СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ВОЗДУШНО-ТОПЛИВНОГО ОТНОШЕНИЯ
METHOD (EMBODIMENTS) AND SYSTEM FOR DETECTING CHANGE IN FUEL COMPONENT OF AIR-FUEL RATIO

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к обнаружению изменения топливной составляющей воздушно-топливного отношения (ВТО) в транспортном средстве.
Предшествующий уровень техники
Датчик отработавших газов может быть расположен в выпускной системе транспортного средства для определения воздушно-топливного отношения отработавших газов, выходящих из двигателя внутреннего сгорания транспортного средства. Показания датчика отработавших газов могут быть использованы для управления работой двигателя внутреннего сгорания для приведения в движение транспортное средство.
Воздушно-топливное отношение отработавших газов может отличаться от требуемого значения ввиду деградации одного или нескольких компонентов (например, датчика массового расхода воздуха (МРВ), топливного насоса и др.) или изменения типа топлива. Изменение топливной составляющей ВТО в сторону обеднения может приводить к обедненному относительно требуемого воздушно-топливному отношению, в то время как изменение топливной составляющей ВТО в сторону обогащения может приводить к получению обогащенного относительно требуемого воздушно-топливного отношения. Изменения топливной составляющей ВТО могут сказываться на управлении двигателем, приводя к увеличению выбросов и/или ухудшению дорожных качеств транспортного средства. Соответственно, точное определение существующих изменений топливной составляющей ВТО позволит уменьшить вероятность деградации управления двигателем.
Сущность изобретения
Заявители признали вышеуказанные проблемы и обозначили подход по меньшей мере частично направленный на решение вышеуказанных проблем. В одном варианте осуществления предложен способ для двигателя для индикации изменения топливной составляющей ВТО на основании запаздывания датчика отработавших газов во время входа в режим замедления с отсечкой топлива (РЗОТ) и выхода из него. В этом случае изменения топливной составляющей ВТО во время работы двигателя могут быть обнаружены более точно, используя существующее аппаратное обеспечение и на основании топливных модуляций, происходящих во время событий РЗОТ.
В одном примере датчик отработавших газов могут контролировать на изменения воздушно-топливного отношения, а запаздывание ответного сигнала может быть измерено при каждом входе в РЗОТ и последующем выходе из РЗОТ. По существу, запаздывание ответного сигнала датчика отработавших газов могут контролировать во время условий, приближающихся к переходам от бедного воздушно-топливного отношения к богатому и от богатого воздушно-топливного отношения к бедному, для определения наличия изменений топливной составляющей ВТО без интрузивного вмешательства. При этом входное запаздывание может быть определено как время от начала входа в РЗОТ до первого порогового изменения воздушно-топливного отношения. Далее, выходное запаздывание может быть определено как время от начала выхода из РЗОТ до второго порогового изменения воздушно-топливного отношения. Может быть произведено сравнение входного запаздывания с ожидаемым входным запаздыванием, и может быть проведено сравнение выходного запаздывания с ожидаемым выходным запаздыванием. Изменение топливной составляющей ВТО в сторону обогащения может быть определено, когда входное запаздывание больше ожидаемого входного запаздывания, а выходное запаздывание находится в пределах пороговых значений ожидаемого выходного запаздывания. Изменения топливной составляющей ВТО в сторону обеднения может быть определено, когда входное запаздывание находится в пределах пороговых значений ожидаемого входного запаздывания, а выходное запаздывание больше ожидаемого выходного запаздывания.
В данном случае для обнаружения наличия изменения топливной составляющей ВТО, может быть использован неинтрузивный пассивный подход. Запаздывания ответных сигналов, поступающих от датчика отработавших газов, во время событий входа в РЗОТ и выхода из него, могут обеспечивать более устойчивый сигнал с меньшим шумом и большей точностью. Тем самым, может быть выполнено более достоверное выявление существующих изменений топливной составляющей ВТО. Далее, эти изменения топливной составляющей ВТО могут быть уменьшены путем использования управления с обратной связью и путем адаптации управления двигателя (например, положения дросселя, количества и/или момента впрыска топлива) в зависимости от типа изменения топливной составляющей ВТО.
В одном из вариантов способа запаздывание датчика отработавших газов представляет собой промежуток времени от одного из событий: начала входа в РЗОТ и начала выхода из РЗОТ, до соответствующего порогового изменения воздушно-топливного отношения.
В еще одном варианте способ также содержит индикацию изменения топливной составляющей воздушно-топливного отношения в сторону обогащения при превышении запаздыванием датчика отработавших газов во время входа в РЗОТ ожидаемого входного запаздывания и при нахождении запаздывания датчика отработавших газов во время выхода из РЗОТ в пределах границ ожидаемого выходного запаздывания.
В еще одном варианте способ также содержит индикацию изменения топливной составляющей воздушно-топливного отношения в сторону обеднения при нахождении запаздывания датчика отработавших газов во время входа в РЗОТ в пределах границ ожидаемого входного запаздывания и при превышении запаздыванием датчика отработавших газов во время выхода из РЗОТ ожидаемого выходного запаздывания.
В еще одном варианте способ также содержит оценку датчика отработавших газов на деградацию до осуществления контроля запаздывания датчика отработавших газов во время входа в РЗОТ и выхода из него.
В еще одном варианте способ также содержит отключение индикации изменения топливной составляющей воздушно-топливного отношения при деградации датчика отработавших газов.
В еще одном варианте способ также содержит регулирование рабочих параметров двигателя на основании индицированного изменения топливной составляющей воздушно-топливного отношения.
В еще одном варианте способа рабочий параметр двигателя представляет собой один или несколько параметров из следующих: количество впрыскиваемого топлива, момент впрыска топлива, моменты срабатывания клапанов и положение дросселя.
В другом варианте осуществления предложен способ для двигателя, содержащий контроль запаздывания ответного сигнала от датчика отработавших газов во время входа в РЗОТ и выхода из него; и индикацию изменения топливной составляющей воздушно-топливного отношения в сторону обогащения, если имеет место только превышение запаздыванием ответного сигнала входа от датчика отработавших газов ожидаемого входного запаздывания, и индикацию изменения топливной составляющей воздушно-топливного отношения в сторону обеднения, если имеет место только превышение запаздыванием ответного сигнала выхода от датчика отработавших газов ожидаемого выходного запаздывания.
В одном из вариантов указанного способа входное запаздывание представляет собой промежуток времени от начала входа в РЗОТ до первого порогового изменения воздушно-топливного отношения, и в котором выходное запаздывание представляет собой промежуток времени от начала выхода из РЗОТ до второго порогового изменения воздушно-топливного отношения.
В еще одном варианте указанный способ также содержит определение наличия деградации датчика отработавших газов до контроля запаздывания ответного сигнала датчика отработавших газов при условии входа в РЗОТ и выхода из него.
В еще одном варианте указанный способ также содержит прерывание контроля запаздывания ответного сигнала от датчика отработавших газов во время входа в РЗОТ и выхода из него, если определено наличие деградации датчика отработавших газов.
В еще одном варианте осуществления предложена система для транспортного средства, содержащая двигатель, содержащий систему впрыска топлива; датчик отработавших газов, подсоединенный к выпускной системе двигателя; и контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в постоянной памяти, для осуществления при каждом входе в РЗОТ и выходе из него: контроля накопленных изменений воздушно-топливного отношения во времени при входе в РЗОТ и выходе из него; и определения изменения топливной составляющей воздушно-топливного отношения на основании входного запаздывания и выходного запаздывания датчика отработавших газов.
В одном варианте указанной системы контроллер также сконфигурирован для определения изменения топливной составляющей воздушно-топливного отношения в сторону обеднения, когда входное запаздывание по существу такое же, что и ожидаемое запаздывание при входе в РЗОТ, а выходное запаздывание превышает ожидаемое запаздывание при выходе из РЗОТ.
В еще одном варианте указанной системы контроллер также сконфигурирован для определения изменения топливной составляющей воздушно-топливного отношения в сторону обогащения, когда входное запаздывание превышает ожидаемое значение запаздывания при входе в РЗОТ, а выходное запаздывание по существу такое же, что и ожидаемое запаздывание при выходе из РЗОТ.
В еще одном варианте указанной системы контроллер содержит дополнительные инструкции для регулирования рабочего параметра двигателя на основании определенного изменения топливной составляющей воздушно-топливного отношения.
В еще одном варианте указанной системы рабочий параметр двигателя представляет собой один или несколько параметров из следующих: количество впрыскиваемого топлива, момент впрыска топлива, моменты срабатывания клапанов и положение дросселя.
В еще одном варианте указанной системы датчик отработавших газов представляет собой универсальный датчик содержания кислорода в отработавших газах.
Вышеуказанные преимущества, а также другие преимущества и отличительные признаки настоящего изобретения станут понятны из нижеследующего раскрытия, взятого самого по себе или вместе с прилагаемым графическим материалом.
Следует понимать, что приведенная выше сущность изобретения предназначена для ознакомления в упрощенной форме с подборкой концепций, подробно раскрытых в раскрытии. Она не предназначена для идентификации ключевых или существенных отличительных признаков заявляемой сущности изобретения, объем которой однозначно определен формулой изобретения, следующей за раскрытием. Кроме того, заявляемая сущность изобретения не ограничивается вариантами осуществления, преодолевающими любой из недостатков, указанных выше или в любой другой части настоящего документа.
Краткое описание графических материалов
На фиг. 1 изображена схема варианта осуществления двигательной установки транспортного средства, содержащей датчик отработавших газов.
На фиг. 2 показан график входа в РЗОТ и выхода из него в случае изменения топливной составляющей ВТО в сторону обогащения.
На фиг. 3 показан график входа в РЗОТ и выхода из него в случае изменения топливной составляющей ВТО в сторону обеднения.
На фиг. 4 показан пример блок-схемы, иллюстрирующей способ, выполняемый контроллером, когда двигатель входит в РЗОТ и выходит из него в соответствии в настоящим изобретением.
На фиг. 5 показан пример блок-схемы, обозначающей способ диагностирования изменения топливной составляющей ВТО согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 6 показан пример блок-схемы для подтверждения изменения топливной составляющей ВТО в сторону обогащения или обеднения согласно настоящему изобретению.
На фиг. 7а, 7b, 7с, 7d, 7е и 7f изображены графики, показывающие шесть типов деградации датчика отработавших газов.
На фиг. 8а и 8b показан пример диаграмм, иллюстрирующих семь классификаций датчика отходящих газов на основе параметров модели.
Раскрытие изобретения
Нижеследующее раскрытие относится к способу обнаружения изменения топливной составляющей ВТО в двигательной системе, например, двигательной системе, показанной на фиг. 1. Изменение топливной составляющей ВТО может быть определено путем контроля запаздывания ответных сигналов датчика отработавших газов во время каждого входа в РЗОТ и выхода из РЗОТ, что показано на фигурах 2 и 3, что обеспечивает неинтрузивный контроль ответных сигналов датчика отработавших газов во время переходов от богатого воздушно-топливного отношения к бедному и от бедного воздушно-топливного отношения к богатому. До осуществления контроля запаздываний может быть проведена оценка деградации датчика отработавших газов, исходя из шести типов деградационного поведения (фиг. 7а-7f) и на основе характеристик распределения экстремальных значений рассчитанных дифференциалов (фиг. 8а-8b) воздушно-топливного отношения (также называемого лямбда).
Контроллер может быть сконфигурирован для выполнения программ, например, показанных на фиг. 4-6, позволяющих обнаружить изменение топливной составляющей ВТО, классифицируя изменение топливной составляющей ВТО как обогащение или обеднение, а также для регулировки рабочих параметров двигателя на основании установленного изменения топливной составляющей ВТО.
На фиг. 1 представлена схема, показывающая один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10, который может быть включен в двигательную установку транспортного средства, в которой для определения воздушно-топливного отношения отработавших газов, вырабатываемых двигателем 10, может быть использован датчик 126 отработавших газов. Воздушно-топливное отношение (вместе с другими рабочими параметрами) может быть использовано для управления с обратной связью двигателем 10 в различных режимах работы. Двигателем 10 может управлять по меньшей мере частично система управления, содержащая контроллер 12, и входной сигнал от оператора 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере устройство 130 ввода содержит педаль газа и датчик 134 положения педали для генерирования пропорционального сигнала положения педали (ПП). Камера 30 сгорания (также называемая цилиндром 30) двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания с размещенным в них поршнем 36. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 таким образом, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен по меньшей мере с одним ведущим колесом транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии (не показана). Далее, стартер двигателя может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик (не показан) для возможности запуска двигателя 10.
Камера сгорания 30 может принимать впускной воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и выводить газообразные продукты горения 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 камера сгорания 30 может содержать два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.
В этом примере впускным клапаном 52 может управлять контроллер 12 через привод 152. Аналогично, выпускной клапан 54 может быть приведен в действие контроллером 12 с помощью привода 154. При определенных условиях контроллер 12 может менять сигналы, посылаемые к приводам 152 и 154 для управления открытием и закрытием, соответственно, впускного и выпускного клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может быть определено соответствующими датчиками положения клапанов (не показаны). Приводы клапанов могут быть электрического типа или кулачкового типа, или их комбинацией. Управление фазами срабатывания впускного и выпускного клапанов может осуществляться одновременно или может быть использовано любое управление из возможных: изменение фаз газораспределения впускных клапанов, изменение фаз газораспределения выпускных клапанов, двойное независимое изменение фаз газораспределения или фиксированные фазы газораспределения. Каждая система кулачкового привода может содержать один или несколько кулачков и может использовать одну или более из следующих систем: переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), работой которых управляет контроллер 12 для изменения работы клапанов. Например, цилиндр 30 альтернативно может содержать впускной клапан, управляемый посредством электрического привода клапана и выпускной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, включая ППК и/или ИФКР. В других вариантах осуществления управление впускными и выпускными клапанами может осуществлять общий привод клапанов или приводная система, или привод или приводная система ИФГ.
Топливная форсунка 66, как показано на фигуре, расположена во впускном коллекторе 44 в конфигурации, обеспечивающей так называемый впрыск топлива во впускные каналы, расположенные выше по потоку от камеры сгорания 30. Топливная форсунка 66 может впрыскивать топливо соразмерно ширине импульса впрыска топлива (ИВТ), получаемого от контроллера 12 через электронный драйвер 69. Топливо может подаваться в топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу. В некоторых вариантах осуществления камера сгорания 30 альтернативно или дополнительно может содержать топливную форсунку, соединенный напрямую с камерой сгорания 30 для впрыска топлива напрямую в него, в случае так называемого прямого впрыска.
Система 88 зажигания может обеспечивать искру зажигания в камере 30 сгорания посредством свечи 92 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания (ОЗ) от контроллера 12 при выбранных режимах работы. Несмотря на то, что на фигуре показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления камера 30 сгорания или одна или несколько других камер сгорания двигателя 10 может работать в режиме компрессионного зажигания с искрой зажигания или без нее.
x
Датчик 126 отработавших газов показан в соединении с выпускным каналом 48, выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов. В одном примере датчик 126 может представлять собой датчик УСКОГ (датчик универсальный или широкодиапазонный содержания кислорода в отработавших газах). Альтернативно может быть использован любой подходящий датчик для индикации воздушно-топливного отношения отработавших газов, например, линейный кислородный датчик, кислородный датчик с двумя состояниями или датчик содержания кислорода в отработавших газах (СКОГ), нагреваемый датчик содержания кислорода в отработавших газах (НСКОГ), датчик оксидов азота (NO), углеводорода (НС) или окиси углерода (СО). В некоторых вариантах осуществления датчик 126 отработавших газов может быть первым из множества датчиков отработавших газов, расположенных в выпускной системе. Например, ниже по потоку от устройства 70 снижения токсичности отработавших газов могут быть размещены дополнительные датчики отработавших газов.
x
Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов показано расположенным вдоль выпускного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (ТКН), уловителем NO, различными другими устройствами снижения токсичности отработавших газов или их комбинацией. В некоторых вариантах осуществления устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может быть первым из множества устройств снижения токсичности отработавших газов, расположенных в выпускной системе. В некоторых вариантах осуществления во время работы двигателя 10 устройство 70 снижения токсичности отработавших газов может периодически обнуляться путем обеспечения работы по меньшей мере одного цилиндра из двигателя в пределах определенного воздушно-топливного отношения.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 как микрокомпьютер, содержащий микропроцессорное устройство 102 (МПУ), порты 104 входа/выхода, электронную запоминающую среду для исполняемых программ и калибровки значений, показанную в виде постоянного запоминающего устройства 106 (ПЗУ) в данном конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 110 (ЭЗУ) и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, подсоединенных к двигателю 10, в дополнение к ранее упомянутым сигналам, включая измерение массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха, температуру хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, подсоединенного к охлаждающему рукаву 114, сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 38 на эффекте Холла, (или другого типа), подсоединенного к коленчатому валу 40, сигнал положения дросселя (ПД) от датчика 58 положения дросселя; и сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 124. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) может быть сгенерирован контроллером 12 на основании сигнала ПЗ. Сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика давления в коллекторе может быть использован для индикации разрежения или давления во впускном коллекторе. Следует обратить внимание, что могут быть использованы различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, использование датчика МРВ без датчика ДВК или наоборот. При стехиометрической работе датчик ДВК может давать индикацию крутящего момента двигателя. Кроме того, этот датчик, наряду с определением частоты вращения двигателя, может производить оценку заряда (включая воздух), вводимого в цилиндр. В одном примере датчик 38, также используемый как датчик частоты вращения двигателя, может создавать заданное количество импульсов через равные промежутки времени на каждый оборот коленчатого вала.
Кроме того, по меньшей мере некоторые из вышеуказанных сигналов могут быть использованы в способе определения изменения топливной составляющей ВТО, подробнее раскрытого ниже. Например, для определения запаздываний, связанных с циклом впрыск-впуск-сжатие-расширение-выпуск, может быть использована обратная величина частоты вращения двигателя. В качестве другого примера, для определения запаздывания, связанного с прохождением отработавшими газами расстояния от выпускного клапана 54 до датчика 126 отработавших газов, может быть использована обратная величина скорости (или обратная величина сигнала МРВ). Раскрытые выше примеры, наряду с использованием других сигналов датчиков двигателя, могут быть использованы для определения запаздывания между изменением заданного воздушно-топливного отношения и ответным сигналом датчика отработавших газов.
В некоторых вариантах осуществления в специализированном контроллере 140 может быть реализовано определение деградации датчика отработавших газов и контроль изменения топливной составляющей ВТО. Специализированный контроллер 140 может содержать ресурсы 142 обработки для управления процессом обработки сигналов, связанным с получением, калибровкой и подтверждением данных обнаружения деградации датчика 126 отработавших газов. В частности, импульсное буферное устройство (например, генерирующее приблизительно 100 импульсов в секунду на блок двигателя), используемое для записи скорости ответного сигнала датчика отработавших газов, может быть слишком большим для ресурсов обработки блока управления трансмиссией (БУТ) транспортного средства. Соответственно, специализированный контроллер 140 может быть функционально соединен с контроллером 12 для определения деградации датчика отработавших газов и определения изменения топливной составляющей ВТО. Следует обратить внимание, что специализированный контроллер 140 может получать сигналы о рабочих параметрах двигателя от контроллера 12 и отправлять управляющие сигналы, информацию об изменении топливной составляющей ВТО и о деградации датчика отработавших газов вместе с другими сообщениями контроллеру 12. В другом примере обходятся без специализированного контроллера, и его операции осуществляет контроллер 12.
Следует обратить внимание, что ПЗУ 106 и/или источники 142 обработки могут быть запрограммированы машиночитаемыми данными, представляющими собой инструкции, исполняемые процессором 102 и/или специализированным контроллером 140 для осуществления различных алгоритмов, раскрытых ниже и др. вариантов.
На фиг. 2 и 3 показаны примеры рабочих диаграмм для входа в РЗОТ и выхода из него и запаздывания датчика отработавших газов согласно настоящему изобретению. В частности, на фиг.2 изображены запаздывания ответных сигналов во время входа в РЗОТ и выхода из него в случае изменения топливной составляющей ВТО в сторону обогащения. На фиг. 3 изображены запаздывания ответных сигналов во время входа в РЗОТ и выхода из него в случае изменения топливной составляющей ВТО в сторону обеднения.
На фиг. 2 показан графики 200 воздушно-топливного отношения или лямбда, отложенного по оси у от времени, отложенного по оси х. График 202 отображает заданные значения лямбда (пунктирная линия с более короткими штрихами), график 204 (пунктирная линия с более длинными штрихами) показывает ожидаемое изменение воздушно-топливного отношения во время события РЗОТ при отсутствии изменения топливной составляющей ВТО, график 206 (сплошная линия) отображает изменения воздушно-топливного отношения в сторону обогащения, и график 208 показывает событие РЗОТ.
До момента t1 двигатель может работать на обогащенном относительно заданного воздушно-топливном отношении. Другими совами, двигатель может работать при более низком относительно заданного (график 202) значении лямбда (график 206). В показанном примере заданное значение лямбда может быть равно единице или стехиометрическому отношению. В момент t1 на основании обратной связи контроллер может скорректировать воздушно-топливное отношение в сторону обогащения относительно заданного и может отправить команду на обеднение отношения, чтобы привести процесс сгорания назад к требуемому стехиометрическому воздушно-топливному отношению. Соответственно, может быть отдана команда на смещение лямбда в сторону обеднения в момент t1, что показано повышением графиком 202. В ответ на изменение заданной лямбда, измеренная лямбда (график 206) может увеличиться (так как воздушно-топливное отношение становится более бедным) и в момент t3 достигнуть исходно требуемого значения, например, стехиометрического отношения. В промежутке между t3 и t4 двигатель может работать с заданной лямбда, обедненной относительно исходного заданного значение, так, чтобы измеренная лямбда поддерживалась на требуемом уровне.
В момент t4 может быть инициировано событие РЗОТ (график 208), после чего заданная лямбда может быть деактивирована, так как прекращается впрыск топлива. Тем самым, во время входа в РЗОТ двигатель может переходить от работы в стехиометрическом режиме к работе с обедненным воздушно-топливным отношением. При отключении впрыска топлива и на основании продолжительности события РЗОТ воздушно-топливное отношение отработавших газов может достигать значительно обедненного значения с большей долей воздуха и незначительным количеством топлива. Соответственно, измеренная лямбда увеличивается между моментами t4 и t6.
Далее, начиная с момента t4, при подаче команды на вход в РЗОТ, датчик отработавших газов может обнаруживать изменения воздушно-топливного отношения до регистрации первого порогового изменения в измеренной лямбда. В показанном примере первое пороговое изменение происходит в момент t6, когда лямбда достигает установившегося значения на графике 206, например, лямбда равно около 2,5 на фиг. 2. В других примерах первое пороговое изменение может происходить при достижении 75% установившегося значения лямбда. Например, первое пороговое изменение может быть воздушно-топливным отношением, обогащенным относительно 2,5, но обедненным относительно стехиометрического уровня. В других примерах пороговое изменение лямбда может быть меньшим изменением, что указывает на то, что начался ответ на заданное изменение, например, 5%, 10%, 20% и т.д. В дальнейшем вход в РЗОТ может быть признан завершенным при достижении установившегося значения лямбда.
Как видно на фиг. 2, график 204, показывающий ожидаемое изменение лямбда при отсутствии изменения топливной составляющей ВТО, достигает установившегося значения лямбда, в частности, соответствующего первого порогового изменения лямбда, в момент t5. Однако в условиях изменения топливной составляющей ВТО в сторону обогащения, достижение установившегося значения лямбда (или первого порогового изменения лямбда) может быть в момент t6, т.е. позже, чем ожидаемый момент t5 времени. Тем самым, при изменении топливной составляющей ВТО в сторону обогащения, достижение установившегося обедненного лямбда может занимать больше времени при входе в РЗОТ.
Стрелка 212 иллюстрирует измеренное входное запаздывание, которое представляет собой время от начала входа в РЗОТ в момент t4 времени до момента t6, когда достигают первого порогового изменения измеренного лямбда.
Стрелка 210 показывает ожидаемое запаздывание, представляющее собой время от начала входа в РЗОТ в момент t4 времени до момента t5 времени, когда ожидают первого порогового изменения лямбда, при отсутствии изменения топливной составляющей ВТО. Для определения превышения входным запаздыванием ожидаемого входного запаздывания можно сравнить значение, определяемое стрелкой 212, со значением, определяемым стрелкой 210. Как можно видеть на фиг.2, при изменении топливной составляющей ВТО в сторону обогащения, запаздывание датчика отработавших газов во время входа в РЗОТ (стрелка 212) больше ожидаемого входного запаздывания (стрелка 210).
Между моментами t6 и t7 двигатель могут поддерживать в условиях РЗОТ при установившемся, обедненном лямбда. В момент t7 может быть инициирован выход из РЗОТ, и может быть возобновлен впрыск топлива. Таким образом, во время выхода из РЗОТ двигателю может быть отправлена команда на переход с работы на обедненной смеси на работу на обогащенной смеси. В показанном примере заданное лямбда может иметь стехиометрическое значение. Как и при входе в РЗОТ, можно контролировать изменения в воздушно-топливном отношении. Измеренная лямбда (график 206) уменьшается при обогащении смеси. В момент t8 измеренная лямбда достигает требуемого заданного значения (в данном случае - стехиометрического) в то же время или примерно в то же время, в которое ожидаемое изменение воздушно-топливного отношения (график 204) достигает требуемого отношения (стехиометрического).
Стрелка 214 показывает запаздывание от начала выхода из РЗОТ до достижения второго порогового изменения лямбда. Выходное запаздывание представляет собой время от начала выхода из РЗОТ до второго порогового изменения лямбда. В примере, показанном на фиг. 2, второе пороговое изменение лямбда происходит при достижении стехиометрического значения. При изменении топливной составляющей ВТО в сторону обогащения, измеренное значение лямбда может достигать стехиометрического значения, по существу, с той же скоростью и в то же время, что и ожидаемое изменение лямбда при отсутствии изменения топливной составляющей ВТО. В частности, измеренное выходное запаздывание (стрелка 214) во время изменения топливной составляющей ВТО в сторону обогащения может быть практически таким же, что и ожидаемое выходное запаздывание. Например, измеренное выходное запаздывание может отличаться не более чем на 5% от ожидаемого выходного запаздывания.
Тем самым, может быть произведена индикация изменения топливной составляющей ВТО в сторону обогащения, когда запаздывание датчика отработавших газов во время входа в РЗОТ больше ожидаемого входного запаздывания, а запаздывание датчика отработавших газов во время выхода из РЗОТ находится в пределах границ ожидаемого выходного запаздывания.
На фиг. 2, в момент t9 времени измеренное значение лямбда может уменьшаться со временем из-за изменения топливной составляющей ВТО в сторону обогащения, что приводит к обогащенному относительно требуемого воздушно-топливному отношению. Соответственно, в момент t10 времени заданное значение лямбда увеличивают до более бедного воздушно-топливного отношения. Поэтому между моментами t10 и t11 измеренное значение лямбда увеличивается и достигает требуемого значения в момент t11 времени. Как упоминалось ранее, требуемое воздушно-топливное отношение может быть стехиометрическим отношением. После t11 в двигателе могут поддерживать более бедное заданное лямбда, чтобы обеспечить, чтобы измеренное лямбда было на уровне требуемого значения.
На фиг. 3 показана диаграмма 300, с отложенным по оси у воздушно-топливным отношением или лямбда и отложенным по оси х временем. График 302 показывает заданное значение лямбда (пунктирная линия с более короткими штрихами), график 304 (пунктирная линия с более длинными штрихами) представляет ожидаемые изменения воздушно-топливного отношения при отсутствии изменения топливной составляющей ВТО, график 306 (сплошная линия) представляет изменения воздушно-топливного отношения при наличии изменения топливной составляющей ВТО в сторону обогащения, а график 308 показывает событие РЗОТ.
До момента t1 времени в двигателе могут поддерживать обедненное воздушно-топливное отношение или более высокое значение лямбда (график 306) по сравнению с заданным лямбда (график 302). В показанном примере заданное значение лямбда может быть равно единице (при стехиометрическом отношении). В момент t1 времени на основании обратной связи контроллер может скорректировать обедненное относительно требуемого значения лямбда путем отправки команды об обогащении воздушно-топливного отношения.
Соответственно, в момент t1 может быть отправлена команда об отклонении лямбда в сторону обогащения, что можно видеть как снижение на графике 302. В ответ на изменение заданного значения лямбда, измеренное значение лямбда (график 306) может снижаться, что приводит к обогащению воздушно-топливного отношения, и в момент t3 времени измеренное лямбда может достигать изначально требуемого значения, например, стехиометрического. Следовательно, в промежутке времени между t3 и t4 двигатель может работать с заданным значением лямбда, обогащенным относительно исходного заданного значения, так что измеренное значение лямбда поддерживают на уровне требуемого воздушно-топливного отношения (в данном случае стехиометрического).
В момент t4 времени может быть инициировано событие РЗОТ (график 308), после чего заданное значение лямбда может быть деактивировано при прекращении впрыска топлива. Тем самым, во время входа в РЗОТ двигатель может переходить от работы при стехиометрическом отношении смеси к работе с обедненной смесью. Соответственно, в промежутке времени между t4 и t5 измеренное значение лямбда увеличивается по мере обеднения воздушно-топливного отношения. График 304, изображающий ожидаемое изменение лямбда, также повышается в промежуток времени между t4 и t5.
Можно отслеживать изменения воздушно-топливного отношения во времени и записывать до обнаружения первого порогового изменения измеренной лямбда. В показанном примере, подобно фиг.2, первое пороговое изменение происходит, когда лямбда достигает установившегося значения, например, 2,5. В других примерах первое пороговое изменение значения может происходить при достижении 75% установившегося значения лямбда. Например, первое пороговое изменение может быть воздушно-топливным отношением, обогащенным относительно 2,5, но обедненным относительно стехиометрического уровня. В других примерах пороговое изменение лямбда может быть меньше, что означает начало реакции на заданное изменение, например, 5%, 10%, 20% и т.д. Далее, вход в РЗОТ может считаться завершенным, когда достигают установившегося значения лямбда.
В присутствии изменения топливной составляющей ВТО в сторону обеднения измеренная лямбда и ожидаемая лямбда при входе в РЗОТ могут достигать установившегося значения по существу в одно и то же время t5.
Стрелка 310 показывает входное запаздывание измеренного значения. Стрелка 310 также показывает ожидаемое входное запаздывание. Входное запаздывание, как объяснено ранее, представляет собой промежуток времени от начала входа в РЗОТ до первого порогового измерения лямбда. Здесь продолжительность ожидаемого входного запаздывания и измеренное входное запаздывание по существу равны. В других примерах измеренное входное запаздывание может находиться в пределах границы ожидаемого входного запаздывания. Например, измеренное входное запаздывание может отличаться от ожидаемого входного запаздывания в пределах 5-10%.
В промежутке времени между t5 и t6 могут поддерживать условия РЗОТ, и измеренная лямбда может оставаться на установившемся уровне. В момент t6 времени может быть дана команда на выход из РЗОТ, и может быть возобновлен впрыск топлива. Таким образом, во время выхода из РЗОТ двигателю может быть отдана команда к переходу от работы на обедненной смеси к работе на обогащенной смеси. В этом примере может быть отдана команда на установление лямбда, соответствующему стехиометрическому уровню. При обогащении воздушно-топливного отношения, измеренное значение лямбда (и ожидаемое значение лямбда) снижается. Однако, так как имеет место изменение топливной составляющей ВТО в сторону обеднения, измеренное значение лямбда снижается с меньшей скоростью, чем ожидалось.
Как показано на фиг. 3, график 304, изображающий ожидаемое значение лямбда, может достигать требуемого значения заданного лямбда (здесь, значение, равное единице или стехиометрическому отношению) в момент t7. Ожидаемое выходное запаздывание в промежутке между t6 и t7 обозначено стрелкой 314. Для ясности, выходное запаздывание может быть промежутком времени от начала выхода из РЗОТ до второго порогового изменения лямбда. Так как имеет место изменение топливной составляющей ВТО в сторону обеднения, измеренное значение лямбда может не достичь заданного значения лямбда, например, стехиометрического отношения, в ожидаемое время, но может достичь установившегося значения в момент t8. В данном случае установившееся значение представляет собой воздушно-топливное отношение, обедненное относительно заданного. Стрелка 312 показывает измеренное значение выходного запаздывания как продолжительность времени между моментом t6, в котором инициируется выход из РЗОТ, и моментом t8, в котором достигают установившегося значения лямбда. В показанном примере второе пороговое изменение может происходить, когда лямбда достигает установившегося значения. В другом примере второе пороговое изменение лямбда может происходить, когда лямбда достигает заданного значения лямбда. В других примерах второе пороговое изменение может быть меньше, что означает начало реакции на заданное изменение. Например, второе пороговое изменение может составлять 10%, 20% и т.д. от заданного значения лямбда.
Так как воздушно-топливное отношение отработавших газов в момент t8 остается более бедным относительно заданного, контроллер может отправить команду на обогащение воздушно-топливного отношения в момент t9. В одном примере может быть увеличен впрыск топлива. В другом примере может быть уменьшено открытие дросселя. В промежутке времени между t9 и t10 может снизиться заданное значение лямбда (или может быть дана команда на обогащение воздушно-топливного отношения). В ответ на изменение заданного значения лямбда измеренное значение лямбда также снижается в период между t9 и t10. В момент t10 времени измеренное значение лямбда поддерживают на уровне требуемого значения, например, стехиометрического отношения. После момента t10 заданное значение лямбда поддерживают на уровне, более богатом относительно исходного заданного в момент t7, и, следовательно, измеренное значение лямбда поддерживают на уровне требуемого воздушно-топливного отношения.
Как упоминалось ранее, стрелка 314 показывает ожидаемое выходное запаздывание, когда нет изменения топливной составляющей ВТО, в то время как стрелка 312 показывает измеренное выходное запаздывание до достижения первого установившегося значения лямбда. В альтернативных примерах второе пороговое изменение лямбда может быть достигнуто при достижении требуемого значения лямбда. Здесь стрелка 316 может обозначать продолжительность от начала выхода из РЗОТ в момент t6 до установления требуемого воздушно-топливного отношения, например, стехиометрического, что достигается в момент t10.
Измеренное выходное запаздывание, показанное стрелкой 312 (или стрелкой 316), превышает ожидаемое запаздывание, обозначенное стрелкой 314. Таким образом, изменение топливной составляющей ВТО в сторону обеднения может быть определено, если запаздывание ответного сигнала датчика отработавших газов при входе в РЗОТ находится в пределах ожидаемого входного запаздывания, а запаздывание датчика отработавших газов при выходе из РЗОТ больше ожидаемого выходного запаздывания.
Таким образом, путем контроля запаздывания ответных сигналов датчика отработавших газов во время события РЗОТ и сравнения запаздывания этих измеренных ответных сигналов с ожидаемым запаздыванием ответных сигналов, можно определить условия изменения топливной составляющей ВТО простым и неинтрузивным способом.
На фиг. 4-6 проиллюстрированы различные алгоритмы, которые контроллер транспортного средства, такой как контроллер 12 и/или специализированный контроллер 140, может активировать для определения наличия изменения топливной составляющей ВТО в двигателе посредством датчика, такого как датчик 126 отработавшего газа (показанный на фиг. 1).
На фиг. 4 показан алгоритм 400 для сбора данных, относящихся к изменениям во времени воздушно-топливных отношений при входе в РЗОТ и выходе из него. В частности, изменение топливной составляющей ВТО может быть определено путем контроля изменений во времени воздушно-топливных отношений, когда двигатель входит в РЗОТ и выходит из РЗОТ.
На этапе 402 могут быть установлены/измерены условия работы двигателя, такие как частота вращения двигателя (ЧВД), нагрузка на двигатель, воздушно-топливные отношения, крутящий момент, положение педали газа, температура и др. Условия работы двигателя могут быть определены на основе сигналов обратной связи от различных датчиков двигателя. На этапе 404 может быть установлено, было ли инициировано событие РЗОТ. Во время РЗОТ двигатель работает без впрыска топлива и в то же время вращается и прокачивает воздух через цилиндры. Условия входа в РЗОТ могут быть определены на основе разных условий работы транспортного средства и двигателя. В частности, для определения входа двигателя в РЗОТ могут быть использованы комбинации из одного или нескольких параметров из следующих: скорость транспортного средства, ускорение транспортного средства, частота оборотов двигателя, нагрузка на двигатель, положение дросселя, положение педали, положение передаточного механизма и др. В одном примере условия входа в РЗОТ могут быть определены на основе снижения частоты оборотов двигателя ниже порогового значения. В другом примере условия входа в РЗОТ могут быть определены на основе снижения значения нагрузки на двигатель ниже порогового значения. В другом примере условие РЗОТ может быть определено на основе положения педали газа. Дополнительно или альтернативно вход в РЗОТ может быть определен на основе командного сигнала о прекращении впрыска топлива.
Если на этапе 404 определено, что событие РЗОТ не было инициировано, алгоритм 400 может быть завершен. Однако, если событие РЗОТ было инициировано, алгоритм 400 может перейти к этапу 406, на котором определяют, присутствует ли деградация датчика отработавших газов.
Датчик отработавших газов может проявлять шесть типов деградационного поведения. Типы деградационного поведения могут быть классифицированы как деградации асимметричного типа (например, асимметричное запаздывание при переходе от богатого воздушно-топливного отношения к бедному, асимметричное запаздывание при переходе от бедного воздушно-топливного отношения к богатому, асимметричный фильтр при переходе от богатого воздушно-топливного отношения к бедному, асимметричный фильтр при переходе от бедного воздушно-топливного отношения к богатому), который оказывает влияние на скорость ответных сигналов датчика отработавших газов только при переходе от бедного воздушно-топливного отношения к богатому или только от богатого воздушно-топливного отношения к бедному, или симметричный тип деградации (например, симметричное запаздывание, симметричный фильтр), который оказывает влияние на скорости ответных сигналов датчика отработавших газов как при переходе от бедного воздушно-топливного отношения к богатому, так и при переходе от богатого воздушно-топливного отношения к бедному. Деградационные поведения типа запаздывания могут быть связаны с начальной реакцией датчика отработавших газов на изменение состава отработавших газов, деградационные поведения типа фильтра могут быть связаны с продолжительностью после начального ответного сигнала датчика отработавших газов на переход от богатого воздушно-топливного отношения к бедному или от бедного воздушно-топливного отношения к богатому.
На фиг.7а-7f показаны графики, показывающие один из шести дискретных типов деградационного поведений датчика отработавших газов. Графики показывают изменение воздушно-топливного отношения (лямбда) во времени (в секундах). На каждом графике пунктирная линия показывает заданное значение сигнала лямбда, которое может быть отправлено к компонентам двигателя (например, топливным форсункам, клапанам цилиндров, дросселю, свече зажигания и др.) для генерирования воздушно-топливного отношения, изменяющегося в цикле, содержащем один или более переходов от бедного отношения к богатому и один или более переходов от богатого отношения к бедному. На изображенных фигурах двигатель входит в РЗОТ и выходит из него. На каждом графике пунктирная линия с большей длиной штриха показывает ожидаемое время ответного сигнала лямбда датчика отработавшего газа. На каждом графике сплошная линия показывает деградированный сигнал лямбда, производимый деградированным датчиком отработавших газов в ответ на сигнал заданного значения лямбда. На каждом графике линии с двумя стрелками показывают отклонение сигнала данного типа деградации от ожидаемого сигнала лямбда.
На фиг. 7а показан график, обозначающий первый тип деградационного поведения, который может быть у деградированного датчика отработавших газов. Этот первый тип деградационного поведения представляет собой тип симметричного фильтра, содержащий медленную реакцию датчика отработавших газов на сигнал заданного лямбда как для модуляций от богатого воздушно-топливного отношения к бедному, так и для модуляций от бедного воздушно-топливного отношения к богатому. Другими словами, деградированный сигнал лямбда может начать переход от богатого воздушно-топливного отношения к бедному и от бедного воздушно-топливного отношения к богатому в ожидаемое время, но скорость ответного сигнала может быть ниже ожидаемой, что приводит к урезанию пиков по времени для бедного и богатого воздушно-топливного отношений.
На фиг. 7b показан график, обозначающий второй тип деградационного поведения, который может быть обнаружен у деградированного датчика отработавших газов. Второй тип деградационного поведения представляет собой тип асимметричного фильтра при переходе от богатого воздушно-топливного отношения к бедному, содержащий медленную реакцию датчика отработавших газов на сигнал заданного лямбда при переходе от богатого воздушно-топливного отношения к бедному. При таком типе ухудшения переход от богатого воздушно-топливного отношения к бедному может начаться в ожидаемое время, но скорость ответного сигнала может быть ниже ожидаемой, что приводит к урезанию пика по времени для бедного воздушно-топливного отношения. Этот тип ухудшения может считаться асимметричным, так как ответный сигнал датчика отработавших газов приходит медленнее (или ниже ожидаемого) при переходе от богатого воздушно-топливного отношения к бедному.
На фиг. 7с показан график, обозначающий третий тип деградационного поведения, который может быть обнаружен у деградированного датчика отработавших газов. Третий тип деградационного поведения представляет собой тип асимметричного фильтра при переходе от бедного воздушно-топливного отношения к богатому, содержащий медленную реакцию датчика отработавших газов на сигнал заданного лямбда для перехода от бедного воздушно-топливного отношения к богатому. При таком типе поведения переход от бедного воздушно-топливного отношения к богатому может начаться в ожидаемое время, но скорость ответного сигнала может быть ниже ожидаемой, что приводит к урезанию пика по времени для богатого воздушно-топливного отношения. Этот тип поведения может считаться асимметричным, так как ответный сигнал датчика отработавших газов приходит медленнее (или ниже ожидаемого) только при переходе от бедного воздушно-топливного отношения к богатому.
На фиг. 7d показан график, обозначающий четвертый тип деградационного поведения, который может быть обнаружен у деградированного датчика отработавших газов. Четвертый тип деградационного поведения представляет собой симметричное запаздывание, содержащее запаздывание ответного сигнала на сигнал заданного лямбда как для модуляций от богатого воздушно-топливного отношения к бедному, так и для модуляций от бедного воздушно-топливного отношения к богатому. Другими словами, деградированный сигнал лямбда может начать переход от богатого воздушно-топливного отношения к бедному и от бедного воздушно-топливного отношения к богатому с запаздыванием относительно ожидаемого времени, но соответствующий переход может происходить с ожидаемой скоростью ответного сигнала, что приводит к смещению пиков по времени для бедного и богатого воздушно-топливных отношений.
На фиг. 7е показан график, обозначающий пятый тип деградационного поведения, который может быть обнаружен у деградированного датчика отработавших газов. Пятый тип деградационного поведения представляет собой асимметричное запаздывание при переходе от богатого воздушно-топливного отношения к бедному, содержащее запаздывание ответного сигнала на сигнал заданного лямбда для перехода от богатого воздушно-топливного отношения к бедному. Другими словами, деградированный сигнал лямбда может начать переход от богатого воздушно-топливного отношения к бедному с запаздыванием относительно ожидаемого времени, но переход может происходить с ожидаемой скоростью ответного сигнала, что приводит к смещению и/или урезанию пика по времени для бедного воздушно-топливного отношения. Этот тип поведения может считаться асимметричным, так как ответный сигнал датчика отработавших газов запаздывает относительно ожидаемого времени начала только при переходе от богатого воздушно-топливного отношения к бедному.
На фиг. 7f показан график, обозначающий шестой тип деградационного поведения, который может быть обнаружен у деградированного датчика отработавших газов. Шестой тип поведения представляет собой асимметричное запаздывание при переходе от бедного воздушно-топливного отношения к богатому, содержащее запаздывание ответного сигнала на сигнал заданного лямбда для перехода от бедного воздушно-топливного отношения к богатому. Другими словами, деградированный сигнал лямбда может начать переход от бедного воздушно-топливного отношения к богатому с запаздыванием относительно ожидаемого времени, но соответствующий переход может происходить с ожидаемой скоростью ответного сигнала, что приводит к смещению и/или урезанию пика по времени для богатого воздушно-топливного отношения. Этот тип поведения может считаться асимметричным, так как ответный сигнал датчика отработавших газов запаздывает относительно ожидаемого времени начала только при переходе от бедного воздушно-топливного отношения к богатому.
В одном примере деградация датчика отработавших газов может быть определена на основании характеристик распределения экстремальных значений рассчитанных для дифференциалов лямбда, собранных во время работы двигателя. Эти характеристики могут представлять собой моду и центральный пик распределения обобщенного экстремального значения (ОЭЗ) для экстремальных значений дифференциалов лямбда, накопленных во время работы в установившемся режиме. Эти характеристики проиллюстрированы в приведенных в качестве примера графиках фиг.8а и 8b. Деградация асимметричного запаздывания или асимметричного фильтра может быть определена на основании амплитуды центрального пика и/или амплитуды моды. Дальнейшая классификация, например, симметричного запаздывания или симметричного фильтра может происходить на основе установленного запаздывания датчика или установленной постоянной времени датчика.
На фиг. 8а показаны четыре различные области приведенного в качестве примера графика, где может быть отображено распределение экстремальных значений. По оси у отложен центральный пик распределения. По оси х - мода рассчитанных дифференциалов лямбда. Деградация датчика может быть определена на основании амплитуды центрального пика и моды. На фиг. 8b показан приведенный в качестве примера график, иллюстрирующий две приведенные в качестве примера кривые 802 и 804 распределения экстремальных значений.
Высокий центральный пик в распределении может обозначать деградацию датчика. В частности, высокий центральный пик может обозначать поведения типа асимметричного запаздывания, в котором запаздывание реально происходящего изменения воздушно-топливного отношения относительно заданного изменения больше ожидаемого. Так как запаздывание является асимметричным, то либо режим работы с богатым воздушно-топливным отношением будет занимать больше времени (в случае запаздывания при переходе от богатого воздушно-топливного отношения к бедному), режим работы с бедным воздушно-топливным отношением будет занимать больше времени (в случае запаздывания при переходе от бедного воздушно-топливного отношения к богатому). В любом случае будет иметь место меньшее общее изменение.
Таким образом, как показано в примере на фиг. 8а и 8b, если центральный пик выше первого порога, Т1, это может указывать на деградацию датчика типа асимметричного запаздывания. Кривая 802 показывает характеристику датчика с высоким центральным пиком. В одном примере первый порог Т1 может быть определен путем построения графика распределения экстремальных значений для нового недеградированного датчика, первый порог может быть центральным пиком распределения недеградированного датчика.
Если центральный пик меньше первого порога Т1, можно оценить моду распределения. Мода представляет собой значение дифференциала лямбда, встречающееся в распределении наиболее часто. Симметричный датчик, представляющий собой датчик, не проявляющий какой-либо асимметричной деградации датчика, обычно имеет моду в симметричном диапазоне с центром около нуля, ограниченном вторым и третьим порогами. Второй (Т2) и третий (Т3) пороги могут быть определены подобным образом, что первый порог центрального пика. Приведенные в качестве примера второй и третий пороги, Т2 и Т3, проиллюстрированы на фиг.8а и 8b.
Если мода меньше или больше значений симметричного диапазона, это указывает на деградационное поведение типа асимметричного фильтра. Если мода больше второго порога Т2, то имеет место деградация типа фильтра при переходе от богатого воздушно-топливного отношения к бедному. В этом случае датчик запаздывает в ответ на задаваемое изменение при переходе от богатого воздушно-топливного отношения к бедному, и, тем самым, тратится меньше времени при заданном бедном лямбда, чем при заданном богатом лямбда. Таким образом, будет иметь место большее количество дифференциалов лямбда с положительной (бедной по топливу) амплитудой.
Если мода меньше третьего порога Т3, может иметь место деградация типа фильтра при переходе от бедного воздушно-топливного отношения к богатому. В примере кривая распределения ОЭЗ с модой меньше третьего порога Т3 проиллюстрирована как кривая 804 на фиг. 8b. Если мода больше третьего порога, но меньше второго порога, то мода лежит в симметричном диапазоне. На основании характеристик распределения нельзя отличить деградации симметричного запаздывания, симметричного фильтра, так же как и отсутствие деградации.
Для отличия датчика с деградацией симметричного запаздывания по сравнению с датчиком без деградации, можно произвести сравнение запаздывания датчика с номинальным запаздыванием. Номинальное запаздывание датчика представляет собой ожидаемое запаздывание ответного сигнала датчика на заданное изменение воздушно-топливного отношения, в основе чего лежит запаздывание от момента впрыска топлива, сгорания и прохождения отработавших газов от камеры сгорания к датчику отработавших газов. Запаздывание может быть определено, когда датчик фактически выдает сигнал, указывающий на изменение воздушно-топливного отношения. Если запаздывание не меньше или равно номинальному запаздыванию, в датчике отработавших газов может иметь место деградационное поведение типа симметричного запаздывания.
Чтобы отличить датчик с деградацией симметричного фильтра от датчика без деградации, может быть произведено сравнение постоянной времени датчика с номинальной постоянной времени. Номинальная постоянная времени может быть постоянной времени, показывающей, как быстро датчик реагирует на заданное изменение лямбда, она может быть определена автономно на основании недеградированного датчика функции. Если установленная постоянная времени датчика больше номинальной постоянной времени, датчик имеет меньшую скорость реакции на изменения, таким образом, имеет место деградационное поведение типа симметричного фильтра.
Если постоянная времени меньше или равна номинальной постоянной времени, может быть диагностировано отсутствие деградации. Признаком отсутствия деградации могут быть характеристики распределения, указывающие на симметричное поведение датчика, и соответствие номинальным значениям постоянной времени и запаздывания датчика.
Таким образом, датчик отработавших газов может быть определен как исправный, если центральный пик распределения меньше первого порога (Т1) и если мода находится между вторым порогом Т2 и третьим порогом Т3. Далее, датчик может быть исправен, если запаздывание меньше или равно номинальному запаздыванию, а постоянная времени меньше или равна номинальной постоянной времени.
Возвращаясь на этап 406 алгоритма 400 на фиг.4, если определено, что датчик отработавших газов деградирован, алгоритм 400 может быть остановлен, а определение и/или обнаружение изменения топливной составляющей ВТО может быть прервано. С другой стороны, если определено, что датчик отработавших газов недеградированный и исправный, алгоритм 400 переходит на этап 410 для записи изменений лямбда (воздушно-топливного отношения) во времени при входе в РЗОТ. Эти изменения лямбда могут быть обнаружены датчиком отработавших газов и могут быть сохранены в памяти контроллера или специализированного контроллера при переходе в РЗОТ.
На этапе 412 алгоритма 400 могут подтвердить завершение входа в РЗОТ. Например, вход в РЗОТ может быть завершен при достижении установившегося значения лямбда. В другом примере вход в РЗОТ может считаться выполненным, если было достигнуто заранее установленное значение лямбда.
Если установлено, что вход в РЗОТ не завершен, алгоритм 400 может возвратиться на этап 410 и продолжить запись изменений воздушно-топливного отношения. Однако если вход в РЗОТ завершен, алгоритм 400 может перейти на этап 414 для окончания записи изменений лямбда. Продолжается контроль за датчиком отработавших газов.
На этапе 416 может быть определена инициация выхода из РЗОТ. Выход из РЗОТ в одном примере может осуществляться на основании командного сигнала к началу впрыска топлива. В другом примере событие РЗОТ может быть завершено на основании команды увеличения нагрузки на двигатель от водителя, достижения скоростью транспортного средства порогового значения и\или достижения нагрузкой на двигатель порогового значения. Если не инициирован выход из РЗОТ, то алгоритм 400 продолжает ожидать отправки команды на выход из РЗОТ. Если на этапе 416 подтверждают, что был инициирован выход из РЗОТ, алгоритм 400 переходит на этап 418 для записи изменений лямбда во времени при выходе из РЗОТ. Когда двигатель выходит из РЗОТ, может быть восстановлено заданное воздушно-топливное отношение, а изменения в воздушно-топливном отношении, обнаруживаемые датчиком отработавших газов, могут быть сохранены в памяти контроллера или специализированного контроллера во время выхода из РЗОТ.
На этапе 420 определяют, был ли завершен выход из РЗОТ. В одном примере выход из РЗОТ может считаться завершенным, если было достигнуто установившееся значение лямбда. В другом примере выход из РЗОТ может считаться завершенным, когда измеренное воздушно-топливное отношение принимает требуемое или заданное значение. Таким образом, изменения воздушно-топливного отношения во времени может контролировать датчик отработавших газов до обнаружения достижения лямбда требуемого стехиометрического значения.
Если выход из РЗОТ не завершен, изменения воздушно-топливного отношения могут контролироваться дальше и записываться в памяти контроллера. С другой стороны, при завершении выхода из РЗОТ на этапе 422 может быть прекращена запись изменений лямбда. Далее, на этапе 424 может быть установлено наличие изменения топливной составляющей ВТО посредством алгоритма 500, изображенного на фиг.5, а алгоритм 400 может быть завершен.
На фиг. 5 показан алгоритм 500 обнаружения наличия изменения топливной составляющей ВТО в системе двигателя транспортного средства на основании результатов, собранных во время выполнения алгоритма 400. В частности, для расчета запаздываний используют изменения лямбда во времени, записанные при входе в РЗОТ и выходе из него, рассчитанные запаздывания сравнивают с ожидаемым входным запаздыванием и ожидаемым выходным запаздыванием для определения наличия изменения топливной составляющей ВТО. Далее, если подтверждается, что имеет место изменение топливной составляющей ВТО, может быть отрегулирован параметр двигателя для компенсации установленного изменения топливной составляющей ВТО.
На этапе 502 алгоритма 500 может быть определено ожидаемое входное запаздывание (TD_entry_exp) и измеренное входное запаздывание (TD_entry). Измеренное входное запаздывание может быть определено таким же образом, как раскрыто выше на основе фиг. 2 и 3. Например, входное запаздывание может быть измерено как промежуток времени от начала входа в РЗОТ до достижения первого порогового изменения лямбда.
Ожидаемое запаздывание между изменением в заданном воздушно-топливном отношении и начальным ответным сигналом датчика отработавших газов может быть обусловлено несколькими источниками запаздывания. Во-первых, вклад в запаздывание вносит исполнение цикла впрыск-впуск-сжатие-расширение-выпуск. Этот вклад в запаздывание может быть пропорционален обратному значению частоты вращения двигателя. Во-вторых, вклад в запаздывание вносит прохождение отработавших газов из выпускного окна цилиндров двигателя в датчик отработавших газов. Этот вклад в запаздывание может меняться обратно пропорционально скорости или массовому расходу газа в выпускном канале. Наконец, вклад в запаздывание вносит время, необходимое на обработку, фильтрацию сигналов датчика отработавших газов, и время, необходимое для изменения на требуемую дельта лямбда отфильтрованного сигнала датчика отработавшего газа. Понятно, что ожидаемое входное запаздывание может иметь место при условиях работы двигателя без изменений топливной составляющей ВТО.
На этапе 504 определяют ожидаемое выходное запаздывание (TD_exit_exp) и измеренное выходное запаздывание (TD_exit) во время выхода из РЗОТ аналогично запаздыванию для входа в РЗОТ, как раскрыто выше. Например, выходное запаздывание может быть промежутком времени от начала выхода из РЗОТ до достижения второго порогового изменения лямбда.
На этапе 506 алгоритма 500 подтверждают существование условия изменения топливной составляющей ВТО. Условие изменения топливной составляющей ВТО может быть определено согласно алгоритму 600 по фиг. 6, который будет раскрыта подробнее ниже. Если условие изменения топливной составляющей ВТО не подтверждается, осуществляют выход из алгоритма 500 и могут продолжить стандартную работу двигателя.
Если подтверждают условие изменения топливной составляющей ВТО, алгоритм 500 переходит на этап 508, в котором счетчик показаний изменения топливной составляющей ВТО может быть приращен на единицу. Затем, на этапе 510 может быть определено, превышает ли количество показаний, подтверждающих присутствие смещения топливной составляющей ВТО, пороговое значение (ThresholdF). Если установлено, что количество показаний о изменении топливной составляющей ВТО ниже, чем ThresholdF, алгоритм 500 переходит на этап 512 для поддержания существующей работы двигателя. Однако, если количество показаний, определяющих изменение топливной составляющей ВТО больше, чем ThresholdF, может быть отмечено обнаружение изменения топливной составляющей ВТО. Для обеспечения адекватного управления двигателем с целью поддержания выбросов двигателя и экономии топлива на требуемом уровне, если необходимо, на этапе 514 могут быть отрегулирован один или несколько рабочих параметров двигателя. Отрегулированный параметр двигателя может быть одним или более параметром из следующих: количество впрыскиваемого топлива, момент впрыска топлива, моменты срабатывания клапанов и положение дросселя. Например, если установлено и указано, что изменение топливной составляющей ВТО произошло в сторону обеднения, то может быть увеличено количество впрыскиваемого топлива и/или уменьшено открытие дросселя. В другом примере, если обнаружено изменение топливной составляющей ВТО в сторону обогащения, количество впрыскиваемого топлива может быть уменьшено и/или может быть увеличено открытие дросселя. При осуществлении регулировки рабочих параметров двигателя, выходят из алгоритма 500.
На фиг. 6 показан пример блок-схемы, иллюстрирующей алгоритм 600, предназначенный для индикации изменения топливной составляющей ВТО на основании определенного и ожидаемого запаздываний при выходе и входе в РЗОТ. Алгоритм 600 может быть реализован контроллером 12 и/или специализированным контроллером 140, и может быть исполнен во время этапа 506 раскрытого выше алгоритма 500.
На этапе 602 измеренное входное запаздывание (TD_entry) может быть сравнено с ожидаемым входным запаздыванием (TD_entry_exp), а измеренное выходное запаздывание (TD_exit) может быть сравнено с ожидаемым выходным запаздыванием (TD_exit_exp). В частности, при каждом событии РЗОТ измеренное запаздывание на входе и выходе может быть сравнено с соответствующим ожидаемым запаздыванием для определения разницы в запаздываниях.
На этапе 604 определяют превышает ли одно из двух запаздываний -входа или выхода - соответствующее ожидаемое запаздывание. Если нет, алгоритм 600 переходит на этап 606, на котором может быть установлено и произведена индикация отсутствия изменения топливной составляющей ВТО. Если да, алгоритм 600 переходит на этап 608, на котором может быть подтверждено, больше ли TD_entry, чем TD_entry_exp и TD_exit равно ли TD_exit_exp. Другими словами, может быть подтверждено, превышает ли измеренное входное запаздывание ожидаемое входное запаздывание, и в то же время равно ли по существу измеренное выходное запаздывание ожидаемому выходному запаздыванию. В других примерах измеренное выходное запаздывание может быть в пределах границ ожидаемого выходного запаздывания.
Если да, алгоритм 600 переходит на этап 610 для индикации присутствия условия изменения топливной составляющей ВТО в сторону обогащения в двигателе. Если нет, на этапе 612 алгоритм 600 может определить, что TD_entry равно TD_entry_exp, a TD_exit больше TD_exit_exp.Другими словами измеренное входное запаздывание по существу равно ожидаемому входному запаздыванию во время входа в РЗОТ, в то время как измеренное выходное запаздывание больше ожидаемого выходного запаздывания. Другими словами, измеренное входное запаздывание может быть в пределах границ ожидаемого входного запаздывания. Поэтому на этапе 614 алгоритм 600 может осуществить индикацию присутствия условия изменения топливной составляющей ВТО с сторону обеднения.
Таким образом, представленные в настоящем документе способы обеспечивают обнаружение наличия условия изменения топливной составляющей ВТО на основании ответных сигналов запаздывания датчика отработавшего газа, накопленных во время входа в РЗОТ и последующего выхода из РЗОТ. Может быть произведена индикация изменения топливной составляющей ВТО в сторону обогащения, если только входное запаздывание датчика отработавших газов превышает ожидаемое входное запаздывание, в то время как индикация изменения топливной составляющей ВТО в сторону обеднения может быть произведена, если только выходное запаздывание превышает ожидаемое выходное запаздывание. Здесь входное запаздывание представляет собой время от начала входа в РЗОТ до первого порогового изменения воздушно-топливного отношения, а выходное запаздывание представляет собой время от начала выхода из РЗОТ до второго порогового изменения воздушно-топливного отношения. Если условие изменения топливной составляющей ВТО присутствует, может быть отрегулирован рабочий параметр двигателя на основании установленного изменения топливной составляющей ВТО. Отрегулированный рабочий параметр двигателя может быть одним или несколькими параметрами из следующих: количество впрыскиваемого топлива, момент впрыска топлива, моменты срабатывания клапанов и положение дросселя. Далее, датчик отработавших газов может быть оценен на наличие деградации до осуществления контроля запаздывания ответного сигнала датчика отработавших газов во время входа в условие РЗОТ и выхода из него. Если определено, что датчик отработавших газов является деградированным, может быть отменено определение изменения топливной составляющей ВТО.
В этом случае присутствие изменений топливной составляющей ВТО во время работы двигателя может быть установлено пассивным неинтрузивным образом. Управление и работа двигателя могут быть улучшены путем регулирования параметров двигателя для уменьшения существующих изменений топливной составляющей ВТО. В целом, можно улучшить управление экономией топлива и выбросами.
Следует отметить, что включенные в описание алгоритмы управления и измерения могут быть использованы с различными схемами двигателей и/или систем автомобиля. Раскрытые способы управления и программы могут быть сохранены в виде исполняемых инструкций в постоянном запоминающем устройстве. Рассмотренные выше конкретные алгоритмы могут представлять один или более способов обработки, которые инициируются событием, прерыванием, являются многозадачными, многопотоковыми, и т.п. Как таковые, различные действия, операции и/или функции можно выполнять в той последовательности, какая указана на схеме, но можно выполнять и параллельно или в некоторых случаях опускать. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для реализации отличительных признаков и преимуществ рассмотренных вариантов осуществления, но приведен в целях упрощения описания. Одно или более из изображенных действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и/или функции могут графически представлять код, записываемый в постоянное запоминающее устройство считываемой среды хранения данных компьютера в системе управления двигателем.
Следует понимать, что рассмотренные в описании конструкции и алгоритмы по сути являются примерами, и приведенные конкретные варианты осуществления нельзя рассматривать, как примеры, ограничивающие идею изобретения, 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. Предмет настоящего изобретения включает в себя весь объем новых и неочевидных комбинаций и подкомбинаций различных систем и конструкций, а также другие отличительные признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем описании.
Пункты нижеприведенной формулы изобретения конкретно указывают на определенные комбинации и подкомбинации отличительных признаков, которые считаются новыми и неочевидными. Эти пункты могут относиться к «одному» элементу или «первому» элементу, или эквивалентному элементу. Следует понимать, что такие пункты содержат включение одного или более указанных элементов, не требуя при этом и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации 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 данной или родственной заявки. Такие пункты формулы изобретения также считаются включенными в предмет настоящего изобретения независимо от того, являются они более широкими, более узкими, равными или отличающимися в отношении границ идеи изобретения, установленных исходной формулой изобретения.