СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА ПОСРЕДСТВОМ ДАТЧИКА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ
METHOD (VERSIONS) AND SYSTEM FOR EXTERNAL AIR HUMIDITY DETECTION VIA EXHAUST GAS SENSOR

Настоящая заявка является заявкой с частичным продолжением патентной заявки США 13/745639, поданной 18 января 2013 года, содержание которой в полном объеме включено в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники
Настоящее изобретение относится в общем случае к измерению влажности наружного воздуха посредством датчика выхлопных газов, установленного в выпускной системе двигателя внутреннего сгорания.
Уровень техники
В условиях, когда в двигатель не поступает топливо, когда задействован по меньшей мере один впускной клапан и один выпускной клапан, например, во время выключения подачи топлива при торможении, наружный воздух может проходить через цилиндры двигателя и попадать в выпускную систему. В некоторых случаях, когда в двигатель не поступает топливо, датчик выхлопных газов может быть использован для определения влажности наружного воздуха. Однако, необходимость в ожидании выключения подачи топлива при торможении может привести к задержке в измерении влажности. Кроме того, во время выключения подачи топлива при торможении для удаления углеводородов из потока выхлопных газов может потребоваться длительное время. Также во время выключения подачи топлива при торможении, когда впускная заслонка закрыта, создается большое разрежение в коллекторе, которое может привести к всасыванию большого количества углеводородов из системы принудительной вентиляции картера. Углеводороды, попавшие из системы принудительной вентиляции картера, могут повлиять на выходной сигнал датчика и исказить результат измерения влажности. В общем, точные показания влажности наружного воздуха могут быть получены с задержкой.
Раскрытие изобретения
В свете указанной проблемы авторами настоящего изобретения был выработан подход, направленный по меньшей мере на частичное ее решение. Таким образом, далее приведено описание способа управления двигательной системой, содержащей датчик выхлопных газов. В одном из примеров указанный способ содержит этапы, на которых: избирательно отключают первую группу цилиндров, оставляя при этом включенной вторую группу цилиндров, подвергают модуляции опорное напряжение первого датчика выхлопных газов, установленного за первой группой цилиндров, между первым, более низким напряжением и вторым, более высоким напряжением; рассчитывают влажность наружного воздуха на основании выходного сигнала, сформированного указанным первым датчиком в ответ на указанную модуляцию, и регулируют рабочий параметр двигателя для второй группы цилиндров на основании рассчитанной влажности наружного воздуха; при первом условии, пока указанная первая группа цилиндров отключена, прикладывают первое напряжение ко второму датчику выхлопных газов, установленному за второй, включенной группой цилиндров, а не к указанному первому датчику выхлопных газов, рассчитывают соотношение топлива и отработанного воздуха на основании выходного сигнала второго датчика, и регулируют впрыск топлива в указанную вторую группу цилиндров на основании рассчитанного соотношения топлива и отработанного воздуха. Таким образом, расчет влажности можно осуществлять в отключенном блоке цилиндров двигателя с отключаемыми цилиндрами, что исключает необходимость в ожидании ситуации с выключением подачи топлива при торможении.
Например, при малой нагрузке двигателя цилиндры первого блока цилиндров могут быть избирательно отключены, в то время как цилиндры второго блока остаются включенными. Благодаря этому снижаются насосные потери и увеличивается КПД двигателя. Несмотря на то, что подача топлива и зажигание в первом блоке цилиндров отключены, можно осуществить модуляцию напряжения на первом датчике содержания кислорода в выхлопных газах, установленном за первым блоком цилиндров двигателя (но не за вторым блоком цилиндров), для измерения влажности наружного воздуха. В частности, к указанному датчику могут быть поочередно приложены: первое, более низкое напряжение (например, 450 мВ) и второе, более высокое напряжение (например, 1080 мВ), при этом можно получить выходной сигнал датчика для каждого из напряжений (например, ток накачки при каждом из напряжений). На основании разности между первым и вторым токами накачки можно рассчитать влажность наружного воздуха. Одновременно с этим, пока второй блок цилиндров включен, можно осуществить модуляцию напряжения на втором датчике содержания кислорода в выхлопных газах, установленном за вторым блоком цилиндров двигателя (но не за первым блоком цилиндров) для определения содержания этанола в топливе и/или определения соотношения топлива и отработанного воздуха. В частности, при первом условии ко второму датчику может быть приложено только первое напряжение, причем на основании выходного сигнала первого тока накачки, полученного от указанного датчика, можно измерить соотношение топлива и воздуха. Затем, при втором условии ко второму датчику может быть поочередно приложено первое и второе напряжение, причем на основании разности между выходными сигналами первого и второго токов накачки, полученными от указанного датчика при приложении соответственно первого и второго напряжений, можно рассчитать содержание этанола в топливе. Рабочий параметр двигателя для включенного блока цилиндров (например, количество впрыскиваемого топлива, установка момента зажигания, количество выхлопного газа в системе рециркуляции выхлопных газов, и т.д.) можно затем отрегулировать на основании влажности наружного воздуха, измеренной в отключенном блоке цилиндров, а также соотношения топлива и воздуха и содержания этанола, измеренных во включенном блоке цилиндров.
Таким образом, за счет модуляции опорного напряжения и определения изменения тока накачки в датчике содержания кислорода в выхлопных газах, соединенном с избирательно отключенным блоком цилиндров двигателя, отпадает необходимость в ожидании ситуации с выключением подачи топлива при торможении, и также нейтрализуется влияние любых изменений соотношения топлива и воздуха. Благодаря тому, что не нужно ожидать возникновения ситуации с выключением подачи топлива при торможении, также снижается влияние на результат измерения влажности углеводородов из системы принудительной вентиляции картера. Кроме того, влажность наружного воздуха может быть определена за более короткое время, поскольку не требуется, чтобы соотношение топлива и отработанного топлива оставалось стабильным до тех пор, пока не будут получение точные показания влажности. Более того, за счет того, что модуляция опорного напряжения и определение изменения тока накачки в датчике содержания кислорода, соединенном с включенным блоком цилиндров, происходят одновременно, можно одновременно рассчитать влажность наружного воздуха и рассчитать содержание этанола в топливе и соотношение топлива и воздуха.
В одном из вариантов способа, модуляция опорного напряжения предусматривает переключение опорного напряжения между первым, более низким напряжением и вторым, более высоким напряжением, причем второе напряжение обеспечивает диссоциацию молекул воды, а первое напряжение не вызывает диссоциацию молекул воды.
В одном из вариантов способа, избирательное отключение первой группы цилиндров предусматривает отключение подачи топлива через избирательно отключаемые топливные форсунки и зажигания для первой группы цилиндров.
В одном из вариантов, способ дополнительно содержит этапы, на которых: при втором условии, пока указанная первая группа цилиндров отключена, модулируют опорное напряжение указанного второго датчика выхлопных газов между первым напряжением и вторым напряжением, рассчитывают содержание спирта в топливе, сгоревшем в двигателе, на основании выходных сигналов указанного второго датчика при первом и втором напряжениях, и регулируют впрыск топлива в указанную вторую группу цилиндров на основании рассчитанного содержания спирта в топливе.
В одном из вариантов способа, второе, более высокое, напряжение обеспечивает диссоциацию молекул воды, а первое, более низкое, напряжение не вызывает диссоциацию молекул воды, причем расчет влажности наружного воздуха на основании выходного сигнала указанного первого датчика, реагирующего на модуляцию, предусматривает расчет влажности наружного воздуха на основании разности между выходным сигналом первого тока накачки, полученным от первого датчика при первом напряжении, и выходным сигналом второго тока накачки, полученным от первого датчика при втором напряжении, причем первый ток накачки является показателем количества кислорода, а второй ток накачки является показателем количества кислорода и воды.
В одном из вариантов способа, расчет содержания спирта предусматривает расчет содержания воды в продуктах сгорания топлива на основании разности между выходным сигналом первого тока накачки, полученным от второго датчика при первом напряжении, и выходным сигналом второго тока накачки, полученным от второго датчика при втором напряжении, причем первый ток накачки является показателем количества кислорода, а второй ток накачки является показателем количества кислорода и воды, а также предусматривает расчет содержания спирта на основании рассчитанного содержания воды.
В одном из вариантов, способ дополнительно содержит этап, на котором избирательно выполняют повторное включение первой группы цилиндров в зависимости от рассчитанной влажности наружного воздуха, причем повторное включение откладывают до тех пор, пока не будет завершен расчет влажности наружного воздуха.
В одном из вариантов способа, избирательное выполнение повторного включения первой группы цилиндров дополнительно зависит от рассчитанной влажности наружного воздуха, причем избирательное повторное включение откладывают, если рассчитанное значение влажности наружного воздуха превышает пороговое значение.
В одном из вариантов способа, указанные первый и второй датчики выхлопных газов представляют собой датчики содержания кислорода в выхлопном газе.
В одном из вариантов способа, первая группа цилиндров соединена с первым блоком цилиндров двигателя, а вторая группа цилиндров соединена со вторым блоком цилиндров двигателя, отличным от указанного первого блока цилиндров, причем указанный первый датчик выхлопных газов соединен с устройством снижения токсичности выхлопных газов, расположенным за указанным первым блоком цилиндров двигателя, а не за указанным вторым блоком цилиндров двигателя, а указанный второй датчик выхлопных газов соединен с устройством снижения токсичности выхлопных газов, расположенным за указанным вторым блоком цилиндров двигателя, а не за указанным первым блоком цилиндров двигателя.
В одном из вариантов способа, рабочий параметр двигателя представляет собой один или несколько из следующих параметров: количество выхлопного газа в системе рециркуляции выхлопных газов, установка момента зажигания и количество впрыскиваемого топлива.
В соответствии с изобретением также предложен способ управления двигателем, содержащий следующие этапы: в то время как первый блок цилиндров двигателя отключен, к первому датчику выхлопных газов, установленному за первым блоком цилиндров, поочередно прикладывают каждое из напряжений - первое, более низкое опорное напряжение и второе, более высокое опорное напряжение, рассчитывают влажность наружного воздуха на основании разности между выходным сигналом первого тока накачки, полученным от указанного первого датчика при приложении первого напряжения, и выходным сигналом второго тока накачки, полученным от указанного первого датчика при приложении второго напряжения, регулируют рабочий параметр второго, включенного блока цилиндров двигателя на основании рассчитанной влажности наружного воздуха, и избирательно выполняют повторное включение указанного первого блока цилиндров на основании рассчитанной влажности наружного воздуха, причем указанное избирательное выполнение повторного включения откладывают, если расчет влажности наружного воздуха не завершен или если рассчитанная влажность наружного воздуха превышает пороговое значение, причем пороговое значение зависит от границ детонации двигателя.
В одном из вариантов, способ дополнительно содержит этапы, на которых: ко второму датчику выхлопных газов, установленному за указанным вторым блоком цилиндров, поочередно прикладывают каждое из напряжений - первое напряжение и второе напряжение, рассчитывают содержание этанола в продуктах сгорания топлива на основании разности между выходным сигналом первого тока накачки, полученным от указанного второго датчика при приложении первого напряжения, и выходным сигналом второго тока накачки, полученным от указанного второго датчика при приложении второго напряжения, и дополнительно регулируют рабочий параметр указанного второго блока цилиндров двигателя на основании рассчитанного содержания этанола.
В одном из вариантов, способ дополнительно содержит этапы, на которых: прикладывают первое напряжение к указанному второму датчику выхлопных газов, рассчитывают соотношение топлива и отработанного воздуха на основании выходного сигнала первого тока накачки, полученного от указанного второго датчика при приложении первого напряжения, и регулируют впрыск топлива в указанный второй блок цилиндров в зависимости от разности между рассчитанным соотношением топлива и отработанного воздуха и пороговым значением соотношения.
В одном из вариантов, способ дополнительно содержит этап, на котором, после повторного включения указанного первого блока цилиндров, регулируют рабочий параметр как первого, так и второго блоков цилиндров на основании одного или нескольких из следующих параметров: рассчитанной влажности наружного воздуха и рассчитанного содержания этанола.
В одном из вариантов, способ дополнительно содержит этапы, на которых: прикладывают первое напряжение к указанному второму датчику выхлопных газов, рассчитывают соотношение топлива и отработанного воздуха на основании выходного сигнала первого тока накачки, полученного от указанного второго датчика при приложении первого напряжения, и регулируют впрыск топлива в указанный второй блок цилиндров в зависимости от разности между рассчитанным соотношением топлива и отработанного воздуха и пороговым значением соотношения.
В одном из вариантов, способ дополнительно содержит этап, после повторного включения указанного первого блока цилиндров, регулируют рабочий параметр как первого, так и второго блоков цилиндров на основании одного или нескольких из следующих параметров: рассчитанной влажности наружного воздуха и рассчитанного содержания этанола.
В одном из вариантов способа, указанный рабочий параметр представляет собой один или несколько из следующих параметров: количество выхлопного газа в системе рециркуляции выхлопных газов, установка момента зажигания и соотношение топлива и воздуха в двигателе.
В одном из вариантов, способ дополнительно содержит этап, на котором отключают первый блок цилиндров путем отключения подачи топлива и зажигания в ответ на нагрузку двигателя.
В соответствии с изобретением также предложена система двигателя, содержащая: двигатель, имеющий первую группу цилиндров в первом блоке цилиндров и вторую группу цилиндров во втором блоке цилиндров, избирательно отключаемые топливные форсунки, соединенные с указанными первой и второй группами цилиндров, первый датчик содержания кислорода в выхлопном газе, установленный за указанным первым блоком цилиндров, второй датчик содержания кислорода в выхлопном газе, установленный за указанным вторым блоком цилиндров, управляющую систему, взаимодействующую с указанными первым и вторым датчиками, причем указанная управляющая система содержит неизменные инструкции для: избирательного отключения подачи топлива и зажигания в указанную первую группу цилиндров, модуляции опорного напряжения указанного первого датчика между первым напряжением и вторым напряжением, формирования показаний влажности наружного воздуха на основании изменения выходного сигнала тока накачки, полученного от первого датчика в ответ на модуляцию опорного напряжения, задержки повторного включения указанной первой группы цилиндров до тех пор, пока не будет завершена модуляция опорного напряжения, и регулирования подачи топлива и зажигания во вторую, включенную группу цилиндров на основании показаний влажности наружного воздуха.
В одном из вариантов системы двигателя, двигатель представляет собой двигатель с отключаемыми цилиндрами.
В одном из вариантов системы двигателя, регулирование подачи топлива и зажигания в ответ на показания о повышенной влажности предусматривает сдвиг установки момента зажигания в сторону опережения и регулирование впрыска топлива для перехода к соотношению топлива и воздуха, соответствующему смеси более бедной, чем стехиометрическая смесь.
Следует понимать, что содержащиеся в данном разделе сведения приведены для ознакомления в упрощенной форме с некоторыми идеями, которые далее рассмотрены в описании более подробно. Данный раздел не предназначен для формулирования ключевых или существенных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого однозначно определен пунктами формулы изобретения, которая следует за разделом с подробным описанием настоящего изобретения. Более того, заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые устраняют недостатки, упомянутые выше или в любом разделе данного описания.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан один из вариантов осуществления двигателя с избирательно отключаемыми цилиндрами.
На фиг. 2 показан один из вариантов осуществления камеры сгорания в двигательной системе, содержащей выпускную систему и систему рециркуляции выхлопных газов.
На фиг. 3 схематично показан пример осуществления датчика выхлопных газов.
На фиг. 4 показана блок-схема алгоритма работы одного или нескольких датчиков выхлопных газов, соединенных с двигателем с отключаемыми цилиндрами.
На фиг. 5 показана блок-схема алгоритма определения влажности наружного воздуха, соотношения топлива и отработанного воздуха и/или содержания спирта в продуктах сгорания топлива на основании данных, полученных от датчиков выхлопных газов двигателя с отключаемыми цилиндрами.
На фиг. 6 показана блок-схема алгоритма регулирования рабочих параметров двигателя на основании данных о влажности наружного воздуха, соотношения топлива и топлива и отработанного воздуха и/или содержания спирта в продуктах сгорания топлива, рассчитанных посредством датчиков выхлопных газов.
Осуществление изобретения
В настоящем изобретении предложены способы и системы для расчета влажности в отключенном блоке цилиндров двигателя с отключаемыми цилиндрами, такого, какой, например, показан на фиг. 1 и 2. При работе двигателя в режиме с отключенными цилиндрами датчик содержания кислорода в выхлопных газах, например, датчик, показанный на фиг. 3, установленный за отключенным блоком цилиндров двигателя, может быть использован для измерения влажности, а датчик содержания кислорода в выхлопных газах, установленный за включенным блоком цилиндров двигателя может быть использован для расчета соотношения топлива и воздуха и содержания этанола в топливе. Контроллер может быть выполнен с возможностью осуществления алгоритма, например, алгоритма, представленного на фиг. 4-5, для модуляции указанного датчика содержания кислорода в выхлопных газах, соединенного с отключенным блоком цилиндров двигателя, при работе двигателя в режиме с отключенными цилиндрами для расчета влажности наружного воздуха, и одновременной модуляции указанного датчика содержания кислорода в выхлопных газах, соединенного с включенным блоком цилиндров двигателя для расчета содержания спирта (например, этанола) в продуктах сгорания топлива и измерения соотношения топлива и отработанного воздуха. Рабочие параметры двигателя для отключенного блока цилиндров при работе двигателя в режиме с отключенными цилиндрами, а также для обоих блоков цилиндров при последующей работе двигателя в режиме без отключения цилиндров регулируются на основании рассчитанной влажности, соотношения топлива и воздуха и содержания спирта в топливе (фиг. 6). Кроме того, повторное включение отключенного блока цилиндров можно регулировать на основании по меньшей мере результатов измерения влажности.
На фиг. 1 показан вариант 100 осуществления двигателя 10, причем указанный двигатель выполнен в виде двигателя с отключаемыми цилиндрами. Двигатель 10 с отключаемыми цилиндрами содержит несколько камер сгорания или цилиндров 31. Указанные цилиндры 31 двигателя 10 скомпонованы в виде групп цилиндров в отдельных блоках цилиндров. В проиллюстрированном примере двигатель 10 содержит два блока 14А, 14В цилиндров. Таким образом, цилиндры скомпонованы в виде первой группы цилиндров (четыре цилиндра в проиллюстрированном примере), предусмотренных в первом блоке 14А цилиндров, и второй группы цилиндров (четыре цилиндра в проиллюстрированном примере), предусмотренных во втором блоке 14В цилиндров. Следует понимать, что хотя вариант осуществления, проиллюстрированный на фиг. 1, представляет собой двигатель с V-образным расположением цилиндров, скомпонованных в различных блоках цилиндров, настоящее изобретение не ограничивается указанным вариантом, и в альтернативных вариантах осуществления указанный двигатель может представлять собой двигатель с линейным расположением цилиндров, при этом все цилиндры могут быть скомпонованы в одном общем блоке цилиндров.
Двигатель 10 с отключаемыми цилиндрами может принимать всасываемый воздух через впускной канал 142, сообщающийся с разветвленным впускным коллектором 44А, 44В. В частности, первый блок 14А цилиндров принимает всасываемый воздух из впускного канала 142 через первый впускной коллектор 44А, а второй блок 14В цилиндров принимает всасываемый воздух из впускного канала 142 через второй впускной коллектор 44В. Хотя блоки 14А, 14В цилиндров изображены с разными впускными коллекторами, следует понимать, что в других вариантах осуществления они могут совместно использовать общий впускной коллектор или часть общего впускного коллектора. Количеством воздуха, подаваемым в цилиндры двигателя, можно управлять путем регулирования положения заслонки 62. Кроме того, количество воздуха, подаваемое в каждую группу цилиндров в конкретных блоках цилиндров, можно регулировать путем изменения фазы газораспределения для одного или нескольких впускных клапанов, соединенных с цилиндрами.
Продукты сгорания, образующиеся в цилиндрах первого блока 14А цилиндров, направляются к одному или нескольким каталитическим нейтрализаторам выхлопных газов в первом выпускном коллекторе 48А, где указанные продукты сгорания подвергаются обработке перед выпуском в атмосферу. С первым выпускным коллектором 48А соединено первое устройство 70А снижения токсичности выхлопных газов. Указанное первое устройство 70А снижения токсичности выхлопных газов может содержать один или несколько каталитических нейтрализаторов выхлопных газов, например, каталитический нейтрализатор с непосредственным соединением. В одном из примеров указанный каталитический нейтрализатор с непосредственным соединением, входящий в состав устройства 70А снижения токсичности выхлопных газов, может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Выхлопной газ, образующийся в цилиндрах первого блока 14А, подвергается обработке в устройстве 70А снижения токсичности выхлопных газов перед его подачей в первое устройство 80А снижения токсичности выхлопных газов, установленное под днищем кузова. Указанное первое устройство 80А снижения токсичности выхлопных газов, установленное под днищем кузова, может содержать первый каталитический нейтрализатор 82А выхлопных газов, установленный под днищем кузова, и второй каталитический нейтрализатор 84А выхлопных газов, установленный под днищем кузова. В одном из примеров указанный первый каталитический нейтрализатор 82А выхлопных газов, установленный под днищем кузова, представляет собой SCR-катализатор, предназначенный для селективного каталитического восстановления, при котором оксиды азота (NOx) в присутствии аммиака восстанавливаются до азота. В другом примере указанный второй каталитический нейтрализатор 84А выхлопных газов, установленный под днищем кузова, представляет собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Указанный первый каталитический нейтрализатор 82А выхлопных газов, установленный под днищем кузова, может быть расположен перед вторым каталитическим нейтрализатором 84А (по направлению движения потока выхлопного газа) в составе устройства 80А снижения токсичности выхлопных газов, установленного под днищем кузова, но за третьим каталитическим нейтрализатором выхлопных газов с непосредственным соединением (входящим в состав устройства 70А снижения токсичности выхлопных газов). Выхлопной газ, который подвергается обработке при прохождении через первое устройство 70А снижения токсичности выхлопных газов и первое устройство 80А снижения токсичности выхлопных газов, установленное под днищем кузова, затем направляется по первому выпускному коллектору 48А к разветвлению 55 выпускной системы. Отсюда выхлопной газ может быть направлен в атмосферу через общий выпускной канал 50.
Продукты сгорания, образующиеся в цилиндрах второго блока 14В цилиндров, выпускаются в атмосферу через второй выпускной коллектор 48В. Со вторым выпускным коллектором 48 В соединено второе устройство 70В снижения токсичности выхлопных газов. Указанное второе устройство 70В снижения токсичности выхлопных газов может содержать один или несколько каталитических нейтрализаторов выхлопных газов, например, каталитический нейтрализатор с непосредственным соединением. В одном из примеров указанный каталитический нейтрализатор с непосредственным соединением, входящий в состав устройства 70В снижения токсичности выхлопных газов, может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор. Выхлопной газ, образующийся в цилиндрах второго блока 14В цилиндров, подвергается обработке в устройстве 70В снижения токсичности выхлопных газов перед его подачей во второе устройство 80В снижения токсичности выхлопных газов, установленное под днищем кузова. Указанное второе устройство 80В снижения токсичности выхлопных газов, установленное под днищем кузова, может также содержать первый каталитический нейтрализатор 82В выхлопных газов, установленный под днищем кузов, и второй каталитический нейтрализатор 84В выхлопных газов, установленный под днищем кузова.
На фиг. 1 показано, что каждый блок цилиндров соединен с соответствующим устройством снижения токсичности выхлопных газов, установленным под днищем кузова. В других вариантах осуществления каждый блок цилиндров может быть соединен с соответствующим устройством 70А, 70В снижения токсичности выхлопных газов, но при этом соединен с общим устройством снижения токсичности выхлопных газов, установленным под днищем кузова и расположенным за разветвлением 55 выпускной системы, и с общим выпускным каналом.
С двигателем 10 могут быть соединены различные датчики. Например, первый датчик 72 выхлопных газов может быть соединен с первым выпускным коллектором 48А первого блока 14А цилиндров и установлен за первым устройством 70А снижения токсичности выхлопных газов, а второй датчик 74 выхлопных газов может быть соединен со вторым выпускным коллектором 48В второго блока 14В цилиндров и установлен за вторым устройством 70В снижения токсичности выхлопных газов. Согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения перед указанными устройствами снижения токсичности выхлопных газов могут быть установлены дополнительные датчики выхлопных газов. Кроме того, могут быть предусмотрены другие датчики, например, температурные датчики, соединенные с устройством(-ами) снижения токсичности выхлопных газов, установленным под днищем кузова. Как поясняется со ссылкой на фиг. 2-3, датчики 72, 74 выхлопных газов могут представлять собой датчики содержания кислорода в выхлопных газах, например, датчик содержания кислорода в выхлопных газах (ДСКВ), нагреваемый датчик содержания кислорода в выхлопных газах (НДСКВ) или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в выхлопных газах (ШДСКВ).
Один или несколько цилиндров двигателя могут быть избирательно отключены при выбранных условиях работы двигателя. Например, при низкой нагрузке на двигатель один или несколько цилиндров выбранного блока цилиндров двигателя могут быть избирательно отключены. Хотя нагрузка на двигатель более низкая, но за счет отключения выбранных цилиндров средняя нагрузка, приходящаяся на цилиндр, для оставшихся включенных цилиндров увеличивается, что улучшает эффективность накачки. Избирательное отключение цилиндров может предусматривать отключение подачи топлива и зажигания для выбранных цилиндров двигателя (или для выбранного блока цилиндров, если отключается целый блок, как например, в конструкциях с плоской компоновкой коленчатого вала). Кроме того, фазы газораспределения для впускного и/или выпускного клапанов можно регулировать так, чтобы не происходило по существу никакой перекачки воздуха через отключенный блок цилиндров, но одновременно с этим воздух продолжал бы проходить через включенный блок цилиндров. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения отключенные цилиндры могут содержать клапаны, которые удерживаются закрытыми на протяжении одного или нескольких циклов работы двигателя, причем клапаны цилиндров отключаются посредством гидравлических толкателей или механизма переключения профилей кулачков, в котором для отключаемых клапанов используется выступ кулачка, не вызывающий подъема клапана. В одном из примеров, контроллер двигателя может избирательно отключать все цилиндры данного блока цилиндров (14А или 14В) во время перехода на режим с отключенными цилиндрами, а затем снова включать цилиндры при обратном переходе на режим без отключения цилиндров.
Как показано на фиг. 4, контроллер может использовать датчик выхлопных газов, соединенный с отключенным блоком цилиндров, во время работы двигателя в режиме с отключенными цилиндрами для расчета влажности наружного воздуха. В частности, опорное напряжение датчика выхлопных газов, соединенного с отключенным блоком цилиндров, может быть подвергнуто модуляции, при этом влажность наружного воздуха может быть рассчитана на основании выходных данных об изменении тока накачки при опорных напряжениях. Благодаря расчету (что требует отсутствия подачи топлива) влажности наружного воздуха посредством датчика выхлопных газов, соединенного с отключенным блоком цилиндров, во время работы двигателя в режиме с отключенными цилиндрами, отпадает необходимость ожидать выключения подачи топлива при торможении для того, чтобы выполнить расчет влажности. Кроме того, нейтрализуется влияние любых изменений в соотношении топлива и воздуха на выходной сигнал датчика. К тому же, за счет того, что не требуется ожидать выключения подачи топлива при торможении, при котором дроссельная заслонка закрыта и возрастает разрежение в коллекторе, также снижается влияние углеводородов из системы принудительной вентиляции картера. В целом, определение влажности наружного воздуха может быть выполнено за более короткое время, поскольку не требуется, чтобы соотношение топлива и отработанного воздуха оставалось стабильным, пока не будут получены точные показания влажности наружного воздуха.
Хотя расчет влажности осуществляют на отключенном блоке цилиндров, расчет содержания этанола в топливе и/или расчет соотношения топлива и отработанного воздуха (что требует подачи топлива) можно одновременно осуществлять на включенном блоке цилиндров. В частности, за счет одновременной модуляции опорного напряжения и определения изменения тока накачки в датчике содержания кислорода в выхлопных газах, соединенном с включенным блоком цилиндров двигателя, можно одновременно с расчетом влажности наружного воздуха осуществлять также расчет содержания этанола в топливе и соотношения топлива и воздуха. Благодаря возможности одновременного, а не последовательного осуществления указанных расчетов, все расчеты можно выполнять за более короткое время, без потери точности результатов.
Например, при работе двигателя в режиме с отключенными цилиндрами могут быть отключены все цилиндры блока 14А цилиндров, в то время как все цилиндры блока 14В цилиндров могут оставаться включенными. При работе двигателя в режиме с отключенными цилиндрами опорное напряжение датчика 72 содержания кислорода в выхлопных газах может быть подвергнуто модуляции между первым, более низким напряжением (которое не приводит к диссоциации молекул воды) и вторым, более высоким опорным напряжением (которое уже вызывает диссоциацию молекул воды). Выходной сигнал датчика 72 при двух указанных опорных напряжениях затем используют для расчета влажности наружного воздуха. Одновременно с этим опорное напряжение датчика 74 содержания кислорода в выхлопных газах может быть подвергнуто модуляции между первым и вторым опорными напряжениями и выходной сигнал датчика 74 при двух указанных опорных напряжениях можно использовать для расчета содержания этанола в топливе, сгоревшем в двигателе. Дополнительно, до или после расчета содержания этанола к датчику 74 содержания кислорода в выхлопных газах может быть приложено первое опорное напряжение, при этом выходной сигнал датчика 74 при указанном опорном напряжении может быть использован для расчета соотношения топлива и отработанного воздуха. Затем на основании одного или нескольких рассчитанных параметров: влажности наружного воздуха, соотношения топлива и отработанного воздуха и содержания этанола в топливе, можно отрегулировать впрыск топлива в блок 14В цилиндров. Кроме того, повторное включение блока 14А цилиндров может быть отложено по меньшей мере до тех пор, пока не будет завершен расчет влажности наружного воздуха. Далее, после повторного включения, на основании рассчитанной влажности наружного воздуха, соотношения топлива и отработанного воздуха и содержания этанола в топливе можно отрегулировать впрыск топлива, установку момента зажигания и поток выхлопных газов, направляемый в контур рециркуляции, в обоих блоках цилиндров двигателя.
На фиг. 2 схематично показан один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10 двигательной системы 200, которая может входить в состав силовой установки автомобиля. Управление двигателем 10 можно осуществлять по меньшей мере частично посредством управляющей системы, содержащей контроллер 12, и путем воздействия со стороны оператора 132 транспортного средства с помощью устройства 130 ввода. В данном примере, указанное устройство 130 ввода содержит педаль управления подачей топлива и датчик 134 положения педали для формирования сигнала пропорционального положения педали (ППП). Камера сгорания (т.е. цилиндр) 30 двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания с находящимся внутри поршнем 36. Указанный поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 через промежуточную систему силовой передачи может быть соединен по меньшей мере с одним ведущим колесом транспортного средства. Кроме того, через маховик с коленчатым валом 40 может быть соединен мотор стартера для обеспечения пуска двигателя 10.
Камера 30 сгорания способна принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и способна выпускать газообразные продукты сгорания через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут избирательно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения камера 30 сгорания может содержать два или несколько впускных клапанов и/или два и несколько выпускных клапанов.
В данном примере, управление впускным клапаном 52 и выпускным клапаном 54 можно осуществлять путем приведения в действие кулачков посредством соответствующих систем 51 и 53 привода кулачка. Каждая из указанных систем 51 и 53 привода кулачка может содержать один или несколько кулачков и может использовать одну или несколько из следующих систем: систему переключения профилей кулачков (ППК), систему изменения синхронизации распредвала (ИСР), систему изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или систему изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которыми можно управлять посредством контроллера 12 для изменения работы клапанов. Положения впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 можно определять посредством датчиков положения 55 и 57, соответственно. В других вариантах, управление впускным клапаном 52 и/или выпускным клапаном 54 осуществляют посредством электропривода клапана. Например, в таком случае цилиндр 30 может содержать впускной клапан, управляемый электроприводом, и выпускной клапан, управляемый системой привода, содержащей систему переключения профилей кулачков и/или систему изменения синхронизации распредвала.
На чертежах показано, что топливная форсунка 66 соединена напрямую с камерой сгорания для введения топлива непосредственно в указанную камеру 30 сгорания пропорционально длительности импульса сигнала ФПВ, поступающего из контроллера 12 через электронный драйвер 68. Таким образом, топливная форсунка 66 осуществляет так называемый прямой впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Топливная форсунка может быть установлена, например, на боковой стороне камеры сгорания или в верхней части камеры сгорания (как показано на чертеже). Топливо может доставляться к топливной форсунке 66 посредством топливной системы (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рейку. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения камера 30 сгорания может в качестве альтернативы или дополнительно содержать топливную форсунку, расположенную в указанном впускном коллекторе 44, согласно конструкции обеспечивающей так называемый «впрыск во впускной канал», при котором ввод топлива происходит во впускной канал, расположенный перед камерой 30 сгорания.
Впускной канал 42 может содержать дроссель 62, имеющий дроссельную шайбу 64. В данном конкретном примере, положение дроссельной шайбы 64 может быть изменено посредством контроллера 12 по сигналу, подаваемому на электродвигатель или привод дросселя 62, что принято называть «электронным управлением дроссельной заслонкой». При таком способе, дросселем 62 можно управлять для изменения количества воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания наряду с другими цилиндрами двигателя. Информацию о положении дроссельной шайбы 64 можно передавать в контроллер 12 в виде сигнала положения заслонки. Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 абсолютного давления во впускном коллекторе, предназначенные для подачи в контроллер 12 соответствующих сигналов массового расхода воздуха и абсолютного давления во впускном коллекторе.
На чертежах показано, что к выпускному каналу 48 в точке перед устройством 70 снижения токсичности выхлопных газов присоединен датчик 126 выхлопных газов.
Указанный датчик 126 может представлять собой любой подходящий датчик, выдающий показания о соотношение топлива отработанного воздуха, например, линейный кислородный датчик или универсальный или широкодиапазонный датчик содержания кислорода в выхлопных газах (ШДСКВ), двухступенчатый датчик содержания кислорода или СКВ-датчик, НДСКВ (нагреваемый ДСКВ), датчик NOx, НС или СО. Устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов установлено вдоль выпускного канала 48 за указанным датчиком 126 выхлопных газов. Указанное устройство 70 может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, уловитель NOx, любое другое устройство снижения токсичности выхлопных газов или комбинацию подобных устройств. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, во время работы двигателя 10 указанное устройство 70 снижения токсичности выхлопных газов можно периодически переустанавливать путем эксплуатации по меньшей мере одного цилиндра двигателя с конкретным соотношением топлива и воздуха.
Кроме того, в раскрытых вариантах осуществления настоящего изобретения система 140 рециркуляции выхлопных газов может направлять требуемую часть выхлопных газов из выпускного канала 48 во впускной коллектор 44 через канал 152 системы рециркуляции выхлопных газов. Контроллер 12 посредством клапана 144 системы рециркуляции выхлопных газов может варьировать количество выхлопных газов, передаваемых во впускной коллектор 44 системой рециркуляции выхлопных газов. Кроме того, в указанном канале 152 системы рециркуляции выхлопных газов может быть установлен датчик 146 системы рециркуляции выхлопных газов, выполненный с возможностью выдачи показаний об одном или нескольких параметрах выхлопных газов: давления, температуры и концентрации. При некоторых условиях указанная система 140 рециркуляции выхлопных газов может быть использована для регулирования температуры воздушно-топливной смеси в камере сгорания, обеспечивая, тем самым, способ управления установкой момента зажигания в заданных режимах сгорания. Кроме того, при некоторых условиях, часть газообразных продуктов сгорания можно удерживать или запирать в камере сгорания путем управления фазой газораспределения для выпускного клапана, например, управляя механизмом изменения фаз газораспределения для клапанов.
На фиг. 2 показан контроллер 12 в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, электронную запоминающую среду для исполняемых программ и калибровочных значений, изображенную в данном конкретном примере в виде постоянного запоминающего устройства 106, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, в том числе: сигнал массового расхода воздуха (МРВ), надуваемого в двигатель, от датчика 120 массового расхода воздуха; сигнал температуры хладагента двигателя (ТХД) от температурного датчика 112, соединенного с рукавом 114 для охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), соединенного с коленчатым валом 40, сигнал о положении дроссельной заслонки (ПДЗ) от датчика положения дроссельной заслонки, и сигнал абсолютного давления во впускном коллекторе (АДВК) от датчика 122. Сигнал частоты вращения вала двигателя может быть выработан контроллером 12 из указанного сигнала профиля зажигания. Сигнал абсолютного давления во впускном коллекторе от датчика абсолютного давления во впускном коллекторе может быть использован для выдачи показаний о разрежении или давлении во впускном коллекторе. Следует отметить, что могут быть использованы различные сочетания вышеуказанных датчиков, например, датчик массового расхода воздуха без датчика абсолютного давления во впускном коллекторе, и наоборот. При работе со стехиометрическим соотношением датчик абсолютного давления во впускном коллекторе может выдать показания крутящего момента двигателя. Кроме того, указанный датчик, вместе с измеренной частотой вращения двигателя может обеспечивать оценку заряда горючей смеси (включая воздух), вводимой в цилиндр. В одном из примеров, датчик 118, который также используется в качестве датчика частоты вращения двигателя, может на каждый оборот коленчатого вала формировать предварительно заданное число равноотстоящих импульсов.
Запоминающая среда в виде постоянного запоминающего устройства 106 может быть заполнена машиночитаемыми данными, которые представляют неизменные инструкции, исполняемые процессором 102 для осуществления рассматриваемых ниже способов, а также иных вариантов способов, которые предполагаются, но конкретно не перечислены.
Как говорилось выше, на фиг. 2 изображен только один из цилиндров многоцилиндрового двигателя, причем каждый цилиндр может аналогичным образом содержать свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания и т.д.
2
На фиг. 3 схематично показан вариант осуществления датчика выхлопных газов, такого как ШДСКВ 300, выполненный с возможностью измерения концентрации кислорода (O) в потоке выхлопных газов. Указанный датчик 300 может работать в качестве датчика 126 выхлопных газов, который, например, был ранее описан со ссылкой на фиг. 2, или в качестве любого из датчиков 72, 74 выхлопных газов, рассмотренных ранее, например, со ссылкой на фиг. 1. Датчик 300 содержит несколько слоев одного или более керамических материалов, уложенных в стопу. В варианте, представленном на фиг. 3, показано пять керамических слоев: слои 301, 302, 303, 304 и 305. Среди указанных слоев имеется один или несколько слоев твердого электролита, способного проводить ионы кислорода. К твердым электролитам, пригодным для указанной цели, относятся, помимо прочего, материалы на основе оксида циркония. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, например, в варианте, представленном на фиг. 3, для увеличения ионной проводимости слоев в тепловом контакте со слоями может быть расположен нагреватель 307. Хотя изображенный ШДСКВ 300 состоит из пяти керамических слоев, следует понимать, что указанный ШДСКВ может содержать другое подходящее число керамических слоев.
2
2
Слой 302 содержит материал или материалы, создающие диффузионный путь 310. Указанный диффузионный путь 310 выполнен с возможностью ввода выхлопных газов в первую внутреннюю камеру 322 посредством диффузии. Диффузионный путь 310 может обеспечивать возможность одному или нескольким компонентам выхлопного газа, включая помимо прочего, заданное анализируемое вещество (например, O), диффундировать во внутреннюю камеру 322 с более ограниченной скоростью, чем скорость закачки или откачки указанного анализируемого вещества посредством пары электродов 312, 314 накачки. Таким образом, в первой внутренней камере 322 может быть получен стехиометрический уровень O.
пн
Указанный датчик 300 также содержит вторую внутреннюю камеру 324 внутри слоя 304, которая отделена от первой внутренней камеры 322 слоем 303. Указанная вторая внутренняя камера 324 выполнена с возможностью поддержания постоянного парциального давления кислорода, эквивалентного стехиометрическому условию, т.е. уровень кислорода, присутствующий во второй внутренней камере 324, равен уровню, который бы имел выхлопной газ, если бы соотношение топлива и воздуха было стехиометрическим. Концентрацию кислорода во второй внутренней камере 324 поддерживают постоянной за счет тока I накачки. В данном случае вторую внутреннюю камеру 324 можно назвать сравнительной ячейкой.
С первой внутренней камерой 322 и сравнительной ячейкой 324 взаимодействует пара измерительных электродов 316 и 318. Указанные измерительные электроды 316 и 318 измеряют градиент концентрации, который может развиваться между первой внутренней камерой 322 и сравнительной ячейкой 324 из-за того, что концентрация кислорода в выхлопном газе выше или ниже стехиометрического уровня. К примеру, высокая концентрация кислорода может быть вызвана обедненной воздушно-топливной смесью, в то время как низкая концентрация кислорода может быть вызвана богатой воздушно-топливной смесью.
2
2
Указанная пара электродов 312 и 314 накачки взаимодействует с внутренней камерой 322 и выполнена с возможностью электрохимической перекачки выбранной составляющей газа (например, O) из внутренней камеры 322, через слой 301 и наружу из датчика 300. В качестве альтернативы, пара электродов 312 и 314 накачки может быть выполнена с возможностью электрохимической перекачки выбранного газа через слой 301 и во внутреннюю камеру 322. В данном случае, пару электродов 312 и 314 накачки можно назвать ячейкой накачки O.
Электроды 312, 314, 316 и 318 могут быть изготовлены из различных пригодных материалов. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, электроды 312, 314, 316 и 318 могут быть по меньшей мере частично изготовлены из материала, который является катализатором диссоциации молекулярного кислорода. К таким материалам относятся, помимо прочего, электроды, содержащие платину и/или золото.
н
н
2
н
Процесс электрохимической закачки кислорода во внутреннюю камеру 322 или откачки кислорода из внутренней камеры 322 предусматривает приложение электрического тока I накачки к паре электродов 312 и 314 накачки. Ток I накачки, пропускаемый через ячейку накачки O, приводит к закачиванию кислорода во внутреннюю камеру 322 или откачиванию кислорода из внутренней камеры 322 для поддержания стехиометрического уровня кислорода в полости ячейки накачки. Ток I накачки пропорционален концентрации кислорода в выхлопном газе. Таким образом, обедненная смесь будет приводить к откачке кислорода из внутренней камеры 322, а богатая смесь будет вызывать закачку кислорода во внутреннюю камеру 322.
н
н
Управляющая система (не показана на фиг. 3) формирует сигнал напряжения V накачки в зависимости от интенсивности тока I накачки, который требуется для поддержания стехиометрического уровня в первой внутренней камере 322.
Следует понимать, что описанный выше ШДСКВ представляет собой лишь одни из возможных вариантов исполнения датчика такого типа, причем иные варианты исполнения ШДСКВ могут иметь дополнительные и/или альтернативные функции и/или иное конструктивное исполнение.
На фиг. 4 представлена блок-схема алгоритма 400 работы одного или нескольких датчиков выхлопных газов, соединенных с указанным двигателем с отключаемыми цилиндрами. В частности, указанный алгоритм определяет, выполняются ли условия режима с отключенными цилиндрами, и соответствующим образом управляет двигательной системой. Например, если условия режима с отключенными цилиндрами выполняются, то отключают выбранный блок цилиндров двигателя (например, первый блок или второй блок) и приводят в действие датчики выхлопных газов, соответствующие каждому блоку цилиндров, для измерения влажности наружного воздуха, содержания спирта и/или соотношения топлива и воздуха. Например, датчик выхлопных газов, соединенный с отключенным блоком цилиндров, измеряет влажность наружного воздуха, а датчик выхлопных газов, соединенный с включенным блоком цилиндров, измеряет содержание спирта в топливе и/или соотношение топлива и воздуха.
На этапе 402 алгоритма 400 определяют условия работы двигателя. К указанным условиям работы двигателя относятся, помимо прочего, нагрузка двигателя, температура наружного воздуха, установка момента зажигания, фаза газораспределения для клапанов, фаза впрыска топлива и т.д.
После определения условий работы двигателя, на этапе 404 алгоритма 400 определяют, выполняются ли условия режима с отключенными цилиндрами. В одном из примеров условия режима с отключенными цилиндрами могут предусматривать работу двигателя при малой нагрузке. К примеру, когда происходит отключение одного блока цилиндров, средняя нагрузка, приходящаяся на цилиндр, для оставшихся цилиндров включенного блока возрастает. Таким образом, если нагрузка двигателя мала, нагрузка включенных цилиндров не может возрасти слишком сильно, даже несмотря на то, что происходит увеличение нагрузки на включенные цилиндры.
Если определено, что условия режима работы двигателя с отключенными цилиндрами не выполнены, то алгоритм переходит на этап 418, на котором поддерживают работу двигателя со всеми включенными цилиндрами. Например, все цилиндры обоих блоков цилиндров двигателя остаются включенными, так что в каждом из цилиндров происходит процесс горения топлива.
С другой стороны, если определено, что условия режима с отключенными цилиндрами выполнены, то алгоритм переходит на этап 406, на котором отключают цилиндры выбранного блока. К примеру, отключение цилиндров выбранного блока может предусматривать прекращение подачи топлива (например, через избирательно отключаемые топливные форсунки) и зажигания в выбранный блок цилиндров. Кроме того, может быть отрегулирована фаза газораспределения для впускного и/или выпускного клапанов, так чтобы по существу не происходила прокачка воздуха через отключенный блок цилиндров, но при этом воздух продолжал проходить через включенный блок цилиндров.
После отключения выбранных цилиндров, алгоритм переходит на этап 408, на котором приводят в действие датчик содержания кислорода в выхлопных газах отключенного блока цилиндров двигателя для измерения влажности наружного воздуха, что будет рассмотрено более подробно со ссылкой на фиг. 5. Как раскрыто выше, благодаря измерению влажности наружного воздуха посредством датчика выхлопных газов, соединенного с отключенным блоком цилиндров, отпадает необходимость в ожидании выключения подачи топлива при торможении для измерения влажности. Кроме того, благодаря тому, что нет необходимости в ожидании выключения подачи топлива при торможении, также снижается влияние углеводородов из системы принудительной вентиляции картера на результат измерения влажности. Также сводится к нулю влияние изменения соотношения топлива и воздуха на выходной сигнал датчика, поскольку горения топлива в цилиндрах отключенного блока не происходит. При этом влажность наружного воздуха может быть определена за более короткое время, поскольку не требуется, чтобы соотношение топлива и отработанного воздуха оставалось стабильным, прежде чем могут быть получены точные показания влажности наружного воздуха.
На этапе 410 приводят в действие датчик содержания кислорода в выхлопных газах включенного блока цилиндров двигателя для измерения соотношения топлива и воздуха и/или содержания спирта в топливе, что будет рассмотрено более подробно со ссылкой на фиг. 5. Как раскрыто выше, поскольку измерение влажности наружного воздуха осуществляют посредством датчика, соединенного с отключенным блоком цилиндров, а измерение содержания спирта в топливе и соотношения топлива и воздуха осуществляют посредством датчика, соединенного с включенным блоком цилиндров, указанные измерения влажности наружного воздуха, содержания спирта в топливе и/или соотношения топлива и воздуха можно осуществлять одновременно. Таким образом, измерение можно завершить за меньшее время при сохранении точности.
На этапе 412 проверяют, выполняются ли условия работы двигателя в режиме без отключения цилиндров. Условия режима без отключения цилиндров могут предусматривать, например, работу двигателя с высокой нагрузкой. Если установлено, что условия режима без отключения цилиндров не выполняются, то алгоритм переходит на этап 420, чтобы сохранить режим работы двигателя с отключенными цилиндрами до тех пор, пока не будут выполнены условия режима без отключения цилиндров.
С другой стороны, если установлено, что условия работы двигателя в режиме без отключения цилиндров выполнены, то алгоритм переходит на этап 414, на котором проверяют, завершено ли измерение влажности. Например, может быть определено, что измерение влажности завершено, когда закончена модуляция опорного напряжения датчика выхлопных газов. Если определено, что измерение влажности не завершено, то алгоритм переходит на этап 422, на котором повторное включение цилиндров откладывают до тех пор, пока измерение влажности не будет завершено. Например, отключенный блок цилиндров остается отключенным, пока не закончится модуляция опорного напряжения датчика, или пока управляющая система не получит показания влажности наружного воздуха.
И напротив, если определено, что измерение влажности завершено, то алгоритм переходит на этап 416, на котором избирательно осуществляют повторное включение цилиндров двигателя выбранного блока цилиндров. Например, цилиндры могут быть повторно включены в конкретном порядке в зависимости от условий работы двигателя или, например, для предотвращения детонационного стука. В некоторых примерах, повторное включение цилиндров может быть отложено, если влажность наружного воздуха будет больше порогового значения влажности. Пороговое значение влажности может, например, зависеть от границы детонации двигателя.
Таким образом, во время работы двигателя в режиме с отключенными цилиндрами, при котором один блок цилиндров отключен, так что горения топлива в цилиндрах отключенного блока не происходит, измерения влажности наружного воздуха, а также содержания спирта в топливе и соотношения топлива и воздуха можно осуществлять одновременно. При таком способе измерения можно выполнять за более короткое время без снижения точности измерений. Кроме того, работа двигателя в режиме с отключенными цилиндрами может быть продолжена до тех пор, пока не будет завершено измерение влажности наружного воздуха.
На фиг. 5 показана блок-схема алгоритма 500 определения влажности наружного воздуха, соотношения топлива и отработанного воздуха и/или содержания спирта в сгоревшем топливе на основании показаний датчика выхлопных газов двигателя с отключаемыми цилиндрами, такого как двигатель 10, рассмотренный выше со ссылкой на фиг. 1 и 2. В частности, в соответствии с указанным алгоритмом определяют, требуется ли выполнение каждого из указанных измерений, и в зависимости от этого к соответствующему датчику выхлопных газов прикладывают опорное напряжение. Например, опорное напряжение подают на датчик отключенного блока цилиндров и подвергают его модуляция между первым напряжением и вторым напряжением для определения влажности наружного воздуха. Чтобы определить содержание спирта в топливе и соотношение топлива и воздуха, опорное напряжение подают на датчик включенного блока цилиндров. Указанное опорное напряжение подвергают модуляции между первым напряжением и вторым напряжением для определения содержания спирта, при этом прикладывают первое напряжение для определения соотношения топлива и воздуха.
На этапе 502 алгоритма 500 проверяют, требуется ли измерение влажности. Например, измерение влажности может потребоваться, если за время, превышающее пороговый период времени, результат измерения влажности наружного воздуха не был получен, или же потребность в измерении может возникать в ответ на изменение наружных условий, например, изменение наружной температуры.
Если определено, что измерение влажности требуется, то алгоритм переходит на этап 504, на котором опорное напряжение датчика выхлопных газов, соединенного с отключенным блоком цилиндров, подвергают модуляции между первым напряжением и вторым напряжением, причем первое напряжение меньше второго напряжения. В одном из примеров, не имеющем ограничительного характера, первое напряжение составляет 450 мВ, а второе напряжение - 950 мВ. При напряжении 450 мВ, к примеру, ток накачки может являться показателем количества кислорода в выхлопном газе. При напряжении 950 мВ может происходить диссоциация молекул воды, так что ток накачки будет являться показателем количества кислорода в выхлопном газе плюс количество кислорода из диссоциировавших молекул воды. Первое напряжение может являться напряжением, при котором может быть определена концентрация кислорода в выхлопном газе, в то время как второе напряжение может являться напряжением, при котором может происходить диссоциация молекул воды. Таким образом, влажность выхлопного газа может быть определена на основании показаний концентрации воды.
На этапе 506 определяют изменение тока накачки во время модуляции. Например, изменение тока накачки представляет собой разность между сигналом тока накачки, возникающим в ответ на приложение первого опорного напряжения, и сигналом тока накачки, возникающим в ответ на приложение второго опорного напряжения.
На этапе 508 определяют влажность наружного воздуха на основании тока накачки. За счет модуляции опорного напряжения и определения соответствующего изменения тока накачки можно рассчитать влажность наружного воздуха (например, определить концентрацию молекул воды).
Если на этапе 502 определено, что измерение влажности не требуется, то алгоритм 500 переходит на этап 510, на котором проверяют, требуется ли измерение содержания спирта в топливе. К примеру, оценка содержания спирта может потребоваться после дозаправки топливного бака.
2
Если определено, что измерение содержания спирта в топливе требуется, то алгоритм 500 переходит на этап 512, на котором опорное напряжение датчика выхлопных газов, соединенного с включенным блоком цилиндров, подвергают модуляции между первым напряжением и вторым напряжением, причем первое напряжение меньше второго напряжения. В одном из примеров, не имеющем ограничительного характера, первое напряжение может составлять 450 мВ, а второе напряжение - 1080 мВ. Например, при напряжении 1080 мВ дополнительно к молекулам воды можно подвергать диссоциации молекулы двуокиси углерода (СO).
На этапе 514 определяют изменение тока накачки во время модуляции. Например, изменение тока накачки представляет собой разность между сигналом тока накачки, возникающим в ответ на приложение первого опорного напряжения, и сигналом тока накачки, возникающим в ответ на приложение второго опорного напряжения.
После определения изменения тока накачки, на основании показаний об изменении тока накачки на этапе 516 определяют содержания спирта в топливе. За счет модуляции опорного напряжения и определения соответствующего изменения тока накачки можно рассчитать количество спирта в топливе (например, этанола).
Если на этапе 510 определено, что измерение содержания спирта в топливе не требуется, то алгоритм переходит на этап 518, на котором проверяют, требуется ли измерение соотношения топлива и воздуха. Например, измерение соотношения топлива и отработанного воздуха может требоваться для обеспечения возможности регулирования рабочих параметров двигателя (например, впрыск топлива и т.д.), чтобы добиться желаемой работы двигателя. Если определено, что измерение соотношения топлива и воздуха не требуется, то алгоритм завершается.
С другой стороны, если определено, что измерение соотношения топлива и воздуха требуется, то алгоритм переходит на этап 520, на котором на датчик выхлопных газов, соединенный с включенным блоком цилиндров, подают первое опорное напряжение. Например, первое опорное напряжение может иметь значение, достаточное для того, чтобы вызвать лишь диссоциацию молекул кислорода (а не молекул воды или двуокиси углерода). В другом примере, не имеющем ограничительного характера, первое опорное напряжение может составлять 450 мВ
На этапе 522 на основании сигнала тока накачки от датчика выхлопных газов в ответ на приложение опорного напряжения определяют соотношение топлива и воздуха. Например, как раскрыто выше, ток накачки является показателем количества кислорода в выхлопном газе.
Таким образом, в каждом из датчиков выхлопных газов, соединенных с включенным блоком цилиндров и с отключенным блоком цилиндров, можно выполнить модуляцию между первым и вторым опорными напряжениями, что позволяет рассчитать содержание спирта в топливе и, соответственно, влажность наружного воздуха. Кроме того, датчик выхлопных газов, соединенный с включенным блоком цилиндров, может в ответ на приложение первого опорного напряжения выдать сигнал, являющийся показателем соотношения топлива и воздуха. Результаты расчетов могут быть получены одновременно, поскольку расчет влажности наружного воздуха и содержания спирта в топливе основано на сигнале датчика, соединенного с другим блоком цилиндров двигателя.
На фиг. 6 показана блок-схема алгоритма 600 регулирования рабочих параметров двигателя на основании данных о влажности наружного воздуха, соотношения топлива и отработанного воздуха и/или содержания спирта в сгоревшем топливе, полученных посредством одного или нескольких датчиков выхлопных газов, например, таких, как датчик 300 выхлопных газов, рассмотренный выше со ссылкой на фиг. 3. В частности, согласно указанному алгоритму определяют влажность, содержание спирта в топливе и/или соотношение топлива и воздуха и на основании полученных данных о влажности, содержании спирта в топливе и/или соотношения топлива и воздуха регулируют один или несколько рабочих параметров двигателя. Например, увеличение содержания воды в воздухе, окружающем транспортное средство, может привести к разбавлению воздушно-топливной смеси, подаваемой в камеру сгорания двигателя. Если один или несколько рабочих параметров не регулируют в ответ на увеличение влажности, то характеристики двигателя могут понизиться, а расход топлива и объем токсичных выбросов могут увеличиться, что приведет к снижению общего КПД двигателя.
На этапе 602 алгоритма 600 проверяют, работает ли двигатель в режиме с отключенными цилиндрами. Например, может быть определено, что двигатель работает в режиме с отключенными цилиндрами, если один или несколько цилиндров или весь блок цилиндров двигателя отключены, и в указанных цилиндрах не происходит горения топлива.
Если определено, что двигатель работает в режиме с отключенными цилиндрами, то алгоритм переходит на этап 604, на котором извлекают результаты измерения влажности наружного воздуха из датчика выхлопных газов, соединенного с отключенным блоком цилиндров. Например, влажность наружного воздуха определяют на этапе 508 ранее рассмотренного алгоритма 500.
На этапе 606 извлекают результаты измерения содержания спирта в топливе и/или соотношения топлива и воздуха из датчика выхлопных газов, соединенного с включенным блоком цилиндров. Например, содержание спирта в топливе и/или соотношение топлива и воздуха определяют на этапах 516 и 522 ранее рассмотренного алгоритма 500.
На этапе 608 на основании извлеченных результатов измерений регулируют один или несколько рабочих параметров двигателя. К указанным рабочим параметрам двигателя относятся, например, количество выхлопного газа в системе рециркуляции выхлопных газов, установка момента зажигания, количество впрыскиваемого топлива, соотношение топлива и воздуха в двигателе и т.д. Как раскрыто выше, в двигателях внутреннего сгорания предпочтительно задавать рабочие параметры двигателя, например, установку момента зажигания для оптимизации характеристик двигателя. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения возможно регулирование только одного рабочего параметра в ответ ни изменение влажности наружного воздуха, содержания спирта в топливе и соотношения топлива и воздуха. В других вариантах осуществления настоящего изобретения, регулировать можно любую комбинацию указанных рабочих параметров в ответ на измеренные флуктуации влажности наружного воздуха. В некоторых примерах на основании извлеченных результатов измерения влажности, содержания спирта в топливе и/или соотношения топлива и воздуха можно регулировать один или несколько рабочих параметров только включенного блока цилиндров двигателя. В других примерах на основании извлеченных результатов измерения влажности, содержания спирта в топливе и/или соотношения топлива и воздуха можно регулировать один и несколько рабочих параметров как включенного, так и отключенного блока цилиндров двигателя.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, на основании результата измерения влажности можно отрегулировать количество выхлопного газа в системе рециркуляции выхлопных газов. Например, при одних условиях концентрация воды в воздухе, окружающем транспортное средство, может быть повышена из-за погоды, например, тумана, в результате чего датчик выхлопных газов, когда в двигатель не подается топливо, обнаруживает повышенную влажность. В ответ на результат измерения повышенной влажности, при дальнейшей работе двигателя с подачей топлива, поток из системы рециркуляции выхлопных газов по меньшей мере в один цилиндр двигателя, может быть уменьшен. В результате, КПД двигателя может быть сохранен.
В ответ на флуктуации абсолютной влажности наружного воздуха поток в систему рециркуляции выхлопных газов можно увеличивать или уменьшать по меньшей мере в одной камере сгорания. При этом, поток в систему рециркуляции выхлопных газов можно увеличивать или уменьшать только в одной камере сгорания, в некоторых камерах сгорания или во всех камерах сгорания. Кроме того, величина изменения потока в системе рециркуляции выхлопных газов может быть одинаковой для всех цилиндров, или же величину изменения потока в системе рециркуляции выхлопных газов можно варьировать от цилиндра к цилиндру в зависимости от конкретных условий работы каждого цилиндра.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, в зависимости от влажности, содержания спирта в топливе и/или соотношения топлива и воздуха можно регулировать установку моменте зажигания. По меньшей мере при одних условиях, в ответ на показания повышенной влажности установка момента зажигания может быть сдвинута в сторону опережения в одном или нескольких цилиндрах во время последующей работы двигателя с подачей топлива. Установку момента зажигания можно задавать так, чтобы, например, уменьшить детонационный стук при низкой влажности (например, путем сдвига установки момента зажигания в сторону задержки относительно фазы пикового крутящего момента). Когда датчик выхлопных газов обнаруживает увеличение влажности, установка момента зажигания может быть сдвинута в сторону опережения, чтобы сохранить характеристики двигателя и обеспечить работу ближе к фазе зажигания с пиковым крутящим моментом.
Кроме того, установка момента зажигания может быть сдвинута в сторону задержки в ответ на уменьшение влажности наружного воздуха. Например, уменьшение влажности наружного воздуха с более высокого уровня может вызывать детонационный стук. Если во время выключения подачи топлива при торможении датчик выхлопных газов обнаруживает уменьшение влажности, то при последующей работе двигателя с подачей топлива установка момента зажигания может быть сдвинута в сторону задержки, что приведет к уменьшению детонационного стука.
Следует отметить, что при последующей работе двигателя с подачей топлива установку момента зажигания можно сдвигать в сторону опережения или задержки в одном или более цилиндрах. Кроме того, величина изменения установки момента зажигания может быть одинаковой для всех цилиндров и/или блоков цилиндров двигателя, или же для одного или нескольких цилиндров может быть задана различная величина опережения или задержки.
Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, в зависимости от результатов измерения влажности наружного воздуха, содержания спирта в топливе и соотношения топлива и воздуха, можно отрегулировать соотношение топлива и отработанного воздуха для последующей работы двигателя с подачей топлива. Например, двигатель может работать с обедненной воздушно-топливной смесью, оптимизированной для низкой влажности. В случае увеличения влажности смесь можно разбавлять, что вызовет пропуски зажигания. Однако, если при отсутствии подачи топлива датчик выхлопных газов обнаруживает увеличение влажности, то соотношение топлива и воздуха можно отрегулировать (например, путем регулирования впрыска топлива), так что двигатель при последующей работе с подачей топлива будет работать с более богатой смесью. Аналогично, при последующей работе двигателя с подачей топлива соотношение топлива и воздуха может быть отрегулировано в сторону более бедной смеси в ответ на обнаружение уменьшения влажности наружного воздуха или увеличения соотношения топлива и отработанного воздуха. Таким образом, может быть уменьшена вероятность возникновения таких состояний, как пропуск зажигания, вызванных флуктуациями влажности.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, двигатель может работать при стехиометрическом соотношении топлива и воздуха или с богатой воздушно-топливной смесью. При этом, воздушно-топливное соотношение топлива и воздуха может не зависеть от влажности наружного воздуха, а обнаруженные флуктуации влажности могут и не приводить к регулированию соотношения топлива и воздуха.
Если на этапе 602 определено, что двигатель не работает в режиме с отключенными двигателями, то алгоритм переходит на этап 610, на котором извлекают результаты измерения влажности наружного воздуха из датчика выхлопных газов, соединенного с отключенным блоком цилиндров, полученные во время предыдущего режима работы двигателя с отключенными цилиндрами.
На этапе 612 извлекают результаты измерения содержания спирта в топливе и/или соотношения топлива и воздуха из датчика выхлопных газов, соединенного с включенным блоком цилиндров, полученных во время предыдущего режима работы двигателя с отключенными цилиндрами.
После извлечения результатов измерения содержания спирта в топливе и/или соотношения топлива и воздуха алгоритм переходит на этап 614, на котором на основании извлеченных результатов измерения регулируют один или несколько рабочих параметров двигателя. К указанным рабочим параметрам двигателя относятся, например, как раскрыто выше, количество выхлопного газа в системе рециркуляции выхлопных газов, установка момента зажигания, количество впрыскиваемого топлива, соотношение топлива воздуха для двигателя и т.д.
Например, стехиометрическое соотношение топлива и воздуха может уменьшиться при увеличении содержания спирта в топливе, что позволяет соответствующим образом регулировать требуемое соотношение топлива и воздуха и сдвиг. При увеличении содержания спирта в топливе двигатель может допускать большее опережение зажигания. Если октановое число бензина остается тем же самым, а увеличивается только содержание спирта, то допустимым может быть большее опережение зажигания. Для получения эквивалентной величины крутящего момента двигателя количество впрыскиваемого топлива также следует увеличить.
Таким образом, можно регулировать один или несколько рабочих параметров двигателя в ответ на результаты измерения влажности наружного воздуха, содержания спирта в топливе или соотношения топлива и воздуха, полученные от датчиков выхлопных газов, соединенных с включенными и отключенными блоками цилиндров при работе двигателя в режиме с отключенными цилиндрами.
Таким образом, состояние отсутствия подачи топлива в избирательно отключаемом блоке цилиндров двигателя может выгодно использовано для выполнения измерения влажности датчиком выхлопных газов, установленным за указанным блоком цилиндров. Это сокращает задержки при измерении влажности, вызванные необходимостью ожидания выключения подачи топлива при торможении. За счет модуляции опорного напряжения датчика содержания кислорода в выхлопном газе, соединенного с избирательно отключенным блоком цилиндров двигателя, и расчета влажности на основании результирующего изменения тока накачки в датчике, также сводится к нулю и влияние изменения соотношения топлива и воздуха на выходной сигнал датчика. Благодаря одновременному измерению содержания этанола в топливе и соотношения топлива и отработанного воздуха датчиком выхлопных газов, соединенным с включенным блоком цилиндров, все измерения могут быть завершены за более короткое время.
Следует отметить, что алгоритмы управления и измерения, приведенные в настоящем описании в качестве примеров, могут быть использованы с различными схемами двигателей и/или систем транспортного средства. Рассмотренные здесь конкретные алгоритмы могут представлять один или несколько способов обработки, которые инициируются событием, прерыванием, являются многозадачными, многопотоковыми, и т.д. При этом, различные проиллюстрированные действия, операции или функции можно выполнять в проиллюстрированной последовательности, выполнять параллельно или в некоторых случаях опускать. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для реализации признаков и преимуществ рассмотренных вариантов осуществления настоящего изобретения, но приведен для наглядности и упрощения описания. Одно или несколько из проиллюстрированных действий или функций можно выполнить повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представлять код, записываемый в машиночитаемую запоминающую среду в управляющей системе двигателя.
Следует понимать, что рассмотренные конфигурации и/или алгоритмы по сути являются примерами, причем приведенные конкретные варианты осуществления настоящего изобретения не следует рассматривать в качестве ограничивающих примеров ввиду возможности многочисленных модификаций. Например, вышеописанная технология может быть применена в двигателях со схемами V-6, I-4, I-6, V-12, двигателях с 4 оппозитными цилиндрами и в двигателях иных типов. Объект настоящего изобретения включает в себя весь объем новых и неочевидных комбинаций и подкомбинаций различных систем и конфигураций, а также другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем описании.
Пункты нижеприведенной формулы изобретения отдельно раскрывают конкретные комбинации и подкомбинаций отличительных признаков, которые считаются новыми и неочевидными. Указанные пункты могут относиться к «одному» элементу или «первому» элементу, или эквивалентному элементу. Следует понимать, что такие пункты предусматривают добавление одного или нескольких указанных элементов, при этом не требуя наличия и не исключая двух или нескольких таких элементов. Другие комбинации и подкомбинаций раскрытых отличительных признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в формулу изобретения путем изменения пунктов настоящей формулы или путем представления новых пунктов формулы изобретения в рамках настоящей или родственной заявки.
Такие пункты формулы изобретения также считаются включенными в объем настоящего изобретения независимо от того, являются они более широкими, более узкими, равными или отличающимися в отношении объема настоящего изобретения, установленного первоначальной формулой изобретения.