СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ
ENGINE CONTROL METHOD (EMBODIMENTS) AND ENGINE CONTROL SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящая заявка в целом относится к управлению автомобилем и конкретно к системам и способам оценки погрешностей установки фаз кулачкового распределения.
Уровень техники и раскрытие изобретения
Изменения регулируемой установки фаз кулачкового распределения (РУФКР) влияют на объемный КПД двигателя. В типовых способах управления двигателями используются характеристики объемного КПД, калиброванные в автономном режиме при конкретных условиях работы двигателя, с целью выполнения вычислений в реальном времени для функций, требующих такой информации. Например, при некоторых способах управления информация об объемном КПД и измерения давления во впускном коллекторе применяют для вычисления расхода воздуха через двигатель. Кроме того, при некоторых способах управления объемный КПД применяют для вычисления расчетного давления во впускном коллекторе по значениям расхода воздуха через двигатель.
Однако погрешности при измерении угла кулачка, вызванные отклонениями при сборке двигателя или другими причинами, могут внести погрешности в расчетный объемный КПД, причем эти погрешности распространяются за счет оценок расхода воздуха и давления во впускном коллекторе. Кроме того, интенсивное использование систем РУФКР для позднего открытия выпускного клапана или для позднего закрытия впускного клапана (ПЗВК или цикл Миллера в форсированных двигателях) делает объемный КПД очень чувствительным к отклонениям при сборке двигателя.
Общепринятый способ внесения поправки на некоторые отклонения при сборке двигателя при установке фаз кулачкового распределения состоит в обеспечении нулевого значения измеряемого угла кулачка относительно некоторого физического положения конца хода, когда предполагается, что кулачок находится в этом положении, например, в положении без привода, по умолчанию. Такой способ вносит поправку на некоторые источники отклонений при сборке двигателя, но не на все. Например, поправка на несовпадение физического положения конца хода с физическим открытием или закрытием клапана не вносится.
Авторы изобретения идентифицировали вышеупомянутые проблемы и разработали несколько способов их решения. В частности, раскрыты способы и системы для внесения поправок на измерения угла кулачка для отклонений при сборке каждого конкретного двигателя. В одном примере способ содержит получение поправок на угол кулачка с целью обновления измеренного угла кулачка, соответствующих погрешностям воздушно-топливного отношения при выбранных условиях, а также выявление погрешностей количества воздуха и подаваемого топлива, соответствующих погрешности воздушно-топливного отношения в других случаях. При этом погрешности угла кулачка вследствие отклонений при сборке двигателя можно корректировать, тем самым совершенствуя другие способы адаптации состава топливно-воздушной смеси и улучшения качества выбросов двигателя.
В другом примере способ содержит формирование первой оценки воздушно-топливного отношения на основе условий эксплуатации двигателя, формирование второй оценки воздушно-топливного отношения на основе измененных условий эксплуатации двигателя, формирование первой погрешности на основе первой оценки воздушно-топливного отношения и измеренного воздушно-топливного отношения, формирование второй погрешности на основе второй оценки воздушно-топливного отношения и первой оценки воздушно-топливного отношения, формирование поправки на угол кулачка на основе первой погрешности и второй погрешности и обновление значения измерения угла кулачка на основе поправки на угол кулачка. При этом характеристики объемного КПД в автономном режиме можно использовать для выделения вклада установки фаз кулачкового распределения в погрешности воздушно-топливного отношения.
В другом примере система управления двигателем содержит контроллер, оснащенный командами, сохраненными в постоянном запоминающем устройстве, выполненными с возможностью, при их исполнении, вызывать получение контроллером поправок на угол кулачка, соответствующих погрешностям воздушно-топливного отношения при выбранных условиях. При этом двигатель автомобиля может исключить погрешности калибровки регулируемой установки фаз кулачкового распределения, присущие данному двигателю.
Перечисленные выше и другие преимущества и характеристики настоящего описания становятся очевидными из последующего подробного описания изобретения, рассматриваемого отдельно или в сочетании с сопроводительными чертежами.
Следует понимать, что приведенное выше раскрытие изобретения предназначено для того, чтобы в упрощенной форме представить подборку концепций, подробнее раскрытых ниже в описании осуществления изобретения. Оно не предназначено для выявления ключевых или существенных признаков заявленного предмета, объем которого однозначно определяется формулой изобретения, следующей за раскрытием изобретения. Кроме того, заявленный предмет не ограничивается вариантами осуществления изобретения, устраняющими отмеченные выше недостатки, или любой частью настоящего описания изобретения.
Краткое описание чертежей
На ФИГ. 1 показано схематическое изображение примера двигателя.
На ФИГ. 2 показан пример структурной схемы системы управления.
На ФИГ. 3 показана высокоуровневая блок-схема, иллюстрирующая пример способа адаптации угла кулачка с учетом других способов адаптации топливно-воздушной смеси.
На ФИГ. 4 показана высокоуровневая блок-схема, иллюстрирующая пример способа адаптации угла кулачка.
На ФИГ. 5 показан набор графиков, иллюстрирующих пример данных автомобиля.
На ФИГ. 6 показан пример характеристик двигателя на основе примера данных автомобиля.
На ФИГ. 7 показан пример характеристик двигателя на основе итераций примера данных автомобиля.
Осуществление изобретения
Настоящее описание изобретения относится к системам и способам оценки погрешностей установки фаз кулачкового распределения в автомобиле. Конкретно, настоящее описание относится к улучшению вычислений объемного КПД путем коррекции погрешностей установки фаз кулачкового распределения, вызванных отклонениями при сборке каждого конкретного двигателя. Двигатель может быть оснащен системой регулируемой установки фаз кулачкового распределения с целью повышения мощности и улучшения качества выбросов двигателя, такой как пример системы двигателя, показанный на ФИГ. 1. Как показывает способ управления, представленный на ФИГ. 2, погрешности измеряемого угла кулачка можно оценить, используя модели воздушно-топливного отношения топливовоздушной смеси, поступающей в двигатель. Эффективной работы двигателя и улучшенных выбросов можно достичь, рассматривая другие стратегии управления воздушно-топливным отношением при оценке погрешностей угла кулачка, как показано на ФИГ. 3. Адаптацию установки фаз кулачкового распределения и коррекции топлива можно также осуществить совместно с помощью способа, показанного на ФИГ. 4. Демонстрация того, как раскрытые системы и способы выявляют погрешности угла кулачка вследствие отклонений при сборке каждого конкретного двигателя, представлена на ФИГ. 5-7.
На ФИГ. 1 приведен пример варианта осуществления камеры сгорания или цилиндра двигателя 10 внутреннего сгорания. На ФИГ. 1 показано, что двигатель 10 может принимать параметры управления от системы управления, содержащей контроллер 12, а также входные данные от водителя 190 автомобиля с помощью устройства 192 ввода. В этом примере устройство 192 ввода содержит педаль акселератора и датчик 194 положения педали для генерации пропорционального сигнала положения педали (ПП).
Цилиндр (здесь также «камера сгорания») 30 двигателя 10 может содержать стенки 32 камеры сгорания с поршнем 36, расположенным в ней. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 таким образом, чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть присоединен по меньшей мере к одному приводному колесу пассажирского автомобиля с помощью системы трансмиссии (не показана). Кроме того, стартер может быть соединен с коленчатым валом 40 с помощью маховика, позволяя осуществлять операцию запуска двигателя 10. Коленчатый вал 40 соединен с маслонасосом 208 для создания избыточного давления в системе 200 смазки двигателя (соединение коленчатого вала 40 с маслонасосом 208 не показано). Корпус 136 гидравлически соединен с коленчатым валом 40 с помощью цепи или ремня газораспределительного механизма (на показаны).
Цилиндр 30 может принимать впускной воздух через впускной коллектор или воздушные каналы 44. Впускной воздушный канал 44 может сообщаться с другими цилиндрами двигателя 10 в дополнение к цилиндру 30. В некоторых вариантах осуществления один или несколько впускных воздушных каналов могут содержать устройство наддува, такое как турбонагнетатель или воздушный нагнетатель. Вдоль впускного канала двигателя может предусматриваться дроссельная система, содержащая дроссельную заслонку 62 для изменения величины расхода и (или) давления впускного воздуха, подаваемого к цилиндрам двигателя. В это конкретном примере дроссельная заслонка 62 соединена с электродвигателем 94 таким образом, чтобы контроллер 12 управлял положением эллиптической дроссельной заслонки 62 с помощью электродвигателя 94. Такая конфигурация может называться электронным управлением дросселем (ЭУД), что можно также использовать при управлении холостым ходом.
Камера 30 сгорания показана сообщающейся с впускным коллектором 44 и выпускным коллектором 48 с помощью соответствующих впускных клапанов 52а и 52b (не показаны) и выпускных клапанов 54а и 54b (не показаны). Таким образом, хотя можно применять четыре клапана на цилиндр, в другом примере может также использоваться один впускной и один выпускной клапан на цилиндр. Еще в одном примере могут использоваться два впускных клапана и один выпускной клапан на цилиндр.
Выпускной коллектор 48 может принимать отработавшие газы от других цилиндров двигателя 10 в дополнение к цилиндру 30. Датчик 76 отработавших газов показан соединенным с выпускным коллектором 48 выше по потоку от каталитического конвертера 70 (где датчик 76 может соответствовать различным другим датчикам). Например, датчик 76 может представлять собой любой из многих известных датчиков, обеспечивающих индикацию воздушно-топливного отношения в отработавших газах, такой как линейный кислородный датчик, универсальный датчик кислорода в отработавших газах (УКОГ), кислородный датчик с двумя состояниями, датчик кислорода в отработавших газах (ДКОГ), нагреваемый датчик кислорода в отработавших газах (НДКОГ), либо датчик углеводорода или угарного газа. Устройство 72 снижения токсичности отработавших газов показано расположенным ниже по потоку от каталитического конвертера 70. Устройство 72 снижения токсичности отработавших газов может представлять собой трехкомпонентный катализатор, ловушку оксидов азота, различные другие устройства снижения токсичности отработавших газов или их комбинации.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может содержать свечу 92 зажигания для инициации горения. Система 88 зажигания может обеспечивать искру зажигания для камеры 30 сгорания с помощью свечи 92 зажигания в ответ на сигнал опережения зажигания (ОЗ) от контроллера 12 при выбранных рабочих режимах. Однако в некоторых вариантах осуществления свеча 92 зажигания может отсутствовать, например, когда двигатель 10 может инициировать горение путем автоматического зажигания или впрыскивания топлива, как в случае некоторых дизельных двигателей.
В некоторых вариантах осуществления каждый цилиндр двигателя 10 может быть оснащен одной или несколькими топливными форсунками для подачи в него топлива. В качестве неограничивающего примера топливная форсунка 66А показана соединенной непосредственно с цилиндром 30 для впрыскивания в него топлива непосредственно, пропорционально длительности сигнала импульса впрыска топлива (ИВТ), принятого от контроллера 12 через электронный драйвер 68. Таким образом, топливная форсунка 66А обеспечивает так называемый непосредственный впрыск (в дальнейшем называемый также «НВ») топлива в цилиндр 30.
Контроллер 12 показан в виде микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство (МПУ) 102, порты 104 ввода/вывода, электронный носитель данных для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в виде постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 106 в данном конкретном примере, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 108, энергонезависимого запоминающего устройства (ЭЗУ) 110 и обычной шины данных. Контроллер 12 показан принимающим различные сигналы от датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к ранее рассмотренным сигналам, включая значение измерения массового расхода всасываемого воздуха (МРВ) от датчика 100 массового расхода воздуха, присоединенного к дросселю 20; температуру хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, присоединенного к рукаву 114 охлаждения; сигнал профиля зажигания (ПЗ) от датчика 118 на эффекте Холла, присоединенного к коленчатому валу 40; положение дросселя (ПД) от датчика 20 положения дросселя; сигнал абсолютного давления воздуха в коллекторе (ДВК) отдатчика 122; индикация детонации от датчика 182 детонации; и индикация абсолютной или относительной влажности окружающей среды отдатчика 180. Сигнал частоты вращения двигателя (ЧВД) формируется контроллером 12 на основе сигнала ПЗ традиционным образом, а сигнал ДВК от датчика давления в коллекторе обеспечивает индикацию вакуума или давления во впускном коллекторе. При работе в стехиометрическом режиме этот датчик может служить индикатором нагрузки на двигатель. Кроме того, этот датчик, наряду с частотой вращения двигателя, может обеспечивать оценку заряда (в том числе воздуха), всасываемого в цилиндр. В одном примере датчик 118, который используют также в качестве датчика частоты вращения двигателя, формирует заданное количество равноотстоящих импульсов при каждом обороте коленчатого вала.
Контроллер 12 может также содержать характеристику объемного КПД, калиброванную в автономном режиме при конкретных условиях работы двигателя и сохраняемую, например, в справочных таблицах на постоянном запоминающем устройстве 106 с целью выполнения в реальном времени вычислений для функций, требующих такой информации. Например, контроллер 12 может использовать информацию об объемном КПД и значения измерения давления во впускном коллекторе для вычисления расхода воздуха через двигатель. Кроме того, контроллер 12 может использовать вычисления расхода воздуха через двигатель для вычисления расчетного давления во впускном коллекторе.
На ФИГ. 1 показана также система 19 регулируемой установки фаз кулачкового распределения (РУФКР). В этом примере показана система с верхним распределительным валом, хотя возможны и другие подходы. Конкретно, распределительный вал 130 двигателя 10 показан взаимодействующим с коромыслами 132 и 134 для приведения в действие впускных клапанов 52а, 52b и выпускных клапанов 54а, 54b. Система 19 РУФКР может быть выполнена с приводом от давления масла (ПДМ), с приводом от распределительного вала (ПРВ) или их комбинацией. Регулируя множество гидравлических клапанов, чтобы тем самым направлять гидравлическую жидкость, такую как моторное масло в полость (такую как камера опережения или камера запаздывания) фазовращателя распределительного вала, можно изменять фазы клапанного распределения, т.е. устанавливать их с опережением или с запаздыванием. Как подробно изложено в дальнейшем тексте настоящего документа, работой гидравлических управляющих клапанов могут управлять соответствующие управляющие соленоиды. Конкретно, контроллер двигателя может передавать сигнал на соленоиды для перемещения золотника клапана, регулирующего поток масла через полость фазовращателя. В одном из примеров соленоид может представлять собой соленоид с электрическим приводом. Используемые в настоящей заявке термины «опережение» и «запаздывание» относятся к относительным значениям фаз кулачкового газораспределения в том отношении, что положение с полным опережением может по-прежнему обеспечивать открытие впускного клапана с запаздыванием относительно верхней мертвой точки (только в качестве примера).
Распределительный вал 130 гидравлически соединен с корпусом 136. Корпус 136 образует зубчатое колесо со множеством зубцов 138. Корпус 136 механически присоединен к коленчатому валу 40 с помощью цепи или ремня привода газораспределительного механизма (не показаны). Поэтому корпус 136 и распределительный вал 130 вращаются со частотой, по существу равной частоте вращения коленчатого вала. Однако, манипулируя гидравлической передачей, как описано в настоящей заявке, можно изменять положение распределительного вала 130 относительно коленчатого вала 40 за счет гидравлических давлений в камере 142 запаздывания и камере 144 опережения. Позволяя гидравлической жидкости высокого давления поступать в камеру 142 запаздывания, подвергают запаздыванию относительное положение между распределительным валом 130 и коленчатым валом 40. Таким образом, впускные клапаны 52а, 52b и выпускные клапаны 54а, 54b открываются и закрываются в момент времени более ранний, чем нормальный, по отношению к коленчатому валу 40. Аналогичным образом, позволяя гидравлической жидкости высокого давления поступать в камеру 144 опережения, подвергают опережению относительное положение между распределительным валом 130 и коленчатым валом 40. Таким образом, впускные клапаны 52а, 52b и выпускные клапаны 54а, 54b открываются и закрываются в момент времени более поздний, чем нормальный, по отношению к коленчатому валу 40.
Хотя в данном примере показана система, в которой фазы газораспределения впускных и выпускных клапанов регулируют одновременно, можно также использовать системы регулируемой установки фаз кулачкового распределения впускных клапанов, регулируемой установки фаз кулачкового распределения выпускных клапанов, двойной независимой регулируемой установки фаз кулачкового распределения или другая система регулируемой установки фаз кулачкового распределения. Кроме того, можно также использовать систему изменения подъема клапанов. Помимо этого, для обеспечения разных профилей кулачков в различных условиях эксплуатации можно использовать систему переключения профилей кулачков распределительного вала. Наконец, клапанный механизм может представлять собой роликовый штифтовой толкатель, механический поршень непосредственного действия, электрогидравлический механизм или другие альтернативы коромысла.
Продолжая рассматривать систему регулируемой установки фаз кулачкового распределения, отметим, что зубцы 138, присоединенные к корпусу 136 и распределительному валу 130, обеспечивают возможность измерения относительного положения кулачка с помощью датчика 150 установки фаз кулачкового распределения, обеспечивающего подачу сигнала РУФКР на контроллер 12. Зубцы 1, 2, 3 и 4 могут использоваться для измерения установки фаз кулачкового распределения и являются равномерно разнесенными (например, в двухрядном двигателе V-8 они разнесены на 90 градусов друг относительно друга), в то время как зубец 5 можно использовать для идентификации цилиндра. Кроме того, контроллер 12 посылает сигналы управления (LACT, RACT) на традиционные электромагнитные клапаны (не показаны) для управления потоком гидравлической жидкости, поступающим в камеру 142 запаздывания, камеру 144 опережения или ни в одну из них.
Относительную установку фаз кулачкового распределения можно измерять различными способами. В общих чертах, время или угол вращения между передним фронтом сигнала ПЗ и приемом сигнала от одного из множества зубцов 138 на картере 136 является показателем относительной установки фаз кулачкового распределения. Для конкретного примера двигателя V-8 с двумя рядами цилиндров и пятизубым колесом, измерение относительной установки фаз кулачкового распределения для конкретного ряда цилиндров принимают четыре раза за оборот, при этом дополнительный сигнал используют для идентификации цилиндра.
Согласно приведенному выше описанию, на ФИГ. 1 показан только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, при этом каждый цилиндр имеет собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливных форсунок, свечей зажигания и т.д.
На ФИГ. 2 показана структурная схема 200, изображающая способ оценки погрешности установки фаз кулачкового распределения, использующий чувствительность к заряду воздуха. Структурную схему 200 можно реализовать с помощью контроллера двигателя, такого как контроллер 12. Отметим, что пример схемы 200 показан для двух углов кулачка и содержит три модели воздушно-топливного отношения (ВТО) смеси, поступающей в двигатель, однако в общем случае для адаптирования n углов может потребоваться (n+1) моделей. Например, схема для одного угла кулачка может содержать две модели.
Как показано на ФИГ. 2, каждый из рабочих параметров, включая количество впрыскиваемого топлива, ДВК, ЧВД и другие, передают каждой из первой, второй и третьей модели ВТО отработавших газов в установившемся режиме, изображенных соответственно блоками 212, 214 и 216. Каждая модель 212, 214 и 216 ВТО может быть основана на оценке заряда воздуха и топлива, протекающих через двигатель:
i
где  представляет собой воздушно-топливное отношение отработавших газов в установившемся режиме, air_chg_total - оценка общего заряда воздуха,  - масса впрыскиваемого топлива,  - любое другое топливо, поступающее в цилиндр помимо топлива, поступающего из топливных форсунок, a i указывает на конкретную модель. Например,  может моделировать топливо в паре продувки адсорбера и в паре принудительной вентиляции картера (ПВК). В условиях относительно установившегося режима и прогретого двигателя не должно быть топлива, конденсирующегося или испаряющегося из лужиц топлива, которые могут возникать. Для уменьшения ошибок моделирования, анализ можно ограничить работой двигателя, исключающей горение продувочного пара, а также исключающей условия, когда оценка потока ПВК превышает некоторый порог, при котором величина  пренебрежимо мала. В показанном примере i=0 соответствует текущему режиму двигателя, тогда как i=1 и i=2, в свою очередь, соответствуют измененному угловому положению впускного кулачка и измененному угловому положению выпускного кулачка. Можно оценить ВТО отработавших газов в установившемся режиме, которое было бы достигнуто, если бы углы кулачка находились в различных положениях, поскольку типичный процесс составления графика характеристик двигателя включает в себя характеристику объемного КПД двигателя при различных угловых установках кулачка и частотах вращения двигателя.
Возвращаясь к ФИГ. 2, укажем, что текущую модель  ВТО передают на три узла 217, 218 и 219. Узел 217 формирует погрешность  ВТО, вычисляя разность между текущим значением y ВТО, измеряемым датчиком 76 УКОГ и текущим расчетным значением  ВТО, после чего эту погрешность передают на фильтр 232 нижних частот. Между тем, узлы 218 и 219 формируют дифференциальные составляющие, вычисляя разность между измененными оценками ВТО и текущей моделью  ВТО, так что дифференциальные составляющие  и  соответственно передают на фильтры 234 и 236 нижних частот. При прохождении погрешности и дифференциальных составляющих через фильтры 232, 234 и 236 нижних частот, отклоняют воздействия высокочастотных переходных процессов на измеренное ВТО.
После этого отфильтрованную погрешность ВТО по отдельности перемножают с каждой дифференциальной составляющей и соответствующим адаптационным коэффициентом μ преобразования. Затем каждую из умноженных составляющих пропускают через интегратор 1/s для формирования расчетных поправок  и  на измерение углов кулачка, которые объединяют для формирования расчетного вектора  поправки на измерение углов кулачка. В этом примере расчетный вектор поправки на измерение углов кулачка представляет собой вектор из двух элементов для двигателя с двумя фазовращателями распределительного вала. Аналогичным образом, в других примерах число элементов в векторе поправки может быть равным числу устройств с внесением адаптивных поправок.
Каждую расчетную поправку на измерение угла кулачка пропускают через суммирующий узел, где небольшое возмущение Δθ добавляют к поправке . Эти возмущенные поправки угла кулачка добавляют затем к соответствующим расчетным углам 221 и 223 кулачка, и эти исправленные оценки углов кулачка служат входными данными для моделей 214 и 216 ВТО соответственно. Кроме того, расчетный вектор (, ) поправки на измерение углов кулачка добавляют к вектору (221, 223) углов кулачка, полученному от датчиков угла кулачка, и этот исправленный вектор углов кулачка служит входными данными для каждой из моделей 212, 214 и 216 ВТО.
Таким образом, метод градиентного спуска может быть реализован для адаптивной оценки поправок на угол кулачка, необходимых для уменьшения погрешности ВТО между измеренными и расчетными значениями. Иными словами, структурная схема 200 обеспечивает приблизительный расчет производной моделируемого ВТО по вектору  поправки с помощью стохастических оценок:
где  - расчетное ВТО отработавших газов при ,  - оценка y при некотором небольшом возмущении Δθ, действующем в сторону, противоположную  или , а  - оценка y при некотором небольшом возмущении Δθ, действующем в сторону, противоположную  или . Использование отрицательного градиента погрешности ВТО для поправки на угол кулачка в качестве локально оптимального направления, в котором необходимо изменять в для уменьшения погрешности ВТО, и пропускание погрешности и дифференциальных составляющих через фильтры нижних частот, как описано выше в настоящее заявке, дает следующее правило обновления параметра, реализуемое с помощью структурной схемы 200:
где k - временной шаг, a  - составляющая фильтра нижних частот.
Как упоминалось выше, для адаптации двух углов кулачка структурная схема 200 содержит три модели ВТО: одну для ВТО при текущей оценке и одну для каждой ВТО при возмущенном угле кулачка. Аналогичным образом, для адаптации только одного угла кулачка соответствующая структурная схема может содержать две модели ВТО. В общем случае, для адаптации n углов кулачка, структурная схема, реализующая правило обновления параметра, как описано выше, может содержать (n+1) моделей объемного КПД/воздушно-топливного отношения.
В этом примере структурная схема 200 формирует расчетную поправку на измерение угла кулачка. Однако на измеренное воздушно-топливное отношение в установившемся режиме будут влиять параметры, отличные от угла кулачка, например, оценка процентного содержания этанола в топливе, и любые другие полученные адаптации, вызванные погрешностями в топливной форсунке, или характеристики оценки заряда воздуха в стратегии управления двигателем, обычно называемой коррекцией топлива. Таким образом, стратегия управления адаптацией угла кулачка может применяться с учетом других стратегий управления.
В одном из примеров стратегия управления может выделять оценку процентного содержания этанола в топливе от других воздействий на измеряемое ВТО в установившемся режиме. Процентное содержание этанола может оказывать значительное воздействие на стехиометрическое ВТО, поэтому адаптация угла кулачка может быть выполнена после достижения сходимости оценки процентного содержания этанола. Обладающая сходимостью оценка процентного содержания этанола относится к оценке процентного содержания этанола, сходящейся к значению в пределах поля допуска и остающейся в пределах этого поля допуска в течение заданного периода времени. При этом точность адаптации угла кулачка может быть улучшена.
В другом примере стратегии управления коррекцией топлива основаны на лучших оценках впрыскиваемого топлива и заряда воздуха двигателя, при этом погрешности угла кулачка, влияющие на точность оценки заряда воздуха, обусловлены, главным образом, отклонениями при сборке каждого конкретного двигателя, а не какими-либо другими факторами. Поэтому адаптацию угла кулачка можно выполнять до получения поправки на коррекцию топлива. При этом точность коррекции топлива может улучшиться. Способ выполнения адаптации угла кулачка после достижения сходимости оценки процентного содержания этанола и до осуществления каких-либо способов коррекции топлива раскрыт ниже со ссылкой на ФИГ. 3.
В другом примере адаптации угла кулачка и коррекции топлива обладают четко различимыми значениями чувствительности во всем рабочем пространстве двигателя, тем самым позволяя осуществлять одновременную адаптацию. Например, погрешность угла выпускного кулачка может в большей степени воздействовать на ВТО при значениях запаздывания, или при более поздних срабатываниях выпускного клапана, чем при базовой установке фаз кулачкового распределения выпускных клапанов, в то время как погрешность наклона форсунки может в равной степени воздействовать на ВТО для всех углов кулачка.
Чувствительность ВТО к погрешности угла кулачка различна для разных углов кулачка, поэтому, в одном из примеров, адаптации угла кулачка могут быть ограничены областями более высокой чувствительности. При этом адаптации угла кулачка могут быстро осуществляться с повышенной точностью.
В другом примере уникальные оценки погрешности угла кулачка могут быть получены в различных областях, например, большая величина запаздывания соответствует более высокой чувствительности, а малая величина запаздывания соответствует более низкой чувствительности. Эти уникальные оценки можно объединять, образуя составную оценку погрешности угла кулачка. Например, при базовой установке фаз кулачкового распределения выпускных клапанов (нулевое запаздывание) чувствительность ВТО к погрешности выпускного кулачка низка. Погрешность ВТО, частично вызванная погрешностью установки фаз кулачкового распределения, позволяет получить большую поправку на установку фаз кулачкового распределения (т.е. низкая чувствительность может потребовать установки большого значения поправки). При установке фаз кулачкового распределения с запаздыванием чувствительность ВТО к погрешности выпускного кулачка высока. Погрешность ВТО, частично вызванная погрешностью установки фаз кулачкового распределения выпускных клапанов, позволяет, таким образом, получить малую поправку на установку фаз кулачкового распределения выпускных клапанов (т.е. высокая чувствительность может потребовать установки малого значения поправки). Поэтому при переходе двигателя между двумя этими состояниями алгоритм адаптации может отрегулировать оценку погрешности установки фаз кулачкового распределения выпускных клапанов между большим и малым значениями. Если погрешность ВТО была вызвана только погрешностями установки фаз кулачкового распределения выпускных клапанов, алгоритм адаптации может быстро сходиться.
Таким образом, адаптация установки фаз кулачкового распределения может выполняться только в пределах области более высоких значений чувствительности кулачка. Например, адаптации угла кулачка могут выполняться, когда угол выпускного кулачка больше, чем пороговое значение для адаптации погрешности установки фаз кулачкового распределения для выпускного кулачка, и когда угол впускного кулачка больше, чем пороговое значение для адаптации погрешности установки фаз кулачкового распределения впускных клапанов. Тогда адаптация коррекции топлива может быть выполнена только в пределах областей более низких значений чувствительности кулачка, например, когда угол выпускного кулачка меньше, чем пороговое значение угла выпускного кулачка, и угол впускного кулачка меньше, чем пороговое значение угла впускного кулачка. Способ выполнения адаптаций установки фаз кулачкового распределения только в областях высоких значений чувствительности раскрыт ниже со ссылкой на ФИГ. 4.
В другом примере адаптацию угла кулачка могут выполнять первоначально при относительно высоком коэффициенте преобразования, а после того, как будет достигнута сходимость адаптации, адаптацию могут выполнять при относительно низком коэффициенте преобразования. При этом способ адаптации угла кулачка может формировать более точную поправку для отклонений при сборке каждого конкретного автомобиля, не изменяющуюся значительно с течением времени.
Способ адаптации угла кулачка может содержать также оперативную проверку правильности. Если существует корреляция между погрешностью оценки ВТО и погрешностями угла кулачка, то адаптация  должна улучшить точность оценки заряда воздуха и уменьшить погрешность оценки ВТО. Однако если погрешность оценки ВТО и погрешности угла кулачка являются относительно некоррелированными, то  может значительно изменяться с течением времени, и, вследствие этого, не сходится к какому-то набору значений, улучшающему точность оценки заряда воздуха. В связи с этим, после завершения первоначальной адаптации, определяемой как , остающейся в пределах заданного поля допуска конкретного скользящего среднего значения в течение определенного периода времени, если  остается в пределах некоторого большего поля допуска вокруг этого значения, то корреляцию можно вывести, при этом  можно использовать для введения поправки на расчетный заряд воздуха. Однако если  не выполняет первоначальную адаптацию или изменяется за пределами большего поля допуска после первоначальной адаптации, то, наоборот,  не следует использовать для поправки оценки заряда воздуха для данного конкретного автомобиля.
На ФИГ. 3 показана высокоуровневая блок-схема для примера способа 300, осуществляющего адаптации угла кулачка с учетом других способов управления адаптацией в соответствии с данным описанием изобретения. Способ 300 будет раскрыт в настоящей заявке со ссылкой на компоненты и системы, представленные на ФИГ. 1 и 2, хотя следует понимать, что данный способ может применяться и к другим системам без отступления от объема раскрытия настоящего изобретения. Способ 300 может быть осуществлен контроллером 12 и сохранен в постоянном запоминающем устройстве в виде исполняемых команд.
Выполнение способа 300 может начинаться на шаге 305. На шаге 305 способ 300 может содержать оценку условий эксплуатации. Условия эксплуатации могут включать в себя, помимо прочего, массу впрыскиваемого топлива, массу топлива в паре продувки адсорбера и паре ПВК, воздушно-топливное отношение отработавших газов, количество воздуха в цилиндре, угол впускного кулачка, угол выпускного кулачка, частота вращения двигателя, нагрузку на двигатель, температуру хладагента двигателя, температуру двигателя, сигнал обратной связи от датчика детонации, давление в коллекторе, коэффициент избытка воздуха в топливовоздушной смеси, требуемый выходной крутящий момент двигателя, определяемый по положению педали, установку моментов зажигания, барометрическое давление, количество паров топлива продувки и т.п. Затем выполнение способа 300 может продолжаться на шаге 310.
На шаге 310 способ 300 может содержать выполнение способа оценки процентного содержания этанола. Например, способ оценки процентного содержания этанола может регулировать впрыск топлива на основе состава топлива, например, содержания этанола в топливе. Состав топлива можно получить путем сопоставления переходных эффектов подачи топлива, вызванных различными скоростями испарения при большем или меньшем содержании этанола, и измеренного воздушно-топливного отношения отработавших газов. Процентное содержание этанола может оказывать значительное воздействие на стехиометрическое воздушно-топливное отношение, поэтому выполнение способа 300 не может продолжаться, пока не будет достигнута сходимость оценки процентного содержания этанола. После достижения сходимости оценки процентного содержания этанола впрыск топлива можно отрегулировать в зависимости от оценки процентного содержания этанола. Затем выполнение способа 300 может продолжаться на шаге 315.
На шаге 315 способ 300 может содержать выполнение способа адаптации угла кулачка, такого как способ, реализованный с помощью структурной схемы 200, показанной на ФИГ. 2. Адаптация расчетного вектора поправки на измерение углов кулачка позволяет улучшить точность оценки заряда воздуха и уменьшить погрешность оценки воздушно-топливного отношения. Затем выполнение способа 300 может продолжаться на шаге 320.
На шаге 320 способ 300 может содержать выполнение способа коррекции топлива. Пример способа коррекции топлива может содержать цепи обратной связи для управления воздушно-топливным отношением смеси, поступающей в двигатель. Например, одна цепь обратной связи вокруг двигателя может управлять концентрацией кислорода в отработавших газах, тогда как другая цепь обратной связи может регулировать воздушно-топливное отношение смеси, поступающей в двигатель. Способы коррекции топлива широко распространены в известном уровне техники, поэтому они не будут рассматриваться в дальнейшем тексте настоящей заявки.
Поскольку такой способ адаптации топливно-воздушного заряда основан на лучших оценках впрыскиваемого топлива и заряда воздуха двигателя, способ коррекции топлива не может выполняться, пока не будет завершено выполнение способа оценки процентного содержания этанола и способа адаптации углов кулачка. Однако при определенных условиях адаптации углов кулачка и коррекции топлива могут выполняться одновременно. Например, погрешность углов выпускного кулачка может в большей степени воздействовать на воздушно-топливное отношение при значениях запаздывания, чем при базовой установке фаз кулачкового распределения выпускных клапанов, однако погрешность наклона форсунки может в равной степени воздействовать на воздушно-топливное отношение для всех углов кулачка. Выполнение адаптаций коррекции топлива и углов кулачка обсуждается ниже со ссылкой на ФИГ. 4. После завершения адаптации коррекции топлива выполнение способа 300 можно закончить.
На ФИГ. 4 показан пример способа 400 для адаптации погрешностей установки фаз кулачкового распределения при выбранных условиях. Способ 400 содержит получение поправок на угол кулачка с целью обновления измеренного угла кулачка, соответствующих погрешностям воздушно-топливного отношения при выбранных условиях, а также получение погрешностей количества воздуха и топлива, соответствующих погрешности воздушно-топливного отношения в других случаях. В показанном примере выбранные условия содержат измеренный угол кулачка, превышающий некоторый порог. Таким образом, способ 400 демонстрирует, что адаптация установки фаз кулачкового распределения может быть выполнена только в области повышенных значений чувствительности кулачка, тогда как существующая адаптация коррекции топлива может быть выполнена только в области пониженных значений чувствительности кулачка. Способ 400 будет раскрыт в настоящей заявке со ссылкой на компоненты и системы, представленные на ФИГ. 1 и 2, хотя следует понимать, что способ 400 может применяться и к другим системам без отступления от объема раскрытия настоящего изобретения. Способ 400 может быть осуществлен с помощью контроллера 12 и сохранен в постоянном запоминающем устройстве в виде исполняемых команд.
На шаге 405 способ 400 может содержать оценку условий эксплуатации. Условия эксплуатации могут включать в себя, помимо прочего, массу впрыскиваемого топлива, массу топлива в паре продувки адсорбера и паре принудительной вентиляции картера (ПВК), воздушно-топливное отношение сгораемой смеси, заряд воздуха, давление в коллекторе, угол впускного кулачка, угол выпускного кулачка, процентное содержание этанола во впрыскиваемом топливе, частоту вращения двигателя, нагрузку на двигатель и т.п. Затем выполнение способа 400 может продолжаться на шаге 410.
На шаге 410 способ 400 может содержать определение того, превышает ли угол кулачка пороговое значение погрешности угла кулачка, причем угол кулачка может представлять собой угол выпускного кулачка и (или) угол впускного кулачка. Например, при базовой установке фаз кулачкового распределения выпускных клапанов или нулевом запаздывании чувствительность ВТО к погрешности выпускного кулачка низка, поэтому погрешность ВТО, частично вызванная погрешностью установки фаз кулачкового распределения выпускных клапанов, позволяет получить большую поправку на угол выпускного кулачка. Аналогичным образом, при базовой установке фаз кулачкового распределения впускных клапанов или нулевом запаздывании чувствительность ВТО к погрешности впускного кулачка низка, поэтому погрешность ВТО, частично вызванная погрешностью установки фаз кулачкового распределения впускных клапанов, позволяет получить большую поправку на угол выпускного кулачка. При установке фаз кулачкового распределения выпускных или впускных клапанов с запаздыванием чувствительность ВТО к погрешностям кулачка выпускного или впускного клапана высока. Погрешность ВТО, частично вызванная погрешностью установки фаз кулачкового распределения выпускных или впускных клапанов, позволяет, таким образом, получить малую поправку на угол кулачка выпускного или впускного клапана, поскольку высокая чувствительность потребовала бы установки малого значения поправки на угол кулачка. Таким образом, область, превышающая порог погрешности угла кулачка, может соответствовать углу кулачка выпускного или впускного клапана с запаздыванием, тогда как область, недостигающая порога погрешности угла кулачка, может соответствовать базовому углу кулачка выпускного или впускного клапана.
Если угол кулачка меньше, чем порог погрешности угла кулачка, выполнение способа 400 может затем продолжаться на шаге 415. На шаге 415 способ 400 может содержать поддержание условий эксплуатации. Поддержание условий эксплуатации может содержать выявление погрешностей количества воздуха и топлива в зависимости от погрешности воздушно-топливного отношения. Например, поддержание условий эксплуатации может включать в себя выполнение способа коррекции топлива. В примере способа коррекции топлива могут регулировать ВТО смеси, поступающей в двигатель, в зависимости от измеренного ВТО отработавших газов и (или) концентрации кислорода в отработавших газах. После этого выполнение способа 400 может закончиться.
Возвращаясь к шагу 410, отметим, что если угол кулачка больше, чем порог погрешности угла кулачка, выполнение способа 400 может быть продолжено на шаге 420. На шаге 420 способ 400 может содержать адаптацию установки фаз кулачкового распределения. Как обсуждалось со ссылкой на ФИГ. 2, адаптация установки фаз кулачкового распределения может содержать получение поправки на угол кулачка для уменьшения погрешности ВТО. После этого выполнение способа 400 может быть закончено.
На ФИГ. 5 показан пример данных 500 двигателя, которые могут быть использованы для определения смещения угла выпускного кулачка, имеющего место в автомобиле. Конкретно, на графике 511 показана нормализированная нагрузка на двигатель как функция времени, на графике 521 показана частота вращения двигателя как функция времени, на графике 531 показан угол выпускного кулачка как функция времени, а на графике 533 показан угол впускного кулачка как функция времени. На графике 531 показано, что угол выпускного кулачка преимущественно скользит между двумя значениями, 45 градусов и 0 градусов, с быстрыми изменениями, происходящими между этими двумя положениями.
На ФИГ. 6 показан график 600, иллюстрирующий моделирование выявления смещения угла выпускного кулачка за один проход через данные 500 автомобиля. На графике 611 показано выявленное смещение угла выпускного кулачка для положения с опережением, соответствующего положению угла выпускного кулачка, равному 0 градусов, на графике 531. На графике 617 показано выявленное смещение угла выпускного кулачка для положения с запаздыванием, соответствующего положению угла выпускного кулачка, равному 45 градусам на графике 531. Таким образом, выявлены два значения: одно для положения с полным запаздыванием, другое для положения с полным опережением. Первоначальное состояние выявленного смещения угла выпускного кулачка было нулевым. Коэффициенты преобразования калибруют с запасом, чтобы в течение пятиминутного интервала выборочных данных 500 автомобиля сходимость полученных поправок не достигалась.
Для моделирования большего файла, обеспечивающего сходимость алгоритма, производили многократную итерацию данных с использованием последнего выявленного значения в качестве исходного значения для следующего прохода. На ФИГ. 7 показан график 700, иллюстрирующий результаты такого моделирования. Данные 500 двигателя служили в качестве входных данных для системы 200 управления и подвергались итерациям до тех пор, пока расчетное смещение угла выпускного кулачка не изменялось меньше, чем на заданную величину (0,01 градуса угла поворота коленчатого вала). На графике 707 показано смещение малого угла кулачка, соответствующее углу кулачка, выявленному в областях низкой чувствительности (конкретно, для угла кулачка, меньшего 7 градусов угла поворота коленчатого вала). На графике 709 показано смещение большого угла кулачка, соответствующее углу кулачка, выявленному в областях высокой чувствительности (конкретно, для угла кулачка, большего 35 градусов угла поворота коленчатого вала).
Как обсуждалось выше в настоящей заявке, погрешность ВТО, частично вызванная погрешностью установки фаз кулачкового распределения выпускных клапанов, позволяет получить малую поправку на установку фаз кулачкового распределения выпускных клапанов в областях высокой чувствительности и большую поправку на установку фаз кулачкового распределения выпускных клапанов в областях низкой чувствительности. Действительно, на графике 707 показано, что поправка на угол кулачка при низкой чувствительности сходится к 4,3 градусам, тогда как на графике 709 показано, что поправка на угол кулачка при высокой чувствительности сходится к 2,7 градусам. Составное смещение можно определить путем усреднения двух сходящихся величин. В случае примера, приведенного на графике 700, такое составное смещение равнялось бы 3,5 градусам угла поворота коленчатого вала.
В одном из вариантов осуществления способ содержит получение поправок на угол кулачка с целью обновления измеренного угла кулачка, соответствующих погрешностям воздушно-топливного отношения при выбранных условиях, а также получение погрешностей количества воздуха и подаваемого топлива, соответствующих погрешности воздушно-топливного отношения в других случаях. В одном из примеров выбранные условия включают в себя то, что измеренный угол кулачка превышает некоторый порог. В другом примере выбранные условия содержат сходящуюся оценку процентного содержания этанола. В другом примере выбранные условия содержат погрешность наклона топливной форсунки. В еще одном примере выбранные условия содержат поправки на угол кулачка, сходящиеся в пределах поля допуска в течение заданного интервала времени. В другом примере выбранные условия содержат измеренный угол кулачка, превышающий некоторый порог и не достигающий этого порога, при этом поправки на угол кулачка содержат первую поправку, полученную выше данного порога, и вторую поправку, полученную ниже данного порога. В еще одном примере выбранные условия содержат массу топлива ниже некоторого порога, массу топлива, содержащую пар продувки адсорбера и пар принудительной вентиляции картера.
Поправки на угол кулачка получают по моделям воздушно-топливного отношения в установившемся режиме на основе оценок заряда воздуха. Поправки на угол кулачка включают в себя также составное значение, образованное на основе средней величины первой поправки и второй поправки. В одном из примеров измеренный угол кулачка представляет собой один или несколько углов выпускного кулачка. В другом примере измеренный угол кулачка представляет собой один или несколько углов впускного кулачка. В еще одном примере измеренный угол кулачка представляет собой один или несколько углов выпускного кулачка и один или несколько углов впускного кулачка.
В другом варианте осуществления способ содержит формирование первой оценки воздушно-топливного отношения на основе условий эксплуатации двигателя, формирование второй оценки воздушно-топливного отношения на основе измененных условий эксплуатации двигателя, формирование первой погрешности на основе первой оценки воздушно-топливного отношения и измеренного воздушно-топливного отношения, формирование второй погрешности на основе второй оценки воздушно-топливного отношения и первой оценки воздушно-топливного отношения, формирование поправки на угол кулачка на основе первой погрешности и второй погрешности и обновление значения измерения угла кулачка на основе поправки на угол кулачка. В одном из примеров измененные условия эксплуатации двигателя содержат измененное значение измерения угла кулачка на основе возмущения измерения угла кулачка.
Например, формирование поправки на угол кулачка на основе первой погрешности и второй погрешности содержит интегрирование произведения первой погрешности и второй погрешности. Первую погрешность и вторую погрешность подвергают низкочастотной фильтрации, пропуская через фильтры нижних частот. В одном из примеров поправку на угол кулачка формируют с высоким адаптационным коэффициентом преобразования до достижения сходимости поправки на угол кулачка и с низким адаптационным коэффициентом преобразования после достижения сходимости поправки на угол кулачка.
В одном из примеров измерение угла кулачка представляет собой измерение угла выпускного кулачка. В другом примере измерение угла кулачка представляет собой измерение угла впускного кулачка. В еще одном примере измерение угла кулачка представляет собой одно или несколько измерений угла выпускного кулачка и одно или несколько измерений угла впускного кулачка.
В качестве другого варианта осуществления система управления двигателем содержит контроллер, оснащенный командами, сохраненными в постоянном запоминающем устройстве, выполненными с возможностью, при их исполнении, вызывать получение контроллером поправок на угол кулачка, соответствующих погрешностям воздушно-топливного отношения при выбранных условиях. В одном из примеров выбранные условия содержат по меньшей мере сходящуюся оценку процентного содержания этанола и измерение угла кулачка, превышающего некоторый порог. Контроллер также оснащен командами, сохраненными в постоянном запоминающем устройстве, выполненными с возможностью, при их исполнении, вызывать обновление контроллером значения измерения угла кулачка на основе поправок на угол кулачка, соответствующих поправкам на угол кулачка, остающимся в пределах некоторого поля допуска в течение заданного интервала времени.
Следует отметить, что процедуры управления и оценки, включенные в настоящую заявку, могут применяться с различными конфигурациями двигателей и (или) схемами автомобильных систем. Способы и процедуры управления, раскрытые здесь, могут сохраняться в памяти в виде исполняемых команд. Конкретные процедуры, описанные в настоящей заявке, могут представлять одну или несколько из различных стратегий обработки, таких как управляемые по событиям, управляемые по прерываниям, многозадачные, многопоточные и т.п. В связи с этим различные проиллюстрированные действия, операции и (или) функции могут выполняться в изображенной последовательности, параллельно или, в некоторых случаях, быть пропущенными. Аналогичным образом, для достижения признаков и преимуществ раскрытых в настоящей заявке примеров осуществления необязательно требуется данный порядок обработки, представленный для простоты изображения и описания. В зависимости от конкретной применяемой стратегии, одно или несколько из изображенных действий, операций и (или) функций могут выполняться неоднократно. Кроме того, описанные действия, операции и (или) функции могут графически представлять код, программируемый в постоянном запоминающем устройстве машиночитаемого носителя данных системы управления двигателем.
Следует понимать, что конфигурации и процедуры, раскрытые в настоящей заявке, приведены в качестве примера, и что эти конкретные варианты осуществления не следует рассматривать в ограничивающем смысле, поскольку в них могут быть внесены многочисленные изменения. Например, описанная выше технология может применяться к двигателям V-6, I-4, I-6, V-12, 4-цилиндровому оппозитному и другим типам двигателей. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций и другие признаки, функции и (или) свойства, раскрытые в настоящей заявке.
В следующей формуле изобретения конкретно указаны определенные комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новых и неочевидных. Эта формула изобретения может ссылаться на «какой-либо» элемент или «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что пункты такой формулы изобретения включают в себя один или несколько таких элементов, не требуя и не исключая два или несколько таких элементов. Другие комбинации или подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и (или) свойств могут быть заявлены путем изменения пунктов настоящей формулы изобретения или представления новых пунктов формулы изобретения в этой или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, более широкие, более узкие, равные или отличные от первоначальных, рассматриваются в качестве включенных в предмет настоящего изобретения.