработавших газов первого цилиндра во время срабатывания выпускного клапана первого цилиндра и давления отработавших газов второго цилиндра во время срабатывания выпускного клапана второго цилиндра; оценки объема и температуры остаточных газов, образованных и выпущенных из первого цилиндра, на основании измеренного давления отработавших газов первого цилиндра; оценки объема и температуры остаточных газов, поступивших во второй цилиндр из первого цилиндра, на основании измеренного давления отработавших газов первого цилиндра и измеренного давления отработавших газов второго цилиндра; а также регулировки подачи топлива во втором цилиндре в зависимости от оценки объема и температуры остаточных газов, поступивших во второй цилиндр. В соответствии с предыдущим примером, дополнительно или в качестве варианта регулировка включает в себя выборочное отключение подачи топлива и зажигания во втором цилиндре в ответ на то, что оценочное значение объема выше порогового объема или оценочное значение температуры выше пороговой температуры, а также выборочное повышение степени обогащения во втором цилиндре в ответ на то, что и оценочное значение объема ниже порогового объема и оценочное значение температуры ниже пороговой температуры. В любом или во всех предыдущих примерах дополнительно или в качестве варианта второй цилиндр выбирается на основании фаз газораспределения, идентификационной информации первого цилиндра и порядка зажигания в двигателе. В любом или во всех предыдущих примерах регулировка предусматривает изменение соотношения объемов топлива, подаваемого во второй цилиндр при впрыске на такте впуска и впрыске на такте сжатия, таким образом, чтобы подача топлива прекращалась во время впрыска на такте сжатия.
Таким образом, оценка пульсации давления отработавших газов для конкретных цилиндров может исходить из точной оценки объема остаточных отработавших газов, образованных и выпущенных из каждого цилиндра. Более высокое отношение сигнал/шум профилей измеренного давления отработавших газов для каждого цилиндра может быть использовано для точной идентификации событий пропуска зажигания и позднего сгорания, которые потенциально могут заполнить выпускной коллектор горячими остаточными газами. В дополнение, профили измеренного давления отработавших газов могут быть эффективно использованы для идентификации принудительного открытия клапана цилиндра и непреднамеренного впуска остаточных отработавших газов после пропуска зажигания или позднего сгорания в соседний цилиндр. При помощи регулировки, направленной на подавление преждевременного зажигания в подверженном цилиндре, производимой на основании объема и температуры поступивших остаточных газов, можно более эффективно бороться с преждевременным зажиганием, вызванным поздним сгоранием или пропуском зажигания. Это позволяет предотвращать ухудшение состояния двигателя по причине преждевременного зажигания. Также, при помощи использования профиля давления отработавших газов для обновления оценки внутренней РОГ можно осуществлять более точный контроль эксплуатационных параметров двигателя и улучшать его эксплуатационные характеристики.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут быть использованы с разнообразными конфигурациями систем двигателя и/или автомобиля. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут храниться как исполняемые инструкции в долговременной памяти и выполняться управляющей системой, содержащей контроллер в сочетании с различными датчиками, приводами и другими компонентами двигателя. Конкретные алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, могут представлять собой любое количество стратегий обработки, таких как событийные, с управлением по прерываниям, многозадачные, многопотоковые и т.п. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно или в некоторых случаях могут быть пропущены. Точно так же, указанный порядок обработки не обязателен для достижения отличительных особенностей и преимуществ, раскрываемых в настоящей заявке вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в управляющей системе двигателя, в которой раскрытые действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что конфигурации и алгоритмы, раскрытые в настоящей заявке, носят иллюстративный характер, и что эти конкретные варианты осуществления изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения, так как возможны многочисленные модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена в двигателях с конфигурацией цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего раскрытия изобретения содержит все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящей заявке.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации, которые считают новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы изобретения ссылка может быть сделана на «какой-либо» элемент или «первый» элемент или эквивалент такого элемента. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения могут содержать один или несколько указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу путем изменения настоящих пунктов формулы изобретения или путем представления новых пунктов формулы изобретения в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются ли они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются помещенными в предмет настоящего изобретения.