Способ и система для определения состава антидетонационной жидкости
METHOD AND SYSTEM FOR DETERMINING COMPOSITION OF AN ANTIKNOCK LIQUID

Область техники
Настоящее раскрытие в целом относится к способам и системам для определения состава жидкости стеклоочистителя, подаваемой в двигатель для борьбы с детонацией.
Уровень техники и раскрытие изобретения
Разработан ряд антидетонационных жидкостей для подавления явлений аномального сгорания, в том числе различные комбинации бензина, этанола, метанола, других спиртов, воды и иных инертных текучих сред. Например, впрыск воды подавляет детонацию, обеспечивает охлаждение заряда и позволяет использовать топливо с меньшим октановым числом. Кроме того, поскольку впрыск воды также можно применять для регулирования разбавления в двигателе, снижается необходимость в специальной антидетонационной жидкости.
Еще один пример антидетонационной жидкости раскрыт Сурнилла (Surnilla) в US 7,533,651. В нем непосредственный впрыск стеклоомывающей жидкости, содержащей воду и спирт (например, хладагент двигателя или метанол), обеспечивает преимущество, состоящее в возможности использования охлаждающих заряд свойств как указанной жидкости, так и непосредственного впрыска, для подавления детонации. Помимо защиты от замерзания воды, включение хладагента двигателя в состав впрыскиваемой антидетонационной жидкости обеспечивает дополнительное преимущество, состоящее в том, что легкие углеводороды (например, метанол) способствуют процессу сгорания. В целом, данное решение повышает КПД двигателя с одновременным снижением требований к октановому числу впрыскиваемого топлива, повышая, тем самым выходную мощность двигателя. В данном случае стеклоочистительную жидкость, помимо очистки ветрового стекла транспортного средства, можно использовать и для другой цели - борьбы с детонацией.
Однако авторы настоящего изобретения выявили недостаток данного решения. Состав жидкости очистителя ветрового стекла может варьироваться. Например, содержание этанола или метанола в жидкости может сильно разниться. Кроме того, при дозаправке бака жидкости очистителя ветрового стекла, в зависимости от количества и состава остававшейся в нем жидкости очистителя ветрового стекла, состав полученной после дозаправки жидкости очистителя ветрового стекла может варьироваться. Это не влияет на способность жидкости очищать очиститель ветрового стекла, но может повлиять на антидетонационную способность жидкости. Например, может измениться октановое число жидкости. В связи с этим, различные параметры работы двигателя регулируют в зависимости от впрыскиваемой антидетонационной жидкости. Например, можно регулировать подачу топлива в цилиндры в зависимости от содержания спирта во впрыскиваемой жидкости. Кроме того, может возникнуть необходимость регулирования параметров работы двигателя в зависимости от типа спирта в жидкости (например, от того, является ли спирт этанолом или метанолом). В связи с этим, ошибочная оценка состава жидкости очистителя ветрового стекла может привести к значительным ошибкам в определении воздушно-топливного отношения, что снижает эксплуатационные показатели двигателя. Кроме того, если состав жидкости очистителя ветрового стекла достоверно не известен, возможность использования жидкости очистителя ветрового стекла в качестве антидетонационной может быть ограничена. С другой стороны, ввод дополнительного датчика специально для оценки содержания спирта и состава антидетонационной жидкости может существенно увеличить стоимость и сложность системы. Несмотря на то, что в определенных условиях для оценки содержания спирта в антидетонационной жидкости можно использовать датчик кислорода во всасываемом воздухе, авторы изобретения выявили, что наличие таких разбавителей, как влага, углеводороды от принудительной вентиляции картера ПВК (PCV) и газы от продувки, может привести к погрешностям выходного сигнала датчика кислорода во всасываемом воздухе, искажающим результат оценки.
В одном примере вышеуказанные недостатки можно преодолеть, используя способ для двигателя, содержащий шаги, на которых: впрыскивают водно-спиртовую смесь во впуск двигателя сначала с первым расходом, а затем, со вторым, другим, расходом; подают опорное напряжение на датчик кислорода и отслеживают изменение тока накачки указанного датчика после каждого впрыска; находят первую составляющую изменения тока накачки, обусловленную содержанием воды в смеси; находят вторую составляющую изменения тока накачки, обусловленную содержанием спирта в смеси; и находят третью составляющую изменения тока накачки, обусловленную содержанием разбавителей во всасываемом воздухе. Так можно достоверно определять состав антидетонационной жидкости, впрыскиваемой в двигатель, используя существующий датчик кислорода, например, датчика кислорода во всасываемом воздухе или датчика кислорода в отработавших газах, при этом ослабляя влияние создающих помехи факторов.
Например, после дозаправки бака жидкости очистителя ветрового стекла, состав жидкости очистителя ветрового стекла можно оценивать с помощью датчик кислорода во всасываемом воздухе. Затем жидкость очистителя ветрового стекла можно использовать в качестве антидетонационной. Жидкость очистителя ветрового стекла может представлять собой смесь воды и спирта, но без содержания бензина. Кроме того, тип спирта в этой жидкости может быть известен априори. Например, может быть известно, что жидкость очистителя ветрового стекла представляет собой смесь воды и этанола или воды и метанола. Однако соотношение воды и соответствующего спирта в жидкости может не быть достоверно известно. Контроллер может сначала осуществить впрыск антидетонационной жидкости в размере первой доли в процентах по объему газа во впускной коллектор ниже по потоку от впускного дросселя и выше по потоку от датчика кислорода во всасываемом воздухе. Жидкость можно впрыскивать, когда рециркуляция отработавших газов (РОГ) не происходит для уменьшения искажения результатов из-за помех от РОГ. Затем на датчик кислорода во всасываемом воздухе может быть подано низкое опорное напряжение (например, 450 мВ) и зарегистрирован выходной сигнал датчика. Например, выходной сигнал может представлять собой первый ток накачки. Затем контроллер может осуществить впрыск антидетонационной жидкости во впускной коллектор в размере второй, другой, доли в процентах по объему газа. Разные доли в процентах по объему могут быть достигнуты путем впрыска разного количества жидкости при том или ином массовом расходе воздуха или путем впрыска того или иного количества жидкости при разных расходах воздуха. Затем на датчик кислорода во всасываемом воздухе вновь подают низкое опорное напряжение (например, 450 мВ) с возможностью регистрации второго выходного сигнала датчика. Например, второй выходной сигнал может представлять собой второй ток накачки. На токи накачки может влиять снижение концентрации кислорода на датчике кислорода, обусловленное содержанием воды в антидетонационной жидкости и содержанием спирта в антидетонационной жидкости, а также присутствием разбавителей, например, газообразных углеводородов от ПВК, во всасываемом воздухе. А именно, вода в антидетонационной жидкости может оказывать разбавляющее действие на датчике кислорода, а спирт в антидетонационной жидкости и углеводородные разбавители во всасываемом воздухе могут сгорать с кислородом на датчике, снижая концентрацию кислорода, оцениваемую на датчике. Контроллер двигателя может корректировать значения первого и второго токов накачки с поправкой на соответствующий массовый расход впрыска и находить общее отклонение первого и второго токов накачки из-за присутствия разбавителей во всасываемом воздухе. После коррекции с поправкой на разбавители, контроллер может вычислить содержание спирта в антидетонационной жидкости по скорректированным значениям первого и второго токов накачки и массовому расходу впрыска. Например, контроллер двигателя может обратиться к трехмерной калибровочной диаграмме для оценки содержания спирта в жидкости и обновить данные о составе жидкости. Определяя состав жидкости можно расширить сферу применения жидкости очистителя ветрового стекла в качестве антидетонационной.
Следует понимать, что, несмотря на то, что вышеприведенный пример предусматривает оценку состава стеклоомывающей жидкости с помощью датчика кислорода во всасываемом воздухе, в других примерах его можно оценивать с помощью датчика кислорода в отработавших газах (например, УДКОГ (UEGO)). В этом случае жидкость можно впрыскивать в количестве первой и второй долей в процентах по объему газа в условиях отсечки топлива в режиме замедления ОТРЗ (DFSO) и определять состав по изменению тока накачки УДКОГ.
Таким образом, можно использовать уже имеющийся датчик кислорода во всасываемом воздухе или датчик кислорода в отработавших газах для оценки состава (включая тип углеводорода и содержание спирта) антидетонационной жидкости с поправкой на искажение результатов из-за присутствия разбавителей во всасываемом воздухе. Технический эффект, достигаемый отслеживанием выходного сигнала датчика кислорода во всасываемом воздухе после впрыска жидкости в размере разных долей в процентах по объему, состоит в возможности повысить точность различения изменения тока накачки датчика, обусловленного водной составляющей антидетонационной жидкости, и изменения, обусловленного спиртовой составляющей антидетонационной жидкости, без необходимости регулирования потоков РОГ, продувки или ПВК для уменьшения помех. Это обусловлено тем, что влияние эффекта разбавления на датчике кислорода заметно отличается от эффекта горения спирта. Кроме того, можно найти общее отклонение из-за разбавителей, так как разбавители вызывают схожее относительное изменение тока накачки при разных значениях долей в процентах по объему. Повысив достоверность оценки состава впрыскиваемой антидетонационнрй жидкости, можно расширить сферу применения антидетонационной жидкости за счет двигателей, работающих на топливах других типов, повысив грубость системы. Кроме того, можно повысить достоверность оценки октанового числа топлива, что позволит повысить эффективность регулирования зажигания. Например, можно меньше применять запаздывание зажигания для подавления детонации, что обеспечивает преимущества, связанные с топливной экономичностью. Определив, что причиной случайных изменений токов накачки является присутствие разбавителей во всасываемом воздухе, можно достоверно оценивать антидетонационную жидкость даже во время продувки или РОГ. Благодаря использованию имеющегося датчика кислорода во всасываемом воздухе для определения состава антидетонационной жидкости, снижается потребность в специально предназначенном для этого датчике без ущерба для достоверности оценки.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно в разделе «Осуществление изобретения». Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.
Краткое описание фигур чертежа
На ФИГ. 1 представлена принципиальная схема системы двигателя.
На ФИГ. 2 представлена детальная схема камеры сгорания двигателя.
На ФИГ. 3 представлена принципиальная схема примера датчика кислорода во всасываемом воздухе.
На ФИГ. 4 представлена схема процесса, иллюстрирующая алгоритм использования датчика кислорода во всасываемом воздухе для оценки содержания спирта в антидетонационной жидкости с поправкой на помехи от разбавителей во всасываемом воздухе.
На ФИГ. 5 представлена диаграмма, иллюстрирующая пример зависимости между относительным содержанием спирта в антидетонационной жидкости и изменением тока накачки датчика кислорода и массой антидетонационной жидкости, впрыскиваемой в двигатель, до введения поправки на действие разбавителей.
На ФИГ. 6 представлена диаграмма, иллюстрирующая пример зависимости между массовым расходом воздуха, при котором осуществляют впрыск антидетонационной жидкости, и результатом оценки концентрации спирта в антидетонационной жидкости по выходному сигналу датчика кислорода во всасываемом воздухе, при этом диаграмму используют для определения отклонения для коррекции выходного сигнала датчика кислорода во всасываемом воздухе с поправкой на действие разбавителей.
На ФИГ. 7 представлена схема процесса, иллюстрирующая алгоритм использования датчика кислорода в отработавших газах для оценки содержания спирта в антидетонационной жидкости с поправкой на помехи от разбавителей во всасываемом воздухе.
На ФИГ. 8 представлена диаграмма зависимости между молярной процентной концентрацией кислорода по оценке датчика кислорода в отработавших газах и молярной процентной концентрацией стеклоомывающей жидкости в потоке всасываемого воздуха.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам для определения состава антидетонационной жидкости, впрыскиваемой в двигатель, например, в двигатель на ФИГ. 1-2, по выходным сигналам датчика кислорода во всасываемом воздухе или датчика кислорода в отработавших газах, например, датчика на ФИГ. 3. Датчик кислорода можно использовать в различных режимах работы двигателя для оценки содержания спирта в топливе, подаваемом в двигатель во время сжигания в нем топлива, или содержания спирта в антидетонационной жидкости, подаваемой в двигатель при выявлении детонации (ФИГ. 3). Контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью реализации алгоритма управления, например, примеров алгоритмов на ФИГ. 4 и 7, для оценки состава антидетонационной жидкости, в том числе содержания спирта и содержания углеводородов в указанной жидкости, по относительному изменению тока накачки датчика кислорода после впрыска жидкости с разными расходами впрыска. Контроллер может обратиться к диаграмме, примеры которой приведены на ФИГ. 5-6 и 8, для соотнесения изменения тока накачки и массы впрыска с содержанием спирта во впрыскиваемой жидкости. В зависимости от результата определения состава антидетонационной жидкости можно изменить один или несколько параметров работы двигателя, например, момент зажигания и/или количество впрыскиваемого топлива. Так можно расширить сферу применения антидетонационной жидкости для двигателя.
На ФИГ. 1 схематически изображен пример системы 100 турбонаддувного двигателя, содержащей многоцилиндровый двигатель 10 внутреннего сгорания и два турбокомпрессора 120 и 130. В качестве неограничивающего примера, система 100 двигателя может входить в состав силовой установки пассажирского транспортного средства. Всасываемый воздух может поступать в систему 100 двигателя по заборному каналу 140. Заборный канал 140 может содержать воздушный фильтр 156 и дроссельную заслонку 230 РОГ. Система 100 двигателя может представлять собой разветвленную систему двигателя, в которой заборный канал 140 разветвлен ниже по потоку от дроссельной заслонки 230 РОГ на параллельные первый и второй заборные каналы, каждый из которых содержит компрессор турбокомпрессора. А именно, как минимум часть всасываемого воздуха направляют в компрессор 122 турбокомпрессора 120 по первому параллельному заборному каналу 142 и как минимум еще одну часть всасываемого воздуха направляют в компрессор 132 турбокомпрессора 130 по второму параллельному заборному каналу 144 заборного канала 140.
Первая часть общего количества всасываемого воздуха, сжимаемая компрессором 122, может поступать во впускной коллектор 160 по первому параллельному разветвленному заборному каналу 146. Таким образом, заборные каналы 142 и 146 образуют первую параллельную ветвь воздухозаборной системы двигателя. Аналогичным образом, вторую часть общего количества всасываемого воздуха может сжимать компрессор 132, откуда она может поступать во впускной коллектор 160 по второму параллельному разветвленному заборному каналу 148. Таким образом, заборные каналы 144 и 148 образуют вторую параллельную ветвь воздухозаборной системы двигателя. Как показано на ФИГ. 1, всасываемый воздух из заборных линий 146 и 148 может соединяться в общем заборном канале 149 перед поступлением во впускной коллектор 160, откуда всасываемый воздух можно подавать в двигатель.
Первая дроссельная заслонка 230 РОГ может быть расположена на впуске двигателя выше по потоку от первого и второго параллельных заборных каналов 142 и 144, а вторая воздухозаборная дроссельная заслонка 158 может быть расположена на впуске двигателя ниже по потоку от первого и второго параллельных заборных каналов 142 и 144 и ниже по потоку от первого и второго параллельных заборных каналов 146 и 148, например, в общем заборном канале 149.
В некоторых примерах впускной коллектор 160 может содержать датчик 182 давления во впускном коллекторе для определения давления воздуха в коллекторе ДВК (MAP) и/или датчик 183 температуры во впускном коллекторе для определения температуры воздуха в коллекторе ТВК (МСТ), каждый из которых выполнен с возможностью связи с контроллером 12. Заборный канал 149 может содержать охладитель 154 всасываемого воздуха ОВВ (САС) и/или дроссель (например, вторую дроссельную заслонку 158). Положение дроссельной заслонки 158 может регулировать система управления через привод дросселя (не показан), соединенный с возможностью связи с контроллером 12. Противопомпажный клапан 152 может быть установлен с возможностью выборочного направления потока в обход ступеней компрессоров турбокомпрессоров 120 и 130 по перепускному каналу 150. В одном примере противопомпажный клапан 152 выполнен с возможностью открытия для пропуска потока через перепускной канал 150, когда давление всасываемого воздуха выше по потоку от компрессоров достигает порогового значения.
Впускной коллектор 160 может также содержать датчик 172 кислорода во всасываемом газе. В одном примере датчик кислорода представляет собой универсальный датчик кислорода в отработавших газах УДКОГ (UEGO), пример которого приведен на ФИГ. 3. Как подробно раскрыто в настоящем описании, датчик кислорода во всасываемом газе может быть выполнен с возможностью выдачи показаний содержания кислорода в свежем воздухе, поступающем во впускной коллектор. Кроме того, при наличии потока рециркуляции отработавших газов РОГ (EGR), из изменения концентрации кислорода на датчике можно выводить количество рециркулируемых отработавших газов (РОГ) с возможностью использования для точного регулирования расхода РОГ. Кроме того, в отдельных режимах подачи топлива можно изменять опорное напряжение датчика и из соответствующего изменения тока выводить содержание спирта во впрыскиваемом топливе. Как также подробно раскрыто в настоящем описании, в отдельных режимах подачи топлива в двигатель впрыскивают антидетонационную жидкость с разными расходами впрыска (или долями в процентах по объему), после чего на датчик подают опорное напряжение. По соответствующему изменению тока контроллер может определить содержание воды во впрыскиваемой жидкости и отличить его от содержания спирта во впрыскиваемой жидкости. 8 раскрытом примере датчик 162 кислорода расположен выше по потоку от дросселя 158 и ниже по потоку от охладителя 154 всасываемого воздуха. При этом в других вариантах осуществления датчик кислорода может быть расположен выше по потоку от ОВВ.
Датчик 174 давления может быть расположен рядом с датчиком кислорода для оценки давления на впуске, при котором получают выходной сигнал датчика кислорода. Поскольку на выходной сигнал датчика кислорода влияет давление на впуске, можно определить опорный выходной сигнал датчика при опорном давлении на впуске. В одном примере опорное давление на впуске представляет собой давление на входе дросселя ДВхД (TIP), при этом датчик 174 давления представляет собой датчик ДВхД. В других примерах опорное давление на впуске представляет собой давление в коллекторе (ДВК), определяемое датчиком 182 ДВК.
Двигатель 10 может содержать множество цилиндров 14. В раскрытом примере двигатель 10 содержит шесть V-образно расположенных цилиндров. А именно, шесть цилиндров расположены в два ряда 13 и 15, по три цилиндра в каждом ряду. В других примерах двигатель 10 может содержать два и более цилиндров: 3, 4, 5, 8, 10 или более. Цилиндры в разных количествах можно поровну распределять и устанавливать по различным схемам, например: V-образной, однорядной, оппозитной и т.п. Любой цилиндр 14 может быть выполнен с топливной форсункой 166. В раскрытом примере топливная форсунка 166 представляет собой форсунку непосредственного впрыска в цилиндр. Однако в других примерах топливная форсунка 166 может быть выполнена в виде топливной форсунки распределенного впрыска.
Всасываемый воздух, подаваемый в любой из цилиндров 14 (в настоящем описании также именуемых «камера 14 сгорания») по общему заборному каналу 149, можно использовать для сжигания топлива, продукты сгорания которого можно удалять по параллельным выпускным каналам, отдельным для каждого ряда цилиндров. В раскрытом примере продукты сгорания из первого ряда 13 цилиндров двигателя 10 можно удалять по первому параллельному выпускному каналу 17, а из второго ряда 15 цилиндров - по второму параллельному выпускному каналу 19. Как первый, так и второй и параллельные выпускные каналы 17 и 19 могут содержать турбину турбокомпрессора. А именно, продукты сгорания, удаляемые по выпускному каналу 17, можно направлять через газовую турбину 124 турбокомпрессора 120, которая, в свою очередь, может передавать механическую энергию на компрессор 122 через вал 126 для сжатия всасываемого воздуха. Вместо этого, часть потока или весь поток отработавших газов в выпускном канале 17 можно направить в обход турбины 124 по перепускному каналу 123 турбины, регулируя его с помощью регулятора 128 давления наддува. Схожим образом, продукты сгорания, удаляемые по выпускному каналу 19, можно направлять через газовую турбину 134 турбокомпрессора 130, которая, в свою очередь, может передавать механическую энергию на компрессор 132 через вал 136 для сжатия всасываемого воздуха, протекающего через вторую ветвь впускной системы двигателя. Вместо этого, часть потока или весь поток отработавших газов в выпускном канале 19 можно направить в обход турбины 134 по перепускному каналу 133 турбины, регулируя его с помощью регулятора 138 давления наддува.
В некоторых примерах газовые турбины 124 и 134 могут быть выполнены с изменяемой геометрией, при этом контроллер 12 может изменять положение лопаток рабочего колеса турбины (или направляющих лопаток) для изменения количества энергии, получаемой от потока отработавших газов и передаваемой на соответствующий компрессор. Или же газовые турбины 124 и 134 могут быть выполнены с сопловым аппаратом переменного сечения, причем контроллер 12 может изменять положение соплового аппарата турбины для изменения количества энергии, получаемой от потока отработавших газов и передаваемой на соответствующий компрессор. Например, система управления может быть выполнена с возможностью по отдельности изменять положение направляющего или соплового аппарата газовых турбин 124 и 134 через соответствующие исполнительные устройства.
Отработавшие газы в первом параллельном выпускном канале 17 можно направить в атмосферу по разветвленному параллельному выпускному каналу 170, а отработавшие газы во втором параллельном выпускном канале 19 можно направить в атмосферу по разветвленному параллельному выпускному каналу 180. Выпускные каналы 170 и 180 могут содержать одно или несколько устройств снижения токсичности отработавших газов, например, каталитический нейтрализатор, и один или несколько датчиков 228 отработавших газов.
В одном примере датчик 228 отработавших газов может представлять собой датчик кислорода, например, УДКОГ. Пример осуществления УДКОГ представлен на ФИГ. 3. Как подробно раскрыто в настоящем описании, датчик кислорода в отработавших газах можно применять для оценки содержания кислорода в отработавших газах во впускном коллекторе и определения воздушно-топливного отношения ВТО (AFR) для точного регулирования ВТО. Кроме того, в отдельных режимах без подачи топлива в двигатель можно изменять опорное напряжение датчика и из соответствующего изменения тока выводить содержание спирта в сожженном топливе. Как также подробно раскрыто в настоящем описании, в отдельных режимах без подачи топлива в двигатель можно впрыскивать антидетонационную жидкость с разными расходами впрыска (или долями в процентах по объему), и подавать опорное напряжение датчика. По возникающему изменению тока контроллер может определять содержание воды во впрыскиваемой жидкости и отличать его от содержания спирта во впрыскиваемой жидкости.
Двигатель 10 также может содержать одну или несколько магистралей или контуров рециркуляции отработавших газов (РОГ) для перенаправления как минимум части отработавших газов из выпускного коллектора во впускной коллектор. В их число могут входить контуры РОГ высокого давления для РОГ под высоким давлением (РОГ ВД) и контуры РОГ низкого давления для РОГ под низким давлением (РОГ НД). В одном примере РОГ ВД можно осуществлять при отсутствии наддува, создаваемого турбокомпрессорами 120, 130, а РОГ НД - при осуществлении наддува турбокомпрессорами, и/или когда температура отработавших газов выше пороговой. В других примерах РОГ ВД и РОГ НД можно осуществлять одновременно.
В раскрытом примере двигатель 10 может содержать контур 202 РОГ низкого давления для перенаправления как минимум некоторого количества отработавших газов из первого параллельного выпускного канала 170 ниже по потоку от турбины 124 в первый параллельный заборный канал 142 выше по потоку от компрессора 122. В некоторых вариантах осуществления также может быть предусмотрен второй контур РОГ низкого давления (не показан) для перенаправления как минимум некоторого количества отработавших газов из второго разветвленного параллельного выпускного канала 180 ниже по потоку от турбины 134 во второй параллельный заборный канал 144 выше по потоку от компрессора 132. Контур 202 РОГ НД может содержать клапан 204 РОГ НД для регулирования расхода РОГ (т.е. количества рециркулируемых отработавших газов) через указанные контуры, а также охладитель 206 РОГ для снижения температуры отработавших газов, протекающих по контуру РОГ до их перенаправления на впуск двигателя. В определенных режимах охладитель 206 РОГ также можно использовать для нагрева отработавших газов, протекающих по контуру 202 РОГ НД до их попадания в компрессор во избежание ударного воздействия капель воды на компрессоры.
Двигатель 10 может также содержать первый контур 208 РОГ высокого давления для перенаправления как минимум некоторого количества отработавших газов из первого параллельного выпускного канала 17 выше по потоку от турбины 124 во впускной коллектор 160 ниже по потоку от впускного дросселя 158. Аналогичным образом, двигатель может содержать второй контур РОГ высокого давления (не показан) для перенаправления как минимум некоторого количества отработавших газов из второго параллельного выпускного канала 18 выше по потоку от турбины 134 во второй разветвленный параллельный заборный канал 148 ниже по потоку от компрессора 132. Расход РОГ через контуры 208 РОГ ВД можно регулировать с помощью клапана 210 РОГ ВД.
Отверстие 102 ПВК может быть выполнено с возможностью подачи газов от вентиляции картера (прорывных газов) во впускной коллектор двигателя по второму параллельному заборному каналу 144. В некоторых вариантах осуществления расход воздуха ПВК через отверстие 102 ПВК может регулировать специально предназначенный для этого клапан отверстия ПВК. Таким образом, когда клапан ПВК закрыт, поток от вентиляции картера на впуск двигателя блокирован. Аналогичным образом, продувочное отверстие 104 может быть выполнено с возможностью пропуска газов от продувки из адсорбера топливных паров топливной системы во впускной коллектор двигателя по каналу 144. В некоторых вариантах осуществления расход продувочного воздуха через продувочное отверстие 104 может регулировать специально предназначенный для этого клапан продувочного отверстия. То есть, когда продувочный клапан закрыт, поток от продувки топливных паров в двигатель блокирован.
Датчик 232 влажности и датчик 234 давления могут быть установлены только в одном из параллельных заборных каналов (в раскрытом примере - в первом параллельном воздухозаборном канале 142, но не во втором параллельном заборном канале 144) ниже по потоку от дроссельной заслонки 230 РОГ. А именно, датчик влажности и датчик давления могут быть установлены в заборном канале, куда не поступает воздух ПВК или продувки. Датчик 232 влажности может быть выполнен с возможностью оценки относительной влажности всасываемого воздуха. В одном варианте осуществления датчик 232 влажности представляет собой датчик кислорода с возможностью оценки относительной влажности всасываемого воздуха по выходным сигналам датчика при одном или нескольких напряжениях. Поскольку воздух от продувки и воздух ПВК могут искажать показания датчика влажности, продувочное отверстие и отверстие ПВК расположены не в том заборном канале, где датчик влажности. Датчик 234 давления может быть выполнен с возможностью оценки давления всасываемого воздуха. В некоторых вариантах осуществления в том же параллельном заборном канале ниже по потоку от дроссельной заслонки 230 РОГ также может быть установлен датчик температуры.
В отдельных режимах, датчик 172 кислорода во всасываемом воздухе можно использовать для оценки концентрации кислорода во всасываемом воздухе и определения величины разбавление газами РОГ в двигателе по изменению концентрации кислорода во всасываемом воздухе после открытия клапана 204 РОГ. Например, после подачи опорного напряжения (Vs) на датчик, датчик генерирует ток накачки (Ip). Изменение концентрации кислорода может быть пропорционально изменению тока накачки (разности Ip), генерируемого датчиком. Точно также, при других условиях, с помощью датчика 172 кислорода во всасываемом воздухе можно оценивать содержание воды во всасываемом заряде (то есть влажность окружающей среды) или содержание воды во впрыскиваемом топливе (с выведением содержания спирта во впрыскиваемом топливе). Кроме того, как подробно раскрыто в настоящем описании, в других условиях датчик кислорода во всасываемом воздухе можно использовать для оценки содержания воды и содержания спирта в антидетонационной жидкости и, соответственно, оценки состава антидетонационной жидкости. В одном примере антидетонационная жидкость представляет собой жидкость очистителя ветрового стекла, впрыскиваемую во впускной коллектор с двумя или более разными расходами впрыска для создания разных долей в процентах по объему. На датчик можно подавать опорное напряжение (Vs) и определять изменение тока накачки (Ip), генерируемого датчиком, после каждого впрыска с разными расходами впрыска. Можно определить первую составляющую изменения тока накачки (разность Ip), генерируемого датчиком, обусловленную содержанием воды во впрыскиваемой антидетонационной жидкости, и отличить ее от второй составляющей изменения тока накачки, обусловленной содержанием спирта во впрыскиваемой антидетонационной жидкости. Кроме того, определение изменения тока накачки при двух разных расходах впрыска позволяет определить общее отклонение токов накачки, вызванное присутствием разбавителей и других углеводородов, создающих помехи для реакции на чувствительном элементе датчика кислорода, и использовать его для коррекции значений токов накачки без необходимости изменения расходов РОГ, продувки или ПВК во время оценки.
Положение впускных и выпускных клапанов любого из цилиндров 14 можно регулировать с помощью гидравлических толкателей, соединенных со штангами толкателей клапанов, или с помощью механической поршневой системы прямого действия с использованием выступов кулачков. В данном примере как минимум впускными клапанами любого из цилиндров 14 можно управлять с помощью системы кулачкового привода. А именно, система 25 кулачкового привода впускных клапанов может содержать один или несколько кулачков и может быть выполнена с возможностью изменения фаз кулачкового распределения или высоты подъема впускных и/или выпускных клапанов. В других вариантах впускные клапаны могут быть электроприводными. Схожим образом, выпускные клапаны могут иметь кулачковый привод или быть электроприводными.
Системой 100 двигателя можно как минимум частично управлять с помощью системы 15 управления, содержащей контроллер 12, и управляющих воздействий водителя транспортного средства через устройство ввода (не показано). Система 15 управления показана принимающей информацию от множества датчиков 16 (ряд примеров которых раскрыт в настоящем описании на ФИГ. 1 и ФИГ. 2) и направляющей управляющие сигналы на множество исполнительных устройств 81. В одном примере в число датчиков 16 могут входить датчик 232 влажности, датчик 234 давления всасываемого воздуха, датчик 182 ДВК, датчик 183 температуры во впускном коллекторе, датчик 174 ДВхД, УДКОГ 228 и датчик 172 кислорода во всасываемом воздухе. В некоторых примерах общий заборный канал 149 может также содержать датчик температуры на входе дросселя для оценки температуры воздуха на дросселе ТВД (ТСТ). В других примерах одна или несколько магистралей РОГ могут содержать датчики давления, температуры и воздушно-топливного отношения для определения характеристик потока РОГ. В качестве другого примера, в число исполнительных устройств 81 могут входить топливная форсунка 166, клапаны 210 и 220 РОГ ВД, клапаны 204 и 214 РОГ НД, дроссельные заслонки 158 и 230, и регуляторы 128, 138 давления наддува. Другие исполнительные устройства, например, ряд дополнительных клапанов и дросселей, могут быть установлены в различных местах в системе 100 двигателя, таких как раскрытые на примере ФИГ. 2. Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков на ФИГ. 1 (и ФИГ. 2) и задействует различные исполнительные устройства на ФИГ. 1 (и ФИГ. 2) для изменения параметров работы двигателя в зависимости от полученных сигналов и команд, хранящихся в памяти контроллера. Например, контроллер 12 может получать входные данные от различных датчиков, обрабатывать эти данные и приводить в действие исполнительные устройства по результатам обработки входных данных и в соответствии с командой или кодом, введенным в контроллер и относящимся к одному или нескольким алгоритмам. Примеры алгоритмов управления раскрыты в настоящей заявке на примерах ФИГ. 4 и 7.
На ФИГ. 2 в деталях изображен вариант осуществления камеры сгорания, например, камеры сгорания двигателя 10 на ФИГ. 1. Компоненты, раскрытые ранее на ФИГ. 1, имеют аналогичные номера позиций и повторно не раскрываются.
Двигатель 10 может принимать параметры управления от системы управления, содержащей контроллер 12, и управляющие воздействия от водителя 230 транспортного средства через устройство 232 ввода. В данном примере устройство 232 ввода содержит педаль акселератора и датчик 234 положения педали для формирования пропорционального сигнала положения педали ПП (РР). Цилиндр 14 (в настоящем описании также именуемый «камера сгорания») двигателя 10 может содержать стенки 236 камеры сгорания с расположенным между ними поршнем 238. Поршень 238 может быть соединен с коленчатым валом 240 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращение коленчатого вала. Коленчатый вал 240 может быть соединен с как минимум одним ведущим колесом пассажирского транспортного средства через систему трансмиссии. С коленчатым валом 240 также может быть соединен стартер (не показан) через маховик для пуска двигателя 10.
Двигатель 10 установлен в системе 100 транспортного средства, содержащей систему очистителя ветрового стекла с возможностью очистки ветрового стекла 68 транспортного средства. Ветровое стекло 68 может представлять собой переднее или заднее ветровое стекло транспортного средства. Система очистителя ветрового стекла содержит как минимум один очиститель 70 ветрового стекла, приводимый в действие мотором 72 очистителя. По команде водителя и в зависимости от входного сигнала от контроллера 12, мотор 72 очистителя может быть приведен в действие, в результате чего очиститель 70 совершает несколько циклов очищения, известных как смывающие или сметающие движения на ветровом стекло 68. Совершая смывающие или сметающие движения, щетка 71 очистителя может удалять влагу, мусор и инородные частицы с поверхности ветрового стекла 68. Во время работы мотора 72 очистителя и совершения щеткой 71 очистителя сметающих движений, по команде водителя транспортного средства контроллер 12 может периодически осуществлять впрыск или разбрызгивание жидкости очистителя ветрового стекла на ветровое стекло через форсунку 74 очистителя. Жидкость очистителя ветрового стекла хранится в резервуаре 76 с возможностью подачи оттуда на ветровое стекло. Как раскрыто в настоящем описании, резервуар 76 также может быть соединен с заборным каналом, а также цилиндром двигателя. Это позволяет впрыскивать жидкость очистителя ветрового стекла для подавления детонации, помимо использования ее для целей очистки ветрового стекла. А именно, жидкость очистителя ветрового стекла можно впрыскивать во впускной коллектор, в частности - в заборный канал 246 ниже по потоку от впускного дросселя, когда имеет место детонация, тем самым применяя ее в качестве антидетонационной. Дополнительно или взамен, жидкость очистителя ветрового стекла можно впрыскивать непосредственно в цилиндр двигателя через форсунку непосредственного впрыска, например, через топливную форсунку непосредственного впрыска или специально предназначенную для данной цели топливную форсунку, для подавления детонации. Жидкость очистителя ветрового стекла, хранящаяся в резервуаре 76, может представлять собой смесь воды и спирта, например, метанола или изопропилового спирта. При этом жидкость очистителя ветрового стекла не содержит бензин.
Соотношение содержаний воды и спирта в жидкости очистителя ветрового стекла может значительно варьироваться. Для надежного функционирования жидкости очистителя ветрового стекла в качестве антидетонационной, должен быть известен состав жидкости очистителя ветрового стекла. Как подробно раскрыто на примере ФИГ. 1, в определенных условиях, например, непосредственно после дозаправки резервуара жидкости очистителя ветрового стекла, можно использовать датчик кислорода во всасываемом воздухе, например, датчик 172, для оценки соотношения содержаний воды и спирта в жидкости очистителя ветрового стекла. Или же можно использовать датчик кислорода в отработавших газах, например, датчик 228, для оценки соотношения содержаний воды и спирта в жидкости очистителя ветрового стекла. Примеры способов для оценки состава жидкости очистителя ветрового стекла с помощью датчика кислорода во всасываемом воздухе или датчика кислорода в отработавших газах раскрыты в описаниях ФИГ. 4 и 7.
Всасываемый воздух может поступать в цилиндр 14 по ряду воздухозаборных каналов 242, 244 и 246. Воздухозаборный канал 246 выполнен с возможностью сообщения и с другими цилиндрами двигателя 10 помимо цилиндра 14. В некоторых вариантах осуществления один или несколько заборных каналов могут содержать устройство наддува, например, турбокомпрессор или нагнетатель. Например, на ФИГ. 2 изображен двигатель 10, выполненный с турбокомпрессором, содержащим компрессор 274, установленный между заборными каналами 242 и 244, и газовую турбину 276, установленную вдоль выпускного канала 248. Компрессор 274 может как минимум частично приводить в действие газовая турбина 276 посредством вала 280, если устройство наддува выполнено как турбокомпрессор. Однако в других примерах, где двигатель 10 выполнен с нагнетателем, газовая турбина 276 может отсутствовать, а компрессор 274 может механически приводиться в действие мотором или двигателем. Дроссель 262, содержащий дроссельную заслонку 264, может быть установлен вдоль заборного канала двигателя для регулирования расхода и/или давления всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя. Например, дроссель 262 может быть расположен ниже по потоку от компрессора 274, как показано на ФИГ. 2, или выше по потоку от компрессора 274.
В выпускной канал 248 могут поступать отработавшие газы и из других цилиндров двигателя 10 помимо цилиндра 14. Датчик 228 отработавших газов показан установленным в выпускном канале 248 выше по потоку от устройства 278 снижения токсичности отработавших газов. Датчик 228 можно выбрать из числа подходящих для получения показаний воздушно-топливного отношения в отработавших газах, например: линейный датчик кислорода или УДКОГ (UEGO) (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или ДКОГ (EGO) (как показано на фигуре), НДКОГ (нагреваемый ДКОГ) датчик оксидов азота, углеводородов или угарного газа. Устройство 278 снижения токсичности отработавших газов может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор ТКН (TWC), накопитель оксидов азота, устройство снижения токсичности отработавших газов какого-либо иного типа или их комбинацию.
Температуру отработавших газов могут измерять один или несколько датчиков температуры (не показаны), расположенные в выпускном канале 248. Или же температуру отработавших газов можно определять, исходя из таких параметров работы двигателя, как частота вращения, нагрузка, воздушно-топливное отношение (ВТО), запаздывание зажигания и т.п. Кроме того, температуру отработавших газов могут вычислять один или несколько датчиков 228 отработавших газов. Следует понимать, что в других вариантах температуру отработавших газов можно определять, используя любую комбинацию перечисленных в настоящем описании способов оценки температуры.
Любой цилиндр двигателя 10 может содержать один или несколько впускных клапанов и один или несколько выпускных клапанов. Например, цилиндр 14 показан содержащим как минимум один впускной тюльпанообразный клапан 250 и как минимум один выпускной тюльпанообразный клапан 256, расположенные в верхней области цилиндра 14. В некоторых примерах любой цилиндр двигателя 10, в том числе цилиндр 14, может содержать как минимум два впускных тюльпанообразных клапана и как минимум два выпускных тюльпанообразных клапана в верхней области цилиндра.
Впускным клапаном 250 может управлять контроллер 12 через систему 251 кулачкового привода. Аналогичным образом, выпускным клапаном 256 может управлять контроллер 12 через систему 253 кулачкового привода. Системы 251 и 253 кулачкового привода могут содержать один или несколько кулачков с возможностью использования одной или нескольких из следующих систем: переключения профиля кулачков ППК (CPS), изменения фаз кулачкового распределения ИФКР (VCT), изменения фаз газораспределения ИФГ (WT) и/или изменения высоты подъема клапанов ИВПК (WL) с возможностью управления контроллером 12 для регулирования работы клапанов. Состояние впускного клапана 250 и выпускного клапана 256 могут определять датчики положения клапанов (не показаны) и/или датчики 255 и 257 положения коленчатого вала соответственно. В других примерах впускной и/или выпускной клапаны могут быть электроприводными. Например, цилиндр 14 может содержать электроприводной впускной клапан и выпускной клапан с кулачковым приводом, в том числе с системами ППК и/или ИФКР. В других примерах впускные и выпускные клапаны могут иметь общий привод или систему привода, или привод или систему привода с возможностью изменения фаз газораспределения.
Цилиндр 14 может иметь степень сжатия, представляющую собой отношение объема при нахождении поршня 238 в нижней точке к объему при нахождении поршня в верхней точке. Обычно степень сжатия лежит в диапазоне от 9:1 до 10:1. Однако в некоторых примерах, где используют разные топлива, степень сжатия может быть больше. Например, это возможно при использовании топлив с повышенным октановым числом или повышенной скрытой теплотой парообразования. Степень сжатия также может быть выше при использовании непосредственного впрыска в связи с его влиянием на детонацию в двигателе.
В некоторых примерах каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу 292 зажигания для воспламенения. Система 290 зажигания выполнена с возможностью подачи искры зажигания в камеру 14 сгорания с помощью свечи 292 зажигания по сигналу опережения зажигания ОЗ (SA) от контроллера 12 в определенных режимах работы. Однако в некоторых вариантах осуществления свеча 292 зажигания может отсутствовать, например, в двигателе 10 с возможностью автоматического зажигания или зажигания при впрыске топлива, что может иметь место в некоторых дизельных двигателях.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть выполнен с одной или несколькими форсунками для подачи в него антидетонационной жидкости. В некоторых вариантах осуществления антидетонационная жидкость может представлять собой какое-либо топливо, и в этом случае указанную форсунку также именуют «топливная форсунка». В качестве неограничивающего примера, цилиндр 14 показан содержащим одну топливную форсунку 266. Топливная форсунка 266 показана соединенной непосредственно с цилиндром 14 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально длительности импульса сигнала ИВТ (FPW), полученного от контроллера 12 через электронный формирователь 268. Так топливная форсунка 266 обеспечивает известный из уровня техники непосредственный впрыск (далее также именуемый «НВ») топлива в цилиндр 14 сгорания. Хотя на ФИГ. 2 форсунка 266 показана как форсунка бокового расположения, она также может быть расположена над поршнем, например, рядом со свечой 292 зажигания. Такое расположение может способствовать улучшению смешивания и сгорания при работе двигателя на спиртосодержащем топливе в связи с относительно низкой испаряемостью некоторых спиртосодержащих топлив. Или же форсунка может быть расположена над впускным клапаном и рядом с ним для улучшения смешивания. Топливо может поступать в топливную форсунку 266 из топливной системы 8 высокого давления, содержащей один или несколько топливных баков 78, топливных насосов и топливную рампу. Или же топливо может подавать одноступенчатый топливный насос под относительно низким давлением, при этом момент непосредственного впрыска топлива во время такта сжатия может быть более ограниченным, чем при использовании топливной системы высокого давления. Кроме того, хотя это и не показано, топливные баки 78 могут содержать преобразователь давления с возможностью направления сигнала в контроллер 12. Следует понимать, что в другом варианте форсунка 266 может представлять собой форсунку распределенного впрыска топлива во впускное окно выше по потоку от цилиндра 14.
Указанная форсунка может подавать топливо в цилиндр во время одного и того же рабочего цикла цилиндра. Кроме того, распределение и/или относительное количество топлива, впрыскиваемого форсункой, может меняться в зависимости от параметров работы, например, температуры заряда воздуха, как будет раскрыто ниже. Кроме того, для одного события сгорания можно выполнить несколько впрысков за рабочий цикл. Эти несколько впрысков можно выполнить во время такта сжатия, такта впуска или в период, являющийся какой-либо подходящей комбинацией этих тактов.
Как раскрыто выше, на ФИГ. 1 изображен только один цилиндр многоцилиндрового двигателя. Соответственно, любой цилиндр может аналогичным образом содержать собственный комплект впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку (форсунки), свечу зажигания и т.п.
Топливные баки 78 в топливной системе 8 выполнены с возможностью содержать разные типы топлива или антидетонационной жидкости с разными свойствами, например, составами. В число различий могут входить: разное содержание спирта, разное содержание воды, разное октановое число, разная теплота парообразования, разные составы смеси, разные содержания воды, разные пределы воспламенения и/или комбинации этих отличий, и т.п. Примерами антидетонационных жидкостей с разными содержаниями спирта могут служить бензин как одно топливо и этанол или метанол как другое топливо. Другие спиртосодержащие топлива могут представлять собой смесь спирта и воды, какую-либо спиртовую смесь, воду и т.п. В еще одном примере оба топлива могут представлять собой спиртовые смеси, причем топливо первого типа может представлять собой бензино-спиртовую смесь с относительно низкой концентрацией спирта, например, Е10 (с приблизительным содержанием этанола 10%), а топливо второго типа - бензино-спиртовую смесь с относительно высокой концентрацией спирта, например, Е85 (с приблизительным содержанием этанола 85%). Топлива первого и второго типов также могут отличаться друг от друга по таким характеристикам, как температура, вязкость, октановое число, скрытая теплота парообразования и т.п.
Кроме того, характеристики топлива или антидетонационной жидкости, хранящихся в топливном баке, могут часто изменяться. Из-за того, что в разные дни в бак заправляют разные материалы, состав топлива может часто меняться, что сказывается на составе топлива, подаваемого форсункой 166.
Помимо указанных топливных баков, топливная система 8 также может содержать резервуар 76 для хранения антидетонационной жидкости, в рассматриваемом случае представляющей собой жидкость очистителя ветрового стекла. Несмотря на то, что резервуар 76 показан отдельным от одного или нескольких топливных баков 78, следует понимать, что в других примерах резервуар 76 может входить в число одного или нескольких топливных баков 78. Резервуар 76 может быть соединен с форсункой 266 непосредственного впрыска для впрыска жидкости очистителя ветрового стекла непосредственно в цилиндр 14. В определенных условиях, в случае указания наличия детонации, контроллер двигателя может осуществить впрыск жидкости очистителя ветрового стекла в качестве антидетонационной во впускной коллектор ниже по потоку от впускного дросселя для усиления разбавления смеси в двигателе и, тем самым, подавления несвоевременного и нежелательного события детонации. Взамен или дополнительно, если будет указано наличие детонации, контроллер двигателя может осуществить непосредственный впрыск жидкости очистителя ветрового стекла в качестве антидетонационной в цилиндр двигателя для усиления разбавления смеси в двигателе и, тем самым, подавления несвоевременного и нежелательного события детонации
В некоторых вариантах осуществления топливная система также может содержать резервуар для хранения воды, соединенный с форсункой непосредственного впрыска с возможностью непосредственного впрыска воды в цилиндр. При впрыске воды происходит «жидкая РОГ», обеспечивающая существенные преимущества РОГ. Однако в условиях, когда необходимо экономить жидкость, или когда необходим резерв для того времени, когда жидкая РОГ отсутствует, может быть дополнительно задействована система внешней РОГ.
Двигатель может также содержать одну или несколько магистралей рециркуляции отработавших газов для перенаправления как минимум части отработавших газов из выпускной системы двигателя на впуск двигателя. На ФИГ. 2 представлена система РОГ низкого давления (РОГ НД), однако другой вариант осуществления может содержать только систему РОГ высокого давления (РОГ ВД) или комбинацию систем РОГ НД и РОГ ВД. РОГ НД направляют по магистрали 249 РОГ НД из области ниже по потоку от турбины 276 в область выше по потоку от компрессора 274. Количество газов РОГ НД, подаваемых во впускной коллектор 244, может изменять контроллер 12 с помощью клапана 252 РОГ НД. Система РОГ НД может содержать охладитель РОГ НД для отвода тепла из газов РОГ, например, на хладагент двигателя. При наличии, система РОГ ВД выполнена с возможностью перенаправления РОГ ВД по специально предназначенной для этого магистрали РОГ ВД (не показана) из области выше по потоку от турбины 276 в область ниже по потоку от компрессора 274 (и выше по потоку от впускного дросселя 262) через охладитель РОГ ВД. Количество газов РОГ ВД, подаваемых во впускной коллектор 244, может изменять контроллер 12 с помощью клапана РОГ ВД (не показан).
В некоторых условиях, с помощью системы РОГ можно регулировать температуру топливовоздушной смеси в камере 14 сгорания. Поэтому может возникнуть необходимость измерения или оценки массового расхода РОГ. Например, один или несколько датчиков 259 могут быть расположены в магистрали 249 РОГ НД для указания давления, и/или температуры, и/или воздушно-топливного отношения в отработавших газах, рециркулируемых по магистрали РОГ НД. Отработавшие газы, перенаправляемые по магистрали 249 РОГ НД, могут быть разбавлены свежим всасываемым воздухом в точке смешивания, расположенной в месте соединения магистрали 249 РОГ НД и заборного канала 242. В некоторых примерах, в которых заборный канал 242 содержит дроссель воздухозаборной системы ВЗС (AIS) выше по потоку от компрессора 274, изменяя положение клапана 252 РОГ НД с учетом положения дросселя воздухозаборной системы, можно регулировать разбавление потоком РОГ.
Процентное разбавление потоком РОГ НД можно определять по выходному сигналу датчика в потоке газа на впуске двигателя. Например, с помощью датчика 172, расположенного ниже по потоку от клапана 252 РОГ НД и выше по потоку от главного впускного дросселя 262, можно достоверно определять разбавление газами РОГ НД на главном впускном дросселе или вблизи него. Датчик 172 может представлять собой, например, датчик кислорода. Кроме того, в определенных условиях, с помощью датчика 172 можно оценивать содержание спирта в топливе, подаваемом в двигатель, а также содержание спирта и состав антидетонационной жидкости, подаваемой в цилиндр 14.
Контроллер 12 показан на ФИГ. 2 в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство (МПУ) 206, порты 208 ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, в данном примере показанную в виде однокристального постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 210, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 212, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭЗУ) 214 и шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, среди которых можно назвать: показание массового расхода всасываемого воздуха МРВ (MAF) от датчика 222 массового расхода воздуха; показание температуры хладагента двигателя ТХД (ЕСТ) от датчика 216, соединенного с рубашкой 218 охлаждения; сигнал профиля зажигания ПЗ (PIP) от датчика 220 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 240; положения дросселя ПД (TP) от датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе ДВК (MAP) от датчика 224. Контроллер 12 может сформировать сигнал частоты вращения двигателя (в оборотах в минуту) из сигнала ПЗ. Сигнал ДВК от датчика давления в коллекторе можно использовать для получения показания разрежения или давления во впускном коллекторе. В число других датчиков могут входить датчики уровня топлива и датчики состава топлива, соединенные с топливным баком (баками) топливной системы. Контроллер 12 также может принимать запрос водителя на очистку ветрового стекла через специально предназначенный для этого датчик (не показан). В зависимости от сигналов, полученных от указанных датчиков, контроллер может задействовать разнообразные исполнительные устройства двигателя. Примерами исполнительных устройств могут служить топливная форсунка 266, мотор 72 очистителя, форсунка 74 очистителя, дроссель 262, кулачки 251 и 253 и т.п. В носитель информации - постоянное запоминающее устройство 210 - могут быть введены машиночитаемые данные, представляющие собой команды, исполняемые процессорным устройством 206 для выполнения раскрытых в настоящей заявке способов, а также других предполагаемых, но конкретно не перечисленных вариантов. Примеры алгоритмов, которые можно выполнять, подробно раскрыты в описаниях ФИГ. 4 и 7.
Далее, на ФИГ. 3 схематически изображен пример осуществления датчика 300 кислорода с возможностью измерения концентрации кислорода (O2) в потоке заряда воздуха. Датчик 300 может функционировать, например, как датчик 172 кислорода во всасываемом воздухе или датчик 228 кислорода в отработавших газах на ФИГ. 1-2. Датчик 300 содержит множество слоев одного или нескольких керамических материалов, расположенных друг над другом. В варианте на ФИГ. 3 показаны пять керамических слоев в виде слоев 301, 302, 303, 304 и 305. Эти слои включают в себя один или несколько слоев твердого электролита с кислородно-ионной проводимостью. Примеры подходящих твердых электролитов, включают в себя, помимо прочих, материалы на основе окиси циркония. Кроме того, в некоторых вариантах может быть установлен нагреватель 307, находящийся в тепловом контакте с указанными слоями для увеличения их ионной проводимости. Несмотря на то, что изображенный датчик кислорода сформирован из пяти керамических слоев, следует понимать, что датчик кислорода может содержать другое подходящее количество керамических слоев.
2
2
Слой 302 содержит материал или материалы, создающие диффузионный путь 310. По диффузионному пути 310 всасываемые газы могут проникать в первую внутреннюю полость 322 за счет диффузии. Диффузионный путь 310 может быть выполнен с возможностью пропускать один или несколько компонентов отработавших газов, включая, помимо прочих, необходимый анализируемый компонент (например, O), для диффузии во внутреннюю полость 322 с интенсивностью, ограниченной по сравнению с той, с которой анализируемый компонент могут накачивать внутрь или выкачивать наружу пара электродов 312 и 314 накачки. Таким образом, в первой внутренней полости 322 можно получить стехиометрическое содержание O.
Датчик 300 также содержит вторую внутреннюю полость 324 в пределах слоя 304, отделенную от первой внутренней полости 322 слоем 303. Вторая внутренняя полость 324 выполнена с возможностью поддержания постоянного парциального давления кислорода, соответствующего стехиометрическому составу смеси, например, содержание кислорода во второй внутренней полости 324 равно тому, которое присутствовало бы в отработавших газах, если бы воздушно-топливное отношение было стехиометрическим. В данном случае вторую внутреннюю полость 324 можно рассматривать как эталонный элемент. Как показано, опорное напряжение может меняться (например, от 0 до 1300 мВ).
Пара измерительных электродов 316 и 318 расположена с возможностью связи с первой внутренней полостью 322 и эталонным элементом 324. Пара измерительных электродов 316 и 318 обнаруживает градиент концентрации, могущий образоваться между первой внутренней полостью 322 и эталонным элементом 324 из-за того, что концентрация кислорода во всасываемом воздухе превышает стехиометрический уровень или находится ниже его. Причиной высокой концентрации кислорода может быть бедный состав смеси заряда, а низкой концентрации кислорода - богатый состав смеси заряда.
2
Пара электродов 312 и 314 накачки расположена с возможностью связи с внутренней полостью 322 и выполнена с возможностью электрохимически выкачивать выбранный компонент газа (например, O2) из внутренней полости 322 через слой 301 и за пределы датчика 300. Или же пара электродов 312 и 314 накачки могут быть выполнены с возможностью электрохимически накачивать выбранный газ через слой 301 во внутреннюю полость 322. В этом случае пара электродов накачки 312 и 314 может рассматриваться как элемент накачки O.
Электроды 312, 314, 316 и 318 можно выполнять из различных подходящих материалов. В некоторых вариантах осуществления электроды 312, 314, 316 и 318 могут быть выполнены как минимум частично из материала, катализирующего диссоциацию молекулярного кислорода. Неограничивающими примерами таких материалов могут служить электроды, содержащие платину и/или серебро.
p
p
p
p
p
Процесс электрохимической накачки кислорода во внутреннюю полости 322 или из нее включает в себя подачу напряжения V на пару электродов 312 и 314 накачки. Напряжение накачки V, поданное на элемент накачки O2, накачивает кислород в первую внутреннюю полость 322 или из нее для поддержания стехиометрического содержания кислорода в полости. Возникающий при этом ток накачки I пропорционален концентрации кислорода в отработавших газах. Система управления (не показана на ФИГ. 3) генерирует сигнал тока накачки I в зависимости от величины подаваемого напряжения накачки V, необходимой для поддержания стехиометрического уровня в первой внутренней полости 322. Таким образом, если смесь является бедной, то кислород будет выкачиваться из внутренней полости 322, а если смесь является богатой, то кислород будет накачиваться во внутреннюю полость 322. Кроме того, усиление выходного сигнала тока накачки можно варьировать с помощью операционного усилителя с переменным коэффициентом усиления (например, операционного усилителя). Изменение опорного напряжения и усиления выходного сигнала операционного усилителя позволяет повысить разрешение сигнала датчика кислорода.
Следует понимать, что датчик кислорода, раскрытый в настоящем описании, является не более чем примером осуществления датчика кислорода, и то, что другие варианты осуществления датчика кислорода могут иметь дополнительные и/или другие признаки и/или конструктивные исполнения.
Обратимся к ФИГ. 4, изображающей пример алгоритма 400 использования датчика кислорода во всасываемом воздухе (например, датчика 172 на ФИГ. 1-2) для оценки содержания спирта и/или состава впрыскиваемой жидкости очистителя ветрового стекла по изменению тока накачки датчика кислорода во всасываемом воздухе после впрыска жидкости очистителя ветрового стекла в количестве двух разных долей в процентах по объему газа. Аналогичным образом, на ФИГ. 7 изображен пример алгоритма 700 использования датчика кислорода в отработавших газах (например, датчика 228 на ФИГ. 1-2) для оценки содержания спирта и/или состава впрыскиваемой жидкости очистителя ветрового стекла по изменению тока накачки датчика кислорода после впрыска жидкости очистителя ветрового стекла в количестве двух разных долей в процентах по объему газа. Указанные способы позволяют достоверно оценивать состав жидкости очистителя ветрового стекла без необходимости использования дополнительных датчиков, а также без необходимости прерывания потоков РОГ, ПВК или продувки.
На шаге 402 и на шаге 702 способ включает в себя оценку и/или измерение параметров работы двигателя. В их число входят, например, частота вращения двигателя, нагрузка двигателя, наддув, параметры окружающей среды (температура, давление, влажность), РОГ, воздушно-топливное отношение и т.п.
На шаге 404 и на шаге 704 можно проверить, имела ли недавно место дозаправка жидкости очистителя ветрового стекла в резервуар жидкости очистителя ветрового стекла. В частности, причиной для оценки состава жидкости очистителя ветрового стекла может служить недавнее событие дозаправки жидкости очистителя ветрового стекла. Оценка позволяет достоверно определить состав имеющейся жидкости очистителя ветрового стекла. Следовательно, можно повысить надежность применения жидкости очистителя ветрового стекла для подавления детонации, помимо использования ее для выполнения функций очистителя. В других примерах состав можно оценивать по запросу водителя на оценку состава жидкости очистителя ветрового стекла. Например, состав жидкости очистителя ветрового стекла можно определять периодически: каждый раз при прохождении транспортным средством порогового расстояния, по прошествии того или иного периода работы двигателя или движения транспортного средства, по прошествии порогового количества рабочих циклов двигателя и т.п.
При этом жидкость очистителя ветрового стекла (также именуемая «стеклоомывающая жидкость ветрового стекла» или просто «стеклоомывающая жидкость») представляет собой водно-спиртовую смесь, не содержащую бензин. Иными словами, спирт в ней является единственным источником углеводородов в жидкости очистителя ветрового стекла. В одном примере спиртовая составляющая водно-спиртовой смеси представляет собой этанол, и/или метанол, и/или пропанол, и/или изопропанол и т.п. Следует понимать, что, несмотря на то, что настоящий алгоритм описывает оценку состава жидкости очистителя ветрового стекла на предмет возможности ее использования и в качестве антидетонационной, данное описание не имеет ограничивающего характера, и в других примерах с помощью датчика кислорода во всасываемом воздухе можно определять состав охлаждающей жидкости двигателя на предмет возможности ее использования и в качестве антидетонационной.
Если дозаправка жидкости очистителя ветрового стекла в резервуар не имела место, или если условия для оценки состава жидкости очистителя ветрового стекла не соблюдены, на шаге 406 способ предусматривает продолжение эксплуатации датчика кислорода во всасываемом воздухе в качестве датчика кислорода. Кроме того, в зависимости от выходного сигнала датчика кислорода регулируют один или несколько параметров работы двигателя. В качестве неограничивающих примеров, по выходному сигналу датчика кислорода во всасываемом воздухе можно оценивать и регулировать РОГ, а также регулировать воздушно-топливное отношение сжигаемой смеси. Например, в зависимости от результата оценки концентрации кислорода в заряде всасываемого воздуха, можно регулировать количество газов РОГ, подаваемых на впуск двигателя (например, для обеспечения необходимого разбавления в двигателе или необходимого воздушно-топливного отношения сжигаемой смеси). В качестве другого примера, в зависимости от результата оценки концентрации кислорода в заряде всасываемого воздуха можно регулировать подачу топлива в цилиндры.
Аналогичным образом, в примере способа 700, если дозаправка жидкости очистителя ветрового стекла в резервуар не происходила, или если условия для оценки состава жидкости очистителя ветрового стекла не соблюдены, на шаге 706 способ предусматривает продолжение эксплуатации датчика кислорода в отработавших газах в качестве датчика кислорода. Кроме того, регулируют один или несколько параметров работы двигателя в зависимости от выходного сигнала датчика кислорода. В качестве неограничивающих примеров, по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах можно оценивать содержание кислорода в отработавших газах и регулировать воздушно-топливное отношение сжигаемой смеси. Например, в зависимости от результата оценки концентрации кислорода в отработавших газах можно регулировать подачу топлива в цилиндры или расход воздуха. В качестве другого примера, по выходному сигналу датчика кислорода в отработавших газах можно оценивать содержания спирта в топливе, впрыскиваемом в цилиндр двигателя и сгорающем в нем.
Если дозаправка жидкости очистителя ветрового стекла в резервуар произошла, на шаге 707 можно проверить, имеют ли место условиях без подачи топлива в двигатель, когда возможна оценка состава жидкости очистителя ветрового стекла с помощью датчика кислорода в отработавших газах. В одном примере можно установить наличие условий без подачи топлива, если имеет место событие отсечки топлива в режиме замедления (ОТРЗ), когда подачу топлива в цилиндр отключают во время замедления, при этом как минимум один впускной клапан и один выпускной клапан продолжают прокачивать воздух через этот цилиндр. Датчик кислорода в отработавших газах можно использовать для оценки состава жидкости очистителя ветрового стекла только в условиях без подачи топлива. Если условия без подачи топлива не имеют место, алгоритм возвращается на шаг 706.
Если алгоритм 700 установит наличие условий без подачи топлива, или если дозаправка жидкости очистителя ветрового стекла в резервуар произошла, условия для оценки состава жидкости очистителя ветрового стекла можно считать соблюденными, и на шагах 408 и 708 способ включает в себя сначала подачу некоторого количества (в настоящем описании также именуемого «масса впрыска») жидкости очистителя ветрового стекла в размере первой доли в процентах по объему. Первая доля в процентах по объему представляет собой первую долю стеклоомывающей жидкости в процентах по объему всасываемого воздуха (в молярных процентах). Первая доля в процентах по объему может быть достигнута путем впрыска первого количества жидкости при первом массовом расходе воздуха (то есть при первом заданном положении впускного дросселя). В основе первого количества впрыскиваемой стеклоомывающей жидкости может лежать заранее заданное значение, выбранное таким образом, чтобы обеспечить оптимальное соотношение «сигнал - помеха» при использовании минимально возможного количества стеклоомывающей жидкости во избежание ее бесполезной траты. В одном примере стеклоомывающую жидкость впрыскивают в размере первой доли в процентах по объему в заборный канал ниже по потоку от впускного дросселя (и выше по потоку от впускного клапана), например, в случае, когда указанную оценку выполняют с помощью датчика кислорода во всасываемом воздухе. В другом примере стеклоомывающую жидкость впрыскивают в размере первой доли в процентах по объему непосредственно в цилиндр, например, в случае, когда указанную оценку выполняют с помощью датчика кислорода в отработавших газах.
1
2
1
1
На шаге 410 и на шаге 710 на датчик кислорода во всасываемом воздухе или датчик кислорода в отработавших газах подают низкое напряжение накачки (в настоящем описании также именуемое «низкое опорное напряжение») (V). Первое напряжение накачки может представлять собой низкое опорное напряжение, при котором происходит выкачивание кислорода из элемента накачки кислорода, значение которого достаточно низко для того, чтобы не происходила диссоциация молекул воды (HO) в элементе накачки (например, V = 450 мВ). На шаге 412 и на шаге 712, после подачи первого напряжения на элемент накачки после впрыска жидкости очистителя ветрового стекла в размере первой доли в процентах по объему газа, регистрируют первый ток накачки (I) или первое показание датчика кислорода (например, первое показание датчика кислорода во всасываемом воздухе O2BB (IAO2) в алгоритме 400 или первое показание датчика кислорода в отработавших газах (УДКОГ) в алгоритме 700). При этом первое показание датчика может отражать количество кислорода, либо вступившего в реакцию с чувствительным элементом датчика кислорода, либо вытесненного разбавляющим действием воды.
На шагах 414 и 714 способы включают в себя впрыск стеклоомывающей жидкости / жидкости очистителя ветрового стекла (например, во впускной коллектор или непосредственно в цилиндр) в размере второй доли в процентах по объему. Вторая доля в процентах по объему представляет собой вторую, другую (например, большую или меньшую) долю стеклоомывающей жидкости в процентах по объему всасываемого воздуха (в молярных процентах). Вторая доля в процентах по объему может быть достигнута путем впрыска второго количества жидкости при первом массовом расходе воздуха (то есть при первом заданном положении впускного дросселя). Или же вторая доля в процентах по объему может быть достигнута путем впрыска первого (того же самого) количества жидкости при втором, другом (например, большем или меньшем), массовом расходе воздуха (то есть при втором, другом, заданном положении впускного дросселя). В основе второго количества впрыскиваемой стеклоомывающей жидкости может лежать заранее заданное значение, выбранное таким образом, чтобы обеспечить оптимальное соотношение «сигнал - помеха» при использовании минимально возможного количества стеклоомывающей жидкости во избежание ее бесполезной траты.
1
2
На шагах 416 и 716 на датчик кислорода во всасываемом воздухе или датчик кислорода в отработавших газах подают низкое напряжение накачки (в настоящем описании также именуемое «низкое опорное напряжение») (V). На шагах 418 и 718 регистрируют второй ток накачки (I) или второе показание датчик кислорода во всасываемом воздухе или в отработавших газах (O2BB или УДКОГ) после подачи первого напряжения на элемент накачки после впрыска жидкости очистителя ветрового стекла в размере второй доли в процентах по объему. При этом второе показание датчика также может отражать количество кислорода, либо вступившего в реакцию с чувствительным элементом датчика кислорода, либо вытесненного разбавляющим действием воды. При этом, в случае как первого, так и второго показаний датчиков, отклонение токов накачки, возникающее из-за присутствия разбавителей и углеводородов из потоков РОГ, продувки и ПВК, остается одним и тем же. При выполнении указанных алгоритмов, по этому общему отклонению достоверно определяют содержание спирта/состав жидкости очистителя ветрового стекла без необходимости активного изменения потоков от продувки, ПВК или РОГ.
На шагах 420 и 720 можно определить функцию преобразования для жидкости очистителя ветрового стекла в зависимости от расхода воздуха через впускной коллектор (определяемый, например, по выходному сигналу датчика МРВ), а также массы впрыска жидкости очистителя ветрового стекла. Функция преобразования может представлять ожидаемое изменение тока накачки датчика кислорода во всасываемом воздухе / отработавших газах в зависимости от массы впрыска при том или ином опорном напряжении (в данном случае - низком опорном напряжении). Затем данное изменение сравнивают с опорным показанием концентрации кислорода при отсутствии впрыска стеклоомывающей жидкости. Аналогичным образом, расход воздуха через указанный коллектор можно вывести из показаний датчика ДВК и табулированной зависимости, определяющей массовый расход воздуха в системе «скорость - плотность».
На шаге 422 и на шаге 722 способы включают в себя вычисление первой и второй концентраций жидкости очистителя ветрового стекла в потоке всасываемого воздуха по первому и второму показаниям датчика соответственно. Первая и вторая концентрации также могут отражать первую и вторую концентрации спирта (из жидкости очистителя ветрового стекла) в потоке всасываемого воздуха. А именно, первую и вторую концентрации жидкости очистителя ветрового стекла во всасываемом воздухе определяют по первому и второму показаниям датчика соответственно, а также по результату определения функции преобразования, массе впрыска, и первой и второй долям в процентах по объему соответственно.
В частности, контроллер может оценивать концентрацию или относительное содержание жидкости очистителя ветрового стекла во всасываемом воздухе путем нахождения первой составляющей изменения первого тока накачки, обусловленной содержанием воды в жидкости, и нахождения второй составляющей изменения первого тока накачки, обусловленной содержанием спирта в смеси, после впрыска жидкости очистителя ветрового стекла в размере первой доли в процентах по объему. Аналогичным образом, контроллер может оценивать вторую концентрацию или относительное содержание жидкости очистителя ветрового стекла во всасываемом воздухе путем нахождения первой составляющей изменения второго тока накачки, обусловленной содержанием воды в жидкости, и нахождения второй составляющей изменения второго тока накачки, обусловленной содержанием спирта в смеси. В каждом случае как минимум вторую составляющую можно оценивать по току накачки датчика после подачи опорного напряжения, а также по массе впрыска жидкости и результату определения функции преобразования.
В одном примере концентрацию впрыскиваемой жидкости очистителя ветрового стекла во всасываемом воздухе можно определять после каждого впрыска по соответствующему току накачки и функции преобразования. В одном примере машиночитаемая среда хранения в составе системы управления, принимающей сообщения от датчика, может содержать команды для определения содержания жидкости очистителя ветрового стекла во всасываемом воздухе путем обращения к зависимости, описывающей примеры соотношения между изменением выходного сигнала датчика и массы впрыска и изменением процентного содержания спирта во всасываемом воздухе (как будет раскрыто ниже на примере ФИГ. 5), при этом данные зависимости хранятся в машиночитаемой среде хранения в форме, например, табулированной зависимости. В этом случае, по мере роста количества впрыскиваемой жидкости очистителя ветрового стекла для того или иного впрыска, количество воды, по оценке датчика кислорода во всасываемом воздухе, может соответственно снижаться. Как показано на ФИГ. 5, для той или иной массы стеклоомывающей жидкости, впрыскиваемой в поток всасываемого воздуха, рост изменения (разности) выходного сигнала датчика кислорода во всасываемом воздухе будет отражать рост концентрации метанола в жидкости очистителя ветрового стекла, впрыскиваемой в поток всасываемого воздуха. Следовательно, изменение процентного содержания кислорода (delta_O2%) будет ближе к линии «100% МеОН», и контроллер двигателя сможет определить / выявить концентрацию метанола, соответствующую той рабочей точке.
Соответственно, когда масса впрыскиваемой стеклоомывающей жидкости остается постоянной, концентрация жидкости очистителя ветрового стекла в потоке всасываемого воздуха также будет постоянной. В подобных условиях возросшее изменение (разность) выходного сигнала датчика кислорода во всасываемом воздухе отражает возросшую концентрацию метанола в жидкости очистителя ветрового стекла, впрыснутой в поток всасываемого воздуха. Контроллер двигателя может идентифицировать точку на оси х диаграммы 500 на ФИГ. 5 и определять соответствующее изменение процентного содержания метанола в жидкости очистителя ветрового стекла по мере роста разности процентного содержания O2. В частности, по росту значений по оси у для фиксированной точки на оси х определяют рост концентраций метанола в стеклоомывающей жидкости.
В частности, Заявители установили, что влияние водной составляющей водно-спиртовой смеси на ток накачки датчика кислорода отличается от влияния спиртовой составляющей (в том числе в зависимости от содержания и типа спирта) водно-спиртовой смеси на ток накачки датчика кислорода. Например, впрыск 1% воды (по объему) во всасываемый воздух приводит к снижению концентрации кислорода на 0.2% согласно результату измерения датчиком кислорода из-за разбавляющего действия на концентрацию кислорода. При этом впрыск 1% метанола (по объему) во всасываемый воздух приводит к снижению концентрации кислорода на 1.5% согласно результату измерения датчиком кислорода из-за того, что метанол горит с кислородом на чувствительном элементе датчика кислорода, как указано ниже.
3
2
2
2
СНОН + 1.5O = CO + HO
Следовательно, впрыск 2% смеси стеклоомывающей жидкости (вода + метанол) приведет к общему снижению содержания кислорода на 2,5% (в данном примере), при этом 0,2/1,7 или 11,7% указанного снижения обусловлено водой, а остальные 1,5/1,7 или 88.3% - метанолом.
Таким образом, нахождение указанной первой составляющей может включать в себя определение первого значения концентрации метанола относительно воды в смеси (по изменению тока накачки). Кроме того, нахождение указанной второй составляющая может включать в себя определение второго значения концентрации метанола относительно воды в смеси, определяемой по результату контроля изменения тока накачки и также зависящей от количества впрыскиваемой водно-спиртовой смеси. При этом второе значение может отражать базовую концентрацию кислорода в окружающем воздухе. Дополнительно контроллер может сравнить первое значение со вторым.
Например, контроллер может обратиться к табулированной зависимости или к диаграмме, пример которой раскрыт на ФИГ. 5, для предварительной оценки концентрации спирта (или концентрации жидкости очистителя ветрового стекла) во всасываемом воздухе. Диаграмма может представлять собой трехмерную диаграмму, для которой требуются 2 вводных параметра - масса впрыскиваемой жидкости и изменение тока накачки датчика кислорода во всасываемом воздухе -для выдачи значения процентного содержания спирта в потоке всасываемого воздуха.
Представленная на ФИГ. 5 диаграмма 500 иллюстрирует один пример такой диаграммы. В частности, диаграмма 500 представляет изменения тока накачки датчика кислорода во всасываемом воздухе по оси у (Delta_O2%) и массы впрыскиваемой стеклоомывающей жидкости (M_washer_fluid_inj) по оси у. При этом стеклоомывающая жидкость представляет собой водно-метаноловую смесь, не содержащую бензин. Калибровочными значениями диаграммы являются 0% метанола (МеОН) и 100% метанола, а также одно или несколько промежуточных процентных содержаний метанола. Как можно видеть, для первого впрыска в размере первой доли в процентах по объему (например, с первым массовым расходом), имеет место первое изменение выходного сигнала датчика (Delta_O2_1), а для второго впрыска в размере второй доли в процентах по объему (например, со вторым массовым расходом), имеет место второе изменение выходного сигнала датчика (Delta_O2_2). С помощью диаграммы, процентное содержание метанола (Methanol_pct) можно оценить как: Methanol_pct=fn (delta_O2, M_washer_fluid_inj). В частности, первую концентрацию жидкости очистителя ветрового стекла / процентное содержание Р1 оценивают по первому выходному сигналу датчика (Delta_O2_1), а вторую концентрацию жидкости очистителя ветрового стекла / процентное содержание Р2 оценивают по второму выходному сигналу датчика (Delta_O2_2). Так, с помощью диаграммы, пример которой приведен на ФИГ. 5, контроллер может оценивать процентное содержание спирта или концентрацию жидкости очистителя ветрового стекла во всасываемом воздухе. Затем, скорректировав результаты на общее отклонение, полученное при разных процентных содержаниях впрыскиваемой жидкости очистителя ветрового стекла, можно определить состав жидкости очистителя ветрового стекла. В частности, авторы настоящего изобретения установили следующее: поскольку спиртовой состав жидкости очистителя ветрового стекла остается неизменным, относительное изменение выходного сигнала датчика из-за присутствия разбавителей (например, влаги, потоков ПВК, продувки или РОГ) можно оценивать, сравнивая изменения при двух разных процентных содержаниях жидкости. Так можно устранить необходимость блокирования потоков РОГ, продувки или ПВК для достоверной оценки состава жидкости очистителя ветрового стекла. Иными словами, можно оценивать состав жидкости очистителя ветрового стекла без необходимости введения поправки на создающие помехи факторы.
Дополнительно или взамен, контроллер может использовать диаграмму, например, диаграмму 800 на ФИГ. 8, для соотнесения изменения концентрации во всасываемом воздухе или в отработавших газах (определяемой по выходному сигналу датчика кислорода во всасываемом воздухе или датчика кислорода в отработавших газах) с молярной процентной концентрацией жидкости в газообразной форме в потоке всасываемого воздуха.
Вернемся к ФИГ. 4 и 7: на шагах 424 и 724 способ включает в себя приведение результатов оценки первого и второго процентных содержаний спирта Р1 и Р2 к виду соответственно первой и второй долей в процентах по объему. На шагах 426 и 726 способ включает в себя определение общего отклонения указанных процентных содержаний из-за присутствия разбавителей во всасываемом воздухе по приведенным показаниям. Например, можно построить график процентных содержаний Р1 и Р2 и определять отклонение по наклону прямой, проходящей через оба указанных показания. На шагах 428 и 728 способ включает в себя определение процентного содержания спирта в жидкости очистителя ветрового стекла по найденному отклонению.
Например, контроллер может построить диаграмму, пример которой раскрыт на ФИГ. 6, для оценки указанного отклонения. На диаграмме 600 на ФИГ. 6 представлены массовый расход по оси х и результат оценки процентного содержания спирта по оси у. Р1 и Р2, раскрытые на примере ФИГ. 5, показаны нанесенными на прямой 602. Отклонение определяют по наклону 604 прямой 602.
Для Р1: Y1 = m*Х1 + Отклонение
Для Р2: Y2 = m*Х2 + Отклонение
Поскольку m и отклонение являются одними и теми же для обеих точек, контроллер может определить влияние влаги, углеводородов во всасываемом воздухе и других разбавителей (то есть отклонение), используя указанные два значения следующим образом:
m = (Y2-Y1)/(X2-X1),
после чего m можно непосредственно соотнести с концентрацией метанола в антидетонационной жидкости.
Вернемся к ФИГ. 4 и 7: на шагах 430 и 730, после определения состава (и процентного содержания спирта) в жидкости очистителя ветрового стекла, обновляют значение октанового числа жидкости. Дополнительно можно обновить результат оценки октанового числа для системы двигателя. Например, можно обновить значение срока действия присадки, повышающей октановое число, используемое в процессе регулирования детонации с прямой связью. В одном примере указанное обновление включает в себя повышение октанового числа в связи с увеличением содержания спирта (этанола или метанола) в жидкости очистителя ветрового стекла или снижением содержания воды в жидкости очистителя ветрового стекла.
На шагах 432 и 732, после установления состава жидкости очистителя ветрового стекла, указанную жидкость можно, при необходимости, применять в качестве антидетонационной. Например, если будет указано наличие детонации или заранее, в случае возможности детонации, можно осуществить впрыск некоторого количества жидкости очистителя ветрового стекла в зависимости от потребности в октановом числе топлива в двигателе (для подавления детонации) с учетом обновленного октанового числа указанной жидкости.
На шагах 434 и 734 регулируют один или несколько параметров работы двигателя в зависимости от обновленного октанового числа жидкости очистителя ветрового стекла и результата оценки октанового числа топлива. Например, можно изменить момент зажигания относительно установленного базового момента (например, в сторону опережения относительно оптимального момента зажигания ОМЗ (МВТ)). В качестве другого примера, можно изменить момент зажигания на границе детонации (например, в сторону опережения). В качестве еще одного примера, можно изменить один или несколько из следующих параметров: схему РОГ, схему ИФКР, переменную степень сжатия, схему впрыска двух видов топлива и т.п.
После завершения оценки состава жидкости очистителя ветрового стекла с помощью датчика кислорода во всасываемом воздухе, способ может вернуться на шаг 406, на котором можно возобновить эксплуатацию датчика для определения содержания кислорода в целях регулирования РОГ, воздушно-топливного отношения и т.п. Аналогичным образом, после завершения оценки состава жидкости очистителя ветрового стекла с помощью датчика кислорода в отработавших газах, способ может вернуться на шаг 706, где можно возобновить эксплуатацию датчика для определения содержания кислорода в целях регулирования воздушно-топливного отношения и т.п.
Так можно повысить достоверность оценки состава жидкости очистителя ветрового стекла и надежность вводимых поправок на помехи из-за присутствия разбавителей во всасываемом воздухе. Технический эффект, достигаемый сравнением выходных сигналов датчика после впрыска жидкости очистителя ветрового стекла в размере разных долей в процентах по объему, состоит в возможности использования общего значения относительного изменения выходного сигнала датчика из-за присутствия разбавителей для оценки состава жидкости очистителя ветрового стекла без необходимости регулирования потоков разбавителей или отдельной оценки концентрации разбавителей. Технический эффект, достигаемый указанным повышением достоверности оценки, состоит в том, что можно расширить сферу применения указанной жидкости. Например, более достоверная и надежная оценка состава обеспечивает возможность более эффективного использования жидкости очистителя ветрового стекла для целей, отличных от очистки ветрового стекла, или использования хладагента двигателя не только для охлаждения двигателя. В частности, можно повысить надежность и стабильность использования жидкости очистителя ветрового стекла и/или хладагента двигателя в качестве антидетонационных жидкостей для борьбы с детонацией. Технический эффект, достигаемый повышением эффективности использования водно-спиртовой смеси при подавлении детонации, состоит в том, что можно снизить требования к октановому числу топлива без ущерба для борьбы с детонацией, что позволяет повысить отдачу мощности двигателем. Кроме того, снижение потребности в изменении момента зажигания в сторону запаздывания создает преимущества в части топливной экономичности.
Один пример способа для двигателя содержит шаги, на которых: впрыскивают водно-спиртовую смесь во впуск двигателя сначала в размере первой доли в процентах по объему, а затем в размере второй, другой, доли в процентах по объему; подают опорное напряжение на датчик кислорода и отслеживают изменение тока накачки указанного датчика после каждого впрыска; находят первую составляющую изменения тока накачки, обусловленную содержанием воды в смеси; находят вторую составляющую изменения тока накачки, обусловленную содержанием спирта в смеси; и находят третью составляющую изменения тока накачки, обусловленную содержанием разбавителей во всасываемом воздухе. Дополнительно или необязательно, пример способа содержит шаг, на котором определяют состав смеси по найденным первой составляющей, второй составляющей и третьей составляющей, а также исходя из количества впрыскиваемой жидкости. Любой из вышеприведенных примеров дополнительно или необязательно содержит шаг, на котором регулируют параметр работы двигателя в зависимости от определенного состава, при этом в число параметров работы двигателя входят результат оценки октанового числа топлива и/или количество впрыскиваемого топлива. В любом из вышеприведенных примеров, дополнительно или необязательно, первая доля в процентах по объему включает в себя первое количество впрыскиваемой жидкости при первом положении впускного дросселя, а вторая доля в процентах по объему включает в себя второе количество впрыскиваемой жидкости при первом положении впускного дросселя, при этом в число разбавителей во всасываемом воздухе входят влага из окружающей среды, и/или углеводороды от продувки адсорбера топливных паров, и/или углеводороды от вентиляции картера. В любом из вышеприведенных примеров, дополнительно или необязательно, первая доля в процентах по объему включает в себя первое количество впрыскиваемой жидкости при первом положении впускного дросселя, и вторая доля в процентах по объему включает в себя первое количество впрыскиваемой жидкости при первом положении впускного дросселя. В любом из вышеприведенных примеров, дополнительно или необязательно, указанная смесь не содержит бензина, причем указанный спирт включает в себя этанол и/или метанол. В любом из вышеприведенных примеров, дополнительно или необязательно, указанная подача представляет собой подачу напряжения, при котором не происходит диссоциация молекул воды. В любом из вышеприведенных примеров, дополнительно или необязательно, нахождение указанных первой составляющей и второй составляющей включает в себя определение первой концентрации жидкости во всасываемом воздухе по первому изменению тока накачки после ее впрыска в размере первой доли в процентах по объему и определение второй концентрации жидкости во всасываемом воздухе по второму изменению тока накачки после ее впрыска в размере второй доли в процентах по объему. В любом из вышеприведенных примеров, дополнительно или необязательно, нахождение указанной третьей составляющей включает в себя приведение указанной первой концентрации к виду первой доли в процентах по объему с одновременным приведением второй концентрации к виду второй доли в процентах по объему; нахождение отклонения по приведенным первой и второй концентрациям; и определение содержания спирта в жидкости по найденному отклонению. В любом из вышеприведенных примеров, дополнительно или необязательно, способ выполняют в случае выявления наличия определенных условий, при этом в число указанных определенных условий входит условие после дозаправки водно-спиртовой смеси в резервуар, если датчик кислорода представляет собой датчик кислорода во всасываемом воздухе, при этом в число указанных определенных условий входят условие после дозаправки водно-спиртовой смеси в резервуар и отсечка топлива в режиме замедления, если датчик кислорода представляет собой датчик кислорода в отработавших газах. В любом из вышеприведенных примеров, дополнительно или необязательно, указанная водно-спиртовая смесь представляет собой жидкость очистителя ветрового стекла или стеклоомывающую жидкость.
Другой пример способа для двигателя содержит шаги, на которых: впрыскивают некоторое количество водно-спиртовой смеси в двигатель при первом массовом расходе на впуске, и оценивают первую концентрацию спирта во всасываемом воздухе по первому изменению тока накачки датчика кислорода; впрыскивают указанное количество водно-спиртовой смеси в двигатель при втором, другом, массовом расходе на впуске, и оценивают вторую концентрацию спирта во всасываемом воздухе по второму изменению тока накачки датчика кислорода; определяют концентрацию разбавителя во всасываемом воздухе по первому и второму изменениям тока накачки; и определяют состав водно-спиртовой смеси по первому и второму изменениям токов накачки и результату определения концентрации разбавителя. В любом из вышеприведенных примеров, дополнительно или необязательно, способ дополнительно содержит шаг, на котором после каждого впрыска на датчик кислорода подают опорное напряжение, при котором не происходит диссоциация молекул воды, причем датчик кислорода представляет собой датчик кислорода во всасываемом воздухе или датчик кислорода в отработавших газах. В любом из вышеприведенных примеров, дополнительно или необязательно, определение состава водно-спиртовой смеси включает в себя различение первой составляющей первого и второго изменений тока накачки, обусловленной содержанием воды в водно-спиртовой смеси, от второй составляющей первого и второго изменений тока накачки, обусловленной содержанием спирта в водно-спиртовой смеси, и третьей составляющей первого и второго изменений тока накачки, зависящей от концентрации разбавителя во всасываемом воздухе. В любом из вышеприведенных примеров, дополнительно или необязательно, если датчик кислорода представляет собой датчик кислорода во всасываемом воздухе, указанный впрыск осуществляют в случае дозаправки водно-спиртовой смеси в бак антидетонационной жидкости, при этом указанный впрыск осуществляют во впускной коллектор ниже по потоку от впускного дросселя и выше по потоку от датчика кислорода во всасываемом воздухе, причем, если датчик кислорода представляет собой датчик кислорода в отработавших газах, указанный впрыск осуществляют в случае дозаправки водно-спиртовой смеси в бак антидетонационной жидкости, и при условии, что подача топлива в какой-либо цилиндр отключена, при этом указанный впрыск осуществляют непосредственно в указанный цилиндр, при этом водно-спиртовая смесь представляет собой жидкость очистителя ветрового стекла. В любом из вышеприведенных примеров, дополнительно или необязательно, состав определяют также с учетом количества впрыскиваемой жидкости, при этом способ дополнительно содержит шаг, на котором: регулируют величину запаздывания зажигания для подавления детонации в зависимости от результата определения состава водно-спиртовой смеси. В любом из вышеприведенных примеров, дополнительно или необязательно, способ дополнительно содержит шаг, на котором, если будет указано наличие детонации в каком-либо цилиндре двигателя, осуществляют непосредственный впрыск водно-спиртовой смеси в этот цилиндр, при этом количество непосредственно впрыскиваемой водно-спиртовой смеси зависит от результата определения ее состава.
В еще одном примере система двигателя содержит: двигатель, содержащий впускной коллектор для приема всасываемого воздуха; первую топливную форсунку для впрыска топлива в цилиндр двигателя; вторую форсунку для впрыска антидетонационной жидкости во впускной коллектор ниже по потоку от впускного дросселя; систему РОГ, содержащую магистраль для перенаправления остаточных отработавших газов из области ниже по потоку от турбины в область выше по потоку от компрессора через клапан РОГ; датчик кислорода, соединенный с впускным коллектором ниже по потоку от впускного дросселя и ниже по потоку от клапана РОГ; и контроллер с машиночитаемыми командами в долговременной памяти для: впрыска антидетонационной жидкости во впускной коллектор в размере первой доли в процентах по объему газа, последующей подачи опорного напряжения на датчик кислорода и измерения первого изменения тока накачки; последующего впрыска антидетонационной жидкости во впускной коллектор в размере второй, другой, доли в процентах по объему газа, последующей подачи опорного напряжения на датчик кислорода и измерения второго изменения тока накачки; оценки содержания разбавителя во всасываемом воздухе по указанным первому и второму изменениям тока накачки и первой и второй долям в процентах по объему газа; и оценки состава антидетонационной жидкости по массе впрыска, первому и второму изменениям тока накачки, и результату оценки содержания разбавителя. В любом из вышеприведенных примеров, дополнительно или необязательно, антидетонационная жидкость содержит воду и спирт, но не содержит топливо, причем контроллер выполнен с возможностью оценки указанного содержания разбавителя путем вычисления отклонения по отношению разности первого и второго изменений тока накачки к разности первой и второй долей в процентах по объему газа, причем контроллер выполнен с возможностью оценки указанного состава путем вычисления первой составляющей первого и второго изменений тока накачки, обусловленной содержанием воды в антидетонационной жидкости, вычисления второй составляющей первого и второго изменений тока накачки, обусловленной содержанием спирта в антидетонационной жидкости, и применения указанного отклонения к результатам вычисления первой и второй составляющих. В любом из вышеприведенных примеров, дополнительно или необязательно, контроллер содержит дополнительные команды для обновления результата оценки октанового числа топлива двигателя в зависимости от результата оценки состава антидетонационной жидкости; и регулирования момента зажигания и момента зажигания на границе детонации, устанавливаемого в случае детонации, в зависимости от обновленного результата оценки октанового числа топлива, при этом указанное регулирование включает в себя изменение момента зажигания в сторону запаздывания относительно базового момента зажигания и изменение момента зажигания на границе детонации в сторону опережения к оптимальному моменту зажигания (ОМЗ), по мере увеличения результата оценки октанового числа топлива.
Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти с возможностью выполнения их системой управления, содержащей контроллер, во взаимодействии с различными датчиками, исполнительными механизмами и прочими техническими средствами в составе двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, при этом раскрытые действия реализуют путем выполнения команд, содержащихся в системе, содержащей вышеупомянутые технические средства в составе двигателя, взаимодействующие с электронным контроллером.
Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.