СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ РАБОТЫ ПРОДУВОЧНОГО ВЕНТИЛЯ ФИЛЬТРА ТОПЛИВНЫХ ПАРОВ
METHOD OF DIAGNOSING OPERATION OF THE VALVE OF PURGE FUEL VAPOUR FILTER

Изобретение относится к способу диагностики работы продувочного вентиля фильтра топливных паров транспортного средства, оборудованного двигателем внутреннего сгорания. Изобретение относится также к двигателю, в котором осуществляют этот способ.
Нормы, относящиеся к борьбе с загрязнением окружающей среды, предписывают в настоящее время, чтобы транспортные средства были оснащены средствами, обеспечивающими диагностику работы продувочного вентиля фильтра топливных паров.
Такой фильтр, называемый также ”canister”, установлен на транспортном средстве, содержащем двигатель внутреннего сгорания и топливный бак, например, бензиновый бак, чтоб избегать выбросов паров из этого бака в атмосферу. Во время пути происходит его регулярная автоматическая продувка. Эту продувку осуществляют, устанавливая сообщение между входом воздуха в резервную камеру фильтра и впускным коллектором двигателя, чтобы сжигать пары в камерах сгорания одновременно с топливом. Продувочный вентиль установлен на трубопроводе, соединяющем фильтр с впускным коллектором. Во время нормальной работы продувочный вентиль, управляемый блоком управления двигателя, постепенно открывается в начале продувки, остается открытым до конца продувки, затем так же постепенно закрывается. Открывание происходит постепенно, чтобы рабочие параметры двигателя успели адаптироваться к этому дополнительному поступлению топлива и воздуха.
Если этот вентиль остается открытым, не закрывается или закрывается только частично, говорят о нарушении работы.
Чтобы обнаружить такие нарушения работы, согласно известным способам, работу продувочного вентиля проверяют, когда транспортное средство работает в режиме холостого хода.
Один из способов диагностики состоит в наблюдении работы двигателя во время открывания продувочного вентиля. Например, в документе FR 2 900 982 А1 предложено осуществлять продувку фильтра топливных паров, когда двигатель работает на холостом ходу, и наблюдать поведение регулятора режима холостого хода, основанного, например, на регуляторе типа ПИД (пропорционально-интегрально-дифференциальный). Сравнение параметров регулятора до продувки и после продувки позволяет установить, произошло или нет открывание продувочного вентиля.
Однако на транспортных средствах, оснащенных функциями автоматического выключения и запуска (Start&Stop), такие способы применять невозможно. Действительно, на таких транспортных средствах фазы холостого хода практически отсутствуют. Поэтому возникает необходимость в разработке новых способов, применяемых вне режима холостого хода.
Для удовлетворения этой потребности настоящим изобретением предложен способ диагностики работы продувочного вентиля фильтра топливных паров, который работает одновременно в режиме холостого хода и вне режима холостого хода.
Объектом изобретения является способ диагностики работы продувочного вентиля фильтра топливных паров двигателя внутреннего сгорания, при этом продувочный вентиль устанавливает гидравлическое сообщение по команде между резервной камерой фильтра и впускным коллектором двигателя, при этом, согласно изобретению, указанный способ, осуществляемый во время продувки, содержит следующие этапы, на которых:
а) обнаруживают в момент t0 предварительно установленную определенную степень открывания указанного продувочного вентиля, начиная от которой указанный продувочный вентиль считается открытым в достаточной мере,
b) осуществляют в момент t2 принудительное и моментальное закрывание указанного продувочного вентиля,
с) измеряют первое давление P1m коллектора во впускном коллекторе, и вычисляют первое моделированное значение P1с указанного давления коллектора в зависимости от рабочей точки двигателя в момент t1 между моментом t0 и моментом t2,
d) измеряют второе давление коллектора P2m и вычисляют второе моделированное значение P2с указанного давления коллектора в зависимости от рабочей точки двигателя в момент t3 после момента t2,
е) вычисляют первое отклонение Е1 между измеренным давлением P1m и вычисленным давлением P1с и вычисляют второе отклонение Е2 между измеренным давлением P2m и вычисленным давлением P2с,
f) вычисляют критерий С, соответствующий разности между первым отклонением Е1 и вторым отклонением Е2,
g) диагностируют нарушение работы указанного продувочного вентиля, если критерий С меньше заранее определенного порогового значения Cs.
Таким образом, согласно изобретению, осуществление диагностики работы продувочного вентиля не ограничивается фазами холостого хода и может быть произведено в любой момент после запуска продувки. Действительно, поскольку способ основан на моделировании давления коллектора, можно в любой момент измерить давление во впускном коллекторе и сравнить его с моделированным давлением, полученным в тот же момент, которое теоретически соответствует давлению во впускном коллекторе вне фаз продувки. Таким образом, изменение измеренного давления по отношению к моделированному давлению позволяет получить информацию об открывании и закрывании продувочного вентиля.
Этот способ является простым и не требует специальных средств для его осуществления, если не считать программы, например, в блоке управления двигателя. Достаточно обнаружить, что происходит фаза продувки, измерить давление коллектора и одновременно определить значение моделированного давления, затем осуществить принудительное и моментальное закрывание указанного продувочного вентиля. После этого закрывания необходимо опять измерить давление коллектора и одновременно определить значение моделированного давления. Сравнение отклонения между значением измеренного давления и моделированного давления до и после моментального закрывания позволяет обнаружить возможное нарушение работы. Действительно, в случае нормальной работы этого продувочного вентиля после этого моментального закрывания должно последовать резкое падение давления коллектора. Это приведет к тому, что критерий, вычисляемый по формуле С = Е1 - Е2, где Е1 = E1m - E1c и Е2 = E2m - E2c, будет высоким. С другой стороны, в случае вентиля, который не работает нормально, то есть оказывается заблокированным в положении открывания или закрывания, этот критерий будет низким, так как значения Е1 и Е2 будут близкими.
Осуществление способа не требует установки специальных средств измерения, так как на двигателях внутреннего сгорания уже имеется в наличии датчик, обеспечивающий измерение давления во впускном коллекторе. Моделирование производят на классических параметрах, например, но не ограничительно таких как режим двигателя, степень открывания дроссельной заслонки, температура двигателя и атмосферное давление. Чтобы отличить изменение давления, связанное с расходом продувки, от изменения, связанного с изменением рабочей точки двигателя, модель не учитывает расход продувки и, следовательно, меняется только в зависимости от рабочей точки двигателя.
Кроме того, вычисление разности между отклонениями Е1 и Е2 позволяет не учитывать систематическое отклонение между измеряемым давлением и моделируемым давлением. Действительно, поскольку систематическое отклонение является постоянным, то, определяя разность между отклонениями, исключают влияние систематического отклонения.
Согласно варианту осуществления, степень открывания, начиная от которой считывают, что продувочный вентиль достаточно открыт, превышает или равна 70% открывания указанного продувочного вентиля. Это условие позволяет убедиться в надежности измерения. Действительно, чем больше степень открывания вентиля, тем точнее будет критерий С. Это объясняется тем, что поток воздуха и топливных паров, поступающий во впускной коллектор, увеличивается вместе с увеличением степени открывания продувочного вентиля. Таким образом, отклонение между давлением, измеренным перед моментальным закрыванием, и давлением, измеренным после этого моментального закрывания, является более значительным. Значение моделированного давления не зависит от этой степени открывания, так как модель меняется только в зависимости от рабочей точки двигателя.
Кроме того, чтобы не ограничивать число операций диагностики, осуществляемых во время пути, необходимо, чтобы степень открывания, начиная от которой продувочный вентиль считается открытым в достаточной мере, была меньше 90% открывания указанного продувочного вентиля.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, отклонение между моментом t0 и моментом t1 соответствует времени стабилизации давления коллектора. Таким образом, как только обнаруживают открывание продувочного вентиля, в момент t0 запускают короткую задержку по времени до момента t1, чтобы давление коллектора могло стабилизироваться, затем измеряют реальное давление P1m и вычисляют соответствующее моделированное давление Р1с. Эта стабилизация позволяет, в частности, получить более точное значение P1m.
Предпочтительно, это время между моментом t0 и моментом t1 составляет от 1 до 3 секунд.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, отклонение между моментом t2 и моментом t3 соответствует времени стабилизации давления коллектора после принудительного и моментального закрывания. Таким образом, сразу после осуществления принудительного и моментального закрывания в момент t2 запускают короткую задержку по времени до момента t3, чтобы давление коллектора могло стабилизироваться, затем измеряют реальное давление P2m и вычисляют соответствующее моделированное давление Р2с. Эта стабилизация позволяет, в частности, получить более точное значение P2m.
Предпочтительно, это время между моментом t2 и моментом t3 составляет от 0.5 до 2 секунд.
Согласно варианту осуществления, между моментом t0 и моментом t1 проверяют, чтобы давление коллектора было меньше предварительно определенного максимального давления Pmax, например, 800 гПа. Проверяют также, чтобы рабочая точка двигателя была стабильной, убеждаясь, что изменение давления коллектора меньше предварительно определенного максимального значения, например, 20 гПа/с по абсолютной величине.
Согласно другому варианту осуществления, между моментом t2 и моментом t3 проверяют, чтобы давление коллектора было меньше предварительно определенного максимального давления Pmax и чтобы рабочая точка двигателя была стабильной. Если изменение давления между моментом t2 и моментом t3 превышает заранее установленный порог порядка 100 гПа, диагностику прерывают, так как она может оказаться ошибочной.
Предпочтительно момент t1 равен моменту t2, при этом принудительное и моментальное закрывание продувочного вентиля производят сразу после запоминания измеренного давления P1m и вычисленного давления Р1с. Запуск моментального закрывания сразу после измерения давления P1m и вычисления давления Р1с позволяет сократить время, необходимое для диагностики. Следовательно, число возможных операций диагностики во время одной продувки увеличивается. Это объясняется тем, что во время моментального закрывания продувочного вентиля, если блок управления двигателя обнаруживает, что время продувки оказывается недостаточным, указанный продувочный вентиль откроется автоматически.
Согласно усовершенствованию, этапы а)-g) повторяют по меньшей мере один раз и делают вывод о нарушении работы продувочного вентиля, если каждый раз критерий С оказывается меньше порогового значения Cs. Это обеспечивает более высокую надежность диагностики и ограничивает риски ложных тревог. Например, если при первом осуществлении диагностики обнаруживают нарушение работы, этапы а)-g) запускают повторно заранее определенное число раз, например, 2-4 раза. Если и только если результат является одинаковым каждый раз при повторении этих этапов, делают вывод о нарушении работы продувочного вентиля.
Согласно другому усовершенствованию, моделированное давление содержит теоретическую часть и поправочную часть, причем эту поправочную часть определяют путем обучения в зависимости от отклонения между теоретической частью и измеренным давлением вне фаз продувки. Это обучение позволяет учитывать систематические изменения по отношению к теоретической модели работы двигателя. Эти изменения связаны, например, с разбросами при механической обработке, с заменой датчика или с загрязнением. Поправочную часть определяют либо в целом, либо предпочтительно в зависимости по меньшей мере от некоторых параметров, характеризующих рабочую точку двигателя.
Объектом изобретения является также двигатель внутреннего сгорания, содержащий впускной коллектор, фильтр топливных паров, продувочный вентиль, устанавливающий гидравлическое сообщение по команде между резервной камерой фильтра и двигателем, средства измерения давления коллектора внутри впускного коллектора, при этом, согласно изобретению, в указанном двигателе осуществляют описанный выше способ.
Изобретение, его другие отличительные признаки и преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 схематично показан тепловой двигатель внутреннего сгорания, содержащий фильтр топливных паров, для которого применяют заявленный способ диагностики;
на фиг. 2 показан временной график, показывающий изменение давления коллектора, измеряемого и моделируемого во время продувки с принудительным закрыванием согласно предпочтительному варианту осуществления способа.
Двигатель 1 внутреннего сгорания, показанный на фиг. 1, является двигателем с управляемым зажиганием. Он содержит ряд камер 10 сгорания, питаемых воздушно-топливной смесью через воздушный фильтр 11, за которым следуют дроссельная заслонка 12 и впускной коллектор 13. Другие функциональные элементы двигателя 1 не имеют отношения к изобретению и на фигуре не показаны.
Двигатель 1 содержит также топливный бак 14 и фильтр 15 топливных паров. Фильтр 15 топливных паров содержит резервную камеру 150, соединенную посредством первого трубопровода 16 с верхней частью бака 14. Резервная камера 150 соединена также с воздухозаборником 151 и с впускным коллектором 13 через второй трубопровод 17 и через продувочный вентиль 152.
Двигатель 1 содержит блок 18 управления, который представляет собой, например, электронную плату с микропроцессором. Такой блок 18 управления является классическим, и его подробное описание опускается.
Блок 18 управления получает данные от датчиков, установленных на двигателе 1, в частности, от датчика скорости вращения коленчатого вала двигателя, от температурных датчиков и от датчика давления 19, измеряющего давление во впускном коллекторе 13.
Блок 18 управления управляет также продувочным вентилем 152. Когда подается команда на продувку и заявленный способ диагностики не осуществляют, продувочный вентиль 152 постепенно открывается вплоть до своего полного открывания. Он остается открытым в течение некоторого времени, затем закрывается, причем тоже постепенно. Когда вентиль открыт, между воздухозаборником 151 и впускным коллектором 13 создается воздушный поток, и топливные пары, содержащиеся в резервной камере 150, увлекаются во впускной коллектор 13 и сгорают в камерах 10 сгорания.
На фиг. 2 кривой 20 показано положение продувочного вентиля 152 в процентах открывания в ходе осуществления заявленного способа во время фазы продувки. Изменение положения этого продувочного вентиля 152 включает в себя фазу постепенного открывания 201 до полного открывания, фазу поддержания 202 в открытом положении и моментальное закрывание 203.
Во время этого изменения положения продувочного вентиля 152 блок 18 управления определяет моделированное давление, которое теоретически соответствует давлению во впускном коллекторе 13 вне фаз продувки. Моделированное давление показано на фиг. 2 кривой 21. Моделированное давление содержит теоретическую часть и поправочную часть, получаемую путем обучения вне периодов продувки. Одновременно датчик 19 давления измеряет давление во впускном коллекторе 13. Результат этого измерения показан на фиг. 2 в виде кривой 22.
Когда продувочный вентиль 152 заблокирован, давление, измеряемое во впускном коллекторе, меняется по-другому. Кривая 23 показывает изменение измеряемого давления, когда продувочный вентиль 152 заблокирован в закрытом положении. В этом случае давление во впускном коллекторе 13 остается очень близким к моделированному давлению. Между моделированным давлением и измеренным давлением может оставаться отклонение D, но это отклонение по существу является постоянным.
Чтобы осуществить диагностику в соответствии с изобретением, блок 18 управления обнаруживает в момент t0, что продувочный вентиль открыт, когда открывание этого продувочного вентиля достигает определенного процента открывания, начиная от которого открывание считается достаточным. Этот процент открывания предпочтительно составляет от 70% до 90% открывания. Это позволяет одновременно получать точное измерение P1m и не ограничивать число возможных операций диагностики в течение одной продувки.
Затем запускают первую задержку по времени, чтобы давление во впускном коллекторе могло стабилизироваться. Продолжительность этой задержки по времени составляет, например, от 1 до 3 секунд. В конце этой первой задержки по времени в момент t1 блок 18 управления запоминает значение давления P1m, измеренное в коллекторе, и вычисленное значение Р1с моделированного давления в соответствии с рабочей точкой двигателя. Эти два значения послужат в дальнейшем для вычисления первого отклонения Е1 = P1m - Р1с.
После этого осуществляют принудительное и моментальное закрывание продувочного вентиля 152 в момент t2 почти сразу после момента t1 таким образом, чтобы блок 18 управления успел запомнить в этот промежуток времени значения давления P1m и Р1с. В не показанном варианте момент t2 может быть таким же, как и момент t1.
После этого моментального закрывания продувочного вентиля в момент t2 запускают вторую задержку по времени, чтобы стабилизировать давление коллектора. Продолжительность этой задержки по времени составляет, например, от 0,5 до 2 секунд. В конце этой задержки по времени в момент t3 блок 18 управления запоминает значение измеренного давления P2m в коллекторе и вычисленное значение моделированного давления Р2с в соответствии с новой рабочей точкой двигателя 1, затем вычисляет второе отклонение Е2 = P2m - Р2с. При этом блок 18 управления устанавливает критерий С по формуле:
С = Е1 - Е2,
после чего критерий С сравнивают с заранее определенным порогом Cs. Если критерий С превышает Cs, значит вентиль работал нормально. В противном случае диагностику повторяют один или несколько раз. Если результат остается неизменным после некоторого количества раз, например, от 2 до 4 раз, то есть если каждый раз критерий С оказывается меньше порога Cs, делают вывод о нарушении работы продувочного вентиля 152. Если же, наоборот, критерий С по меньшей мере один раз превышает порог Cs, делают вывод об отсутствии нарушения работы.