СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА КОНДЕНСАТА В ОХЛАДИТЕЛЕ ВОЗДУХА НАДДУВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАТЧИКА КИСЛОРОДА НА ВПУСКЕ ХОЛОДНОГО ВОЗДУХА
METHOD (VERSIONS) AND SYSTEM FOR DETERMINATION OF CONDENSATE AMOUNT IN SUPERCHARGING AIR COOLANT WITH HELP OF SENSOR OF OXYGEN AT COLD AIR INLET

Уровень техники
Двигатели с турбокомпрессорами и механическими нагнетателями с целью повышения мощности могут быть выполнены с возможностью сжатия поступающего в двигатель окружающего воздуха. При сжатии воздух может нагреваться, поэтому могут быть использованы промежуточный охладитель или охладитель воздуха наддува (ОВН), которые охлаждают нагретый воздух, тем самым повышая его плотность и еще более повышая потенциальную мощность двигателя. При снижении температуры окружающего воздуха, или во влажную или дождливую погоду, когда впускной воздух охлаждается ниже точки росы, в ОВН может образовываться конденсат. Конденсат может скапливаться в нижней части ОВН, или во внутренних каналах и охладительных турбулизаторах. При определенных условиях воздушного потока, конденсат может выходить из ОВН и попадать во впускной коллектор двигателя в виде капель воды. При попадании в двигатель слишком большого количества конденсата могут случаться пропуски зажигания и/или нестабильность горения.
Бороться с пропусками зажигания из-за попадания конденсата пытаются, избегая скапливания конденсата. В одном примере, для того, чтобы образовывалось меньше конденсата, можно снизить эффективность охлаждения ОВН. Однако авторами настоящей заявки были определены определенные слабости таких способов. В частности, хотя некоторые способы могут уменьшить количество или скорость образования конденсата в ОВН, со временем конденсат все равно может появиться. Если его аккумулирование не удастся остановить, попадание конденсата в двигатель во время ускорения может привести к пропускам зажигания. Кроме того, в другом примере, для повышения стабильности горения при попадании конденсата можно отрегулировать исполнительные устройства двигателя. В одном примере, попадание конденсата может быть оценено по массовому расходу воздуха и количеству конденсата в ОВН; однако эти параметры могут и неточно отражать количество воды в воздухе наддува, выходящем из ОВН и входящим во впускной коллектор. В результате опять не удастся избежать пропусков зажигания и/или нестабильности горения.
Описанные выше проблемы в одном примере могут решаться способом регулирования исполнительных устройств двигателя в зависимости от накопления воды в ОВН, причем накопление воды рассчитывают по сигналу датчика кислорода, расположенного ниже по потоку от ОВН и по влажности окружающего воздуха. В частности, датчик кислорода может быть расположен на выходе ОВН. Контроллер двигателя может использовать сигнал датчика кислорода для определения накопления воды в ОВН. В одном примере, накопление воды может включать в себя одно или более из следующего: количество накопившейся воды или скорость накопления воды (например, скорость аккумулирования воды в ОВН). После этого контроллер двигателя может отрегулировать работу двигателя для того, чтобы повысить стабильность горения, уменьшить образование конденсата в ОВН и/или удалить конденсат из ОВН в зависимости от полученных величин накопления воды. В результате можно уменьшить образование конденсата внутри ОВН, а также ослабить проблемы пропуска зажигания и нестабильности горения в результате попадания воды.
Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для того, чтобы ознакомить в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут описаны подробно. Это описание не предназначено для того, чтобы обозначить ключевые или существенные отличительные признаки 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 чертежей
На фиг. 1 схематически показан пример двигательной системы, содержащей охладитель воздуха наддува.
На фиг. 2 показана блок-схема способа эксплуатации датчика кислорода для определения накопления воды в охладителе воздуха наддува.
На фиг. 3 показана блок-схема способа регулирования работы двигателя в зависимости от накопления воды в охладителе воздуха наддува.
На фиг. 4 показаны графики, иллюстрирующие примеры регулирования работы двигателя в зависимости от накопления воды в охладителе воздуха наддува.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам оценки накопления воды в ОВН системы двигателя, такой как система, изображенная на фиг. 1. Первый датчик кислорода может быть расположен на выходе ОВН. В одном примере, датчик кислорода может быть впускным датчиком кислорода переменного напряжения, который может работать между режимом переменного напряжения (VVs, от англ. Variable Voltage) и базовым режимом. Способ использования первого датчика кислорода для определения накопления воды в ОВН показан на фиг. 2. В частности, по выходному сигналу первого датчика кислорода и влажности окружающего воздуха можно определить количество скопившейся воды или количество воды, аккумулировавшейся в ОВН. Первый датчик кислорода может отличаться от второго впускного датчика кислорода, установленного внутри впускного коллектора для определения потока рециркуляции отработавших газов (РОГ). Контроллер двигателя может регулировать работу двигателя по количеству скопившейся воды, как показано на фиг. 3. Регулирование работы двигателя может включать в себя регулирование исполнительных устройств двигателя для снижения эффективности охлаждения ОВН, продувки конденсата из ОВН и/или повышения стабильности горения при попадании воды в двигатель. На фиг. 4А-В показан пример регулирования исполнительных устройств двигателя в зависимости от накопления воды в ОВН. Таким образом, расположение первого датчика кислорода на выходе ОВН может позволить определять накопление конденсата в ОВН. Выполненные на основе данных о накоплении конденсата регулировки исполнительных устройств двигателя могут затем уменьшить образование конденсата в ОВН, повысить стабильность горения при продувке конденсата из ОВН и/или уменьшить накопление воды внутри ОВН.
На фиг. 1 схематически представлен пример двигателя 10, который может быть частью двигательной системы автомобиля. Двигатель 10 показан с четырьмя цилиндрами или камерами 30 сгорания. Тем не менее, в соответствии с настоящим описанием может быть использовано иное количество цилиндров. Двигателем 10 можно управлять, по меньшей мере, частично, посредством системы управления, содержащей контроллер 12, и посредством команды оператора 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В настоящем примере, устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала положения педали (ПП). Каждая камера 30 сгорания (т.е. цилиндр) двигателя 10 может содержать стенки камеры и поршень (не показан), расположенный внутри. Поршни могут быть связаны с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 через промежуточную трансмиссионную систему 150 может быть соединен по меньшей мере с одним ведущим колесом транспортного средства. Кроме того, для запуска двигателя 10 в работу с коленчатым валом 40 через маховик может быть связан двигатель стартера. Коленчатый вал 40 может быть также использован для приведения в действие генератора переменного тока (не показан на фиг. 1).
Выходной крутящий момент двигателя может передаваться на преобразователь крутящего момента (не показан) для приведения в действие автоматической трансмиссионной системы 150. Кроме того, для приведения автомобиля в движение могут быть использованы несколько муфт, включая муфту 154 переднего хода. В одном примере, преобразователь крутящего момента может упоминаться в качестве компонента трансмиссионной системы 150. Кроме того, трансмиссионная система 150 может включать в себя множество зубчатых муфт 152, которые могут по необходимости приводиться в сцепление для активации множества фиксированных передаточных чисел. В частности, путем изменения зацепления множества зубчатых муфт 152, трансмиссия может переключаться между более высокой передачей (то есть, в которой передаточное число ниже) и более низкой передачей (то есть, в которой передаточное число выше). Таким образом, разница в передаточных числах позволяет умножать более низкий крутящий момент по трансмиссии на более высокой передаче и позволять умножать более высокий крутящий момент по трансмиссии на более низкой передаче. Транспортное средство может иметь четыре доступные передачи, причем четвертая передача является наивысшей доступной передачей, а первая передача является наинизшей доступной передачей. В других вариантах осуществления, транспортное средство может иметь больше или меньше, чем четыре доступные передачи. Как задумано в настоящей заявке, контроллер может изменять передачу трансмиссии (например, включать более высокую или более низкую передачи) для регулирования количества крутящего момента (то есть выходного крутящего момента вала двигателя), передаваемого на колеса 156 транспортного средства по трансмиссии и преобразователю крутящего момента.
После того, как трансмиссия переключается на более низкую передачу, скорость (полезная мощность или число об/мин) вращения коленчатого вала двигателя увеличивается, увеличивая расход воздуха через двигатель. Разрежение во впускном коллекторе, генерируемое вращающимся двигателем, может быть увеличено при увеличенных значениях числа об/мин. В некоторых примерах, как будет рассмотрено далее, включение более низкой передачи может быть использовано для увеличения расхода воздуха через двигатель и продувки конденсата, скопившегося в ОВН 80.
Камеры 30 сгорания могут получать впускной воздух из впускного коллектора 44 и выпускать отработавшие газы через выпускной коллектор 46 в выпускной канал 48. Впускной 44 и выпускной 46 коллекторы могут выборочно сообщаться с камерой 30 сгорания через соответствующие впускные и выпускные клапаны (не показаны). В некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выпускных клапанов.
Топливные форсунки 50 показаны соединенными напрямую с камерой 30 сгорания для впрыска топлива непосредственно в нее, пропорционально ширине импульса сигнала ШИВ (ширина импульса впрыска), получаемого от контроллера 12. При этом топливная форсунка 50 осуществляет «прямой впрыск» топлива в камеру 30 сгорания, хотя следует понимать, что также возможен так называемый «впрыск топлива во впускные каналы». Топливо может доставляться к топливной форсунке 50 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливную рейку.
В процессе, называемом зажиганием, впрыснутое топливо поджигается известными средствами, такими как свеча 52 зажигания, в результате чего происходит горение. Момент зажигания может регулироваться таким образом, чтобы искра появлялась раньше (опережение) или позже (запаздывание) момента времени, указанного изготовителем. Например, момент зажигания может быть выставлен позже момента максимального предельного крутящего момента (МПКМ) для предупреждения детонации двигателя или раньше этого момента в условиях высокой влажности. В частности, МПКМ можно опередить для учета низкой скорости горения. В одном примере, момент зажигания можно выставить на запаздывание при перегазовке. В альтернативном варианте, для поджигания впрыснутого топлива может быть использовано компрессионное воспламенение.
Впускной коллектор 44 может получать впускной воздух из впускного канала 42. Впускной канал 42 содержит дроссель 21, содержащий дроссельную заслонку 22 для регулирования потока во впускной коллектор 44. В данном частном примере, контроллер 12 может изменять положение дроссельной заслонки 22 (ПДЗ), осуществляя электронное управление дроссельной заслонкой». Таким образом, дроссель 21 можно приводить в действие, чтобы изменять поток воздуха, подаваемого в камеру 30 сгорания. Например, контроллер 12 может так отрегулировать дроссельную заслонку 22, чтобы увеличить просвет дросселя 21. Увеличение просвета дросселя 21 может увеличить количество воздуха, подаваемого во впускной коллектор 44. В альтернативном примере, просвет дросселя может быть уменьшен или же полностью закрыт для прекращения подачи воздуха во впускной коллектор 44. В некоторых вариантах осуществления, во впускном канале 42 могут присутствовать дополнительные дроссели, например, дроссель, расположенный выше по потоку от компрессора 60 (не показан).
Кроме того, в раскрытых вариантах осуществления, система РОГ может направлять требуемую часть отработавших газов от выпускного канала 48 во впускной канал 42 через канал РОГ, например, через канал 140 РОГ высокого давления. Объем РОГ, подаваемый в впускной канал 42, может изменяться контроллером 12 посредством клапана РОГ, например, клапана 142 РОГ высокого давления. В некоторых условиях, система РОГ может быть использована для регулирования температуры воздушно-топливной смеси в камере сгорания. На фиг. 1 показана система РОГ высокого давления, в которой РОГ направляют от точки выше по потоку от турбины турбонагнетателя к точке ниже по потоку от компрессора турбонагнетателя через канал 140 РОГ. На фиг. 1 также показана система РОГ низкого давления, в которой РОГ направляют от точки ниже по потоку от турбины турбонагнетателя к точке выше по потоку от компрессора турбонагнетателя по каналу 157 РОГ низкого давления. Клапан 155 РОГ низкого давления может управлять объемом РОГ, подаваемым в впускной канал 42. В некоторых вариантах осуществления, двигатель может содержать сразу обе системы - РОГ низкого давления и РОГ высокого давления, как показано на фиг. 1. В других вариантах осуществления, двигатель может включать в себя лишь одну из систем - либо РОГ высокого давления, либо РОГ низкого давления. В процессе работы, система РОГ может порождать образование конденсата из сжатого воздуха, особенно, если сжатый воздух охлаждается охладителем воздуха наддува, как описывается более подробно далее по тексту.
Двигатель 10 может также включать в себя устройство сжатия, такое как турбонагнетатель или механический нагнетатель, включающие в себя, по меньшей мере, компрессор 60, установленный вдоль впускного канала 42. В случае турбонагнетателя, компрессор, по меньшей мере, частично может приводиться в движение турбиной 62 через, например, вал, или другое соединяющее устройство. Турбина 62 может быть установлена вдоль выпускного канала 48. Для приведение в движение компрессора могут быть предусмотрены различные устройства. В случае механического нагнетателя, компрессор 60, по меньшей мере, частично может приводиться в движение двигателем и/или электрической машиной, и может не содержать турбины. Таким образом, степень сжатия, обеспечиваемая для одного или нескольких цилиндров турбонагнетателем или механическим нагнетателем, может варьировать посредством контроллера 12.
В показанном на фиг. 1 варианте осуществления, компрессор 60 может приводиться в движение в основном турбиной 62. Турбина 62 может приводиться в движение отработавшими газами, проходящими через выпускной канал 48. То есть, приводное движение турбины 62 может приводить в движение компрессор 60. Таким образом, скорость компрессора 60 может зависеть от скорости турбины 62. При возрастании скорости компрессора 60, во впускной коллектор 44 через впускной канал 42 будет подаваться все большее нагнетание.
Кроме того, выпускной канал 48 может содержать регулятор 26 давления наддува для отвода отработавших газов от турбины 62. Дополнительно, впускной канал 42 может содержать перепускной или рециркуляционный клапан 27 компрессора (РКК), выполненный с возможностью обводить впускной воздух вокруг компрессора 60. Регулятор 26 давления наддува и/или РКК 27 могут управляться контроллером 12 таким образом, чтобы, например, открываться тогда, когда требуется более низкое давление нагнетания. К примеру, в случае помпажа компрессора или предпосылки к помпажу компрессора, контроллер 12 может открыть РКК 27 для того, чтобы снизить давление на выходе компрессора 60. Это может ослабить или остановить помпаж компрессора.
Впускной канал 42 может также содержать охладитель 80 воздуха наддува (например, промежуточный охладитель), предназначенный для снижения температуры газов, прошедших турбонагнетатель или механический нагнетатель. В некоторых вариантах осуществления, ОВН 80 может быть теплообменником типа «воздух - воздух». В других вариантах осуществления, ОВН 80 может быть теплообменником типа «воздух - жидкость». ОВН 80 может быть также ОВН регулируемого объема. Горячий воздух наддува (нагнетаемый воздух) от компрессора 60 поступает на вход ОВН 80, охлаждается по мере прохождения через ОВН, а затем выходит, проходя через дроссель 21 и входя во впускной коллектор 44 двигателя. Поток окружающего воздуха из-за пределов транспортного средства может попадать в двигатель 10 через фронтальную часть транспортного средства, проходя через ОВН и способствуя охлаждению воздуха наддува. В ОВН может образовываться и аккумулироваться конденсат в условиях, когда снижается температура окружающего воздуха или во влажную или дождливую погоду, когда воздух наддува охлаждается ниже температуры точки росы воды. Кроме того, когда входящий в ОВН воздух нагнетают (например, когда давление нагнетания т/или давление ОВН выше атмосферного давления), конденсат может образоваться, если температура ОВН упадет ниже температуры точки росы. Если воздух наддува содержит рециркулированные отработанные газы, то конденсат может стать кислотным и разъедать корпус ОВН. Коррозия может привести к возникновению протечек между воздухом наддува, атмосферой и, возможно, хладагентом, в случае, если используются охладители «вода-воздух». Кроме того, если конденсат скапливается в ОВН, в периоды увеличенной подачи воздуха он может попадать в двигатель. Результатом этого может стать нестабильное горение и/или пропуски зажигания в двигателе.
Двигатель 10 также может содержать один или более датчиков кислорода, расположенных во впускном канале 42. Таким образом, один или более датчиков кислорода могут называться впускными датчиками кислорода. В изображенном варианте осуществления, первый датчик 162 кислорода расположен ниже по потоку от ОВН 80. В одном примере, первый датчик 162 кислорода может быть расположен на выходе ОВН 80. Таким образом, первый датчик 162 кислорода здесь может называться выходным датчиком кислорода ОВН. В другом примере, первый датчик 162 кислорода может быть расположен ниже по потоку от выхода ОВН 80. В некоторых вариантах осуществления, как показано на фиг. 1, опциональный второй датчик 164 кислорода может быть расположен во впускном коллекторе 44. Как описывается далее, второй датчик 164 кислорода может быть использован для оценки потока РОГ. В другом варианте осуществления, второй датчик 164 кислорода может быть расположен во впускном канале 42 ниже по потоку от компрессора 60 и канала 140 РОГ (или канала 157 РОГ, если двигатель содержит только РОГ низкого давления). В других вариантах осуществления на входе ОВН может быть расположен третий датчик кислорода.
Впускные датчики 162 и/или 164 кислорода могут быть любыми датчиками, пригодными для обеспечения индикации концентрации кислорода в воздухе наддува (например, в воздухе, протекающем через впускной канал 42), например линейными датчиками кислорода, впускными универсальными или широкодиапазонными датчиками содержания кислорода в отработавших газах, датчиками кислорода с двумя состояниями и т.п. В одном примере, впускные датчики 162 и/или 164 кислорода могут быть впускными датчиками кислорода, содержащими в качестве измерительного элемента нагреваемый элемент. В процессе работы, ток накачки впускного датчика кислорода может служить индикатором количества кислорода в потоке газов.
2
2
2
В другом примере, впускной датчик 162 и/или 164 кислорода может быть впускным датчиком кислорода с переменным напряжением (переменное напряжение Vs или VVs), в котором опорное напряжение датчика могут модулировать между более низким или базовым напряжением, при котором обнаруживают кислород, и более высоким напряжением, при котором могут диссоциировать молекулы воды в потоке газов. Например, в базовом режиме работы, впускной датчик кислорода может работать при базовом опорном напряжении. При базовом опорном напряжении, когда вода ударяет в датчик, нагретый элемент датчика может испарить воду и измерить ее как локальный пар или разбавитель. Здесь такой режим работы может называться базовым режимом. Впускной датчик кислорода может также работать и во втором режиме, в котором опорное напряжение увеличивают до значения второго опорного напряжения. Второе эталонное напряжение может быть выше базового опорного напряжения. Эксплуатация впускного датчика кислорода на втором опорном напряжении может называться переменным режимом Vs (VVs). При работе впускного датчика кислорода в режиме VVs, нагретый элемент датчика диссоциирует воду в воздухе, а затем измеряет концентрацию воды. В этом режиме ток накачки датчика может служить индикатором количества кислорода в потоке газов плюс количества кислорода от диссоциировавших молекул воды. Однако, если опорное напряжение увеличивать еще больше, могут диссоциировать дополнительные молекулы, такие как CO, и датчик может учесть в измерении кислород также и из этих молекул. В одном неограничивающем примере, более низкое, то есть базовое опорное, напряжение может составлять 450 мВ, а более высокое, второе опорное напряжение может составлять более 950 мВ. Однако в показанном на фиг. 2 примере определения количества воды в воздухе наддува, второе опорное напряжение может выдерживаться меньше значения, при котором могут также диссоциировать молекулы CO. Таким образом, второе опорное напряжение можно установить так, чтобы в VVs режиме мог измеряться кислород только из воды (но не из CO).
Первый датчик 162 кислорода может использоваться для оценки накопления конденсата или воды в ОВН 80. Как будет рассмотрено ниже со ссылкой на фиг. 2, концентрация кислорода в воздухе, покидающем ОВН 80 (например, определенная первым датчиком 162 кислорода) может быть использована для определения концентрации воды внутри ОВН 80. Для оценки содержания воды внутри ОВН 80 можно воспользоваться разнообразными способами. Например, впускной датчик кислорода может измерять количество кислорода в воздухе наддува, а затем оценивать количество воды в воздухе наддува, используя метод разбавления. Если впускной датчик кислорода является датчиком VVs, то датчик может оценивать количество воды в воздухе наддува, используя метод диссоциации (например, работая в VVs режиме и модулируя между базовым опорным напряжением и более высоким, вторым опорным напряжением). Оба эти способа измерения и/или оценки количества воды в воздухе наддува будут рассмотрены еще далее по тексту.
Первый способ оценки содержания воды в воздухе наддува с использованием впускного датчика кислорода включает в себя метод разбавления. При использовании метода разбавления, впускной датчик кислорода может эксплуатироваться в базовом режиме при базовом опорном напряжении. В одном примере, базовое опорное напряжение может составлять 450 мВ. В другом примере, базовое опорное напряжение может быть больше или меньше 450 мВ. Впускной датчик кислорода может произвести измерение и определить количество кислорода в газе (например, во впускном воздухе или воздухе наддува) по току накачки датчика. Затем, для определения количества воды, как разбавителя в воздухе наддува, можно произвести сравнение измеренной концентрации кислорода с количеством воздуха. Метод разбавления может дать неточную оценку содержания воды, если разбавитель содержит иные, чем вода, вещества, например РОГ и/или пары топлива.
2
Второй способ оценки содержания воды в воздухе наддува с использованием впускного датчика кислорода включает в себя метод диссоциации. В частности, для метода диссоциации впускной датчик VVs кислорода может работать в режиме VVs, при котором опорное напряжение увеличивают с базового опорного напряжения до более высокого, второго опорного напряжения. В одном примере, второе опорное напряжение может составлять 950 мВ. В другом примере, второе опорное напряжение может превышать 950 мВ. Однако второе опорное напряжение могут поддерживать на значении, меньшем, чем то, при котором датчик диссоциирует CO. В режиме VVs впускной датчик кислорода диссоциирует воду на водород и кислород и измеряет количество кислорода из диссоциировавших молекул воды дополнительно к количеству кислорода, содержащегося в газе. Вычислив разницу в измерениях при втором опорном напряжении и базовом опорном напряжении, можно получить оценку общей концентрации воды в воздухе наддува. Кроме того, при разных температурных условиях на выходе ОВН, может производиться разное количество насыщенной воды. Если известно количество насыщенной воды при определенных температурных условиях на выходе ОВН (например, из справочной таблицы, хранящейся в контроллере), то контроллер 12 может вычесть эту величину из общей концентрации воды, измеренной впускным датчиком кислорода, получив при этом количество воды, находящейся в воздухе наддува в виде водяных капель. Например, насыщенная вода при определенных температурных условиях на выходе ОВН может включать в себя массу воды при давлении насыщенного пара на выходе ОВН. Таким образом, контроллер может определить количество жидкой воды в выходящем из ОВН воздухе наддува, используя измерения впускного датчика температуры.
Дополнительно, в обоих методах (то есть, в методе разбавления и в методе диссоциации) оценки содержания воды в выходящем из ОВН воздухе наддува, измерение концентрации кислорода впускным датчиком кислорода (IAO2) (например, выходной сигнал первого датчика 162 кислорода) может быть отрегулировано по дополнительным разбавителям в воздухе наддува, таким как продувочные пары (например, возникающие при событии продувки топливного бака), поток принудительной вентиляции картера (ПВК) и т.п. В некоторых вариантах осуществления, поправочные коэффициенты для потока продувки и/или потока ПВК могут быть заранее определены для различных условий работы двигателя. Затем поправочные коэффициенты могут быть использованы для корректировки выходного сигнала IAO2 перед оценкой концентрации воды. В результате, с помощью поправочных коэффициентов можно будет учесть любое снижение концентрации кислорода в результате действий потока продувки или потока ПВК. Это может дать более точную оценку количества воды.
Кроме того, количество воды, находящейся (т.е. аккумулированной) в ОВН можно определить по разнице между оценкой воды, поступающей в ОВН и оценкой воды, выходящей из ОВН (определяемой по выходному сигналу первого датчика 162 кислорода). Количество воды, поступающей в ОВН, может быть аппроксимировано влажностью окружающего воздуха. В одном примере, влажность окружающего воздуха можно измерять датчиком влажности окружающего воздуха. В другом примере, влажность окружающего воздуха можно оценить по температуре на пуске, давлению на впуске и/или режиму работы стеклоочистителя ветрового стекла. Еще в одном примере, влажность окружающего воздуха можно определить по информации от местных метеостанций, или используя показания датчика IAO2, когда нет потока РОГ и отсутствует воздействие потока ПВК или продувки (например, при отсутствии потоков ПВК или продувки). Например, влажность окружающего воздуха определяется, как описано, только при отсутствии потока РОГ низкого давления и/или в условиях, когда поток РОГ низкого давления вообще отсутствует. В других примерах, в двигателе не содержится системы РОГ низкого давления. Таким образом, скорость скапливания воды в ОВН может быть определена по разности между влажностью окружающего воздуха и концентрацией воды в воздухе на выходе ОВН, определяемой по сигналу первого датчика 162 кислорода. Кроме того, количество воды, находящейся внутри ОВН, может быть определено по скорости скапливания воды за некоторый период времени. В некоторых примерах, оценка количества воды внутри ОВН таким способом может производиться только тогда, когда поток РОГ отсутствует. Другими словами, оценка количества воды в ОВН по влажности окружающего воздуха и выходному сигналу первого датчика 162 кислорода может быть точной только тогда, когда РОГ отключена или находится ниже порогового расхода, который определяют, исходя из того, какой расход РОГ не сможет значительно изменить выходной сигнал датчика кислорода. Как будет рассмотрено ниже, при наличии потока РОГ можно использовать альтернативные способы оценки аккумулирования воды в ОВН.
Контроллер 12 может использовать измерения первого датчика 162 кислорода и значение влажности окружающего воздуха (оцененное или измеренное) для определения скорости скапливания воды и/или количества воды в ОВН 80 (например, количества воды, аккумулированной внутри ОВН 80). К примеру, количество воды, скопившейся в ОВН 80, может быть оценено по измерениям первого датчика 162 кислорода, расположенного на выходе ОВН. Контроллер 12 может определить количество скопившейся воды одним или более описанными выше методами (то есть, методом разбавления и методом диссоциации). В другом примере, количество воды, выносимой из ОВН, может быть определено по измерениям первого датчика 162 кислорода.
По оценкам накопления воды контроллер 12 может отрегулировать исполнительные устройства двигателя для регулировки параметров горения, активировать процедуры продувки конденсата и/или отрегулировать исполнительные устройства для увеличения или уменьшения эффективности охлаждения ОВН. Регулировки исполнительных устройств двигателя по измерениям накопления воды датчиками кислорода подробнее описаны ниже со ссылкой на фиг. 3.
Второй датчик 164 кислорода может быть использован для определения потока РОГ. Например, контроллер 12 может оценить процент разбавления потока РОГ по данным обратной связи от второго датчика 164 кислорода. В некоторых примерах, контроллер 12 затем может отрегулировать одно или более из следующего: клапан 142 РОГ, клапан 155 РОГ, дроссель 21, РКК 27 и/или регулятор 26 давления наддува для того, чтобы достичь требуемого процента разбавления РОГ впускного воздуха. То есть, в данном примере, первый датчик 162 кислорода отличается от второго датчика 164 кислорода, используемого для оценки потока РОГ. В других примерах, поток РОГ может быть определен по показаниям первого датчика 162 кислорода.
Контроллер 12 на фиг. 1 показан в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102 (МПУ), порты 104 ввода/вывода, электронную среду хранения исполняемых программ и калибровочных значений, в данном примере изображенную в виде чипа 106 постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство 108 (ОЗУ), энергонезависимое запоминающее устройство 110 (ЭЗУ) и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, для выполнения различных функций, обеспечивающих работу двигателя 10. Дополнительно к тем сигналам, о которых говорилось выше, эти сигналы могут содержать измерения: массового расхода воздуха (МРВ) наддува от МРВ датчика 120; температуры хладагента двигателя отдатчика 112 температуры, схематично показанного в одном месте внутри двигателя 10; сигнал профиля зажигания от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), соединенного с коленчатым валом 40, сигнал положения дроссельной заслонки (ПДЗ) от датчика положения дроссельной заслонки, как было рассмотрено выше, и сигнал от датчика 122 абсолютного давления в коллекторе (АДК), как было рассмотрено выше. Сигнал частоты вращения коленчатого вала двигателя (числа об/мин) может быть сгенерирован контроллером 12 из сигнала профиля зажигания (ПЗ). Сигнал давления в коллекторе от датчика давления в коллекторе может быть использован для индикации разрежения или давления во впускном коллекторе 44. Следует отметить, что могут быть использованы различные сочетания вышеуказанных датчиков, например, МРВ датчик без датчика давления в коллекторе, или наоборот. При работе при стехиометрическом отношении, датчик давления в коллекторе может давать индикацию крутящего момента двигателя. Кроме того, указанный датчик, вместе с измеренной частотой вращения коленчатого вала двигателя, может обеспечивать оценку заряда горючей смеси (включая воздух), поступающей в цилиндр. В одном из примеров, датчик 118 на эффекте Холла, который также используется в качестве датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя, может на каждый оборот коленчатого вала 40 формировать заданное число равноотстоящих импульсов.
К другим датчикам, которые могут посылать сигналы на контроллер 12, относятся датчик 124 температуры и/или давления на выходе охладителя 80 воздуха наддува, первый датчик 162 кислорода, второй датчик 164 кислорода и датчик 126 давления нагнетания. Могут присутствовать и другие, не показанные датчики, например, датчик для определения скорости впускного воздуха на входе охладителя воздуха наддува и другие датчики. В некоторых примерах, чип 106 постоянного запоминающего устройства может быть запрограммирован машиночитаемыми данными, представляющими инструкции, исполняемые микропроцессорным устройством 102 для реализации способов, описанных ниже, а также других вариантов, которые предполагаются, но конкретно не перечисляются. Примеры алгоритмов представлены здесь на фиг. 2, фиг. 3.
Изображенная на фиг. 1 система представляет собой систему двигателя, содержащую впускной коллектор, охладитель воздуха наддува, расположенный выше по потоку от впускного коллектора, датчик кислорода, расположенный на выходе охладителя воздуха наддува, и контроллер с машиночитаемыми инструкциями для регулирования работы двигателя в зависимости от накопления воды в охладителе воздуха наддува, причем накопление воды рассчитывают по выходному сигналу датчика кислорода и влажности окружающего воздуха в отсутствие потока РОГ. В одном примере, регулирование работы двигателя включает в себя регулирование одного или более из следующего: момента зажигания, массового расхода воздуха, активных жалюзи решетки радиатора транспортного средства, вентиляторов охлаждения двигателя, насоса хладагента охладителя воздуха наддува и/или включение более низкой передачи трансмиссии. Кроме того, данные о накоплении воды включают в себя одно или более, из следующего: количество скопившейся в охладителе воздуха наддува воды или скорость скапливания воды в охладителе воздуха наддува.
На фиг. 2 изображен способ 200 использования датчика кислорода для определения накопления воды в ОВН. В частности, таким датчиком может быть датчик кислорода, расположенный вблизи выхода ОВН. В одном примере, способ 200 может исполняться контроллером 12, показанным на фиг. 1. Способ 200 может быть использован в системе двигателя, в которой для определения параметров накопления воды в ОВН используют показания датчика кислорода на выходе ОВН (например, датчика 162 кислорода, показанного на фиг. 1) и влажность окружающего воздуха. В одном примере, датчик кислорода является VVs датчиком кислорода, выполненным с возможностью модулирования двух опорных напряжений. В другом примере, датчик кислорода может не быть VVs датчиком и может оценивать накопление воды в ОВН методом разбавления.
Способ начинается этапом 202, на котором оценивают и/или измеряют условия работы двигателя. Условия работы двигателя могут включать в себя скорость вращения коленчатого вала двигателя и нагрузку на двигатель, расход РОГ, массовый расход воздуха, состояние охладителя воздуха наддува (например, температуру и давление на входе и/или выходе), влажность окружающего воздуха, температуру окружающего воздуха, запрошенный крутящий момент и т.д. На этапе 204 определяют, отключена ли РОГ (например, если поток РОГ отсутствует). Как было рассмотрено выше, если поток РОГ присутствует, то может снизиться значение концентрации кислорода, определенное датчиком кислорода, что снизит точность оценки по воде. Таким образом, если РОГ не отключена, то способ переходит на этап 205 для оценки накопления воды в ОВН с использованием альтернативного способа. Другими словами, при наличии потока РОГ, накопление воды в ОВН нельзя оценить по выходному сигналу датчика кислорода и влажности окружающего воздуха.
Однако если РОГ отключена, и ее поток отсутствует, способ продолжается переходом на этап 206, на котором оценивают полную концентрацию воды в выходящем из ОВН воздухе наддува по выходному сигналу датчика кислорода, расположенного на выходе ОВН (например, расположенного ниже по потоку от ОВН). В одном примере, концентрацию воды в воздухе наддува можно оценить по сигналу датчика кислорода, используя метод разбавления. Как было рассмотрено выше, метод разбавления может включать в себя измерение количества кислорода в воздухе наддува, покидающем ОВН через выход. В предположении, что разбавителем в воздухе наддува является вода, контроллер может определить количество воды в воздухе наддува по концентрации кислорода в воздухе в сравнении с концентрацией кислорода, измеренной в воздухе наддува (при расположении датчика кислорода на выходе ОВН). Так как датчик кислорода может быть расположен на выходе ОВН, то количество воды в воздухе наддува может служить оценкой количества воды, выносимой из ОВН.
В другом примере, концентрацию воды в воздухе наддува можно оценить по выходному сигналу датчика кислорода с использованием метода диссоциации (в случае, если датчик кислорода является датчиком кислорода VVs типа). Как рассматривалось выше по тексту, метод диссоциации может включать в себя повышение опорного напряжения датчика кислорода с первого, базового, напряжения до второго напряжения. Метод также может включать в себя определение изменения тока накачки при переходе от базового опорного напряжения ко второму опорному напряжению. Как описывалось выше, изменение тока накачки может служить индикатором количества кислорода в газе и количества кислорода, отделенного от молекул воды в газе (например, воздухе наддува). Полную концентрацию воды (например, конденсата) в воздухе наддува (например, в воздухе наддува на выходе ОВН) затем можно определить по изменению тока накачки. В некоторых примерах, затем можно определить количество жидкой воды (например, капель воды) в воздухе наддува на выходе ОВН (например, выходящего из ОВН) путем вычитания значения насыщенной воды для температуры на выходе ОВН из полной концентрации воды. Значения насыщенной воды могут включать в себя массу воды при давлении насыщенного пара на выходе ОВН. Как говорилось выше, контроллер может определить значение насыщенной воды из хранящейся в контроллере справочной таблицы насыщенной воды при различных температурах на выходе ОВН.
На этапе 210 способ включает в себя определение разности между влажностью окружающего воздуха и полной концентрацией воды в воздухе наддува на выходе ОВН с целью определения количества скопившейся воды в ОВН (например, внутри него). Как было рассмотрено выше, влажность окружающего воздуха может быть оцененным или измеренным значением, определенным по одному или более из следующих источников: датчик влажности, метеорологические данные (полученные с метеостанции, удаленного устройства, бортовой развлекательно-коммуникационной системы транспортного средства и т.д.), температура на впуске, давление на впуске и/или режим работы стеклоочистителя ветрового стекла. Влажность окружающего воздуха может дать оценку воды, входящей в ОВН. Таким образом, скорость аккумулирования воды (например, скорость скапливания воды) внутри ОВН может быть по существу эквивалентна разности между влажностью окружающего воздуха и концентрацией воды на выходе ОВН (например, по измерению воды датчиком кислорода на выходе ОВН). Затем, на этапе 210 способ может также включать в себя определение количества воды, аккумулированной в ОВН, по скорости скапливания воды за некоторый период времени.
Если разность между влажностью окружающего воздуха и концентрацией воды на выходе ОВН (определенной на этапах 208 и 210) положительна (например, влажность окружающего воздуха больше концентрации воды на выходе ОВН), это означает, что вода скапливается в ОВН. И наоборот, если разность между влажностью окружающего воздуха и концентрацией воды на выходе ОВН отрицательна (например, влажность окружающего воздуха меньше концентрации воды на выходе ОВН), это означает, что вода выносится из ОВН. В некоторых примерах, способ может также включать в себя оценку количества выносимой воды и/или скорость выноса воды по выходному сигналу датчика кислорода, расположенного на выходе ОВН, и влажности окружающего воздуха. То есть, отрицательная скорость скапливания воды может быть индикатором положительной скорости выноса воды из ОВН. Скорость выноса воды может также зависеть от значения насыщенной воды для температуры на выходе ОВН из полной концентрации воды. Значения насыщенной воды могут включать в себя массу воды при давлении насыщенного пара на выходе ОВН. В одном примере, контроллер может определять значение насыщенной воды из хранящейся в контроллере справочной таблицы значений насыщенной воды для различных температур на выходе ОВН.
На этапе 212 контроллер может отрегулировать исполнительные устройства двигателя по значениям скорости скапливания воды или количества скопившейся воды, определенным на этапе 210. В некоторых примерах, дополнительно или альтернативно, контроллер может отрегулировать исполнительные устройства двигателя по значениям скорости выноса воды и/или количеству выноса воды из ОВН. Способ регулирования исполнительных устройств двигателя по накоплению воды представлен на фиг. 3.
Таким образом, способ может включать в себя регулирование работы двигателя по содержанию воды во впускной системе, причем содержание воды определяют по выходному сигналу впускного датчика кислорода, когда опорное напряжение впускного датчика кислорода регулируют между первым и вторым напряжениями. Как рассматривалось выше, датчик кислорода может быть расположен внутри впускной системы (например, во впускном канале 42 и/или впускном коллекторе 44, которые показаны на фиг. 1). В одном примере, впускной датчик кислорода может быть расположен на выходе ОВН. В другом примере, впускной датчик кислорода может быть расположен в другом месте впускной системы, например, ниже по потоку от ОВН. Опорное напряжение впускного датчика кислорода можно регулировать, или модулировать, между первым напряжением и вторым напряжением, причем второе напряжение выше первого напряжения. Первым напряжением может быть, например, напряжение, при котором можно определить концентрацию кислорода во впускном воздухе, а вторым напряжением может быть напряжение, при котором могут диссоциировать молекулы воды. Разница в токе накачки впускного датчика кислорода при первом и втором напряжениях может служить индикатором содержания воды во впускной системе. По содержанию воды, определенном на впускном датчике кислорода, можно отрегулировать работу двигателя, например, установить момента зажигания, расход воздуха и т.п.
На фиг. 3 изображен способ 300 для регулирования исполнительных устройств двигателя и/или работы двигателя по накоплению воды в ОВН. В одном примере, способ 300 исполняется контроллером 12, показанным на фиг. 1. Способ 300 начинается этапом 302, на котором получают данные от одного или более датчиков кислорода. Этот один или более датчиков кислорода могут включать в себя датчик кислорода, расположенный вблизи выхода ОВН (например, первый датчик 162 кислорода, показанный на фиг. 1). Например, способ на этапе 302 может включать в себя получение данных или параметров накопления воды в ОВН, полученных в способе 200, представленном на фиг. 2. Параметры накопления воды могут включать в себя одно или более из следующего: скорость скапливания воды (например, скорость, с которой вода аккумулируется в ОВН) и/или количество скопившейся воды (например, количество воды, находящейся в ОВН). В некоторых примерах, параметры накопления воды могут также включать в себя скорость выноса воды и/или количество выносимой воды.
На этапе 303 способ включает в себя определение того, является ли скорость скапливания воды положительной. Как показано на фиг. 2, скорость скапливания воды можно получать из разницы между влажностью окружающего воздуха и концентрацией воды на выходе ОВН (по выходному сигналу датчика кислорода). Если влажность окружающего воздуха превышает концентрацию воды на выходе ОВН (например, содержание воды на входе ОВН больше содержания воды на выходе ОВН), тогда вода будет скапливаться в ОВН и скорость скапливания воды будет положительной. И наоборот, если влажность окружающего воздуха меньше концентрации воды на выходе ОВН (например, содержание воды на выходе ОВН превышает содержание воды на входе ОВН), то вода будет выноситься из ОВН и скорость скапливания воды может быть отрицательной. Даже в случае отрицательной скорости скапливания воды, нетто-количество конденсата внутри ОВН может превышать нулевое значение. В некоторых примерах, когда влажность окружающего воздуха по существу эквивалентна концентрации воды на выходе ОВН, скорость скапливания воды может быть по существу нулевой, так что вода не будет ни выноситься из ОВН, ни скапливаться внутри ОВН. Таким образом, количество воды внутри ОВН можно определить по предыдущим данным скорости накопления воды за некоторый период времени.
Если на этапе 303 определяют, что скорость скапливания воды отрицательная, то способ продолжается этапом 314, на котором осуществляется индикация того, что вода выносится из ОВН. В ответ на отрицательную скорость скапливания воды (то есть когда влажность окружающего воздуха меньше концентрации воды в воздухе наддува на выходе ОВН), способ переходит на этап 316 для регулирования параметров горения и/или ограничения потока воздуха в двигатель. В одном примере, регулирование параметров горения может включать в себя регулирование момента зажигания для повышения стабильности горения в моменты попадания воды (например, когда вода выносится из ОВН). Например, когда скорость выноса воды и/или количество выносимой воды превышают их соответствующие пороговые значения, контроллер может выставить опережение зажигания при перегазовке (например, когда значение положения педали превышает верхнее пороговое значение). В другом примере, когда скорость выноса воды и/или количество выносимой воды превышают их соответствующие пороговые значения (например, в процессе продувки конденсата), контроллер может выставить запаздывание зажигания при относительно постоянном положении педали или когда значение положения педали находится ниже порогового значения. Величина опережения или запаздывания зажигания может быть получена по скорости выноса воды и/или количества выносимой воды. В других примерах, в условиях выноса воды могут быть отрегулированы дополнительные или альтернативные параметры горения.
В альтернативном варианте этапа 303, если скорость скапливания воды положительна, то способ продолжается этапом 304, на котором определяют, превышает ли скорость скапливания воды (например, скорость скапливания конденсата или скорость аккумулирования воды в ОВН) пороговое значение. В одном примере, пороговое значение скорости скапливания воды может рассчитываться по скорости, с которой пороговое количество конденсата может аккумулироваться в ОВН. Наличие порогового количества конденсата (или воды) может привести к пропуску зажигания или к нестабильному горению, если это количество будет одномоментно выдуто из ОВН и попадет в двигатель. Если скорость скапливания воды превышает пороговое значение скорости скапливания воды, то способ продолжается этапом 306, на котором снижают эффективность охлаждения ОВН. Снижение эффективности охлаждения ОВН может включать одно или более из следующего: закрытие или уменьшение просвета активных жалюзи решетки радиатора транспортного средства, отключение или снижение скорости вращения вентилятора охлаждения двигателя и/или выделенного вентилятора ОВН, и/или снижение скорости насоса хладагента, охлаждаемого хладагентом ОВН. Для снижения эффективности охлаждения ОВН и, тем самым, уменьшения образования конденсата могут быть выполнены и другие регулировки исполнительных устройств двигателя. В одном примере, контроллер может отрегулировать вышеуказанные исполнительные устройства двигателя (например, вентилятор, активные жалюзи решетки радиатора и т.д.) для поднятия температуры ОВН выше точки росы. Альтернативно или дополнительно, для уменьшения образования конденсата может быть снижен расход РОГ.
После снижения эффективности охлаждения ОВН, способ продолжается этапом 308, на котором определяют, превышает ли свое пороговое значение количество скопившейся в ОВН воды. Как было рассмотрено выше, количество скопившейся воды может быть количеством конденсата или воды, скопившимся (например, аккумулированном) внутри ОВН. В одном примере, пороговое значение количества скопившейся воды могут определять по количеству воды, наличие которого может привести к пропуску зажигания и/или к нестабильному горению, если это количество одномоментно будет выдуто из ОВН и попадет в двигатель. Если количество скопившейся в ОВН воды превышает пороговое значение, то способ переходит на этап 310, на котором аккумулированный конденсат продувают из ОВН. На этапе 310 контроллер может активировать различные алгоритмы продувки конденсата для удаления его из ОВН, исходя из условий работы двигателя. Например, при перегазовке или при другом увеличении расхода воздуха через двигатель, контроллер может ограничить увеличение расхода воздуха через двигатель для управляемого выноса конденсата из ОВН во впускной коллектор двигателя. В другом примере, для продувки конденсата из ОВН, контроллер может увеличить расход воздуха через двигатель, даже при отсутствии повышенного запроса крутящего момента. В одном примере, контроллер может увеличить расход воздуха через двигатель, включив более низкую передачу трансмиссии. В другом примере, увеличение расхода воздуха через двигатель может включать в себя увеличение просвета дросселя с целью увеличения массового расхода воздуха. Еще в одном примере, алгоритм продувки может включать в себя активацию насоса конденсата и способ утилизации конденсата. Способ на этапе 310, в процессе выполнения разнообразных алгоритмов продувки конденсата, может также включать в себя регулирование дополнительных исполнительных устройств двигателя, например, регулировку момента зажигания, регулировку воздушно-топливного отношения и т.п. Альтернативно, если количество скопившейся воды не превышает порогового значения, определенного на этапе 308, то способ может продолжиться этапом 312, на котором расход воздуха через двигатель поддерживают на запрошенном уровне и поддерживают условия работы двигателя.
Таким образом, контроллер может регулировать исполнительные устройства двигателя для уменьшения образования конденсата в ОВН и/или повышения стабильности горения при выносе воды из ОВН. Контроллер может основывать регулировки исполнительных механизмов двигателя на параметрах накопления воды и/или выноса воды (например, количества воды в выходящем из ОВН воздухе наддува,). Кроме того, контроллер может определять параметры накопления и/или выноса воды по выходному сигналу датчика кислорода, расположенного ниже по потоку от выхода ОВН (например, на выходе ОВН).
Кроме использования в управлении эффективностью охлаждения ОВН и/или параметрами горения, выходной сигнал датчика кислорода на выходе ОВН может быть использован в различных диагностических целях. В одном примере, контроллер может использовать выходной сигнал датчика кислорода для диагностики различных моделей или оценки эффективности ОВН, конденсата ОВН и/или точки росы ОВН. Например, скорость скапливания воды (или количество скопившейся воды), полученная по показаниям датчика кислорода на выходе ОВН и влажности окружающего воздуха, можно сравнить с ожидаемой скоростью скапливания воды, полученной по одной из моделей конденсатообразования в ОВН. Если две оценки скорости скапливания воды выходят за пороговые значения друг друга, то контроллер может обнаружить ошибку в модели кондесатообразования. Контроллер может затем внести корректировки в модель для повышения ее точности.
Таким образом, способ управления двигателем включает в себя регулирование исполнительных устройств двигателя по накоплению воды в охладителе воздуха наддува, причем накопление воды рассчитывают по выходному сигналу датчика кислорода, расположенного ниже по потоку от охладителя воздуха наддува, и по влажности окружающего воздуха. В одном примере, датчик кислорода расположен на выходе охладителя воздуха наддува. Дополнительно, накопление воды может быть одним из следующего: скоростью накапливания воды внутри охладителя воздуха наддува или количеством воды, накопившейся внутри охладителя воздуха наддува.
В одном примере, регулирование исполнительных устройств двигателя в зависимости от накопления воды включает в себя регулирование одного или более из следующего: активных жалюзи решетки радиатора транспортного средства, вентиляторов охлаждения двигателя или насоса хладагента охладителя воздуха наддува с целью снижения эффективности охлаждения охладителя воздуха наддува в ответ на превышение скоростью скапливания воды своего порогового значения. В другом примере, регулирование исполнительных устройств двигателя в зависимости от накопления воды включает в себя увеличение расхода воздуха через двигатель для продувки конденсата из охладителя воздуха наддува в ответ на превышение количеством скопившейся в охладителе воздуха наддува воды своего порогового значения. Еще в одном примере, регулирование исполнительных устройств двигателя в зависимости от накопления воды включает в себя регулирование одного или более из следующего: момента зажигания или расхода воздуха через двигатель в ответ на то, что концентрация воды на выходе охладителя воздуха наддува превышает влажность окружающего воздуха, причем концентрацию воды рассчитывают по выходному сигналу датчика кислорода.
В некоторых вариантах осуществления, датчик кислорода может быть датчиком кислорода с переменным напряжением. В таком варианте осуществления, опорное напряжение датчика кислорода могут модулировать между первым и вторым напряжениями, причем второе напряжение выше первого напряжения. Накопление воды могут рассчитывать по разности тока накачки датчика кислорода при первом и втором напряжениях, а количество воды также оценивают по влажности окружающего воздуха. В другом примере датчик кислорода может эксплуатироваться в базовом режиме. Кроме того, накопление воды могут рассчитывать по выходному сигналу датчика кислорода только в случае отсутствия потока РОГ (или когда расход РОГ ниже своего порогового значения).
В одном примере, влажность окружающего воздуха измеряют датчиком влажности. В другом примере, влажность окружающего воздуха оценивают по одному или более из следующих параметров: температуры на впуске, давления на впуске, или режима работы стеклоочистителей ветрового стекла. Еще в одном примере, влажность окружающего воздуха могут определять на основе метеорологических данных, полученных из одного или более из следующих источников: метеостанции, удаленного устройства или бортовой развлекательно-коммуникационной системы транспортного средства.
На фиг. 4 изображен графический пример регулировок работы двигателя в зависимости от накопления воды в ОВН. В частности, схема 400 показывает изменение выходного сигнала датчика кислорода на графике 402, изменение влажности окружающего воздуха на графике 404, изменение скопления воды в ОВН по данным датчика кислорода на графике 406, изменение выноса воды из ОВН на графике 410, изменение потока РОГ на графике 412, изменение положения педали (ПП) на графике 414, изменение установки момента зажигания на графике 416, изменение положения активных жалюзи решетки радиатора транспортного средства на графике 418 и изменение массового расхода воздуха на графике 420. Датчик кислорода может быть расположен на выходе ОВН и называться здесь выходным датчиком кислорода. Влажность окружающего воздуха либо может измеряться датчиком влажности, либо может оцениваться по окружающим условиям (например, по температуре и давлению). Как было рассмотрено выше, в некоторых примерах, для оценки потока РОГ во впускном тракте (например, во впускном коллекторе) может быть расположен дополнительный датчик кислорода (отличный от выходного датчика кислорода). Дополнительно, если выходной датчик кислорода является датчиком VVs типа, то выходной датчик кислорода можно модулировать между первым опорным напряжением V1 и вторым опорным напряжением V2. Первое опорное напряжение может также упоминаться в качестве базового опорного напряжения. Концентрация воды на выходном датчике может рассчитываться по изменению тока накачки при переключении между напряжениями V1 и V2. В альтернативных вариантах осуществления, если датчик кислорода не является датчиком VVs типа, то на датчике можно поддерживать базовое опорное напряжение, а концентрацию кислорода на выходе ОВН можно определять методом разбавления.
На графике 406 показаны изменения накопления воды в ОВН, причем накопление воды рассчитывают по выходному сигналу выходного датчика кислорода и влажности окружающего воздуха. Показанное на графике 406 накопление воды может включать в себя количество воды, скопившейся в ОВН или скорость скапливания воды в ОВН. На графике 410 показан вынос воды из ОВН. Вынос воды может быть количеством выносимой воды или скоростью выноса воды, которые рассчитывают по значению накопления воды (например, получаемому по выходному сигналу выходного датчика кислорода и влажности окружающего воздуха). На графике 406 по существу нулевое накопление воды показано линией 408. Ниже линии 408 значение накопления воды отрицательно, то есть соответствует положительному значению выноса воды, как показано на графике 410.
До момента времени t1 накопление воды в ОВН может быть ниже порогового значения Т1 (график 406) и вынос воды из ОВН может быть ниже порогового значения Т2 (график 410). Кроме того, положение педали может быть относительно постоянным (график 414), а активные жалюзи решетки радиатора могут быть открыты (график 418). До момента времени t1 влажность окружающего воздуха может повышаться. В одном примере, влажность окружающего воздуха может быть показателем количества воды в воздухе наддува, поступающем в ОВН. То есть, повышение влажности окружающего воздуха может указывать на увеличение количества воды в воздухе наддува, поступающем в ОВН. В результате, уровень накопления воды в ОВН может повышаться до момента времени t1 (график 406). Также до момента времени t1, расход РОГ может быть ниже порогового значения Т3. В одном примере, пороговое значение Т3 может быть по существу нулевым, что соответствует отключению РОГ. В другом примере, пороговое значение Т3 может быть расходом, превышающим нулевое значение, но столь малым, что поток РОГ может не влиять на показания выходного датчика кислорода.
В момент времени t1 уровень накопления воды в ОВН поднимается выше порогового значения Т1 (график 406). В ответ на это, для того, чтобы уменьшить образование конденсата в ОВН, контроллер может закрыть активные жалюзи решетки радиатора (график 418). В альтернативных примерах, для снижения конденсатообразования контроллер может произвести регулировки альтернативных или дополнительных исполнительных устройств двигателя. Например, в момент времени t1 контроллер альтернативно или дополнительно может отключить вентилятор охлаждения двигателя.
В промежутке времени между моментами t1 и t2 уровень накопления воды в ОВН может уменьшаться. В момент времени t2, накопление воды в ОВН может упасть ниже порогового значения Т1 до по существу нулевой величины (график 406). В ответ на это, контроллер может снова открыть активные жалюзи решетки радиатора (график 418). В альтернативных вариантах осуществления, активные жалюзи решетки радиатора в момент времени t2 могут остаться открытыми. Кроме того, до момента времени t2, массовый расход воздуха начинает расти. В одном примере, контроллер может увеличить массовый расход воздуха, исходя из условий работы двигателя. В другом примере, контроллер может увеличить массовый расход воздуха, чтобы продуть из ОВН скопившийся там конденсат. При увеличении массового расхода также увеличивается выходной сигнал выходного датчика кислорода. Этот рост выходного сигнала может указывать на увеличение содержания воды в воздухе наддува, выходящем из ОВН. В момент времени t2, накопление воды в ОВН становится отрицательным, а вынос воды из ОВН начинает расти в промежутке времени между моментами t2 и t3 (график 410). В момент времени t3, вынос воды из ОВН поднимается выше пороговой величины Т2. В ответ на это, контроллер устанавливает момент зажигания на запаздывание относительно МПКМ (график 416). Контроллер может скорее установить зажигание на запаздывание, а не на опережение, так как положение педали в момент времени t3 остается относительно постоянным. Установка момента зажигания на запаздывание при выносе воды из ОВН может улучшить стабильность горения при попадании вынесенной воды (например, конденсата) в двигатель. В момент времени t4, вынос воды из ОВН падает ниже порогового значения Т2 (график 410). После этого контроллер прекращает задерживать зажигание (график 416).
Как показано на фиг. 4А-В, способ управления двигателем включает в себя регулирование исполнительных устройств двигателя по скорости скапливания воды в охладителе воздуха наддува, причем скорость скапливания воды рассчитывают по выходному сигналу датчика кислорода, расположенного на выходе охладителя воздуха наддува, и по влажности окружающего воздуха. Как показано в одном примере, в момент времени t3, регулирование исполнительных устройств двигателя включает в себя регулирование одного или более из следующего: момента зажигания или массового расхода воздуха в ответ на отрицательную скорость скапливания воды. Далее, регулировка момента зажигания включает в себя установку опережения зажигания при увеличении значения параметра «положение педали» и установку запаздывания зажигания, когда значение положение педали находится ниже порогового значения.
В другом примере, как показано в момент времени t1, регулирование исполнительных устройств двигателя включает в себя регулирование одного или более из следующего: активных жалюзи решетки радиатора, вентиляторов охлаждения двигателя, вентиляторов охлаждения охладителя воздуха наддува или насоса хладагента охладителя воздуха наддува с целью снижения эффективности охлаждения охладителя воздуха наддува в ответ на подъем скорости скапливания воды выше порогового значения (например, порогового значения Т1). Способ также может включать в себя оценку количества скопившейся воды по скорости скапливания воды. Еще в одном примере, регулирование исполнительных устройств двигателя включает в себя увеличение расхода воздуха через двигатель для продувки воды из охладителя воздуха наддува в ответ на превышение количеством скопившейся воды своего порогового значения.
Таким образом, выходной сигнал датчика кислорода, расположенного вблизи выхода ОВН, может быть использован для определения накопления воды в ОВН. В одном примере, для определения количества скопившейся внутри ОВН воды может использоваться расположенный на выходе ОВН датчик кислорода совместно с данными влажности окружающего воздуха. По данным накопления воды в ОВН (например, по количеству воды или скорости аккумулирования воды в ОВН) контроллер может регулировать одно или более исполнительных устройств двигателя. Например, в ответ на превышение количеством скопившейся воды или скоростью скапливания воды своих пороговых значений, контроллер может регулировать активные жалюзи решетки радиатора транспортного средства, вентилятор охлаждения двигателя и/или насос хладагента двигателя для того, чтобы снизить эффективность охлаждения ОВН. В еще одном примере, в ответ на превышение количеством скопившейся воды своего порогового значения, контроллер может отрегулировать расход воздуха через двигатель путем регулирования дросселя и/или включения более низкой передачи трансмиссии для того, чтобы продуть конденсат из ОВН. Таким образом, может быть достигнут технический результат, выраженный в определении накопления воды в ОВН по показаниям датчика кислорода и данным влажности окружающего воздуха, что позволит уменьшить образование конденсата в ОВН и повысить стабильность горения.
Отметим, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Способы и алгоритмы управления, раскрытые в настоящей заявке, могут храниться в энергонезависимом запоминающем устройстве в виде исполняемых инструкций. Раскрытые в настоящей заявке определенные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Что подразумевает, что 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 более 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 представлять программный код, подлежащий занесению в энергонезависимое запоминающее устройство машиночитаемого носителя информации в системе управления двигателем.
Следует понимать, что раскрытые в описании схемы и алгоритмы, по сути, являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не несут ограничительной функции, ибо возможны различные их модификации. Например, вышеизложенный подход может быть применен 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 сочетания и производные сочетания различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.
В нижеследующей формуле изобретения, в частности, внимание сосредоточено на определенных сочетаниях компонентов и производных сочетаниях компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты включают один или более указанных элементов, не требуя, и не исключая двух или более таких элементов. Иные сочетания и производные сочетания раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем поправки 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 исходной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.